JP4473850B2 - スパッタリングターゲットの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば反射防止膜における高屈折率膜の形成等に好適に用いられるスパッタリングターゲットの製造方法に関する。

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等の表示部、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等の様々な分野で使用されている。

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、電界放出型冷陰極等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。

ところで、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的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法が採用されはじめている。

また、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膜が使用されるようになってきている（特許文献１参照）。Ｎｂ₂Ｏ₅膜はＴｉＯ_x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に優れると共に、反応性スパッタの安定性に優れる等の特徴を有するためである。

Ｎｂ₂Ｏ₅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酸化物膜（Ｎｂ₂Ｏ₅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)Ｎｂ₂Ｏ₅ターゲットを高周波スパッタして酸化物膜（Ｎｂ₂Ｏ₅膜）を成膜する方法、等が知られているが、主として(1)および(2)の方法が適用されている。

上述したように、反射防止膜は高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に成膜して多層化することにより形成されるため、1つの製品を完成させるために時間を要している。特に、反射防止膜をディスプレイ装置の表示面に形成する場合、対象物は携帯電話やＰＤＡ、パソコン用モニター等の大量生産性が求められる製品であるため、反射防止膜の形成工程においては量産性が重要となる。

そこで、反射防止膜の形成工程では量産性を阻害する要因を極力取り除くことが求められる。スパッタ装置における成膜時のトラブルとしては、スパッタ異常による成膜停止、ガラスやプラスチック類等の基板破損、装置のシステム異常等、種々の原因に基づくものが挙げられる。このような各種要因に基づく成膜時の装置トラブルのうち、統計的に見てスパッタ時の異常放電による放電停止が成膜トラブルの最大の原因になっている。

スパッタ成膜時に異常放電が発生すると、スパッタ装置電源の電圧モニターが異常を感知して自動的に放電を停止してしまう。このような異常放電によるスパッタ装置の放電停止がディスプレイ装置等の量産ラインで発生すると、多量の不良品を生じさせることになり、ディスプレイ装置の歩留り低下やコスト増を招いてしまう。また、異常放電による放電停止はスパッタ装置の稼働率の低下原因となるため、この点からも製造コストを増加させることになる。

このようなことから、Ｎｂターゲットを用いて反射防止膜用のＮｂ₂Ｏ₅膜等をスパッタ成膜する工程においては、異常放電による放電停止の減少等を図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等に使用されるＮｂ膜の形成用ターゲット等が提案されており（特許文献２参照）、例えばダスト発生の抑制等を目的として、不純物量の低減、結晶粒径や結晶粒度の制御等が行われている。しかし、これらのターゲット特性を制御しただけでは異常放電を十分に抑制することができず、結果的に従来のＮｂターゲットでは異常放電が頻繁に発生している。
特開平11-171596号公報 特開2000-104164号公報

本発明の目的は、異常放電の発生回数を減少させることによって、例えば反射防止膜等の形成工程における製造歩留まりの向上と製造コストの低減等を図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）の製造方法を提供することにある。

本発明のスパッタリングターゲットの製造方法は、Ｎｂ材からなるスパッタリングターゲットの製造方法であって、Ｎｂインゴットを作製する工程と、前記Ｎｂインゴットに絞め鍛造とすえ込み鍛造を施す工程と、前記鍛造工程を経たＮｂ材を1回当りの加工率が10％以下となるように圧延処理する工程と、前記圧延工程を経たＮｂ材を0.1Pa以下の真空雰囲気中にて1200〜1600℃の温度で5〜10時間の条件で熱処理する工程とを具備することを特徴としている。

本発明の製造方法によれば、スパッタ成膜時における異常放電の発生回数を大幅に減少させたＮｂスパッタリングターゲットを得ることができる。従って、このような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Ｎｂ₂Ｏ₅膜やＮｂ膜の形成工程における製造歩留まりの向上と製造コストの低減等を図ることが可能となる。

本発明者等は前述した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する際の異常放電の回数と各種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ターゲットの硬度とそのばらつきが異常放電の発生回数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、Ｎｂターゲットの硬度とそのばらつきを適切な値に制御することによって、Ｎｂターゲットを用いたスパッタ成膜時の異常放電の回数を大幅に低減することが可能であることを見出した。

以下、本発明を実施するための形態について詳述する。本発明の製造方法により得られる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り、例えば反射防止膜における高屈折率膜等に好適な酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）膜の形成等に適用されるものである。ここで、スパッタリングターゲットを構成するＮｂ材には、反射防止膜等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等の元素の各含有量（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。

上述したようなＮｂ材からなるスパッタリングターゲット（Ｎｂターゲット）において、ターゲットのビッカース硬さをHv70〜130の範囲とすると共に、ターゲット全体としてのビッカース硬さのばらつきを30％以下に制御する。このようなＮｂターゲットの硬度およびそのばらつきの制御に基づいて、スパッタ成膜時に発生する異常放電の発生回数を大幅に低減することが可能となる。

すなわち、連続成膜工程での異常放電の発生回数を低減させるためには、スパッタ成膜時に常時ターゲットへ印加される電圧値を一定とし、かつターゲット全体での印加電圧値も均一とすることが重要なポイントとなる。これまではＮｂターゲットの結晶粒径や粒度分布、不純物量等が制御されてきたが、いずれの特性を制御しても異常放電の十分な抑制は実現されていない。そこで、異常放電の発生回数を低減して、安定的なスパッタ放電を持続させることが可能であるか検討した結果、ターゲットの硬度およびそのばらつきを制御することが重要であることを見出した。

通常、スパッタ成膜時にはＡｒ等の希ガスイオンをターゲットに衝突させ、ターゲットの構成原子やクラスタを弾き出すことにより成膜が進む。このようなスパッタ成膜工程において、Ｎｂターゲットの硬度がビッカース硬さでHv130を超えると、Ａｒイオンの衝撃に対してＮｂターゲット自体の硬度が高すぎるために、Ａｒイオンが衝突してもＮｂターゲットの構成原子やクラスタ等を弾き出す効率が低下してしまう。その結果として、Ｎｂターゲットの表面に運動エネルギーを交換することができなかったＡｒ⁺イオンが帯電してしまい、この帯電が異常放電を引き起こすことになる。

一方、Ｎｂターゲットの硬度がビッカース硬さでHv70未満であると、ＡｒイオンがＮｂターゲットに衝突した際に表面に打ち込まれてしまい、その部分がＡｒ⁺イオンによりプラスに帯電してしまう。その結果として、スパッタ成膜過程で異常放電を引き起こすことになる。ここで、Ａｒイオンによる衝撃の度合いやスパッタレート等は各種物質により異なる。本発明はＮｂターゲットの硬度と異常放電との関係を見出したものであり、ビッカース硬さがHv130を超える場合の帯電やビッカース硬さがHv70未満の場合のイオン打ち込み（並びにそれに伴う帯電）は、Ｎｂターゲットに関する現象である。

上述したように、Ｎｂターゲットの硬度が高すぎても、また低すぎても帯電現象が起こり、これらによって異常放電が引き起こされてしまう。このような現象を見出したことに基づいて、Ｎｂターゲットのビッカース硬さをHv70〜130の範囲に制御する。このような硬度を有するＮｂターゲットを使用することによって、Ａｒ⁺イオンによる表面帯電やＡｒ⁺イオンの打ち込みによる帯電等を抑制することができるため、Ｎｂターゲットの帯電に伴う異常放電を再現性よく防ぐことが可能となる。Ｎｂターゲットの硬度は帯電現象をより確実に防ぐことが可能なビッカース硬さとしてHv80〜120の範囲とすることがさらに好ましく、望ましくはHv85〜125の範囲である。

さらに、Ｎｂターゲットのビッカース硬さが上述したHv70〜130の範囲であったとしても、ターゲット全体としてビッカース硬さにばらつきが生じていると、同様に帯電現象の原因となるため、その結果として異常放電が生じやすくなる。すなわち、ターゲット全体として硬度にばらつきが生じていると、硬い部位と軟らかい部位との間でＡｒイオンや酸素イオン等の打ち込み量に差が生じ、ターゲットに印加される電圧値にもばらつきが発生する。その結果として、ターゲット表面の各部位が帯電してしまい、Ｎｂターゲットを用いたスパッタ成膜時に異常放電を引き起こすことになる。

このような現象を見出したことに基づいて、Ｎｂターゲットのターゲット全体としてのビッカース硬さのばらつきを30％以下に制御する。Ｎｂターゲット全体の硬度を均一化することによって、電圧値のばらつきによる帯電を抑制することができるため、異常放電を再現性よく防ぐことが可能となる。Ｎｂターゲット全体としてのビッカース硬さのばらつきは、電圧値のばらつきによる帯電現象をより確実に防ぐために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。

上述したように、Ｎｂターゲットのビッカース硬さをHv70〜130の範囲とすると共に、Ｎｂターゲット全体としてのビッカース硬さのばらつきを30％以下に制御することによって、スパッタ成膜時における異常放電を抑制し、安定してスパッタ放電を維持することが可能となる。スパッタ放電を安定的に持続させることによって、異常放電に伴うスパッタ装置の異常停止（装置トラブル）や製品不良の発生を抑制することができる。

本発明で規定するＮｂターゲットのビッカース硬さは、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、例えばターゲットが円盤状の場合、ターゲットの中心部と、中心部を通り円周を均等に分割した4本の直線上の中心部から50％の距離の各位置（計8個所）、および中心部から90％の距離の各位置（計8個所）の合計17個所からそれぞれ試験片（長さ15mm×幅15mm）を採取し、これら17個の試験片のビッカース硬さをそれぞれ測定し、これらの測定値の平均値をＮｂターゲットのビッカース硬さとする。

さらに、Ｎｂターゲット全体としてのビッカース硬さのばらつきは、上記した各試験片のビッカース硬さ（各測定値）の最大値と最小値から、｛（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）｝×100（％）に基づいて求めるものとする。各試験片のビッカース硬さの測定はビッカース硬さ試験機を用いて、荷重200g、荷重付加時間15秒の条件下で行うものとし、また各試験片のビッカース硬さ測定を5回行い、その平均値を各試験片のビッカース硬さとする。

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等を満足させる以外は特に限定されるものではなく、公知の方法を適用して作製することができる。ここで、スパッタリングターゲットの硬さは、基本的には構成材料の特有の硬度に基づくものであるが、例えばインゴットからターゲットまで加工する際の加工条件（例えば加工率）、さらに加工途中や最終的に施す熱処理条件も大きく影響する。ターゲット全体としての硬さのばらつきも同様である。従って、Ｎｂターゲットのビッカース硬さを所定の範囲に制御すると共に、ターゲット全体のばらつきを低減するためには、以下に示す加工条件や熱処理条件を適用することが重要となる。

まず、電子ビーム溶解（ＥＢ溶解）等により作製された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。このＮｂインゴットに絞め鍛造（径方向）とすえ込み鍛造（厚さ方向）を施す。Ｎｂインゴットに対して2方向以上から鍛造することによって、ターゲットを作製した際の硬さのばらつきを低減することができる。

絞め鍛造は径方向の加工率が30％以上となるように実施することが好ましい。このような絞め鍛造は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。このような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。これはＮｂ材の硬度の均一化に有効である。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。

次いで、上記Ｎｂ材に厚さ（高さ）方向の加工率を50％以上に設定したすえ込み鍛造を実施し、さらに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。ここで、すえ込み鍛造の加工率があまり低いと加えられる歪量が小さく、所望の歪量を得ることができない。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。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。このような条件下でのすえ込み鍛造および熱処理によって、Ｎｂ材の硬度はさらに均一化される。さらに、すえ込み鍛造後の熱処理によって、鍛造により与えられた歪を回復させる。加工歪は硬度の増加やばらつきの原因となる。

次に、上記工程を経たＮｂ材に冷間圧延を施す。この冷間圧延における加工率はトータルで30％以上とするが、1回当りの加工率（圧延率）は10％以下として実施する。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り、これによって硬さにばらつきが生じる。従って、冷間圧延時の加工率（圧延率）を制御することで、ターゲット素材（Ｎｂ素材）の各部位に所定の歪を均一に与えることが重要であり、これによりＮｂターゲットの硬度のばらつきを抑制することが可能となる。

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して、冷間圧延により生じた歪を回復させることによって、所望のビッカース硬さを有すると共に、そのばらつきを低減したＮｂターゲット素材を得ることができる。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時間未満であると歪の回復が不十分となり、Ｎｂ素材のビッカース硬さがHv130を超えるおそれが大きい。一方、熱処理温度が1600℃を超えたり、また加工時間が10時間を超えると逆に軟らかくなりすぎて、Ｎｂ素材のビッカース硬さがHv70未満となるおそれがある。これらの場合には硬さのばらつきも大きくなる。

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、ビッカース硬さをHv70〜130の範囲とすると共に、ターゲットとした場合のビッカース硬さのばらつきを30％以下に再現性よく制御することができる。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。

本発明の製造方法により得られる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等として用いられる酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）膜の成膜に好適に使用されるものである。Ｎｂ₂Ｏ₅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ることができる。また、本発明の製造方法に基づいて作製した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Ｎｂ₂Ｏ₅膜を形成することもできる。

上述したようなＮｂ₂Ｏ₅膜（あるいはＮｂ膜）の成膜にあたって、本発明の製造方法により得られるスパッタリングターゲット（Ｎｂターゲット）によれば異常放電の発生が抑制され、スパッタ放電を安定して維持することができるため、伴うスパッタ装置の異常停止（装置トラブル）や製品不良の発生を抑制することが可能となる。これによって、反射防止膜を有するディスプレイ装置等の各種装置や部品の製造歩留りの向上、並びに製造コストの低減を実現することができる。

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。

実施例１
純度3NのＥＢ溶解製Ｎｂインゴット（直径230mm×50mm）を用意し、このＮｂインゴットに絞め鍛造（径方向への加工率：52％）を施して、直径110mm×220mmのＮｂ材を作製した。次いで、このＮｂ材に排気真空度を0.067Paとした真空雰囲気下にて1400℃×10hr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。

次に、熱処理後のＮｂ材を直径110mm×40mmのサイズに切断し、これにすえ込み鍛造（厚さ方向への加工率：57％）を施して、直径150mm×20mmのＮｂ材を作製した。このＮｂ材に排気真空度を0.067Paとした真空雰囲気下にて1500℃×10hrの条件で熱処理（昇温速度：10℃/min）を施した。

次いで、上記した鍛造処理および熱処理により得たＮｂ材に、1回の圧延率を5％、厚さ方向への加工率を50％に設定した冷間圧延を施して、直径200mm×10mmのＮｂ材を作製した。このＮｂ材に排気真空度を0.13Paとした真空雰囲気下にて1400℃×10hrの条件で熱処理（昇温速度：5℃/min）を施して、ターゲット用のＮｂ素材を作製した。

このようにして得たターゲット用Ｎｂ素材を、直径180mm×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ビッカース硬さを前述した方法（測定装置：島津製作所製HMV-2000）にしたがって測定した。その結果、ビッカース硬さ（平均値）はHv101、ビッカース硬さのばらつきは5.7％であった。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。なお、表１にターゲットの製造条件を、また表２にターゲットのビッカース硬さとそのばらつきを示す。

実施例２
純度3NのＥＢ溶解製Ｎｂインゴット（直径230mm×50mm）に絞め鍛造（径方向への加工率：52％）を施して、直径110mm×220mmのＮｂ材を作製した。次いで、このＮｂ材に排気真空度を0.067Paとした真空雰囲気下にて1300℃×10hr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。

次に、熱処理後のＮｂ材を直径110mm×40mmのサイズに切断し、これにすえ込み鍛造（厚さ方向への加工率：62.5％）を施して、直径170mm×15mmのＮｂ材を作製した。このＮｂ材に排気真空度を0.067Paとした真空雰囲気下にて1300℃×10hrの条件で熱処理（昇温速度：10℃/min）を施した。

次いで、上記した鍛造処理および熱処理により得たＮｂ材に、1回の圧延率を2％、厚さ方向への加工率を33％に設定した冷間圧延を施して、直径200mm×10mmのＮｂ材を作製した。このＮｂ材に排気真空度を0.13Paとした真空雰囲気下にて1400℃×10hrの条件で熱処理（昇温速度：5℃/min）を施して、ターゲット用のＮｂ素材を作製した。

このようにして得たターゲット用Ｎｂ素材を、直径180mm×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ビッカース硬さを前述した方法にしたがって測定した。その結果、ビッカース硬さ（平均値）はHv113、ビッカース硬さのばらつきは10.6％であった。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。

実施例３
純度3NのＥＢ溶解製Ｎｂインゴット（直径230mm×50mm）に絞め鍛造（径方向への加工率：52％）を施して、直径110mm×220mmのＮｂ材を作製した。次いで、このＮｂ材に排気真空度を0.067Paとした真空雰囲気下にて1600℃×10hr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。

次に、熱処理後のＮｂ材を直径110mm×40mmのサイズに切断し、これにすえ込み鍛造（厚さ方向への加工率：57％）を施して、直径170mm×15mmのＮｂ材を作製した。このＮｂ材に排気真空度を0.067Paとした真空雰囲気下にて1600℃×10hrの条件で熱処理（昇温速度：10℃/min）を施した。

次いで、上記した鍛造処理および熱処理により得たＮｂ材に、1回の圧延率を9％、厚さ方向への加工率を50％に設定した冷間圧延を施した。このＮｂ材に排気真空度を0.13Paとした真空雰囲気下にて1600℃×10hrの条件で熱処理（昇温速度：5℃/min）を施して、ターゲット用のＮｂ素材を作製した。

このようにして得たターゲット用Ｎｂ素材を、直径180mm×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ビッカース硬さを前述した方法にしたがって測定した。その結果、ビッカース硬さ（平均値）はHv73.2、ビッカース硬さのばらつきは15.2％であった。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。

実施例４
純度3NのＥＢ溶解製Ｎｂインゴット（直径230mm×50mm）に絞め鍛造（径方向への加工率：60％）を施して、直径92mm×ＬmmのＮｂ材を作製した。次いで、このＮｂ材に排気真空度を0.067Paとした真空雰囲気下にて1200℃×10hr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。

次に、熱処理後のＮｂ材を直径92mm×50mmのサイズに切断し、これにすえ込み鍛造（厚さ方向への加工率：67％）を施して、直径160mm×16.5mmのＮｂ材を作製した。このＮｂ材に排気真空度を0.067Paとした真空雰囲気下にて1200℃×10hrの条件で熱処理（昇温速度：10℃/min）を施した。

次いで、上記した鍛造処理および熱処理により得たＮｂ材に、1回の圧延率を5％、厚さ方向への加工率を40％に設定した冷間圧延を施した。このＮｂ材に排気真空度を0.13Paとした真空雰囲気下にて1200℃×10hrの条件で熱処理（昇温速度：5℃/min）を施して、ターゲット用のＮｂ素材を作製した。

このようにして得たターゲット用Ｎｂ素材を、直径180mm×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ビッカース硬さを前述した方法にしたがって測定した。その結果、ビッカース硬さ（平均値）はHv127.7、ビッカース硬さのばらつきは28.1％であった。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。

実施例５
純度3NのＥＢ溶解製Ｎｂインゴット（直径230mm×50mm）に絞め鍛造（径方向への加工率：60％）を施して、直径92mm×310mmのＮｂ材を作製した。次いで、このＮｂ材に排気真空度を0.067Paとした真空雰囲気下にて1500℃×10hr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。

次に、熱処理後のＮｂ材を直径92mm×50mmのサイズに切断し、これにすえ込み鍛造（厚さ方向への加工率：50％）を施して、直径130mm×25mmのＮｂ材を作製した。このＮｂ材に排気真空度を0.067Paとした真空雰囲気下にて1400℃×10hrの条件で熱処理（昇温速度：10℃/min）を施した。

次いで、上記した鍛造処理および熱処理により得たＮｂ材に、1回の圧延率を4％、厚さ方向への加工率を67％に設定した冷間圧延を施した。このＮｂ材に排気真空度を0.13Paとした真空雰囲気下にて1500℃×10hrの条件で熱処理（昇温速度：5℃/min）を施して、ターゲット用のＮｂ素材を作製した。

このようにして得たターゲット用Ｎｂ素材を、直径180mm×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ビッカース硬さを前述した方法にしたがって測定した。その結果、ビッカース硬さ（平均値）はHv92.2、ビッカース硬さのばらつきは22.4％であった。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。

実施例６
純度3NのＥＢ溶解製Ｎｂインゴット（直径230mm×50mm）に絞め鍛造（径方向への加工率：43％）を施して、直径130mm×155mmのＮｂ材を作製した。次いで、このＮｂ材に排気真空度を0.067Paとした真空雰囲気下にて1600℃×10hr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。

次に、熱処理後のＮｂ材を直径130mm×28mmのサイズに切断し、これにすえ込み鍛造（厚さ方向への加工率：36％）を施して、直径160mm×18mmのＮｂ材を作製した。このＮｂ材に排気真空度を0.067Paとした真空雰囲気下にて1500℃×10hrの条件で熱処理（昇温速度：10℃/min）を施した。

次いで、上記した鍛造処理および熱処理により得たＮｂ材に、1回の圧延率を10％、厚さ方向への加工率を50％に設定した冷間圧延を施した。このＮｂ材に排気真空度を0.13Paとした真空雰囲気下にて1300℃×10hrの条件で熱処理（昇温速度：5℃/min）を施して、ターゲット用のＮｂ素材を作製した。

このようにして得たターゲット用Ｎｂ素材を、直径180mm×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ビッカース硬さを前述した方法にしたがって測定した。その結果、ビッカース硬さ（平均値）はHv106、ビッカース硬さのばらつきは8.8％であった。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。

比較例１
上記した実施例１において、冷間圧延時の1回の圧延率を20％に設定すると共に、冷間圧延後の熱処理条件を800℃×10hrに変更する以外は、実施例１と同一条件でターゲット用Ｎｂ素材を作製した。このターゲット用Ｎｂ素材を直径180mm×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ビッカース硬さを前述した方法にしたがって測定した。その結果、ビッカース硬さ（平均値）はHv144.4、ビッカース硬さのばらつきは40.2％であった。この比較例１では、冷間圧延時の1回当りの圧延率が高く、Ｎｂ材に歪が不均一に加わっているために、ビッカース硬さのばらつきが大きく、また最終的な熱処理条件が不十分であるために、ビッカース硬さが高くなっている。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。

比較例２
上記した実施例１において、冷間圧延時の1回の圧延率を50％に設定すると共に、冷間圧延後の熱処理条件を1000℃×10hrに変更する以外は、実施例１と同一条件でターゲット用Ｎｂ素材を作製した。このターゲット用Ｎｂ素材を直径180mm×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のビッカース硬さを前述した方法にしたがって測定した結果、ビッカース硬さ（平均値）はHv136.6、ビッカース硬さのばらつきは35.4％であった。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。

比較例３
上記した実施例４において、絞め鍛造後の熱処理条件を800℃×10hr、すえ込み鍛造後の熱処理条件を1000℃×10hr、冷間圧延時の1回の圧延率を30％、および冷間圧延後の熱処理条件を900℃×10hrに変更する以外は、実施例４と同一条件でターゲット用Ｎｂ素材を作製した。このターゲット用Ｎｂ素材を直径180mm×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のビッカース硬さを前述した方法にしたがって測定した結果、ビッカース硬さ（平均値）はHv152.2、ビッカース硬さのばらつきは48.6％であった。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。

比較例４
上記した実施例６において、絞め鍛造後の熱処理条件を600℃×10hr、すえ込み鍛造後の熱処理条件を500℃×10hr、冷間圧延時の1回の圧延率を20％に変更すると共に、冷間圧延後の熱処理を省く以外は、実施例６と同一条件でターゲット用Ｎｂ素材を作製した。このターゲット用Ｎｂ素材を直径180mm×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のビッカース硬さを前述した方法にしたがって測定した結果、ビッカース硬さ（平均値）はHv155、ビッカース硬さのばらつきは52.2％であった。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。

比較例５
上記した実施例６において、絞め鍛造後の熱処理条件を1800℃×10hr、すえ込み鍛造後の熱処理条件を1800℃×10hr、冷間圧延時の1回の圧延率を20％、および冷間圧延後の熱処理条件を1800℃×10hrに変更する以外は、実施例６と同一条件でターゲット用Ｎｂ素材を作製した。ターゲット用Ｎｂ素材を直径180mm×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のビッカース硬さを前述した方法にしたがって測定した結果、ビッカース硬さ（平均値）はHv60.4、ビッカース硬さのばらつきは46.2％であった。この比較例５では、冷間圧延時の1回当りの圧延率が高く、Ｎｂ材に歪が不均一に加わっているために、ビッカース硬さのばらつきが大きく、また最終的な熱処理条件が高すぎるために、ビッカース硬さが低くなりすぎている。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。

比較例６
純度3NのＥＢ溶解製Ｎｂインゴット（直径230mm×50mm）に絞め鍛造（径方向への加工率：52％）を施して、直径110mm×220mmのＮｂ材を作製した。このＮｂ材を熱処理せずに直径110mm×40mmのサイズに切断した後、1回の圧延率を30％、厚さ方向への加工率を75％に設定した冷間圧延を施して、直径200mm×10mmのＮｂ材を作製した。このＮｂ材に排気真空度を0.13Paとした真空雰囲気下にて1400℃×10hrの条件で熱処理（昇温速度：10℃/min）を施して、ターゲット用のＮｂ素材を作製した。

このようにして得たターゲット用Ｎｂ素材を直径180mm×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ビッカース硬さを前述した方法にしたがって測定した結果、ビッカース硬さ（平均値）はHv140.8、ビッカース硬さのばらつきは58.2％であった。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。

比較例７
純度3NのＥＢ溶解製Ｎｂインゴット（直径230mm×50mm）から直径200mm×10mmのＮｂ材を切り出し、このＮｂ素材を直径180mm×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のビッカース硬さを前述した方法にしたがって測定した結果、ビッカース硬さ（平均値）はHv66.4、ビッカース硬さのばらつきは70.2％であった。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。

上述した実施例１〜６および比較例１〜７の各Ｎｂスパッタリングターゲットをそれぞれ用いて、スパッタ方式：ＤＣスパッタ、出力ＤＣ：10kW、背圧：1×10^-5Pa、基板−ターゲット間距離：150mm、Ａｒ：5sccm、Ｏ₂：10sccm、放電時間：24hrの条件下でスパッタ放電を行い、その際の異常放電の発生回数および異常放電による放電停止回数を、マイクロアークモニタを使用して測定、調査した。その結果を表２に併せて示す。

表２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、スパッタ時の異常放電並びにそれに伴う放電停止回数を大幅に低減できることが分かる。一方、Ｎｂスパッタリングターゲットのビッカース硬さが高すぎる、もしくは低すぎると共に、ビッカース硬さのばらつきが大きい比較例１〜７の各Ｎｂスパッタリングターゲットでは、異常放電の発生回数が多く、それに伴って放電停止も頻繁に起こっていることが分かる。さらに、実施例１〜６の各Ｎｂスパッタリングターゲットを用いて、反応性スパッタにより成膜を実施したところ、それぞれ反射防止膜の高屈折率膜等に有用なＮｂ₂Ｏ₅膜が再現性よく得られることを確認した。

Claims (6)

1. Ｎｂ材からなるスパッタリングターゲットの製造方法であって、
   Ｎｂインゴットを作製する工程と、
   前記Ｎｂインゴットに絞め鍛造とすえ込み鍛造を施す工程と、
   前記鍛造工程を経たＮｂ材を1回当りの加工率が10％以下となるように圧延処理する工程と、
   前記圧延工程を経たＮｂ材を0.1Pa以下の真空雰囲気中にて1200〜1600℃の温度で5〜10時間の条件で熱処理する工程と
   を具備することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
2. 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、
   前記Ｎｂインゴットを電子ビーム溶解で作製することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
3. 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の製造方法において、
   前記絞め鍛造を径方向の加工率が30％以上となるように実施すると共に、前記すえ込み鍛造を厚さ方向の加工率が50％以上となるように実施することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載のスパッタリングターゲットの製造方法において、
   さらに、前記絞め鍛造後および前記すえ込み鍛造後に熱処理する工程を具備することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
5. 請求項４記載のスパッタリングターゲットの製造方法において、
   前記絞め鍛造後および前記すえ込み鍛造後の前記熱処理工程を0.1Pa以下の真空雰囲気中にて1200〜1600℃の温度で5〜10時間の条件で実施することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
   
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載のスパッタリングターゲットの製造方法において、
   ビッカース硬さがHv70〜130の範囲であり、かつ全体としての前記ビッカース硬さのばらつきが30％以下の前記スパッタリングターゲットを作製することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。