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本发明提供通过型锻制造的溅射靶，其特征在于，平均结晶粒径最大的部分的平均结晶粒径D与平均结晶粒径最小的部分的平均结晶粒径d的关系为1.0＜D/d＜2.0。另外提供通过改良和钻研锻造工序和热处理工序，使结晶粒径微细和均匀，可以稳定制造特性优异的溅射靶的方法，以及由该方法得到的品质优异的溅射靶。

1.  一种通过型锻制造的溅射靶，其中，平均结晶粒径最大的部分的平均结晶粒径D与平均结晶粒径最小的部分的平均结晶粒径d的关系是1.0＜D/d＜2.0。

2.  一种通过型锻制造的钛等的六方晶系溅射靶，其中，在靶的腐蚀面上，(002)面、及在与其成30°角以内的(103)面、(014)面和(015)面的总强度比为不低于30％，并且变动在平均值的±10％以内。

3.  根据权利要求1或2的通过型锻制造的溅射靶，其中，在直径截面上出现的一个或多个帽形状或拱顶形状的开口直径与深度的比为不高于1∶3。

4.  一种通过型锻制造溅射靶的方法，包括步骤：对锭料或坯料进行热捏合或冷捏合和矫正退火；通过进行冷预成形和再结晶退火调节晶粒；和然后进行型锻。

5.  根据权利要求4的通过型锻制造钛等的六方晶系溅射靶的方法，其中，在靶的腐蚀面上，(002)面、及在与其成30°角以内的(103)面、(014)面和(015)面的总强度比为不低于30％，并且变动在平均值的±10％以内。

6.  根据权利要求4或5的制造溅射靶的方法，其中，热捏合或冷捏合中的真应变的总绝对值为不低于4。

7.  根据权利要求4-6任一项的制造溅射靶的方法，其中，当材料的熔点为Tm时，型锻在不高于0.5Tm的温度下进行。

8.  根据权利要求4-7任一项的制造溅射靶的方法，其中，在型锻后进行矫正退火或再结晶退火。

9.  根据权利要求4-8任一项的制造溅射靶的方法，其中，当材料的熔点为Tm时，冷预成型后的再结晶退火在不高于0.6Tm的温度下进行。

10.  根据权利要求8或9的制造溅射靶的方法，其中，当材料的熔点为Tm时，在型锻后在不高于0.6Tm的温度下进行矫正退火或再结晶退火。

11.  根据权利要求4-10任一项的制造溅射靶的方法，其中，以20～90％的加工比进行冷预成形。

12.  根据权利要求4-11任一项的制造溅射靶的方法，其中，在冷预成形后进行再结晶退火的结果是：使平均结晶粒径最大的部分的平均结晶粒径D₀与平均结晶粒径最小的部分的平均结晶粒径d₀的关系为1.0＜D₀/d₀＜1.5。

13.  根据权利要求4-12任一项的制造溅射靶的方法，其中，在冷预成形后进行再结晶退火的结果是：使粒径不高于最终平均结晶粒径的200％。

14.  根据权利要求4-13任一项的制造溅射靶的方法，其中，在型锻后进行结晶均化退火或矫正退火的结果是：使平均结晶粒径在1～500μm范围内。

15.  根据权利要求4-13任一项的制造溅射靶的方法，其中，平均结晶粒径最大的部分的平均结晶粒径D与平均结晶粒径最小的部分的平均结晶粒径d的关系为1.0＜D/d＜2.0。

16.  根据权利要求1-15任一项的溅射靶及其制造方法，其中，靶材料为铜、钛、铝、镍、钴、钽、或其合金。

溅射靶及其制造方法
技术领域
本发明涉及通过型锻形成的具有复杂三维(立体)结构的溅射靶，及其制造方法。
背景技术
近年来，由材料如金属或陶瓷形成膜的溅射方法在大量领域，如电子工业领域、耐蚀材料和装饰领域、催化剂领域、以及切削/研磨材料和耐磨材料的制造中应用。
溅射法本身是上述领域的公知方法，但最近，特别是在电子领域，需要适于形成复杂形状的膜和形成电路的溅射靶。例如，正在使用具有横截面为帽形或拱顶形、或这些形状的组合的三维(立体)结构的靶。
一般，具有这种三维结构的靶是通过对溶解或铸造金属而形成的锭料或坯料进行热锻，然后进行退火，并进一步进行型锻来制造的。在这种制造方法中，对锭料或坯料进行的热锻将破坏铸造组织，使气孔或偏析扩散或消除，并且通过进一步对其进行退火，将发生再结晶，可以将组织的致密化和强度提高到一定程度。
然后，通过型锻将该锻造的、再结晶的及退火的材料成形为具有规定的三维结构的靶形状，然后进一步进行再结晶退火和矫正退火(straightening annealing)，最后进行表面加工，以制造靶。
这样的靶制造方法尽管在制造普通的平板型靶时没有特别的问题，但是对于具有横截面为帽形或拱顶型或其组合的三维(立体)结构的靶而言，由于在型锻时存在强烈受到塑性变形的部分、和几乎不受到塑性变形的部分，所以在其后的再结晶退火及矫正退火时存在晶粒的尺寸出现异常差异的情况。
例如，尽管面向锻造方向的部分仅受到压缩力，但沿锻造方向的部分，即三维结构的侧壁将受到严苛、强烈的加工。
如上所述，在受到强烈塑性变形的部分和受到弱塑性变形的部分，退火时再结晶的晶粒的粒径将出现显著差别。换句话说，在受到强烈塑性变形的部分结晶变为微细的晶粒，而在受到弱塑性变形的部分结晶变为粗大的晶粒。另外，受到强烈塑性变形和受到弱塑性变形的部分的边界区域将变成微细晶粒和粗大晶粒随机存在、或微细晶粒和粗大晶粒阶段性变化的晶体结构。
一般而言，在进行溅射时，靶的晶体越细，沉积越均匀，并且可以得到具有均匀且稳定的特性、起弧(arcing)或粒子的产生少的膜。
因此，在型锻或其后进行的退火中产生的上述粗糙结晶晶粒和不规则结晶晶粒的存在将增加起弧和粒子的产生，存在溅射膜的品质将变差的大问题。不用说，不可能考虑使用残留有应变的型锻品，这将进一步劣化品质。
根据以上内容，存在通过型锻制造的具有三维结构的溅射靶伴随结晶晶粒变粗大和不均匀将使膜性质劣化的问题。
发明的公开
为克服上述问题，本发明的目的是提供通过改良和钻研锻造工序和热处理工序，使结晶粒径微细和均匀，可以稳定制造特性优异的溅射靶的方法，以及由该方法得到的品质优异的溅射靶。
本发明提供：
1.一种通过型锻制造的溅射靶，其中，平均结晶粒径最大的部分的平均结晶粒径D与平均结晶粒径最小地部分的平均结晶粒径d的关系是1.0＜D/d＜2.0；
2.一种通过型锻制造的钛等的六方晶系溅射靶，其中，在靶的腐蚀面上，(002)面、及在与其成30°角以内的(103)面、(014)面和(015)面的总强度比为不低于30％，并且变动在平均值的±10％以内。
3.根据1或2的通过型锻制造的溅射靶，其中，在直径截面上出现的一个或多个帽形状或拱顶形状的开口直径与深度的比为不高于1∶3；
4.一种通过型锻制造溅射靶的方法，包括步骤：对锭料或坯料进行热捏合或冷捏合和矫正退火；通过进行冷预成形和再结晶退火调节晶粒；和然后进行型锻；
5.根据4的通过型锻制造钛等的六方晶系溅射靶的方法，其中，在靶的腐蚀面上，(002)面、及在与其成30°角以内的(103)面、(014)面和(015)面的总强度比为不低于30％，并且变动在平均值的±10％以内。
6.根据4或5的制造溅射靶的方法，其中，热捏合或冷捏合中的真应变的总绝对值为不低于4；
7.根据4-6任一项的制造溅射靶的方法，其中，当材料的熔点为Tm时，型锻在不高于0.5Tm的温度下进行；
8.根据4-7任一项的制造溅射靶的方法，其中，在型锻后进行矫正退火或再结晶退火；
9.根据4-8任一项的制造溅射靶的方法，其中，当材料的熔点为Tm时，冷预成型后的再结晶退火在不高于0.6Tm的温度下进行；
10.根据8或9的制造溅射靶的方法，其中，当材料的熔点为Tm时，在型锻后在不高于0.6Tm的温度下进行矫正退火或再结晶退火；
11.根据4-10任一项的制造溅射靶的方法，其中，以20～90％的加工比进行冷预成形；
12.根据4-11任一项的制造溅射靶的方法，其中，在冷预成形后进行再结晶退火的结果是：使平均结晶粒径最大的部分的平均结晶粒径D₀与平均结晶粒径最小的部分的平均结晶粒径d₀的关系为1.0＜D₀/d₀＜1.5；
13.根据4-12任一项的制造溅射靶的方法，其中，在冷预成形后进行再结晶退火的结果是：使粒径不高于最终平均结晶粒径的200％。
14.根据4-13任一项的制造溅射靶的方法，其中，在型锻后进行结晶均化退火或矫正退火的结果是：使平均结晶粒径在1～500μm范围内；
15.根据4-13任一项的制造溅射靶的方法，其中，平均结晶粒径最大的部分的平均结晶粒径D与平均结晶粒径最小的部分的平均结晶粒径d的关系为1.0＜D/d＜2.0；和
16.根据1-15任一项的溅射靶及其制造方法，其中，靶材料为铜、钛、铝、镍、钴、钽、或其合金。
附图简要说明
图1是型锻成帽形靶的靶结构的示意图；
图2是型锻成横截面里两个帽形靶连接的形状的靶结构的示意图；和
图3是面定向的测定位置的图。
实施发明的最佳方式
本发明的溅射靶是通过以下步骤制造的。具体地，首先将金属材料如铜、钛、铝、镍、钴、钽、或其合金溶解或锻造，制造锭料或坯料。接下来，对锭料或坯料进行热锻或冷锻和矫正退火。
通过锻造，可以破坏其铸造组织，扩散或消除气孔或偏析。进一步进行退火进行再结晶，并且热锻或冷锻和再结晶退火工序能够提高组织的细度和强度。
作为热锻和冷锻，优选进行捏合锻造(捏制)，并且重复热或冷锻对特性的改善是有效的。另外，尽管再结晶温度随金属的不同而不同，但考虑应变量、以及温度和时间确定最佳温度。
在前述的热捏合或冷捏合中，优选真应变的总绝对值不低于4。这种条件当锻造钽时特别有效。
接下来，进行冷预成形。当材料的熔点为Tm时，该冷预成形控制为不高于0.3Tm，优选不高于0.2Tm。
另外，尽管此时的加工度将随最终需要的结晶粒径的不同而不同，但优选加工度不低于20％。特别优选以50～90％的加工比进行加工。从而，可以在材料中产生强烈的加工应变。
如上所述，进行冷预成形的原因是尽可能地导入更大的加工应变，和在预成形步骤中保持材料的固定温度。结果，导入的应变可以充分扩大，并可以做得均匀。
进行冷预成形后，通过进行再结晶退火调节结晶粒径。当材料的熔点为Tm时，优选冷预成形后的再结晶退火在不高于0.6Tm下进行，优选不高于0.4Tm。
结果，平均结晶粒径最大的部分的平均结晶粒径D₀与平均结晶粒径最小的部分的平均结晶粒径d₀的关系为1.0＜D₀/d₀＜1.5。
冷预成形是本发明的重要步骤，通过该步骤，可以在最终步骤中得到具有微细且均匀的结晶的靶。
接下来，对具有微细且均匀的结晶的冷预成形靶进行型锻。这里，在该型锻中包括旋转加工。换句话说，在本说明书中记载的全部型锻中都应包括旋转加工。
另外，型锻后，为使平均结晶粒径在1～500μm的范围内，进行结晶均化退火或矫正退火。
在该型锻中，将存在强烈受到前述应变的部分和几乎不受到这种应变的部分。然而，在受到弱应变的部分，由于结晶晶粒在之前的冷预成形步骤中已调节为微细晶粒，所以与强烈受到应变的其它部分相比，结晶粒径没有显著的区别。
由此，在型锻后进行结晶均化退火或矫正退火的结果是：可以消除内应变，并且可以得到整体上具有基本均匀的结晶粒径的靶。以及，可以得到平均结晶粒径最大的部分的平均结晶粒径D与平均结晶粒径最小的部分的平均结晶粒径d的关系为1.0＜D/d＜2.0的靶。
另外，特别是对于六方晶系溅射靶，可以得到这样的溅射靶：在靶的腐蚀面上，(002)面、及在与该(002)面成30°角以内的(103)面、(014)面和(015)面的总强度比为不低于30％，并且变动在平均值的±10％以内。这种以(002)面为中心的面定向在实现均匀溅射方面是有效的，并且产生了沉积的均匀性。
实施例和比较例
以下通过实施例更详细地说明本发明。这些实施例仅是示例性的，本发明无论如何不受它们的限制。换句话说，本发明应由要求专利的权利要求的范围来限定，应包括本发明的实施例以外的各种变形。
尽管以下的实施例和比较例是以纯铜和纯钛作为例子进行说明的，但使用铝、镍、钴、钽、及其合金也可以得到类似的结果。
(实施例1)
将铜(6N)材料溶解、铸造，制作了锭料。然后，在800℃对该锭料进行热捏合。该热捏合破坏了铸造组织，以及扩散和消除了气孔和偏析，从而得到了具有均匀组织的锻造品。
然后，使用该热捏合的材料，在室温和加工比50％的条件下进行预成形。进行该预成形步骤后，在300℃进行2小时再结晶退火，以调节结晶晶粒。结果，可以将平均结晶粒径调节为85μm的微细、均匀的结晶粒径。
将具有这种微细且均匀的结晶的预成形材料型锻为帽形靶。型锻在280℃进行。型锻后，在300℃进行2小时结晶晶粒均化退火和矫正退火。
图1是前述步骤制造的帽形靶的横截面图。图1的符号C表示帽顶部(hat ceiling portion)，A和E表示凸缘部，B和D表示侧部，并且所有这些部分均在靶侧(溅射时受到腐蚀的一侧)上。
平均粒径分别为A：91μm，B：86μm，C：112μm，D：79μm和E：92μm，可以制作具有均匀粒径的靶，其中，平均结晶粒径最大的部分的平均结晶粒径D与平均结晶粒径最小的部分的平均结晶粒径d的比D/d＝1.46。
以上结果与下面的比较例一起列在表1中。
在型锻中，如上所述，将存在强烈受到应变的部分和几乎不受到应变的部分。在本方法中，在型锻中强烈受到应变的部分在随后的结晶晶粒均化退火步骤中将产生再结晶和晶粒生长。因此，设定了使上述步骤的粒径与在冷预成形和再结晶退火步骤后的粒径一致的适当的晶粒均化退火条件。
另外，在没有强烈受到应变的部分，在之前的冷预成形和再结晶退火步骤中已将结晶粒径调节到微细的粒径。因此，只要进行本发明的退火，就可以避免强烈受到应变的部分和受到弱应变的部分的结晶粒径的显著差异，且不会发生显著的晶粒生长。
求出铜帽形靶的腐蚀面上的(111)面和(200)面的X射线衍射强度比I(111)/I(200)。另外，测定部分是图3所示的各测定部分。另外，与下述实施例2的情况一样，也显示了与随机定向比较时的定向强度比。
测定的结果是；在位置a：2.6、位置b：2.7、位置c：2.9、位置d：2.5、位置e：2.6和位置f：2.5，比随机定向I*(111)/I*(200)更大地向(111)定向，并且在任何位置均没有发现显著的定向变动。结果，很明显由此可以保持靶的均匀性。
(比较例1)
与实施例1同样，将铜(6N)材料溶解、铸造，制作了锭料。然后，对该锭料进行冷捏合，以50％的加工比进行冷预成形，并进一步在300℃进行2小时再结晶退火。同样地将该预成形材料在400℃型锻为帽形靶。
型锻后，在425℃进行结晶晶粒均化退火和矫正退火。此时A～E部分的平均结晶粒径同样地示于表1中。
同样地，符号C表示帽顶部，A和E表示凸缘部，B和D表示侧部，并且所有这些部分均在靶侧(溅射时受到腐蚀的一侧)上。
平均粒径分别为A：344μm，B：184μm，C：211μm，D：192μm和E：379μm，总体上是粗大化的晶粒。因此，所得到的是具有不均匀粒径的靶，其中，平均结晶粒径最大的部分的平均结晶粒径D与平均结晶粒径最小的部分的平均结晶粒径d的比D/d＝2.06。
平均粒径的粗大化和粒径的不均匀认为是型锻温度和该型锻后的退火温度过高的结果。
(比较例2)
与实施例1同样，将铜(6N)材料溶解、铸造，制作了锭料。然后，在750℃对该锭料进行预成形。与实施例1一样，在280℃将该预成形材料型锻为帽形靶，并且在这样的型锻后，在300℃进行2小时晶粒均化退火和矫正退火。此时A～E部分的平均结晶粒径同样地示于表1中。这里，在预成形步骤后没有进行再结晶退火。
同样地，符号C表示帽顶部，A和E表示凸缘部，B和D表示侧部，并且所有这些部分均在靶侧(溅射时受到腐蚀的一侧)上。
平均粒径分别为A：724μm，B：235μm，C：257μm，D：244μm和E：773μm，总体上是进一步粗大化的晶粒。因此，所得到的是具有不均匀粒径的靶，其中，平均结晶粒径最大的部分的平均结晶粒径D与平均结晶粒径最小的部分的平均结晶粒径d的比D/d＝3.29。
平均粒径的粗大化和粒径的不均匀认为是由于未进行冷预成形而使加工不充分以及预成形后的再结晶退火未进行的结果。
(比较例3)
与实施例1同样，将铜(6N)材料溶解、铸造，制作了锭料。然后，在750℃对该锭料进行预成形。同样地，在650℃将该预成形材料型锻为帽形靶，并且在这样的型锻后，在700℃进行2小时晶粒均化退火和矫正退火。此时A～E部分的平均结晶粒径同样地示于表1中。这里，在预成形步骤后没有进行再结晶退火。
同样地，符号C表示帽顶部，A和E表示凸缘部，B和D表示侧部，并且所有这些部分均在靶侧(溅射时受到腐蚀的一侧)上。
平均粒径分别为A：2755μm，B：654μm，C：775μm，D：688μm和E：2911μm，总体上是异常粗大化的晶粒。因此，所得到的是具有显著不均匀粒径的靶，其中，平均结晶粒径最大的部分的平均结晶粒径D与平均结晶粒径最小的部分的平均结晶粒径d的比D/d＝4.45。
平均粒径的粗大化和粒径的不均匀认为是由于未进行冷预成形而使加工不充分以及型锻温度过高的结果。
(比较例4)
与实施例1同样，将铜(6N)材料溶解、铸造，制作了锭料。然后，在400℃对该锭料进行预成形。与实施例一样，在280℃将该预成形材料型锻为帽形靶，并且在这样的型锻后，在300℃进行2小时晶粒均化退火和矫正退火。此时A～E部分的平均结晶粒径同样地示于表1中。这里，在预成形步骤后没有进行再结晶退火。
同样地，符号C表示帽顶部，A和E表示凸缘部，B和D表示侧部，并且所有这些部分均在靶侧(溅射时受到腐蚀的一侧)上。
平均粒径分别为A：121μm，B：88μm，C：308μm，D：105μm和E：122μm，总体上是比较细的晶粒。因此，所得到的是具有不均匀粒径的靶，其中，平均结晶粒径最大的部分的平均结晶粒径D与平均结晶粒径最小的部分的平均结晶粒径d的比D/d＝3.50。
平均粒径的粗大化和粒径的不均匀认为是由于未进行冷预成形而使加工不充分的结果。
表1