JP6719630B2 - 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の製造方法に関する。

近年、半導体、電子部品、液晶ディスプレイ、光ディスク、太陽電池及びハードディスク等のエレクトロニクス分野、耐食性材料や装飾の分野、触媒分野、切削・研磨材や耐摩耗性材料の製作等、多くの分野に金属やセラミックス材料等の薄膜を形成するスパッタリング法が使用されている。スパッタリング法では、基板及びスパッタリングターゲットを対向させて配置し、不活性ガス雰囲気下で基板と該ターゲットの間に高電圧を印加することで電子やイオンを高速度で該ターゲットに衝突させる。そして、はじき飛ばされた該ターゲットの粒子が基板に積もることで基板上への膜形成が行われる。

従来、成膜速度等のスパッタ特性、及び膜厚均一性等の膜特性を制御することを目的として、スパッタリングターゲットの結晶配向及び結晶粒径等のターゲット組織の検討が種々行われてきた。ターゲット組織の制御は金属ターゲットの場合、鍛造、圧延、熱処理等の各工程のパラメータを調節したり、これらの工程の組み合わせを工夫したりすることにより行ってきた。また、セラミックターゲットの場合は、原料粉末の粒度分布、成形条件及び焼結条件等を制御することによりターゲット組織の制御が行われてきた。

特開２０１３−１７４０１９号公報（特許文献１）においては、成膜速度が大きく、膜の均一性（ユニフォーミティ）に優れ、またアーキングやパーティクルの発生が少ない成膜特性に優れたタンタルスパッタリング用ターゲットを得ることを目的として、結晶方位をランダムにすることが提案されている。当該ターゲットは、タンタル原料を電子ビーム溶解・鋳造したインゴット又はビレットの熱間鍛造、焼鈍（熱処理）を繰り返し、さらに圧延及び仕上げ（機械、研磨等）加工することにより製造されることが記載されている。

特開２０１３−１９０１０号公報（特許文献２）においては、高電力を印加した際も使用中の異常放電の頻度を減少し、スプラッシュ等の発生を抑制する、スパッタリングターゲット用銅材料を提供することを目的として、ターゲット内部のボイドおよび介在物欠陥の平均サイズや、平均結晶粒径を制御することが提案されている。当該銅材料は溶解鋳造−熱間加工−冷間圧延−熱処理の工程を経て製造されることが記載されている。

特開平１０−２４５６７０号公報（特許文献３）においては、Ｔｉターゲットの結晶配向性、結晶組織及び結晶粒径を適正化することにより、膜厚分布を制御することが提案されている。当該ターゲットの品質は圧延や鍛造等の塑性加工と熱処理を組み合わせることにより調整されることが記載されている。

ＷＯ２０１２／１４４４０７（特許文献４）においては、長期間に亘りスパッタレートを安定化させることを目的として、高純度Ｎｉスパッタリングターゲットの結晶配向を厚さ方向に渡ってランダムに維持することが提案されている。この高純度Ｎｉスパッタリングターゲットは、冷間又は熱間のこねくり鍛造工程、熱処理工程及び冷間圧延工程を組み合わせることにより製造されることが記載されている。

ＷＯ２０１４／１５７１８７（特許文献５）においては、溶解、鋳造後、熱間鍛造又は熱間圧延、熱処理、温間圧延及び機械加工を所定条件で実施することで、スパッタ面内の面内透磁率及びＸ線回折ピーク強度比を制御し、スパッタ効率及び膜ユニフォーミティを向上したコバルトスパッタリングターゲットが開示されている。

特開２００４−３３９６０７号公報（特許文献６）においては、Ｉｎ₄Ｓｎ₃Ｏ₁₂のＸ線回折ピーク（２２０）面の積分強度が、Ｉｎ₂Ｏ₃のＸ線回折ピーク（２１１）面の積分強度に対して９０〜３００％であるＩＴＯターゲットを提案している。当該ターゲットを使用してＩＴＯ薄膜を形成することで、得られた薄膜の表面が平坦化されることが記載されている。当該ターゲットは原料となる酸化物粉末をプレス法や鋳込み法等の成形法により成形後、焼結することにより製造されることが記載されている。

また、従来、スパッタリングターゲットはスパッタされる材料からなる部分（スパッタ部）と、バッキングプレートと呼ばれる当該スパッタ部の保持と放熱機能を持つ部分（ＢＰ部）で構成されている。従来は、スパッタ部とＢＰ部はそれぞれ熱処理、鍛造及び圧延を組み合わせて所定の板形状及び特性をもつように個別に作製されていた。そして、これらを拡散接合、圧着及び金属ろう材等を用いて接合し、次いで、最終形状となるように粗加工及び仕上げ加工を行ってスパッタリングターゲットが作製されていた（例：特開２０１２−１２２１３９号公報、特開２００４−７４１８０号公報、特開平７−２７８８０４号公報等）。

特開２０１３−１７４０１９号公報 特開２０１３−１９０１０号公報 特開平１０−２４５６７０号公報 ＷＯ２０１２／１４４４０７ ＷＯ２０１４／１５７１８７ 特開２００４−３３９６０７号公報 特開２０１２−１２２１３９号公報 特開２００４−７４１８０号公報 特開平７−２７８８０４号公報

特許文献１〜６に記載のように、金属ターゲットの場合、ターゲット組織のコントロールは、鍛造、圧延及び熱処理の条件を組み合わせることで行われてきたが、例えばターゲットの特性として特定の面に結晶配向させることが好ましい場合でも、これらの工程の組み合わせでは結晶配向を目標値に近づけることはできても限界があり、自由に制御することはできない。また、セラミックターゲットの場合、割れやすいために鍛造や圧延を実施することができないことから、結晶配向の制御は更に困難である。

そこで、本発明は結晶配向の制御性が改善された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第一の課題とする。

また、特許文献７〜９に記載のように、従来のスパッタリングターゲットの製造方法においては、ＢＰ部の板作製、スパッタ部の板作製、両者の接合、粗加工及び仕上げ加工という工程を取るため、工程数が多く、生産効率に改善の余地がある。また、ＢＰ部とスパッタ部の各板形状はスパッタリングターゲットの最終形状と異なることから、板形状から最終形状を作り込むための加工工程で端材が発生する。従来の製法では原料歩留まりが３０〜６０％程度に留まっていた。

そこで、本発明は生産効率の改善が可能なスパッタリングターゲットの製造方法、好ましくは生産効率及び歩留まりの両者を改善可能な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第二の課題とする。

（第一の課題を解決する発明について）
従来技術では特殊な圧延条件や熱処理条件を採用したとしても凝固組織の結晶粒径や結晶配向の不均一性など課題は多く、結晶配向が揃ったターゲットを製造することは非常に困難である。本発明者は従来とは異なる工程でスパッタリングターゲットを製造する方法を鋭意検討したところ、金属及び合金ターゲットには電子ビーム融解法（ＥＢＭ）、酸化物等のセラミックを含むターゲットにはレーザー溶融法（ＳＬＭ）等による付加造形法を用いることで従来の製法に比べて結晶配向の制御性が有意に高められることを見出した。また、付加造形法によれば、所望の特性をもつターゲットを下地板として用いることで、当該特性を引き継いだターゲットを繰り返し製造することができることを見出した。

上記知見を基礎として完成した本発明は一側面において、金属製、合金製又は金属酸化物製の下地板上に直接的に、金属及び金属酸化物から選択される少なくとも一種以上の原料粉末を付加造形法により造形する工程を含むスパッタリングターゲットの製造方法である。

本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法の一実施形態においては、付加造形法が電子ビーム溶融による粉末床溶融結合法である。

本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法の別の一実施形態においては、原料粉末の比抵抗が１×１０^-4Ωｍ以下になる加熱条件で原料粉末を予備焼結した後、電子ビーム加速電圧を５０〜７０ｋＶ、造形層厚さを５０〜１００μｍ／層、ビームスキャン速度を５００〜５０００ｍ／ｓの条件として造形を実施する。

本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法の更に別の一実施形態においては、所与の結晶配向を持つ金属製の板を下地板として使用する。

本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法の更に別の一実施形態においては、付加造形法がレーザー溶融による粉末床溶融結合法である。

本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法の更に別の一実施形態においては、レーザー出力を１００〜３０００Ｗ、造形層厚さを１０〜２００μｍ／層、レーザースキャン速度を１〜３０ｍ／ｓの条件として造形を実施する。

本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法の更に別の一実施形態においては、所与の結晶配向を持つ金属酸化物製の板を下地板として使用する。

本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法の更に別の一実施形態においては、原料粉末が下地板と同一組成をもつ。

本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法の更に別の一実施形態においては、所与の特性を有する金属製又は金属酸化物製のスパッタリングターゲットを所定の厚みを有する平板に切り出すことにより下地板を作製する工程を更に含む。

本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法の更に別の一実施形態においては、前記平板の厚みが３〜３０ｍｍである。

本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法の更に別の一実施形態においては、原料粉末の粒径Ｄ９０が１５０μｍ以下であり、原料粉末の粒径Ｄ１０が５μｍ以上である。

（第二の課題を解決する発明について）
本発明者は上記課題を解決するために鋭意検討を重ねたところ、従来製法で作製したＢＰ部上に、スパッタ部を付加造形法を用いて作製することで、スパッタ部の作製と粗加工を同時に行うことができ、これにより工程数を減らせることができることを見出した。そして、Ｃｕ合金製ＢＰ部とＮｉ合金製スパッタ部の組み合わせのように、ＢＰ部とスパッタ部の接合のための中間層を設ける必要がない場合、付加造形法によるスパッタ部の造形工程が接合工程も兼ねることができるので、工程数を更に減らすことができることも分かった。

また、付加造形法によってスパッタ部の形状を最終形状に近い形状に造形することで、スパッタ部用材料のロスを抑えることが可能になる。本発明によれば、スパッタ部の原料歩留まりを９０％以上にすることも可能であり、原料コストを大幅に低減できることも分かった。

上記知見を基礎として完成した本発明は一側面において、バッキングプレート上に直接的に又はバッキングプレート上に設けられた中間材上で、金属及び金属酸化物から選択される少なくとも一種以上の原料粉末を付加造形法により所望のスパッタ部形状に造形する造形工程を含むバッキングプレートとスパッタ部が接合されたスパッタリングターゲットの製造方法である。

本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法は一実施形態において、バッキングプレートとスパッタ部が接合されたスパッタリングターゲットに対して形状加工及び表面加工の少なくとも一つの仕上げ加工を更に実施することを含む。

本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法は別の一実施形態において、前記仕上げ加工前のスパッタリングターゲットの質量に対する前記仕上げ加工後のスパッタリングターゲットの質量の比率が平板形状で９０％以上である。

本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法は更に別の一実施形態において、バッキングプレート上に中間材を付加造形法により造形することにより、バッキングプレート上に設けられた中間材の層を作製する工程と、バッキングプレート上に設けられた中間材の層上で、金属及び金属酸化物から選択される少なくとも一種以上の原料粉末を付加造形法により所望のスパッタ部形状に造形する造形工程を含む。

本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法は更に別の一実施形態において、中間材は合計厚みが０．０５〜５ｍｍの層で構成される。

本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法は更に別の一実施形態において、付加造形法が電子ビーム溶融による粉末床溶融結合法である。

本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法は更に別の一実施形態において、原料粉末の比抵抗が１×１０^-4Ωｍ以下になる加熱条件で原料粉末を予備焼結した後、電子ビーム加速電圧を５０〜７０ｋＶ、造形層厚さを５０〜１００μｍ／層、ビームスキャン速度を５００〜５０００ｍ／ｓの条件として造形工程を実施する。

本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法は更に別の一実施形態において、原料粉末の粒径Ｄ９０が１５０μｍ以下であり、原料粉末の粒径Ｄ１０が５μｍ以上である。

（第一の課題を解決する発明の効果）
本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法によれば、ターゲットの結晶配向の制御性が高いため、所望の結晶配向を有するスパッタリングターゲットを容易に得ることが可能となる。従来に比べてターゲット組織の設計自由度が高まるため、従来技術では達成できないような均一性の高い結晶配向をもつターゲットを製造することも可能となる。また、本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法によれば、同品質のターゲットを反復して容易に製造できるため、品質安定性を高めることが可能となる。

（第二の課題を解決する発明の効果）
本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法によれば、製造工程数の減少により、スパッタリングターゲットの生産効率を高めることが可能となる。また、本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法によれば、生産効率の向上に加えて、原料歩留まりを有意に高めることが可能となるため、生産コストの低減に寄与する。本発明はスパッタリングターゲットの工業生産に大きく貢献する画期的な発明であるといえる。

本発明に係るスパッタリングターゲットの付加造形法による好適な製造方法について順を追って説明する。

＜Ｉ．第一の課題を解決する発明について＞
（１．原料）
まず、金属及び金属酸化物から選択される少なくとも一種の原料粉末を準備する。ターゲット原料は付加造形法によって造形するために粉末状であることが一般的である。ターゲット原料の種類には特に制約はなく、種々の金属及び金属酸化物を使用することができる。この際、ターゲット組成を安定させてスパッタ膜の品質にばらつきがでないようにするためにできる限り不純物の少ない原料を使用することが望ましい。好ましくは純度９９．９質量％以上、より好ましくは純度９９．９９質量％以上、更により好ましくは純度９９．９９９質量％以上の原料をそれぞれ使用する。原料粉末は一種を単独で使用することもでき、二種以上を組み合わせることもできる。

原料として金属を使用する場合は、例えば、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｗ、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｕ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｌａ、Ｙ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｉｒ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＶ等の単体金属を使用することができ、又はこれらを含有する合金を使用することができる。これらを含有する合金としては、Ｃｕ−Ｍｎ、Ｃｕ−Ａｌ、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ（ＣＩＧ）、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ（ＣＩＧＳ）及びＣｕ−Ｇａ等のＣｕ合金、Ｒｕ−Ｔａ、Ｔａ−Ｔｉ合金等のＴａ合金、Ｔｉ−Ｎｂ、Ｔｉ−Ｚｒ、Ｔｉ−Ｈｆ等のＴｉ合金、Ｈｆ−Ｚｒ等のＨｆ合金、Ｎｉ−Ｐｔ、Ｎｉ−Ａｌ、Ｎｉ−Ｓｉ及びＮｉ−Ｖ等のＮｉ合金、Ｗ−Ｍｏ及びＷ−Ｔｉ等のＷ合金、Ａｌ−Ｎｄ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｔｉ、Ａｌ−Ｃｒ及びＡｌ−Ｚｎ等のＡｌ合金、Ａｕ−Ｓｂ、Ａｕ−Ａｓ及びＡｕ−Ｓｉ等のＡｕ合金、Ｍｎ−Ｐｔ及びＭｎ−Ｉｒ等のＭｎ合金、Ｃｏ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｃｒ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｎｉ合金、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｃｏ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｐｄ合金、Ｃｏ−Ｉｒ合金、Ｃｏ−Ｒｕ合金、Ｃｏ−Ｓｉ合金、Ｃｏ−Ｇｅ合金、Ｃｏ−Ｍｎ合金、Ｃｏ−Ｔｉ合金、Ｃｏ−Ｖ合金、Ｃｏ−Ｔａ合金及びＣｏ−Ｂ合金等のＣｏ合金が例示される。

原料として金属酸化物を使用する場合は、例えば、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、インジウム−スズ−亜鉛酸化物（ＩＴＺＯ）、インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）、タンタル酸化物（Ｔａ₂Ｏ₅等）、チタン酸化物（ＴｉＯ₂等）、アルミニウム酸化物（Ａｌ₂Ｏ₃等）を使用することができる。

使用する原料粉末の粒径Ｄ９０は付加造形装置が造形する概ね１層分の厚さに相当する１５０μｍか、それより小さいことが好ましく、造形後の仕上げ加工量を少なくするためには１２５μｍ以下であることがより好ましく、１００μｍ以下であることが更により好ましく、７５μｍ以下であることが更により好ましい。また、使用する原料粉末の粒径Ｄ１０は粉末取扱い時の発火を防ぐため、５μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましく、２０μｍ以上であることが更により好ましく、４０μｍ以上であることが更により好ましい。ここで、原料粉末の粒径Ｄ１０、Ｄ９０はレーザー回折法により求められる体積基準での粒度分布において、細かい部分から累積１０％にあたる粒径をＤ１０、累積９０％にあたる粒径をＤ９０とする。

金属粉末の製造方法自体は公知の任意の技術を使用することができ、特に制約はないが、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、回転プラズマ電極法を適用できる。その他、非球状の粉末を誘導プラズマ処理により、球状にした粉末を採用することもできる。また、金属酸化物粉末の製造方法自体も公知の任意の技術を使用することができ、特に制約はないが、原料を公知の混合及び粉砕手段により混合及び粉砕する方法が挙げられる。混合及び粉砕は、通常の混合粉砕機、例えば、湿式ボールミル、ジェットミル、クロスミル、ビーズミル又は超音波装置を用いて実施することが可能である。原料粉末に対しては分級処理を行うことで、所望の粒度分布を得ることが可能である。またこれらの金属酸化物粉末を誘導プラズマ処理により球状にした粉末を採用することもできる。

（２．造形）
原料粉末を所望の配合割合でＶ型混合機等により均一に混合した後、付加造形法により所望のターゲット形状に造形する。原料粉末として一種類の金属又は金属酸化物のみを用いる場合には上記のような混合操作は不要である。付加造形法としては三次元ＣＡＤデータに基づいて、電子ビーム溶融（ＥＢＭ）又はレーザー溶融（ＳＬＭ）により、粉末床の表面付近を加熱することで選択的に溶融及び固化するという操作を繰り返して積層造形する粉末床溶融結合法（ＰＢＦ）が好適である。付加造形法によれば、直下の造形部の結晶方位及び結晶粒径を引き継ぐことができるので一層ずつの積層造形を繰り返すことで一方向凝固組織を形成可能であり、例えばコバルトの結晶磁気異方性をターゲットのスパッタ面の垂直方向に制御することが可能となる。

従って、付加造形の開始時に所与の結晶配向（及び結晶粒径）を持つ金属製、合金製又は金属酸化物製の板を下地板として使用し、当該下地板上にターゲットを付加造形法により造形することで、下地板のもつ結晶配向及び結晶粒径等の結晶組織を引き継いだターゲットを容易に得ることができる。従って、特性の優れたスパッタリングターゲットの一部を切り出して平板に切り出して下地板とすれば、特性の優れたスパッタリングターゲットを容易に繰り返し製造することが可能となる。下地板に必要な板厚は薄くて充分であり、３ｍｍ以下とすることができ、更には２ｍｍ以下とすることができ、例えば１〜２ｍｍとすることができる。このため、例えば、スパッタリングターゲットが一般的に有する５ｍｍ程度以上の厚みでは作製が困難な強加工度の組織を薄板で作製しておき、得られた薄板を下地板として使用することで、従来は製造が困難であった組織を有するスパッタリングターゲットも容易に作製可能となる。下地板は原料粉末と同一組成とすることができ、異なる組成とすることもできるが、特性を正確に引き継ぐためには下地板は原料粉末と同一組成であることが好ましい。

付加造形法の中でも金属及び合金ターゲットの造形にはＥＢＭが好ましい。ＥＢＭを使用することにより、均一性の高い一方向凝固組織を有するターゲットの製造が可能であるという利点が得られる。また、ＥＢＭは高出力でメルトプールが深いため、高融点金属を使用する場合でも溶け残りのおそれがなく、高速での造形も可能である。そして、高真空中での造形を行うことで、造形過程での酸化が抑制され、高品質のターゲットが得られる。ＥＢＭは予備焼結プロセスを実施することで造形物のクラックを抑制できるという利点もある。

本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法の一実施形態においては、均一性の高い一方向凝固組織を得る観点から、以下のような条件を採用することが可能である。なお、予備焼結というのは、溶融させる部分以外の部分の粉末について、粉末間の導電性が取れる程度に軽度に焼結させる条件で加熱することを目的とする加熱である。
・造形方法：粉末床方式電子ビーム付加造形法
・予備焼結：原料粉末の比抵抗が１×１０^-4Ωｍ以下（例えば１×１０^-5〜１×１０^-4Ωｍ）になる加熱条件
・原料粉粒度：Ｄ１０：４０μｍ以上、Ｄ９０：１５０μｍ以下
・ＥＢ加速電圧：５０−７０ｋＶ
・造形層厚さ：５０−１００μｍ／層
・ビームスキャン速度：５００−５０００ｍ／ｓ

一方、金属酸化物の造形にはＳＬＭが好ましい。ＥＢＭでは造形中に金属酸化物中の酸素が乖離してしまうが、ＳＬＭでは酸素の乖離を起こさないように造形することが可能である。

本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法の一実施形態においては、均一性の高い一方向凝固組織を得る観点から、以下のような条件を採用することが可能である。
・造形方法：粉末床方式レーザー付加造形法
・原料粉粒度：Ｄ１０：５μｍ以上、Ｄ９０：５０μｍ以下
・レーザー出力：１００−３０００Ｗ
・造形層厚さ：１０−２００μｍ／層
・レーザースキャン速度：１−３０ｍ／ｓ

このようにして得られた造形品は、そのままターゲット部材としてバッキングプレートとボンディングしてもよいが、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）処理により、造形品内部に生じた微細な空隙を減少させて、相対密度を高めてもよい。また、スパッタ時の初期バーンイン時間の短縮の目的で、スパッタ面を研磨、エッチング等により表面処理することもできる。

このようにして得られたスパッタリングターゲットはバッキングプレートとインジウム等のボンディング材を介しての接合、若しくはバッキングプレートに拡散接合することで、スパッタリングターゲット組立品とすることができる。ボンディング時にはこれまでの工程で作り込んできた結晶組織に悪影響を与えない条件で実施することが望ましく、例えばインジウムを使った接合では大気中、１５０〜２５０℃で０．５〜４時間で実施することができ、典型的には１７０〜２５０℃で１〜２時間で実施することができる。

また、バッキングプレートの上に直接的に又はボンディング材等を介して間接的に原料粉末を載置した上で付加造形法によるターゲットの積層造形を行うことで、バッキングプレートとスパッタリングターゲットが一体化した組立品を効率的に製造することが可能である。この際、バッキングプレートに穴及び／又は溝を形成しておくと、ボンディング強度を高める点でより有利である。穴及び／又は溝の好ましい深さは造形層厚さ以下である。

（３．結晶粒径）
本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法の一実施形態によれば、スパッタリングターゲットのスパッタ面に水平な方向の平均結晶粒径は、造形条件によって１〜３００μｍの範囲にコントロールできる。

スパッタリングターゲットのスパッタ面に水平な方向の結晶粒径の平均の具体的な測定方法は以下の通りである。スパッタ面を、例えばエメリー紙などで＃２０００の番手まで研磨する、アルミナ粉などでバフ研磨する、又は、希硫酸や希塩酸などでエッチングすることにより結晶粒界を露出させたあと、光学顕微鏡を用いて結晶粒の大きさを測定する。各結晶粒の大きさは、各結晶粒を取り囲むことのできる最小円の直径とし、信頼性の高い測定値が得られる程度の数の結晶粒に対して大きさを測定し、平均結晶粒径を求める。

（４．結晶配向）
結晶配向は、各品種やスパッタ方法・装置によって最適な結晶配向があるが、例えば六方最密充填構造（ＨＣＰ）をもつ強磁性体であるＣｏターゲットの場合は容易磁化方向＜０００１＞がターゲットのエロージョン面に対して垂直方向になる様に、即ちエロージョン面に（０００１）面が多くなることが好ましい。付加造形法で造形させる材料（ここではＣｏ）とは結晶構造や格子定数が大きく異なる下地基板、若しくは非晶質の下地基板を用いた場合、造形する面は最密面（六方最密充填構造（ＨＣＰ）では（０００１）面、面心立方構造（ｆｃｃ）では（１１１）面、体心立方構造（ｂｃｃ）では（１１０）面）が成長しやすいことから、Ｃｏの場合、造形を進める方向に対して垂直な面は（０００１）面とこれに１５°以内の角度の面の割合が高くなる傾向があるが、さらに下地基板に（０００１）面を多く持つＣｏ板を用いることで、（０００１）面の割合は増えるとともに、この面からずれた面の角度の１５°より小さくなる。

スパッタ面に各結晶粒の［０００１］方向のスパッタリングターゲットの厚み方向に対する角度の平均は、結晶粒径の測定と同様の方法で結晶粒界を露出させた後、ＥＢＳＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｐａｔｔｅｒｎ）法により各結晶粒の方位を測定することで算出可能である。

（５．空隙）
ターゲット内部に存在する空隙、とりわけ孔径０．０５μｍ以上の大きな空隙はスパッタ中に異常放電を発生させる原因となるために極力少なくすることが望ましい。本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法によれば、均一性の高い一方向凝固組織を有することで結晶組織の緻密化が容易であるため、空隙の発生を効果的に抑制可能である。具体的には、本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法によって得られるスパッタリングターゲットの一実施形態においては、孔径０．０５μｍ以上の空隙を１０００個／ｃｍ²以下とすることができ、好ましくは１００個／ｃｍ²以下とすることができ、より好ましくは１０個／ｃｍ²以下とすることができ、例えば０〜５００個／ｃｍ²とすることができる。

本発明において、孔径０．０５μｍ以上の空隙の数は、ターゲットから切り出したサンプルを平滑に研磨したサンプルのスパッタ面を、高分解能ＦＥ−ＳＥＭ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察して１ｃｍ²あたりの孔径０．０５μｍ以上の空隙数を計数する。孔径０．０５μｍ以上であるというのは、一つの空隙を取り囲むことのできる最小円の直径が０．０５μｍ以上であることを意味する。

（６．相対密度）
スパッタリングターゲットの相対密度は、スパッタ膜の品質と相関があり、スパッタリングターゲットが低密度であると、異常放電や空孔部から発塵により、スパッタ膜にパーティクルを発生させるおそれがある。本発明では上述したように緻密な一方向凝固組織を有するターゲットを作製することができる。具体的には、本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法によって得られるスパッタリングターゲットの一実施形態においては、相対密度を９９．５％以上とすることができ、この程度の高密度であれば、スパッタ膜の均質性に対する悪影響は殆どない。相対密度は好ましくは９９．５％以上であり、より好ましくは９９．７％以上であり、例えば９９．６〜９９．９％とすることができる。なお、スパッタリングターゲットの相対密度は、当該ターゲットを所定の形状に加工した後の重量と外形寸法より算出した実測密度を、そのターゲットの組成から求められる理論密度で除することで求めることができる。

（７．ターゲットの形状）
本発明に係るスパッタリングターゲットの形状は特に制限はないが、例えばスパッタ面が平坦な平板とすることができ、円盤状（例示的には径：φ１５６ｍｍ〜φ７５０ｍｍ程度、厚さ：３ｍｍｔ〜２５．６ｍｍｔ程度）、矩形状の平板（縦：１０ｍｍ〜３０００ｍｍ程度、横：３０ｍｍ〜５０００ｍｍ程度、厚さ：５ｍｍｔ〜３０ｍｍｔ程度）及び、円筒状（外径：φ５０ｍｍ〜φ３２０ｍｍ程度、内径：φ４０ｍｍ〜φ３００ｍｍ程度、長さ：１００ｍｍ〜６０００ｍｍ程度）とすることができる。大きな形状のもので、ＡＭ造形装置によっては一体型での造形が困難なものは、小片に分割した形状の物を造形した後、ターゲット組立時に組み合わせることで実現する。

＜ＩＩ．第二の課題を解決する発明について＞
（１．スパッタ部の原料）
スパッタ部の原料に関しては、第一の課題を解決する発明についての説明と同様であるので、記載を省略する。

（２．バッキングプレート）
バッキングプレートは公知の任意の製法で作製可能である。例えば、熱処理、鍛造及び圧延を組み合わせて、所定の特性と形状をもつ板状のバッキングプレートを製造可能である。バッキングプレートは、スパッタ部の保持機能及び放熱機能が求められるほか、スパッタ電力が印加される電極としての機能を有するため導電性が要求される。更に、バッキングプレートは冷却水の水圧に耐える必要もある。こうした観点から、バッキングプレートには導電性、熱伝導性、耐熱性及び高耐力等が要求される。このような材料として、銅、銅合金、チタン、チタン合金、アルミニウム合金及びステンレス鋼等の金属が好適に使用可能である。

（３．中間材）
バッキングプレートの上に直接的に又は中間材（ボンディング材）等を介して間接的に原料粉末を載置した上で付加造形法によりスパッタ部の積層造形を行うことで、バッキングプレートとスパッタリングターゲットが一体化した組立品を効率的に製造することが可能である。この際、バッキングプレートに穴及び／又は溝を形成しておくと、ボンディング強度を高める点でより有利である。穴及び／又は溝の好ましい深さは造形層厚さ以下である。

中間材をバッキングプレートとスパッタ部の間に設けるか否かはバッキングプレートとスパッタ部の相性による。例えば、Ｃｕ合金のバッキングプレートとＮｉ合金のスパッタ部は接合強度を確保できるため、中間材は不要である。該中間材は、バッキングプレートとスパッタ部の間の接合強度を高めることができる材料を適宜選定すればよいところ、中間材は両者に拡散可能であることが好ましい。中間材としては、限定的ではないが、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｖ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｍｏ及びＺｎを単独で使用することができ、これらの少なくとも一種を含有する合金を使用することもでき、これらから選択される一種を主成分とする合金とすることもできる。中間材は例えば０．０５〜５ｍｍの合計厚さを有する層で構成することができる。

中間材の層はバッキングプレート上に任意の適切な方法を用いて付着させることができる。任意の適切な方法としては、例えば、イオンメッキ、電気メッキ、無電解法等が挙げられる。しかしながら、中間材の層は生産効率の観点から、後述する付加造形によりバッキングプレート上に形成することが好ましい。中間材の層を付加造形により形成する場合は、スパッタ部と同様に、粉末状の原料を使用する。使用する原料粉末の粒径Ｄ９０は付加造形装置が造形する１層分の厚さに相当する１５０μｍか、それより小さいことが好ましく、造形後の仕上げ加工量を少なくするためには１２５μｍ以下であることがより好ましく、１００μｍ以下であることが更により好ましい。また、使用する原料粉末の粒径Ｄ１０は粉末取扱い時の発火を防ぐため、１０μｍ以上であることが好ましく、２０μｍ以上であることがより好ましく、４０μｍ以上であることが更により好ましい。

（４．付加造形）
本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法の一実施形態においては、バッキングプレート上又はバッキングプレート上に設けられた中間材上で、金属及び金属酸化物から選択される少なくとも一種以上の原料粉末を付加造形法により所望のスパッタ部形状に造形する造形工程を含む。また、本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法の別の一実施形態においては、バッキングプレート上に中間材を付加造形法により造形することにより、バッキングプレート上に設けられた中間材の層を作製する工程を含む。

以下、付加造形法によるスパッタ部及び中間材の層の作製手順を説明する。まず、スパッタ部又は中間材の層の原料粉末を所望の配合割合でＶ型混合機等により均一に混合する。原料粉末として一種類の金属又は金属酸化物のみを用いる場合には上記のような混合操作は不要である。付加造形法としては三次元ＣＡＤデータに基づいて、電子ビーム溶融（ＥＢＭ）又はレーザー溶融（ＳＬＭ）により、粉末床の表面付近を加熱することで選択的に溶融及び固化するという操作を繰り返して積層造形する粉末床溶融結合法（ＰＢＦ）が好適である。付加造形法によれば、直下の造形部の結晶方位及び結晶粒径を引き継ぐことができるので一層ずつの積層造形を繰り返すことで一方向凝固組織を形成可能であり、例えばコバルトの結晶磁気異方性をターゲットのスパッタ面の垂直方向に制御することが可能となる。なお、バッキングプレート上にスパッタ部又は中間材を造形する場合、造形されるスパッタ部又は中間材の組織がバッキングプレートの組織を引き継ぐことがあるが、これを避けるためには、バッキングプレートとして、中間材やスパッタ部の材料とは結晶構造や格子定数の違いが大きな材料を使用すれば、組織を引き継ぐことはない。

金属の造形には、付加造形法の中でもＥＢＭが好ましい。ＥＢＭを使用することにより、均一性の高い一方向凝固組織を有するターゲットの製造が可能であるという利点が得られる。また、ＥＢＭは高出力でメルトプールが深いため、高融点金属を使用する場合でも溶け残りのおそれがなく、高速での造形も可能である。そして、高真空中での造形を行うことで、造形過程での酸化が抑制され、高品質のターゲットが得られる。ＥＢＭは予備焼結プロセスを実施することで造形物のクラックを抑制できるという利点もある。

本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法の一実施形態においては、均一性の高い一方向凝固組織を得る観点から、以下のような条件を採用することが可能である。なお、予備焼結というのは、溶融させる部分以外の部分の粉末について、粉末間の導電性が取れる程度に軽度に焼結させる条件で加熱することを目的とする加熱である。
・造形方法：粉末床方式電子ビーム付加造形法
・予備焼結：原料粉末の比抵抗が１×１０^-4Ωｍ以下（例えば１×１０^-5〜１×１０^-4Ωｍ）になる加熱条件
・原料粉粒度：Ｄ１０：４０μｍ以上、Ｄ９０：１５０μｍ以下
・ＥＢ加速電圧：５０−７０ｋＶ
・造形層厚さ：５０−１００μｍ／層
・ビームスキャン速度：５００−５０００ｍ／ｓ

一方、金属酸化物の造形にはＳＬＭが好ましい。ＥＢＭでは造形中に金属酸化物中の酸素が乖離してしまうが、ＳＬＭでは酸素の乖離を起こさないように造形することが可能である。

本発明に係るスパッタリングターゲットを製造方法の一実施形態においては、均一性の高い一方向凝固組織を得る観点から、以下のような条件を採用することが可能である。
・造形方法：粉末床方式レーザー付加造形法
・原料粉粒度：Ｄ１０：５μｍ以上、Ｄ９０：５０μｍ以下
・Ｌａｓｅｒ出力：１００−３０００Ｗ
・造形層厚さ：１０−２００μｍ／層
・レーザースキャン速度：１−３０ｍ／ｓ

このようにして得られたバッキングプレートとスパッタ部が接合されたスパッタリングターゲットに対しては、形状加工及び表面加工の少なくとも一つの仕上げ加工工程を実施することができる。例えば、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）処理により、造形品内部に生じた微細な空隙を減少させて、相対密度を高めることができ、機械加工により寸法の微調整を実施することができる。また、スパッタ時の初期バーンイン時間の短縮の目的で、スパッタ面を研磨、エッチング等により表面処理することもできる。

また、付加造形法によって造形する仕上げ加工前のスパッタ部の形状を最終形状に近づけることによって、歩留まりを格段に向上させることができる。従来のスパッタリングターゲットの製造方法では、鍛造・圧延・熱処理を組み合わせて、平均結晶粒径３００μｍ以下の組織を得ることを第一の目的としていたことから、ターゲット材を複雑な最終形状に近い形にすることができないことから、原料歩留まりは３０〜６０％程度であり、高い歩留まりを達成することは困難であった。本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法の一実施形態によれば、造形形状をターゲットの最終形状に仕上げ加工分を加えた形状に設定することによって、前記仕上げ加工前のスパッタリングターゲットの質量に対する前記仕上げ加工後のスパッタリングターゲットの質量の比率を平板形状で９０％以上とすることができ、好ましくは９２．５％以上とすることができ、より好ましくは９５％以上とすることができる。また、前記仕上げ加工前のスパッタリングターゲットの質量に対する前記仕上げ加工後のスパッタリングターゲットの質量の比率を円筒形状で７０％以上とすることができ、好ましくは７５％以上とすることができ、より好ましくは８０％以上とすることができる。

（５．結晶粒径）
本発明に係るスパッタリングターゲットのスパッタ面に水平な方向の平均結晶粒径に関しては、第一の課題を解決する発明についての説明と同様であるので、記載を省略する。

（６．空隙）
ターゲット内部に存在する空隙に関しては、第一の課題を解決する発明についての説明と同様であるので、記載を省略する。

（７．相対密度）
スパッタリングターゲットの相対密度に関しては、第一の課題を解決する発明についての説明と同様であるので、記載を省略する。

（８．ターゲットの形状）
スパッタリングターゲットの形状に関しては、第一の課題を解決する発明についての説明と同様であるので、記載を省略する。

以下に本発明の実施例を比較例と共に示すが、これらの実施例は本発明及びその利点をよりよく理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。

（Ｉ．第一の課題を解決する発明について）
＜実施例１＞
純度９９．９９９質量％、Ｄ１０＝４０μｍ、Ｄ９０＝９０μｍのコバルト粉を用いて、粉末床方式電子ビーム付加造形法により、予備焼結温度：９００℃、電子ビーム加速電圧：６０ｋＶ、造形層厚さ：１００μｍ／層、ビームスキャン速度：２０００ｍ／ｓの条件で、φ１５６ｍｍ×厚さ３ｍｍの円盤ターゲットを作製した。予備焼結による原料粉末の比抵抗は７．３×１０^-5Ωｍであった。比抵抗は四端子法で測定した（以下の実施例でも同様である。）。この時のＰＴＦの測定点５点の平均値は９０％、標準偏差は２．２％となった。ターゲット組織を先述した方法で調べたところ、平均結晶粒径は１２０μｍ、スパッタ面の法線と各結晶粒の［０００１］方向のなす角の平均は５．１°、孔径０．０５μｍ以上の空隙が８個／ｃｍ²、相対密度は９９．９％であった。当該ターゲットに対して、ＥＢＳＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｐａｔｔｅｒｎ）法により、上面から下面にかけて厚み方向に１ｍｍ毎に結晶配向を調べたところ、スパッタ面に平行な（０００１）面の面積比が８５％であった。また、当該ターゲットの結晶粒径を、ＥＢＳＰ法により、上面から下面にかけて厚み方向に１ｍｍ毎に結晶粒径を調べたところ、結晶粒径の標準偏差は３０μｍであった。

＜実施例２＞
純度９９．９９質量％、Ｄ１０＝４０μｍ、Ｄ９０＝１１０μｍのコバルト粉を用いて、粉末床方式電子ビーム付加造形法により、予備加熱温度：９００℃、電子ビーム加速電圧：６０ｋＶ、造形層厚さ：１００μｍ／層、ビームスキャン速度：２０００ｍ／ｓの条件で、φ１５６ｍｍ×厚さ３ｍｍの円盤ターゲットを作製した。予備焼結による原料粉末の比抵抗は８．１×１０^-5Ωｍであった。この時のＰＴＦの測定点５点の平均値は８７％、標準偏差は２．５％となった。ターゲット組織を先述した方法で調べたところ、平均結晶粒径は１００μｍ、スパッタ面の法線と各結晶粒の［０００１］方向のなす角の平均は７．２°、孔径０．０５μｍ以上の空隙が１５個／ｃｍ²、相対密度は９９．７％であった。当該ターゲットに対して、ＥＢＳＰ法により、上面から下面にかけて厚み方向に１ｍｍ毎に結晶配向を調べたところ、スパッタ面に平行な（０００１）面の面積比が８２％であった。また、当該ターゲットの結晶粒径を、ＥＢＳＰ法により、上面から下面にかけて厚み方向に１ｍｍ毎に結晶粒径を調べたところ、結晶粒径の標準偏差は３２μｍであった。

＜実施例３＞
純度９９．９９質量％、Ｄ１０＝４５μｍ、Ｄ９０＝１３５μｍのＣｏ−１０ｗｔ％Ｐｔ粉を用いて、粉末床方式電子ビーム付加造形法により、予備加熱温度：９００℃、電子ビーム加速電圧：６０ｋＶ、造形層厚さ：１００μｍ／層、ビームスキャン速度：２０００ｍ／ｓの条件で、φ１５６ｍｍ×厚さ３ｍｍの円盤ターゲットを作製した。予備焼結による原料粉末の比抵抗は８．５×１０^-5Ωｍであった。この時のＰＴＦの測定点５点の平均値は９２％、標準偏差は４．１％となった。ターゲット組織を先述した方法で調べたところ、平均結晶粒径は８０μｍ、スパッタ面の法線と各結晶粒の［０００１］方向のなす角の平均は１３．５°、孔径０．０５μｍ以上の空隙が１２個／ｃｍ²、相対密度は９９．６％であった。当該ターゲットに対して、ＥＢＳＰ法により、上面から下面にかけて厚み方向に１ｍｍ毎に結晶配向を調べたところ、スパッタ面に平行な（０００１）面の面積比が７９％であった。また、当該ターゲットの結晶粒径を、ＥＢＳＰ法により、上面から下面にかけて厚み方向に１ｍｍ毎に結晶粒径を調べたところ、結晶粒径の標準偏差は３５μｍであった。

＜実施例４＞
純度９９．９９質量％、Ｄ１０＝４５μｍ、Ｄ９０＝１２５μｍのＣｏ−１０ｗｔ％Ｇｅ粉を用いて、粉末床方式電子ビーム付加造形法により、予備加熱温度：９００℃、電子ビーム加速電圧：６０ｋＶ、造形層厚さ：１００μｍ／層、ビームスキャン速度：２０００ｍ／ｓの条件で、φ１５６ｍｍ×厚さ３ｍｍの円盤ターゲットを作製した。予備焼結による原料粉末の比抵抗は７．７×１０^-5Ωｍであった。この時のＰＴＦの測定点５点の平均値は８０％、標準偏差は３．６％となった。ターゲット組織を先述した方法で調べたところ、平均結晶粒径は８０μｍ、スパッタ面の法線と各結晶粒の［０００１］方向のなす角の平均は１０．２°、孔径０．０５μｍ以上の空隙が１２０個／ｃｍ²、相対密度は９９．５％であった。当該ターゲットに対して、ＥＢＳＰ法により、上面から下面にかけて厚み方向に１ｍｍ毎に結晶配向を調べたところ、スパッタ面に平行な（０００１）面の面積比が７６％であった。また、当該ターゲットの結晶粒径を、ＥＢＳＰ法により、上面から下面にかけて厚み方向に１ｍｍ毎に結晶粒径を調べたところ、結晶粒径の標準偏差は２９μｍであった。

＜比較例１＞
純度９９．９９９質量％の電子ビーム溶解されたコバルトインゴットから、国際公開番号：ＷＯ２０１４／１５７１８７ Ａ１に示されるように、Ｃｏインゴットから熱間圧延、温間圧延によって作製したＣｏ板を機械加工によってφ１５６ｍｍ×厚さ３ｍｍの円盤ターゲットを作製した。この時のＰＴＦの測定点５点の平均値は６５％、標準偏差は６．２％となった。ターゲット組織を先述した方法で調べたが、結晶粒界は明確でないため、平均結晶粒径とスパッタ面の法線と各結晶粒の［０００１］方向のなす角の平均は測定できなかった。なお、孔径０．０５μｍ以上の空隙が１個／ｃｍ²、相対密度は９９．９％を超えてほぼ１００％であった。

＜実施例５＞
純度９９．９９５質量％、Ｄ１０＝４５μｍ、Ｄ９０＝１１０μｍのＴａ粉を用いて、粉末床方式電子ビーム付加造形法により、予備加熱温度：１２００℃、電子ビーム加速電圧：６０ｋＶ、造形層厚さ：１００μｍ／層、ビームスキャン速度：５００ｍ／ｓの条件で、φ１５６ｍｍ×厚さ１０ｍｍの円盤ターゲットを作製した。予備焼結による原料粉末の比抵抗は９．３×１０^-5Ωｍであった。平均結晶粒径は１１０μｍ、孔径０．０５μｍ以上の空隙が６３０個／ｃｍ²、相対密度は９９．６％であった。当該ターゲットに対して、ＥＢＳＰ法により、上面から下面にかけて厚み方向に１ｍｍ毎に結晶配向を調べたところ、スパッタ面に平行な（１１０）面の面積比が７８％であった。また、当該ターゲットの結晶粒径を、ＥＢＳＰ法により、上面から下面にかけて厚み方向に１ｍｍ毎に結晶粒径を調べたところ、結晶粒径の標準偏差は３３μｍであった。

＜実施例６＞
純度９９．９９５質量％のチタンのインゴットに対して総圧下率９０％以上の冷間圧延を行った後、９００℃×１時間の条件で熱処理を行うことで、φ１５６ｍｍ×厚さ１ｍｍの圧延板を得た。当該圧延板のスパッタ面における結晶配向を先述した方法で調べたところ、（０００１）面の面積比が９１％であった。なお、当該総圧下率は一般的なターゲットの厚さである５〜２５ｍｍ程度の厚みのターゲットでは達成できない値である。当該圧延板の表面酸化層を化学エッチングで除去した。また、純度９９．９９５質量％、Ｄ１０＝４５μｍ、Ｄ９０＝１１５μｍのＴｉ粉を用意した。
上記圧延板を下地板とし、上記Ｔｉ粉を原料として、粉末床方式電子ビーム付加造形法により、予備加熱温度：１０００℃、電子ビーム加速電圧：６０ｋＶ、造形層厚さ：１００μｍ／層、ビームスキャン速度：２０００ｍ／ｓで、φ１５６ｍｍ×厚さ１０ｍｍ（下地板を含む厚さ）の円盤ターゲットを上記下地板の上に作製した。予備焼結による原料粉末の比抵抗は８．８×１０^-5Ωｍであった。
ターゲット組織を先述した方法で調べたところ、平均結晶粒径は１２０μｍ、スパッタ面の法線と各結晶粒の［０００１］方向のなす角の平均は５．１°、孔径０．０５μｍ以上の空隙が２３個／ｃｍ²、相対密度は９９．８％であった。当該ターゲットに対して、ＥＢＳＰ法により、上面から下面にかけて厚み方向に１ｍｍ毎に結晶配向を調べたところ、スパッタ面に平行な面における（０００１）面の面積比が常に９１±１％の範囲にあった。また、当該ターゲットの結晶粒径を、ＥＢＳＰ法により、上面から下面にかけて厚み方向に１ｍｍ毎に結晶粒径を調べたところ、結晶粒径の標準偏差は２０μｍであった。

＜実施例７＞
膜厚均一性に優れた膜の成膜に用いたタンタルターゲットを用意した。当該ターゲットは鍛造、圧延、熱処理によって結晶粒径や配向組織を整えた後、機械加工によって所定のターゲット形状に製造されたものである。当該ターゲットを使用し、ＤＣマグネトロンスパッタリング装置にて、スパッタリング条件はＡｒガス圧力を１Ｐａ、放電電力を６Ｗ／ｃｍ²として、Ｓｉ基板上に０．１μｍの厚みの膜を形成したときの膜厚均一性をＸ線反射率法で測定した場合、１．２％程度である。当該ターゲットの未使用部分をφ１５６ｍｍ×厚さ２ｍｍの平板に加工した。一方で、ターゲットの原料として、純度９９．９９５質量％、Ｄ１０＝４５μｍ、Ｄ９０＝１１０μｍのＴａ粉を用意した。
上記平板を下地板とし、上記Ｔａ粉を原料として、粉末床方式電子ビーム付加造形法により、予備加熱温度：１２００℃、電子ビーム加速電圧：６０ｋＶ、造形層厚さ：１００μｍ／層、ビームスキャン速度：５００ｍ／ｓで、φ１５６ｍｍ×厚さ１２ｍｍ（下地板を含む厚さ）の円盤ターゲットを上記下地板の上に作製した。予備焼結による原料粉末の比抵抗は９．１×１０^-5Ωｍであった。
得られたターゲットをバッキングプレートに接合してターゲット組立品とし、ＤＣマグネトロンスパッタリング装置にて、スパッタリング条件はＡｒガス圧力を１Ｐａ、放電電力を６Ｗ／ｃｍ²として、Ｓｉ基板上に０．１μｍの厚みの膜を形成した。得られた膜の厚みの均一性を上記と同様の方法により測定したところ、１．１％であった。
上記結果により、付加造形法によって製造したターゲットは下地板に使用したターゲットの特性を引き継ぐことができることが分かる。

＜実施例８＞
実施例７で使用した膜厚均一性に優れた膜の成膜に用いたターゲットと同様の特性をもつタンタルターゲットを別途用意し、当該ターゲットの未使用部分から、放電加工ワイヤカット法により、φ１５６ｍｍ×厚さ２ｍｍの薄板を切り取った。また、ターゲットの原料として、純度９９．９９５質量％、Ｄ１０＝４５μｍ、Ｄ９０＝１１０μｍのＴａ粉を用意した。
上記薄板を下地板とし、上記Ｔａ粉を原料として、粉末床方式電子ビーム付加造形法により、予備加熱温度：１２００℃、電子ビーム加速電圧：６０ｋＶ、造形層厚さ：１００μｍ／層、ビームスキャン速度：５００ｍ／ｓで、φ１５６ｍｍ×厚さ１２ｍｍ（下地板を含む厚さ）の円盤ターゲットを上記下地板の上に作製した。予備焼結による原料粉末の比抵抗は９．３×１０^-5Ωｍであった。
得られたターゲットをバッキングプレートに接合してターゲット組立品とし、ＤＣマグネトロンスパッタリング装置にて、スパッタリング条件はＡｒガス圧力を１Ｐａ、放電電力を６Ｗ／ｃｍ²として、Ｓｉ基板上に０．１μｍの厚みの膜を形成した。得られた膜の厚みの均一性を上記と同様の方法により測定したところ、１．０％であった。
上記結果により、付加造形法によって製造したターゲットは下地板に使用したターゲットの特性を引き継ぐことができることが分かる。

＜実施例９＞
純度９９．９９９質量％、Ｄ１０＝８μｍ、Ｄ９０＝４０μｍのアルミナ粉を用いて、粉末床方式レーザー付加造形法により、レーザー出力：４００Ｗ、造形層厚さ：１００μｍ／層、レーザースキャン速度：５ｍ／ｓの条件で、φ３０ｍｍ×厚さ５ｍｍの円盤状ターゲットを作製した。この組織は、研磨後１３００℃×１ｈのサーマルエッチをして、ＳＥＭで調べたところ、平均結晶粒径は１２０μｍ、スパッタ面の法線と各結晶粒の［０００１］方向のなす角の平均は５．１°、孔径０．０５μｍ以上の空隙が７６２個／ｃｍ²、相対密度は９９．５％であった。当該ターゲットに対して、ＥＢＳＰ法により、上面から下面にかけて厚み方向に１ｍｍ毎に結晶配向を調べたところ、スパッタ面に平行な（０００１）面の面積比が８２％であった。また、当該ターゲットの結晶粒径を、ＥＢＳＰ法により、上面から下面にかけて厚み方向に１ｍｍ毎に結晶粒径を調べたところ、結晶粒径の標準偏差は３５μｍであった。

＜実施例１０＞
熱処理、鍛造及び圧延を組み合わせて外径１５０ｍｍ×高さ４００ｍｍ×厚み７ｍｍの大きさの円筒形に加工したＣ１８０００合金（Ｃｕ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｓｉ合金）からなるバッキングプレートを用意した。
スパッタ部用に純度９９．９９５質量％、Ｄ１０＝４５μｍ、Ｄ９０＝１１５μｍのチタン粉を原料として、粉末床方式電子ビーム付加造形法により、予備加熱温度：１０００℃、電子ビーム加速電圧：６０ｋＶ、造形層厚さ：１００μｍ／層、ビームスキャン速度：２０００ｍ／ｓで、外径１７１ｍｍ×内径１４９ｍｍ×高さ４０１ｍｍの円筒形の造形体を得た。予備焼結による原料粉末の比抵抗は９．５×１０^-5Ωｍであった。
次いで、当該造形体に対して旋盤で切削することにより形状加工を行い、更に研磨により表面加工を実施することで外径１７０ｍｍ×内径１５０ｍｍ×高さ４００ｍｍの最終形状のスパッタリングターゲットを作製した。
ターゲット組織を先述した方法で調べたところ、平均結晶粒径は１００μｍ、ターゲット円筒の長手方向と各結晶粒の［０００１］方向のなす角の平均は５．３°、孔径０．０５μｍ以上の空隙が１９個／ｃｍ²、相対密度は９９．７％であった。当該ターゲットに対して、ＥＢＳＰ法により、上面から下面にかけて厚み方向に１ｍｍ毎に結晶配向を調べたところ、ターゲット造形方向に垂直な面に平行な（０００１）面の面積比が９５％であった。また、当該ターゲットの結晶粒径を、ＥＢＳＰ法により、円筒の長手方向にかけて厚み方向に２５ｍｍ毎に結晶粒径を調べたところ、結晶粒径の標準偏差は１５μｍであった。このターゲットを使ってスパッタし、膜厚均一性をＸ線反射率法で測定したところ、２．１％であった。

（ＩＩ．第二の課題を解決する発明について）
＜実施例１＞
熱処理、鍛造及び圧延を組み合わせてφ１７７ｍｍ×厚み１０．５ｍｍの大きさに加工したＣ１８０００合金（Ｃｕ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｓｉ合金）からなるバッキングプレートを用意した。また、純度９９．９９５質量％、Ｄ１０＝４５μｍ、Ｄ９０＝１１０μｍのＴｉ粉を用意した。上記Ｔｉ粉を原料として、粉末床方式電子ビーム付加造形法により、予備焼結温度：８５０℃、電子ビーム加速電圧：６０ｋＶ、造形層厚さ：１００μｍ／層、ビームスキャン速度：２０００ｍ／ｓで、φ１５７ｍｍ×厚さ１０．５ｍｍのスパッタ部をバッキングプレート上に直接作製し、バッキングプレートとスパッタ部が接合された円盤状のスパッタリングターゲットを得た。得られたスパッタリングターゲットの質量は３．２２ｋｇであった。予備焼結による原料粉末の比抵抗は７．６×１０^-5Ωｍであった。比抵抗は四端子法で測定した（以下の実施例でも同様である。）。

次いで、当該スパッタリングターゲットに対して旋盤で形状加工を行い、更に研磨により表面加工を実施することでＢＰ部：φ１７６ｍｍ×厚み１０ｍｍ、Ｔｉ部：φ１５６ｍｍ×厚み１０ｍｍの最終形状のスパッタリングターゲットを作製した。当該仕上げ加工後のスパッタリングターゲットの質量は３．０４ｋｇであった。よって、仕上げ加工前のスパッタリングターゲットの質量に対する前記仕上げ加工後のスパッタリングターゲットの質量の比率は９４％であった。

スパッタ部とバッキングプレートの間の接合強度を曲げ試験片に加工したサンプルの曲げ強度を測定したところ、８ｋｇｆ／ｃｍ²以上であることが確認された。また、スパッタ部の組織を先述した方法で調べたところ、平均結晶粒径は９０μｍ、孔径０．０５μｍ以上の空隙が１７個／ｃｍ²、相対密度は９９．７％であった。

＜比較例１＞
外径１５６ｍｍ×内径１５０ｍｍ×高さ４００ｍｍを作るべく、コバルトインゴットから、熱処理及び鍛造を組み合わせて円筒作成を試みたが、狙い形状に対して、外径で６ｍｍ、内径で１ｍｍ、高さで６ｍｍのばらつき幅が発生することが分かった。なお、円筒の内側に丸棒を挿入して鍛造を行うことで、内径のばらつきが小さくすることができた。このばらつきのためばらつき幅の１／２の余肉が必要となり、原料インゴットは外径１５９ｍｍ×内径１４９．５ｍｍ×高さ４０３ｍｍに相当する量が必要であった。この造形体の重量は、８．２６ｋｇであり、これと外径１５６ｍｍ×内径１５０ｍｍ×高さ４００ｍｍの最終形状のスパッタリングターゲットの質量は５．１３ｋｇとの比率は６２％にとどまった。

＜実施例２＞
熱処理、鍛造及び圧延を組み合わせてφ１７７ｍｍ×厚み１０.５ｍｍの大きさに加工した純銅からなるバッキングプレートを用意した。中間材として、純度９９．９９質量％、Ｄ１０＝４０μｍ、Ｄ９０＝１２０μｍのＩｎ粉を用意した。また、ＳｎＯ₂粉末（Ｄ１０＝５μｍ、Ｄ９０＝１５μｍ）とＩｎ₂Ｏ₃粉末（Ｄ１０＝５μｍ、Ｄ９０＝１５μｍ）とを、Ｓｎ：Ｉｎ＝１：９の重量比になるように配合し、ポット中でジルコニアボールによりボールミル混合して、スパッタ部用のセラミック粉（Ｄ１０＝５μｍ、Ｄ９０＝１５μｍ）を調製した。

上記バッキングプレート上に、上記Ｉｎ粉を原料として、粉末床方式電子ビーム付加造形法により、予備焼結温度：１００℃、電子ビーム加速電圧：６０ｋＶ、造形層厚さ：１００μｍ／層、ビームスキャン速度：２０００ｍ／ｓで、厚さ０．５ｍｍの中間材の層を作製した。次いで、上記セラミック粉を用いて、粉末床方式レーザー付加造形法により、レーザー出力：４００Ｗ、造形層厚さ：１００μｍ／層、レーザースキャン速度：１０ｍ／ｓの条件で、φ１５７ｍｍ×厚さ１０．５ｍｍのスパッタ部を当該中間材の層上に作製し、バッキングプレートとスパッタ部が中間材を介して接合された円盤状のＩＴＯスパッタリングターゲットを得た。得られたスパッタリングターゲットの質量は３．７５ｋｇであった。予備焼結による原料粉末の比抵抗は９．１×１０^-5Ωｍであった。

次いで、当該スパッタリングターゲットに対して研削加工法により形状加工を行い、更に研磨法により表面加工を実施することでφ１５６ｍｍ×厚さ１０ｍｍの最終形状のスパッタリングターゲットを作製した。当該仕上げ加工後のスパッタリングターゲットの質量は３．５３ｋｇであった。よって、仕上げ加工前のスパッタリングターゲットの質量に対する前記仕上げ加工後のスパッタリングターゲットの質量の比率は９４％であった。

スパッタ部とバッキングプレートの間の接合強度を曲げ試験片に加工したサンプルの曲げ強度を測定したところ、０．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上であることが確認された。また、スパッタ部の組織を先述した方法で調べたところ、平均結晶粒径は１３０μｍ、孔径０．０５μｍ以上の空隙が４８２個／ｃｍ²、相対密度は９９．５％であった。

Claims (19)

1. 金属製、合金製又は金属酸化物製の下地板上に直接的に、金属及び金属酸化物から選択される少なくとも一種以上の原料粉末を付加造形法により造形する工程を含むスパッタリングターゲットの製造方法。
2. 付加造形法が電子ビーム溶融による粉末床溶融結合法である請求項１に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
3. 原料粉末の比抵抗が１×１０^-4Ωｍ以下になる加熱条件で原料粉末を予備焼結した後、電子ビーム加速電圧を５０〜７０ｋＶ、造形層厚さを５０〜１００μｍ／層、ビームスキャン速度を５００〜５０００ｍ／ｓの条件として造形を実施する請求項２に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
4. 所与の結晶配向を持つ金属製の板を下地板として使用する請求項１〜３の何れか一項に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
5. 付加造形法がレーザー溶融による粉末床溶融結合法である請求項１に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
6. レーザー出力を１００〜３０００Ｗ、造形層厚さを１０〜２００μｍ／層、レーザースキャン速度を１〜３０ｍ／ｓの条件として造形を実施する請求項５に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
7. 所与の結晶配向を持つ金属酸化物製の板を下地板として使用する請求項１、５〜６の何れか一項に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
8. 原料粉末が下地板と同一組成をもつ請求項４又は７に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
9. 所与の特性を有する金属製又は金属酸化物製のスパッタリングターゲットを所定の厚みを有する平板に切り出すことにより下地板を作製する工程を更に含む請求項４又は７に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
10. 前記平板の厚みが３〜３０ｍｍである請求項９に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
11. 原料粉末の粒径Ｄ９０が１５０μｍ以下であり、原料粉末の粒径Ｄ１０が５μｍ以上である請求項１〜１０の何れか一項に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
12. バッキングプレート上に直接的に又はバッキングプレート上に設けられた中間材上で、金属及び金属酸化物から選択される少なくとも一種以上の原料粉末を付加造形法により所望のスパッタ部形状に造形する造形工程を含むバッキングプレートとスパッタ部が接合されたスパッタリングターゲットの製造方法。
13. バッキングプレートとスパッタ部が接合されたスパッタリングターゲットに対して形状加工及び表面加工の少なくとも一つの仕上げ加工を更に実施することを含む請求項１２に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
14. 前記仕上げ加工前のスパッタリングターゲットの質量に対する前記仕上げ加工後のスパッタリングターゲットの質量の比率が平板形状で９０％以上である請求項１３に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
15. バッキングプレート上に中間材を付加造形法により造形することにより、バッキングプレート上に設けられた中間材の層を作製する工程と、バッキングプレート上に設けられた中間材の層上で、金属及び金属酸化物から選択される少なくとも一種以上の原料粉末を付加造形法により所望のスパッタ部形状に造形する造形工程を含む請求項１２〜１４の何れか一項に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
16. 中間材は合計厚みが０．０５〜５ｍｍの層で構成される請求項１２〜１５の何れか一項に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
17. 付加造形法が電子ビーム溶融による粉末床溶融結合法である請求項１２〜１６の何れか一項に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
18. 原料粉末の比抵抗が１×１０^-4Ωｍ以下になる加熱条件で原料粉末を予備焼結した後、電子ビーム加速電圧を５０〜７０ｋＶ、造形層厚さを５０〜１００μｍ／層、ビームスキャン速度を５００〜５０００ｍ／ｓの条件として造形工程を実施する請求項１７に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
19. 原料粉末の粒径Ｄ９０が１５０μｍ以下であり、原料粉末の粒径Ｄ１０が５μｍ以上である請求項１２〜１８の何れか一項に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。