DE19812914A1

DE19812914A1 - Schmelzen und Gießen von hochreinem Chrom mit eingestelltem Sauerstoffgehalt

Info

Publication number: DE19812914A1
Application number: DE19812914A
Authority: DE
Inventors: Raymond K F Lam; Charles E Melin; Guiseppe Colella
Original assignee: Materials Research Corp
Current assignee: Materials Research Corp
Priority date: 1997-03-24
Filing date: 1998-03-24
Publication date: 1998-10-01
Also published as: KR19980080536A; US6039788A; JPH10298676A; US5866067A

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem Chrom, das zur Abscheidung auf einem Halbleiterwafer oder einem anderen Substrat geeignet ist.

Hintergrund der Erfindung

Bekannte Verfahren zur Konsolidierung von Rohblöcken aus hochreinem Chrom lieferten keine gleichbleibende Qualität und führten während des Herstellungsverfahrens zu hohen Abfallmengen. Da flüssiges Chrom äußerst reaktiv ist, neigt es dazu, den bei der Herstellung verwendeten Schmelztiegel aufzulösen, was zu hohen Zr-, Si-, Fe- und Al-Verunreinigungsmengen führt. Bei Verfahren des Standes der Technik konnte der Sauerstoffgehalt des Chrom-Rohblocks nicht genau eingestellt werden, und der Sauer stoffgehalt des Rohblocks war von dem Sauerstoffgehalt des beschickten Materials und des Abbaus des Schmelztiegels abhängig. Die Einstellung des Sauerstoffgehalts in elektrolytischem Chrom ist schwierig zu steuern und liefert keine verläßlichen Ergebnisse, wenn die Anforderungen an das Produkt bestimmte Mengen und Toleranzen erfordern.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zur Gewinnung von hochreinem Chrom in konsistenter und kostengünstiger Art und Weise bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, Chrom-Rohblöcke mit eingestelltem Sauerstoffgehalt herzustellen, ohne von elektrolytischen Quellen mit hohem Chromoxidgehalt abhängig zu sein.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung der durch Lösen des Schmelztiegelmaterials in das flüssige Chrom hervorgerufenen Verunreinigungen, um damit die Abfallmengen zu reduzieren, die Produktivität zu steigern, und die Schmelz fähigkeit zu vergrößern, und gleichzeitig konsistentes, hochreines Chrom, wie Chrom des Gütegrades MARZ bereitzustellen. MARZ ist ein Warenzeichen der Materials Research Corporation und das Reinheitsniveau ist in folgender Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1

Verunreinigungen
maximale Mengen (ppm)
N	50,00
O	3000,00
Al	40,00
Cu	20,00
Fe	100,00
Mg	10,00
Mo	10,00
Ni	30,00
Pb	30,00
Si	100,00
Ti	10,00
Zr	30,00

Die vorliegende Erfindung lehrt die Zugabe von Chromoxid (Cr₂O₃) zur Einstellung des Sauerstoffgehalts in der Chromschmelze, wobei der chemische Angriff des keramischen Schmelztiegels durch das flüssige Chrom auf ein Minimum reduziert wird. Die vorstehenden und weiteren Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der beiliegenden Beschreibung ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die beiliegenden Fig. 1 bis 6, die einen Teil dieser Offenbarung darstellen, erläutern:

Fig. 1 ist ein Phasendiagramm des Cr-O-Systems,

Fig. 2 ist eine Mikroaufnahme, die die Mikrostruktur von gegossenem Chrom der vor liegenden Erfindung bei einer 25-fachen Vergrößerung zeigt,

Fig. 3 ist eine Mikroaufnahme, die Oxidteilchen in dem gegossenen Chrom der vor liegenden Erfindung bei einer 400-fachen Vergrößerung zeigt,

Fig. 4 ist eine Mikroaufnahme, die die Mikrostruktur des extrudierten Chroms (1345 ppm O) der vorliegenden Erfindung entlang der Extrusionsrichtung bei 100-facher Vergrößerung zeigt,

Fig. 5 ist eine Mikroaufnahme, die die Mikrostruktur des extrudierten Chroms (1345 ppm O) der vorliegenden Erfindung entlang der Extrusionsrichtung bei 100-facher Vergrößerung zeigt,

Fig. 6 ist eine Mikroaufnahme, die die Mikrostruktur des extrudierten Chroms (2481 ppm O) der vorliegenden Erfindung bei 100facher Vergrößerung zeigt.

Ausführliche Beschreibung bestimmter Ausführungsformen

Hochreine Chrom-Rohblöcke, die anschließend zu Zerstäubungs-Zielobjekten verarbei tet werden können, werden erfindungsgemäß hergestellt. Hochreine Rohblöcke mit einem Sauerstoffgehalt zwischen etwa 1400 und 2800 ppm wurden erfindungsgemäß unter Verwendung eines Chrom-Beschickungsmaterials mit einem durchschnittlichen Sauerstoffgehalt von 162 ppm und Zusatz von Chromoxid hergestellt. Fig. 1 ist ein Phasendiagramm des Cr-O-Systems, das den Schmelzpunkt von Chrom mit geringem prozentualen Gewichtsanteil Sauerstoff mit 1860°C angibt.

Chemische Gleichgewichtsreaktionen zwischen flüssigem Chrom und den aus ZrO₂, SiO₂, Al₂O₃ und Fe₂O₃ zusammengesetzten, keramischen Schmelztiegeln sind wie folgt dargestellt:

4Cr(l) + 3ZrO₂(s) = 2Cr₂O₃(s) + 3 Zr(l) (1)
4Cr(l) + 3SiO₂(s) = 2Cr₂O₃(s) + 3 Si(l) (2)
2Cr(l) + Al₂O₃(s) = Cr₂O₃(s) + 2 Al(l) (3)
2Cr(l) + Fe₂O₃(s) = Cr₂O₃(s) + 2 Fe(l) (4)

worin (l) und (s) die flüssige bzw. feste Phase angeben. Gemäß den hier unter Bezug nahme mitaufgenommenen, thermochemischen JANAF-Tabellen werden die thermo dynamischen Daten der Gibb'schen freien Bildungsenergie pro Mol O₂ berechnet. Die chemische Stabilität der Oxide in Anwesenheit von flüssigem Chrom bei hohen Tempe raturen wird in absteigender Folge aufgeführt:

ZrO₂
Al₂O₃
SiO₂
Cr₂O₃
Fe₂O₃.

Die Gibb'sche freie Standard-Reaktionsenergie, ΔG°_R für die Reaktionen (1) und (4) sind wie folgt:

ΔG°_R,(3) = 2ΔG°_f,Cr2O3(s) - 3ΔG°_f,ZrO2(s) (5)
ΔG°_R,(4) = 2ΔG°_f,Cr2O3(s) - 3ΔG°_f,SiO2(s) (6)
ΔG°_R,(5) = ΔG°_f,Cr2O3(s) - ΔG°_f,Al2O3(s) (7)
ΔG°_R,(6) = ΔG°_f,Cr2O3(s) - ΔG°_f,Fe2O3(s) (8)

wobei ΔG°_f die Gibb'sche freie Bildungsenergie darstellt. Die negative freie Reaktions energie wird für die Reaktion mit Fe₂O₃ bei allen Temperaturen aufgezeichnet. Die Reaktion von Cr₂O₃ mit ZrO₂ zeigt die höchste positive freie Reaktionsenergie. Die Reaktionen von Cr₂O₃ mit Al₂O₃ und SiO₂ weisen ähnliche positive Werte der freien Reaktionsenergie bei Temperaturen über 1200°C auf.

Wird während des Cr-Schmelzvorgangs zu der geschmolzenen Flüssigkeit CrO₂ zuge setzt, dann wird die Aktivität der Cr-Schmelze erhöht. Die Aktivitäten der Zr(l)-, Si(l)-, Al(l)- und Fe(l)-Verunreinigungen von müssen daher verringert werden, um für die Gleichgewichtskonstante K einen konstanten Wert beizubehalten. Die chemischen Reaktionen (1), (2), (3) und (4) werden zur Reaktantenseite verschoben, wobei das Herauslösen von ZrO₂, SiO₂, Al₂O₃ und Fe₂O₃ und damit die Mengen an Verunrei nigungen im flüssigen Chrom verringert werden.

Bei einer Analyse von Verunreinigungen im Chrom als Funktion des Sauerstoffgehalts wurde festgestellt, daß bei abnehmendem Sauerstoffgehalt in dem Rohblock der Gehalt an Zirkon-Verunreinigung ansteigt. Es wurde festgestellt, daß bei einem Sauer stoffgehalt unter 1190 ppm die Menge an Zirkon-Verunreinigungen 30 ppm übersteigt. Die Zirkonmenge kann durch folgende Gleichung vorhergesagt werden:

Zr[ppm] = 8⁶ (O_Rohblock[ppm])^-1,7635

wobei Zr[ppm] und (OR_Rohblock[ppm]) die Menge an Zirkon-Verunreinigungen in ppm bzw. den Sauerstoffgehalt in ppm bezeichnen.

Gleichermaßen wurde gefunden, daß bei einem Sauerstoffgehalt von über 1007 ppm die Menge an Aluminium-Verunreinigungen unter 40 ppm gehalten werden kann. Die Menge an Aluminium-Verunreinigungen wird durch folgende Gleichung bestimmt:

Al[ppm] = -19,945 Ln (O_Rohblock[ppm] + 165,1

wobei Al[ppm] und (O_Rohblock[ppm]) die Menge an Aluminium-Verunreinigungen in ppm bzw. den Sauerstoffgehalt in ppm bezeichnen.

Auf Grundlage der bekannten Daten für Schmelzen wurde festgestellt, daß die Verun reinigung mit Eisen im allgemeinen weniger als 100 ppm O beträgt.

Die Mengen an Silizium-Verunreinigungen erscheinen hinsichtlich des Sauerstoff gehaltes etwas irreführend. Silikon-Verunreinigungen überstiegen 100 ppm bei 825 ppm O, 1575 ppm O und 2459 ppm O. Hinsichtlich des Sauerstoffgehalts konnte kein Trend der Mengen an Silikon-Verunreinigungen festgestellt werden. Die Mengen an Molyb dän-Verunreinigungen waren gleichermaßen irreführend. Bei einem Sauerstoffgehalt von 1280 ppm wurden extrem hohe Molybdän-Verunreinigungen von 480 ppm ge funden. Bei einem Gehalt an Sauerstoff von 776 ppm und 1007 ppm überstieg die Menge an Molybdän-Verunreinigungen 10 ppm.

Die erhöhten Verunreinigungsmengen gehen auf eine chemischen Angriff des mit MgO stabilisierten ZrO-Schmelztiegels (von Howmet Corp. hergestellt) durch das flüssige Chrom und Fremdstoffen in den Beschickungsmaterialien zurück. Der mit MgO stabilisierte ZrO-Schmelztiegel bestand aus 95 Gew.-% ZrO₂, 2,8 Gew.-% MgO, 1,0 Gew.-% SiO₂, 0,4 Gew.-% Al₂O₃, 0,2 Gew.-% TiO₂, 0,1 Gew.-% Fe₂O₃, 0,2 Gew.-% CaO und 0 bis 0,5 Gew.-% Y₂O₃. Die körperlichen Eigenschaften des Schmelztiegels waren wie folgt: Bruchmodulus (MOR) (Raumtemperatur) 2000 Psi (Minimum), Schüttdichte 3,9 g/cm³ (Minimum), Scheindichte 5,4 g/cm³ (Minimum), scheinbare Porosität 18 bis 25% und 5 bis 25% Stabilisierung (Würfel ZrO₂).

Es wurde festgestellt, daß die Zr-, Al-, Si- und Fe-Verunreinigungen eine Kontamina tion aus dem Schmelztiegel sind und daß die Mo-Verunreinigung mit dem Be schickungsmaterial eingebracht wurde. Im Hinblick auf die vorstehende Analyse wurde bestimmt, daß der Sauerstoffgehalt in dem flüssigen Chrom den chemischen Angriff auf den mit MgO stabilisierten ZrO-Schmelztiegel, welche die Verunreinigung hervorruft, stark beeinflußt. Jeweils geeignete Sauerstoffinengen sind in der Tabelle 2 gezeigt.

Tabelle 2

Typ der Verunreinigung
geeigneter Sauerstoffgehalt (ppm)
Zr	über 1190
Al	über 1007
Fe	alle Mengen
Si	nicht definierbar
Mo	nicht definierbar

Um ein hochreines Chrom mit weniger als 30 ppm Zr, 40 ppm Al und 100 ppm Fe zu erhalten und dabei die Anforderungen an Chrom des Gütegrades MARZ, wie in Tabelle 1 gezeigt, zu erfüllen, liegen die geeigneten Betriebsbedingungen für den Sauer stoffgehalt über 1000 ppm Sauerstoff, vorzugsweise zwischen etwa 1190 ppm Sauerstoff und 2500 ppm Sauerstoff. Für andere Gütegrade oder höhere Anforderungen an den Sauerstoffgehalt können erhebliche Mengen Oxide zugesetzt werden, um einen höheren Gehalt an Sauerstoff, beispielsweise 6000 ppm O, zu erhalten.

Schmelzbetrieb

Der erfindungsgemäße Schmelzbetrieb wird in einem halbkontinuierlichen Schmelzofen mit Induktionsheizung bei vermindertem Druck (SCVM) durchgeführt. Die Sauerstoff mengen können bei Chrom-Rohblöcken durch Zusatz von CrO-Pulvern und einem Verständnis des Verhältnisses der Sauerstoffmengen in der Schmelze zu dem Lösevor gang der Verunreinigungen aus dem mit MgO stabilisierten ZrO-Schmelztiegel in einem Bereich von ±250 ppm eingestellt werden. Die nachfolgenden Zerstäubungs-Zielobjekte bestehen zu 99,9% aus reinem Chrom und besitzen typische Abmessungen von 4,75 Inch Breite und 22 Inch Länge und 0,5 Inch Dicke. Der Schmelzbetrieb beinhaltet die folgenden Schritte: Konditionieren des Schmelztiegels, Beschicken des Schmelztiegels mit Chromoxid und Chrom, Erhitzen und Schmelzen der Beschickung, Füllen des Schmelztiegels mit zusätzlichem Chrom und Gießen des hochreinen Chroms in eine Stahlgießform zur Bildung eines Rohblockes. Der Rohblock kann dann durch Heiß extrusion in Form des Zerstäubungs-Zielobjekts gebracht und anschließend maschinell verarbeitet werden.

Vor der Herstellung von hochreinem Chrom für Zielobjekte wird der Schmelztiegel mit mehreren Wasch-Schritten mit 99,9% reinen Chromschmelzen konditioniert. Diese Wasch-Schmelzen konditionieren den mit MgO stabilisierten Zirkonoxid-Schmelztiegel unter Entfernung von Verunreinigungen und stellen eine annehmbare Reinheit des geschmolzenen Materials sicher. Bei der Herstellung der nachstehend aufgeführten Bei spiele wurde der Schmelztiegel mit vier Wasch-Schmelzen von 99,9% reinen Chrom flocken konditioniert.

Der verwendete Schmelztiegel war ein mit MgO stabilisierter Zirkon-Schmelztiegel mit einer Kapazität von 180 Pfund, einem Innendurchmesser von 7,88 Inch, einer Tiefe von 16 Inch und einer Kapazität von 12,8 l. Der Schmelztiegel wird mit Chrom und Cr₂O₃- Pulver zur Hälfte bis zu 2/3 gefüllt. Die Ofenkammer wird dann auf einen verminderten Druck von weniger als 20 Micron abgepumpt, wobei eine Kammerleckrate gleich oder weniger als 0,05 Micron pro Sekunde vorherrscht. Die Gießform wird vor Einbringen des Pulvers in den Ofen auf über 100°C vorgeheizt.

Anschließend wird die volle Ofenleistung eingesetzt, um das Chrom zu schmelzen. Das verwendete SCVM wurde von PV/T Inc. (Seriennummer 5911) hergestellt. Der SCVM wies einen Durchmesser der Schmelzkammer von 5 Fuß auf. Die Stromversorgung wurde von einem Ajax Magnathermic (Seriennummer MK84820A) hergestellt und wies eine Leistungsaufnahmemenge von 480 V, 168 kVA bei 230 Amps aus einer Dreiphasen-60 Hz Stromversorgung auf. Die Leistungsabgabe beträgt 400 V, 9250 Amps und 150 kV in einer einzelnen Phase bei 1100 bis 3300 Hz. Am Anfang sollte der Strom an den Induktionsspulen langsam angelegt werden. Nach 8 bis 10 minütigem Erwärmen sollte die Ofenkammer mit Argon auf 0, 1 bis 0,5 atm gefüllt werden. Sollte vor dem Füllen irgend ein Anzeichen von geschmolzenem Chrom vorhanden sein, dann sollte die Kammer sofort gefüllt werden, um eine Sublimierung des Chroms und eine Beschichtung des Ofenfensters zu verhindern. Beim Beginn des Schmelzvorgangs des Chroms sollte der Schmelztiegel in Stufen von 5 bis 10° nach vorne geneigt werden, um die Schlackenkranzbildung zu steuern. Die Schlackenkranzbildung ist das Aufschmelzen einer festen Metallschicht aus dem beschickten Material über einer darunterliegenden, geschmolzenen Metallschicht. Fällt der Schlackenkranz in das geschmolzene Metall oder tritt in der Schlackenkranzschicht ein Loch auf, das groß genug für Zusätze ist, dann wird der Schmelztiegel in die vertikale Position zurückgesetzt. Befindet sich der Druck der Beschickungskammer zwischen 10 bis 200 mTorr, dann wird die Be schickungstür geöffnet und durch das Loch in dem Schlackenkranz werden Zusätze in den Schmelztiegel gegeben. Die Menge der Zusätze ist auf die Materialmenge begrenzt, die zusammenschmilzt und in das geschmolzene Metall sinkt, wobei mehrere Zugaben erforderlich sein können.

Während des Schmelzschrittes sollte gewöhnlich nach jeder Öffnung der Beschickungs tür ein mehrmaliger Austausch mit Argon erfolgen. Um einen Austausch mit Argon zu führen, sollte die Kammer mit Argon gefüllt und dann auf deren ursprünglichen Be triebsdruck zurückgeführt werden.

Sobald das gesamte beschickte Material geschmolzen ist, kann der Block gegossen werden. Der an den Ofen angelegte Strom sollte um 50 bis 75% der Kapazität verrin gert werden, um ein zu starkes Erwärmen des flüssigen Chroms zu verhindern. Sobald das Material vollständig geschmolzen ist, wird der Schmelztiegel geneigt, so daß das flüssige Chrom 1 bis 2 Inch von der Gießrinne entfernt steht und die Leistung wird auf 25 bis 35% reduziert. Die Temperatur des geschmolzenen Chroms sollte auf eine Tem peratur zwischen 1860 bis 1900°C eingestellt werden (gemessen anhand eines optischen Pyrometers). Die Gießrinne des Schmelztiegels wird durch das geschmolzene Metall er wärmt, die Ofenkammer wird mit Argon auf 0,1 bis 0,5 Atm gefüllt und die Gießform wird ausgerichtet. Die ersten 2 bis 3 Inch der Gießform sollten so schnell wie möglich gefüllt werden, um das Herausspritzen zu reduzieren. Der Rest der Gießform sollte so langsam wie möglich gefüllt werden. Sobald die Gießform gefüllt ist, wird diese unter eine keramische Isolationsvorrichtung überführt, die den oberen Bereich des Chroms bedeckt und eine Steuerung der Kühlgeschwindigkeit des Rohblocks unterstützt. Die Gießform wird für mindestens 30 min im Ofen gekühlt und anschließend aus dem Ofen genommen und an der Luft gekühlt. Während des Gießvorgangs steigt die Temperatur der Außenfläche der unteren Bodenhälfte der Gießform schnell auf 620°C und sinkt in etwa 35 min auf 600°C ab. Die Fig. 2 ist eine Mikroaufnahme der Mikrostruktur von wie vorstehend gegossenem Chrom. Große gleichgerichtete Chromkörner mit disper gierten Oxidteilchen in den Körnern und in den Korngrenzen sind in den gegossenen Rohblöcken zu beobachten. Die Korngröße des gegossenen Chroms variiert von 0,3 bis 1,4 mm. Die Fig. 3 zeigt Oxidteilchen mit einer inneren Cr₃O₄-Phase und einer äußeren Cr₂O₃-Phase.

Experimentielle Daten

Der gewünschte Oxidgehalt sowie die zum Erreichen dieses Gehalts verwendete Be schickung sind in Tabelle 3 (nachstehend) gezeigt.

Tabelle 3

Um den 180 Pfund, mit MgO stabilisierten ZrO-Schmelztiegel zu reinigen, wurden vier Waschschmelzen mit ursprünglich 99,9% reinen Chromflocken verwendet. Der Sauer stoffgehalt in den Waschschmelzen wurde in jeder weiteren Schmelze verringert. Wie in Tabelle 4 (nachstehend) gezeigt ist, wurde der Sauerstoffgehalt in den Rohblock-Proben von 1858 ppm auf 686 ppm, auf 749 ppm und schließlich auf 421 ppm in der vierten und letzten Waschschmelze reduziert. Aufgrund eines Bruchs des ersten Schmelztiegels wurde ein zweiter Schmelztiegel unter Verwendung der gleichen Wasch-Schmelztechnik hergestellt. Das Verhalten der zweiten Waschschmelz-Charge war dem der ersten Waschschmelz-Charge vergleichbar, wobei jedoch der Sauerstoffgehalt höher lag, da die Blöcke der ersten Waschschmelz-Charge in der gleichen Reihenfolge erneut ge schmolzen wurde. Die Tabelle 4 zeigt den gewünschten Oxidgehalt, die Schmelz tiegelanzahl und den Sauerstoffgehalt des Rohblocks wie gemessen.

Die Rohblockform bestand aus einem Steiger mit einem hochporösen Verfestigungsrohr und einem Bodenblock zur Herstellung. Der Steiger wies einen Durchmesser von 5,75 Inch und eine Höhe von 5,625 Inch auf. Der Block selbst besaß einen Durchmesser von 8 Inch und eine Höhe von 8,625 Inch. Die Rohblock-Probe wurde 1 Inch unter dem Steiger und 7,15 Inch über dem Boden des Blocks angeordnet. Durch den Block hindurch variierte der Sauerstoffgehalt etwas, da die Verfestigungsfront reicher an Gelöstem (Sauerstoff) ist. Es wird daher davon ausgegangen, daß der zuletzt verfestigte Bereich den höchsten Sauerstoffgehalt aufweist. Der Sauerstoff wird aufgrund der äußerst geringen Löslichkeit von Sauerstoff in Chrom bei geringen Temperaturen als Oxidteilchen verfestigt.

Tabelle 4

Zielobjekt-Herstellung

Ein rechteckiges Sputter-Zielobjekt kann durch Heißextrusion in eine rechteckige Platte gebildet werden. Nach dem Abkühlen des Rohblocks wird der Steiger abgeschnitten. Die Heißextrusion des Chrom-Rohblocks wurde durch Climax Specialty Metals of Coldwater Michigan durchgeführt. Für die Heißextrusion wurde der Rohblock geschält, um alle vorhandenen Oxidschuppen zu entfernen, und dann auf 2.200°F für eine Minimum von 3 Std vorgeheizt. Der Umfang des Rohblockes wurde mit Glaspulver geschmiert und die Extrusion wurde in einer Geschwindigkeit von ungefähr 4 Inch pro Sekunde durchgeführt. Die so erhaltene Platte ist etwa 5,35 Inch weit, 0,55 Inch dick und etwa 10 Fuß lang. Die Platte wird anschließend auf die für das Sputter-Zielobjekt erforderlichen Dimensionen verarbeitet.

Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen die Mikrostruktur von extrudiertem Chrom. Das extrudierte Chrom weist gleichgerichtete Körner auf, in die sowohl in dem Korn als auch in der Korngrenze Oxidteilchen eingebettet sind. Die Korngröße variiert von 0,03 mm bis 0,08 mm. Die Fig. 4 zeigt die Mikrostruktur von extrudiertem Chrom über die Extru sionsrichtung einer Rohblock-Probe mit einem O-Gehalt von 1345 ppm bei 100-facher Vergrößerung. Die Fig. 5 zeigt die Mikrostruktur von extrudiertem Chrom entlang der Extrusionsrichtung in der gleichen Rohblock-Probe mit 1345 ppm O bei 100-facher Vergrößerung. Die Körner in dem extrudierten Chrom sind in beide Richtungen gleich gerichtet und längliche Körner sind nicht zu beobachten. Die Umkristallisierung während des Kühlens von 2200°F Extrusionstemperatur eliminiert jegliche längliche Kristallstruktur. Die Fig. 6 zeigt die Mikrostruktur von extrudiertem Chrom einer Rohblock-Probe mit einem O-Gehalt von 2481 ppm in 100-facher Vergrößerung. Die Fig. 6 zeigt eine im wesentlichen höhere Population an Oxidteilchen als in den Fig. 4 und 5 gezeigt (1345 ppm O).

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Beschreibung verschiedener Aus führungsformen erläutert wurde und obwohl diese Ausführungsformen ausführlich dar gelegt wurden, beabsichtigen die Anmelder nicht, den Bereich der anliegenden Ansprüche auf derartige Details einzuschränken. Weitere Vorteile und Modifikationen werden dem Fachmann schnell klar. Die Erfindung ist daher in dessen breitesten Gesichtspunkt nicht auf die spezifischen Details, die erläuternde Vorrichtung und das erläuternde Verfahren und die gezeigten und beschriebenen erläuternden Beispiele begrenzt. Abweichungen können daher von derartigen Details vorgenommen werden, ohne von dem Geist oder Bereich des allgemeinen erfinderischen Konzepts abzu weichen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines hochreinen Chrom-Rohblocks mit einem eingestellten Sauerstoff-Gehalt, welches die folgenden Schritte umfaßt:
Bereitstellen eines Schmelztiegels,
Beschicken des Schmelztiegels mit Chrom,
Einstellen des Sauerstoffgehalts des Chroms auf einen bestimmten Wert durch Zugabe eines Chromoxids,
Erhitzen des Schmelztiegels, wobei das Chrom und das Chromoxid geschmolzen werden, und
Gießen eines Rohblocks aus der Schmelze.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der bestimmte Wert derart gewählt ist, daß eine Reaktion zwischen der Chrom schmelze und dem Schmelztiegel vermindert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der bestimmte Wert zwischen etwa 1.000 und 6.000 ppm liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der bestimmte Wert zwischen etwa 1. 150 und 1.650 ppm liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der bestimmte Wert zwischen etwa 1.950 und 2.450 ppm liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der bestimmte Wert etwa 1.400 ppm beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der bestimmte Wert etwa 2.200 ppm beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Chromoxid Cr₂O₃ ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Erhitzungsschritt die Temperatur der Schmelze langsam auf etwa 1.860°C erhöht.

10. Verfahren zur Herstellung eines hochreinen Chrom-Sputter-Zielvorblocks mit eingestelltem Sauerstoffgehalt, welches die folgenden Schritte umfaßt:
Bereitstellen eines Schmelztiegels,
Beschicken des Schmelztiegels mit Chrom,
Einstellen des Sauerstoffgehalts des Chroms auf einen bestimmten Wert durch Zugabe eines Chromoxids,
Erhitzen des Schmelztiegels, wobei das Chrom und das Chromoxid geschmolzen werden,
Gießen eines Rohblocks aus der Schmelze, und
Heißextrudieren eines Sputter-Zielvorblocks aus dem Rohblock.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der bestimmte Wert derart gewählt ist, daß eine Reaktion zwischen der Chrom schmelze und dem Schmelztiegel verringert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der bestimmte Wert zwischen etwa 1.000 und 6.000 ppm liegt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der bestimmte Wert zwischen etwa 1. 150 und 1.650 ppm liegt.

14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der bestimmte Wert zwischen etwa 1.950 und 2.450 ppm liegt.

15. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der bestimmte Wert etwa 1.400 ppm beträgt.

16. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der bestimmte Wert etwa 2.200 ppm beträgt.

17. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Chromoxid Cr₂O₃ ist.

18. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Erhitzungsschritt die Temperatur der Schmelze langsam auf etwa 1.860°C erhöht.

19. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Heißextrusionsschritt bei etwa 2.200°F durchgeführt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 10, welches weiter den Schritt der Verarbeitung des Sputter-Zielvorblocks in ein Sputter- Zielobjekt umfaßt.

21. Hochreiner Chrom-Rohblock mit eingestelltem Sauerstoffgehalt, welcher durch folgendes Verfahren hergestellt wurde:
Zugabe eines Chromoxids zu Chrom, um den Sauerstoffgehalt des Chroms auf einen bestimmten Wert zu erhöhen,
Erhitzen des Chroms und des Chromoxids zur Bildung von geschmolzenem Chrom, und Gießen eines Rohblocks aus dem flüssigen Chrom.

22. Hochreiner Chrom-Rohblock nach Anspruch 21, wobei der bestimmte Wert zwischen etwa 1.000 und 6.000 ppm liegt.

23. Hochreiner Chrom-Rohblock nach Anspruch 21, wobei der bestimmte Wert zwischen etwa 1. 150 und 1.650 ppm liegt.

24. Hochreiner Chrom-Rohblock nach Anspruch 21, wobei der bestimmte Wert zwischen etwa 1.950 und 2.450 ppm liegt.

25. Hochreiner Chrom-Rohblock nach Anspruch 21, wobei der bestimmte Wert etwa 1.400 ppm beträgt.

26. Hochreiner Chrom-Rohblock nach Anspruch 21, wobei der bestimmte Wert etwa 2.200 ppm beträgt.

27. Hochreiner Chrom-Rohblock nach Anspruch 21, wobei das Chromoxid Cr₂O₃ ist.