高完整性濺射靶材以及其批量制造方法

專利名稱：高完整性濺射靶材以及其批量制造方法
本申請基于35U.S.C.119(e)要求于2003年12月22日提交的美國臨時專利申請No.60/531,831為優先權，其作為參考在此全部引入。
背景技術：
本發明涉及金屬坯段、板坯、棒和濺射靶。更特別地，本發明涉及一種制造具有均勻細粒尺寸、均勻微觀結構且沒有表面紋路(marbleizing)的金屬的方法，該金屬用于制造濺射靶和其它物體。
鉭已經作為用于在先進集成電路微電子器件中使用的銅互連(interconnect)的主要擴散阻擋(diffusion barrier)材料出現。在這種微電子器件的制造程序中，鉭或氮化鉭阻擋層通過物理氣相淀積(PVD)(一種沿用已久的方法)來沉積，由此通過高能等離子體腐蝕源材料(術語為“濺射靶”)。等離子區離子的轟擊和穿透進入濺射靶的晶格使得原子從濺射靶表面噴出，該原子然后沉積在基底頂上。濺射沉積膜的質量受包括濺射靶的化學和冶金均勻性的許多因素影響。
近些年，研究工作已集中在開發提高純度、減小粒徑并控制鉭濺射靶材料結構的方法上。例如，美國專利No.6,348,113(Michaluk等)和美國專利申請No.2002/0157736(Michaluk)和2003/0019746(Ford等)描述了通過變形和退火操作的特定組合在鉭材料或鉭濺射靶部件中獲得選擇的粒徑和/或優選取向的金屬加工方法，這些文件作為參考在此引入。每個引用的出版物詳述了適合于制造僅僅一個或少量鉭濺射靶或部件的方法工藝；特別地，這些出版物涉及鉭的批量處理。從小工件制造濺射靶部件的一些優點是冷加工可以用小型軋機和壓機完成，材料容易在工作站(work station)內及之間移動和處理，而且可以用一致的變形操作牢固地控制制成零件的尺寸。然而，小量制造方法的缺點包括固有的高可變成本，其包括人工和營運成本。
美國專利No.6,348,113(Michaluk等)中公開了一種適于制造大批次大量具有微結構和織構均勻性的高純鉭濺射靶的方法。盡管高容量制造方法與批量處理相比具有重大的成本收益，但它們通常不能通過標準且可重復變形順序獲得精密的尺寸公差。由于其大的、非均質的顆粒結構，高純度鉭錠和重軋制板坯(heavy rollingslab)的機械響應性高度易變。在高純重板坯上施加預定且一致的軋制壓下量(rollingreduction)制度可導致每個壓下道次(pass)板厚的發散，并最終將生產規格過量變化的板產品。由于這種特性，從重板坯軋制成鉭板的傳統方法是通過取決于板的寬度和規格的特定量來減小軋機間隙，然后增加輕微的精軋道次以獲得典型地為靶厚約+/-10％的量規公差。
軋制理論規定每軋制道次的大壓下量必須實現在整個部件厚度上應變的均勻分布，這種均勻的應變分布有益于獲得均勻退火響應和在成品板(finished plate)中微細、均勻微結構。當將高容積(high volume)鉭板坯加工成板時，尺寸代表阻礙采取大的軋制壓下量能力的主要因素，因為大壓下量(如真實應變壓下量(true strainreduction))可為比軋機所能處理的多的咬合(bite)。在板坯或板厚度最大處開始軋制是尤其正確的(true)。例如，4”厚板坯的0.2真實應變壓下量需要0.725”壓下量道次。采取這種大咬合所需的分離力將大于傳統生產軋機的能力。相反，在0.40”板上的0.2真實應變壓下量僅等于0.073”軋制壓下量，其完全處于許多制造軋機的能力內。影響鉭軋制壓下量速率的另一個因素是板寬。對于每道次、板規格和軋制給定的輥隙，寬板比窄板經歷每個軋制道次較小的壓下量。
由于加工大塊鉭不能單獨依靠大軋制壓下量以使板坯變成板，應變不可能均勻分布在整個板厚上。結果，產品并不均勻地響應退火，如文獻(例如Michaluk等，“Correlating Discrete Orientation and Grain Size to the Sputter Deposition Propertiesof Tantalum”，JEM，1月，2002年；Michaluk等，“Tantalum 101The Economics andTechnology of Tantalum”，Semiconductor Inter.，7月，2000年，兩者都作為參考在此引入)中報道的鉭板中微結構和織構不連續性的存在所證明的。退火的鉭板的冶金和織構均勻性通過如美國專利No.6,348,113中教導的將中間退火操作引入到加工中而得到提高。然而，在鉭板加工過程中引入一個或多個中間退火操作也將減少給予最終產品的總應變。這依次將減輕板的退火響應，且因此限制在鉭產品中獲得微細平均粒徑的能力。
發明人認為，大塊鉭的機械響應的可變性預期會隨著冷加工數量的增加而減少。變形加工用來破壞存在于大塊鉭錠或軋制板坯中的大顆粒結構，由此在通過冷加工減少鉭規格時，在高純鉭機械性能中的批次內(intra-lot)或批次間(inter-lot)可變性得到集中。因此，發明人已發現在軋制鉭過程中超越的臨界變形點(CDP)，其中機械響應中可變性充分降低。此外，在緊密控制用于高容量生產鉭中所有軋制板坯的起始尺寸時，CDP與軋制板材的具體規格相關。超過CDP軋制的所有生產材料的響應據信是一致且可預知的。
鉭中紋路結構的存在或出現已被視為對鉭濺射靶材和部件的性能和可靠性有害。發明人僅在近期已發現，可以在鉭和其它金屬中發現兩種不同類型的紋路沿著腐蝕的鉭靶或部件的濺射表面觀察到的紋路，和在鉭靶或部件制造(as-fabricated)表面周圍觀察到的紋路。在腐蝕的鉭濺射靶中，紋路由在基體材料糙面精整(由多面濺射腐蝕顆粒產生)周圍的暴露的抗濺射(100)織構帶(作為光澤區域出現)的混合物形成。在濺射腐蝕表面形成紋路的傾向通過加工以在鉭靶厚度上具有均勻織構的鉭濺射靶或部件最小化或在其中消除，如美國專利No.6,348,113中公開的。美國專利No.6,462,339(Michaluk等)中公開了用于量化鉭濺射靶材料和部件的織構均勻性的分析方法，其作為參考在此引入。2004年2月18日提交的美國專利申請No.60/545,617中公開了用于量化條帶的另一種分析方法，且作為參考在此引入。
表面紋路可以沿著鍛造鉭材或濺射元件的制造表面在光(light)濺射(如焊穿試驗)之后或通過在含有氫氟酸、濃縮烴基化物、或發煙硫酸和/或硫酸的溶液中或其它合適刻蝕溶液中的化學刻蝕得到解決。在退火的鉭板中，表面紋路作為大的隔離的斑和/或退色區域的網狀物出現在酸洗軋制表面的頂上。發明人還確定鉭的紋路表面可以通過從每個表面研磨或刻蝕材料的0.025”來去除；然而，消除表面紋路的途徑在經濟上不理想。現有技術既不能解決鉭中表面紋路，也沒有教導減少或消除這種現象的手段。
因此，需要制造基本沒有表面紋路的鉭(或其它金屬)濺射靶材料或部件。進一步需要適合于批量生產基本沒有表面紋路濺射靶的制造方法。


發明內容
因此，本發明的一個特征是提供一種基本沒有表面紋路的電子管金屬(或其它金屬)材料或濺射部件。
本發明的另一個特征是提供一種批量制造金屬材料或濺射部件的方法，該金屬材料或濺射部件具有平均粒徑約為20μm或更小的微細、均勻微結構，并在貫穿金屬材料或濺射部件的厚度上具有均勻的織構(texture)。
本發明的另一個特征是提供一種批量制造金屬材料或濺射部件的方法，該金屬材料或濺射部件在一個生產批次的產品中具有一致的化學、金屬學和織構特性。
本發明的另一個方面是提供一種批量制造金屬材料或濺射部件的方法，該金屬材料或濺射部件在多個生產批次的產品中具有一致的化學、金屬學和織構特性。
本發明的另一個特征是提供一種批量制造金屬(如鉭)材料或濺射部件的方法，該金屬材料或濺射部件在多個生產批次的產品中具有一致的化學、金屬學和織構特性。
本發明的另一個特征是提供一種金屬材料(如鉭)，其具有適合于形成如Ford的美國專利申請No.2003/0019746中公開的包括濺射部件和濺射靶的部件的微結構和織構特性，該專利申請文件作為參考在此引入。
本發明的進一步的特征是提供一種包括成型濺射部件和濺射靶的成型金屬(如鉭)部件，該金屬部件具有平均粒徑為約20微米或更小的微細、均勻的微結構，并在貫穿成型部件、濺射部件或濺射靶的厚度上具有均勻織構，其在成形后無需退火而充分地保留均勻化金屬材料的金屬學和織構上的特性。
本發明其它的特征和優點將部分地在隨后的說明書中闡述，部分地將通過說明書顯而易見，或可以通過實踐本發明而獲知。本發明的目的和其它優點將借助于說明書和所附權利要求中特別指出的要素和組合來實現和獲得。
為了實現這些和其它優點，且依據本發明的目的，如在此具體表達和概述的，本發明涉及一種制備濺射靶的方法。該方法包括提供含有至少一種金屬(如至少一種電子管金屬)的板坯和對該板坯的第一軋制以形成中間板，其中該第一軋制包括一個或多個軋制道次。該方法進一步包括將該中間板分割成多個子批次(sub-lot)板；和對至少一個子批次板的第二軋制以形成金屬板，其中該第二軋制包括一個或多個軋制道次，且其中第二軋制的每個軋制道次給予大于約0.2的真實應變壓下量。本發明進一步涉及由該方法制備的產品，包括濺射靶和其它部件。該軋制步驟可以是冷軋、溫軋或熱軋步驟。
應當理解，以上概述和隨后詳細說明都僅僅是示范性和說明性的，并用于對要求保護的本發明提供進一步解釋。
在此引入并構成申請一部分的


了本發明的一些實施方式，并和說明書一起用來解釋本發明的原理。


圖1為涉及板坯、中間板和成品板的尺寸的圖。
圖2(a)～(f)是退火的鉭板橫截面的顯微照片，顯示了平均粒徑約為18微米的均勻顆粒結構。
圖3(a)～(b)是退火的鉭板橫截面的反極圖(IPF)定位圖(orientation map)，顯示了基本沒有織構帶的均勻混合(111)(100)織構。
圖4是顯示有表面紋路的蝕刻鉭板的照片。
圖5是根據本發明加工的沒有表面紋路的蝕刻鉭板的照片。

具體實施例方式 本發明涉及用于多種技術中的方法和金屬制品，包括薄膜領域(如濺射靶和起到這種靶作用的其它部件等)。部分地，本發明涉及制備具有所需特征(如織構、粒度等)的金屬材料的方法，并進一步涉及該產品本身。特別的，描述了制造濺射靶的方法，且該方法包括提供含有至少一種金屬的板坯。該板坯經過第一軋制形成中間板，其中該第一軋制可以包括多個軋制道次。該方法進一步包括將該中間板分割成多個子批次板，并使一個或多個子批次板經過第二軋制形成金屬板，其中該第二軋制可以包括多個軋制道次，且其中第二軋制的每個軋制道次給予一個約0.1或更大，優選約0.15或更大，甚至更優選約0.2或更大的真實應變壓下量。該第二軋制的最終軋制道次可以給予等于或大于其它軋制道次所給予的真實應變壓下量的真實應變壓下量。該第二軋制的至少一個軋制道次可以在相對于第一軋制的至少一個軋制道次的橫向上。該第二軋制的軋制道次可以是多向的。該軋制步驟可以是冷軋或溫軋或熱軋或這些軋制步驟的各種組合。真實應變的定義為e＝Ln(ti/tf)，其中e為真實應變或真實應變壓下量，ti為初始板厚，tf為最終板厚，Ln為該比值的自然對數。
此外，本發明涉及制備具有足夠尺寸的高純度鉭板(或其他類型的金屬板)以產生多個濺射靶坯或部件的方法。優選地，該金屬(如鉭)具有微細、均勻的微結構。例如，該金屬如電子管金屬可以具有約為20微米或更小，如18微米或更小，或15微米或更小的平均粒徑，和具有基本沒有(100)織構帶的織構。為了本發明，在整個本發明申請中討論的鉭金屬僅為示例性目的，實現本發明可以等同地應用包括其它電子管金屬和其它金屬的其它金屬。
該方法首先包括將鉭錠加工成適合變形加工的矩形。該鉭錠可以是市售的。該鉭錠可以根據Michaluk等的美國專利No.6,348,113的教導來制備，該專利作為參考在此引入。該方法也可以包括直接將高純度鉭金屬鑄造成適合變形加工的形態，或可以通過電子束熔接形成板坯。該矩形具有足夠的尺寸和體積以產生多個濺射靶坯。該矩形還必須具有足夠的厚度以允許在獲得在加工過程中的加工(如冷加工)必須量以獲得合適退火響應并避免形成表面紋路。例如，具有5英寸乘10.25英寸的面積再乘以大于30英寸的長度的矩形是合適的。該矩形可以任選在保護性環境中進行一次或多次熱處理(如退火)以獲得應力釋放、部分再結晶或完全再結晶。
接下來，加工該矩形以制備具有平整且平行的軋制面的軋制板坯或棒。優選軋制面以不受污染或不將雜質金屬嵌入表面的方式加工。機加工方法如磨銑或快速切削是使得軋制面平整且平行的優選方法。可以使用其它方法如blanchard碾磨或拋光，可以使用隨后的清洗操作如重酸洗(heavy pickling)以從所有表面上去除約0.001”，從而去除任何嵌入的雜質。在這一點上，并嚴格地僅作為例子，機加工板坯可以具有約3～約6英寸的厚度，約9～約11英寸的寬度和約18～約48英寸的長度。優選該機加工板坯具有4.5英寸的厚度、10.25英寸的寬度和30英寸的長度，具有平整在0.020英寸范圍內的軋制面，優選兩個相對軋制面。對本發明來說也可以使用其它尺寸。
然后，可以清洗該機加工板坯，以去除表面頂上的任何雜質如油和/或氧化物殘渣。如在美國專利6,348,113中說明的氫氟酸、硝酸和去離子水的酸洗溶液可以滿足需要。然后，該板坯可以在真空或惰性氣體中在700～1500℃或850～1500℃的溫度下退火約30分鐘～約24小時，更優選，在約1050～約1300℃的溫度下退火2～3小時，以實現應力釋放、或部分或完全再結晶，而沒有過量的非均勻顆粒生長或二次再結晶。
然后，軋制(如冷軋、溫軋或熱軋)每個板坯以生產所需規格和尺寸的板，以依據如下標準產生多個濺射靶坯。軋制該板坯以形成具有處于該板坯和所需成品板之間厚度的中間板。例如，該中間板可具有約0.75～約1.5英寸的厚度。該中間板的厚度，使得在從中間規格到完成的軋制中所給予真實應變為在將板坯軋制成中間規格所給予全部真實應變的約0.1或更大，優選約0.15或更大，或0.2或更大，如約0.25～約2.0，且優選約0.5～約1.5。該第二軋制的最終軋制可以給予等于或大于其它任何軋制道次所給予的真實應變壓下量。例如，對將4.5”板坯冷軋成具有0.360”厚度成品板表示全部真實應變壓下量為2.52；從1.125”厚度的中間板軋制成的成品板具有的從中間規格軋制到成品板所給予的真實應變為從板坯軋制成中間板所給予真實應變的0.63。類似地，從0.950”厚度的中間板軋制成的成品板具有的從中間規格軋制成成品所給予真實應變為從板坯軋制成中間板所給予真實應變的0.442。對本發明來說，本發明描述的每個軋制步驟可以是冷軋步驟、溫軋步驟或熱軋步驟。此外，每個軋制步驟可以包括一個或多個軋制步驟，其中如果在一個特殊步驟中使用超過一個軋制步驟，則多個軋制步驟可以全部是冷軋、溫軋或熱軋，或可以是各種冷軋、溫軋或熱軋步驟的組合。這些術語是本領域技術人員理解的。典型地，冷軋是軋制過程中處于室溫或更低的溫度，而溫軋典型地是在稍微高于室溫如高于室溫10℃～約25℃，而熱軋典型地是高于室溫25℃或更高。同樣，對本發明來說，在任何金屬加工(如軋制等)前或后，金屬材料可以在每個加工步驟中進行一次或多次(例如，1、2、3或多次)熱處理(如退火)。該熱處理可以實現應力釋放、或部分或完全再結晶。
在從大板坯軋制成中間板的過程中，每個軋制道次采用大應變壓下量以獲得中間板的均勻加工經常是不實際也不必需的。將板坯軋制成中間板的一個目的是通過受控并可重復的過程來制備中間形態。該中間形態具有足夠尺寸以被切割成一個或多個部分，然后可將這些部分軋制成具有足夠尺寸的成品板以產生多個濺射靶坯。優選控制該過程以使得從板坯軋制成中間板的壓下量速率在每一個板坯上可以重復，且使得限制板坯寬展量以最優化從板坯的產品產率。如果工件的長度寬展超過允許的限度，那么難以將中間板軋制成目標規格范圍并同時獲得為最優化產品產率所需的最小寬度。優選地，中間板的長度大于板坯長度的約10％。
將板坯軋制成中間板的過程以在每個軋制道次采用小的壓下量開始。例如參見表1～24。盡管將板坯軋制成中間板的軋制制度可以限定以把每個道次理想的真實應變壓下量作為目標，這樣的途徑是困難的，而且要花費時間來實施、監測并校驗一致性。更優選的途徑是使用由軋機間隙設置變化所限定的軋制制度來將板坯軋制成中間板。參見表1～24。該過程以采用一個或兩個“定徑道次”以達到預定的軋機間隙設置，然后由每個道次的預定量來減少軋機間隙開始。每個軋制道次中軋機間隙設置的改變可以保持恒定、連續增長、或增量增長。當工件厚度接近中間板的目標厚度時，軋機間隙設置的改變可以根據每個軋機操作工的判斷來改變，以獲得所需的中間板寬度和厚度范圍。
當從板坯軋制成中間板時，必須注意限制工件側向寬展量。通過采用整平道次(flattening pass)可產生側向寬展，所以整平道次數量和每個整平道次的給予應變量都應該最小化。同時，應該避免工件以一個角度供給進入軋機。期望使用推鋼桿將工件供給至軋機。
中間板可以任選在約700～1500℃或約850～約1500℃的溫度下退火約30分鐘～約24小時，更優選，在約1050～1300℃的溫度下退火1～3小時或更長時間，以實現應力釋放、或部分或完全再結晶，而沒有過量的非均勻顆粒生長或二次再結晶。也可以使用其它的時間和溫度。
將中間板軋制成成品板的首要目的是在每道次中給予足夠的真實應變以獲得貫穿板厚的均勻應變，其是退火后材料中獲得微細而均勻顆粒結構和織構所必需的。特別地，期望在將中間板厚度降低至成品板厚度的每個軋制道次中給予最小0.2的真實應變壓下量。為了促進大的軋制壓下量，將中間板切割成寬度小于中間板且等于或稍微大于濺射靶坯直徑的子批次板。此外，期望大壓下量軋制過程中的軋制方向垂直于中間板的軋制方向。然而，可允許從板坯等斷面軋制成成品板，或從中間板脈沖軋制(clock rolling)成成品板。
然后，使用具有每道次限定的最小真實應變的軋制制度將每個子批次中間板軋制(如冷軋)成具有所需尺寸的成品板。為了保證每一批加工和產品的一致性，優選預先限定大壓下量道次的數量和每個道次允許的真實應變壓下量范圍(如表1～24所示)。同時，為了防止軋制后的板的過度彎曲，在最后一個軋制道次中給予大于之前的軋制道次所給予的真實應變壓下量是有利的。將中間板軋制成最終產品的制度實例如下厚度范圍在0.950～1.00”的中間板批次可以通過每道次0.2～0.225應變四個壓下道次和0.2或真實應變壓下量為0.2或更大的第五壓下道次軋制成0.360”的目標規格。
至于板坯、中間板、子批次板、板、濺射靶和包括鑄錠的任何其它部件，這些材料可以具有相對于現有金屬的任何純度。例如，該純度可以是相對于現有金屬的95％或更高，如至少99％、至少99.5％、至少99.9％、至少99.95％、至少99.99％、至少99.995％或至少99.999％。例如，將這些純度應用于鉭金屬板坯，其中該板坯為99％純度的鉭及更高純度。此外，該起初板坯可以具有任何粒度，如2000微米或更小，更優選為1000微米或更小，更優選為500微米或更小，甚至更優選為150微米或更小。
此外，對于起始板坯或典型地制備成板坯的鑄錠、和由板坯得到的其他部件如中間板、子批次板來說，該織構可以是任何織構，如在材料如板坯的表面上和/或整個厚度中的主(100)或主(111)織構、或混合(111):(100)織構。優選地，當織構為主(111)或混合(111):(100)織構時，該材料如板坯不具有任何織構帶，如(100)織構帶。
對于金屬來說，優選本發明中受加工金屬為電子管金屬或難熔金屬，但是其它金屬也可以使用。可以用本發明加工的該類型金屬具體例子包括但不限于鉭、鈮、銅、鈦、金、銀、鈷及其合金。
本發明的一個實施方式中，由本發明方法得到的產品優選產生板或濺射靶，其中所有存在顆粒的至少95％為100微米或更小、或75微米或更小、或50微米或更小、或35微米或更小、或25微米或更小。更優選，由本發明方法得到的產品產生板或濺射靶，其中所有存在顆粒的至少99％為100微米或更小、或75微米或更小、或50微米或更小，更優選地為35微米微或更小，甚至更優選為25微米或更小。優選地，所有存在顆粒的至少99.5％具有該所需的顆粒結構，和更優選所有存在顆粒的至少99.9％具有這種顆粒結構，其為100微米或更小、或75微米或更小、或50微米或 更 小，更優選地為35微米或更小，甚至更優選為25微米或更小。高百分比的小粒徑的確定優選基于從顯示顆粒結構的顯微照片中隨機選取500個顆粒進行測量。
優選地，該電子管金屬板具有其表面上的主(111)、或主(100)或混合(111)(100)織構和/或在其整個厚度上的轉置主(111)、轉置主(100)或混合轉置(111)(100)。
此外，該板(和濺射靶)優選這樣制得，其中該產品在板或靶的表面上基本沒有紋路。這種基本沒有紋路優選表示板或靶表面的25％或更少的表面區域沒有紋路，更優選板或靶表面的20％或更少、15％或更少、10％或更少、5％或更少、3％或更少、1％或更少的表面區域沒有紋路。典型地，該紋路為含有與主織構不同的織構的斑紋或大條帶區域。例如，當主(111)織構存在時，斑紋或大條帶區域的形式的紋路典型地為在板或靶表面上且可以在整個板或靶厚度上的(100)織構區域。這種斑紋或大條帶區域通常可以認為是具有板或靶整個表面區域的至少.25％表面區域的斑紋，且對于板或靶的表面上的單個斑紋，表面區域可甚至更大，如.5％或1％、2％、3％、4％、5％或更高。無疑可存在大于一個的限定板或靶表面上紋路的斑紋。使用美國專利申請No.60/545,617中上述提及的非破壞性條帶測試，本發明可以定量地確定這個。此外，板或靶可以具有1％或更少如0.60～0.95％的條帶(％條帶區域)。本發明用于減少顯示出紋路的單個斑紋的尺寸和/或減少產生紋路的全部斑紋的數量。因此，本發明使受紋路影響的表面區域最小，并減少出現的紋路斑紋數量。通過減少板或靶表面上的紋路，該板或靶無需經受進一步板或靶的加工和/或進一步退火。另外，不需要去除板或靶的頂面以去除紋路影響。因此，通過本發明，需要較少的板或靶的物理加工，因此產生勞動成本以及對于材料損失的節約。另外，通過提供較少紋路的產品，該板及更重要的靶可以均勻地受濺射，且不浪費材料。
本發明的金屬板可以具有在濺射或化學腐蝕之后具有低于75％如低于50％或低于25％的光澤斑點的表面區域。優選地，該表面區域具有在濺射或化學腐蝕之后低于10％的光澤斑點。更優選地，該表面區域具有在濺射或化學反應之后低于5％的光澤斑點，且最優選，低于1％的光澤斑點。
對本發明來說，該織構也可以是混合織構，如(111):(100)混合織構，且該混合織構優選在整個板或靶的表面和/或厚度上是均勻的。包括如美國專利No.6,348,113中所述的形成薄膜、電容器殼、電容器等的各種用途可以在此實現，并為了避免重復在此引入這些用途等。同樣，美國專利No.6,348,113中闡釋的用途、粒度、織構和純度也可在此用于這里的材料，并其全文在此引入。
本發明的金屬板可以具有在極取向(pole orientation)(Ω)上的總變化。該極取向上的總變化可以根據美國專利No.6,462,339通過板厚來測量。極取向上總變化的測量方法可以與量化多晶材料織構均勻性的方法相同。該方法可包括選擇參考極取向，采用掃描取向圖像顯微術對具有厚度的材料或其部分的橫截面以增量進行掃描，以在整個厚度上以增量獲得多個顆粒的實際極取向，確定參考極取向和該材料或其部分中多個顆粒的實際極取向之間的差值，在整個厚度上測量的每個顆粒處分配來自參考極取向的取向誤差，并確定在整個厚度上每個測量的增量的平均取向誤差；通過確定在貫穿厚度上每個測量的增量的平均取向誤差的二階導數來獲得織構帶。使用上述方法，在貫穿板厚上測量的本發明金屬板的極取向總變化可以小于約50/mm。優選地，根據美國專利No.6,462,339，在貫穿本發明板厚上測量的極取向總變化小于約25/mm，更優選小于約10/mm，最優選小于約5/mm。
本發明金屬板可以具有根據美國專利No.6,462,339在貫穿板厚上測量的織構彎曲(inflection)的數量加工深度(scalar severity)(Λ)。該方法可以包括選擇參考極取向，采用掃描取向圖像顯微術對具有厚度的材料或其部分的橫截面以增量進行掃描，以在整個厚度上以增量獲得多個顆粒的實際極取向，確定參考極取向和該材料或其部分中多個顆粒的實際極取向之間的差值，在整個所述厚度上測量的每個顆粒處分配來自參考極取向的取向誤差，并確定在整個厚度上每個測量的增量的平均取向誤差；通過確定在貫穿厚度上每個測量的增量的平均取向誤差的二階導數來確定織構帶。在貫穿板厚上測量的本發明金屬板的織構彎曲的數量加工深度可以小于約5/mm。優選地，根據美國專利No.6,462,339在貫穿板厚上測量的織構彎曲的數量加工深度小于約4/mm，更優選小于約2/mm，最優選小于約1/mm。
本發明將通過以下實施例進一步闡明，但這些實施例僅用作本發明的示例。各表中真實應變(以％表示)可以除以100來轉換，以獲得上述說明中使用的單位。
實施例1使用傳統鍛造步驟成形為板坯的鉭錠具有如表1所列舉的起始尺寸。每個軋制(milling)步驟前的起始厚度也列舉在表1中。每道次所需的真實應變以及所需的道次后(post pass)厚度是每個隨后軋制步驟所需的真實應變和道次后厚度。實際道次后厚度和實際軋機伸展(mill stretch)是由軋制步驟產生的測量結果。厚度的減小表明軋制為冷軋步驟。C和D是形成具有指示尺寸板坯的兩個不同錠。C-分裂和D-分裂表示中間板被切割成子批次板。然后，這些板中一個隨后經受如表1所示的進一步軋制。
實施例2接受表2中的軋制制度重復實施例1，該表中示出了各種起始厚度和冷軋后厚度的隨后減少。
實施例3在該實施例中，除了表3a和3b中標記的不同之外，其余與實施例1基本相同。分裂1和分裂2表示由中間板形成的子批次板。按照表3a和3b中記載數據表示的那樣進行子批次板的單個軋制。在加工中特定點上，中間板經受平整道次，該道次中中間板轉動90°，不調整設定，穿過軋制機，以平整金屬中任何波紋。該軋制制度得到的數據表示在表3a和3b中。
實施例4除了標記的差異外，實施例4是按照實施例1程序的另一個實驗。
實施例5實施例5是應依據起始厚度和每道次所需壓下量使用設置的實施例。該表示出對于每個壓下量和獲得的實際厚度的軋機間隙設置。如這些實施例中所示，可以隨后形成濺射靶的子批次板可以這樣制備，其中優選子批次板的軋制給予約0.1或更大的真實應變壓下量，更優選為約0.2或更大的真實應變壓下量。
實施例6表2～24是鉭板坯的進一步實施例，這些鉭板坯進行這些表中所示的軋制制度。每個表是獨立板坯的單獨實驗。
圖1表明在此提及的長度和寬度尺寸。圖2(a)～(f)是實施例得到兩個成品板的顯微照片，顯示了均勻而小的粒徑。圖3是從一個實施例得到的退火成品板的IPF，使用與美國專利No.6,348,113中相同程序測定的。該IPF顯示了沒有織構帶的均勻的主混合(111):(100)織構。圖4是市售板的彩色照片，顯示出表面紋路。注意其不均勻外觀。另一方面，圖5是本發明一個實施例得到的成品板的彩色照片。注意到其均勻外觀，且沒有顯示紋路。
這些權利要求顯示了本發明其他實施方式。對本領域技術人員來說，通過考慮本說明書和在此公開的本發明的實踐，本發明的其它實施方式是顯而易見的。本說明書和實施例僅用于示例性的，本發明的真實范圍和精神由所附權利要求及其等價物來表明。
表1 表2 表3a 表3b 表4 表5 表6 板寬展軋制的典型軋制設置 表7 226163C1 操作者錯誤(進行第4道次兩 226163C2 遍) 226163C1 這推薦用于制造12英寸盤的0.250板 板對 0.009 板 表8 226163A1 226163A2 226163A3 223437A1 223437A2 223437A3 板對板-163 0.005板對板-437 0.021板坯對板坯 表9 223437B1 223437B2 226163B1 226163B2 226163B3 板對板-163 0.012 板對板-437 0.008 板坯對板坯 0.018 表10 表11 表12 表13 表14 表15 表16 在最后道次之前用水冷卻 表17 表18 表19 表20 在確定制度的同時采用額外的道次 表21 表22 表23進行第4道次兩遍 表24 這推薦用于制造12英寸盤的0.250板
權利要求
1.一種制造濺射靶的方法，包括
提供含有至少一種金屬的板坯；
第一軋制所述板坯以形成中間板，其中所述第一軋制包括多個軋制道次；
將所述中間板分割成多個子批次板；和
第二軋制至少一個所述子批次板以形成金屬板，其中所述第二軋制包括多個軋制道次，且其中所述第二軋制的每個所述軋制道次給予約0.2或更大的真實應變壓下量。
2.權利要求1所述方法，其中由所述第二軋制給予的真實應變壓下量為由所述第一軋制給予的真實應變壓下量的約0.25～約2.0。
3.權利要求1所述方法，其中由所述第二軋制給予的真實應變壓下量為由所述第一軋制給予的真實應變壓下量的約0.5～約1.5。
4.權利要求1所述方法，其中所述第一軋制包括由軋機間隙設置的改變所限定的軋制制度。
5.權利要求1所述方法，其中所述第二軋制的最終軋制道次給予的真實應變壓下量等于或大于其它任何軋制道次所給予的真實應變壓下量。
6.權利要求1所述方法，其中所述至少一種金屬為鈮、鉭或其合金。
7.權利要求1所述方法，其中所述至少一種金屬為銅或鈦或其合金。
8.權利要求1所述方法，進一步包括對所述板坯進行退火。
9.權利要求8所述方法，其中所述退火是在真空或惰性條件下在約70°～約1500℃的溫度下進行約30分鐘～約24小時。
10.權利要求1所述方法，進一步包括對所述板坯提供兩個平整在約0.02英寸范圍內的相對軋制面。
11.權利要求1所述方法，其中所述板坯由電子束熔接和鑄造形成。
12.權利要求1所述方法，其中所述板坯通過鍛造錠形成。
13.權利要求1所述方法，其中所述板坯具有約3～約6英寸的厚度、約9～約11英寸的寬度和約18～約48英寸的長度。
14.權利要求1所述方法，其中所述中間板具有約0.75～約1.5英寸的厚度。
15.權利要求1所述方法，其中所述中間板具有大于所述板坯長度約10％或更少的長度。
16.權利要求1所述方法，進一步包括對所述中間板進行退火。
17.權利要求16所述方法，其中所述退火是在真空或惰性條件下在約700～約1500℃的溫度下進行約30分鐘～約24小時。
18.權利要求1所述方法，其中所述第二軋制的至少一個所述軋制道次在相對于所述第一軋制的至少一個所述軋制道次的橫向上。
19.權利要求1所述方法，其中所述第二軋制的所述軋制道次為多向。
20.由權利要求1所述方法形成的金屬板。
21.權利要求20所述的金屬板，其中所述電子管金屬板具有20微米或更小的平均粒徑。
22.權利要求20所述的金屬板，其中所述電子管金屬板具有18微米或更小的平均粒徑。
23.權利要求20所述的金屬板，其中所述電子管金屬板具有15微米或更小的平均粒徑。
24.權利要求20所述的金屬板，其中該顆粒的95％具有小于100微米的直徑。
25.權利要求20所述的金屬板，其中該顆粒的99％具有小于100微米的直徑。
26.權利要求20所述的金屬板，其中該顆粒的95％具有小于50微米的直徑。
27.權利要求20所述的金屬板，其中該顆粒的99％具有小于50微米的直徑。
28.權利要求20所述的金屬板，其中該顆粒的95％具有小于25微米的直徑。
29.權利要求20所述的金屬板，其中該顆粒的99％具有小于25微米的直徑。
30.權利要求20所述的金屬板，其中所述電子管金屬板基本沒有表面紋路。
31.權利要求20所述的金屬板，其中表面區域包含濺射或化學腐蝕后少于75％的光澤斑點。
32.權利要求20所述的金屬板，其中表面區域包含濺射或化學腐蝕后少于50％的光澤斑點。
33.權利要求20所述的金屬板，其中表面區域包含濺射或化學腐蝕后少于25％的光澤斑點。
34.權利要求20所述的金屬板，其中表面區域包含濺射或化學腐蝕后少于10％的光澤斑點。
35.權利要求20所述的金屬板，其中表面區域包含濺射或化學腐蝕后少于5％的光澤斑點。
36.權利要求20所述的金屬板，其中表面區域包含濺射或化學腐蝕后少于1％的光澤斑點。
37.權利要求20所述的金屬板，其中所述電子管金屬板具有基本沒有織構帶的織構。
38.權利要求20所述的金屬板，其中所述電子管金屬板在其整個厚度上具有均勻織構。
39.權利要求20所述的金屬板，其中所述電子管金屬板具有在其表面上的主(111)、或主(100)或混合(111)(100)織構和/或在其整個厚度上的轉置主(111)、轉置主(100)或混合轉置(111)(100)織構。
40.權利要求20所述的金屬板，其中在貫穿板厚上測量的極取向(Ω)上的總變化小于50/mm，由如下測量
選擇參考極取向；
采用掃描取向圖像顯微術對具有厚度的所述板或其部分的橫截面以增量進行掃描，以在整個所述厚度上以增量獲得多個顆粒的實際極取向；
確定所述參考極取向和所述板或其部分中多個顆粒的實際極取向之間的差值；
在整個所述厚度上測量的每個顆粒處分配來自所述參考極取向的取向誤差；
確定在整個所述厚度上每個測量增量的平均取向誤差；
通過確定在貫穿所述厚度上每個測量增量的所述平均取向誤差的二階導數來獲得織構帶，小于50/mm。
41.權利要求40所述的金屬板，其中極取向(Ω)中總變化小于25/mm。
42.權利要求40所述的金屬板，其中極取向(Ω)中總變化小于10/mm。
43.權利要求40所述的金屬板，其中在貫穿板厚度上測量的極取向(Ω)中總變化小于5/mm。
44.權利要求20所述的金屬板，其中在貫穿板厚度上測量的織構彎曲(Λ)的數量加工深度小于5/mm，由如下測量
選擇參考極取向；
采用掃描取向圖像顯微術對具有厚度的所述板或其部分的橫截面以增量進行掃描，以在整個所述厚度上以增量獲得多個顆粒的實際極取向；
確定所述參考極取向和所述板或其部分中多個顆粒的實際極取向之間的差值；
在整個所述厚度上測量的每個顆粒處分配來自所述參考極取向的取向誤差；
確定在整個所述厚度上每個測量的增量的平均取向誤差；
通過確定在貫穿所述厚度上每個測量的增量的所述平均取向誤差的二階導數來獲得織構帶，小于5/mm。
45.權利要求44所述的金屬板，其中織構彎曲(Λ)的數量加工深度小于4/mm。
46.權利要求44所述的金屬板，其中在貫穿板厚上測量的織構彎曲(Λ)的數量加工深度小于2/mm。
47.權利要求44所述的金屬板，其中穿過板厚測量的織構彎曲(Λ)的數量加工深度小于1/mm。
48.由權利要求20所述金屬板成形的濺射部件。
49.權利要求20所述的濺射部件，其中成形包括旋轉成形、剪切成形、旋壓、深沖壓或液壓成形。
50.權利要求40所述的濺射部件，其中所述濺射部件具有20微米或更小的平均粒徑。
51.權利要求40所述的濺射部件，其中所述濺射部件具有20微米或更小的平均粒徑，且在形成所述濺射部件后不退火。
全文摘要
公開了一種制造金屬板和濺射靶的方法。此外，進一步公開了由本發明方法制得的產品。本發明優選提供一種在金屬產品表面具有減少的或最少紋路的產品，該產品具有許多優點。
文檔編號C22F1/00GK1985021SQ20048004199
公開日2007年6月20日 申請日期2004年12月20日 優先權日2003年12月22日
發明者克里斯托弗·A·米卡盧克, 路易斯·E·休伯, P·托德·亞歷山大 申請人:卡伯特公司