(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つの相が結晶粒構造を有する、少なくとも２相又は少なくとも２成分を有する材料からなるスパッタターゲットにおいて、少なくとも１つの相の前記結晶粒構造は、最大直径対前記最大直径に対して垂直方向の直径の直径比が２より大で、かつ理論密度の少なくとも９８％の密度を有することを特徴とする、スパッタターゲットに関する。さらに、本発明はスパッタターゲットの製造方法に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの相が結晶粒構造を有する、少なくとも２相又は少なくとも２成分を有する材料からなるスパッタターゲットにおいて、少なくとも１つの相の前記結晶粒構造は、最大直径対前記最大直径に対して垂直方向の直径の直径比が２より大で、かつ理論密度の少なくとも９８％の密度を有することを特徴とする、スパッタターゲット。
【請求項２】
直径比が６より大であることを特徴とする、請求項１記載のスパッタターゲット。
【請求項３】
材料が、理論密度の少なくとも９９％の密度を有することを特徴とする、請求項１又は２記載のスパッタターゲット。
【請求項４】
少なくとも１つの相の結晶粒のより小さい方の直径が、５０μｍより小、有利に２０μｍより小、特に５μｍより小であることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のスパッタターゲット。
【請求項５】
材料が、多相に形成されているか又は多成分の混合物として形成されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のスパッタターゲット。
【請求項６】
材料は、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｕのグループからなる金属をベースで形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のスパッタターゲット。
【請求項７】
少なくとも１つの相又は少なくとも１つの成分が、難溶性の相部分の形で存在することを特徴とする、請求項５記載のスパッタターゲット。
【請求項８】
少なくとも１つの相又は少なくとも１つの成分が最大２０質量％であることを特徴とする、請求項５又は７記載のスパッタターゲット。
【請求項９】
材料がＣｕ又はＡｇをベースで形成されていて、かつ少なくとも１つの難溶性の相は元素Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉの少なくとも１つを有することを特徴とする、請求項５記載のスパッタターゲット。
【請求項１０】
材料がＭｏをベースで形成されていて、かつ少なくとも１つの難溶性の相は元素Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａの少なくとも１つを有することを特徴とする、請求項５記載のスパッタターゲット。
【請求項１１】
少なくとも５００ｍｍの長さを有することを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載のスパッタターゲット。
【請求項１２】
第１の工程でターゲット材料から１つ又は複数の円柱又は円筒を製造し、第２の工程で前記材料から変形により少なくとも５０％の変形比でターゲット管を作成することを特徴とする、管状スパッタターゲットの製造方法。
【請求項１３】
第１の圧縮をホットアイソスタティックプレスにより行うことを特徴とする、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
変形を、押出加工、押出成形又はフローフォーミングにより行うことを特徴とする、請求項１２又は１３記載の方法。
【請求項１５】
第１の工程でターゲット材料から１つ又は複数のブロックを製造し、第２の工程で前記材料から変形により少なくとも５０％の変形比でターゲットプレートを作成することを特徴とする、平板状スパッタターゲットの製造方法。
【請求項１６】
ブロックを製造する第１の圧縮をホットアイソスタティックプレスにより行うことを特徴とする、請求項１２記載の方法。
【請求項１７】
変形を圧延により行うことを特徴とする、請求項１５又は１６記載の方法。
【請求項１８】
ホットアイソスタティックプレスによる圧縮をＨＩＰカプセル中で行い、圧延を前記ＨＩＰカプセル中で行うことを特徴とする、請求項１７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの相又は少なくとも２つの成分を有する材料からなり、その際、少なくとも１つの相又は少なくとも１つの成分は結晶粒構造を有するスパッタターゲットに関する。さらに、本発明はその製造方法並びにその使用に関する。
【０００２】
Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ及びＣｒのような一成分材料の他に、ＴＦＴ−ＬＣＤディスプレイの製造のために、最近では、第２の相の析出物を有する粉末冶金学的混合物並びに合金が、いわゆるスパッタターゲットとして使用されことが増加している（例えばEP1559801）。この真空被覆法の場合、相応する層（例えばソースコンタクト、ドレインコンタクト及びゲートコンタクトの構造化又は反射／部分反射の用途のために）を製造するために、今まで主に一成分スパッタターゲットが使用された。このような平板状ターゲットの有利な粉末冶金学的製造方法は、一成分材料の場合に、焼結及び引き続く圧延又はホットアイソスタティックプレス及び大きなブロックの切断である。
【０００３】
ＴＦＴディスプレイ用の基材の絶え間ないサイズの拡大により、次第に大きなスパッタカソードを提供することが必要となってきている。これにより一連の問題が生じる。例えば、相応して大きなターゲットプレート（２．５×３ｍまでの）を粉末冶金学的方法で一体で製造することは次第に困難になってきている、それというのも相応するＨＩＰ装置がもはや提供されていないためである。他の適用（構造ガラス）からも、管状カソード又は円柱状のマグネトロンの使用は公知である。この場合、円筒形のスパッタリングすべきターゲット材料は、モノリスの形（つまり支持管なし）で又は結合された構築物（つまり支持管あり）として製造される。この使用のために、今まで、特にＳｉ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＡｇが使用される。このような管状ターゲットは、熱溶射（Ｓｉ、Ｓｎ、Ｚｎ）によるか又は鋳造法（Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｇ）により製造される。
【０００４】
ＴＦＴディスプレイの製造の場合に、スパッタターゲットが粒子を放出しないことが極めて重要である、それというのもこの粒子は個々の画素（ピクセル）を欠損させることがあるためである。多成分スパッタターゲットの場合に、基本的に個々の相が場合によってはマトリックス中にうまく組み込まれないという問題が生じる。個々の相成分のスパッタ率は原則として異なるため、ターゲット表面上に起伏構造が形成される。比較的緩慢にスパッタされる領域は丘状部を形成し、比較的速くスパッタされる領域は谷状に浸食される。これにより、スパッタリングの間のターゲットの消耗の際に、個々の相成分が極めて広範囲に露出されることが何度も生じることがある。この成分の結合が不十分な場合には、この領域は最終的に剥がれ落ちる危険が生じる。さらに、粗大すぎる組織の場合には、生じる丘状構造及び谷状構造がはっきりと現れ、丘部の側面は谷部から再被覆（rueckbeschichten）されることが起こりえる。この作用は、例えば極めて異なる原子量を有する材料の組合せの、例えばＭｏ−Ｓｉ又はＡｕ−Ｗの場合に公知である。この再被覆は、それ自体また剥がれ落ちることもあり、従って粒子を形成することがある。この再被覆により、まず、丘部が円錐状の構造に成長し、次いで何時しか小さな局所的な放電が生じる程度に大きくなり、この放電がまた粒子を形成させることが起こりえる。
【０００５】
更なる問題は、鋳造されたターゲットの使用の場合に生じる。凝固の際にしばしば第２の相の析出部を有する粗大な組織が形成される。これは、上記のメカニズムにより再び相応する粒子形成を引き起こしかねない。さらに、鋳造組織の場合に常に、微視的な細孔又は大きな空洞が形成されるという危険が生じる。これらは、同様に粒子の発生源として公知である。
【０００６】
さらに、例えばＭｏターゲット又はＣｒターゲットの製造のための技術において、ブロックのホットアイソスタティックプレス（ＨＩＰ）が公知であり、次いでこのブロックは引き続き相応するプレートに切断さられる。しかしながら、多成分ターゲットの場合のこのＨＩＰ法の欠点は、使用された成分がほとんど互いの相容性を示さないか又は全く相容性を示さない場合に、頻繁に粉末の異なる相成分の間の悪い結合が生じることである。この場合に、真の粒子間の拡散は存在せず、従って十分な結晶粒の結合も存在しない。この異なるなる粉末成分は、つまり相互に密接に結合しない。さらに、出発粉末よりもより微細ではない結晶粒度が生じる。粗粒化はＨＩＰプロセスの温度作用下での結晶粒成長のために生じることが多い。このことから、本発明は出発する。
【０００７】
本発明の課題は、（例えばＴＦＴ−ディスプレイの被覆のための）異なる多成分のもしくは多相の材料をベースとする、つまり、「真の」合金もしくは混晶を形成しない材料をベースとするスパッタターゲットを開発することであり、この組織はスパッタリングの間の消耗の際に生産歩留まりを悪化させる粒子をできる限り形成させないように構成される。
【０００８】
前記課題は、独立形式請求項により解決される。有利な実施態様は、引用形式請求項から明らかである。少なくとも１つの相の結晶粒構造は、（最も強い変形に対して平行方向の研磨断面で）最大直径対前記最大直径に対して垂直方向の直径の直径比が２より大きく、有利に６より大きく、かつ前記材料は、理論密度の少なくとも９８％、有利に少なくとも９９％の密度を有する。少なくとも１つの相の結晶粒の小さな方の直径は、５０μｍより小さく、有利に２０μｍより小さく、特に５μｍより小さいことが有利である。この材料は、特に多相で又は複数の成分の混合物として形成されていてもよく、その際、少なくとも１つの相又は少なくとも１つの成分は有利に最大で２０質量％である。Ｃｕ又はＡｇをベースとする材料が形成され、かつ少なくとも１つの難溶性の相は、元素Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉの少なくとも１つを含有するか、又はＭｏをベースとする材料が形成され、かつ少なくとも１つの難溶性の相は、元素Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｍｂ、Ｔａの少なくとも１つを含有するのが有利である。このスパッタターゲットは、有利に少なくとも５００ｍｍの長さを有する。
【０００９】
管状ターゲットの本発明による製造方法は、第１の工程で、ターゲット材料から１つ又は複数の円柱又は円筒を製造し、第２の工程で、少なくとも５０％の変形比（１−Ｆｅ／Ｆａとしてパーセントで定義される；Ｆｅ＝材料の最終横断面積、Ｆａ＝材料の出発横断面積、変形方向に対して垂直）での変形によりこの材料からターゲット管を作成することを特徴とする。この場合、第１の圧縮はホットアイソスタティックプレスにより行うことができ、変形は押出加工（Strangpressen）、押出成形（Extrudieren）又はフローフォーミング（Flowformen）により行うことができる。
【００１０】
平板状ターゲットの他の本発明による製造方法は、第１の工程で、ターゲット材料から１つ又は複数のブロックを製造し、第２の工程で、少なくとも５０％の変形比（１−Ｆｅ／Ｆａとしてパーセントで定義される；Ｆｅ＝最終横断面積、Ｆａ＝出発横断面積）での変形によりこの材料からターゲットプレートを作成することを特徴とする。この場合、第１の圧縮をホットアイソスタティックプレス（ＨＩＰ）により行ってブロックにし、圧延により変形を行う。有利な方法の実施は、ホットアイソスタティックプレスによる圧縮はＨＩＰカプセル中で行い、圧延は前記ＨＩＰカプセル中で行うことを特徴とする。
【００１１】
粉末の第１の予備圧縮の後に第２の工程で粉末結合が高められ、かつ同時に結晶粒度を低下されることもできることも見出された。粉末を予備圧縮してブロック、円柱又は円筒にするために、この場合公知の圧縮成形、例えば冷間圧縮成形、冷間アイソスタティックプレス、焼結、ホットプレス、ＨＩＰ又は他の方法、例えばスプレーフォーミング（Spruehkompaktieren）等、並びに相応する組合せが考慮される。この場合、材料の組合せに応じて、相応する予備試験により適当な方法を選択することができる。大工業的に製造可能である多相材料を使用する限り、第１の工程として、相応するブロック、円柱又は円筒の鋳造も挙げられる。この場合に生じる組織は、高い材料要求及び生じる緩慢な冷却速度のために一般に極めて粗大である。さらに、微視的な細孔又は大きな空洞が形成されるという危険が生じる。
【００１２】
第２の工程で、ブロック、円柱又は円筒は著しい変形にかけられる。プレートについては、一般に多工程の圧延プロセスが選択される。管状ターゲットについては、材料に応じて、フローフォーミング並びに押出加工が挙げられる。この変形工程の場合に、異なる相成分の集中的な溶接が生じる。さらに、この変形により結晶粒度は低下し、場合により細孔及び空洞も閉鎖される。
【００１３】
従って、例えばＴＦＴ−ＬＣＤディスプレイ用の大型の基板を被覆するための、多相の材料をベースとする、有利にＷ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｕ、特にＣｕ：Ｍｏ、Ｃｕ：Ｗ、Ａｕ：Ｃｒ、Ａｇ：Ｍｏ、Ａｇ：Ｗ、Ａｇ：Ｔｉ、Ｍｏ：Ｗ、Ｍｏ：Ｃｒ、Ｍｏ：Ｎｂ、Ｍｏ：Ｔｉをベースとする、できる限り高い密度を有するスパッタターゲットを大型でかつ一体式のプレートの形で又は長い、圧壁の管の形で製造することができる。このことから、スパッタターゲットの粒子の少ない長い利用時間が生じる。
【００１４】
次に本発明の実施例を記載する。
【００１５】
図面において、図１は、実施例６による本発明により製造されたＣｕ：Ｍｏターゲットについての変形方向に沿った研磨断面を示す。変形方向に延びるＣｕ結晶粒が良好に確認される。
【００１６】
１）  直径Ｄa＝３００ｍｍ及び長さＬ＝４００ｍｍの円柱を、Ａｌ  ９８原子％及びＮｄ  ２原子％からなる合金から真空鋳造法で製造した。引き続き、直径Ｄi＝１２０ｍｍの内穴を穿孔した。こうして得られた円筒を、４００℃で押出加工により、Ｄa＝１５７ｍｍ及びＤi＝１２２ｍｍの管状成形品に変形させた。こうして得られた変形組織は、金属間ＡｌＮｄ相にわずかな析出物を有するＡｌからなる極めて長い（葉巻状の）結晶粒を示した。変形法に応じて、基本的にレンズ型の結晶粒も得られる。Ａｌ−Ｎｄ相の直径は、圧縮方向に対して垂直方向で、１０μｍより小さい範囲内にあった。
【００１７】
こうして作成された管から、Ｄa＝１５３ｍｍ、Ｄi＝１２４ｍｍ、Ｌ＝２４００ｍｍの寸法を有するモノリスの（＝支持管なしの）ターゲット管が旋削され、スパッタ運転で試験した。工業的に既に公知の平板状ターゲットと比較可能な粒子率（面積単位当たり析出された粒子）が生じた。
【００１８】
２）  Ａｇ  ９９質量％及びＣｒ  １質量％からなる粉末混合物を、まず冷間アイソスタティックプレスにより圧縮して、Ｄa＝３００ｍｍ及びＬ＝４００ｍｍの円柱ブロックにした。この円柱を、実施例１と同様に、Ｄa＝３００ｍｍ、Ｄi＝１２０ｍｍの円筒に加工した。こうして得られた円筒を、５００℃で押出加工により、Ｄa＝１５７ｍｍ及びＤi＝１２２ｍｍの管状成形品に変形させた。得られた変形組織は、埋め込まれたＣｒ相を有するＡｇからなる長い（葉巻状の）部分的に再結晶した結晶粒を示した。
【００１９】
こうして作成された管から、Ｄa＝１５３ｍｍ、Ｄi＝１２４ｍｍ、Ｌ＝２４００ｍｍの寸法を有するモノリスの（支持管なしの）ターゲット管が旋削され、スパッタ運転で試験した。極端に粒子の少ないスパッタ運転が生じた。
【００２０】
３）  Ｃｕ  ９６質量％及びＣｒ  ４質量％からなる粉末混合物を、まず冷間アイソスタティックプレスにより圧縮して、Ｄa＝３３０ｍｍ及びＬ＝５００ｍｍの円柱ブロックにした。引き続き、この円柱をＨＩＰにより７５０℃及び１０００ｂａｒで、その理論密度の９９％より高くにまで圧縮した。この組織は、主に本来の等軸の結晶粒形状を有する結晶粒からなる。この円柱を、引き続き、押出加工により４５０℃で、Ｄa＝１５７ｍｍ、Ｄi＝１２２ｍｍの管状成形品に変形させた。この管状成形体から２４００ｍｍの長さのモノリスのターゲット管が加工された。この管の組織は、部分的に再結晶した長い（葉巻状の）Ｃｕ結晶粒並びにその中に強固に溶接されたＣｒ粒子により特徴付けられる。このターゲット管は、目立った粒子率なしでＴＦＴ−ＬＣＤ基板の被覆のために使用することができた。
【００２１】
４）  実施例３と同様に、それぞれ２０質量％より低い範囲内の合金割合Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｔｉについて、Ｃｕ：Ｍｏ及びＣｕ：Ｗ、Ｍｏ：Ｃｒ、Ｍｏ：Ｎｂ及びＭｏ：Ｔｉ、並びにＡｇ：Ｍｏ、Ａｇ：Ｗ、Ａｇ：Ｃｒ、Ａｇ：Ｔｉを用いて。
【００２２】
５）  比較例：Ｃｕ  ９６質量％及びＣｒ  ４質量％からなる粉末混合物を、まず冷間アイソスタティックプレスにより圧縮して、Ｄa＝１７０ｍｍ及びＬ＝１０００ｍｍの円柱ブロックにした。引き続き、この円柱をＨＩＰにより７５０℃及び１０００ｂａｒで、その理論密度の９９％より高くにまで圧縮した。この組織は、主に本来の等軸の結晶粒形状を有する結晶粒からなる。この円柱を、通常のように切削によりＤa＝１５３ｍｍ、Ｄi＝１３５ｍｍ及びＬ＝８００ｍｍのターゲット円筒に加工した。こうして製造された２つのターゲット円筒を、支持管に溶接し、スパッタした。Ｃｒ粒子はスパッタリングの際に剥がれ落ちる傾向があり、かつ比較的高い粒子率が生じることが示された。この粒子は、例えばＴＦＴ−ＬＣＤ基板のコンタクト及び導体路の製造の際に、個々の画素についての損傷を引き起こし、従って歩留まりの低下を引き起こす。
【００２３】
６）  Ｃｕ  ９７質量％及びＭｏ  ３質量％からなる粉末混合物を、まず冷間アイソスタティックプレスにより圧縮して、２５０ｍｍ×２５０ｍｍ×５００ｍｍの辺の長さを有する長方体形のブロックにした。引き続き、このブロックをＨＩＰにより７５０℃及び１０００ｂａｒで、９９％より高くにまで圧縮した。この組織は、主に本来の等軸の結晶粒形状を有する結晶粒からなる。このブロックを、引き続き、４５０℃で縦方向圧延及び横方向圧延により圧延して、約２５００ｍｍ×５００ｍｍのサイズの１６ｍｍの厚さのプレートにした。このプレートから２４００ｍｍ×３９０ｍｍ×１２ｍｍのサイズのターゲットを作成した。このプレートの組織は、部分的に再結晶した長い（葉巻状の）Ｃｕ結晶粒並びにその中に強固に溶接されたＭｏ粒子により特徴付けられる（図１）。このターゲットプレートは、目立った粒子率なしでＴＦＴ−ＬＣＤ基板の被覆のために使用することができた。
【００２４】
７）  実施例６と同様に、それぞれ２０質量％より低い範囲内の合金割合Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｔｉについて、Ｃｕ：Ｃｒ、Ｃｕ：Ｗ、Ｍｏ：Ｃｒ、Ｍｏ：Ｎｂ及びＭｏ：Ｔｉ、Ａｇ：Ｍｏ、Ａｇ：Ｗ、Ａｇ：Ｔｉを用いて。
【００２５】
８）  比較例：Ｃｕ  ９７質量％及びＭｏ  ３質量％からなる粉末混合物を、まず冷間アイソスタティックプレスにより圧縮して、１００ｍｍ×５００ｍｍ×１５００ｍｍの辺の長さを有する長方体形のブロックにした。引き続き、このブロックをＨＩＰにより７５０℃及び１０００ｂａｒで、９９％より高くにまで圧縮した。この組織は、主に本来の等軸の結晶粒形状を有する結晶粒からなる。引き続き、このブロックを１６ｍｍの厚さのプレートに切断した。このプレートからそれぞれ１２００ｍｍ×３９０ｍｍ×１２ｍｍの２つのセグメントを作成し、２４００ｍｍの長さのターゲットに結合した。このターゲットプレートは短時間後に、本発明による実施例の場合よりも約１０倍以上の粒子を放出し始め、ＴＦＴ−ＬＣＤプロセスのための使用に適していなかった。この粒子はほぼＭｏからなっていた。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例６による本発明により製造されたＣｕ：Ｍｏターゲットについての変形方向に沿った研磨断面を示す。
【図１】
2009512779.tif 000002
【国際調査報告】
2009512779.tif 000003
2009512779.tif 000004
2009512779.tif 000005
2009512779.tif 000006
2009512779.tif 000007
2009512779.tif 000008