JP2005344136A

JP2005344136A - 一体型焼結Ｍｏ系ターゲット材の製造方法および一体型焼結Ｍｏ系ターゲット材

Info

Publication number: JP2005344136A
Application number: JP2004161999A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Iwasaki; 克典岩崎; Tomonori Ueno; 友典上野; Kazuya Saito; 和也斉藤; Norio Uemura; 典夫植村
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2004-05-31
Filing date: 2004-05-31
Publication date: 2005-12-15

Abstract

【課題】全長が２０００ｍｍ以上の等方的組織である一体型焼結Ｍｏ系ターゲット材の製造方法および一体型焼結Ｍｏ系ターゲット材を提供する。
【解決手段】全長が２０００ｍｍ以上の焼結ターゲット材の製造方法であって、Ｍｏ原料粉末を圧縮成形した圧密体を還元雰囲気中で焼結した相対密度７５〜９０％の全長２５００ｍｍ以上の一次焼結体を作製し、次いで該一次焼結体を加圧容器に挿入して脱気封止した後に熱間静水圧プレスにより加圧焼結することで相対密度９８％以上の焼結体ターゲット材を得る一体型焼結Ｍｏ系ターゲット材の製造方法である。
【選択図】図1

Description

本発明は、大画面の平面表示装置等の電気配線、電極等に用いられるＭｏ系薄膜の形成に使用される超大型の一体型焼結Ｍｏ系ターゲット材およびその製造方法に関するものである。

現在、平面表示装置の一種である液晶ディスプレイ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ、以下ＬＣＤという）の薄膜電極および薄膜配線等には、電気抵抗の小さいＭｏ等の高融点金属膜が用いられており、その金属薄膜を形成する材料としスパッタリング用ターゲット材が広く利用されている。そして、近年のＬＣＤ用はガラス基板サイズが１５００×１８００ｍｍ以上となるような超大型化に伴い、金属薄膜を形成するためのスパッタリング用ターゲット材に対しても大型化が要求されており、特に現在は、全長が２０００ｍｍ以上の大型品の要求がある。

上記のような超大型のＬＣＤに金属薄膜を形成する場合には、マルチカソード方式といわれる長尺型のターゲット材を並べて使用するスパッタリング装置が使用されるようになってきている。

融点の高いＭｏは、溶解鋳造法による製造が困難であるため、一般に粉末焼結法が利用されている。例えば、水素雰囲気中で焼結したＭｏインゴットを圧延加工および熱処理を施してＭｏターゲット材を製造する方法が開示されているものがある（例えば、特許文献１参照）。また、Ｍｏ原料粉末を熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）によって加圧焼結してＭｏターゲット材を製造する方法を開示するものもある（例えば、特許文献２、３参照）。
特開２０００−２３４１６７号公報特開平１０−１８３３４１号公報特開２０００−０４５０６６号公報

Ｍｏターゲット材の製造方法としては、上記の特許文献１乃至３が提案されている。一般に、長尺の大型ターゲット材を製造する場合には、特許文献１や２に提案されるように、Ｍｏの焼結体を圧延等の塑性加工を施して大型化する方法が採用されているが、塑性加工を施したターゲット材は、ターゲット材の表面部と内部とで結晶組織の差が大きいため、スパッタリングの際に成膜特性が変動するという問題がある。一方、特許文献３では、塑性加工を施さない加圧焼結ままのＭｏ焼結体でターゲット材を製造することで、ターゲット材の表面部と内部の結晶粒径差を生じさせずにスパッタリングによる成膜特性の変動を抑制することが提案されている。しかしながら、現存する熱間静水圧プレス装置は、その最大長が最大で３０００ｍｍとの制約があるため、加圧容器への原料粉末の充填率を上げることが困難なＭｏ粉末を単純に加圧容器へ充填して焼結しても、全長が２０００ｍｍ以上のターゲット材を作製するのは困難である。

本発明の目的は、上記課題に鑑み、全長が２０００ｍｍ以上の等方的組織である一体型焼結Ｍｏ系ターゲット材の製造方法および一体型焼結Ｍｏ系ターゲット材を提供することである。

本発明者等は、上記課題を解決する方法を種々検討した結果、熱間静水圧プレスの装置能力を最大限活用すべく、オープンポアを有するレベルで焼結を一度止めた一次焼結体を無加圧焼結により作製し、次いで熱間静水圧プレスによりターゲット材に要求される相対密度９８％以上に加圧焼結することで全長２０００ｍｍ以上の等方的組織の一体型焼結Ｍｏ系ターゲット材を作製できることを見出し、本発明に到達した。

すなわち、本発明は、全長が２０００ｍｍ以上の焼結ターゲット材の製造方法であって、Ｍｏ原料粉末を圧縮成形した圧密体を還元雰囲気中で焼結した相対密度７５〜９０％の全長２５００ｍｍ以上の一次焼結体を作製し、次いで該一次焼結体を加圧容器に挿入して脱気封止した後に熱間静水圧プレスにより加圧焼結することで相対密度９８％以上の焼結体ターゲット材を得る一体型焼結Ｍｏ系ターゲット材の製造方法である。
好ましくは、圧縮成形は、冷間静水圧プレスにより行う一体型焼結Ｍｏ系ターゲット材の製造方法である。
また、好ましくは、Ｍｏ原料粉末を圧縮成形した圧密体を得た後、該圧密体を粉砕処理し、平均粒径５．０ｍｍ以下の二次粉末を調整し、該二次粉末を再度圧縮成形した後に、還元雰囲気中で焼結する一体型焼結Ｍｏ系ターゲット材の製造方法である。

また、本発明は、全長が２０００ｍｍ以上の焼結ターゲット材であって、平均結晶粒径が１００μｍ以下の等方的組織を有し、酸素含有量が２００ｐｐｍ以下であり、かつ相対密度が９８％以上である一体型焼結Ｍｏ系ターゲット材である。

本発明によれば、全長が２０００ｍｍ以上の等方的組織の一体型焼結Ｍｏ系ターゲット材を実現可能となり、１５００×１８００ｍｍ以上の超大型サイズのＬＣＤ基板にＭｏ系薄膜を安定して成膜することが可能となる。

本発明の第一の特徴は、熱間静水圧プレスを施す前の一次焼結体の相対密度を７５〜９０％に制御して、オープンポアを有するレベルで焼結を止めること、および全長を２５００ｍｍ以上の一次焼結体とすることで、熱間静水圧プレスによる加圧焼結を終了した焼結体において内部に空隙が残存するのを抑制するとともに、熱間静水圧プレス後の焼結体の収縮を極力低減して、既存の熱間静水圧プレス装置の能力を最大限に生かして、より大型の焼結体を作製することが可能となる点にある。
以下に、本発明を詳細に説明する。

本発明の一体型焼結Ｍｏ系ターゲット材の製造方法としては、まず、Ｍｏ原料粉末を圧縮成形して圧密体を作製する。その後、この圧密体を還元雰囲気中で相対密度を７５〜９０％に制御しながら焼結させて一次焼結体を作製する。この時、オープンポアを有する一次焼結体とするために、相対密度を７５〜９０％に制御する必要がある。一次焼結体の相対密度が７５％に満たないと、加圧焼結した後の最終の焼結体の収縮を考慮すると全長２０００ｍｍ以上のターゲット材を得るのが困難となり、９０％を超えると焼結が進行し過ぎるために、一次焼結体の中心部にクローズドポアが残存する可能性が高くなるためである。また、一次焼結体が全長２５００ｍｍに満たない大きさでは、加圧焼結した後の最終的な焼結体の収縮を考慮すると、全長が２０００ｍｍ以上の焼結ターゲット材を得ることが困難となる。

次いで、全長を２５００ｍｍ以上とした一次焼結体を軟鋼製の加圧容器に装入し、加熱脱気により加圧容器内の真空度を高めた後に封止して、熱間静水圧プレス（以下、ＨＩＰという）にて加圧焼結を行って相対密度９８％以上の焼結体を作製する。
一次焼結体は、相対密度７５〜９０％で制御することで、オープンポアを残存させているため、一次焼結体を加圧容器に装入して、加熱脱気処理を行うことで、加圧容器内の真空度を高めることが可能となる。そして、加圧容器内の真空度を高めた上で、ＨＩＰで等方的に加圧しながら焼結することにより、空隙を除去しながら、さらに相対密度を高め、相対密度９８％以上の焼結体とすることが可能となる。なお、以上の製造工程を図１のフローチャート図に示す。

また、本発明において圧密体を作製する場合には、冷間静水圧プレス（以下、ＣＩＰという）を使用することが望ましい。それは、一次焼結体の形状を整えるために等方的な成形圧力で圧縮成形できるからである。プレス成形等の一軸応力による圧密体では、全体としての総荷重が大きくなり設備的に困難であり、さらに圧密体内部での密度分布が生じる可能性があるため、一定形状の一次焼結体が得ることが難しいため、等方的に成形圧力を付加できるＣＩＰで圧縮成形することが望ましい。

また、ターゲット材としては含有する酸素を極力低減することが、スパッタリングした薄膜の特性上好ましいので、圧密体を焼結する還元雰囲気は、還元がより促進できる水素を含有した雰囲気であることが好ましい。

また、本発明ではＭｏ原料粉末を圧縮成形した圧密体を得た後、該圧密体を粉砕処理し、平均粒径５．０ｍｍ以下の二次粉末に調整し、この二次粉末を再度圧縮成形した後に、還元雰囲気中で焼結した一次焼結体とすることが望ましい。それは、圧密体の圧縮成形においてＭｏ原料粉末を直接ＣＩＰ等で処理に供してもよいが、嵩密度が低いため体積が増す。そこで圧密体を、粉砕処理した平均粒径５．０ｍｍ以下の二次粉末をラバーに充填することにより嵩密度を上げ、精度のよい大型の圧密体を得ることができる。

また、一次焼結体を作製するときの処理温度は、１０００〜１６５０℃であることが望ましい。それは、処理温度が１０００℃に満たないと焼結が進行しにくいからであり、１６５０℃を超えると、圧密体周囲からの焼結が進み過ぎて中心部にクローズドポアが残存する可能性が高くなるためである。なお、Ｍｏ原料粉末の表面に吸着する酸素のほとんどが、ＭｏＯ_３の形態で存在するため、このＭｏＯ_３は融点８００℃、沸点１２５０℃であり水素含有の還元雰囲気中で容易に除去することができるため、一次焼結体の酸素含有量を２００ｐｐｍ以下に低減することが可能となる。また、処理温度はＭｏ原料粉末の粒径と圧縮成形で付加する圧力により焼結の挙動が若干異なるため、上記の温度範囲で各条件に適した温度を選択することが望ましい。

また、本発明において、ＨＩＰによる焼結性を高めるためには、一次焼結体を装入した加圧容器内を１×１０^−３Ｐａとなるまで、加熱脱気することが望ましい。
また、ＨＩＰの条件としては、温度１２００〜１４５０℃、加圧力１００ＭＰａ以上とすることが望ましい。それは、温度が１２００℃に満たないと、最終的な焼結体の相対密度を９８％とすることが困難であるためであり、１４５０℃を超えると一般に加圧容器に使用される安価な軟鋼製の加圧容器が溶解する危険性が高まるためである。また、加圧力が１００ＭＰａに満たないと、十分な相対密度を得ることが困難なためである。

また、ＨＩＰ後の焼結体は、水素を含んだ還元雰囲気で加熱して酸素を低減した一次焼結体を加圧容器に装入した後に、加熱脱気することで、加圧容器内に残存する酸素を極力低減できるため酸素量２００ｐｐｍ以下を維持することも可能となる。

また、本発明におけるもう一方の重要な特徴は、微細で等方的組織を有する全長が２０００ｍｍ以上の一体型である新規なＭｏ系ターゲット材を実現した点にある。
この新規な一体型焼結Ｍｏ系ターゲット材においては、平均結晶粒径を１００μｍ以下、酸素含有量を２００ｐｐｍ以下、かつ相対密度を９８％以上に制御することが重要となる。

平均結晶粒径を１００μｍ以下とするのは、平均結晶粒径が１００μｍを超えると異常放電やパーティクルの発生が特に顕著になるためである。
また、酸素含有量を２００ｐｐｍ以下に制御するのは、Ｍｏ系ターゲット材に含まれる不純物成分の中でも特に酸素含有量は、ターゲット材を使用して薄膜を形成した後の薄膜のエッチング性に影響があるためである。酸素含有量が２００ｐｐｍを超えるターゲット材で成膜した薄膜では、エッチング速度が速まり、特にコントロールが困難になる。
また、相対密度は９８％以上とするのは、相対密度が９８％を下回ると異常放電が発生する危険性が高まるためである。

本発明の一体型焼結Ｍｏ系ターゲット材は、従来にない全長が２０００ｍｍ以上の大型ターゲット材であるため、安定した成膜を行うためには、結晶粒径、相対密度および不純物である酸素含有量の制御が重要となる。

なお、上記の一体型焼結Ｍｏ系ターゲット材は、平均粒径１０μｍ以下のＭｏ原料粉末を使用して、前述の製造方法により製造することが可能である。

本発明の一体型焼結Ｍｏ系ターゲット材の製造工程の一例を示すフローチャート図である。

Claims

全長が２０００ｍｍ以上の焼結ターゲット材の製造方法であって、Ｍｏ原料粉末を圧縮成形した圧密体を還元雰囲気中で焼結した相対密度７５〜９０％の全長２５００ｍｍ以上の一次焼結体を作製し、次いで該一次焼結体を加圧容器に挿入して脱気封止した後に熱間静水圧プレスにより加圧焼結することで相対密度９８％以上の焼結体ターゲット材を得ることを特徴とする一体型焼結Ｍｏ系ターゲット材の製造方法。
圧縮成形は、冷間静水圧プレスにより行うことを特徴とする請求項１に記載の一体型焼結Ｍｏ系ターゲット材の製造方法。
Ｍｏ原料粉末を圧縮成形した圧密体を得た後、該圧密体を粉砕処理し、平均粒径５．０ｍｍ以下の二次粉末に調整し、該二次粉末を再度圧縮成形した後に、還元雰囲気中で焼結することを特徴とする請求項１または２に記載の一体型焼結Ｍｏ系ターゲット材の製造方法。
全長が２０００ｍｍ以上の焼結ターゲット材であって、平均結晶粒径が１００μｍ以下の等方的組織を有し、酸素含有量が２００ｐｐｍ以下であり、かつ相対密度が９８％以上であることを特徴とする一体型焼結Ｍｏ系ターゲット材。