專利名稱：用于濺射靶制造的圓形凹槽擠壓機構和方法
技術領域：
本發明一般涉及濺射靶領域，更加特別地涉及利用圓形凹槽擠壓制造濺射靶的方法。
背景技術：
濺射靶需要特定的金相學特性以實現可接受的濺射一致性。典型地，金屬靶通過組合形成。制造者依靠數種加工技術以從鋁合金，如鋁-銅、鋁-硅和鋁-硅-銅合金制造濺射靶。制造者傳統地依靠包括鍛造、擠壓、退火和輥制的熱-機械方法的組合來制造細顆粒的鋁合金靶。退火再結晶顆粒以產生對于濺射有用的顆粒紋理。這些退火的靶的最終顆粒尺寸典型地在30-75 μ m的范圍。用于半導體制造的多數靶是盤形并且具有圓柱對稱性。然而，典型的熱-機械處理主要地基于單軸擠壓、鍛造和一個方向輥制。為了防止形成方向性紋理，有時使用交叉輥制。
發明內容
本發明提供一種利用圓形凹槽擠壓制造金屬靶坯件的方法。該方法包括在第一圓形凹槽擠壓模具組中將金屬或金屬合金靶坯件擠壓為第一同心褶皺形狀，同時保持靶坯件的初始直徑以在靶坯件中產生剪切變形的同心環。接下來，通過平的模具組向同心褶皺靶坯件施加足夠的力以大致變平所述靶坯件，同時保持所述靶坯件的初始直徑以將所述靶坯件恢復為大致平的狀態。該方法然后包括在第二圓形凹槽模具組中擠壓所述靶坯件為第二同心褶皺形狀，同時保持所述靶坯件的初始直徑，其中，所述第二模具組具有從所述第一模具組的凹槽圖案偏置的凹槽圖案，從而在所述靶坯件的之前未被變形的區域中產生剪切變形的同心環。然后，通過平的模具組再次向所述同心褶皺靶坯件施加足夠的力以大致變平所述靶坯件，同時保持所述靶坯件的初始直徑以將所述靶坯件恢復為大致平的狀態。本發明還旨在一種用于制造濺射靶坯件的圓形凹槽擠壓機構。所述圓形凹槽擠壓機構包括用于圓形地褶皺靶坯件為具有凹槽的第一凹槽模具組，和用于在所述第一模具組中未變形的區域中褶皺所述靶坯件的第二凹槽模具組，其具有與所述第一模具組中的凹槽尺寸相同的凹槽尺寸。所述機構還包括在第一和第二模具組中間與靶坯件一起使用的用于變平所述靶坯件的模具組。本發明的這些和其它特征和優點在附圖中闡述，并且更全面地公開于如下詳細描述中。
當結合附圖考慮以下描述時，本發明在此公開的實施方式的結構、操作和優點將變得明顯。圖1是根據本發明的示例性實施方式的用于對靶坯件進行圓形凹槽擠壓的擠壓機的一部分的透視圖；圖2A是與用于圓形凹槽擠壓的擠壓機一起使用的第一模具組的透視圖；圖2B是圖2A的第一模具組的平面圖；圖2C是沿圖2B的線2C-2C剖開的第一模具組的橫截面示圖；圖3是與用于圓形凹槽擠壓的擠壓機一起使用的平的模具組的透視圖；圖4A是與用于圓形凹槽擠壓的擠壓機一起使用的第二模具組的透視圖；圖4B是圖4A的第二模具組的平面圖；圖4C是沿圖4B的線4C-4C剖開的第二模具組的橫截面示圖；圖5示出在利用圓形凹槽擠壓制造的靶上的百分比標準偏差49點電阻測試的結果，g是在升高的傳輸位置中示例的兩個踏板提升機構的側面立視圖。
具體實施例方式現在將參照附圖在以下詳細描述中描述本發明，其中，示例性實施方式詳細地被描述以使本發明能夠實施。盡管參照特定的示例性實施方式描述了本發明，但是應當理解本發明并不限于這些示例性實施方式。相反，本發明包括多種替代方式、改進，和等同實施方式，這將從如下詳細的描述的考慮中變得明顯。現在參照附圖，本發明提供了通過如圖1所示的擠壓機1利用圓形凹槽擠壓制造整體的濺射靶的方法。本發明包括初始地插入大致平的和圓形形狀的靶坯件10至擠壓機 1中。靶坯件可以是由任何延展性金屬或合金制成，包括Al、Al合金、Cu和Cu合金、Ta和 Ta合金以及其它的在室溫或升高的溫度下可以塑性形變的金屬。如下所述，多個模具與擠壓機1 一起使用以在靶坯件10中產生剪切變形。在一個實施方式中，靶坯件具有約13英寸(33cm)的直徑和1.25英寸(3.175cm)的厚度，盡管在不背離本發明的范圍的情況下可以使用其它的尺寸。在第一擠壓步驟中，第一組模具，包括如圖2A-C中所示的下模具20A和上模具 20B，與擠壓機1 一起使用。包殼圓柱體(containment cylinder) 12被用來維持擠壓的靶坯件10的直徑在擠壓步驟期間大致不變。第一模具組20A，20B具有形成于其中的一個或多個同心凹槽。如圖2C中模具組20A，20B的截面示圖所示，凹槽通過具有傾斜壁的由符號 A標記的模具的同心部分形成。傾斜壁優選地具有理想地在約120°至約150°之間的范圍內的角度α，更優選具有角度α為135°。標記有符號B的模具組的其它部分是平的。為了清楚，并非模具組的所有部分都被標記，本領域技術人員基于合理的工程判斷，將理解到通過改變傾斜的部分和平的部分的寬度和/或通過改變模具組的直徑可以在模具組20Α， 20Β中形成不同數量的凹槽。當在該第一步驟中擠壓靶坯件10時，上和下模具20Α，20Β的相對表面互相靠近直至它們隔開與靶坯件的厚度大致相等的距離。通過擠壓機1施加至靶坯件10的力導致在模具20Α，20Β的傾斜的部分A之間的靶坯件的那些區域通過經受剪切變形被擠壓為同心褶皺形狀。在模具20A，20B的傾斜的部分B之間的靶坯件10的那些區域不經受任何實質的剪切變形。包殼圓柱體12維持擠壓的靶坯件10的直徑在擠壓步驟期間大致不變。因此， 第一模具組20A，20B最初用在擠壓機1中以在靶坯件10的特定的同心部分中產生剪切變形的同心環。圖1示出在第一擠壓步驟后去除底板20A的包殼環中的靶坯件，從而靶坯件具有經受剪切變形的同心環部分。在第二步驟中，第一組模具20A，20B被如圖3所示的具有相等的底部和頂部平坦部的一組平模具30A，30B代替。通過平的模具組30A，30B施加足夠的力至同心褶皺靶坯件以恢復大致平的表面。當然，本領域技術人員將理解在不背離本發明的范圍的情況下，通過替換模具，可以使用相同的擠壓機1用于該方法的各個步驟，或者可以將靶坯件從具有第一組模具的第一擠壓機1移動至具有第二組模具的第二擠壓機。這也適用于下述的各個后續步驟。包殼圓柱體12限定了在第二擠壓步驟期間靶坯件10的直徑在大致上一致的直徑。在第三步驟中，包括如圖4A-C中所示的下模具40A和上模具40B的第二組凹槽模具與擠壓機1 一起使用。包殼圓柱體12還維持擠壓的靶坯件10的直徑在該擠壓步驟期間大致不變。第二模具組40A，40B還具有形成于其中的一個或多個同心凹槽，以通過與第一模具組中凹槽尺寸相等但偏置例如一個周期的凹槽來使靶坯件10產生圓形褶皺，從而第二模具組在未被第一模具組20A，20B變形的區域中使靶坯件10褶皺。如圖4C中第二模具組40A，40B的截面示圖所示，在第二模具組中的凹槽從第一模具組中的凹槽偏置，從而使得標記有符號A’的模具的同心部分現在具有平的壁和標記有符號B’的模具組的其它部分現在具有傾斜的壁。當在該第三步驟中擠壓靶坯件10時，上和下模具40A，40B的相對表面互相靠近直至它們被隔開與靶坯件的厚度大致相等的距離，從而使在第一步驟中靶坯件未變形的部分變形。通過擠壓機1施加至靶坯件10的力導致在模具40A，40B的傾斜的部分 B’之間的靶坯件的那些區域經受剪切變形。模具40A，40B的平的部分A’之間的靶坯件10 的那些區域不經受任何實質的剪切變形。包殼圓柱體12維持擠壓的靶坯件10的直徑在該擠壓步驟期間大致不變。因此，第二模具組40A，40B被用于擠壓機1中以在靶坯件10的在上述第一擠壓步驟中未經受剪切變形的偏置的同心部分中產生剪切變形。在第四步驟中，具有相同的底部和頂部平坦部的平模具30A，30B被用來再次使靶坯件10變平，同時包殼圓柱體12限定靶坯件10的直徑在大致上一致的直徑。然后，靶坯件被用來制造濺射靶或者如果理想，可以在凹槽模具中經受另外的擠壓以累積更多的形變。因此，本領域技術人員將理解可以重復擠壓步驟直至靶坯件片被轉變為具有理想的微結構、改善的粒徑和改進的機械性能(即，強度)的產品。圓形凹槽擠壓產生具有圓柱對稱性的靶坯件10，因此，為靶坯件冶金提供圓柱對稱性。在經受如上所述的圓形凹槽擠壓后，靶坯件10可以具有除了增加的強度之外的其它的有益性能。擠壓順序在靶坯件10中形成紋理，而這通過傳統的軋制不能實現。在利用針對堅固的<200>紋理材料優化的磁鐵完成測試后，據信圓形凹槽擠壓過程使<200>方向傾斜約45度。因此，可以操控濺射束，從而更小的直徑靶可以產生改進的均一性。隨著晶片直徑的增加，靶直徑按比例增加。如果濺射靶可以更接近晶片尺寸，據信可以制備更有效的室。徑向-傾斜的紋理可以與針對傾斜優化的磁鐵結合以形成材料和空間更有效的物理蒸汽沉積系統。任選地，圓形凹槽擠壓方法還可以包括在四個擠壓步驟的一個或多個之后退火靶坯件。另外地，在一個實施方式中，在一個或多個擠壓步驟之前，加熱和/或冷卻靶坯件。實施例1擠壓并軋制A1-0. 2% Si-O. 5% Cu合金錠以形成具有13英寸直徑和1. 25英寸厚度的盤。利用兩輪的凹槽擠壓和兩輪變平來圓形凹槽擠壓靶坯件，使得最終的盤還是13英寸直徑和1. 25英寸厚度。不進行退火。然后，靶坯件被加工以形成12. 5英寸DIAX 1. 1”靴坯件并被分析以測量圓形擠壓的材料的機械性能。從加工盤切割出標準的測試樣品并測量拉伸強度。結果示于表1中。表 權利要求
1.一種利用圓形凹槽擠壓制造金屬靶坯件的方法，包括如下步驟a.在第一圓形凹槽擠壓模具組中將金屬或金屬合金靶坯件擠壓為第一同心褶皺形狀， 同時保持所述靶坯件的初始直徑以在所述靶坯件中產生剪切變形的同心環；b.通過平的模具組向所述同心褶皺靶坯件施加足夠的力以大致使所述靶坯件變平，同時保持所述靶坯件的初始直徑以將所述靶坯件恢復為大致平的狀態；c.在第二圓形凹槽模具組中擠壓所述靶坯件為第二同心褶皺形狀，同時保持所述靶坯件的初始直徑，其中，所述第二模具組具有從所述第一模具組的凹槽圖案偏置的凹槽圖案， 從而在所述靶坯件的在步驟a)中未變形的區域中產生剪切變形的同心環；和d.通過平的模具組向所述同心褶皺靶坯件施加足夠的力以大致使所述靶坯件變平，同時保持所述靶坯件的初始直徑以將所述靶坯件恢復為大致平的狀態。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述第二凹槽模具組具有形成于其中的同心凹槽， 用于使所述靶坯件產生圓形褶皺，所述凹槽的尺寸大致與所述第一模具組中的凹槽的尺寸相同，但是偏置了一個周期。
3.如權利要求1所述的方法，所述方法還包括重復步驟a)、b)、c)和d)。
4.如權利要求1所述的方法，所述方法還包括在步驟a)-d)的一個或多個之后退火所述靶坯件的步驟。
5.如權利要求1所述的方法，所述方法還包括在步驟a)-d)的一個或多個之前加熱所述靶坯件的步驟。
6.如權利要求1所述的方法，所述方法還包括在步驟a)-d)的一個或多個之前冷卻所述靶坯件的步驟。
7.用于制造濺射靶坯件的圓形凹槽擠壓機構，所述圓形凹槽擠壓機構包括a.具有凹槽的第一凹槽模具組，用于使所述靶坯件形成圓形褶皺；b.第二凹槽模具組，用于在所述第一模具組中未變形的區域中使所述靶坯件形成褶皺，該第二凹槽模具組具有與所述第一模具組中的凹槽尺寸相同的凹槽尺寸；和c.用于變平所述靶坯件的模具組。
8.如權利要求7所述的圓形凹槽擠壓機構，其中，所述第二凹槽模具組具有形成于其中的同心凹槽，用于使所述靶坯件形成圓形褶皺，其凹槽的尺寸大致與所述第一模具組中的凹槽尺寸相同，但是偏置了一個周期。
全文摘要
一種利用圓形凹槽擠壓制造金屬靶坯件(1)的方法，包括在第一圓形凹槽擠壓模具組(20A，20B)中將金屬或金屬合金靶坯件(1)擠壓為第一同心褶皺形狀，同時保持所述靶坯件(1)的初始直徑以在所述靶坯件(1)中產生剪切變形的同心環。然后，通過平的模具組(30A，30B)向所述同心褶皺靶坯件(1)施加足夠的力以大致變平所述靶坯件，同時保持所述靶坯件(1)的初始直徑以將所述靶坯件(1)恢復為大致平的狀態。在第二圓形凹槽模具組(40A，40B)中擠壓所述靶坯件(1)為第二同心褶皺形狀，同時保持所述靶坯件(1)的初始直徑，其中，所述第二模具組(40A，40B)具有從所述第一模具組(20A，20B)的凹槽圖案偏置的凹槽圖案，從而在所述靶坯件的之前未變形的區域中產生剪切變形的同心環。通過平的模具組(30A，30B)再次向所述同心褶皺靶坯件(1)施加足夠的力以大致變平所述靶坯件(1)，同時保持所述靶坯件(1)的初始直徑以將所述靶坯件恢復為大致平的狀態。
文檔編號B21D13/02GK102245795SQ200980149256
公開日2011年11月16日 申請日期2009年10月9日 優先權日2008年10月10日
發明者埃里克.西多, 尤金.Y.伊萬諾夫, 戴維.B.斯馬瑟斯 申請人:東曹Smd有限公司