JP6237604B2 - スパッタリングターゲット、スパッタリングターゲットの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、スパッタリングターゲット、スパッタリングターゲットの製造方法に関する。

近年、電子機器の入力にはタッチパネルが採用されるようになってきている。タッチパネルは、従来、透明フィルム上にＩＴＯ（酸化インジウム−スズ）膜を成膜、加工して配線を形成した透明導電性基板が使用されてきた。

ところで、近年のディスプレイの大型化により、透明導電性基板の大面積化が求められている。しかしながら、ＩＴＯは電気抵抗値が高いためＩＴＯ膜を用いた透明導電性基板では大型化に対応できないという問題があった。

このため、金属層を配線に用いた透明導電性基板が検討されてきた。これは、金属層の材料として例えば銅等を用いた場合、金属層は電気抵抗値が低くなるため、透明導電性基板の大面積化を図ることができるためである。しかし、金属層は光の反射率が比較的高いため、金属層のみでは外光を反射してメッシュパターンが視認されてしまう。

そこで、例えば特許文献１には、透明基材と、透明基材上に設けられた導電体メッシュを備えた電極フィルムであって、導電体メッシュは所定の厚みの銅層と、黒化金属層からなる電極フィルムが開示されている。特許文献１の電極フィルムにおいて黒化金属層は、銅層表面の外光反射による赤銅色の光沢が目視で視認されなくさせるに足りる金属からなる材料の中から選択される旨も開示されている。

特許文献１では黒化金属層を構成する材料として具体的には、酸化銅等の、銅を含む酸化物が挙げられている。しかし、タッチパネルの画面の大型化や高精細化には、金属層の反射を抑制する黒化層について、より膜厚が均一で低反射率であることが要求されているところ、銅を含む酸化物の膜を成膜する場合、層の厚みがばらつくという問題があった。

金属層の反射を抑制できる低反射率の膜であって、銅酸化物の膜と比較して、膜の均一性が高い膜の材料として、ニッケル−タングステン合金（Ｎｉ−Ｗ合金）が検討されている。

Ｎｉ−Ｗ合金を用いた黒化層は主にスパッタリング法により成膜することが想定される。そして、Ｎｉ−Ｗ合金を用いたスパッタリングターゲットとして、例えば特許文献２には、液晶表示装置やプラズマディスプレイのカラーフィルターに設けられるブラックマトリックスの成膜に適するスパッタリングターゲットが開示されている。具体的には、Ｗを５〜３０質量％、ＡｌおよびＴｉの少なくとも１種を合計で０．１〜１０質量％含み、残部が実質的にＮｉであるスパッタリングターゲットが開示されている。特許文献２に開示されたスパッタリングターゲットは、上述の様にブラックマトリックスの成膜には十分な性能を有していた。

ところで、タッチパネル用の透明導電性基板は、透明基材上にスパッタリング法や蒸着法等により金属層（金属膜）を形成し、その上にスパッタリング法により黒化層（黒化膜）を形成する。なお、透明基材上に先に黒化層を形成し、次に金属層を形成する場合もある。金属層及び黒化層は、その後、線幅５μｍ前後の細線にメッシュ状にエッチングして配線を形成する。

タッチパネルに用いられる配線においては、細線の品質が重要であり、特に断線は重大欠陥となる。このため、配線の黒化層には膜欠陥のない均一な品質を要求される。よって、ブラックマトリックス等の場合と比較して、より膜欠陥を少なくする必要がある。そして、膜欠陥は、特にスパッタリング時における成膜工程での異常放電により発生する。

このため、黒化層の成膜時に異常放電を抑制できるスパッタリングターゲットが求められていた。

特開２０１４−１５０１１８号公報 特開２００６−３２２０３９号公報

上記従来技術の問題に鑑み、本発明の一側面ではスパッタリング中の異常放電の発生を抑制できるスパッタリングターゲット提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明の一態様は、
Ｗを５質量％以上３０質量％以下含むＮｉ−Ｗ合金からなり、
平均結晶粒径の大きさが１７０μｍ以下であり、かつ、結晶組織の双晶の割合が１５％以下であるスパッタリングターゲットを提供する。

本発明の一態様によれば、スパッタリング中の異常放電の発生を抑制できるスパッタリングターゲットを提供することができる。

以下、本発明のスパッタリングターゲット、およびスパッタリングターゲットの製造方法の一実施形態について説明する。
（スパッタリングターゲット）
本実施形態のスパッタリングターゲットは、Ｗを５質量％以上３０質量％以下含むＮｉ−Ｗ合金からなり、平均結晶粒径の大きさが１７０μｍ以下であり、かつ、結晶組織の双晶の割合が１５％以下とすることができる。

本発明の発明者らが、スパッタリング中の異常放電を抑制できるスパッタリングターゲットについて鋭意検討を行った。そして、平均結晶粒径、および結晶組織の双晶の割合を所定の範囲とすることにより、スパッタリング中の異常放電を抑制できることを見いだし、本発明を完成させた。

上述の様に、本実施形態のスパッタリングターゲットの平均結晶粒径の大きさは、１７０μｍ以下であることが好ましく、１６５μｍ以下であることがより好ましい。

スパッタリングターゲットの平均結晶粒径が１７０μｍを超えると、スパッタリングターゲットから、成膜材料を飛び立たせるためのエネルギーが高くなる。そして、スパッタリングを行う際に高エネルギーを要することにより、異常放電も起こり易くなる。このため、上述の様にスパッタリングターゲットの平均結晶粒径を１７０μｍ以下とすることで、異常放電の発生を抑制することができる。

また、本発明の発明者らの検討によれば、スパッタリングターゲットの平均結晶粒径は、スパッタリングされた膜の特性に影響を及ぼすことも見出された。これは、スパッタリング中に高エネルギーを加えると、同時に複数のスパッタリングターゲット原子が飛び出し、粗大クラスタの形成が増え、成膜された膜が不均一になり易いためと考えられる。このため、成膜させた膜の均一性の観点からも、スパッタリングターゲットの平均結晶粒径は１７０μｍ以下であることが好ましい。

本実施形態のスパッタリングターゲットの平均結晶粒径の大きさの下限値は特に限定されるものではないが、例えば１１０μｍ以上であることが好ましい。

これは、スパッタリングターゲットの平均結晶粒径が１１０μｍ未満の場合、粒界等の格子欠陥が増加し膜厚が不均一になったり、スパッタレートが悪くなる場合があるためである。

なお、スパッタリングターゲットの平均結晶粒径は、ＪＩＳ Ｈ ０５０１の切断法によって測定した結晶粒径の平均値のことを意味する。

そして、スパッタリングターゲットの結晶組織に含まれる双晶の割合は、１５％以下であることが好ましく、１０％以下であることがより好ましい。

結晶組織に含まれる双晶とは、ある面を境に結晶格子が対称にずれる変形を示す。銅やニッケルは結晶構造が面心立方格子であるため、双晶面が（１１１）で双晶方向は［１１２］となる。ターゲット製造時の圧延加工やその後の熱処理等の加工条件により双晶の比率を調整することができる。

本発明の発明者らは、スパッタリングターゲットの結晶組織に含まれる双晶の割合と、異常放電の発生との関係について検討を行った。そして、Ｎｉ−Ｗ合金のスパッタリングにおいては、上述の様にスパッタリングターゲットの結晶組織に含まれる双晶の割合を１５％以下とすることで、異常放電の発生が特に減少する傾向を示すことを見いだした。

なお、スパッタリングターゲットの結晶組織に含まれる双晶の割合の下限値は特に限定されるものではないが、双晶は格子欠陥の原因にもなるためなるべくない方が良く、例えば０％とすることができる。このため、結晶組織に含まれる双晶の割合は０％以上とすることができる。

次に、本実施形態のスパッタリングターゲットの組成について説明する。

スパッタリングターゲットは、上述の様にＷを５質量％以上３０質量％以下含むＮｉ−Ｗ合金から構成することができる。

これは、Ｗの含有量を増加させるとともに、透明基材や金属層と、黒化層との密着力は向上する傾向を示す。そして、Ｗの含有量が５質量％未満では透明基材や、金属層と密着力が十分ではない場合があるため、上述の様に５質量％以上とすることが好ましい。特にＷの含有量は１５質量％以上であることがより好ましい。

上述の様にＷの含有量を増加させることにより、透明基材や金属層と、黒化層との密着力が向上する傾向を示すが、Ｗの含有量が３０質量％を超えると、Ｎｉ−Ｗ合金の加工性が悪くなる場合がある。具体的には、Ｎｉ−Ｗ合金の鋳造後、熱間鍛造、冷間圧延などの加工を施すと割れが生じ、スパッタリングターゲット材料としての取り扱いが困難となってしまう場合がある。

また、スパッタリングターゲットのＮｉ−Ｗ合金中のＷの含有量が３０質量％を超えると、成膜後、配線パターンをエッチングして形成する際にエッチング液に対する溶解性が劣る傾向にある。

このため、スパッタリングターゲットのＮｉ−Ｗ合金中のＷの含有量は３０質量％以下であることが好ましい。特にＷの含有量は２５質量％以下であることがより好ましい。

なお、成膜した黒化層の反射率は、スパッタリングターゲット中のＷの含有量が多いほど低くなる傾向がある。このため、上述の様にＷの含有量は５質量％以上とすることが好ましい。但し、スパッタリング時のスパッタガスの影響もあるため目的の反射率になるようにガスの種類やガス比率等もあわせて調整することが望ましい。

本発明の発明者らの検討によれば、スパッタリングターゲット中のＷの含有量が５質量％以上３０質量％以下で、反射率は５％〜４０％程度になる。

ここまで説明した様に、本実施形態のスパッタリングターゲットは、Ｎｉ−Ｗ合金から構成することができる。なお、Ｎｉ−Ｗ合金は、Ｎｉと、Ｗとを含有することができ、Ｎｉと、Ｗとから構成されていることが好ましい。

本実施形態のスパッタリングターゲットを構成するＮｉ−Ｗ合金の純度は特に限定されるものではないが、特に高い効果を発揮するためには、その純度が高いことが好ましい。具体的には例えば、本実施形態のスパッタリングターゲットを構成するＮｉ−Ｗ合金の純度は、９９．９％以上であることが好ましく、９９．９５％以上であることがより好ましい。
（スパッタリングターゲットの製造方法）
次に、本実施形態のスパッタリングターゲットの製造方法の一構成例について説明する。

なお、本実施形態のスパッタリングターゲットの製造方法により、上述した本実施形態のスパッタリングターゲットを好適に製造することができる。このため、スパッタリングターゲットについて説明した内容と重複する部分については一部説明を省略する。

本実施形態のスパッタリングターゲットの製造方法は、熱処理温度が６００℃以上１０００℃以下、保持時間が２時間以下であり、バッキングプレートにメタルボンディングする前に実施する熱処理工程を有することができる。

そして、本実施形態のスパッタリングターゲットの製造方法により、Ｗを５質量％以上３０質量％以下含むＮｉ−Ｗ合金からなり、平均結晶粒径の大きさが１７０μｍ以下であり、かつ、結晶組織の双晶の割合が１５％以下であるスパッタリングターゲットを製造できる。

既述の様に、本発明の発明者らはスパッタリング中の異常放電を抑制できるスパッタリングターゲットについて鋭意検討を行い、平均結晶粒径、および結晶組織の双晶の割合を所定の範囲とすることで、スパッタリング中の異常放電を抑制できることを見いだした。

そして、スパッタリングターゲットの平均結晶粒径、および結晶組織の双晶の割合を制御する方法について検討を行ったところ、バッキングプレートにメタルボンディングする前に実施する熱処理工程（最終熱処理工程）の条件により制御できることを見いだした。

そこで、本実施形態のスパッタリングターゲットの製造方法では、バッキングプレートにメタルボンディングする前に実施する熱処理工程における熱処理温度が６００℃以上１０００℃以下、保持時間が２時間以下としている。係る条件で熱処理工程を実施することで、スパッタリングターゲットの平均結晶粒径、および結晶組織の双晶の割合を所定の範囲とすることができる。

なお、熱処理工程における保持時間の下限値は特に限定されるものではないが、例えば１時間より長いことが好ましく、１．５時間以上であることがより好ましい。

また、熱処理工程における雰囲気は特に限定されるものではないが、不活性雰囲気であることが好ましい。この際用いるガスとしては特に限定されるものではないが、例えば窒素ガスや、アルゴンガス等を好ましく用いることができる。

本実施形態のスパッタリングターゲットの製造方法においては、熱処理工程以外にさらに任意の工程を含むことができる。

具体的には例えばスパッタリングターゲットの原料を準備する原料準備工程を有することができる。

原料準備工程では、金属原料である、Ｎｉ及びＷを用意することができる。各材料の純度は特に限定されないが、半導体やその他の電子部品への汚染を防止するため、３Ｎ以上（９９．９％以上）とすることが望ましい。

さらに、準備した原料を高周波溶解炉等で溶解する溶解工程や、溶解した原料を金型に流し込んで鋳造する鋳造工程を有することができる、また、鋳造した材料を熱間鍛造する熱間鍛造工程、冷間圧延する冷間圧延工程等を設けることができる。

そして、上述の熱処理工程を行い、その後、旋盤加工や表面研削等を行い所定の寸法に切り出し、バッキングプレートにメタルボンディングしてスパッタリングターゲットを完成させることができる。

上述の様に、本発明の発明者らの検討によれば、バッキングプレートにメタルボンディングする前に実施する熱処理工程の熱処理条件により、得られるスパッタリングターゲットの平均結晶粒径、及び結晶組織の双晶の割合を制御することができる。このため、所望の特性を有するスパッタリングターゲットを得るためには、特に熱処理の温度及び保持時間を上述の範囲に制御することが好ましい。

なお、上記熱処理工程の前工程として熱間鍛造工程、冷間圧延工程等を実施する場合、その加工条件等については特に限定されるものではなく、任意に選択することができる。ただし、熱処理工程を実施した際に、スパッタリングターゲットの平均結晶粒径、及び結晶組織の双晶の割合がより確実に所定の範囲となるように、これらの工程についても加工条件を選択することが好ましい。

また、熱処理工程では熱間鍛造工程等の前工程とあわせて、得られるスパッタリングターゲットの平均結晶粒径、及び結晶組織の双晶の割合が所望の値になるように、熱処理温度、保持時間について上述の範囲の中から選択することもできる。

例えば、本発明の発明者らの検討によれば、平均結晶粒径は熱処理の温度が高く、かつ保持時間が長いほど大きくなる傾向にある。また、結晶組織の双晶の割合は、熱処理の温度が高く、保持時間が長いほど小さくなる傾向にある。このため、これらの傾向を踏まえて、得られるスパッタリングターゲットの平均結晶粒径、及び結晶組織の双晶の割合が所望の値になるように、熱処理工程における熱処理温度、保持時間について上述の範囲の中から選択することもできる。

ここまで説明した、スパッタリングターゲット、およびスパッタリングターゲット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、タッチパネル用の透明導電性基板の黒化層（黒化膜）を形成する際に好適に用いることができる。ただし、係る用途に限定されるものではなく、例えば、ブラックマトリックスや電子部品の電極等を形成する際にも用いることができる。

以下に、本発明の実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によって、なんら限定されるものではない。
［実施例１］
原料として、金属Ｎｉ（電解ニッケル、純度９９．９９質量％）、金属Ｗ（純度９９．９９質量％）、を用い、表１に示す組成に配合し、総量約１０ｋｇとした。

本実施例では、Ｗを５質量％、残部がＮｉとなるように上記原料を配合した（原料準備工程）。

そして、配合した原料を高周波溶解炉で溶解し（溶解工程）、金型に鋳造（鋳造工程）後、熱間鍛造（熱間鍛造工程）、冷間圧延（冷間圧延工程）、熱処理（熱処理工程）を施した。そして、得られた試料から直径６インチ、厚さ５ｍｍの形状に切りだした。この後、銅製のバッキングプレートにメタルボンディングして、スパッタリングターゲットを得た。

なお、熱処理工程における熱処理条件を表１に示される熱処理温度及び保持時間に設定することにより、スパッタリングターゲットの平均結晶粒径及び結晶組織の双晶の比率を制御した。また、熱処理工程においては、窒素ガスを０．２Ｌ／ｍｉｎで流通させた窒素雰囲気下で熱処理を実施した。

得られたスパッタリングターゲットについて平均結晶粒径、結晶組織の双晶の割合、異常放電の発生回数について評価を行った。

スパッタリングターゲットの平均結晶粒径は、ＪＩＳ Ｈ ０５０１の切断法によって測定した。

スパッタリングターゲットの、結晶組織の双晶の割合は、画像処理ソフト（ＮＩＨ社製ソフト名：ＩｍａｇｅＪ、及び株式会社イノテック社製 ソフト名：Ｑｕｉｃｋ〜）を用いて測定した。

スパッタリング中の異常放電の発生回数は以下の手順により評価を行った。

作製したスパッタリングターゲットを用い、ＤＣマグネトロンスパッタ法によってスパッタリングを行った。

スパッタ条件は、スパッタリング装置内を高真空（９×１０^−４Ｐａ）に排気した後、まずＡｒガスを導入しプレスパッタを３０分行った。プレスパッタの実施後、Ａｒガスに１５％の酸素を混合したガスを１Ｐａまで導入して、投入電圧２００Ｗでスパッタリングを行った。スパッタリング開始から２０分経過後の１０分間当たりの異常放電回数をマイクロアークモニター（ランドマークテクノロジー社製）を用いて測定した。

なお、作製したスパッタリングターゲットについてＩＣＰ発光分光・質量分析、及び燃焼法を行ったところ、純度が９９．９５％以上であることが確認できた。

評価結果を表１に示す。
［実施例２〜実施例４］
原料として、金属Ｎｉ、および金属Ｗを表１の割合となるように配合し、熱処理工程の熱処理条件を表１に示した条件とした点以外は実施例１と同様にしてスパッタリングターゲットを作製し、評価を行った。

なお、原料を配合する際、実施例２、３は、Ｗが２０質量％で残部がＮｉ、実施例４は、Ｗが３０質量％で残部がＮｉとなっている。

また、作製したスパッタリングターゲットについて分析を行ったところ、純度が９９．９５％以上であることが確認できた。

評価結果を表１に示す。
［比較例１、２］
原料として、金属Ｎｉ、および金属Ｗを表１の割合となるように配合し、熱処理の条件を表１に示した条件とした点以外は実施例１と同様にしてスパッタリングターゲットを作製し、評価を行った。

なお、原料を配合する際、比較例１、２は、Ｗが２０質量％で残部がＮｉとなっている。

評価結果を表１に示す。

表１より、実施例１〜４は異常放電の回数が０回／１０分または１回／１０分であることが確認できた。特に実施例２、３は異常放電の回数が０回／１０分と特に優れていることが確認できた。これに対して平均結晶粒径が２００μｍである比較例１、及び双晶割合が２８．８％である比較例２は、異常放電回数が９回／１０分、１１回／１０分と非常に多くなっていることが確認できた。

これらの結果から、ターゲットの平均粒径及び双晶の割合が所定の範囲にあることで、スパッタリング時の異常放電の回数を減少できることが確認できた。

Claims (4)

1. Ｗを５質量％以上３０質量％以下含むＮｉ−Ｗ合金からなり、
   平均結晶粒径の大きさが１７０μｍ以下であり、かつ、結晶組織の双晶の割合が１５％以下であるスパッタリングターゲット。
2. Ｗを１５質量％以上２５質量％以下含むＮｉ−Ｗ合金からなり、
   平均結晶粒径の大きさが１１０μｍ以上１６５μｍ以下であり、かつ、結晶組織の双晶の割合が１０％以下であるスパッタリングターゲット。
3. 前記Ｎｉ−Ｗ合金の純度が９９．９％以上である請求項１または請求項２に記載のスパッタリングターゲット。
4. 熱処理温度が６００℃以上１０００℃以下、保持時間が２時間以下であり、バッキングプレートにメタルボンディング前に実施する熱処理工程を有しており、
   Ｗを５質量％以上３０質量％以下含むＮｉ−Ｗ合金からなり、
   平均結晶粒径の大きさが１７０μｍ以下であり、かつ、結晶組織の双晶の割合が１５％以下であるスパッタリングターゲットの製造方法。