JP4149730B2

JP4149730B2 - スパッタリングターゲット

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Publication number: JP4149730B2
Application number: JP2002115648A
Authority: JP
Inventors: 光一渡邊; 幸伸鈴木; 直美藤岡; 隆石上
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-04-18
Filing date: 2002-04-18
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2022-04-18
Also published as: JP2003306766A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば反射防止膜における高屈折率膜の形成などに好適に用いられるスパッタリングターゲットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のディスプレス装置の進展には著しいものがある。ディスプレイ装置としては陰極線管（ＣＲＴ）を使用した装置が広く使用されてきたが、ＣＲＴはある程度以上の設置スペースが必要とされることから、軽量・薄型のディスプレイ装置として液晶表示素子が急速に普及している。液晶表示素子は携帯電話やＰＤＡなどの表示部、パソコン用モニター、さらには家庭用テレビをはじめとする各種家電製品などの様々な分野で使用されている。
【０００３】
また、自発光タイプのディスプレス装置としては、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）が実用化されている。ＰＤＰは様々な情報を緻密かつ高精細に映し出すことができ、かつ大画面化や薄型化が可能であるというような特徴を有している。さらに、電界放出型冷陰極などの電子放出素子を用いた表示装置、いわゆる電界放出型表示装置（ＦＥＤ）の実用化も進められている。ＦＥＤは基本的な表示原理がＣＲＴと同じであり、ＣＲＴと同等の性能を有している。これらの表示装置はいずれも薄型で軽量であるという特徴を有している。
【０００４】
ところで、上述したような各種のディスプレイ装置には、当然ながら見やすさが第一に要求される。このため、コントラストの低下要因となる背景の映り込みを防止するために、画面の表面反射を抑制する必要がある。そこで、ディスプレイ装置の表面には一般に反射防止処理が施されている。反射防止膜は高低の屈折率の異なる薄膜を光学設計により交互に積層することで、反射光を干渉させて反射率を減衰させるメカニズムに基づくものである。このような反射防止膜の成膜方法には主として蒸着法やゾル・ゲル法が採用されてきたが、最近では生産能力と膜厚の制御性の観点からスパッタリング法が採用されはじめている。
【０００５】
反射防止膜の構成材料としては、高屈折率膜としてＴｉＯ_x膜が、また低屈折率膜としてＳｉＯ₂膜が主に用いられてきたが、最近では高屈折率膜としてＮｂ₂Ｏ₅膜などのＮｂ酸化膜（ＮｂＯ_x膜）が使用されるようになってきている（特開平11-171596号公報など参照）。Ｎｂ酸化膜はＴｉ酸化膜に比べて屈折率が高く、かつスパッタ成膜する際のスパッタレートが高いと共に、反応性スパッタの安定性に優れるなどの特徴を有するためである。
【０００６】
Ｎｂ酸化膜の成膜方法としては、(1)Ｎｂターゲットを用いてＡｒとＯ₂の混合ガス中で反応性スパッタしてＮｂ酸化物膜を成膜する方法、(2)Ｎｂターゲットを用いてスパッタ成膜したＮｂ膜をプラズマ酸化する方法、その他に(3)Ｎｂ酸化物ターゲット（ＮｂＯ_xターゲット）を高周波スパッタしてＮｂ酸化物膜を成膜する方法、などが知られているが、主として(1)および(2)の方法が適用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、反射防止膜用の薄膜にとっては特に屈折率が重要となる。しかも、反射防止膜を適用するディスプレス装置などの分野は大量生産が必要とされるため、同レベルの屈折率を有する薄膜を安定的に形成することが求められる。ここで、薄膜の屈折率はその膜厚に強く依存するため、スパッタリング法で反射防止膜用薄膜を形成する工程においては膜厚の安定性を高めることが求められている。特に、スパッタリングターゲットのライフエンドまで薄膜の膜厚のばらつきを抑えること、つまり成膜速度の安定化が重要になる。
【０００８】
上述したＮｂターゲットを用いてＮｂ酸化物膜を反射防止膜用薄膜として形成する工程においては、薄膜の膜厚を管理するために成膜速度の制御などが行われているが、現状ではターゲットのライフエンドに近くなるにしたがって成膜速度が低下していく傾向にあり、この成膜速度の変化に伴って膜厚のばらつきが大きくなることが問題となっている。また、反射防止膜の成膜用ターゲットには、反射防止膜を適用する装置によっては比較的大型のターゲットが用いられることなどに起因して、Ｎｂ酸化膜の面内における膜厚のばらつきも大きくなりやすい傾向がある。
【０００９】
このように、Ｎｂターゲットを用いて反射防止膜用のＮｂ酸化物膜などをスパッタ成膜する工程においては、ターゲットのライフエンドまで成膜速度を安定的に保つことで薄膜の膜厚のばらつきを低く抑えること、さらにターゲットに起因する薄膜の膜厚の面内ばらつきを抑制することが強く求められている。なお、Ｎｂターゲットに関しては、半導体素子の配線材料などに使用されるＮｂ膜の形成用ターゲットなどが提案されており（特開2000-104164号公報など参照）、例えばダスト発生の抑制などを目的として、不純物量の低減、結晶粒径や結晶粒度の制御などが行われているが、これらのターゲット特性を制御しただけでは膜厚のばらつきを抑制することはできない。
【００１０】
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、ターゲットのライフエンドまで成膜速度を安定化させることによって、例えば反射防止膜などの形成工程における膜厚のばらつきの発生を抑制することを可能にしたスパッタリングターゲット（Ｎｂターゲット）を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決するために、Ｎｂターゲットを用いてスパッタ成膜したＮｂ酸化膜の膜厚のばらつきと各種のターゲット特性との相関性について種々検討した結果、Ｎｂターゲット表面における結晶面の方位と比率が成膜速度、さらには成膜速度に強く依存する膜厚のばらつきに大きく影響しており、これらの間に重要な相関関係があることが判明した。その結果として、Ｎｂターゲット表面における特定の結晶面の比率、さらにはそのばらつきを適切な範囲に制御することによって、Ｎｂターゲットを用いてＮｂ酸化膜などをスパッタ成膜する際の膜厚のばらつきを大幅に低減することが可能であることを見出した。
【００１２】
本発明はこのような知見に基づくものであって、本発明のスパッタリングターゲットは、酸化ニオブ膜の形成用として用いられる、Ｎｂ材からなるスパッタリングターゲットであって、前記ターゲットのスパッタ面における(110)面の結晶方位比率が40％以上82.5 ％以下であると共に、(200)面の結晶方位比率が6.6 ％以上30％以下であり、かつ前記スパッタ面全体としての前記(110)面の結晶方位比率のばらつきが8.8 ％以上30％以下であると共に、前記(200)面の結晶方位比率のばらつきが18.5 ％以上50％以下であることを特徴としている。
【００１４】
本発明のスパッタリングターゲットの具体的な用途としては、反射防止膜における高屈折率膜（酸化ニオブ膜）の形成用途が挙げられる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
本発明のスパッタリングターゲットはＮｂ材からなるターゲットであって、例えば反射防止膜における高屈折率膜などに好適な酸化ニオブ（ＮｂＯ_x）膜の形成などに適用されるものである。Ｎｂ酸化膜はＮｂターゲットを用いて、例えばＡｒとＯ₂の混合ガス中で反応性スパッタを行うことにより得られる。また、Ｎｂターゲットを用いてＮｂ膜をスパッタ成膜し、これにプラズマ酸化処理を施してＮｂ酸化膜を形成することもできる。
【００１６】
ここで、スパッタリングターゲットを構成するＮｂ材には、反射防止膜（高屈折率膜）などの使用用途を考慮して、例えば純度が99％以上のＮｂ材を使用することが好ましい。ここで言うＮｂの純度とは、不純物元素としてのＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎａ、Ｋなどの元素の各含有量（質量％）の合計量を100％から引いた値を示すものである。このような純度が99〜99.9％の範囲の高純度Ｎｂを用いることがより好ましい。
【００１７】
上述したようなスパッタリングターゲット（Ｎｂターゲット）において、本発明ではターゲット表面の(110)面の結晶方位比率を40％以上とすると共に、(200)面の結晶方位比率を30％以下に制御している。ここで、ターゲット表面の結晶方位比率の制御は少なくともスパッタリングされる表面、すなわちターゲット面について実施すればよい。このようなＮｂターゲットのスパッタ面（表面）における結晶方位とその比率の制御に基づいて、本発明ではスパッタ成膜時の成膜速度のばらつき、さらには成膜速度に強く依存する膜厚のばらつきを大幅に低減することを可能にしている。
【００１８】
すなわち、金属材料をスパッタリングした場合、そのスパッタレートは結晶面によって異なることが知られている。例えば、Ｎｂのようなbcc構造を有する金属材料は(110)面が最稠密面であるため、この(110)面のスパッタレート（スパッタ効率）が一番高いと考えられる。ただし、Ｎｂターゲットの表面に現れる結晶面は、その製造工程における工程条件、加工条件、熱処理条件などによって異なり、必ずしも(110)面が主結晶面になるとは限らない。
【００１９】
ここで、従来の成膜速度の変化が大きいＮｂターゲットについて、その表面状態をＸＲＤ解析したところ、(200)面を主ピークとするパターンを示すことが確認された。この結果は使用後のＮｂターゲット表面においても同様であった。この(200)面は鍛造や圧延などの塑性変形に伴う転移のずれによって生じたものと推定される。すなわち、従来のＮｂターゲットは冷間加工と真空熱処理を行い、所定の形状に加工されて製造されている。冷間で加工を行う理由は、Ｎｂは酸素との親和力が非常に強く、高い温度ではすぐに酸化してしまい、脆化してしまうためである。
【００２０】
さらに詳細に述べると、従来のＮｂターゲットは、まずＮｂインゴットに冷間鍛造、冷間圧延を行った後、再結晶化を図るために特定温度以上で熱処理を行うことにより製造されている。もしくは、Ｎｂインゴットを一度絞め鍛造した後に熱処理を行い、その後に上記した工程で製造されるものもある。このような従来の製造工程にしたがって得られるＮｂターゲットの表面は(200)面を主ピークとするパターンを示すことが多い。この(200)面は冷間鍛造や冷間圧延時における転移のずれによって生じるものと考えられる。
【００２１】
上述したような表面の結晶方位が(200)面を主とするＮｂターゲットを用いてスパッタ成膜を行うと、成膜速度が使用初期から徐々に低下する傾向を示すことが確認された。これはＮｂの(200)面自体のスパッタ効率が低いことや他の結晶面とのスパッタ効率の違いに基づくものと考えられる。さらに、一般的なマグネトロンスパッタリングにおいては、ターゲットの特定領域だけ局所的に減少した形状、いわゆるエロージョンと呼ばれる形状となる。これは特定領域のプラズマ密度を磁場により高くしていることから、この部分が集中してスパッタリングされるためである。エロージョン部は傾斜をもって削られるため、スパッタ粒子は初期状態に比べて広範囲に飛散する傾向を示す。このようなエロージョン部の形状によっても、成膜速度の変化が促進される。
【００２２】
そこで、Ｎｂターゲットの製造条件を制御することによって、表面状態をＸＲＤ測定した際に(110)面が主ピークなるパターンを示すＮｂターゲットを作製し、このＮｂターゲットを用いてスパッタ成膜したところ、成膜速度は初期状態からライフエンド近くまでほとんど変化しないことが確認された。これは、上述したように(110)面がbcc構造を有するＮｂの最稠密面であり、(110)面のスパッタ効率が一番高いことから、このような(110)面を主結晶方位とするターゲット表面（スパッタ面）をスパッタリングすることによって、成膜速度の変化（具体的には経時的な低下）を抑制し得るものと考えられる。
【００２３】
本発明のスパッタリングターゲットにおいては、上記したような実験結果並びに知見に基づいて、Ｎｂターゲット表面の(110)面の結晶方位比率を40％以上に制御している。(110)面の結晶方位比率が40％未満であるということは、(200)面を含む他の結晶面の比率が増加することを意味し、スパッタ効率が低下して成膜速度が低くなると共に、結晶面間のスパッタ効率の違いなどに基づいて、成膜速度の変化（低下）が大きくなる。Ｎｂターゲットの表面における(110)面の結晶方位比率は50％以上であることがより好ましく、さらに好ましくは60％以上である。
【００２４】
また、上記した(110)面以外の結晶面については、特に(200)面の結晶方位比率が高いと成膜速度が小さくなると共に、成膜速度のばらつきも大きくなるため、Ｎｂターゲット表面の(200)面の結晶方位比率は30％以下に制御している。(200)面の結晶方位比率が30％を超えると、(110)面の結晶方位比率が40％以上であっても、成膜速度の低下や変化が大きくなる。Ｎｂターゲット表面における(200)面の結晶方位比率は20％以下であることがより好ましく、さらに好ましくは15％以下である。
【００２５】
上述したように、ターゲット表面の(110)面の結晶方位比率が40％以上であると共に、(200)面の結晶方位比率が30％以下のＮｂターゲットは、成膜速度に優れるだけでなく、初期状態からライフエンド近くまでの成膜速度の変化が極めて小さい。従って、そのようなＮｂターゲットを用いて成膜した薄膜、例えばＮｂ酸化膜は、膜厚の安定性に優れるものである。言い換えると、Ｎｂ酸化膜などの膜厚をターゲットの初期状態からライフエンド近くまで安定に保つことができ、ターゲットの使用時間の経過に伴う膜厚のばらつきを大幅に低減することができる。前述したように、反射防止膜の用途では薄膜の屈折率の安定化が重要であり、この薄膜の屈折率はその膜厚に強く依存する。従って、膜厚のばらつきを大幅に低減したＮｂターゲットは、例えば反射防止膜の品質や生産性の向上に大きく寄与するものである。
【００２６】
ここで、Ｎｂターゲット表面の各結晶面の比率は、その表面のＸ線回折パターンから各結晶面（(110)面、(200)面、(211)面、(220)面、(310)面、(222)面）のピーク強度比を求め、これら各ピーク強度比（Ｉ(abc)）から以下の式に基づいて求めるものとする。例えば、(110)面の結晶方位比率は、［Ｉ(110)／Ｉ(110)＋Ｉ(200)＋Ｉ(211)＋Ｉ(220)＋Ｉ(310)＋Ｉ(222)］×100（％）の式により求める。同様に、(200)面の結晶方位比率は、［Ｉ(200)／Ｉ(110)＋Ｉ(200)＋Ｉ(211)＋Ｉ(220)＋Ｉ(310)＋Ｉ(222)］×100（％）の式により求める。
【００２７】
さらに、Ｎｂターゲット表面の(110)面や(200)面の結晶方位比率が上述した範囲であっても、ターゲット表面（スパッタ面）全体としての各結晶面比率のばらつきが大きいと成膜速度にむらが生じやすいことから、得られる薄膜の膜厚の面内ばらつきが大きくなるおそれがある。このようなことから、Ｎｂターゲットの表面全体（スパッタ面全体）としての(110)面の結晶方位比率のばらつきを30％以下とすると共に、(200)面の結晶方位比率のばらつきを50％以下とすることが好ましい。
【００２８】
ターゲット表面全体における(110)面比率のばらつきが30％を超えると成膜速度のむらが大きくなり、その結果として膜厚の面内ばらつきが増大する。また、(200)面比率のばらつきが50％を超えると、スパッタ粒子の飛散角度が大きくなり、その結果として膜厚の面内ばらつきが増大する。(110)面比率のばらつきは20％以下とすることがより好ましく、さらに好ましくは15％以下である。また、(200)面比率のばらつきは40％以下とすることがより好ましく、さらに好ましくは30％以下である。
【００２９】
なお、本発明で規定するＮｂターゲットの表面（スパッタ面）における結晶方位比率およびその表面全体としてのばらつきは、以下のようにして測定した値を示すものとする。すなわち、例えばターゲットの形状が長方形の場合、まず長方形ターゲットの中心部（位置1）、4つの角部（位置2〜5）、中心部と各角部とを結ぶ直線を3等分した各位置（位置6〜13）、外周の各辺を2等分した各位置（位置14〜17）の合計17個所からそれぞれ試験片（15×15mm）を採取し、これら17個の試験片についてそれぞれＸＲＤ測定を実施する。これら各試験片のＸＲＤパターンから、上述した結晶方位比率の算定式に基づいて(110)面比率および(200)面比率を求め、これらの値の各平均値を本発明の(110)面の結晶方位比率および(200)面の結晶方位比率とする。
【００３０】
さらに、ターゲット表面（スパッタ面）全体としての各結晶面比率のばらつきは、上記した17個の各試験片から求めた(110)面比率および(200)面比率において、それぞれの最大値および最小値を求め、これら最大値と最小値から｛（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）｝×100（％）の式に基づいて算出した値を示すものとする。
【００３１】
本発明のスパッタリングターゲットの製造方法は、特定の加工条件や熱処理条件などを満足させる以外は特に限定されるものではなく、公知の製造方法を適用して作製することができる。すなわち、ＥＢ溶解などにより作製されたＮｂインゴット（例えば直径200〜250mm）を用意する。Ｎｂインゴットの純度は前述したように99％以上であることが好ましい。
【００３２】
このようなＮｂインゴットに対して、まず径方向に絞め鍛造を施す。絞め鍛造は径方向の加工率を30％以上に設定することが好ましい。絞め鍛造はＮｂインゴットに所定の歪を与え、母結晶の粒界を破壊する効果を有する。ここでの加工率があまり低いとＮｂインゴットに与える歪が少なくなり、母結晶の粒界を十分に破壊することができない。絞め鍛造を施した後に、0.1Pa以下の真空雰囲気中にて1200〜1600℃の温度で5〜10時間の熱処理を施す。このような熱処理によって、Ｎｂインゴットの母結晶は完全に除去され、さらに再結晶化させることができる。ここでの熱処理温度があまり低すぎるとＮｂの回復温度まで到達しないために効果が得られにくく、逆に温度が高すぎると結晶粒が粗大化して、後工程での塑性加工性が低下する。
【００３３】
次いで、上記した絞め鍛造および熱処理後のＮｂ材に対して、高さ方向に据え込み鍛造を施す。据え込み鍛造は高さ（厚さ）方向の加工率を50％以上に設定することが好ましい。続いて、0.1Pa以下の真空雰囲気中にて1200〜1600℃の温度で5〜10時間の熱処理を実施する。ここで、据え込み鍛造の加工率があまり低いと、後加工の加工率を高くする必要があり、その結果として所望の結晶方位比率が得られにくくなる。また、熱処理温度があまり低いとＮｂの回復温度まで到達しないために効果が得られにくく、逆に温度があまり高いと結晶粒が粗大化して、後工程での塑性加工性が低下する。絞め鍛造および据え込み鍛造後の熱処理はいずれも昇温速度を10℃/min以下とすることが好ましい。
【００３４】
次に、上記工程を経たＮｂ材に冷間圧延を施す。この冷間圧延は中間圧延工程と最終圧延工程に分け、各圧延工程後に熱処理を施すことが好ましい。中間圧延工程は厚さ方向の加工率が20％以下となるように実施する。このような圧延率（加工率）の段階で一旦熱処理を施す。熱処理は0.1Pa以下の真空雰囲気中にて1200〜1500℃の温度で5〜10時間実施することが好ましい。このような熱処理を施すことによって、冷間圧延に伴う転移のずれが回復され、(200)面の比率を低下させることができる。この際の熱処理温度があまり低いと(200)面の低減効果を十分に得ることができず、逆に温度があまり高いと結晶粒径が粗大化し、後工程において粒界破断を起こす要因になると共に、所望の結晶方位比率が得られにくくなる。
【００３５】
続いて、上記した中間圧延材を最終板厚まで冷間圧延（最終圧延）する。この際の加工率は例えばトータルで25％以上とするが、1回当りの加工率（圧延率）は10％以下とすることが好ましい。1回当りの加工率が10％を超えると、ターゲット素材（Ｎｂ素材）に与えられる歪が部位によって不均一となるため、ターゲット表面の結晶方位比率のばらつきが大きくなる。
【００３６】
この後、上記した冷間圧延材に対して0.1Pa以下の真空雰囲気中にて1200〜1600℃の温度で5〜10時間の熱処理を施す。この際の昇温速度は5℃/min以下とすることが好ましい。このような条件下で熱処理を施すことによって、ターゲット表面の(110)面を主ピークとする配向制御を行うことができ、所望の結晶方位比率が得られる。この際の熱処理温度が1200℃未満であったり、また加工時間が5時間未満であると十分に結晶面の配向制御を行うことができず、所望の結晶方位比率が得られない。一方、熱処理温度が1600℃を超えたり、また加工時間が10時間を超えると結晶粒径が粗大化し、後工程において粒界破断を起こす要因になると共に、所望の結晶方位比率が得られにくくなる。
【００３７】
上述したような加工条件および熱処理条件でＮｂターゲットの基となるターゲット素材を加工することによって、(110)面の結晶方位比率を40％以上とすると共に、(200)面の結晶方位比率を30％以下に再現性よく制御することができる。また、これら各結晶方位比率のばらつきについても同様に再現性よく制御することができる。
【００３８】
そして、このようにして得たＮｂターゲット素材を所定の形状に機械加工し、さらに例えばＡｌやＣｕからなるバッキングプレートと接合することで、目的とするスパッタリングターゲット（Ｎｂターゲット）が得られる。バッキングプレートとの接合には一般的な拡散接合やソルダー接合を適用することができる。ソルダー接合を適用する場合には、公知のＩｎ系やＳｎ系の接合材を介してバッキングプレートと接合する。また、拡散接合の温度は600℃以下とすることが好ましい。
【００３９】
本発明のスパッタリングターゲット（Ｎｂターゲット）は、例えば反射防止膜の高屈折率膜などとして用いられるＮｂ酸化膜（ＮｂＯ_x膜）の成膜に好適に使用されるものである。ＮｂＯ_x膜は本発明のＮｂターゲットを用いて、例えばＡｒとＯ₂の混合ガス中で反応性スパッタを行うことにより得ることができる。また、本発明のＮｂターゲットを用いてＮｂ膜をスパッタ成膜し、これにプラズマ酸化処理を施してＮｂＯ_x膜を形成することもできる。
【００４０】
上述したようなＮｂＯ_x膜（あるいはＮｂ膜）の成膜にあたって、本発明のスパッタリングターゲット（Ｎｂターゲット）によれば、成膜速度並びにそれに基づく膜厚をターゲットの初期状態からライフエンド近くまで安定に保つことができるため、ターゲットの使用時間の経過に伴う膜厚のばらつきを大幅に低減することができる。これによって、膜厚に強く依存するＮｂ酸化膜の屈折率を安定化することことが可能となるため、例えば反射防止膜の品質や生産性を向上させることができる。これは反射防止膜を有するディスプレイ装置などの各種装置や部品の品質や製造歩留りの向上に大きく寄与するものである。
【００４１】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例およびその評価結果について述べる。
【００４２】
実施例１
純度3NのＥＢ溶解製Ｎｂインゴット（直径230mm×Ｌmm）を用意し、このＮｂインゴットに対して径方向への加工率を52％に設定した絞め鍛造を施して、直径110mm×ＬmmのＮｂ素材を作製した。次いで、このＮｂ素材に排気真空度を0.067Paとした真空雰囲気中にて1500℃×6hrの条件で熱処理を施した。この際の昇温速度は10℃/minとした。
【００４３】
次いで、熱処理後のＮｂ素材を直径110mm×60mmのサイズに切断し、これに厚さ方向への加工率を62％に設定したすえ込み鍛造を施して、110×229×23mmの形状を有するＮｂ素材を作製した。このＮｂ素材に排気真空度を0.067Paとした真空雰囲気中にて1400℃×5hrの条件で熱処理（昇温速度：10℃/min）を施した。
【００４４】
次に、上記した鍛造処理および熱処理により得たＮｂ素材に、厚さ方向への加工率を15％とした中間冷間圧延（1回の圧延率：5％）を施して、110×269×19mmの形状を有するＮｂ素材を作製した。このＮｂ素材に排気真空度を0.13Paとした真空雰囲気中にて1200℃×5hrの条件で熱処理（昇温速度：5℃/min）を施した。
【００４５】
さらに、上記した熱処理後の中間冷間圧延材に、1回の圧延率を5％に設定した最終冷間圧延（厚さ方向への加工率：50％）を施して、110×522×10mmの形状を有するＮｂ素材を作製した。このＮｂ素材に排気真空度を0.13Paとした真空雰囲気中にて1400℃×10hrの条件で熱処理（昇温速度：5℃/min）を施して、ターゲット用Ｎｂ素材を得た。
【００４６】
このようにして得たターゲット用Ｎｂ素材を100×500×8mmの形状に機械加工した後、ソルダー接合法を用いて無酸素銅製バッキングプレートと接合して、目的とするＮｂスパッタリングターゲットを作製した。このＮｂスパッタリングターゲットの表面（スパッタ面）における(110)面の結晶方位比率とそのばらつき、および(200)面の結晶方位比率とそのばらつきを、前述した方法（ＸＲＤ測定）にしたがって測定した。表１および表２にターゲットの製造条件を、また表３にターゲット表面の結晶方位比率とそのばらつきの測定結果を示す。このようなＮｂスパッタリングターゲットを後述する特性評価に供した。
【００４７】
なお、ターゲット表面（スパッタ面）の結晶方位比率の測定については、まず各サンプル（前述した試験片）の表面を＃120から研磨を行って、＃400で仕上げした表面状態でＸＲＤ測定を実施した。ＸＲＤ測定は理学社製のＸＲＤ装置・ＲＡＤ−Ｂを用いて行った。測定条件は、Ｘ線：Ｃｕκ-α1、管電圧：50V、管電流：100A、発散スリット：1deg、散乱スリット：1deg、受光スリット：0.15mm、走査モード：連続、スキャンスピード：5°/min、スキャンステップ：0.05°、測定角度：30〜110°、走査軸：2θ／θ、オフセット：0°、固定角：0°、ゴニオメータ：縦型ゴニオメータ2軸、である。
【００４８】
実施例２〜６、参考例１〜６
実施例１と同様なＥＢ溶解製Ｎｂインゴット（実施例６については純度2N）を用いると共に、表１および表２に示す各加工条件および熱処理条件にしたがって、それぞれ実施例１と同様にしてターゲット用Ｎｂ素材を作製した。これら各ターゲット用Ｎｂ素材を100×500×8mmの形状に機械加工した後、ソルダー接合法を用いて無酸素銅製バッキングプレートと接合して、目的とするＮｂスパッタリングターゲットをそれぞれ作製した。
【００４９】
このようにして得た各Ｎｂスパッタリングターゲット表面の(110)面の結晶方位比率とそのばらつき、および(200)面の結晶方位比率とそのばらつきを、実施例１と同様にして測定した。表３にターゲット表面の結晶方位比率とそのばらつきの測定結果を示す。また、これらの各Ｎｂスパッタリングターゲットを後述する特性評価に供した。
【００５０】
比較例１
純度3NのＥＢ溶解製Ｎｂインゴット（直径230mm×Ｌmm）を用意し、このＮｂインゴットに対して径方向への加工率を52％に設定した絞め鍛造を施して、直径110mm×ＬmmのＮｂ素材を作製した。次いで、このＮｂ素材に排気真空度を0.067Paとした真空雰囲気中にて1400℃×10hrの条件で熱処理（昇温速度：10℃/min）を施した。
【００５１】
次いで、熱処理後のＮｂ素材を直径110mm×60mmのサイズに切断し、これに厚さ方向への加工率を57％に設定したすえ込み鍛造を施して、110×202×26mmの形状を有するＮｂ素材を作製した。このＮｂ素材に排気真空度を0.067Paとした真空雰囲気中にて1500℃×10hrの条件で熱処理（昇温速度：10℃/min）を施した。
【００５２】
次に、上記した鍛造処理および熱処理により得たＮｂ素材に、厚さ方向への加工率を50％とした中間冷間圧延（1回の圧延率：5％）を施して、110×405×13mmの形状を有するＮｂ素材を作製した。このＮｂ素材に排気真空度を0.13Paとした真空雰囲気中にて800℃×10hrの条件で熱処理（昇温速度：5℃/min）を施した。
【００５３】
さらに、上記した熱処理後の中間冷間圧延材に、1回の圧延率を20％に設定した最終冷間圧延を施して、110×522×10mmの形状を有するＮｂ素材を作製した。このＮｂ素材に排気真空度を0.13Paとした真空雰囲気中にて800℃×10hrの条件で熱処理（昇温速度：5℃/min）を施して、ターゲット用Ｎｂ素材を得た。
【００５４】
このようにして得たターゲット用Ｎｂ素材を100×500×8mmの形状に機械加工した後、ソルダー接合法を用いて無酸素銅製バッキングプレートと接合して、目的とするＮｂスパッタリングターゲットを作製した。このようにして得たＮｂスパッタリングターゲット表面の(110)面の結晶方位比率とそのばらつき、および(200)面の結晶方位比率とそのばらつきを、実施例１と同様にして測定した。このＮｂスパッタリングターゲットを後述する特性評価に供した。
【００５５】
比較例２〜１２
上記した比較例１と同様に、表１および表２に示す各加工条件および熱処理条件にしたがって、それぞれターゲット用Ｎｂ素材を作製した。これら各ターゲット用Ｎｂ素材を100×500×8mmの形状に機械加工した後、ソルダー接合法を用いて無酸素銅製バッキングプレートと接合して、目的とするＮｂスパッタリングターゲットをそれぞれ作製した。
【００５６】
このようにして得た各Ｎｂスパッタリングターゲット表面の(110)面の結晶方位比率とそのばらつき、および(200)面の結晶方位比率とそのばらつきを、実施例１と同様にして測定した。表３にターゲット表面の結晶方位比率とそのばらつきの測定結果を示す。また、これらの各Ｎｂスパッタリングターゲットを後述する特性評価に供した。
【００５７】
【表１】

【００５８】
【表２】

【００５９】
【表３】

【００６０】
上述した実施例１〜６、参考例１〜６、および比較例１〜１２の各Ｎｂスパッタリングターゲットを用いて、スパッタ方式：ＤＣスパッタ、出力ＤＣ：2kW、背圧：1×10^-5 Pa、基板−ターゲット間距離：100mm、Ａｒ：5sccm、Ｏ2：10sccmの条件下で、それぞれＮｂ酸化膜（ＮｂＯ_x膜）をスパッタ成膜した。このＮｂ酸化膜のスパッタ成膜工程において、積算電力が1kwh、100kwh、500kwhとなった時点の成膜速度をそれぞれ測定した。成膜速度は接触式膜厚測定器（αステップ）を用いて膜厚を測定し、この膜厚から求めた。さらに、上記した各時点でのＮｂ酸化膜の面内膜厚分布を測定した。これらの測定結果を表４に示す。
【００６１】
なお、Ｎｂ酸化膜の面内膜厚分布は、まず長方形の基板の中心部（位置1）、4つの角部（位置2〜5）、中心部と各角部とを結ぶ直線を3等分した各位置（位置6〜13）、外周の各辺を2等分した各位置（位置14〜17）において、それぞれＮｂ酸化膜の膜厚を測定する。これら膜厚の測定値から最大値と最小値を求め、その最大値と最小値から｛（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）｝×100（％）の式に基づいて、Ｎｂ酸化膜の膜厚分布を算出した。
【００６２】
【表４】

【００６３】
表４から明らかなように、実施例１〜６の各Ｎｂスパッタリングターゲットを用いることによって、ターゲットの使用初期からライフエンド近くまでの成膜速度をほぼ一定に維持することができる。これによって、Ｎｂ酸化膜の膜厚のばらつきを大幅に低減することができる。さらに、Ｎｂ酸化膜の面内膜厚分布についても良好な結果が得られている。一方、比較例１〜１２からはＮｂターゲット表面の(110)面の結晶方位比率が40％未満、もしくは(200)面の結晶方位比率が30％を超える場合には、いずれも成膜速度の経時的な変化（低下）が大きいことが分かる。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＮｂスパッタリングターゲットによれば、スパッタ成膜時における成膜速度の経時的な変化を低減することができるため、例えば反射防止膜の形成工程などにおける膜厚のばらつきの発生を抑制することが可能となる。従って、このような本発明のＮｂスパッタリングターゲットを用いることによって、例えば反射防止膜に用いられるＮｂＯ_x膜やＮｂ膜の品質や生産性の向上を図ることができる。

Claims

酸化ニオブ膜の形成用として用いられる、Ｎｂ材からなるスパッタリングターゲットであって、
前記ターゲットのスパッタ面における(110)面の結晶方位比率が40％以上82.5 ％以下であると共に、(200)面の結晶方位比率が6.6 ％以上30％以下であり、かつ前記スパッタ面全体としての前記(110)面の結晶方位比率のばらつきが8.8 ％以上30％以下であると共に、前記(200)面の結晶方位比率のばらつきが18.5 ％以上50％以下であることを特徴とするスパッタリングターゲット。
請求項１記載のスパッタリングターゲットにおいて、
前記ターゲットはバッキングプレートと接合されていることを特徴とするスパッタリングターゲット。
請求項１または請求項２記載のスパッタリングターゲットにおいて、
前記ターゲットは反射防止膜における高屈折率膜の形成用として用いられることを特徴とするスパッタリングターゲット。