JP2015074789A - 酸化ニオブ系スパッタリングターゲット及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高電力を印加したスパッタリング時の耐割れ性を向上した酸化ニオブ系スパッタリングターゲット及びその製造方法を提供する。【解決手段】酸化ニオブ系スパッタリングターゲットは、全金属元素に対して、Ｚｎ：２．６〜１９．８ａｔ％を含有し、残部がＮｂからなる酸化ニオブ系焼結体によるスパッタリングターゲットであり、該スパッタリングターゲットの抗折強度が１６０Ｎ／ｍｍ２以上であり、かつ、熱伝導率が２．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。【選択図】なし

Description

本発明は、高屈折率膜を高電力によるスパッタリングで成膜できる耐スパッタ割れ性に優れた酸化ニオブ系スパッタリングターゲット及びその製造方法に関するものである。

太陽光を直接電気エネルギーに変換する薄膜太陽電池における光電変換材料として、シリコンを用いず、有機色素で増感された酸化物半導体を用いることが知られている。光電変換材料用酸化物半導体には、分光増感色素を吸着させた金属酸化物半導体が用いられており、この金属酸化物として、例えば、酸化ニオブを用いることが知られている（例えば、特許文献１乃至３を参照）。

一方、酸化ニオブ膜の光学的な応用としては、薄膜太陽電池以外にも、単層の熱線反射ガラスや反射防止膜から始まり、さらに特定の波長の光が選択的に反射あるいは透過するような分光特性が優れるように設計した多層膜系の反射防止コート、反射増加コート、干渉フィルター、偏光膜など多分野にわたっている。また、多層膜の一部に透明導電膜や金属、導電性セラミックス等の導電性や熱線反射などの各種機能をもった膜をはさむことにより、帯電防止や熱線反射、電磁波カットなどの機能をもたせた多層膜にすることも検討されている。

特開２０００−１１３９１３号公報 特開２００３−１２３８５３号公報 特開２０１０−２７１７２０号公報

上述の酸化ニオブ膜の形成にあっては、薄膜太陽電池、フラットディスプレイ等の製造では、大面積基板が必要な場合が多く、スパッタリングによる成膜法が用いられている。さらに、スパッタリング成膜法の中でも、大面積の成膜には、特に、直流放電を利用したＤＣスパッタリング法が最適である。ところが、高屈折率の酸化ニオブ膜をＤＣスパッタリング法で成膜する場合には、導電性を有する金属ニオブスパッタリングターゲットを、酸素を含む雰囲気でスパッタする反応性スパッタリングを用いている。しかし、この方法で得られる薄膜の成膜速度は極めて遅く、このため生産性が悪く、コストが高くつくという、製造上の大きな問題がある。

また、酸化ニオブ焼結体から成るスパッタリングターゲットは、ホットプレスによって作製される場合には、該ホットプレスは、加圧方向が一軸方向のみであり、不活性ガス雰囲気中で行われるため、大面積の成形体を得ようとすると、充填する不活性ガス量が増加し製造コストが高くなるという欠点を有し、さらには、酸化ニオブ焼結体の相対密度が９０％程度と低いことから、スパッタリングターゲットとして用いた際、安定した放電が得られにくく、亀裂や破損が生じやすく長期間の使用に供することができず、生産性が低下するという問題があった。

そこで、本発明は、酸化ニオブ系スパッタリングターゲットを酸化ニオブ粉末に酸化亜鉛粉末を添加した混合粉末を焼結することにより、抗折強度及び熱伝導率を高くして、スパッタリング時の耐割れ性を向上し、常に安定したＤＣスパッタリングが可能である酸化ニオブを主成分とする酸化ニオブ系スパッタリングターゲット及びその製造方法を提供することを目的とする。

上述の問題を解決するには、酸化ニオブスパッタリングターゲットの耐割れ性を向上するために、スパッタリングターゲットの抗折強度及び熱伝導率を高くすることが重要であるという知見が得られたので、酸化ニオブスパッタリングターゲットの製造において、酸化ニオブ粉末（Ｎｂ_２Ｏ_５粉末）に酸化亜鉛粉末（ＺｎＯ粉末）を添加すると、酸化ニオブスパッタリングターゲットの抗折強度及び熱伝導率を高めることができ、高電力を印加したスパッタリング時の耐割れ性を改善できることが判明した。

さらに、酸化ニオブ粉末（Ｎｂ_２Ｏ_５粉末）に還元処理を施すことにより、酸素欠損状態の酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５―ｘ）を生成でき、粉末の比抵抗を低下できるという知見が得られているので、酸化ニオブ系スパッタリングターゲットの製造において、この還元処理が施された酸素欠損状態の酸化ニオブ粉末（Ｎｂ_２Ｏ_５―ｘ粉末）と、酸化亜鉛粉末（ＺｎＯ粉末）とを原料粉として、この混合体を焼結して酸化ニオブ系焼結体を得るようにすれば、酸化ニオブスパッタリングターゲットの抗折強度及び熱伝導率を高めつつ、ターゲット比抵抗について、厚さ方向でばらつきを少なくし、しかも、比抵抗の一層の低下を図れ、高電力の直流（ＤＣ）スパッタリングにおいても、耐割れ性を発揮でき、安定したスパッタリングを行えることが判明した。

したがって、本発明は、上記知見から得られたものであり、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。
（１）本発明の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットは、全金属元素に対して、Ｚｎ：２．６〜１９．８ａｔ％を含有し、残部がＮｂからなる酸化ニオブ系焼結体によるスパッタリングターゲットであって、前記スパッタリングターゲットの抗折強度が１６０Ｎ／ｍｍ^２以上であり、かつ、熱伝導率が２．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする。
（２）前記（１）の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットは、ターゲット厚み方向の全域で、比抵抗が、０．００２〜０．０５Ω・ｃｍであることを特徴とする。
（３）前記（１）又は（２）の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットは、ターゲット厚み方向での比抵抗のばらつきが平均値の１５％以下であることを特徴とする。
（４）本発明の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットの製造方法は、前記（１）の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットを製造する方法であって、酸化ニオブ粉末：６７〜９５ｍｏｌ％と、酸化亜鉛粉末：３３〜５ｍｏｌ％とを混合して、混合体を得る混合工程と、前記混合体を、非酸化雰囲気にて焼結して、焼結体を得る焼結工程と、を有することを特徴とする。
（５）前記（４）の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットの製造方法は、前記（２）又は（３）の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットを製造する方法であって、前記混合工程の前に、酸化ニオブ粉末を還元処理して、酸素欠損酸化ニオブ粉末を生成する還元工程を有し、前記酸素欠損酸化ニオブ粉末と酸化亜鉛粉末とを混合して、混合体を得ることを特徴とする。
（６）前記（５）の製造方法における前記還元工程では、酸化ニオブ粉末を、還元雰囲気で、５００℃以上で熱処理して、化学式：Ｎｂ_２Ｏ_５−ｘ（ただし、ｘ＝０．００５〜０．１）を満たす酸素欠損状態の酸化ニオブ粉末を生成することを特徴とする。

本発明による酸化ニオブ系スパッタリングターゲットは、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）を主成分とし、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を成分組成に含む酸化ニオブ系焼結体から構成される。この酸化ニオブ系焼結体は、ＺｎＯが含有されていることにより、抗折強度及び熱伝導率が改善され、スパッタリング時のスパッタリング時の耐割れ性の向上を図ることができ、高電力のスパッタリングが可能になる。ここで、Ｚｎの含有量が、２．６ａｔ％未満だと、抗折強度及び熱伝導率の向上効果が不十分で、耐スパッタ割れ性が悪くなり、また、Ｚｎの含有量が、１９．８ａｔ％以上であると、ＮｂとＺｎとの複合酸化物が多くなりすぎて、異常放電回数が多くなり、スパッタリング時のターゲット割れが発生し、安定したスパッタリングできなくなる。また、抗折強度が、１６０Ｎ／ｍｍ^２以下未満であると、耐割れ性が低下し、熱伝導率が、２．５Ｗ／ｍ・Ｋ未満であると、ターゲット冷却効果が低下するため、ターゲット割れが発生しやすくなり、高電力によるスパッタリングに耐えられないものとなる。

さらに、本発明による酸化ニオブ系スパッタリングターゲットは、厚さ方向でばらつきの少ない比抵抗となるように、ターゲット厚み方向での比抵抗が、０．００２〜０．０５Ω・ｃｍ、さらには、ターゲット厚み方向での比抵抗のばらつきが平均値の１５％以下とした。スパッタリングターゲットにおける比抵抗のばらつきを少なくすることにより、スパッタリング時の耐割れ性を向上しつつ、高電力の高周波（ＲＦ）スパッタリング又は直流（ＤＣ）スパッタリングを可能にするとともに、スパッタリングの安定化を図ることができる。

前記（４）の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットを製造する方法にあっては、酸化ニオブ系スパッタリングターゲットにおける抗折強度を１６０Ｎ／ｍｍ^２以上、かつ、熱伝導率を２．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上を実現するため、酸化ニオブ粉末：６７〜９５ｍｏｌ％と、酸化亜鉛粉末３３〜５ｍｏｌ％とを混合して、混合体を得る混合工程と、前記混合体を、非酸化雰囲気にて焼結して、焼結体を得る焼結工程と、を有することとし、高電力のスパッタリング時の耐割れ性の向上を図る。

その製造方法では、全金属元素に対して、Ｚｎ：２．６〜１９．８ａｔ％を含有し、残部がＮｂからなる成分組成となるように、酸化ニオブ粉末（Ｎｂ_２Ｏ_５粉末）：６７〜９５ｍｏｌ％と、酸化亜鉛粉末（ＺｎＯ粉末）：３３〜５ｍｏｌ％とを配合した。次いで、これらの粉末を原料粉として混合し、混合体を得る。この混合体を、温度８００〜１３００℃で、２〜３時間、圧力２０〜６０ＭＰａの条件で、非酸化雰囲気にて焼結して、酸化ニオブ系焼結体を作製する。この条件を満たす場合には、より確実に抗折強度及び熱伝導率が向上し、耐割れ性が向上する。

さらに、前記（５）の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットの製造方法においては、混合工程の前に、酸化ニオブ粉末（Ｎｂ_２Ｏ_５粉末）を還元処理して、酸素欠損酸化ニオブ粉末（Ｎｂ_２Ｏ_５―ｘ粉末）を生成する還元工程を有しており、前記混合工程において、前記酸素欠損酸化ニオブ粉末（Ｎｂ_２Ｏ_５―ｘ粉末）と酸化亜鉛粉末（ＺｎＯ粉末）とを混合して、混合体を得ることした。なお、混合工程と焼結工程は、前記（４）の製造方法の場合と同様である。

この酸化ニオブ系スパッタリングターゲットの製造方法によれば、スパッタリングターゲットにおける抗折強度及び熱伝導率の向上を図り、高電力のスパッタリングでの耐割れ性を向上するとともに、ターゲット比抵抗について、厚さ方向でばらつきを少なくし、特に、比抵抗の一層の低下を図って、高電力の直流（ＤＣ）スパッタリングにおいても、耐割れ性を発揮でき、安定したスパッタリングを行える酸化ニオブ系スパッタリングターゲットを得ることができる。

前記（４）の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットの製造方法においては、市販されている通常の酸化ニオブ粉末（Ｎｂ_２Ｏ_５粉末）と、酸化亜鉛粉末（ＺｎＯ粉末）とを原料粉末として、高電力のスパッタリングにおいても優れた耐割れ性を示す酸化ニオブ系スパッタリングターゲットを製造したが、前記（５）の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットの製造方法では、ターゲット抗折強度及び熱伝導率に関する要件を満たしつつ、ターゲット比抵抗を一層低下させるために、原料粉末である酸化ニオブ粉末（Ｎｂ_２Ｏ_５粉末）を、酸化亜鉛粉末（ＺｎＯ粉末）との混合前に、還元処理を行う還元工程を実施する。この還元工程において、酸化ニオブ粉末に還元処理が施されると、酸素欠損状態の酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５―ｘ）が生成される。

この酸化ニオブ系スパッタリングターゲットは、酸素欠損状態の酸化ニオブ粉末（Ｎｂ_２Ｏ_５―ｘ粉末）と酸化亜鉛粉末（ＺｎＯ粉末）との混合体を焼結した酸化ニオブ系焼結体から構成される。通常の酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）は、導電性を示さないが、この酸化ニオブ粉末に還元処理を施すと、酸素欠損状態の酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５―ｘ）粉末が生成されて、これが導電性を示すようになる。この酸素欠損量ｘを調整することにより、酸化ニオブ粉末の比抵抗が変化する。そこで、この酸素欠損状態の酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５―ｘ）粉末と酸化亜鉛（ＺｎＯ）粉末とを原料粉として焼結すると、得られた酸化ニオブ系焼結体は、該焼結体の厚さ方向の全域で、低い比抵抗を示すことになる。この焼結体による酸化ニオブ系スパッタリングターゲットを用いて酸化ニオブ膜を成膜するとき、高電力の直流（ＤＣ）スパッタリングを可能にするには、その比抵抗が、０．００２〜０．０５Ω・ｃｍであることが好ましい。さらには、常に安定したＤＣスパッタリングを可能にするには、ターゲット厚み方向での比抵抗のばらつきが平均値の１５％以下とすることが好ましい。

この還元処理工程では、例えば、市販の酸化ニオブ粉末（Ｎｂ_２Ｏ_５粉末）をカーボン製のるつぼに入れ、所定の還元条件、即ち、真空中又は不活性ガス中にて、温度５００〜１１００℃で、３〜５時間加熱して還元処理を行うと、酸素欠損状態の酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５―ｘ）粉末を作製できる。この還元処理において、化学式：Ｎｂ_２Ｏ_５−ｘ（ただし、ｘ＝０．００５〜０．１）までの還元処理を行うためには、酸化ニオブ粉末（Ｎｂ_２Ｏ_５粉末）の粒径は２〜２５μｍが好ましい。得られた還元粉末については、必要に応じて、酸素欠損酸化ニオブ粉末の酸素含有量ばらつきを低減させるため、乾式ボールミル装置にて、１〜３時間、８０〜１２０ｒｐｍの回転数で混合した。この後、得られたＮｂ_２Ｏ_５−ｘ粉末を、平均粒径が２〜２５μｍとなるように、３２〜６００μｍの目開きの篩にかけて分級する。

また、次の焼結工程では、還元工程で得られたＮｂ_２Ｏ_５−ｘ粉末と、ＺｎＯ粉末とを原料粉とし混合体を、モールドに充填し、所定の焼結条件、即ち、非酸化性雰囲気で、例えば、真空槽内を１０^−２Ｔｏｒｒ（１．３Ｐａ）の到達真空圧力まで排気した後、保持温度８００〜１３００℃で２〜３時間、圧力２０〜６０ＭＰａで焼結する。酸素欠損状態の酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５−ｘ）と酸化亜鉛との混合体による焼結体を作製した。そして、その焼結体を所定形状に機械加工して、酸化ニオブスパッタリングターゲットを作製した。
なお、焼結には、ホットプレス（ＨＰ）、熱間静水圧プレス法（ＨＩＰ法）、或いは、還元雰囲気での常圧焼結のいずれも用いることができる。

以上の様に、本発明による酸化ニオブ系スパッタリングターゲットは、全金属元素に対して、Ｚｎ：２．６〜１９．８ａｔ％を含有し、残部がＮｂからなり、抗折強度が１６０Ｎ／ｍｍ^２以上であり、かつ、熱伝導率が２．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上である酸化ニオブ系焼結体で構成されるので、高電力によるスパッタリングにおいても、十分な耐割れ性を発揮することができる。

また、本発明の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットの製造方法では、酸化ニオブ粉末を還元処理して、酸素欠損酸化ニオブ粉末を生成する還元工程と、前記酸素欠損酸化ニオブ粉末と酸化亜鉛粉末とを混合して、混合体を得る混合工程と、前記混合体を非酸化雰囲気にて焼結して、焼結体を得る焼結工程と、を有し、この酸化ニオブ系焼結体で構成された酸化ニオブ系スパッタリングターゲットでは、酸化ニオブ系焼結体の厚さ方向で、酸素欠損酸化ニオブ相が分散して、比抵抗の一層の低下が図れ、さらには、比抵抗のばらつきを小さくすることができるとともに、抗折強度及び熱伝導率を向上することができるため、高電力による直流（ＤＣ）スパッタリングにおいても、十分な耐割れ性を発揮することができる。

従って、本発明の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットによれば、抗折強度及び熱伝導性が向上されて、スパッタリング時の耐割れ性に優れたものとなり、高電力のスパッタリングが可能となるので、生産性向上に寄与する。

スパッタリングターゲットの比抵抗測定を説明する図である。 本発明に係る酸化ニオブ系スパッタリングターゲットの一具体例について、スパッタリングターゲットの組織をＥＰＭＡにより測定した各元素の元素分布像である。

次に、この発明の酸化ニオブ系スパッタリングターゲット及びその製造方法について、以下に、実施例により具体的に説明する。

〔第１実施例〕
第１実施例では、市販の酸化ニオブ粉末（Ｎｂ_２Ｏ_５粉末）と酸化亜鉛粉末（ＺｎＯ粉末）とを原料粉としており、純度９９．９％、Ｄ５０＝１０μｍの酸化ニオブ粉末（Ｎｂ_２Ｏ_５粉末）と、純度９９．９９％、Ｄ５０＝１μｍの酸化亜鉛粉末（ＺｎＯ粉末）とを原料粉末とし、表１に示される組成割合となるように秤量し、これらの秤量された原料粉を、φ５ｍｍのジルコニアボールとともに、ポリ容器に充填して混合し、得られた混合粉末を、１２００℃、３時間、２９．４ＭＰａ（３００ｋｇｆ／ｃｍ^２）の真空ホットプレスで焼結し、上記の酸化ニオブ系焼結体を作製した。そして、その焼結体を、直径１２５ｍｍ×厚さ１０ｍｍの大きさに機械加工した後に、バッキングプレートを貼り付けて、実施例１〜４の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットを作製した。

〔第２実施例〕
第１実施例では、市販の酸化ニオブ粉末（Ｎｂ_２Ｏ_５粉末）と酸化亜鉛粉末（ＺｎＯ粉末）とを原料粉として混合体を作製したが、第２実施例では、この混合体を得る前に、Ｎｂ_２Ｏ_５粉末に対して還元処理を施し、酸素欠損状態となった酸化ニオブ粉末（Ｎｂ_２Ｏ_５−ｘ粉末）を作製し、この酸素欠損状態のＮｂ_２Ｏ_５−ｘ粉末を原料粉として混合体を作製した。

先ず、原料粉を混合する前の還元工程では、市販の酸化ニオブ粉末（Ｎｂ_２Ｏ_５粉末）をカーボン製のるつぼに入れ、真空中にて、温度１０００℃で、３時間加熱して還元処理を行った。この還元処理で酸素欠損状態となった酸化ニオブ粉末（Ｎｂ_２Ｏ_５−ｘ粉末）とジルコニアボールとをポリ容器（ポリエチレン製ポット）に入れ、乾式ボールミル装置にて壊砕した。この後、得られたＮｂ_２Ｏ_５−ｘ粉末を、平均粒径が２〜２５μｍとなるように、２５０μｍの目開きの篩にかけて分級した。

この様にして得られたＮｂ_２Ｏ_５−ｘ粉末とＺｎＯ粉末とを原料粉とし、表１に示される成分組成となるように配合し混合した混合体を、第１実施例の場合と同様に、モールドに充填し、保持温度１２００℃で、３時間、圧力２９．４ＭＰａ（３００ｋｇ／ｃｍ^２）で真空ホットプレスした。これにより、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）とＺｎＯとによる酸化ニオブ系焼結体を作製した。そして、その焼結体を機械加工した後、バッキングプレートを貼り付けて、直径１２５ｍｍ×厚さ１０ｍｍを有する実施例５〜８の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットを作製した。

＜ＥＰＭＡ画像による還元相（Ｎｂ_２Ｏ_５−ｘ相）の観察＞
本発明に係る酸化ニオブスパッタリングターゲットの一例として、実施例６の場合について、ＥＰＭＡ（フィールドエミッション型電子線プローブ）にて得られた元素分布像を、図２に示した。図中の４枚の写真から、組成像（ＣＯＭＰ像）、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｏの分布の様子を観察することができる。
なお、ＥＰＭＡによる元素分布像は、本来カラー像であるが、図２の写真では、白黒像に変換して示しているため、その写真中において、白いほど、当該元素の濃度が高いことを表している。具体的には、ＣＯＭＰ像による分布像において、白い領域（代表的に、丸印で囲まれている）が、還元相（Ｎｂ_２Ｏ_５−ｘ相）であり、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）中に、Ｎｂ_２Ｏ_５−ｘ相が分散分布している様子を観察することができる。

〔比較例〕
第１及び第２実施例の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットと比較するため、Ｚｎの含有量を範囲外の条件とした比較例１〜３の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットを用意した。比較例１〜３の場合は、市販のニオブ酸化物粉末（Ｎｂ_２Ｏ_５粉末）と酸化亜鉛粉末（ＺｎＯ粉末）とを混合し焼結して酸化ニオブ系スパッタリングターゲットを製造した。比較例１、３は、Ｚｎの含有量が少なすぎる場合であり、比較例２は、Ｚｎの含有量が多すぎる場合である。焼結条件については、実施例の場合と同様にして焼結を行い、酸化ニオブ系焼結体を得て、比較例１〜３の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットを作製した。

なお、下記の表１では、実施例及び比較例の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットはＮｂを主成分としているので、Ｚｎの含有量のみが示され、「粉末還元処理」欄に、市販のＮｂ_２Ｏ_５粉末を用いた場合には、「なし」と、還元処理を施したＮｂ_２Ｏ_５−ｘ粉末を用いた場合には、「あり」とそれぞれ表記されている。そして、「酸素欠損Ｎｂ_２Ｏ_５−ｘ」欄では、「なし」の場合には、「ｘ＝０」と表記し、「あり」の場合には、ｘの値が記載されている。

次に、得られた実施例１〜８及び比較例１〜３の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットについて、抗折強度、熱伝導率、比抵抗を測定した。
＜抗折強度の測定＞
実施例１〜８及び比較例１〜３の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットを加工して、３×５×４０ｍｍの大きさを有する試験片を作製した。
試験機（株式会社島津製作所、ＡＧ−Ｘ試験機）を用いて、各試験片について、３点曲げ法により、抗折強度を測定した。その測定結果が、表２の「抗折強度（Ｎ／ｍｍ^２）」欄に示されている。

＜熱伝導率の測定＞
実施例１〜８及び比較例１〜３の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットを加工して、１０×１０×２ｍｍの大きさを有する試験片を作製した。
測定機（ＮＥＴＺＳＣＨ−GeratebauGmbH製、Ｘｅフラッシュアナライザー）を用いて、各試験片について、レーザーフラッシュ法により、熱伝導率を測定した。その測定結果が、表２の「熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）」欄に示されている。

＜比抵抗の測定＞
実施例１〜８及び比較例１〜３の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットの表面（０ｍｍ）において、図１に示したようなターゲットスパッタ面内の５箇所（Ａ〜Ｅ）の測定点について、比抵抗を測定した。その測定結果の平均値が、表２の「表面比抵抗（Ω・ｃｍ）」欄に示されている。

さらに、実施例１〜８及び比較例１〜３の酸化ニオブスパッタリングターゲットについて、その加工面（表面）から焼結体の厚さ方向（エロージョン深さに対応）の全域を、抵抗測定装置により、比抵抗を測定した。ここで、直径１２５ｍｍ×厚さ１０ｍｍの酸化ニオブ系スパッタリングターゲットを前述の製造方法で作製し、エロージョン深さ方向に、表面（０ｍｍ）から、２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍの深さまで削り、削られた面毎に図１に示す５箇所（Ａ〜Ｅ）の比抵抗を測定して各面毎の平均値を求めた。また、スパッタ深さ方向にける各測定点での最大差（最高値と最低値との差）を各測定点の平均値で割り、ばらつきの平均値に対する割合を算出した。以上の結果が、表３に示されている。なお、実施例１〜４及び比較例１〜３の場合には、オーバーレンジとなったため、「測定範囲外」とし表記した。
以上の測定では、抵抗測定装置として、三菱化学株式会社製の低抵抗率計（Loresta-GP）を用い、四探針法で、比抵抗（Ω・ｃｍ）測定した。測定時の温度は２３±５℃、湿度は５０±２０％にて測定された。

次に、得られた実施例１〜８及び比較例１〜３の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットについて、ＤＣスパッタリングの可否評価、及び、スパッタ割れ試験を行った。
＜ＤＣスパッタリングの可否評価＞
実施例１〜８及び比較例１〜３の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットをエロージョン深さに削ってスパッタ面を形成する毎にスパッタリング装置に装着して、１０００Ｗで３０分間放電させて試験を行った。その試験結果による評価が、表４に示されている。
ここで、表４においては、ＤＣスパッタリングを継続して可能な場合について、「○」を、そして、放電が起こらないか、或いは、異常放電が多発する場合について、「×」をそれぞれ表示した。さらに、放電が起こらないか、或いは、異常放電が多発した以後においては、試験の継続に意味が無いので、試験を行わず、この場合には、「−」を表示した。
また、表２に示されるように、実施例４と比較例３では、高周波（ＲＦ）スパッタリングを用いてスパッタ割れ試験が行われたため、ＤＣスパッタリングの可否評価の対象としなかった。

＜スパッタ割れ試験＞
実施例１〜８及び比較例１〜３の場合について、直径１２５ｍｍ×厚さ１０ｍｍの酸化ニオブ系スパッタリングターゲットを前述の製造方法で作製し、スパッタリング装置のチャンバー内に装着して、以下に示す条件で、放電を行った。先ず、その放電を、１０００Ｗ、３０分間行い、チャンバー開放して、ターゲット表面が割れていないかどうかを確認した。次いで、ターゲット表面が割れていなければ、電力を２００ｗずつ上昇させて印加し、２０００Ｗになるまで、その都度、チャンバー開放して、ターゲット表面が割れていないかを確認した。一方、ターゲット表面の割れが確認できたときには、それ以降のスパッタ割れ試験を中断した。その確認結果が、表５に示されている。
（放電条件）
・電源：ＤＣ１０００Ｗ〜２０００Ｗ
・全圧：０．６７Ｐａ
・スパッタリングガス：Ａｒ＝３０ｓｃｃｍ
・ターゲット−基板（ＴＳ）距離：７０ｍｍ
なお、表５においては、ターゲット表面の割れが確認できなかった場合には、「無」を、そして、ターゲット表面の割れが確認できた場合には、「有」をそれぞれ表示した。さらに、スパッタ割れ試験を中断した場合には、「−」を表示した。

以上の各表に示された結果によれば、実施例１、５の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットのいずれも、１８００Ｗの高電力を印加しても、ターゲット割れは確認できず、ＤＣスパッタリングが可能であった。また、実施例２、３、６〜８の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットのいずれも、２０００Ｗの高電力を印加しても、ターゲット割れは確認できず、ＤＣスパッタリングが可能であった。実施例４の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットでは、２０００Ｗの高周波電力を印加しても、ターゲット割れは確認できなかった。さらに、実施例５〜８の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットでは、ターゲット厚さ方向の全体に亘って、比抵抗が０．００２〜０．０５Ω・ｃｍの範囲にあり、その比抵抗の厚さ方向ばらつきが平均値の１５％以下を達成できることが確認され、ターゲット厚さ方向の全体に亘って、ターゲット比抵抗が一層低く、かつ、ばらつきが少ないことが分かった。ターゲット比抵抗を一層低下できただけでなく、ターゲット厚さ方向で、比抵抗のばらつきを小さくできたので、ターゲット割れが発生することなく、高電力のＤＣスパッタリングを安定して実施できた。

一方、比較例１〜３の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットに関しては、比較例１、３では、亜鉛（Ｚｎ）の含有量が少なすぎたため、抗折強度及び熱伝導率がともに低く、１４００Ｗの電力が印加されると、ターゲット割れが発生した。また、比較例２の場合には、亜鉛（Ｚｎ）の含有量が多すぎたため、スパッタリング時に異常放電が多発し、スパッタリングが不安定であった。

以上の様に、本発明による酸化ニオブ系スパッタリングターゲットでは、抗折強度及び熱伝導性が向上されて、スパッタリング時の耐割れ性に優れたものとなり、高電力のスパッタリングが可能であることが確認された。さらに、酸素欠損状態の酸化ニオブ粉末（Ｎｂ_２Ｏ_５−ｘ粉末）が混合した場合でも、抗折強度及び熱伝導性が向上され、且つ、ターゲット厚さ方向における比抵抗を一層低下させつつ、そのばらつきも小さいものとなり、スパッタリング時の耐割れ性に優れたものとなり、高電力のＤＣスパッタリングが可能であることが確認された。なお、酸化ニオブ系スパッタリングターゲットの形状が平板であっても、或いは、その形状が円筒型であっても、耐割れ性の向上を実現できる。

Claims (6)

1. 全金属元素に対して、Ｚｎ：２．６〜１９．８ａｔ％を含有し、残部がＮｂからなる酸化ニオブ系焼結体によるスパッタリングターゲットであって、
   前記スパッタリングターゲットの抗折強度が１６０Ｎ／ｍｍ^２以上であり、かつ、熱伝導率が２．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする酸化ニオブ系スパッタリングターゲット。
2. 前記スパッタリングターゲットは、ターゲット厚み方向の全域で、比抵抗が、０．００２〜０．０５Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項１に記載の酸化ニオブ系スパッタリングターゲット。
3. 前記スパッタリングターゲットは、ターゲット厚み方向での比抵抗のばらつきが平均値の１５％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のスパッタリングターゲット。
4. 請求項１に記載の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットを製造する方法であって、
   酸化ニオブ粉末：６７〜９５ｍｏｌ％と、酸化亜鉛粉末３３〜５ｍｏｌ％とを混合して、混合体を得る混合工程と、
   前記混合体を、非酸化雰囲気にて焼結して、焼結体を得る焼結工程と、
   を有することを特徴とする酸化ニオブ系スパッタリングターゲットの製造方法。
5. 請求項２又は３に記載の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットを製造する方法であって、
   前記混合工程の前に、酸化ニオブ粉末を還元処理して、酸素欠損酸化ニオブ粉末を生成する還元工程を有し、
   前記酸素欠損酸化ニオブ粉末と酸化亜鉛粉末とを混合して、混合体を得ることを特徴とする請求項４に記載の酸化ニオブ系スパッタリングターゲットの製造方法。
6. 前記還元工程では、酸化ニオブ粉末を、還元雰囲気で、５００℃以上で熱処理して、化学式：Ｎｂ_２Ｏ_５−ｘ（ただし、ｘ＝０．００５〜０．１）を満たす酸素欠損状態の酸化ニオブ粉末を生成することを特徴とする請求項５に記載の酸化ニオブスパッタリングターゲットの製造方法。