JP2009007626A - アルミニウム−リチウム合金ターゲットの製造方法およびアルミニウム−リチウム合金ターゲット - Google Patents

Abstract

【課題】不純物および介在物含有量の少ない、組成分布が均質なアルミニウム−リチウム合金ターゲットの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、アルミニウム単一相からなるスパッタリング用アルミニウム−リチウム合金ターゲットの製造方法であって、真空雰囲気または不活性ガス雰囲気に維持された溶解炉１０の中に設置されているルツボ１２内でアルミニウム２１を溶解する第１の工程と、プランジャ１３を駆動させて、ルツボ１２内のアルミニウム溶湯中にリチウム塊２２を強制浸漬させて攪拌する第２の工程と、ルツボ１２内のアルミニウム−リチウム合金の溶湯を鋳型２５に型注する第３の工程と、アルミニウム−リチウム合金のインゴットの組織制御を行う第４の工程とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スパッタリング装置に用いられるアルミニウム−リチウム合金ターゲットの製造方法およびその方法を用いて製造されたアルミニウム−リチウム合金ターゲットに関する。

有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）素子には、高発光効率化および高輝度化を実現でき、かつ環境安定性の高い材料が求められている。このような要求を満たす材料として、Ａｌ−Ｌｉ（アルミニウム−リチウム）系合金が知られている。下記特許文献１には、有機ＥＬ素子の電子注入電極（陰極）をＡｌ−Ｌｉ系合金のスパッタ膜で構成することが記載されている。

ところで、スパッタリング用のターゲットには、均一性が強く要求される。具体的には、合金元素が均一に分散していること、不純物が少ないこと、介在物が少ないこと、結晶組織が均一であること、抵抗値分布が良好であること、などが求められている。Ａｌ−Ｌｉ系合金のように、添加元素に酸素、窒素、水分と反応し易い材料（リチウム）が用いられる合金系では、その合金化に際して、スラグ生成の抑制、水分の抑制、溶解炉・治具に用いる耐火物との反応の抑制を図る必要がある。

従来のＡｌ−Ｌｉ合金の製造方法としては、大気溶解によるＡｌ−Ｌｉ合金の製造方法（特許文献２参照）、真空溶解によるＡｌ−Ｌｉ合金の製造方法（特許文献３参照）が知られている。また、特許文献４，５には、添加元素の添加量や溶湯の鋳造制御あるいは凝固制御を行うことによって、濃度分布の均一化を図ったアルミニウム系合金の単結晶ターゲットの製造方法が開示されている。

特開平１１−３２９７４６号公報 特公平６−４７６９７号公報 特開平６−３３０２０３号公報 特開平７−３００６６７号公報 特開平１１−１２７２７号公報

従来、Ａｌ−Ｌｉ合金の開発は主に、航空機用途に向けて行われており、雰囲気制御、耐火物の選定、溶湯の清浄方法の検討、リチウムの添加方法等の溶解鋳造技術の開発が進められてきた。したがって、薄膜作製に必要な高純度かつ介在物含有量の少ないスパッタリング用ターゲットのためのインゴットを作製するものではなかった。

薄膜作製用スパッタリングターゲットのための高い清浄度を有するインゴットを作るには、溶解材料中の不純物との化合物形成を抑制することは当然であるが、リチウムと大気中の酸素、窒素、水分との反応を抑制しなければならない。リチウムは融点が１８０℃と極端に低く、その比重は０．５３ｇ／ｃｍ³と金属中最軽量の元素である。また、リチウムは酸素や窒素と容易に反応し、水分の存在により容易に水酸化物を形成する。このため、アルミニウムとリチウムの合金化のための溶解は非常に難しい。

アルミニウムの合金化のための溶解を大気中で行う場合、アルミニウムと合金化する材料との接触効率が高まるように材料を分散させてルツボに入れた後加熱溶解する方法、あるいは、材料を分散させてアルミニウム溶湯中に投入する方法がとられている。しかしながら、比重がアルミニウムの約５分の１であり、酸素・水分に非常に活性な金属リチウムとの合金化の溶解に関しては、リチウムの酸化が生じ、合金化が阻害されて好ましくない。

一方、冷却固化時に、アルミニウム結晶相内にリチウムが固溶できずに、粒界にＡｌＬｉ（β相）として晶出あるいは析出すると、塑性加工性が著しく低減し、板状への鍛造加工、圧延加工時に割れたり、縁部にコバ割れ等が発生したりして、スパッタリングターゲットまで加工することが困難になる。また、溶融Ａｌ−Ｌｉ合金を鋳込んだインゴットから得られるターゲットにおいては、アルミニウム結晶相外にＡｌＬｉ（β相）が晶出あるいは析出した場合、比抵抗の異なる二相混合領域になることになり、スパッタ成膜時に異常放電の原因になる。したがって、ＡｌＬｉ（β相）の晶出あるいは析出が極力少ないＡｌ−Ｌｉ合金のリチウム含有量の上限値を定める必要がある。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、不純物および介在物含有量の少ない、組成分布が均質なアルミニウム−リチウム合金ターゲットの製造方法およびアルミニウム−リチウム合金ターゲットを提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明は、アルミニウム単一相からなるスパッタリング用アルミニウム−リチウム合金ターゲットの製造方法であって、真空雰囲気または不活性ガス雰囲気に維持された溶解炉の中に設置されているルツボ内でアルミニウムを溶解する第１の工程と、前記ルツボ内のアルミニウム溶湯中にリチウム塊を強制浸漬させて攪拌する第２の工程と、前記ルツボ内のアルミニウム−リチウム合金の溶湯を型注する第３の工程と、前記アルミニウム−リチウム合金のインゴットの組織制御を行う第４の工程とを有することを特徴とする。

第１の工程で、真空雰囲気または不活性ガス雰囲気に維持された溶解炉内のルツボでアルミニウムを溶解する。次に、第２の工程で、アルミニウム溶湯中にリチウム塊を強制浸漬させて攪拌する。リチウムの溶解を上記溶解炉内で行うことによって、合金化の際のリチウムの酸化等を抑え、リチウム含有化合物スラグの発生を防止する。また、リチウムをアルミニウム溶湯中に強制浸漬させ、かつ攪拌することで、アルミニウムとリチウムの比重差に起因する濃度ムラの発生を防止し、リチウムを均一に分散させる。

第２の工程では、リチウム塊が固定された黒鉛製プランジャの先端部をルツボ内に浸漬する工程と、プランジャを回転させて溶湯を攪拌する工程とを有する。リチウム塊は、アルミニウム製のケース内に収容されている。このケースは、アルミニウム溶湯内でリチウム塊とともに溶解される。プランジャは、ルツボの直上で待機しており、アルミニウムの溶解中はルツボとプランジャとの間に熱遮蔽板が設置されることで、輻射熱によるリチウムの溶解を防止する。溶湯の攪拌は、プランジャの軸周りへの回転動作によって行われる。

アルミニウム単一相からなるスパッタリング用Ａｌ−Ｌｉ合金ターゲットを得るためには、リチウムの添加量は３重量％以下であることが好ましい。ここで、アルミニウム単一相からなるＡｌ−Ｌｉ合金とは、Ａｌ元素とＬｉ元素の固溶体（solid solution）を意味する。Ａｌ−Ｌｉ系平衡状態図によれば、金属Ａｌに対する金属Ｌｉの最大固溶限は、約６００℃で４重量％である。しかし、金属Ｌｉの最大固溶限は温度低下に伴って溶解度曲線に沿って減少する。したがって、最大固溶限以上のＬｉ添加量では、凝固時にアルミニウム相中へのＡｌＬｉ（β相）の晶出、及び、過飽和固溶体からの析出を阻止できなくなる。比抵抗の異なる二相の混合組成が存在すると、塑性加工性が劣化して加工精度が低下する。また、スパッタリング用ターゲットという観点からは、異常放電が誘発されて成膜レートが不安定となり、膜厚分布も劣化する。以上のことを理由として、リチウム添加量は３重量％以下とする。

第３の工程では、溶解炉内でルツボを傾動させ、このルツボに隣接して設置された鋳型にアルミニウム−リチウム合金の溶湯を型注する。真空雰囲気または不活性ガス雰囲気に維持された溶解炉の中で、アルミニウムの溶解、リチウムの添加・溶解、型注を一貫して行うことにより、リチウム酸化物、窒化物あるいは水酸化物等の異物が極めて少ないＡｌ−Ｌｉ合金インゴットを得ることが可能となる。また、アルミニウム相中への介在物の析出を抑えるため、適度な冷却速度で凝固させるのが好適である。例えば、鋳型に銅等の熱伝導率の高い材料を用いるのは勿論、鋳型を強制冷却しながら溶湯を型注する方法が好ましい。

第４の工程では、作製されたアルミニウム−リチウム合金のインゴットの組織制御が行われる。インゴットの組織制御には、所望のターゲット形状に加工するための圧延加工や絞り加工を含む鍛造工程と、内部応力の除去や結晶組織の調整のための熱処理工程が該当する。これらの工程温度は、アルミニウム相中へのリチウム介在物の析出を防止する目的で、共晶温度よりも低い温度で行うことが好ましく、具体的には、５５０℃以下の温度条件で行われる。

以上のようにして製造されたアルミニウム−リチウム合金ターゲットは、異物および介在物含有量が少なく、組成分布が±５％以内という均質なアルミニウム単一相組織を得ることができる。したがって、スパッタ成膜時において異常放電の発生が抑えられ、成膜レートの安定化と膜厚分布の均一化を図ることが可能となる。

以上述べたように、本発明によれば、異物および介在物含有量が少なく、組成分布が均質なアルミニウム−リチウム合金ターゲットを得ることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態によるアルミニウム−リチウム（Ａｌ−Ｌｉ）合金ターゲットの製造方法に適用される溶解炉１０の構成を示す概略断面図である。この溶解炉１０は、図示しない真空ポンプに接続される排気ポート１１ｃを備えた真空槽１１と、この真空槽１１の内部（溶解室）に設置されたルツボ１２と、このルツボ１２の直上に位置するプランジャ１３を備えている。

ルツボ１２にはアルミニウムブロック２１が装入され、プランジャ１３の先端部にはリチウム塊２２が保持されている。真空槽１１の内部は、所定の真空雰囲気あるいは不活性ガスに置換された雰囲気に調整される。溶解炉１０は、後述するように、ルツボ１２内でアルミニウムブロック２１を溶解した後、そのアルミニウム溶湯内にプランジャ１３の先端部を浸漬してリチウム塊２２を溶解する。

ルツボ１２は黒鉛製の有底円筒体であり、可動容器１４の内部に収容されている。可動容器１４の内部には、コイル１５が外周部に巻装された耐火性の保持部材１６が固定されており、ルツボ１２はこの保持部材１６の内部に収容されている。保持部材１６は、例えばカーボンで形成されている。可動容器１４は、ベース部材１７に対して回動軸１８を介して回動自在に設置されている。ルツボ１２、保持部材１６およびアルミニウムブロック２１は、コイル１５への通電によって加熱される。

回動軸１８は、真空槽１１の外部に設置された図示しない回転機構に連結されており、ベース部材１７に対して可動容器１４を回動自在に構成されている。あるいは、可動容器を押動操作して当該可動容器１４を回動軸１８の周りに回動させる構成でも構わない。

ルツボ１２の開口周縁部の最小回動半径位置には、注湯口となるリップ１２Ａが形成されている。ルツボ１２の開口周縁部の他の領域には、リップ１２Ａとほぼ同一の突出高さを有する支持棒１２Ｂが複数本取り付けられている。支持棒１２Ｂは、黒鉛やステンレスなどの比較的熱衝撃に耐えられる材料で形成されている。

そして、これらリップ１２Ａと支持棒１２Ｂの先端の上に、熱遮蔽板１９が載置されている。熱遮蔽板１９は、アルミニウムブロック２１の溶解時の輻射熱でリチウム塊２２が溶解することを防止するためのものである。熱遮蔽板１９は、例えば黒鉛で形成されており、ルツボ１２の開口部を遮蔽する図示の位置と、ルツボ１２の開口部を開放する位置を選択的にとり得るように構成されている。具体的には、例えば図示しないマニピュレータを用いて遮蔽板１９の移動制御が行われる。

プランジャ１３は、圧縮黒鉛材で形成されている。プランジャ１３は、真空槽１１の外部に設置された図示しない駆動機構に連結されており、その軸方向に沿った上下運動と、軸周りに沿った回転運動が可能に構成されている。

プランジャ１３の先端部１３Ａには、リチウム塊２２を収容するアルミニウム製のケース２３が保持されている。ケース２３は、例えば箔あるいはシート状のものを適宜の形状に変形させて形成される。好適には、リチウム塊２２はケース２３の内部に真空封入される。本実施形態において、ケース２３は、アルミニウム製のワイヤ２４を用いてプランジャ１３の先端部１３Ａに保持されている。なお、ケース２３およびワイヤ２４は、アルミニウムブロック２１と同等の純度で形成されている。

真空槽１１の内部には、鋳型２５が設置されている。この鋳型２５は、可動容器１４に隣接して設置され、回動軸１８の周りへの回動動作でルツボ１２からリップ１２Ａを介して流出されるＡｌ−Ｌｉ合金溶湯を受容すると同時に冷却固化し、所定形状のＡｌ−Ｌｉ合金のインゴットを形成する。鋳型２５は、内部に冷却水の循環機構が設けられた冷却板２６と、冷却板２６の上に設置された型枠２７と、冷却板２６と型枠２７の間に設置された薄厚のカーボンシート２８を備えている。型枠２７の形状や高さは特に限定されず、円形あるいは四角形など、形成するインゴット形状に応じて適宜選択される。カーボンシート２８は、型注後におけるインゴットの離型性低下を防ぐ目的で設置される。

次に、以上のように構成される溶解炉１０を用いた本実施形態のＡｌ−Ｌｉ合金ターゲットの製造方法について説明する。図２Ａ〜Ｃは、本実施形態のＡｌ−Ｌｉ合金ターゲットの製造方法を説明する主要工程の模式図である。

（第１の工程）
まず、ルツボ１２の中にアルミニウムブロック２１を装入する。アルミニウムブロック２１の純度は高いほど好ましく、例えば９９．９９％（４ナイン）以上の純度のものが用いられる。必要量の溶湯が得られる限りにおいて、アルミニウムブロック２１の形状や本数は特に制限されない。

一方、リチウム塊２２を内部に収容したケース２３をプランジャ１３の先端部１３Ａに保持させる。リチウム塊２２の純度は高いほど好ましく、例えば９９．９％（３ナイン）以上の純度のものが用いられる。プランジャ１３の先端部１３Ａに対するケース２３の固定は、アルミニウム製のワイヤ２４が用いられるが、勿論これに限定されず、先端部１３Ａとの係合作用によってケース２３を固定するようにしてもよい。

次に、真空槽１１の内部（溶解室）を真空排気し、所定の真空度に維持する。溶解室の圧力は特に限定されないが、溶解時におけるアルミニウムおよびリチウムの酸化反応等を防止する観点からは真空度は比較的高いほど好ましく、例えば、１．３３Ｐａ（１０^-2Ｔｏｒｒ）以下の圧力に設定される。

一方、溶解室の雰囲気は真空雰囲気に限られず、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスで置換した雰囲気でも構わない。この場合、真空槽１１の内部を一旦所定圧にまで真空排気した後、真空槽１１の内部にアルゴンガスを導入する。このときの溶解室の圧力は、大気圧よりも低い圧力に設定される。

真空槽１１の調圧が完了した後、ルツボ１２の上方に熱遮蔽板１９を設置し、更にコイル１５を通電制御してルツボ１２の加熱処理を実行する。ルツボ１２の加熱温度は、アルミニウムの融点（約６６０℃）より高温に設定される。これにより、アルミニウムブロック２１はルツボ１２内で溶解される。

本実施形態においては、アルミニウムブロック２１の溶解を大気と遮断した雰囲気で行うようにしているので、溶解時におけるアルミニウムの反応を抑制して、酸化物等の不純物の少ないアルミニウム溶湯を得ることができる。

また、リチウム塊２２はアルミニウムよりも融点（１８０℃）が低いため、アルミニウムブロック２１の溶解時にその輻射熱でリチウム塊２２が溶融するおそれがある。しかし本実施形態では、アルミニウムブロック２１の溶解時にルツボ１２の上部を熱遮蔽板１９で覆っているので、ルツボ１２からの輻射熱がケース２３に到達することはなく、したがってリチウム塊２２の溶融を回避することができる。

（第２の工程）
続いて、アルミニウムとリチウムの合金化のための溶解が行われる（図２Ａ）。この工程では、まず、ルツボ１２の上部を覆う熱遮蔽板１９を除去する。そして、プランジャ１３を所定量下降させ、その先端部１３Ａをアルミニウム溶湯内に浸漬して、リチウム塊２２を溶解する。なお、このときアルミニウム製のケース２３およびワイヤ２４もともに溶解される。

続いて、プランジャ１３をその軸周りに回転させてルツボ１２内の溶湯２０を攪拌する（図２Ｂ）。攪拌作用は主として、プランジャ先端部１３Ａの形状効果によって得ることができる。本実施形態では、プランジャ先端部１３Ａをその外周部の複数個所に突起（羽根）を突出させた形状に形成することで、プランジャ１３の自転のみで大きな攪拌作用が得られるようにしている。

本実施形態においては、アルミニウム溶湯へのリチウム塊２２の添加を雰囲気調整された真空槽１１の内部で行うようにしているので、合金化の際のリチウムの酸化等を抑え、リチウム含有化合物スラグの発生を防止することができる。また、上述したような方法でリチウム塊２２をアルミニウム溶湯中に強制的に浸漬させ、かつ攪拌するようにしているので、アルミニウムとリチウムの比重差に起因する濃度ムラの発生を防止し、リチウムをアルミニウム溶湯中に均一に分散させることができる。更に、ルツボ１２が黒鉛製であるので、リチウムを含むアルミニウム溶湯面でのルツボ１２へのアタックを防ぎ、リチウム含有化合物の生成を抑えることができる。

ここで、スパッタリング用ターゲットとして用いられるＡｌ−Ｌｉ合金は、塑性加工性および使用時の成膜特性の観点から、アルミニウム単一相であることが好ましい。アルミニウム単一相からなるＡｌ−Ｌｉ合金とは、Ａｌ元素とＬｉ元素の固溶体を意味する。合金組織が多相になると添加元素の組成分布（濃度分布）が大きくなり、塑性加工性が低下する。また、ターゲット表面に抵抗分布が生じて異常放電を引き起こし、成膜レートの安定化と膜厚分布の均一化を図れなくなる。

アルミニウム単一相からなるスパッタリング用Ａｌ−Ｌｉ合金ターゲットを得るためには、リチウムの添加量は、合金全成分基準で３重量％以下であることが好ましい。本実施形態では、リチウム塊２２の添加量は、アルミニウムブロック２１、ケース２３、ワイヤ２４および当該リチウム塊２２の総重量の３％以下とされる。

図３にＡｌ−Ｌｉ系平衡状態図（出典：「BINARY ALLOY PHASE DIAGRAMS」Second Edition, T.B Massalski, ASM INTERNATIONAL ISBN:0-87170-404-8）を模式的に示す。アルミニウムに対するリチウムの最大固溶限は、５９６℃で４重量％である。しかし、リチウムの最大固溶限は温度低下に伴って溶解度曲線ＳＣに沿って減少する。したがって、最大固溶限以上のリチウム添加量では、凝固時にアルミニウム相中へのＡｌＬｉ（β相）の晶出を阻止できなくなる。本実施形態では、リチウムの添加量を３重量％以下に抑えるとともに、後述するように一定以上の冷却速度で溶湯の型注を行うことによって、アルミニウム単一相からなるＡｌ−Ｌｉ合金ターゲットを作製するようにしている。

（第３の工程）
次に、ルツボ１２内のＡｌ−Ｌｉ合金の溶湯２０を鋳型２５へ型注する工程が行われる（図２Ｃ）。この工程では、回動軸１８の周りに可動容器１４を図１において反時計方向に回動させることでルツボ１２を傾動させ、鋳型２５に溶湯２０を注型する。鋳型２５を構成する冷却板２６の内部には、冷却水を循環させる。したがって、ルツボ１２から流出したＡｌ−Ｌｉ合金溶湯２０は、鋳型２５において一定の冷却速度で固化される。これにより、リチウムの過飽和に起因するアルミニウム相中へのＡｌＬｉ（β相）の析出を防止して、固化後においてもアルミニウム単一相を維持することが可能となる。

本実施形態においては、真空雰囲気に維持された溶解炉の中で、アルミニウムの溶解、リチウムの添加・溶解、型注を一貫して行うようにしているので、リチウム酸化物、窒化物あるいは水酸化物等の異物が極めて少ないＡｌ−Ｌｉ合金インゴットを得ることが可能となる。

（第４の工程）
続いて、得られたＡｌ−Ｌｉ合金インゴットの組織制御が行われる。インゴットの組織制御には、所望のターゲット形状に加工するための圧延加工や絞り加工等を含む鍛造工程と、内部応力の除去や結晶組織の調整のための熱処理工程が該当する。

ここでの工程温度は、５５０℃以下とされる。リチウム含有量が最大固溶限以下で、合金組織が単一相の場合でも、工程温度によっては、その後の塑性加工・熱処理によりβ相の析出が生じる場合があるからである。例えば、共晶点以下の工程温度であっても、加熱炉の均一性や加工部の過熱を原因として局所的に共晶線を越える場合がある。β相が析出すると、ターゲットとして使用したときに電圧の上昇、アーキングの発生などの異常放電の原因となり、成膜レートのバラツキを招く。そこで、本実施形態では、工程時の数十度の温度変化を考慮して、工程温度の上限を５５０℃以下に設定し、ターゲットの合金組織の多相化を回避するようにしている。

以上のようにして、本発明に係るＡｌ−Ｌｉ合金ターゲットが製造される。本実施形態のＡｌ−Ｌｉ合金ターゲットによれば、異物および介在物含有量が少なく、組成分布が均質な（例えば±５％以内の）アルミニウム単一相組織を得ることができる。したがって、スパッタ成膜時において異常放電の発生が抑えられ、成膜レートの安定化と膜厚分布の均一化を図ることが可能となる。

（実施例１）
図１を参照して説明した溶解炉１０を用いてＡｌ−Ｌｉ合金インゴットを作製した。アルミニウムブロック２１には、約３０ｍｍ角のロッド状高純度アルミニウム（純度９９．９９％）を用いた。リチウム塊２２を収容するケース２３として、上記高純度アルミニウムを圧延加工し、厚み０．２ｍｍの箔にしたものを用意した。リチウム塊２２には、直径１０ｍｍφのロッド状リチウム（本城金属社製、純度９９．９％）を用いた。

ルツボ１２には、圧縮黒鉛製ルツボを用いた。ルツボ１２の形状は有底円筒形で、図４に示すように、内径１７５ｍｍφ、深さ３００ｍｍのものを用いた。このルツボに高純度アルミニウム７，７５０ｇをセットし、溶解炉内の圧力を１．３３×１０^-2Ｐａに減圧した後、誘導加熱（４０ｋＷ）によりルツボを７５０℃に加熱して高純度アルミニウムを溶解した。

ここで、溶融アルミニウムの温度のモニタリングは、図４に示したように、ルツボ１２中に設置した高純度黒鉛製の熱電対保護管３０に装入したＣＡシース熱電対を用いた。保護管３０の外形は、縦１５ｍｍ、横１５ｍｍ、高さは３１０ｍｍであり、内径は４ｍｍφで深さは３００ｍｍのものを用いた。

３重量％のリチウムを厚み０．２ｍｍの高純度アルミニウム箔で２重に包み、ルツボ上部に位置するプランジャ１３の先端部１３Ａに、高純度アルミニウムワイヤ（９９．９９％）で縛り固定した。ルツボの開口部には、黒鉛製の熱遮蔽板１９を設置し、リチウム添加直前にルツボ開口部を開放するようにした。

アルミニウム溶湯の温度が７５０℃においても、炉内圧力を１．３３×１０^-2Ｐａに維持した。次に、この温度にて熱遮蔽板を除去してルツボ開口部を開放した後、プランジャをすばやく移動させてその先端部に保持したリチウム塊をアルミニウム溶湯に強制的に浸漬し、１分間攪拌した。その後、ルツボの誘導加熱を停止し、約７００℃にて、ルツボから鋳型（内径２６０ｍｍφ、高さ６０ｍｍ）へ型注し、円板状のアルミニウム−リチウム合金溶湯を得た。

図５に示すように、得られたインゴットのトップ部とボトム部の中心より２０ｍｍ内側の部位（ａ点、ｂ点）、及び当該インゴットの側面の高さ方向中央部より５ｍｍ内側の部位（ｃ点）からサンプルをそれぞれ採取し、ＩＣＰ−ＡＥＳ（高周波プラズマ発光分光分析）法によりリチウムの組成分析を行った。分析結果は、ａ点で３．０８重量％、ｂ点で２．９０重量％、ｃ点で３．０２重量％であり、３．０重量％±５％以内であった。

サンプリング後のインゴットは、プレス鍛造と圧延加工を行い、厚さ１５ｍｍまで割れることなく加工でき、厚み１２ｍｍ、径２００ｍｍφのスパッタリングターゲットを得た。プレス鍛造の工程温度は５５０℃とし、熱処理後に圧延し、最終熱処理を４５０℃で行った。それを銅製の冷却板（バッキングプレート）にインジウム系のろう材により接合し、これをスパッタ装置にセットして、減圧アルゴンガス雰囲気０．９Ｐａ、１ｋＷのＤＣスパッタ条件にて１時間、スパッタ処理を行った。スパッタ時、異常放電現象は現れず安定していた。

その後、ターゲットを装置から取り外し、当該ターゲットの表面観察、十字に切断した断面観察および組成分析を行った。表面観察および断面観察は倍率５０倍のＣＣＤ拡大鏡を使用した。スパッタテスト後のターゲット表面は、全面にわたり窪み、出っ張り、膨れなど観察されず滑らかであった。十字に切断した断面全域もボイド等は観察されなかった。十字断面の厚み中央部において、以下のようにターゲット外周部、中間部、中心部相当部分からサンプルを採取し、ＩＣＰ−ＡＥＳ法によりリチウムの組成分析を行った。
測定の結果、
外周部４箇所：３．０８重量％、２．９８重量％、２．８８重量％、２．８６重量％
中間部４箇所：３．０２重量％、２．９６重量％、３．００重量％、２．８６重量％
中心部１箇所：２．８８重量％
であり、計９箇所について、３．０重量％±５％以内であった。

また、組織観察のために、十字断面の組成分析用試料の採取位置近傍から外周部２箇所、中間部２箇所、中心部１箇所からサンプリングした。Ａｌ−Ｌｉ合金の組織観察結果からは、アルミニウム中にリチウムが固溶した状態のアルミニウム単一相であることが確認された。

（実施例２）
Ａｌ−Ｌｉ合金化の溶解をアルゴンガス雰囲気で行った以外は、実施例１と同様の方法でＡｌ−Ｌｉ合金ターゲットを作製した。

溶解炉内の圧力を１．３３×１０^-2Ｐａにしてルツボ内のアルミニウムを溶融した。アルミニウム溶湯の温度が７５０℃において、炉内圧力を一度２．６６Ｐａに減圧した後、炉内に高純度アルミニウムアルゴンガス（純度９９．９９９％、露点温度−７０℃以下）を導入し、アルゴンガス雰囲気での圧力６．６６×１０⁴Ｐａの減圧状態にした。次に、この温度にてルツボの蓋（熱遮蔽板）を開け、プランジャを下降させてリチウム塊をアルミニウム溶湯内に強制的に浸漬し、１分間攪拌した。ルツボの誘導加熱停止後、内径２６０ｍｍφ、高さ６０ｍｍの鋳型に鋳込んで冷却固化し、Ａｌ−Ｌｉ合金インゴットを得た。以後の工程は実施例１と同様とし、厚み１２ｍｍ、径２００ｍｍφのスパッタリングターゲットを得た。

得られたスパッタリングターゲットについて、実施例１と同様なスパッタテストと組成分析を行った。異常放電もなくスパッタができ、組成分析結果もｍ３．０重量％±５％以内であった。また、十字断面の組成分析用試料の採取位置近傍の外周部２箇所、中間部２箇所、中心部１箇所からサンプリングして組織観察を行った結果、実施例１と同様に、アルミニウム中にリチウムが固溶した状態のアルミニウム単一相であることが確認された。

（実施例３）
鋳型の形状を幅２２０ｍｍ、長さ５００ｍｍ、深さ２５ｍｍとした以外は上述の実施例２と同様な方法でＡｌ−Ｌｉ合金インゴットを作製した。その後、表面を切削し、プレス鍛造、圧延加工を行い、厚み１０ｍｍ、長さ１０００ｍｍのインゴットを、割れを生じさせることなく作製することができた。また、厚み８ｍｍ、径２００ｍｍφのスパッタリングターゲットに形状加工し、実施例１と同様のスパッタテストと組成分析を行った。異常放電もなくスパッタができ、組成分析結果も３．０重量％±５％以内であった。また、十字断面の組成分析用試料の採取位置近傍の外周部２箇所、中間部２箇所、中心部１箇所からサンプリングして組織観察を行った結果、実施例１と同様に、アルミニウム中にリチウムが固溶した状態のアルミニウム単一相であることが確認された。

（比較例１）
１０００℃加熱用大気加熱炉（電気炉）を用い、マグネシア製ルツボ（内径１７５ｍｍφ、深さ３００ｍｍ）に高純度アルミニウム７，０００グラムをセットし、大気中にて過熱により溶解した。表面に発生したアルミニウムの酸化物をアルミナの板で除去し、実施例１と同様にアルミニウム箔で包んだ所定量のリチウムをアルミニウム溶湯内にすばやく投入した。投入物は一部、溶湯表面にて酸化物として浮遊した。溶湯表面に浮遊した酸化物（スラグ）は、アルミナの板で除去した。

ルツボ内のＡｌ−Ｌｉ合金溶湯を、内径２６０ｍｍφ、高さ６０ｍｍの鋳型に鋳込んで冷却し、Ａｌ−Ｌｉ合金インゴットを得た。このインゴットの高さ方向のトップ部とボトム部の中心より２０ｍｍ内側の部位（図５のａ点、ｂ点）、及び当該インゴットの側面の高さ方向中央部より５ｍｍ内側の部位（図５のｃ点）からサンプルをそれぞれ採取し、ＩＣＰ−ＡＥＳ（高周波プラズマ発光分光分析）法によりリチウムの組成分析を行った。分析結果は、ａ点で２．８２重量％、ｂ点で２．５６重量％、ｃ点で２．９８重量％であり、最大３．０重量％−１５％であった。

サンプリング後のインゴットは、プレス鍛造と圧延加工を行い、厚さ１５ｍｍまで加工した。厚み１２ｍｍ、径２００ｍｍφのスパッタリングターゲットにしたが、表面観察をしたところ、異物、ボイドが観察された。このスパッタターゲットを十字に切断し、断面観察を行ったところ、断面部においても異物、ボイドが観察され、成膜用のスパッタリングターゲットとして使用できなかった。

（比較例２）
真空誘導加熱炉により、Ａｌ−Ｌｉ合金化の溶解をアルゴンガス雰囲気で行った。４重量％のリチウムを厚み０．２ｍｍの高純度アルミニウム箔で２重に包み、プランジャ（図１参照）の先端に振動によってすぐ外れるように簡便にアルミニウムワイヤで軽く固定し、ルツボ上部に吊るした。リチウム合金化までの条件は実施例２と同様に行ったが、リチウム添加は、ルツボの蓋を開け、プランジャを軽く振動させて、アルミニウム箔で包んだリチウム塊をアルミニウム溶湯面に落とした。

ゆっくり回転するアルミニウム溶湯面には、酸化物らしき浮遊物が見られた。誘導加熱停止後、内径２６０ｍｍφ、高さ６０ｍｍの鋳型に鋳込んで冷却し、Ａｌ−Ｌｉ合金インゴットを得た。このインゴットの高さ方向のトップ部とボトム部の中心より２０ｍｍ内側の部位（図５のａ点、ｂ点）、及び当該インゴットの側面の高さ方向中央部より５ｍｍ内側の部位（図５のｃ点）からサンプルをそれぞれ採取し、ＩＣＰ−ＡＥＳ（高周波プラズマ発光分光分析）法によりリチウムの組成分析を行った。分析結果は、ａ点で３．０２重量％、ｂ点で２．８８重量％、ｃ点で２．９０重量％であり、３．０重量％±５％以内であった。

以後の工程は、実施例１と同様とし、厚み１２ｍｍ、径２００ｍｍφのスパッタリングターゲットを得た。そして、実施例１と同様なスパッタテストと組成分析を行った。１時間のスパッタテストでは５回の異常放電が生じた。スパッタテスト後のターゲット表面観察、十字に切断した断面観察、組成分析を行った。表面には、異常放電時に生じたと思われる出っ張りが確認され、更に１ｍｍほどの穴あるいはくぼみが全面で１３箇所認められた。また、断面観察では酸化物の一部を巻き込んで固化したものと思われるボイド等も数多く見られた。更に、組成分析用試料の採取位置近傍の外周部２箇所、中間部２箇所、中心部１箇所からサンプリングして組織観察した結果、アルミニウム中にリチウムが固溶した状態のアルミニウム相とＡｌＬｉ相（β相）からなる２相であることが確認された。

以上、本発明の実施形態および実施例について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば、以上の実施形態および実施例においては、真空雰囲気下にてルツボ内におけるアルミニウムの溶解を行うようにしたが、これに限らず、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下にてアルミニウムの溶解を行うようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、鋳型２５を冷却板２６と型枠２７を組み合わせて構成したが、冷却板２６と型枠２７を一体的に形成した鋳型を用いても構わない。

本発明の実施形態において用いられる溶解炉の概略構成を示す側断面図である。 本発明の実施形態において説明するリチウム合金化工程と注型工程を模式的に示す要部断面図である。 Ａｌ−Ｌｉ系平衡状態図である。 本発明の実施例において用いられる黒鉛製ルツボの構成を示す平面図および側断面図である。 本発明の実施例におけるＡｌ−Ｌｉ合金インゴットの組成分析用サンプル採取位置を示す図である。

符号の説明

１０ 溶解炉
１１ 真空槽
１２ ルツボ
１３ プランジャ
１４ 可動容器
１８ 回動軸
１９ 熱遮蔽板
２０ Ａｌ−Ｌｉ合金溶湯
２１ アルミニウムブロック
２２ リチウム塊
２５ 鋳型

Claims (8)

1. アルミニウム単一相からなるスパッタリング用アルミニウム−リチウム合金ターゲットの製造方法であって、
   真空雰囲気または不活性ガス雰囲気に維持された溶解炉の中に設置されているルツボ内でアルミニウムを溶解する第１の工程と、
   前記ルツボ内のアルミニウム溶湯中にリチウム塊を強制浸漬させて攪拌する第２の工程と、
   前記ルツボ内のアルミニウム−リチウム合金の溶湯を型注する第３の工程と、
   前記アルミニウム−リチウム合金のインゴットの組織制御を行う第４の工程と、を有する
   ことを特徴とするアルミニウム−リチウム合金ターゲットの製造方法。
2. 前記第２の工程では、
   リチウム塊が固定された黒鉛製プランジャの先端部を前記ルツボ内に浸漬する工程と、
   前記プランジャを回転させて溶湯を攪拌する工程と、を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム−リチウム合金ターゲットの製造方法。
3. 前記リチウム塊は、アルミニウム製のケース内に収容されており、前記ケースは前記リチウム塊とともに溶解される
   ことを特徴とする請求項２に記載のアルミニウム−リチウム合金ターゲットの製造方法。
4. 前記第２の工程では、前記プランジャは前記ルツボの直上に位置しており、
   アルミニウムの溶解中は前記ルツボと前記プランジャとの間に熱遮蔽板が設置されている
   ことを特徴とする請求項３に記載のアルミニウム−リチウム合金ターゲットの製造方法。
5. 前記リチウム塊の添加量は３重量％以下である
   ことを特徴とする請求項４に記載のアルミニウム−リチウム合金ターゲットの製造方法。
6. 前記第３の工程では、前記ルツボを傾動させ、前記ルツボに隣接して設置された鋳型に前記アルミニウム−リチウム合金の溶湯を型注する
   ことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム−リチウム合金ターゲットの製造方法。
7. 前記第４の工程は鍛造工程と熱処理工程を含み、その工程温度は５５０℃以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム−リチウム合金ターゲットの製造方法。
8. 請求項１に記載のアルミニウム−リチウム合金ターゲットの製造方法によって製造されたアルミニウム−リチウム合金ターゲットであって、
   リチウム含有量が３重量％以下であり、組成分布が±５％以内である
   ことを特徴とするアルミニウム−リチウム合金ターゲット。

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