(57)【要約】【課題】鍛造工程及び熱処理工程を改良・工夫することにより、結晶粒径を微細かつ均一にし、特性に優れたＴａスパッタリングターゲットを安定して製造できる方法を得ることを課題とする。【解決手段】溶解鋳造したＴａインゴット又はビレットを鍛造、焼鈍、圧延加工等によりスパッタリングターゲットを製造する方法において、インゴット又はビレットを鍛造した後に１３７３Ｋ〜１６７３Ｋの温度で再結晶焼鈍することを特徴とするＴａスパッタリングターゲットの製造方法。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解鋳造したＴａインゴット又はビレットを鍛造、焼鈍、圧延加工等によりスパッタリングターゲットを製造する方法において、インゴット又はビレットを鍛造した後に１３７３Ｋ〜１６７３Ｋの温度で再結晶焼鈍することを特徴とするＴａスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項２】
鍛造と１３７３Ｋ〜１６７３Ｋの温度での再結晶焼鈍を少なくとも２回繰返すことを特徴とする請求項１記載のＴａスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項３】
１３７３Ｋ〜１６７３Ｋの温度での再結晶焼鈍に行う鍛造又は圧延後の再結晶化焼鈍を、再結晶開始温度〜１３７３Ｋの間で行うことを特徴とする請求項１又は２記載のＴａスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項４】
最終圧延加工後、再結晶開始温度〜１３７３Ｋの間で再結晶焼鈍し、さらにターゲット形状に仕上げ加工することを特徴とする請求項１〜３のそれぞれに記載のＴａスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項５】
圧延した後、結晶均質化焼鈍又は歪取り焼鈍を行うことを特徴とする請求項４に記載のＴａスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項６】
ターゲットの平均結晶粒径を８０μｍ以下の微細結晶粒とすることを特徴とする請求項１〜５のそれぞれに記載のＴａスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項７】
ターゲットの平均結晶粒径を３０〜６０μｍの微細結晶粒とすることを特徴とする請求項１〜５のそれぞれに記載のＴａスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項８】
ターゲットの表面又は内部に筋状又は塊状の不均質なマクロ組織が存在しないことを特徴とする請求項１〜７のそれぞれに記載のＴａスパッタリングターゲットの製造方法及び同方法によって得られたＴａスパッタリングターゲット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、溶解鋳造したＴａインゴット又はビレットを鍛造、焼鈍、圧延加工等によりスパッタリングターゲットを製造する方法及びそれによって得られたＴａスパッタリングターゲットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エレクトロニクス分野、耐食性材料や装飾の分野、触媒分野、切削・研磨材や耐摩耗性材料の製作等、多くの分野に金属やセラミックス材料等の被膜を形成するスパッタリングが使用されている。
スパッタリング法自体は上記の分野で、よく知られた方法であるが、最近では、特にエレクトロニクスの分野において、複雑な形状の被膜の形成や回路の形成に適合するＴａスパッタリングターゲットが要求されている。
【０００３】
一般に、このＴａターゲットは、Ｔａ原料を電子ビーム溶解・鋳造したインゴット又はビレットの熱間鍛造、焼鈍（熱処理）を繰り返し、さらに圧延及び仕上げ（機械、研磨等）加工してターゲットに加工されている。このような製造工程において、インゴット又はビレットの熱間鍛造は、鋳造組織を破壊し、気孔や偏析を拡散、消失させ、さらにこれを焼鈍することにより再結晶化し、組織の緻密化と強度を高めることができる。
【０００４】
このようなターゲットの製造方法において、通常再結晶焼鈍は１１７３Ｋ（９００°Ｃ）程度の温度で実施されている。従来の製造方法の一例を次に示す。
まず、タンタル原料を電子ビーム溶解後、鋳造してインゴット又はビレットとし、次に冷間鍛造−１１７３Ｋでの再結晶焼鈍−冷間鍛造−１１７３Ｋでの再結晶焼鈍−冷間圧延−１１７３Ｋでの再結晶焼鈍−仕上げ加工を行ってターゲット材とする。このＴａターゲットの製造工程において、一般に溶解鋳造されたインゴット又はビレットは、５０ｍｍ以上の結晶粒径を有している。
インゴット又はビレットの熱間鍛造と再結晶焼鈍により、鋳造組織が破壊され、おおむね均一かつ微細（１００μｍ以下の）結晶粒が得られるが、従来の鍛造と焼鈍による製造方法では、円盤上の中央部から周縁にかけて、皺（しわ）状あるいは筋状の模様が発生するという問題があった。
図２はターゲットの表面の概観を示す図であるが、数本から１０数本の黒ずんだ模様が現われている。この部分の結晶粒の顕微鏡組織を図３に示す。結晶の粒径にそれほどの差異はないが、通常の組織の中に一部、皺状に集合した異相の結晶粒が観察された。
【０００５】
一般に、スパッタリングを実施する場合、ターゲットの結晶が細かくかつ均一であるほど均一な成膜が可能であり、アーキングやパーティクルの発生が少なく、安定した特性を持つ膜を得ることができる。
したがって、鍛造、圧延及びその後の焼鈍において発生する上記のようなターゲット中の不規則な結晶粒の存在は、スパッタレートを変化させるので、膜の均一性（ユニフォーミティ）に影響を与え、またアーキングやパーティクルの発生を促し、スパッタ成膜の品質を低下させるという問題が発生する可能性がある。
また、歪みが残存する鍛造品をそのまま使用することは品質の低下を引き起こすので、極力避けなければならない。
以上から、従来の鍛造及び焼鈍では、Ｔａスパッタリングターゲットに不規則な結晶粒が発生し、膜の性質を低下させるという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題を解決するために、鍛造工程及び熱処理工程を改良・工夫することにより、結晶粒径を微細かつ均一にし、特性に優れたＴａスパッタリングターゲットを安定して製造できる方法を得ることを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
１．溶解鋳造したＴａインゴット又はビレットを鍛造、焼鈍、圧延加工等によりスパッタリングターゲットを製造する方法において、インゴット又はビレットを鍛造した後に１３７３Ｋ〜１６７３Ｋの温度で再結晶焼鈍することを特徴とするＴａスパッタリングターゲットの製造方法
２．鍛造と１３７３Ｋ〜１６７３Ｋの温度での再結晶焼鈍を少なくとも２回繰返すことを特徴とする上記１記載のＴａスパッタリングターゲットの製造方法
３．１３７３Ｋ〜１６７３Ｋの温度での再結晶焼鈍に行う鍛造又は圧延後の再結晶化焼鈍を、再結晶開始温度〜１３７３Ｋの間で行うことを特徴とする上記１又は２記載のＴａスパッタリングターゲットの製造方法
４．最終圧延加工後、再結晶開始温度〜１３７３Ｋの間で再結晶焼鈍し、さらにターゲット形状に仕上げ加工することを特徴とする上記１〜３のそれぞれに記載のＴａスパッタリングターゲットの製造方法
５．圧延した後、結晶均質化焼鈍又は歪取り焼鈍を行うことを特徴とする上記４に記載のＴａスパッタリングターゲットの製造方法
６．ターゲットの平均結晶粒径を８０μｍ以下の微細結晶粒とすることを特徴とする上記１〜５のそれぞれに記載のＴａスパッタリングターゲットの製造方法
７．ターゲットの平均結晶粒径を３０〜６０μｍの微細結晶粒とすることを特徴とする上記１〜５のそれぞれに記載のＴａスパッタリングターゲットの製造方法
８．ターゲットの表面又は内部に筋状又は塊状の不均質なマクロ組織が存在しないことを特徴とする上記１〜７のそれぞれに記載のＴａスパッタリングターゲットの製造方法及び同方法によって得られたＴａスパッタリングターゲット
を提供する。
【発明の実施の形態】
【０００８】
本発明のスパッタリングターゲットは、次のような工程によって製造する。その具体例を示すと、まずタンタル原料（通常、４Ｎ５Ｎ以上の高純度Ｔａを使用する）を電子ビーム溶解等により溶解し、これを鋳造してインゴット又はビレットを作製する。次に、このインゴット又はビレットを冷間鍛造、圧延、焼鈍（熱処理）、仕上げ加工等の一連の加工を行う。
製造工程は従来技術とほぼ同様であるが、特に重要なことは、再結晶焼鈍（熱処理）を１３７３Ｋ〜１６７３Ｋの温度で実施することである。
鍛造によって、鋳造組織を破壊し、気孔や偏析を拡散あるいは消失さることができ、さらにこれを焼鈍することにより再結晶化させ、この冷間鍛造と再結晶焼鈍により、組織の緻密化と強度を高めることができるが、特に再結晶焼鈍を１３７３Ｋ〜１６７３Ｋの高温で実施することにより、従来技術で発生した筋状の模様を完全に消失させることができた。
したがって、図１に示すターゲット表面の、結晶粒の顕微鏡組織のように、周辺の通常結晶組織の中に、皺状に集合した異相の結晶粒が観察されることはなく、均一なターゲット組織が得られた。
【０００９】
従来技術の製造工程で発生した、皺状に集合した異相の結晶粒の発生原因を調べてみると、熱間鍛造とその後の再結晶焼鈍を実施しても、インゴット又はビレット内の一次結晶粒（５０ｍｍ程度の）が残存し、１１７３Ｋ（９００°Ｃ）程度の再結晶温度では単に一次結晶粒の中に再結晶粒が発生しているように見える。
すなわち、鍛造によって一次結晶粒は押し潰され、殆ど消失するように見えるが、その後の１１７３Ｋ程度の再結晶化温度では、一次結晶の破壊が完全ではなく、一部、一次結晶痕跡が残存すると考えられる。これはその後の鍛造と再結晶焼鈍でも消失することがなく、最終的に仕上げ加工した段階で、皺状に集合した異相の結晶粒となったものと考えられる。
【００１０】
以上から、鍛造によって鋳造組織を破壊するとともに、再結晶化を十分に行うことが必要であることが分かった。このため本発明において、溶解鋳造したＴａインゴット又はビレットを鍛造、焼鈍、圧延加工等により加工する際、インゴット又はビレットを鍛造した後に１３７３Ｋ〜１６７３Ｋの温度で再結晶焼鈍するものである。
これによって、Ｔａターゲットに皺状に集合した異相の結晶粒の発生を無くし、膜の均一性（ユニフォーミティ）を良好にし、またアーキングやパーティクルの発生を抑制し、スパッタ成膜の品質を向上させることが可能となった。
【００１１】
本発明の通常の製造工程としては、例えばタンタル原料（純度４Ｎ５以上）を電子ビーム溶解後、鋳造してインゴット又はビレットとし、次にこれを冷間鍛造−１３７３Ｋ〜１６７３Ｋの温度での再結晶焼鈍−冷間鍛造−１３７３Ｋ〜１６７３Ｋの温度での再結晶焼鈍−冷間鍛造−再結晶開始温度〜１３７３Ｋの間での再結晶焼鈍−冷間（熱間）圧延−再結晶開始温度〜１３７３Ｋの間での再結晶焼鈍での再結晶焼鈍−仕上げ加工を行ってターゲット材とする。
上記の加工プロセスにおいて、１３７３Ｋ〜１６７３Ｋの温度での再結晶焼鈍は１回でも良いが、２回繰返すことによって前記皺状の欠陥を効果的に減少させることができる。１３７３Ｋ未満の温度では、上記皺状の欠陥をなくすことが困難であり、また１６７３Ｋを超えると異常粒成長が起こり、粒径不均一となるので１６７３Ｋ以下とするのが望ましい。
【００１２】
上記１３７３Ｋ〜１６７３Ｋの温度での再結晶焼鈍を行って上記皺状の欠陥を除去した後については、鍛造又は圧延後の再結晶化焼鈍を再結晶開始温度〜１３７３Ｋの間で行うことができる。
最終圧延加工後、再結晶開始温度〜１３７３Ｋの間で再結晶焼鈍し、これをターゲット形状に仕上げ加工（機械加工等を）することができる。
以上の工程により、Ｔａターゲットの皺状の欠陥を消失させ、かつ平均結晶粒径を８０μｍ以下の微細結晶粒、さらには３０〜６０μｍの微細結晶粒を持つ均一性に優れたＴａターゲットを得ることができる。
【００１３】
【実施例及び比較例】
次に、実施例について説明する。なお、本実施例は発明の一例を示すためのものであり、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。すなわち、本発明の技術思想に含まれる他の態様及び変形を含むものである。
【００１４】
（実施例１）
純度９９．９９７％のタンタル原料を電子ビーム溶解し、これを鋳造して厚さ２００ｍｍ、直径２００ｍｍφのインゴット又はビレットとした。この場合の結晶粒径は約５５ｍｍであった。次に、このインゴット又はビレットを室温で伸ばした後、１５００Ｋの温度での再結晶焼鈍した。これによって平均結晶粒径が２００μｍの組織を持つ厚さ１００ｍｍ、直径１００ｍｍφの材料が得られた。
次に、これを再度室温で冷間こねくり鍛造し、再び１４８０Ｋ温度で再結晶焼鈍を実施した。これによって平均結晶粒径が１００μｍの組織を持つ厚さ１００ｍｍ、直径１００ｍｍφの材料が得られた。
次に、これを冷間こねくり鍛造と１１７３Ｋの再結晶焼鈍を行い、次いで再度冷間圧延と１１７３Ｋでの再結晶焼鈍及び仕上げ加工を行って厚さ１０ｍｍ、直径３２０ｍｍφのターゲット材とした。
以上の工程により、皺状の欠陥が無く、かつ平均結晶粒径６０μｍの微細結晶粒を持つ均一性に優れたＴａターゲットを得ることができた。また、この実施例１で得られたＴａターゲットの顕微鏡写真は、図１と同様な結晶構造を持つものであった。
このＴａターゲットを使用してスパッタリングを実施したところ、膜の均一性（ユニフォーミティ）が良好であり、８インチウエハーで膜厚バラツキ５％、またアーキングやパーティクルの発生が無く、スパッタ成膜の品質を向上させることができた。
【００１５】
（実施例２）
純度９９．９９７％のタンタル原料を電子ビーム溶解し、これを鋳造して厚さ２００ｍｍ、直径２００ｍｍφのインゴット又はビレットとした。この場合の結晶粒径は約５０ｍｍであった。次に、このインゴット又はビレットを室温で冷間鍛伸した後、１５００Ｋの温度での再結晶焼鈍した。これによって平均結晶粒径が２００μｍの組織を持つ厚さ１００ｍｍ、直径１００ｍｍφの材料が得られた。
次に、これを再度室温で冷間こねくり鍛造し、１１７３Ｋ温度で再結晶焼鈍を実施した。これによって平均結晶粒径が８０μｍの組織を持つ厚さ１００ｍｍ、直径１００ｍｍφの材料が得られた。
次に、これを冷間こねくり鍛造と１１７３Ｋの再結晶焼鈍を行い、次いで再度冷間圧延と１１７３Ｋでの再結晶焼鈍及び仕上げ加工を行って厚さ１０ｍｍ、直径３２０ｍｍφのターゲット材とした。
以上の工程により、皺状の欠陥が無く、かつ平均結晶粒径３５μｍの微細結晶粒を持つ均一性に優れたＴａターゲットを得ることができた。実施例２で得られたＴａターゲットの顕微鏡写真は、図１と同様な結晶構造を持つものであった。このＴａターゲットを使用してスパッタリングを実施したところ、膜の均一性（ユニフォーミティ）が良好であり、８インチウエハーで膜厚バラツキ５％、またアーキングやパーティクルの発生が無く、スパッタ成膜の品質を向上させることができた。
【００１６】
（実施例３）
純度９９．９９７％のタンタル原料を電子ビーム溶解し、これを鋳造して厚さ２００ｍｍ、直径３００ｍｍφのインゴット又はビレットとした。この場合の結晶粒径は約５０ｍｍであった。次に、このインゴット又はビレットを室温で冷間鍛伸した後、１５００Ｋの温度での再結晶焼鈍した。これによって平均結晶粒径が２５０μｍの組織を持つ厚さ１００ｍｍ、直径１００ｍｍφの材料が得られた。
次に、これを再度室温で冷間こねくり鍛造し、１１７３Ｋ温度で再結晶焼鈍を実施した。これによって平均結晶粒径が８０μｍの組織を持つ厚さ１００ｍｍ、直径１００ｍｍφの材料が得られた。
次に、これを冷間こねくり鍛造と１１７３Ｋの再結晶焼鈍を行い、次いで再度冷間圧延と１１７３Ｋでの再結晶焼鈍及び仕上げ加工を行って厚さ１０ｍｍ、直径３２０ｍｍφのターゲット材とした。
以上の工程により、皺状の欠陥が無く、かつ平均結晶粒径５０μｍの微細結晶粒を持つ均一性に優れたＴａターゲットを得ることができた。実施例３で得られたＴａターゲットの顕微鏡写真は、図１と同様な結晶構造を持つものであった。このＴａターゲットを使用してスパッタリングを実施したところ、膜の均一性（ユニフォーミティ）が良好であり、８インチウエハーで膜厚バラツキ６％、またアーキングやパーティクルの発生が無く、スパッタ成膜の品質を向上させることができた。
【００１７】
（比較例１）
実施例１と同様の純度９９．９９７％のタンタル原料を電子ビーム溶解し、これを鋳造して厚さ２００ｍｍ、直径２００ｍｍφのインゴット又はビレットとした。この場合の結晶粒径は約５５ｍｍであった。次に、このインゴット又はビレットを室温で冷間こねくり鍛造した後、１１７３Ｋの温度での再結晶焼鈍した。これによって平均結晶粒径が１８０μｍの組織を持つ厚さ１００ｍｍ、直径１００ｍｍφの材料が得られた。
次に、これを再度室温で冷間こねくり鍛造し、再び１１７３Ｋ温度で再結晶焼鈍を実施した。これによって平均結晶粒径が８０μｍの組織を持つ厚さ１００ｍｍ、直径１００ｍｍφの材料が得られた。
次に、これを冷間圧延と１１７３Ｋでの再結晶焼鈍及び仕上げ加工を行って厚さ１０ｍｍ、直径３２０ｍｍφのターゲット材とした。
以上の工程により得たＴａターゲットの中心部から周辺部にかけて皺状の多数の痕跡が見られ、異相の結晶組織を持つＴａターゲットとなった。また、この比較例１で得られたＴａターゲットの顕微鏡写真は、図３と同様な結晶構造を持つものであった。
このＴａターゲットを使用してスパッタリングを実施したところ、膜の均一性（ユニフォーミティ）が悪く、８インチウエハーで膜厚バラツキ１０％、またアーキングやパーティクルの発生があり、スパッタ成膜の品質を低下させる原因となった。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は、Ｔａスパッタリングターゲットの製造方法において、材料インゴット又はビレットの鍛造、再結晶焼鈍、圧延加工等を行って結晶粒を調整するとともに、ターゲット中に皺状に集合した異相の結晶粒の発生を無くし、また膜の均一性（ユニフォーミティ）を良好にすると共に、アーキングやパーティクルの発生を抑制し、スパッタ成膜の品質を向上させることができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鍛造及び再結晶焼鈍を施して得たＴａターゲットの顕微鏡組織写真を示す。
【図２】従来の鍛造及び再結晶焼鈍を施して得たＴａターゲットの概観組織写真を示す。
【図３】従来の鍛造及び再結晶焼鈍を施して得たＴａターゲットの顕微鏡組織写真を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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