(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料粉末を圧縮成形した後、水素雰囲気中で焼結してなる実質的に同組成である複数のブロックを、加圧容器に入れ込み、熱間静水圧プレスにより前記複数のブロック同士を接合して、酸素含有量が１００ｐｐｍ以下のターゲット材を得ることを特徴とするＭｏ系スパッタリング用ターゲットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に大型化に適したＭｏ系スパッタリング用ターゲットおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スパッタリング用ターゲットの製造には、粉末冶金法あるいは溶製法が用いられてきた。溶製法によるものは、鋳造した鋳塊から所定のターゲット形状を切り出すか、あるいは熱間加工もしくは冷間加工により鋳塊を所定の形状に加工する方法が一般的である。また、一体物のターゲットではなく、溶製法により製造した別種のターゲット片を組み合わせターゲット全体として所望の組成となるようにした複合ターゲットも知られている。例えば特開平６−２０４２２６号に示されるように、放射状に配置するタイプや、直方体のターゲットを横並びに配置したターゲット等である。
【０００３】
粉末冶金法によるものは、合金を粉砕して得られた粉末を高温高圧ガス雰囲気中で熱間静水圧プレス処理して製造する方法が知られている。例えば特開昭６１−６０８０３号がその例である。粉末冶金法は、溶製法では製造困難な高融点系の材料や、偏析が生じ易くターゲット内において均一な組織が得られ難い合金系の材料に用いられる。また、粉末の成形性を利用して、ターゲットの最終形状に近い形状に成形した圧粉体を圧密化し、若干の仕上げ加工のみでターゲットを製造するというニアネットプロセスでの製造も行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ターゲットに要求される一般的な特性は、成膜された膜の組成、組織を均一にするために、ターゲットが目的の組成を有し、偏析がなく、結晶粒子が微細であることである。一方、近年液晶関係を中心に製品の大型化、コスト低減を目的にしたターゲットの大型化が進んでおり、大型のＭｏ系ターゲットの需要が増加している。大型のターゲットは、大きなものでは１０００ｍｍ×７００ｍｍ、φ３００ｍｍ程度以上のものがあり、製造上も大型の装置が必要となる。また、特性上も従来同様、均一微細な組織、そして低酸素化も大きく要求され、製造条件が厳しくなっている。
【０００５】
上述したように、大型のＭｏ系ターゲットにおいても均一微細な組織が要求されるが、溶製法では大型化するほど鋳塊内での偏析防止が難しくなり、均一微細な組織を得難くなる。これを解決するために熱間加工等で組織の均一微細化を施す方法もあるが、大型の装置を必要とし、組成系によっては熱間加工が困難な場合もあり、すべての組成について適用できるわけではなかった。
【０００６】
一方、粉末冶金法では、粉末を製造できれば殆どの成分系について製造可能である。この場合、単一成分、あるいは合金の粉末であれば問題ないが、二種類以上の粉末を混合して充填する場合には、粉末の粒度分布、比重、形状の差により分離を生じる場合がある。これは小型のターゲットでも発生する問題であるが、大型のターゲットではより顕著に現れるため大きな問題である。
【０００７】
さらに、粉末冶金法の場合、充填作業を行う上で、大型化するほど粉末の均一な充填が困難になり、充填密度の差が生じ易く、このため圧密化の際に収縮率の差が生じ変形が起こる。特にＭｏ系ターゲットの場合は、使用する原料粉末の粒度が一般に１０μｍ以下と細かく、また粉末が凝集した形態で存在しているために、充填密度が上がらず、例えば４０％程度と低いことから、上記変形発生への対策が重要である。
【０００８】
一般的に板状であるターゲットでは反りやコーナー部の変形等が生じ易い。このため、製造に際してはこの変形を見込んで矯正工程の追加や加工代の増加等を行う必要があり、さらには粉末の充填を均一に行うために、作業中の充填高さの測定等に工数を要し、作業性も悪く、生産上大きな問題であった。
【０００９】
そして、粉末冶金法による別の課題として、その製造されたターゲットの酸素含有量を低減し難い問題がある。例えば熱間静水圧プレス処理を用いて製造する場合、原料粉末を所定の加圧容器（カプセル）に充填して処理を行うが、粉末は密閉されているため処理中に酸素を除去することは不可能である。そのためターゲットの酸素含有量は原料粉末の状態以下のものを得ることが困難である。
【００１０】
本発明の目的は、大型化に適し、酸素量の低減化を達成したＭｏ系スパッタリング用ターゲットおよびその製造方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ターゲットの大型化に伴う偏析、製造時の変形の問題を検討した結果、粉末の圧密体からなる複数のブロックを接合することで、特にＭｏ系ターゲットの偏析、製造時の変形を大きく改善できることを見いだした。そして、その準備するブロックを見直すことでＭｏ系ターゲットの低酸素化が達成でき、本発明に到達した。
【００１２】
すなわち、本発明は、原料粉末を圧縮成形した後、水素雰囲気中で焼結してなる実質的に同組成である複数のブロックを、加圧容器に入れ込み、熱間静水圧プレスにより前記複数のブロック同士を接合して、酸素含有量が１００ｐｐｍ以下のターゲット材を得るＭｏ系スパッタリング用ターゲットの製造方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の重要な特徴の一つは、Ｍｏ系スパッタリング用ターゲットに注目し、その粉末の圧密体からなる複数のブロックを接合したターゲットとしたところにある。すなわち、粉末から直接一体物のターゲットを製造するのではなく、一旦圧密体としてから接合によりターゲットとなすものである。
【００１６】
これにより、粉末独自の利点である、組織の均一性を保ちつつ、粉末ターゲットを直接大型化する際の問題であった、特にＭｏ系ターゲットについて問題であった、変形や密度不足を解消することができる。さらに、加圧容器への充填作業もブロックを敷設するだけの容易な作業となり、充填密度を均一化するための充填高さの測定等の工数を必要とせず、作業性が格段に向上する。また、圧密体のハンドリング装置を用いることで自動化も可能である。
【００１７】
そして、本発明のさらなる特徴は、粉末冶金法で問題であった、酸素含有量の多いことに対し、その低減化に対処したところにある。すなわち、酸素含有量が１００ｐｐｍ以下のＭｏ系スパッタリング用ターゲットである。
【００１８】
本発明における粉末の圧密体としては、プレス成形体およびその焼結体、冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）体およびその焼結体、熱間静水圧（ＨＩＰ）体等の粉体を圧縮あるいは圧縮焼結したものが利用できる。この時、その圧密体を焼結体とし、特に水素雰囲気中で焼結したものとすることで、酸素含有量を低減でき、結果、酸素含有量が１００ｐｐｍ以下、更には８０，６０ｐｐｍ以下といったターゲットの達成が可能である。好ましくは、ＣＩＰ処理後、水素雰囲気中で焼結して得られた圧密体であり、ＣＩＰ処理により充填密度が改善され、ＨＩＰ処理後のターゲット材の変形抑制に効果がある。
【００１９】
本発明は、純ＭｏターゲットもしくはＭｏに１種または２種以上の他元素を含む合金ターゲットについて効果を発揮する。合金ターゲットについてその一例を示しておくと、ＭｏにＣｒ，Ｗ，Ｚｒの１種または２種以上の元素を含むターゲットであり、Ｍｏ量を原子量比にて５０％以上としたＭｏ系ターゲットである。
【００２０】
このような本発明のＭｏ系ターゲットについて、粉末の圧密体からなる複数のブロックを実質的に同組成とすることは、均一組成の大型ターゲットを得るという点で有利である。合金ターゲットの場合は、粉末として合金粉末の圧密体や、合金となる元素の単体粉末同士、あるいは合金粉末を混合した圧密体を使用することができる。
【００２１】
接合方法は、等方的に加圧して圧密体の高密度化も同時に行える点において、加圧容器に入れ込み、熱間静水圧プレスにより接合することが望ましい。
【００２２】
【実施例】
（実施例１）
Ｍｏ粉末とＷ粉末を原子量比６５：３５の混合比でＶ型混合機により混合し、ＣＩＰ装置で１２０ｍｍ×９５ｍｍ×１８ｍｍのブロックに成形した後、水素雰囲気中で焼結して、圧密体２を得た。これを図１に示すような１２００ｍｍ×９５０ｍｍの加圧容器１に敷設充填し、加圧容器を密閉、真空引き用パイプ３により真空引きした後（図２）、ＨＩＰ処理により接合・圧密化した。この時、ＨＩＰ処理後の容器の反りは５ｍｍ以下であった。また、ＨＩＰ体の中心部の密度は９９％以上、周辺部も密度９９％以上と全体に均一な密度であった。ミクロ組織も中央部と周辺部で差はなく、酸素含有量は８０ｐｐｍであった。
【００２３】
この素材からターゲットを切り出し、１０８０ｍｍ×９３０ｍｍ×８ｍｍのターゲットを作製して、そのスパッタリングテストを行ったところ、膜組成のばらつきが少なく、スパッタ時間による組成変化も少ない良好な結果が得られた。
【００２４】
比較として、同様の混合粉末を１２００ｍｍ×９５０ｍｍの容器に小型のスコップを用いて充填し、同様に、真空引き、密閉、ＨＩＰ処理した。この時、ＨＩＰ処理後の容器には１０ｍｍ程度の反りが生じており、ＨＩＰ体の角部に充填不足に起因する変形が生じていた。また、酸素含有量は６００ｐｐｍであった。
【００２５】
（実施例２）
純Ｍｏ粉末をＣＩＰ処理により１１３ｍｍ×８４ｍｍ×２０ｍｍのブロック状に成形した後、水素雰囲気中で焼結して、圧密体とした。これら圧密体を１１３０ｍｍ×１０３０ｍｍの容器内に敷設充填し、容器を密閉、真空引きした後、ＨＩＰ処理により接合・圧密化した。この時、ＨＩＰ処理後の容器の反りは４ｍｍ以下であった。また、ＨＩＰ体の中心部の密度は９９％以上、周辺部も密度９９％以上と全体に均一な密度であった。ミクロ組織も中央部と周辺部で差はなく、酸素含有量は５０ｐｐｍであった。そして、この素材から切り出すことで、１０８０ｍｍ×９３０ｍｍ×１０ｍｍのターゲットを作製できた。
【００２６】
比較として、同様の粉末を１１３０ｍｍ×１０３０ｍｍの容器に小型のスコップを用いて充填し、同様に、真空引き、密閉、ＨＩＰ処理した。この時、ＨＩＰ処理後の容器は３０ｍｍ程度の反りを生じており、また、角部に変形を生じていた。そのため、１０８０ｍｍ×９３０ｍｍ×１０ｍｍのターゲット切り出すことができず、容器を一回り大きいものに変更せざるを得なかった。なお、酸素含有量は５００ｐｐｍであった。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、粉末焼結法で問題であった、２種類以上の粉末を混合・充填する際の粒度分布、比重、形状の差による分離を防止でき、酸素含有量の低減も達成できる。さらに、個々の圧密体の密度は一定であるため、密度差に起因する収縮時の反りやコーナー部の変形等を防止できる。したがって、余分な矯正工程や加工代を低減でき、製造コストを低減できる。さらには、粉末の充填を均一に行うための充填高さの測定等も不要になり、大幅に作業性が向上する。特に、本発明は粉末充填面積が大きい大型ターゲットにおいて効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による圧密体の敷設状態を示す図である。
【図２】本発明による加圧容器の密閉状態を示す図である。
【符号の説明】
１．加圧容器、２．圧密体、３．真空引き用パイプ
【図１】
0003748221.tif 000002
【図２】
0003748221.tif 000003