高纯度无氧铜的铸造制造技术

本发明专利技术提供了一种制造高纯度并且最好无氧无杂质的铜铸件的方法和装置，该铜铸件基本无孔无杂质并且适于用作溅射对象。该方法包括利用一线圈感应炉（１１）在一被覆盖住的坩埚（１７）内熔融高纯度铜，该坩埚设有还原气体和绝缘体。感应炉和设置在感应炉线圈之间并容纳有熔融铜的坩埚放置在一冷却水套（２３）上方，坩埚持续向下穿过冷却水套（２３）的开口（２７），由此冷却坩埚的下部。在感应炉内保持一减小的热量，以便加热位于线圈内的坩埚上部，并在下部固化铜的上方保持有一层熔融铜。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制造例如高纯度铜坯料等高纯度铜铸件的方法，本专利技术尤其涉及一种高纯度无氧铜坯料，该铜坯料基本无孔无杂质并且适于在生产微电子以及其它电子元件的过程中制成溅射对象以通过溅射沉积方法在元件表面沉积一层铜。现有技术的描述铜是一种重要的工业用金属，可用于从电线到屋面的家用和工业用器具的生产等许多应用中。铜因为其高导电性特别适于用作在包括微电子和半导体等电子元件制造过程中形成电路元件的电线。在电子工业尤其是微电子工业，因为需要最大化的导电率以及其它的电子和制造性能，所以铜具有高纯度并且无氧是非常重要的。同样重要的是铜能够很经济地获得，这样电子元件的生产能容易和有效地使用铜来生产电子产品。在一个特别应用中，铜以直径6英寸高10英寸坯料的形式提供给生产商，生产商将该坯料成形为2英寸厚的盘状物。这些盘状物随后用在溅射沉积过程中以便在如晶片或介质表面等电子元件上形成一层铜。通常，坯料是通过被切割成适于用作溅射沉积系统中溅射对象的盘状物，而用于生产微电子元件中。溅射是一种方法，通过该方法，溅射对象(铜)在一真空腔中被喷射，其中阳离子形成铜原子。该铜原子随后被沉积在一同样位于真空腔内的衬底表面上。一均匀的铜层对于沉积过程是非常重要的，如果盘状铜溅射对象具有明显的孔洞或杂质，就会出现起弧并在衬底表面造成不平的沉积。考虑到现有技术中的问题和不足，因此本专利技术的一个目的是提供一种由高纯度铜制造出高纯度并且最好无氧的铜铸件的方法，该铜铸件包括由高纯度铜制成的坯料。本专利技术的另一目的是提供一种由高纯度铜制造出高纯度并且最好无氧的铜铸件的方法，其中该铜铸件基本无孔无杂质，并且该无氧铸件适于用作制造电子元件的溅射沉积过程中的溅射对象。本专利技术的另一目的是提供一种由高纯度铜制造出高纯度铜的最好是无氧的铸件的装置。本专利技术的另一目的是提供一种用于将高纯度铜制造出高纯度并且最好是无氧的铸件的装置，其中该铜铸件基本无孔无杂质，并且该无氧铸件适于用作制造电子元件的溅射沉积过程中的溅射对象。本专利技术的另一目的是提供一种由本专利技术方法和/或装置所制成的高纯度、最好是无氧的铜铸件，尤其是该铜铸件基本无孔无杂质。本专利技术的其它目的部分是显而易见的，部分可从说明书中清楚地获知。专利技术概述本领域技术人员可从本专利技术获知以上及其它目的，这些目的一方面涉及一种由高纯度铜制造出高纯度并且最好无氧的铜铸件的方法，该铜铸件例如有铜坯料，特别是该铜坯料基本无孔无杂质，该方法包括如下步骤提供一个顶部开口的容器，该容器具有封闭的底部和侧壁，以便熔融和/或在其中容纳铜；给容器供应高纯度铜；如果需要可熔融铜，在容器内形成熔融铜；最好覆盖住容器的开口端，和/或将熔融铜的表面保持在一惰性或还原气氛的下方；以及冷却容器，使其内的铜在冷却环境下固化，其中容器从底部向上朝着容器顶部而冷却，这样固化的铜和熔融的铜都会同时出现在容器中，而铜从容器底部向上固化并在固化铜的上方持续固化，这样一层熔融铜便保持在已固化和正在固化的铜的上方，直至铜完全固化并形成铸件。本专利技术在另一方面提供了一种由高纯度铜制造出高纯度铜并且最好无氧的铜铸件的方法，其中该铜铸件基本无孔无杂质，该方法包括如下步骤提供一个顶部开口的容器，该容器具有封闭的底部和侧壁，以便熔融并且在其内容纳铜；给容器供应高纯度铜；利用一线圈感应炉熔融上述容器中的铜，其中上述线圈在其之间形成一个垂直开口，上述容器即设置在该垂直开口内，这样通过给感应炉通电流而在容器内形成熔融铜；最好覆盖住容器的开口端，和/或将熔融铜的表面保持在一惰性或还原气氛下方；提供一冷却器，该冷却器具有冷却的侧壁和其间的一个垂直开口，该冷却器被设计成可容纳和接收垂直开口内的容器并与之形成热传导关系，这样热量会从容器传递到该冷却器；将容器底部放置在冷却器开口的上方，并使容器以一受控的向下速度和/或在一受控的冷却器侧壁冷却速度向下穿过冷却器开口，其中固化的铜和熔融的铜都会同时出现在容器中，而铜从容器底部向上朝着容器顶部固化并在固化铜的上方持续固化，这样便有一层熔融铜保持在已固化和正在固化的铜的上方，直至铜完全固化并形成铸件。本专利技术在另一方面提供了一种由高纯度铜制造出高纯度并且最好是无氧铜铸件的装置，其中该铜铸件基本无孔无杂质，该装置包括一个顶部开口的容器，该容器具有封闭的底部和侧壁，以便熔融并且在其内容纳铜；为容器供应高纯度铜的装置；在需要情况下熔融铜并可在容器内形成熔融铜的装置；覆盖容器开口端和/或将铜保持在容器内惰性或还原气氛下方的附加装置；在冷却状态下冷却容器的装置，其中该容器从底部向上朝着容器顶部而冷却，这样固化的铜和熔融的铜都会同时出现在容器中，而铜从容器底部向上固化并在固化铜的上方持续固化，这样一层熔融铜便保持在已固化和正在固化的铜的上方，直至铜完全固化并形成铸件。在本专利技术的另一方面，上述熔融其内部铜的容器是一个圆柱形中空坩埚，该坩埚具有一个密封的底部、敞口的顶部和圆周壁并由石墨或类似耐火材料制成。一最佳熔融装置是一个线圈感应炉，其中坩埚被放置在由感应炉线圈之间形成的一个开口内，给感应炉通电流以便熔融铜。该感应炉线圈最好是管状(或者在其内具有一个通孔)以便使例如水等的冷却剂在其内部循环，从而在使用感应炉时控制线圈的温度。在铜被熔融后，上述坩埚以如上所述的方式被冷却，以便提供出基本无孔且无氧的铸件。在本专利技术的另一方面，上述固定在线圈开口内的感应炉和坩埚放置在冷却装置上方，因此当铜被熔融时，坩埚被放低穿过感应炉线圈并穿过冷却装置内的开口，以便提供容器向上冷却的所需轮廓。最好使输入感应炉的电流和热量典型地低于铜熔融步骤，以便使坩埚的上部仍不会被冷却，在该处熔融铜的温度大于坩埚下部的温度，该坩埚下部向下穿过冷却器并从底部向上冷却，其中铜是从容器底部向上固化的。在本专利技术的另一方面，通过使用一个线圈感应炉或相似类型的炉子，上述容器的侧壁、底部和顶部在熔融步骤中被隔离，在冷却步骤中，这种隔离被保持在冷却步骤中未在冷却装置中冷却的侧壁部分。本专利技术在另一方面提供了一种由本专利技术方法和/或装置所制成的高纯度、最好是无氧的铜铸件(例如坯料)。附图的简要说明本专利技术中被认为具有新颖性的特征和本专利技术的部件特征在权利要求书中被详细描述。附图仅是出于例举的目的同时也不是按比例绘制的。然而本专利技术在构造和操作方法上都可以通过以下详细描述以及结合所附附图能够被很好地理解，其中附图包括附图说明图1A-1C分别示出为本专利技术最佳装置在如下阶段的示意图，其中有高纯度铜坯料的制造方法中的铜熔融阶段；中间冷却阶段，在该阶段，容纳熔融金属的容器向下穿过冷却水套以便冷却容器；以及最后阶段，在该阶段冷却容器以便形成最后坯料形状；图2为利用本专利技术方法和装置所形成的一个坯料的示意图；图3A为本专利技术方法和装置所使用的一个坩埚的示意图；图3B为用于封闭图3A所示坩埚的一个覆盖物的示意图；图4为本专利技术方法和装置所使用的一个水套的示意图；图5为具有一个水平冷却管的坩埚的示意图。最佳实施例的描述在描述本专利技术最佳实施例时，为附图中的图1A-4作了附图标记，其中相同的标号表示本专利技术相同的特征。本专利技术的特征实际并非如附图中显示的比例。利用本专利技术的方法和装置可以铸造任何金属，为方便起见，如下描述是针对高纯度铜坯料而进行的。在微电子领本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将高纯度铜制造成高纯度铜铸件的方法，该铜铸件基本无孔无杂质，该方法包括如下步骤：提供一个顶部开口的容器，该容器具有封闭的底部和侧壁，以便熔融和／或在其内容纳铜；为容器供应高纯度铜；如果需要，可熔融铜，在容器内形成熔融铜；以及 冷却容器，使其内的铜在冷却环境下固化，其中容器从底部向上朝着容器顶部而冷却，这样固化的铜和熔融的铜都会同时出现在容器中，而铜从容器底部向上固化并在固化铜的上方持续固化，这样一层熔融铜便保持在已固化和正在固化的铜的上方，直至铜完全固化并形 成铸件。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：布拉德利D邦恩，杰弗里伯顿，玛格丽特W斯托布，
申请(专利权)人：阿萨科公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]