JP3733607B2 - クロム系スパッタリングターゲットの製造方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、液晶ディスプレイパネル等の製造において、酸化クロム薄膜を形成する際に使用されるスパッタリングタ−ゲットの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、液晶ディスプレイ(LCD)パネルのブラックマトリックス等に用いられる酸化クロム薄膜の形成には、金属クロムターゲットを用いた反応性スパッタリングが採用されてきた。しかしながら、この金属クロムターゲットを用いた反応性スパッタリングでは、酸化クロム薄膜を形成する際の成膜条件におけるマージンが狭く、またDCスパッタリング等の他の成膜プロセスに比べて成膜速度が遅く、スループットが小さい等の問題があった。
【0003】
そこで、DCスパッタリングにより酸化クロム薄膜を形成することが可能なCr−Cr2O3スパッタリングターゲットが開発されている。これは金属クロム粉末と酸化クロム粉末とを混合し、非酸化性の雰囲気下で焼結することにより得られる、金属クロムと酸化クロムを主成分とする焼結体からなるスパッタリングターゲットである。しかしながら、前記の方法で作製されたCr−Cr2O3スパッタリングターゲットでは、ターゲット内での金属クロムと酸化クロムの分散状態が不均一になりやすく、その結果、ターゲット組織内に黒色で粒径が数100μm程度の酸化クロムからなる多くの斑点が発生することがあった。金属クロムと酸化クロムの分散が不均一で、ターゲット組織内に上記のような多くの斑点が存在すると、スパッタリングの際に放電の局所的集中が生じるため、放電電圧が安定せず、その結果安定に成膜できないという問題が生じていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の問題点を解決した、主として金属クロムと酸化クロムとから成るクロム系スパッタリングターゲットを製造する方法を提供するものである。すなわち、ターゲット内の金属クロムと酸化クロムの分散状態が緻密かつ均一であり、ターゲット組織内の斑点の発生がなく、その結果、スパッタリングの際の放電電圧が安定であり、成膜を良好に行うことができるクロム系スパッタリングターゲットの製造方法を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明のクロム系スパッタリングターゲットの製造方法では、クロムの酸化物及び炭化物の混合粉末の成形体を真空焼成して得た焼成物を粉砕し、この粉砕粉の成形体を真空焼成する。なお、本発明において真空焼成とは、焼成炉の炉内圧力を100Pa以下に保った状態で焼成を行うことを意味するものとする。
【0006】
以下に、本発明のクロム系スパッタリングターゲットの製造方法についてさらに詳細に説明する。本発明では、原料粉として酸化クロム粉末と炭化クロム粉末とを用い、混合−成形−第1焼成(還元反応)−粉砕−成形−第2焼成(焼結)−研削加工の一連のプロセスによって、クロム系スパッタリングターゲットを製造する。本発明の製造方法の一例のフローチャートを図1に示す。
【0007】
原料として用いる酸化クロムの組成は特には限定されず、クロムの酸化物であれば良く、市販品として入手の容易なCr2O3を用いることができるが、この外にも、例えば、Cr5O12、Cr3O4、CrO2、CrO、Cr3O2等を用いても良い。原料として用いる炭化クロムの組成も特には限定されず、クロムの炭化物であれば良く、市販品として入手の容易なCr3C2を用いることができるが、この外にも、例えば、Cr7C3、Cr23C6、Cr2C等を用いても良い。両原料粉とも1種類でも良いし、2種類以上を混合して用いても良い。また、原料粉の粒径は100μm以下であることが好ましく、10μm以下であることがさらに望ましい。
【0008】
原料粉である前記の酸化クロム粉末と炭化クロム粉末の混合比は、少なくとも、炭化クロム中の炭素が、酸化クロムの還元反応で消費されてしまうものであれば良い。原料粉としてCr2O3粉末及びCr3C2粉末を用いる場合には、両者の混合比はモル比でCr2O3/Cr3C2=2/3以上であれば良いが、良好な特性を示すクロム系スパッタリングターゲットを得るためには、両者の混合比はモル比でCr2O3/Cr3C2=1.0〜4.2であることが望ましい。これは得られるスパッタリングターゲットが十分大きな導電率を有し、かつ十分な酸素を含有していることが望ましいからである。上記の酸化クロム粉末と炭化クロム粉末を混合する方法は特には限定されず、ジルコニア製やナイロン製などのボールを用いた通常のボールミル混合を行えば良い。この混合粉末の成形は、この後に行なう真空焼成による酸化クロムの還元反応を効果的に進行させるために、両者の粉末の接触面積を高める目的で行なうものであり、例えば金型成形法などにより成形すれば良い。また必要に応じて、冷間静水圧プレス法によって加圧処理することが望ましい。
【0009】
以上のようにして得られた成形体を、第1焼成として、所定の温度で真空焼成することにより、前記成形体中の酸化クロムが炭化クロムにより還元されて、主として金属クロムと酸化クロムからなる焼成物が得られる。原料粉としてCr2O3粉末及びCr3C2粉末を用いる場合には、この第1焼成の焼成温度は1200℃以上であれば良く、焼成時間は1時間から20時間とすることが好ましい。この第1焼成では、炭化クロムによる酸化クロムの還元反応によりCOガスが発生する。この還元反応を速やかに進行させるために、焼成炉の炉内圧力は100Pa以下に減圧することが必要であるが、焼成物中の金属クロムと酸化クロムの分散状態をより良好なものとするために、この炉内圧力を5Pa以下に減圧することがさらに望ましい。
【0010】
次に上記の焼成物の粉砕を行う。粉砕方法は特には限定されず、ジョークラッシャーやブラウン粉砕機等を用いて、次工程での、この粉砕粉の成形を容易に行うことができる粒子サイズ、例えば、粒径150μm以下となるように粉砕を行えば良い。この粉砕粉の成形方法は、目的とするスパッタリングターゲットの形状に合った成形法を選べば良く、例えば、金型成形法や鋳込み成形法等を例示することができる。また必要に応じて、冷間静水圧プレス法によって加圧処理することが望ましい。
【0011】
以上のようにして得られた成形体を、第2焼成として、所定の温度で真空焼成し、前記成形体を焼結させることにより、主として金属クロムと酸化クロムとからなる焼結体が得られる。この第2焼成の焼成温度は1200℃以上であれば良く、焼成時間は特に限定されないが、1時間から20時間とすることが好ましい。また、生成する焼結体中の金属クロムが必要以上に酸化されることを防止するため、焼成炉の炉内圧力は100Pa以下に減圧することが必要であるが、焼結体中の金属クロムと酸化クロムの分散状態の均一性を向上させるため、この炉内圧力を5Pa以下に減圧することがさらに望ましい。
【0012】
以上のようにして製造した、主として金属クロムと酸化クロムとからなる焼結体を研削加工し、所定の寸法に整形することにより、スパッタリング時の放電電圧や放電電流が安定で、安定な成膜が可能なクロム系スパッタリングターゲットを製造することができる。
【0013】
【実施例】
以下に、本発明を実施例及び比較例によってさらに具体的に説明する。
【0014】
実施例1
市販の酸化クロム(Cr2O3)粉末196.7gと市販の炭化クロム(Cr3C2)粉末179.0g(両者の混合比(モル比):Cr2O3/Cr3C2=1.30)とを、直径15mmφの鉄心入りナイロンボール及び混合媒体としてのエタノールとともに、5リットルのポリエチレンポットに入れて、24時間ボールミル混合を行なった。混合後、スラリーとボールを分離した。得られたスラリーをナス型フラスコに入れて、エバポレーターにより乾燥した。乾燥粉末を造粒した後、150mmφの金型を用いて0.2ton/cm2 の圧力で成形し、さらに冷間静水圧プレス法で3ton/cm2 の圧力で処理した後、焼成炉の炉内圧力を5Pa以下に減圧した状態で、1400℃で15時間焼成を行った。得られた焼成物を粉砕し、造粒した後、150mmφの金型を用いて0.2ton/cm2 の圧力で成形し、さらに冷間静水圧プレス法で3ton/cm2 の圧力で処理した後、焼成炉の炉内圧力を5Pa以下に減圧した状態で、1400℃で5時間焼成することにより焼結を行った。得られた焼結体の表面を平面研削盤で研削し、側面を円筒研削盤で研削して整形し、クロム系スパッタリングターゲットを作製した。このターゲットのスパッタされる面の表面(以下、スパッタ面と称す)の斑点の個数を目視検査により調べたところ、斑点は認められなかった。さらに、このタ−ゲットをバッキングプレートにボンディングしてスパッタリング装置に取り付け、放電電力を一定として放電電圧及び放電電流の経時変化を1時間観察したところ、両者共に測定中一定の値を示した。また、このターゲットの組成分析を行ったところ、Cr:Cr2O3の組成比(wt%)は70:30であった。
【0015】
実施例2
Cr2O3粉末を231.9g、Cr3C2粉末を127.8g(両者の混合比(モル比):Cr2O3/Cr3C2=2.15)とした以外は実施例1と全く同様にしてクロム系スパッタリングターゲットを作製し、実施例1と全く同様の試験を行った。このターゲットのスパッタ面の目視検査では斑点は認められず、放電電力を一定とした場合の放電電圧と放電電流は1時間の測定中一定の値を示した。また、ターゲットの組成分析を行ったところ、Cr:Cr2O3の組成比(wt%)は50:50であった。
【0016】
実施例3
Cr2O3粉末を267.1g、Cr3C2粉末を76.7g(両者の混合比(モル比):Cr2O3/Cr3C2=4.13)とした以外は実施例1と全く同様にしてクロム系スパッタリングターゲットを作製し、実施例1と全く同様の試験を行った。このターゲットのスパッタ面の目視検査では、1個の斑点が認められたが、放電電力を一定とした場合の放電電圧と放電電流は1時間の測定中一定の値を示した。また、タ−ゲットの組成分析を行ったところ、Cr:Cr2O3の組成比(wt%)は30:70であった。
【0017】
比較例1
市販の金属クロム粉末224gと実施例1で使用したCr2O3粉末96gとを、実施例1と同様に、直径15mmφの鉄心入りナイロンボール及び混合媒体としてのエタノールとともに、5リットルのポリエチレンポットに入れて、24時間ボールミル混合を行なった。混合後、実施例1と全く同様に、スラリーとボールを分離し、スラリーをナス型フラスコに入れてエバポレーターにより乾燥し、造粒した後、150mmφの金型を用いて0.2ton/cm2 の圧力で成形し、さらに冷間静水圧プレス法で3ton/cm2 の圧力で処理した後、焼成炉の炉内圧力を5Pa以下に減圧した状態で、1400℃で5時間焼成することにより焼結を行い、得られた焼結体の表面を平面研削盤で研削し、側面を円筒研削盤で研削して整形し、Cr−Cr2O3スパッタリングターゲットを作製した。このターゲットのスパッタ面の斑点の個数を目視検査により調べたところ、10個の斑点が認められた。さらに、これを、実施例1と全く同様に、バッキングプレートにボンディングしてスパッタリング装置に取り付け、放電電力を一定として放電電圧及び放電電流の経時変化を1時間観察したところ、両者共に測定中不安定であった。また、ターゲットの組成分析を行ったところ、Cr:Cr2O3の組成比(wt%)は70:30であった。
【0018】
比較例2
金属クロム粉末を160g、Cr2O3粉末を160gとした以外は比較例1と全く同様にしてCr−Cr2O3スパッタリングターゲットを作製し、実施例1と全く同様の試験を行った。このターゲットのスパッタ面の目視検査では、22個の斑点が認められ、さらに、放電電力を一定とした場合の放電電圧と放電電流は1時間の測定中ともに不安定であった。また、ターゲットの組成分析を行ったところ、Cr:Cr2O3の組成比(wt%)は50:50であった。
【0019】
比較例3
金属クロム粉末を96g、Cr2O3粉末を224gとした以外は比較例1と全く同様にしてCr−Cr2O3スパッタリングターゲットを作製し、実施例1と全く同様の試験を行った。このターゲットのスパッタ面の目視検査では、32個の斑点が認められ、さらに、放電電力を一定とした場合の放電電圧と放電電流は1時間の測定中ともに不安定であった。また、ターゲットの組成分析を行ったところ、Cr:Cr2O3の組成比(wt%)は30:70であった。
【0020】
上述の実施例および比較例によって得られたターゲットのバルク特性及びスパッタリング時の放電特性の結果を表1にまとめて示す。この結果から明らかなように、本発明により得られたクロム系スパッタリングターゲットは優れた特性を持つことが示された。
【0021】
【表1】
【0022】
【発明の効果】
本発明のクロム系スパッタリングターゲットの製造方法によれば、従来使用されていたCr−Cr2O3スパッタリングターゲットと比較して、ターゲット内での金属クロムと酸化クロムとの分散状態を緻密かつ均一にすることができ、ターゲット組織内の斑点の発生を防止することができる。その結果、スパッタリングの際に、放電の局所的集中がなくなり放電特性が安定するので、成膜を非常に安定して行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の製造方法の一例を示すフローチャートである。
Claims (2)
- クロムの酸化物及びクロムの炭化物の混合粉末であって、その混合比が、少なくとも、炭化クロム中の炭素が、酸化クロムの還元反応で消費されてしまうものである混合粉末の成形体を真空焼成して得た焼成物を粉砕し、この粉砕粉の成形体を真空焼成することを特徴とするクロム系スパッタリングタ−ゲットの製造方法。
- 請求項1記載のスパッタリングターゲットの製造方法において、出発原料である酸化クロム粉末及び炭化クロム粉末が各々Cr2O3粉末及びCr3C2粉末であり、両者の混合比がモル比でCr2O3/Cr3C2=1.0〜4.2の範囲にあることを特徴とするクロム系スパッタリングタ−ゲットの製造方法。
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