(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭｏＮｂからなるＭｏ合金において、Ｍｏマトリックスのビッカース硬さが１５０〜２５０ＨＶ、Ｍｏマトリックス中に分散するＮｂ相、およびＭｏとＮｂの完全合金相のビッカース硬さが２５０〜３５０ＨＶであることを特徴とするＭｏ合金ターゲット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜電極や薄膜配線の形成に用いられる、例えばＭｏＮｂ等のＭｏ合金ターゲットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
平面画像表示装置の一種である薄膜トランジスタ型液晶ディスプレイ等の電極薄膜や配線薄膜等は、低い電気抵抗値を有するＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の純金属薄膜や、それらの合金薄膜が用いられている。これらの薄膜は、製造工程によっては電極や配線として要求される耐熱性、耐食性、密着性のいずれかが劣るという問題や、他元素と拡散層を形成してしまい、必要な電気的特性が失われる等の問題が生じる場合がある。
【０００３】
これらの問題を解決するため、電極薄膜や配線薄膜に対する下地膜やカバー膜として、高融点金属である純ＭｏやＭｏ合金が使用されるようになってきている。特に、Ａｌ系等の配線薄膜や電極薄膜の下地膜やカバー膜には、ＭｏＮｂ薄膜が使用されおり、このＭｏＮｂ薄膜を形成するためのターゲットに関しては、例えば特許文献１のような提案がなされている。この特許文献１においては、簡素化した製造工程でも低酸素の焼結Ｍｏ合金ターゲットを得ることができるという点で、有用な技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−８３０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者の検討によると、特許文献１に開示される、Ｍｏ原料粉末と平均粒径２００μｍ以下の水素化した金属元素の粉末とを混合処理した混合粉末を、熱間静水圧プレス（以下、ＨＩＰという。）で加圧焼結してＭｏ合金ターゲットを作製すると、そのＭｏ合金ターゲット中に、局所的な高硬度の部位が存在する場合があり、機械加工性に問題があることを確認した。ここでいう機械加工とは、平板形状のターゲットであればフライス盤や平面研削盤等での切削加工であり、円筒形状のターゲットであれば旋盤等による切削加工等のことをいう。
また、本発明で適用するＭｏ合金は、機械加工時に、割れや欠けが発生する可能性の高い、いわゆる難削材である上、Ｍｏ合金ターゲットに局所的な高硬度の部位が存在してしまうと、切削工具のチップの摩耗や破損を招き、得られるＭｏ合金ターゲットの表面粗さが大きくなったり、場合によってはＭｏ合金ターゲット本体を破損させてしまうことがある。特に、Ｍｏ合金ターゲットのスパッタ面における中央部の浸食領域（以下、エロージョン領域ともいう。）に、例えば酸化物等で構成される局所的な高硬度の部位が存在してしまうと、高硬度の部位のみが残存したり、脱落したりすることにより、Ｍｏ合金ターゲットのエロージョン領域の表面粗さが粗くなり、スパッタ時の異常放電の起点となりやすくなる。
【０００６】
本発明の目的は、機械加工時に、割れや欠けが発生する可能性の高い、いわゆる難削材であるＭｏ合金ターゲットにおいて、切削工具のチップの摩耗や破損を抑制することと、機械加工におけるチャッキングおよび切削加工や、ボンディング等のハンドリングにおけるＭｏ合金ターゲット本体の破損の抑制に加え、スパッタ時の異常放電の抑制を同時に達成できるＭｏ合金ターゲットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、Ｍｏ合金ターゲットの硬さを特定の範囲に調整することにより、Ｍｏ合金ターゲットの機械加工性の問題を解決できることを見出し、本発明に到達した。
【０００８】
すなわち、本発明は、ビッカース硬さが１００〜４００ＨＶであるＭｏ合金ターゲットである。
また、本発明は、ＭｏＮｂ合金やＭｏＴａ合金に好適である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、切削工具のチップの摩耗や破損を抑制することと、機械加工におけるチャッキングおよび切削加工や、ボンディング等のハンドリングにおけるＭｏ合金ターゲット本体の破損の抑制に加え、スパッタ時の異常放電の抑制を同時に達成可能なＭｏ合金ターゲットを提供できる。このため、上述した例えば平面画像表示装置等に用いられる電極薄膜や配線薄膜の下地膜やカバー膜の成膜に有用な技術となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明例のビッカース硬さ測定位置を示す、光学顕微鏡写真である。
【図２】比較例１のビッカース硬さ測定位置を示す、光学顕微鏡写真である。
【図３】比較例２のビッカース硬さ測定位置を示す、光学顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明のＭｏ合金ターゲットは、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４で規定されるビッカース硬さを１００〜４００ＨＶという特定範囲に調整したことに特徴を有する。以下、本発明について詳しく説明する。
Ｍｏ合金ターゲットのビッカース硬さが１００ＨＶ未満では、例えばフライス盤や旋盤等のチップに構成刃先が生成されることを助長し、切削加工を進めるにつれてチップの切り込み量が次第に大きくなり、切削開始時と切削完了時でＭｏ合金ターゲットの寸法差が大きくなることに加え、構成刃先の剥離に伴うチップの破損を誘発する虞がある。このため、本発明のＭｏ合金ターゲットは、ビッカース硬さを１００ＨＶ以上にする。
【００１２】
一方、Ｍｏ合金ターゲットのビッカース硬さが４００ＨＶを超えると、例えばフライス盤や旋盤等のチップの摩耗量が大きくなることで、切削加工を進めるにつれてチップの切り込み量が次第に小さくなり、切削開始時と切削完了時でＭｏ合金ターゲットの寸法差が大きくなることに加え、チップの破損を誘発する虞がある。また、ビッカース硬さが４００ＨＶを超えると、切削機械へのチャッキングやバッキングプレートやバッキングチューブにボンディングする際のハンドリング等でＭｏ合金ターゲットを折損する虞もある。
また、特に、Ｍｏ合金ターゲットのスパッタ面における中央部のエロージョン領域に、例えば酸化物等で構成される、局所的なビッカース硬度が４００ＨＶを超える高硬度の部位が存在してしまうと、高硬度の部位のみが残存したり、脱落したりすることにより、Ｍｏ合金ターゲットのエロージョン領域の表面粗さが粗くなり、スパッタ時の異常放電の起点となりやすくなる。このため、本発明のＭｏ合金ターゲットは、ビッカース硬さを４００ＨＶ以下にする。
【００１３】
本発明のＭｏ合金ターゲットのビッカース硬さを１００〜４００ＨＶにするには、例えばＭｏマトリックスの中にＮｂやＴａ等の添加元素が分散している組織にすることや、単一組成に完全合金化させた組織にすることで得ることができる。
本発明のＭｏ合金ターゲットにおける、Ｍｏマトリックスのビッカース硬さは、荷重４．９Ｎで１５０〜２５０ＨＶが好ましい。また、Ｍｏ合金を構成させるＭｏマトリックス中に分散する添加元素相のビッカース硬さは、荷重４．９Ｎで２５０〜３５０ＨＶが好ましい。また、Ｍｏと添加元素の完全合金相のビッカース硬さは、荷重４．９Ｎで２５０〜３５０ＨＶが好ましい。
尚、本発明のＭｏ合金ターゲットは、添加元素の周囲に拡散相が存在する場合があるところ、その拡散相のビッカース硬さは、荷重４．９Ｎで２５０〜３５０ＨＶが好ましい。
【００１４】
本発明で適用できるＭｏ合金は、例えば、ＭｏにＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ等から選択される元素を一種以上添加したものが挙げられ、中でも、酸化物を形成しやすい元素であるＮｂやＴａをＭｏに添加したＭｏＮｂやＭｏＴａが好適である。
【００１５】
本発明のＭｏ合金ターゲットは、以下の製造方法で得ることができ、その一般的形態を説明する。尚、本発明は、以下に説明する形態によって限定されるものではない。
本発明では、Ｍｏ合金ターゲットで１００〜４００ＨＶという特定のビッカース硬さを得るために、用いる原料粉末の粒度分布を厳密にコントロールすることが好ましい。そして、その原料粉末の粒度分布は、累積粒度分布が１０％、５０％および９０％となるときの粒径で定義する。
尚、本発明でいう原料粉末の累積粒度分布は、累積体積粒度分布で表される。また、原料粉末の粒径は、ＪＩＳ  Ｚ  ８９０１で規定される、レーザー光を用いた光散乱法による球相当径で表される。
【００１６】
本発明のＭｏ合金ターゲットは、原料粉末として、Ｍｏ粉末とＭｏ合金組成を構成する添加粉末を用意し、これらを混合して加圧焼結することにより得ることができる。本発明における添加粉末とは、例えば、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ等の純金属粉末でもよく、また、これらの合金粉末またはＭｏと前記添加元素との合金粉末でもよい。また、添加粉末は、１種類の使用に限らず、複数種類の添加粉末を併せて使用することもできる。
そして、Ｍｏ粉末には、累積粒度分布において１０％粒径（以下、Ｄ１０という。）が１〜６μｍ、５０％粒径（以下、Ｄ５０という。）＝６〜１２μｍ、９０％粒径（以下、Ｄ９０という。）＝１２〜２０μｍのものを用いることが好ましい。これにより、本発明のＭｏ合金ターゲットに含まれる酸素値を低減することができ、Ｍｏ合金ターゲット中に硬い酸化物が生成することを抑制し、ビッカース硬さを１００〜４００ＨＶの範囲に調整できることに加え、高密度のＭｏ合金ターゲットが得られるという効果もある。
また、上記と同様な理由から、Ｄ１０＝３〜６μｍ、Ｄ５０＝９〜１２μｍ、Ｄ９０＝１５〜２０μｍのものを用いることがより好ましい。
【００１７】
添加粉末には、累積粒度分布のＤ１０＝１０〜５０μｍ、Ｄ５０＝７０〜１１０μｍ、Ｄ９０＝１３０〜１７０μｍのものを用いることが好ましい。これによりＭｏよりも硬い添加粉末を微細に分散させることができ、Ｍｏ合金ターゲットのビッカース硬さを１００〜４００ＨＶの範囲に調整することができる。
また、上記と同様な理由から、Ｄ１０＝１０〜２５μｍ、Ｄ５０＝７０〜９０μｍ、Ｄ９０＝１３０〜１５０μｍの添加粉末を用いることがより好ましい。
【００１８】
次に、上記で得た所定のＭｏ合金成分に調整された混合粉末を加圧焼結してＭｏ合金焼結体を作製する。
本発明では、Ｍｏ合金の焼結を加圧焼結により実施することが好ましい。加圧焼結は、例えばＨＩＰやホットプレス（以下、ＨＰという。）が適用可能であり、焼結温度８００〜１５００℃、圧力１０〜２００ＭＰａ、１〜２０時間の条件で行なうことが好ましい。
これら条件の選択は、加圧焼結設備に依存し、例えばＨＩＰは、低温高圧の条件が適用しやすく、ＨＰは、高温低圧の条件が適用しやすい。本発明では、加圧焼結に、高温下での加圧容器と添加粉末との反応を抑制するために、低温高圧のＨＩＰを用いることが好ましい。
本発明では、焼結温度を８００℃以上にすることで、焼結を促進させ、高密度の焼結体を得ることができる。また、焼結温度を１５００℃以下にすることで、汎用の加圧焼結設備が適用できる上、焼結体の結晶成長を抑制し、均一微細な組織を得ることができる。
加圧力は、１０ＭＰａ以上にすることで、焼結を促進させ、高密度の焼結体を得ることができる。また、加圧力を２００ＭＰａ以下にすることで、汎用の加圧焼結設備を適用することができる。
焼結時間は、１時間以上にすることで、焼結を促進させ、高密度の焼結体を得ることができる。また、焼結時間を２０時間以下にすることで、製造効率を阻害しないで製造するができる。
ＨＩＰで加圧焼結をする際には、上記で得た混合粉末を、加圧容器に充填した後に、加熱しながら減圧脱気をすることが好ましい。減圧脱気は、加熱温度１００〜６００℃の範囲で、大気圧（１０１．３ｋＰａ）より低い減圧下で行なうことが好ましい。これにより、得られる焼結体の酸素を低減することができる。
【００１９】
Ｍｏ合金ターゲットの相対密度が低くなると、Ｍｏ合金ターゲット中に存在する空隙が増加し、硬さのばらつきが増大し、機械加工性に悪影響を及ぼす可能性がある。またＭｏ合金ターゲットの抗折力が低くなり、切削機械へのチャッキングやバッキングプレートやバッキングチューブにボンディングする際のハンドリング等でＭｏ合金ターゲットを折損する虞がある。このため、本発明のＭｏ合金ターゲットは、相対密度を９５％以上にすることが好ましい。より好ましくは相対密度９８％以上である。
本発明における相対密度は、アルキメデス法により測定されたかさ密度を、本発明のＭｏ合金ターゲットの組成比から得られる質量比で算出した元素単体の加重平均として得た理論密度で除した値に１００を乗じて得た値をいう。具体的には、Ｍｏの密度と、添加元素の密度の値を用い、組成比から得られる質量比で算出した加重平均として得られた値を理論密度の値として用いる。
【実施例】
【００２０】
Ｄ１０が３μｍ、Ｄ５０が８μｍ、Ｄ９０が１５μｍのＭｏ粉末と、Ｄ１０が３２μｍ、Ｄ５０が８８μｍ、Ｄ９０が１５３μｍのＮｂ粉末とを９０Ｍｏ−１０Ｎｂ（原子％）となるように混合して混合粉末を得た。
この混合粉末を軟鋼性の加圧容器に充填し、４５０℃の温度下で真空脱気し、温度１２５０℃、加圧力１４５ＭＰａの条件下で５時間保持するＨＩＰ処理によって、本発明例となるＭｏ−Ｎｂ焼結体を得た。
【００２１】
Ｄ１０が３μｍ、Ｄ５０が８μｍ、Ｄ９０が１５μｍのＭｏ粉末と、Ｄ１０が３２μｍ、Ｄ５０が８８μｍ、Ｄ９０が１５３μｍのＮｂ粉末とを９０Ｍｏ−１０Ｎｂ（原子％）となるように混合して混合粉末を得た。
この混合粉末を加圧用ダイスに充填し、温度１８００℃、荷重８００ｋＮの条件下で２時間保持するＨＰ処理によって、比較例１となるＭｏ−Ｎｂ焼結体を得た。
【００２２】
Ｄ１０が３μｍ、Ｄ５０が８μｍ、Ｄ９０が１５μｍのＭｏ粉末と、Ｄ１０が５μｍ、Ｄ５０が２３μｍ、Ｄ９０が５１μｍのＴａ粉末とを９４Ｍｏ−６Ｔａ（原子％）となるように混合して混合粉末を得た。
この混合粉末を加圧用ダイスに充填し、温度１８００℃、荷重８００ｋＮの条件下で２時間保持するＨＰ処理によって、比較例２となるＭｏ−Ｔａ焼結体を得た。
【００２３】
上記で得た各焼結体のターゲットのスパッタ面となる位置から機械加工により試験片を採取し、ビッカース硬さ、相対密度および抗折力を測定した。尚、本発明例となる試料Ｎｏ．１のＭｏ−Ｎｂ合金焼結体は、機械加工時に、チップの摩耗や破損がないことを確認した。また、機械加工において、Ｍｏ−Ｎｂ焼結体の脱落もなかったことから、スパッタ時の異常放電の抑制も期待できる。
また、切削機械へのチャッキング等のハンドリングでＭｏ−Ｎｂ焼結体が破損することもなかった。
ここで、ビッカース硬さは、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４に準じ、株式会社明石製作所社製のＭＶＫ−Ｅを用い、荷重４．９Ｎのときの値を測定した。ミクロ組織の違いによるビッカース硬さの違いを確認した、各測定点の光学顕微鏡写真を図１〜図３に示す。
また、相対密度は、アルキメデス法により測定されたかさ密度を、各ＭｏＮｂターゲットの組成比から得られる質量比で算出した元素単体の加重平均として得た理論密度で除した値に１００を乗じて得た値とした。尚、測定は、研精工業株式会社製の電子比重計ＳＤ−１２０Ｌを使用して行なった。
また、抗折力は、株式会社鷺宮製作所製の油圧サーボ高温疲労試験機ＥＦＨ５０−５を使用し、クロスヘッドスピード０．５ｍｍ／ｍｉｎ、支点間距離５０ｍｍで室温２０℃における３点曲げ試験を行ない、試験片が破壊に至るまでの最大荷重を基に算出した。
【００２４】
【表１】
0006459058.tif 000002
【００２５】
表１に示すように、比較例となる試料Ｎｏ．２では測定点Ｃにおいて、試料Ｎｏ．３では測定点Ｂにおいて、ビッカース硬さが４００ＨＶを超える局所的に硬い部位があり、また抗折力も低い値を示す焼結体であることが確認された。
一方、本発明例となる試料Ｎｏ．１は、比較例にみられた局所的な硬い部位がなく、ビッカース硬さが１００〜４００ＨＶの範囲に調整されていることに加え、抗折力も高い値を有していることが確認できた。これにより、本発明のＭｏ合金ターゲットは、機械加工におけるチップの摩耗や破損を抑制することに加え、Ｍｏ合金ターゲット本体の破損を抑制可能なことが期待できる。
【図１】
0006459058.tif 000003
【図２】
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【図３】
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