JPWO2008084863A1 - Mo系スパッタリングターゲット板,および,その製造方法 - Google Patents

Mo系スパッタリングターゲット板,および,その製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2008084863A1
JPWO2008084863A1 JP2008553129A JP2008553129A JPWO2008084863A1 JP WO2008084863 A1 JPWO2008084863 A1 JP WO2008084863A1 JP 2008553129 A JP2008553129 A JP 2008553129A JP 2008553129 A JP2008553129 A JP 2008553129A JP WO2008084863 A1 JPWO2008084863 A1 JP WO2008084863A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rolling
ingot
target plate
sputtering target
less
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2008553129A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5426173B2 (ja
Inventor
徹 稲熊
徹 稲熊
坂本 広明
広明 坂本
大石 忠美
忠美 大石
真吾 泉
真吾 泉
中村 元
中村  元
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Original Assignee
Nippon Steel Materials Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Materials Co Ltd filed Critical Nippon Steel Materials Co Ltd
Priority to JP2008553129A priority Critical patent/JP5426173B2/ja
Publication of JPWO2008084863A1 publication Critical patent/JPWO2008084863A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5426173B2 publication Critical patent/JP5426173B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12Both compacting and sintering
    • B22F3/14Both compacting and sintering simultaneously
    • B22F3/15Hot isostatic pressing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/045Alloys based on refractory metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C27/00Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
    • C22C27/04Alloys based on tungsten or molybdenum
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/3407Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10Processes characterised by the sequence of their steps

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

【課題】 本発明は、微量元素の含有量条件と圧延条件を組み合わせて、変形抵抗を低減させ、さらに、耳割れ等の亀裂の発生を抑制することによって、大面積を有するMo系ターゲット板を高歩留まり、かつ、効率的に製造できる方法を提供する。【解決手段】 Mo系インゴットを圧延してスパッタリングターゲット板を製造する製造方法において、含有される酸素濃度を10質量ppm以上1000質量ppm以下に制御してMo系インゴットを製造する工程、該Mo系インゴットを加熱して600℃以上950℃以下の圧延温度で圧延する工程から構成されることを特徴とするMo系スパッタリングターゲット板の製造方法である。【選択図】 なし

Description

本発明は、液晶等の電極材料等として用いられるMo系素材に関し、特にMo系スパッタリングターゲット板の製造方法に関するものである。
液晶等の電極材料としてMo系合金が使用されるようになってきている。電極形成にはスパッタ法が適用されるため、スパッタ用のMo系ターゲット板が必要になってきている。特に液晶の大面積化に伴ってターゲット材の大面積化が要求され、Mo系インゴットを母材にした圧延によって大面積を有するMo系ターゲット板の製造が試みられている。
非特許文献1には、Moの圧延として、押し出し加工を行った後に1150〜1320℃の加熱を繰り返せば、1200〜1370℃の熱延で圧延板が製造できる技術が記載されている。
特許文献1は、融点1800℃以上の金属材料からなるコア材を、コア材よりも変形抵抗の低い金属材料からなる被覆材で覆って圧延する金属部材の製造方法に関する。コア材と接触する接触面の最大表面粗さ(Ry)が0.35μm以上の表面粗さである被覆材を、圧延ロールとコア材の間に配すことによって、熱延時にコア材と被覆材との間のすべり発生を抑制でき、コア材に傷が発生することを抑制できる。熱延時の温度としては800℃超1350℃以下の範囲が示されているが、圧延時の温度と変形抵抗に関する記述はない。
特許文献2は、Moを主体とする平均粒径20μm以下の粉末を圧縮成型する工程、原料粉末より大きく10mm以下の二次粉末に成型体を粉砕する工程、温度1000〜1500℃、圧力100MPa以上の条件で熱間静水圧プレス成型する工程、温度500℃〜1500℃で圧下率2〜50%で複数回の熱間圧延する工程から構成されるMoターゲット材の製造方法である。この発明の効果は、Mo以外の元素を添加する際に粉末凝集による偏析が防止できることや、加圧焼結体の変形を抑制でき、Mo系ターゲット材が効率的に製造できることである。微量元素の含有濃度と変形抵抗に関する記述は無かった。
特許文献3では、Moスパッタリングターゲット材を製造するにあたり、Mo焼結体の酸素含有量を500ppm以下にすることで、塑性加工が容易になり、スパッタリングターゲット材としては酸化物粒子相の形成が少なくなるのでパーティクルの発生を抑制できるとされている。更に、BCC(体心立方格子)結晶構造を有するMoの最稠密面である(110)面の相対強度比を高めることによって、スパッタリングレート(成膜速度)が高くなり、生産性を向上させることができるとしている。具体的には、X線回折における主ピーク4点で規格化した(110)面の相対強度比R(110)が40%以上であることが望ましいとしている。ここでは,圧延時の1パス当たりの圧下率の好ましい範囲としては10%以下とし,具体的には1パスあたり4%程度の圧下率で上記組織を得たことを示していた。
特許文献4では,加圧焼結を施してなるターゲット材であって,平均粒径10μm以下の微細組織を有し,かつ相対密度が99%以上であるモリブデンターゲットが示されている。このような組織に制御することにより,スパッタリング膜が均一となり,膜中のパーティクル数が低減できるとしている。
特許文献5では,スパッタ面の表面粗さがRa(算術平均粗さ)で1μm以下,Ry(最大高さ)で10μm以下とされ,スパッタ面に存在する深さ5μm以上の凹部の幅は,粗さ曲線の局部山頂の間隔として70μm以上とされたスパッタリングターゲットが示されている。これらのターゲット板を用いることによって,スパッタ面で生じる異常放電が抑制されるとされている。これらのスパッタ表面は平面研削による仕上げ処理によって達成できるとしていた。
以上に示したように、従来から押し出し加工と熱延を組み合わせて圧延板を製造したり、被覆材の表面粗さを規定して圧延時の傷発生を抑制したり、成型体を粉砕した二次粉末を利用してMo系ターゲット材の生産性を向上させたりする手法が提案されている。しかしながら、圧延法によるMo系ターゲット板の製造方法において、微量元素の含有濃度や結晶粒径条件と圧延条件を組み合わせて変形抵抗をより低減したり、割れや欠けの発生を抑制して生産性を向上させる手法はこれまで提案されてこなかった。
特開2006-218484号公報 特開2005-240160号公報 特開2007-113033号公報 特許第3244167号公報 特開2001-316808号公報 三島良績:特殊金属材料、コロナ社、p.95 (1961)
Mo系インゴットの靱性は十分に高くなく、圧延を行うと耳割れや破断が相次ぎ、圧延による製造方法では高い歩留まりは得難い。また、圧縮塑性変形時の変形抵抗が大きいため、圧延機の能力が限られる実際の圧延では、パス回数が増加してしまって生産性は低下してしまう。
そこで、本発明は、微量元素の含有量の条件と圧延条件の中で、変形抵抗が低減でき、さらに、耳割れ等の亀裂発生が抑制できる特異的な条件を利用して、大面積を有するMo系ターゲット板を高歩留まり、かつ、効率的に製造できる方法を提供することを目的とする。さらに,スパッタ成膜時に異常放電を起こしにくく,パーティクル等の異物が薄膜に発生しにくいスパッタターゲット材を提供することも目的とする。
(1) Mo系インゴットからMo系スパッタリングターゲット板を製造する方法において、含有酸素濃度を10質量ppm以上1000質量ppm以下に制御してMo系インゴットを製造する工程、該Mo系インゴットを加熱して600℃以上950℃以下の圧延温度で圧延する工程、を順次施すことを特徴とするMo系スパッタリングターゲット板の製造方法。
(2) Mo系インゴットからMo系スパッタリングターゲット板を製造する方法において、含有酸素濃度を10質量ppm以上1000質量ppm以下に制御してMo系インゴットを製造する工程、該Mo系インゴットを金属板で包んでカプセル化し、真空引きして真空封入する工程、該カプセルを加熱して600℃以上950℃以下の圧延温度で圧延する工程、及び、カプセルからMo系板を取り出す工程を順次施すことを特徴とするMo系スパッタリングターゲット板の製造方法。
(3) 前記Mo系インゴットを製造する工程において,前記Mo系インゴットの平均結晶粒径を10μm超50μm以下に制御することを特徴とする前項(1)又は(2)に記載のMo系スパッタリングターゲット板の製造方法。
(4) 前記圧延工程において、1パス当たりの圧下率が10%超50%以下であり、全圧下率が30%以上95%以下である前項(1)〜(3)のいずれかに記載のMo系スパッタリングターゲット板の製造方法。
(5) 前記圧延工程の途中において、1150℃以上1250℃以下に再加熱し、該温度に1分以上2時間以下保持する工程を付加する前項(1)〜(3) のいずれかに記載のMo系スパッタリングターゲット板の製造方法。
(6) 前記Mo系インゴットが、粒径20μm以下のMo系粉末を原料とし、該粉末を熱間静水圧プレス法により加圧焼結して得たインゴットである前項(1)〜(3) のいずれかに記載のMo系スパッタリングターゲット板の製造方法。
(7) 前記金属板が鋼板である前項(2)記載のMo系スパッタリングターゲット板の製造方法。
(8) 圧延工程の後に,機械研削による表面加工でスパッタ面を付与する工程を施すことを特徴とする前項(1)〜(3) のいずれかに記載のMo系スパッタリングターゲット板の製造
方法。
(9) 含有酸素濃度が10質量ppm以上1000質量ppm以下であり,平均結晶粒径が10μm超50μm以下であることを特徴とするMo系スパッタリングターゲット板。
(10) スパッタ面の算術平均うねりWaが0.1μm以上2.0μm以下であることを特徴とする(9)記載のMo系スパッタリングターゲット板。
本発明のMo系スパッタリングターゲット板の製造方法によれば、圧延によってMo系スパッタリングターゲット板を製造する際に、本発明の方法を適用することによって、Mo系インゴットが少ないパス回数で同じ厚みに圧延でき、さらに、耳割れや破断の発生を抑制する効果が得られる。このため、効率的なMo系スパッタリングターゲット板の製造が可能となる。得られたMo系ターゲット板は高品位かつ安価なため、液晶等を構成する電極部材のスパッタリングターゲット板として有用される。また、本発明のMo系ターゲット板は、スパッタ成膜時に異常放電を起こしにくく,パーティクル等の異物が薄膜に発生しにくい。
本発明の製造方法は、Mo系インゴットを製造する工程、加熱したMo系インゴットを圧延する工程を基として構成される。本発明者らは、Mo系インゴットに含有する酸素濃度が特定範囲に制御され、同時に圧延温度も特定範囲に制御されると、圧延時の変形抵抗が極めて低いレベルに低減され、その結果、圧下に必要なパス回数が最小化できることを見出した。さらに、この圧延条件では耳割れや亀裂発生が極めて効果的に抑制できることも見出した。また、更にMo系インゴットの平均粒径が特定範囲に制御されると、前記効果がより好適に得られる。
以下に、本発明について詳細に説明する。
本発明者らは、数多くの実験からMo系インゴットに含有される酸素濃度が10質量ppm以上1000質量ppm以下の範囲に入っており、同時に圧延変形時の温度が600℃以上950℃の範囲に入っていれば、Mo系インゴットの変形抵抗が著しく低くできることを見出した。更に前記Mo系インゴットの平均結晶粒径が10μm超50μm以下の範囲に入っていると、前記インゴットの変形抵抗がより低くできる。
ここで、インゴットに含有する酸素濃度は、インゴット表面から100μm以上内部で測定したもので規定する。大気中でインゴットを加熱すると表面付近が酸化し、表面付近の酸素濃度が増加するが、表面から100μm未満の領域だけで酸素濃度が増加しても、変形抵抗の変化や割れ発生に影響を及ぼさなかった。したがって、100μm以上の内部における酸素濃度で規定することにした。
図1には、Moインゴットを800℃に加熱して50%圧縮変形させた場合に測定された平均変形抵抗について、インゴットに含有する酸素濃度との関係を示した。変形抵抗の測定は、インゴットから小試験片を切り出して、加工フォーマスタ試験機で各変形温度におけるS-S曲線を測定して行った。変形温度での保持時間は10分とし、圧縮変形の歪み速度は10/secとして、50%まで圧縮変形させた。平均変形抵抗は0〜50%変形に至るまでの間の変形抵抗の平均値である。本インゴットの線分法で測定した平均結晶粒径は20μmであった。
平均変形抵抗は、酸素濃度が100〜200質量ppm付近で極小をとり、酸素濃度が増加しても減少しても平均変形抵抗は増加する傾向にあった。この中で、本発明の酸素濃度の範囲は、変形抵抗が低いレベル(400MPaレベル)を保っている10質量ppm以上1000質量ppm以下であり、より望ましい範囲としては、変形抵抗がより低いレベル(300MPaレベル)を保っている14質量ppm以上600質量ppm以下の範囲である。
ここで、酸素濃度が10質量ppm未満であると、どのような圧延温度条件であっても変形抵抗は増加して、圧延パス回数を減少させられなくなる。また、この場合には、無理に1パス当たりの圧下率が10%超で圧延しようとすると,圧延時に耳割れや亀裂が発生し易くなる傾向にあった。このため、酸素濃度は10質量ppm以上とした。酸素濃度が1000質量ppmを超えると、変形抵抗が増加し、圧延パス回数は増加した。さらに、この場合にも無理に1パス当たりの圧下率が10%超で圧延しようとすると,同時に耳割れや亀裂が生じ易くなり、歩留まりが急激に低下する。このために、酸素濃度は1000質量ppm以下とした。すなわち,酸素濃度が本発明の範囲の10質量ppm以上1000質量ppm以下であれば,1パス当たりの圧下率が10%超の条件で圧延することによって,少ない圧延パス回数で耳割れや亀裂の無いターゲット板を得ることができるのである。
図2には、含有する酸素濃度を5質量ppm、200質量ppmに制御したインゴットについて、平均変形抵抗と変形温度の関係を調べた結果を示した。本発明の範囲外である5質量ppm含有のインゴットでは、温度の上昇に伴って変形抵抗は単調に増加した。これに対して、本発明の範囲の200質量ppmインゴットでは、変形抵抗は800℃付近で極小値を取り、酸素濃度5質量ppmインゴットに比べて、600℃以上950℃以下の範囲で変形抵抗は低いレベルを維持していた。
圧延温度が600℃以上950℃以下の範囲で圧延すれば、Mo系インゴットには圧延に伴う耳割れや亀裂は殆ど発生しなくなり、特に1パス当たりの圧下率が10%超の条件で圧延することによって極めて高い歩留まりで効率的な圧延が実施できるようになる。圧延時のMo系インゴットの温度が600℃未満であると、変形抵抗は急激に増加すると共に、耳割れや亀裂が発生し易くなる。このため、圧延温度は600℃以上とした。圧延時のMo系インゴットの圧延温度が950℃を超えた場合にも、変形抵抗は増加して効率的な圧延が難しくなり、さらに、耳割れや亀裂が発生し易くなる。したがって、圧延温度は950℃以下とした。
インゴットの平均結晶粒径の測定はインゴット表面から100μm〜10mm程度内部に離れた位置で実施する。この面は圧延工程後に機械研削によって得られるターゲット板のスパッタ面に一致することが望ましい。結晶粒界は研磨等で観察面を鏡面化させた後にエッチングによって出現させる。この組織に対して線分法による結晶粒径測定を行って,平均結晶粒径(数平均結晶粒径)を求めた。
図3には,インゴットの平均結晶粒径を変化させた場合の,加熱温度800℃における平均変形抵抗の変化について示した。何れのインゴットの酸素濃度も100ppmであった。平均結晶粒径が10μm超の場合には,変形抵抗は200から300MPaレベルと小さな値を示した。したがって,本発明では,インゴットの平均結晶粒径は10μm超が好ましい。平均結晶粒径が10μm以下では圧延が困難となる場合がある。
平均結晶粒径が50μmを超えると,変形抵抗は300MPaを下回る低いレベルであるが,1パス当たりの圧下率が10%を超えた圧延では,圧延時に微小な耳割れや亀裂が発生してしまう場合がある。このため,効率的な圧延ができなくなってしまう場合がある。したがって,平均結晶粒径は50μm以下がより好ましい。
さらに好ましい平均結晶粒径の範囲は10μm超35μm以下である。35μm以下であると,より低い変形抵抗で圧延が可能となり,耳割れや亀裂が発生しなくなるからである。
さて、本発明の方法では、Mo系インゴットを金属板で包んでカプセル化することによって、圧延中や再加熱中の表面酸化を抑制して製品歩留まりを向上させることもできる。
カプセル板とMo系インゴットの間には隙間は生じてよいが、空気が入っていると酸化を抑制する目的が適わず、不活性ガスが入っていると加熱時にカプセル板が不要な膨らみを示すため、隙間の気体は真空引きによって除去する。加熱時はもとより、圧延時にカプセル板が破れて空気が入らないように、カプセル板の継ぎ目等の溶接部にはピンホールや亀裂が無いようにしなければならない。カプセルを構成する金属板としては、鋼板を用いれば良く、主にSS400等の炭素鋼板が用いられる。材料コストが安い上に、カプセル板の継ぎ手溶接が比較的容易であるため、確実なカプセル化が可能となる。
次に、インゴット、又は、カプセルを圧延する際の諸条件について記載する。
本発明の酸素濃度と圧延温度で圧延するのであれば、1パス当たりの圧下率は容易に10%超50%以下に設定できる。そして,耳割れや亀裂の発生が無く,高い歩留まりでターゲット板が製造可能である。10%以下でも圧延は可能であるが、パス回数が増加して工程が非効率となるため、10%超が望ましい。本発明の条件範囲であれば,1パス当たりの圧下率が10%を超えても耳割れや亀裂の発生を抑制することができる。
1パス当たりの圧下率を50%超にすると、Mo系インゴットに耳割れや割れが生じ易くなるため、50%以下にした。さらに、全圧下率は30%以上95%以下であると、本発明の効果がより高く得られる。全圧下率は30%未満であると、十分に大面積化できなくなるため、30%以上とした。全圧下率が95%を超えると、上記酸素濃度、温度条件であっても、Mo系インゴットに耳割れが生じるようになってしまう。このため、全圧下率は95%以下にした。
上記条件では、場合によっては、圧延途中にMo系インゴットが加工硬化を起こして、変形抵抗が増加することがある。その場合には、Mo系インゴットを1150℃以上1250℃以下に再加熱して1分以上2時間以下保持して軟化させても良い。再加熱温度が1150℃未満であると十分に軟化されないので、1150℃以上が望ましい。1250℃を超えると、加熱炉の損傷が大きくなるので、再加熱温度は1250℃以下が好ましい。保持時間が1分未満であると軟化が十分出ない場合があるので、1分以上が望ましい。保持時間が2時間を超えると結晶粒径が増加して靭性が低下することがあるので、2時間以下が望ましい。再加熱の後に圧延を行う場合には、再び600℃以上950℃以下にMo系インゴットの温度調節を行えば、効率的な圧延が可能となる。
次に、圧延に供するMo系インゴットの製造工程について記すこととする。Mo系インゴットの製造は、溶製による方法をとることもできるが、融点が高いため、Mo粉末と添加元素粉末を混合したMo系粉末を熱間静水圧プレス(以下「HIP」という)法で加圧焼結させる方法が効率的である。Mo系粉末は0.1μmから50μm程度の大きさのものが望ましく、例えば、平均粒径で6μmの粉末が使用される。ここで、粉末粒径が20μmを超えると、十分に焼結できない場合がある。このため、Mo系粉末の粒径としては、20μm以下がより望ましい
これらの粉末はHIP用容器内に挿入するが、容器に挿入する前にプレス加工や冷間静水圧プレスによって仮成型してコンパクト化すると、より効率的な作業が可能となる。この後、容器を真空封入して、温度1000℃以上1300℃以下、1000気圧以上2000気圧以下の条件でHIPにより焼結を行う。焼結体の望ましい相対密度は95%以上100%以下である。
含有する酸素濃度の制御は、主にHIPする前に行う。特に粉末の状態、又は、仮成型体の状態において、酸素を必要量付着させれば、HIPした後の焼結体にも同等の酸素濃度が残留する。具体的には10質量ppmよりも少ない場合には、大気中で粉末、もしくは、仮成型体を200℃〜500℃程度に加熱して酸素を吸着させる。1000質量ppmよりも酸素濃度が多い場合には、水素雰囲気の中で粉末、もしくは、仮成型体を200℃〜500℃程度に加熱して、酸素を還元脱離させればよい。
平均結晶粒径の制御は,主にHIPの際の温度や時間調節によって行うが,HIP後に特別に熱処理を施して温度や時間を調整して行う場合もある。何れの場合も温度が高く,時間が長くなるほど結晶粒は粗大化する傾向にある。
なお、HIPする際に使用した容器をそのまま圧延時のカプセルに流用して、容器を除去する作業を省略するとより効率的である。
カプセル材でインゴットを覆って製造した場合には、圧延後に圧延インゴット板を取り出すために、カプセル材を除去しなければならない。この際、カプセルの端部は鋸法やウォータージェット法によって切断でき、歩留まりを向上させるためには、できるだけ圧延インゴット板を避けて、端部を切断除去する必要がある。
圧延インゴット板から機械加工でスパッタ表面を研削してスパッタリングターゲット板が製造される。得られるMo系スパッタリングターゲット板は、好適にスパッタでき、良好な成膜ができる。例えば、スパッタ時に異常放電が生じにくく、成膜により得られる薄膜に塊状の異物が混入しにくい。特に、含有酸素濃度が10質量ppm以上1000質量ppm以下であって、平均結晶粒径が10μm超50μm以下であるMo系スパッタリングターゲット板においては、成膜により発生するパーティクルの数が著しく減少し,これらが元で起こるスパッタ中の異常放電が生じにくくなる。
より好ましい含有酸素濃度と平均結晶粒径の範囲は,含有酸素濃度が10質量ppm以上600質量ppm以下であって、平均結晶粒径が10μm超35μm以下である。より発生するパーティクルの数が著しく減少し,これらが元で起こるスパッタ中の異常放電が生じにくくなる。
スパッタリングターゲット板で測定する結晶粒径は線分法で求めた平均値である。測定する箇所は研削加工後にスパッタ面になる位置から厚み方向の半分の位置の範囲内で離れた位置である。その位置で圧延面に平行な面,圧延方向に平行で圧延面に垂直な面,圧延方向に垂直で圧延面に垂直な面のそれぞれで金属組織を観察して,線分法で3面の結晶粒径を求めた後に,これらを平均化する。
上記金属組織を有したMo系スパッタリングターゲット板のうち、スパッタ面で測定した算術平均うねりWaが0.1μm以上2.0μm以下になるように制御すると、スパッタ時に異常放電が更により生じにくくなることを本発明者らは見出した。
上記算術平均うねりWaに関する定義はJIS B 0601-2001で規定されている。即ち、被測定面に直角な平面で被測定面を切断したときの切り口の輪郭である断面曲線を元に、断面曲線にカットオフ値λf及びλcのガウシアンフィルターを順次かけることによってうねり曲線が得られる。算術平均うねり(Wa)は、うねり曲線からその中心線の方向に基準長さL(=λf)の部分を抜き取り、この抜き取り部分の中心線をX軸、縦倍率の方向をY軸として、うねり曲線をy=f(x)で表したとき、次の数1で与えられるWaの値をマイクロメートル単位(μm)で表したものをいう。
Figure 2008084863
本発明のスパッタ面の表面形状は、算術平均うねり(Wa)が0.1μm以上2.0μm以下である。この測定はJIS B 0601-2001に基づき,例えば、触針式三次元表面粗さ形状測定機としては東京精密社製サーフコム575A−3Dを用い,触針半径は5μm,うねり曲線の抽出条件はλc=2.5mm,λf=12.5mmとして行ったものである。
上記で規定した表面うねりがスパッタ面の表面性状として付与されると,平均結晶粒径が10μm超50μm以下の場合に出現する大きさのパーティクルが発生しても,スパッタ面に吸着し続けるようになる。この吸着は凸凹が元でスパッタ面に電荷の局在が起こり,これによりパーティクルとターゲット面の間に静電気力が発生するものと推定しているが,詳細はわかっていない。この吸着のおかげで,異常放電の原因となるパーティクルの集合体の形成が阻害され,異常放電が起きなくなると考えられる。
ここで,表面の凹凸が比較的長い波長を有する表面うねりである必要性は,スパッタが進行しても表面うねりの形状が消失すること無く継続し,パーティクルの吸着力がターゲット板の使用期間中継続するからである。波長が短くなると凸凹が短期間に消失して,吸着力が低下して異常放電が生じるようになる。
ここで算術平均うねりWaが0.1μm以上であると,スパッタによってうねりがより消失しにくくなり,先に述べたパーティクルの吸着力が長期間持続するようになる。この点で,より好ましい算術平均うねりWaの下限値は0.2μmである。
算術平均うねりWaが2.0μm以下であると,十分なパーティクルの吸着力が確保できるため,異常放電は起き難くなる。ターゲット板の平均結晶粒径が10μm超50μm以下の場合に発生する大きさのパーティクルが最も吸着しやすい算術平均うねりWaの範囲は1.5μm以下である。これらのことから,より好ましい算術平均うねりWaの範囲は0.2μm以上1.5μm以下である。
本発明で製造するMo系スパッタリングターゲット板の主成分はMoであり、質量比率で70%以上含有される。その他の含有成分としては、W、Nb、Ta、Cr、Co、Si、Ti、等が挙げられる。
(実施例)
以下、実施例により、本発明をさらに詳しく説明する。
平均粒径が5μmの純Mo粉末を出発材料として、圧延によるMoターゲット板の製造実験を行った。Mo粉末を冷間成型して、相対密度60%程度の仮成型体を作製した。そして、SS400製のHIP用容器に仮成型体を挿入した後に、酸素含有量を制御する作業を行った。原料粉末には1500質量ppmの酸素が付着しており、容器内部を真空引きした後に水素をパージして300℃に加熱して還元させて、酸素濃度を減少させることにした。酸素濃度は、保持時間が長くなるほど減少した。そこで、酸素濃度の制御は保持時間で行い、酸素濃度は、加圧焼結させた後のMoインゴットで測定した酸素濃度で、代表した。酸素濃度は、インゴットの表面から100μm以上内部で測定したものである。
酸素濃度を制御する処理を行った後、ロータリーポンプと油拡散ポンプでHIP用容器の内部を真空引きした。真空度が10-2Pa程度に到達した後、吸引口等をピンホールが発生しないように注意して封印した。こうして得られたHIP用容器はHIP装置に挿入され、1150℃×2時間保持、1200気圧の条件で加圧焼結処理が施された。得られた焼結体から幅220mm×長さ700mm×厚み60mmのMoインゴットを切り出した。このインゴットの相対密度は99.9%であり、それぞれのインゴットに含有する酸素濃度は、表1にまとめて示した通りであった。なお,線分法で測定したこれらのインゴットの平均結晶粒径は19μmであった。
表1には、各Moインゴットを圧延温度と同じ温度で50%圧縮変形させた場合に測定した平均変形抵抗を示した。変形抵抗の測定は、インゴットから小試験片を切り出して、加工フォーマスタ試験機で各変形温度におけるS-S曲線を測定して行った。変形温度での保持時間は10分とし、圧縮変形の歪み速度は10/secとして、50%まで圧縮変形させた。平均変形抵抗は0〜50%変形に至るまでの間の変形抵抗の平均値である。
Moインゴットの圧延は、電気炉で加熱した後に圧延機で行った。加熱は1000℃まで昇温させ、その後、1時間1000℃で保持した。インゴット温度はインゴット表面で測定した温度である。
使用した圧延機は、直径500mmφのワークロールを備えたものであった。圧延方向はインゴット長さ方向と一致させ、全てのパスにおける圧下荷重は一定にして圧延を行った。インゴットの厚み60mmが30mmになるように、全圧下率で50%の圧延を行った。得られた圧延インゴット板の寸法は幅220mm,長さ1400mm,厚み30mmであった。
Figure 2008084863
No.1〜12の実験例は、インゴットに含有する酸素濃度を5〜1200質量ppmまで変化させて、圧延温度を800℃にした場合の圧延状態を調べたものである。圧延温度は、本発明の範囲に入っていた。
No.1、12のMoインゴットの酸素濃度は、5質量ppm、1200質量ppmであり、これらは本発明の範囲から外れていた。これらの場合には、50%まで圧下するのに必要なパス回数は、他の発明例に比べて大きく、10パスかかった。必要なパス回数が発明例より多くなったのは、変形抵抗が大きくなったため、1パス当たりの圧下率が減少したためである。
また,1パス当たりの圧下率を変えて同じ800℃で全圧下率が50%の圧延を実施した際に,耳割れや亀裂が発生しない最大の1パス当たりの圧下率を調べてみたところ,いずれの酸素濃度においても6.1%/パスであった。すなわち,これらの酸素濃度では高効率,かつ,高歩留まりでターゲット板の製造は期待できないことが分かった。
No.2〜11では、酸素濃度は10質量ppm〜1000質量ppmであり、本発明の酸素濃度範囲に入っていた。50%までの圧下に必要なパス回数は、酸素濃度が14〜600質量ppmのMoインゴットの場合には、5パスの最小値を取った。その他の発明例でも、酸素濃度が本発明の範囲ならば、必要なパス回数は比較例に比べて少なく、8パス以下であった。これらの圧延でも、耳割れや亀裂は全く発生しなかった。ここで、パス回数が低減したのは、表1に示したように、本発明の範囲では変形抵抗が低減するからである。
さらに,1パス当たりの圧下率を変えて同じ800℃で全圧下率が50%の圧延を実施した際に,耳割れや亀裂が発生しない最大の1パス当たりの圧下率を調べてみたところ,いずれの酸素濃度においても10%/パスを超えることを確認できた。この中でも,酸素濃度が30質量ppm〜200質量ppmであると亀裂が発生しない最大の1パス当たりの圧下率が29.3%(全圧下率50%を2パスで圧延)に達し,極めて高効率,かつ,高歩留まりでターゲット板の製造が可能であることを確認した。
No.13〜18とNo.7の実験例は、インゴットに含有する酸素濃度を200質量ppm一定にして、圧延温度を500〜1000℃に変更した際の圧延の様子を調べたものである。これらの酸素濃度は、本発明の範囲に入っていた。インゴットを1000℃に加熱して保持した時間は1時間であった。
No.13、18は、圧延温度が本発明範囲から外れた500℃、1000℃の比較例である。いずれの場合にも、50%まで圧下するために必要なパス回数は、他の発明例に比べて多く、10パスであった。これは、変形抵抗が増加して、1パス当たりの圧下率が低下したためであった。また、これらの比較例では、得られたMo板に耳割れが発生していた。
また,1パス当たりの圧下率を変えて500℃,1000℃で全圧下率が50%の圧延を実施した際に,耳割れや亀裂が発生しない最大の1パス当たりの圧下率を調べてみたところ,いずれの温度においても5.6%/パスであった。すなわち,これらの圧延温度では高効率,かつ,高歩留まりでターゲット板の製造は期待できないことが分かった。
No.14〜17,No.19〜26とNo.7の圧延温度は600℃〜950℃であり、本発明の範囲に入った発明例である。700〜900℃の圧延温度条件では、必要なパス回数は5回であり、比較例の半分のパス回数で50%の圧下が可能であった。その他の本発明の範囲においても、比較例よりも少ないパス回数で50%の圧下が可能であった。本発明の範囲に入っていれば変形抵抗が小さくなり、1パス当たりの圧下率が増加するので、全圧下に必要なパス回数は少なくなるのである。加えて、これらの発明例で得られたMo圧延インゴット板には、耳割れは全く発生していなかった。
さらに,1パス当たりの圧下率を変えて同じ600℃〜950℃で全圧下率が50%の圧延を実施した際に,耳割れや亀裂が発生しない最大の1パス当たりの圧下率を調べてみたところ,いずれの温度においても10%/パスを超えることを確認できた。この中でも,圧延温度が700℃〜800℃であると亀裂が発生しない最大の1パス当たりの圧下率が29.3%(全圧下率50%を2パスで圧延)に達し,極めて高効率,かつ,高歩留まりでターゲット板の製造が可能であることを確認した。
ここで圧延機のワークロールの大きさを変えて,耳割れや亀裂が発生しない最大の1パス当たりの圧下率を求める実験を行った。No.4と同じ寸法,酸素濃度のインゴットを使用して,ワークロール径が250φ,1000φの圧延機で実験した。圧延温度を800℃にして250φのワークロールで1パス当たり50%の圧下を試みたところ,耳割れ,亀裂を発生することなく圧延できた。1000φのワークロールでは耳割れ,亀裂が発生しない最大の圧下率は29.3%であった。
本発明の方法により製造したMo系圧延インゴットを機械加工で表面研削してスパッタリングターゲット板に仕上げた。仕上げた後の寸法は幅210mm,長さ1350mm,厚み27mmであった。粗研削は旋盤と縦軸ロータリー研削機で行い,スパッタ面の仕上げ加工は、具体的には横軸平面研削盤を用い、Al23系セラミック砥石(粒度#60)を使用して、砥石周速1600m/min、素材送り速度10m/minの条件下で実施した。平面研削の方向はターゲット板の長さ方向に一致させるようにした。
ここで,平面研削盤の砥石軸回転と素材送り移動の均一さは研削盤装置の調整によって変更でき,仕上げ加工後のスパッタ面の表面うねり程度はこの調整で制御した。砥石軸回転と素材送り移動の均一さが上がるほど表面うねりは減少した。
なお,No.1,12,13,18の耳割れ,亀裂が発生した圧延インゴット板では,上記研削によって割れ,亀裂が除去し切れなかったため,ターゲット板への仕上げは断念した。結晶粒径の測定は圧延面に平行な面,圧延方向に平行で圧延面に垂直な面,圧延方向に垂直で圧延面に垂直な面のそれぞれで金属組織を観察して,線分法で3面の結晶粒径を求めた後に,これらを平均化した。スパッタ面から厚み方向に1mmの位置で平均結晶粒径を測定したところ,いずれのターゲット板においても19μmであった。
算術平均うねりWaの測定はJIS B 0601-2001に基づき,触針式三次元表面粗さ形状測定機として東京精密社製サーフコム575A−3Dを用い,触針半径は5μm,うねり曲線の抽出条件はλc=2.5mm,λf=12.5mmとして行った。
測定位置はターゲット板の幅方向の真ん中であって、長さ方向で端部から100mm,675mm,1250mmの3箇所であった。各測定位置ではそれぞれ長さ方向,幅方向に測定を行い,測定回数は全てで6回であった。これらで得られた算術平均うねりWaを加重平均して,評価値の算術平均うねりWaとした。
No.2〜11,No.14〜17では算術平均うねりWaは0.95μmであった.No.19〜26では算術平均うねりWaは0.08〜2.50μmであった。
このようにして得たターゲット板を,銅製バッキングプレートにろう材を用いて接合した後に,スパッタリング装置にセットした。このようなスパッタリング装置を用いて,SiO2基板上に厚さ3.0μmのMo膜を成膜した。スパッタリング条件は,スパッタ圧0.4Pa,Arガス流量12sccm(standard cc(cm3)/min),基板温度150℃とした。
その結果,酸素濃度が50〜200ppmであり,平均結晶粒径が19μmであり,算術平均うねりWaが0.10〜1.95μmであったターゲット板では,異常放電の回数は1回以下であり,優れた特性が確認できた。この中でも,算術平均うねりWaが0.20〜1.50μmのターゲット板では,成膜中に異常放電は全く起きなかった.一方,算術平均うねりWaが0.1μm未満や,2.0μm超であると,やや異常放電の回数は増加した。
以上示したように、Moインゴットに含有される酸素濃度と、圧延温度を本発明の範囲に制御することによって、従来に比べてより効率的に、さらに、高い歩留まりでMoスパッタリングターゲット板が製造できることを確認できた。さらに,酸素濃度,平均結晶粒径,表面うねりが本発明の範囲に制御されたMoスパッタリングターゲット板では,成膜中に異常放電が起こりにくく,パーティクルの混入が極少ない高品位な成膜が可能であることを確認した。
実施例1のNo.7の発明例と同じ製造条件でMoインゴット板を複数枚製造して、再加熱処理が圧延に与える効果を確認する実験を行った。このMoインゴットに含有される酸素濃度は200質量ppmであった。この酸素濃度は表面から100μm以上内部で測定したものである。また,線分法で測定したこれらのインゴットの平均結晶粒径は19μmであった。Moインゴットの寸法は、幅220mm×長さ1400mm×厚み30mmであった。
まず、1000〜1300℃の間の各温度でMoインゴット板を再加熱し、1時間保持した。再加熱は電気炉を用いて大気中で行った。再加熱した各インゴットの圧縮変形抵抗を調べるために、再加熱後のインゴットから小試験片を切り出して、加工フォーマスタ試験で圧延温度と同じ温度で圧縮時のS-S曲線を測定した。ここで、変形温度での保持時間は10分とし、圧縮変形の歪み速度は10/secとして、50%まで圧縮変形させた。平均変形抵抗は0〜50%変形する間の変形抵抗の平均値である。その結果は表2に示した。
Figure 2008084863
No.27の実験例は、再加熱を行わない場合である。この場合、変形温度800℃で圧縮変形をさせると、平均変形抵抗は420MPaであった。
No.28〜33の実験例は、再加熱温度を1000〜1300℃の間で変更し、再加熱後のインゴットを800℃一定で圧縮変形させた場合の平均変形抵抗を調べたものである。再加熱温度が1000又は1100℃の場合には、平均変形抵抗は420MPaであり、再加熱を行わないNo.27の実施例の結果と同レベルであった。再加熱温度が1150〜1300℃の場合には、平均変形抵抗はNo.27の実験例に比べて減少しており、特に1200℃以上では減少量は大きくなり、半減していた。
No.34,35の比較例は、再加熱温度を1200℃一定にして、再加熱後に本発明の範囲から外れた温度500、1000℃で圧縮変形させた場合の平均変形抵抗である。この場合には、1200℃で再加熱していても、平均変形抵抗は380MPaの大きな値を示した。
次に、厚み30mmのMoインゴットを、圧延によって厚み15mmに圧延する実験を行った。圧延機は、直径500mmφのワークロールを備えた二段可逆式のものを用いた。ここで、狙いとする全圧下率は50%とし、狙い厚みは15mmであった。圧下荷重は一定にして、全ての圧延を行った。得られた圧延インゴット板の寸法は幅220mm×長さ2800mm×厚み15mmであった。
再加熱を行わなかったNo.27の発明例では、50%の圧下に必要なパス回数は6パスであった。得られたインゴット板には耳割れは生じなかった。
No.28〜33では、再加熱温度を1000〜1300℃の間で変更した。再加熱温度が1150℃以上の場合には、全圧下に必要なパス回数は、再加熱を行わなかったNo.27に比べて、減少する傾向にあった。特に、1200℃以上であると、パス回数は3パスまで減少した。これらのパス回数の減少は、再加熱によって変形抵抗が減少したことに関係している。なお、1250℃を超えると、再加熱炉の損傷が大きく、メンテナンスの頻度は多くなった。
No.27〜33に関して,1パス当たりの圧下率を変えて全圧下率が50%の圧延を実施した際に,耳割れや亀裂が発生しない最大の1パス当たりの圧下率を調べてみたところ,いずれの温度においても10%/パスを超えることを確認できた。この中でも,再加熱温度が1150℃〜1300℃であると亀裂が発生しない最大の1パス当たりの圧下率が50%(全圧下率50%を1パスで圧延)に達し,極めて高効率,かつ,高歩留まりでターゲット板の製造が可能であることを確認した。
No.34、35の比較例では、1200℃で再加熱を行った後に、圧延温度を500℃、1000℃にして圧延を行った。何れの場合も、再加熱を行っていても、圧延温度が本発明の範囲に入っていないと、全圧下に必要なパス回数は6パスと多く、さらに耳割れが生じる結果となった。
1パス当たりの圧下率を変えて500℃,1000℃で全圧下率が50%の圧延を実施した際に,耳割れや亀裂が発生しない最大の1パス当たりの圧下率を調べてみたところ,いずれの温度においても5.6%/パスであった。すなわち,これらの圧延温度では高効率,かつ,高歩留まりでターゲット板の製造は期待できないことが分かった。
本発明の方法により製造したMo系圧延インゴットを機械加工で表面研削してスパッタリングターゲット板に仕上げた。仕上げた後の寸法は幅215mm,長さ2700mm,厚み12mmであった。粗研削は旋盤と縦軸ロータリー研削機で行い,スパッタ面の仕上げ加工は、具体的には横軸平面研削盤を用い、Al23系セラミック砥石(粒度#60)を使用して、砥石周速1800m/min、素材送り速度15m/minの条件下で実施した。平面研削の方向はターゲット板の長さ方向に一致させるようにした。
ここで,平面研削盤の砥石軸回転と素材送り移動の均一さは研削盤装置の調整によって変更でき,仕上げ後のスパッタ面の表面うねり程度の制御はこの調整で行った。砥石軸回転と素材送り移動の均一さが上がるほど表面うねりは減少した。
なお,No.34,35の耳割れ,亀裂が発生した圧延インゴット板では,上記研削によって割れ,亀裂が除去し切れなかったため,ターゲット板への仕上げは断念した。スパッタ面から厚み方向に1mmの位置で実施例1と同じ方法によって平均結晶粒径を測定したところ,No.27〜32のターゲット板においては21〜32μmであった。また,No.33のターゲット板においては53μmであり好ましい上限50μmを超えていた。
算術平均うねりWaの測定はJIS B 0601-2001に基づき,触針式三次元表面粗さ形状測定機として東京精密社製サーフコム575A−3Dを用い,触針半径は5μm,うねり曲線の抽出条件はλc=2.5mm,λf=12.5mmとして行った。
測定位置はターゲット板の幅方向の真ん中であって、長さ方向で端部から100mm,1350mm,2600mmの3箇所であった。各測定位置ではそれぞれ長さ方向,幅方向に測定を行い,測定回数は全てで6回であった。これらで得られた算術平均うねりWaを加重平均して,評価値の算術平均うねりWaとした。いずれのターゲット板でも算術平均うねりWaは0.83μmであった。
このようにして得たターゲット板を,銅製バッキングプレートにろう材を用いて接合した後に,スパッタリング装置にセットした。このようなスパッタリング装置を用いて,SiO2基板上に厚さ3.0μmのMo膜を連続成膜した。スパッタリング条件は,スパッタ圧0.4Pa,Arガス流量12sccm(standard cc(cm3)/min),基板温度150℃とした。その結果,酸素濃度が200ppmであり,平均結晶粒径が19〜32μmであり,算術平均うねりWaが0.83μmであったターゲット板では,異常放電は全く起きず,優れた特性が確認できた。一方,平均結晶粒径が50μmを超えると,やや異常放電の回数は増加した。
以上示したように、Moインゴットに含有される酸素濃度と、圧延温度及び圧延途中の再加熱温度を本発明範囲に制御することによって、従来に比べてより効率的に、さらに、高い歩留まりでMoスパッタリングターゲット板が製造できることを確認できた。さらに,酸素濃度,平均結晶粒径,表面うねりが本発明の範囲に制御されたMoスパッタリングターゲット板では,成膜中に異常放電が起こりにくく,パーティクルの混入が極少ない高品位な成膜が可能であることを確認した。
質量比でMo:W=80:20の元素から構成されるMo系インゴットを圧延して、Mo系スパッタリングターゲット板を製造する実験を行った。
出発原料は、平均粒径が5μmの純Mo粉末と、平均粒径が8μmの純W粉末である。これらをボールミルでよく攪拌して混合粉末を作製した。混合粉末を冷間静水圧プレスで成型し、相対密度60%程度の仮成型体を作製した。そして、SS41製のHIP用容器に仮成型体を挿入した後に、酸素含有量を制御する作業を行った。混合粉末の酸素濃度は3質量ppmであり、容器内は大気のままで300℃に加熱して酸化させた。酸素濃度は、保持時間が長くなるほど増加した。そこで、酸素濃度の制御は保持時間で行い、酸素濃度は、加圧焼結させた後のMoインゴットで測定した酸素濃度で、代表した。
酸素濃度を制御する処理を行った後、ロータリーポンプと油拡散ポンプで、HIP用容器の内部を真空引きした。真空度が10-2Pa程度に到達した後、吸引口等をピンホールが発生しないように注意して封印した。こうして得られたHIP用容器はHIP装置に挿入され、1250℃×2時間保持、1200気圧の条件で、加圧焼結処理が施された。得られた焼結体から幅300mm×長さ400mm×厚み100mmのMo系インゴットを切り出した。このインゴットの相対密度は99.9%であり、それぞれのインゴットに含有する酸素濃度は、表3にまとめて示した通りであった。酸素濃度は、インゴットの表面から100μm以上内部で測定したものである。
また,線分法で測定したこれらのインゴットの平均結晶粒径は9〜57μmであった。
引き続き、Mo系インゴットを厚さ10mmのSS400鋼板で包んでカプセル化した。鋼板同士の継ぎ手は溶接によって接続し、ピンホールや亀裂が生じていないように注意して溶接した。カプセル内面とインゴット表面の間にはミリ単位の隙間が生じていた。カプセルに設けた吸引口からロータリーポンプと油拡散ポンプを用いて真空引きを行った。真空度が10-2Pa程度に到達した後、吸引口等をピンホールが発生しないように注意して封印した。カプセルの外寸法は、幅322mm×長さ422mm×厚み121mmであった。
得られた各カプセルを圧延して、酸素濃度と圧延温度によって圧延の状態がどのように変化するのか調べることにした。カプセルの加熱は電気炉を用いて大気中で行った。加熱は、1000℃まで昇温した後、1時間保持するものであった。その後の圧延は、圧延温度を800℃〜1000℃の範囲から選び実施した。
Figure 2008084863
使用した圧延機は直径460mmφのワークロールを備えた二段可逆式であった。狙いとする全圧下率は60%とし、カプセルを含めた厚みで48mmまで圧延することにした。圧延向はカプセル長さ方向と一致させ、全てのパスにおける圧下荷重は一定にして圧延を行った。ここで,得られた圧延インゴット板の寸法は幅300mm,長さ1000mm,厚み40mmであった。
圧延工程後にカプセルの端部をウォータージェット法で切断して、カプセル板を剥がして、Mo系インゴット板を取り出した。この際、インゴット板に耳割れや亀裂が発生していないか、注意深く観察した。
表3には、各Mo系インゴットを圧延温度と同じ温度で60%圧縮変形させて測定した平均変形抵抗を示した。変形抵抗の測定は、圧延前のインゴットから小試験片を切り出して、加工フォーマスタ試験機で各変形温度におけるS-S曲線を測定して行った。加熱温度での保持時間は60分とし、圧縮変形の歪み速度は10/secとして、60%まで圧縮変形させた。平均変形抵抗は0〜60%変形に至るまでの間の変形抵抗の平均値である。
No.36〜45の実験例は、Mo系インゴットに含有する酸素濃度を変化させて、圧延温度を850℃一定にした際の圧延の状態を調べたものである。圧延温度は本発明の範囲に入っていた。
No.36,45の比較例では、酸素濃度は6質量ppm、1300質量ppmであり、酸素濃度が本発明の範囲から外れていた。これら場合には、60%まで圧下するのに必要なパス回数は、他の発明例に比べて大きく、14パスであった。パス回数が発明例より多くなったのは、変形抵抗が大きくなったために、1パス当たりの圧下率が減少したためである。これらの圧延では耳割れが発生し、高歩留まりは期待できないことが分かった。
1パス当たりの圧下率を変えて同じ850℃で全圧下率が60%の圧延を実施した際に,耳割れや亀裂が発生しない最大の1パス当たりの圧下率を調べてみたところ,いずれの酸素濃度においても4.5%/パスであった。すなわち,これらの酸素濃度では高効率,かつ,高歩留まりでターゲット板の製造は期待できないことが分かった。
No.37〜44は、酸素濃度が10〜1000質量ppmであり、本発明の酸素濃度範囲に入っている。酸素濃度が50〜600質量ppmのMoインゴットの場合には、60%まで圧下するために必要なパス回数は7パスであり、最小値であった。これらでは、耳割れや亀裂は全く発生しなかった。さらに、その他の発明例でも、酸素濃度が本発明の範囲ならば、パス回数は比較例に比べて少ない11パス以下であった。これらの圧延でも耳割れや亀裂は全く発生しなかった。ここで、パス回数が低減したのは、表3に示したように、本発明範囲では変形抵抗が減少するからである。
さらに,1パス当たりの圧下率を変えて同じ850℃で全圧下率が60%の圧延を実施した際に,耳割れや亀裂が発生しない最大の1パス当たりの圧下率を調べてみたところ,いずれの酸素濃度においても10%/パスを超えることを確認できた。この中でも,酸素濃度が50質量ppm〜200質量ppmであると亀裂が発生しない最大の1パス当たりの圧下率が26.3%(全圧下率60%を3パスで圧延)に達し,極めて高効率,かつ,高歩留まりでターゲット板の製造が可能であることを確認した。
No.46〜51とNo.40の実験例は、インゴットに含有する酸素濃度を200質量ppm一定にして、圧延温度を500〜1000℃に変更した際の温間圧延の様子を調べたものである。これらの酸素濃度は本発明の範囲に入っていた。
No.46,51は、圧延温度が本発明範囲から外れた500℃、1000℃の比較例である。いずれの場合にも、60%まで圧下するために必要なパス回数は発明例に比べて多く、14〜15パスであった。これは、変形抵抗が増加して、1パス当たりの圧下率が減少したためであった。また、これらの比較例では、得られたMo板に耳割れが発生していた。
また,1パス当たりの圧下率を変えて500℃,1000℃で全圧下率が60%の圧延を実施した際に,耳割れや亀裂が発生しない最大の1パス当たりの圧下率を調べてみたところ,いずれの温度においても4.5%/パスであった。すなわち,これらの圧延温度では高効率,かつ,高歩留まりでターゲット板の製造は期待できないことが分かった。
No.47〜50とNo.40の圧延温度は600℃〜950℃であり、本発明の範囲に入った発明例である。700〜900℃の圧延温度条件では、パス回数は7〜9回であり、60%の圧下に必要なパス回数は比較例の半分であった。その他の本発明の範囲においても、比較例よりも少ないパス回数で60%の圧下が可能であった。本発明の範囲に入っていれば変形抵抗は減少し、1パス当たりの圧下率が増加するので、全圧下に必要なパス回数は少なくなるのである。加えて、これらの発明例で得られたMo板には、耳割れは全く発生していなかった。
さらに,1パス当たりの圧下率を変えて同じ600℃〜950℃で全圧下率が60%の圧延を実施した際に,耳割れや亀裂が発生しない最大の1パス当たりの圧下率を調べてみたところ,いずれの温度においても10%/パスを超えることを確認できた。この中でも,圧延温度が700℃〜850℃であると亀裂が発生しない最大の1パス当たりの圧下率が20%を超え,極めて高効率,かつ,高歩留まりでターゲット板の製造が可能であることを確認した。
ここで圧延機のワークロールの大きさを変えて,耳割れや亀裂が発生しない最大の1パス当たりの圧下率を求める実験を行った。No.40と同じ寸法,酸素濃度のインゴットを使用して,ワークロール径が250φ,1000φの圧延機で実験した。圧延温度を850℃にして250φのワークロールで1パス当たり36.8%の圧下を試みたところ,耳割れ,割れを発生することなく圧延できた。1000φのワークロールでは耳割れ,亀裂が発生しない最大の圧下率は26.3%であった。
本発明の方法により製造したMo系圧延インゴットを機械加工で表面研削してスパッタリングターゲット板に仕上げた。仕上げた後の寸法は幅285mm,長さ950mm,厚み35mmであった。粗研削は旋盤と縦軸ロータリー研削機で行い,スパッタ面の仕上げ加工は、具体的には横軸平面研削盤を用い、Al23系セラミック砥石(粒度#60)を使用して、砥石周速1400m/min、素材送り速度9m/minの条件下で実施した。平面研削の方向はターゲット板の長さ方向に一致させるようにした。
ここで,平面研削盤の砥石軸回転と素材送り移動の均一さは研削盤装置の調整によって変更でき,仕上げ後のスパッタ面の表面うねり程度の制御はこの調整で行った。砥石軸回転と素材送り移動の均一さが上がるほど表面うねりは減少した。なお,No.36,45,46,51の耳割れ,亀裂が発生した圧延インゴット板では,上記研削によって割れ,亀裂が除去し切れなかったため,ターゲット板への仕上げは断念した。スパッタ面から厚み方向に2mmの位置で実施例1と同じ方法によって平均結晶粒径を測定したところ,No.37〜44,No.47〜50のターゲット板においては14μmであった。また,No.52〜56のターゲット板においては,9〜57μmであった。
算術平均うねりWaの測定はJIS B 0601-2001に基づき,触針式三次元表面粗さ形状測定機として東京精密社製サーフコム575A−3Dを用い,触針半径は5μm,うねり曲線の抽出条件はλc=2.5mm,λf=12.5mmとして行った。
測定位置はターゲット板の長さ方向で端部から50mm,500mm,950mmであり,幅方向で真ん中の3箇所であった。各測定位置ではそれぞれ長さ方向,幅方向に測定を行い,測定回数は全てで6回であった。これらで得られた算術平均うねりWaを加重平均して,評価値の算術平均うねりWaとした。いずれのターゲット板でも算術平均うねりWaは0.57μmであった。
このようにして得たターゲット板を,銅製バッキングプレートにろう材を用いて接合した後に,スパッタリング装置にセットした。このようなスパッタリング装置を用いて,SiO2基板上に厚さ3.0μmのMoW膜を連続成膜した。スパッタリング条件は,スパッタ圧0.4Pa,Arガス流量12sccm(standard cc(cm3)/min),基板温度150℃とした。
その結果,酸素濃度が10〜1000ppmであり,平均結晶粒径が11〜43μmであり,算術平均うねりWaが0.57μmであったターゲット板では,異常放電は全く発生せず,優れた特性が確認できた。平均結晶粒径が9μm,57μmのターゲット板では,異常放電の回数が増加した。
以上示したように、Mo-Wインゴットに含有される酸素濃度と、圧延温度を本発明の範囲に制御することによって、従来に比べてより効率的に、さらに、高い歩留まりでMoターゲット板が製造できることを確認できた。さらに,酸素濃度,平均結晶粒径,表面うねりが本発明の範囲に制御されたMo-Wスパッタリングターゲット板では,成膜中に異常放電が起こりにくく,パーティクルの混入が極少ない高品位な成膜が可能であることを確認した。
実施例3のNo.40の発明例と同じ製造条件で、Mo-Wインゴット板を含むカプセルを複数枚製造して、再加熱処理が圧延に与える効果を確認する実験を行った。このMo系インゴットに含有される酸素濃度は200質量ppmであった。この酸素濃度は、インゴットの表面から100μm以上内部で測定したものである。カプセルの外寸法は、幅322mm×長さ1055mm×厚み48mmであった。この厚みの内、Mo系インゴットの厚みは40mmであった。
まず、1000〜1300℃の間の各温度でMo系カプセルを再加熱し、1時間保持した。再加熱は電気炉を用いて大気中で行った。
再加熱した各インゴットの圧縮変形抵抗を調べるために、再加熱後のカプセル内部のインゴットから小試験片を切り出して、加工フォーマスタ試験で圧延温度と同じ加熱温度における圧縮時のS-S曲線を測定した。ここで、変形温度での保持時間は10分とし、圧縮変形の歪み速度は10/secとして、60%まで圧縮変形させた。平均変形抵抗は、0〜60%変形する間の変形抵抗の平均値である。その結果は表4に示した。
Figure 2008084863

No.57の実験例は、再加熱を行わない場合である。この場合、850℃で圧縮変形をさせると、平均変形抵抗は450MPaであった。
No.58〜63の実験例は、再加熱温度を1000〜1300℃の間で変更し、再加熱後のMo系インゴットを850℃一定で圧縮変形させた場合の平均変形抵抗を調べたものである。再加熱温度が1000又は1100℃の場合には、平均変形抵抗は450MPaであり、再加熱を行わないNo.57の実施例の結果と同レベルであった。再加熱温度が1150〜1300℃の場合には、平均変形抵抗は、No.57の実験例に比べて減少しており、特に1200℃以上では減少量は大きくなり、半減していた。
No.64,65の比較例は、再加熱温度を1200℃一定にして、再加熱後に本発明の範囲から外れた温度500、1000℃に加熱して、圧縮変形させた場合の平均変形抵抗である。この場合には、1200℃で再加熱していても、平均変形抵抗は410、430MPaの大きな値を示した。
次に、厚み48mmのカプセルを温間で圧延する実験を行った。圧延機は、直径460mmφのワークロールを備えた二段可逆式のものを用いた。ここで、狙いとする全圧下率は60%とし、狙い厚みは19.2mmであった。中身のMo系インゴット板の狙い厚みは16mmであった。圧延方向はカプセル長さ方向と一致させ、全てのパスにおける圧下荷重は一定にして圧延を行った。得られた圧延インゴット板の寸法は幅300mm,長さ2500mm,厚み16mmであった。
圧延工程後にカプセルの端部をウォータージェット法で切断して、カプセル板を剥がしてMo系インゴット板を取り出した。この際、インゴット板に耳割れや亀裂が発生していないか、注意深く観察した。
再加熱を行わなかったNo.57の発明例では、60%の圧下に必要なパス回数は15パスであった。得られたインゴット板には耳割れは生じなかった。
No.58〜63の発明例では、再加熱温度を1000〜1300℃の間で変更し、圧延温度850℃で圧延した。再加熱温度が1150℃以上の場合には、全圧下に必要なパス回数は、再加熱を行わなかったNo.57に比べて、減少する傾向にあった。特に1200℃以上であると、パス回数は7パスまで減少した。これらのパス回数の減少は、再加熱によって変形抵抗が減少したことに関係している。なお、1250℃を超えると再加熱炉の損傷が大きく、メンテナンスの頻度は大きくなった。
No.57〜63に関して,1パス当たりの圧下率を変えて全圧下率が60%の圧延を実施した際に,耳割れや亀裂が発生しない最大の1パス当たりの圧下率を調べてみたところ,いずれの温度においても10%/パスを超えることを確認できた。この中でも,再加熱温度が1150℃〜1300℃であると亀裂が発生しない最大の1パス当たりの圧下率が36.8%(全圧下率60%を2パスで圧延)に達し,極めて高効率,かつ,高歩留まりでターゲット板の製造が可能であることを確認した。
No.64,65の比較例では、1200℃で再加熱を行った後に、圧延温度を500℃、1000℃にして圧延を行った。何れの場合も、1200℃で再加熱を行っていても、圧延時の加熱温度が本発明の範囲に入っていないと、全圧下に必要なパス回数は14、15パスと多く、さらに耳割れが生じる結果となった。
1パス当たりの圧下率を変えて500℃,1000℃で全圧下率が60%の圧延を実施した際に,耳割れや亀裂が発生しない最大の1パス当たりの圧下率を調べてみたところ,いずれの温度においても4.5%/パスであった。すなわち,これらの圧延温度では高効率,かつ,高歩留まりでターゲット板の製造は期待できないことが分かった。
本発明の方法により製造したMoW圧延インゴットを機械加工で表面研削してスパッタリングターゲット板に仕上げた。仕上げた後の寸法は幅290mm,長さ2450mm,厚み13mmであった。粗研削は旋盤と縦軸ロータリー研削機で行い,スパッタ面の仕上げ加工は、具体的には横軸平面研削盤を用い、Al23系セラミック砥石(粒度#60)を使用して、砥石周速1500m/min、素材送り速度12m/minの条件下で実施した。平面研削の方向はターゲット板の長さ方向に一致させるようにした。
ここで,平面研削盤の砥石軸回転と素材送り移動の均一さは研削盤装置の調整によって変更でき,仕上げ後のスパッタ面の表面うねり程度の制御はこの調整で行った。砥石軸回転と素材送り移動の均一さが上がるほど表面うねりは減少した。
なお,No.64,65の耳割れ,亀裂が発生した圧延インゴット板では,上記研削によって割れ,亀裂が除去し切れなかったため,ターゲット板への仕上げは断念した。スパッタ面から厚み方向に0.5mmの位置で実施例1と同じ方法によって平均結晶粒径を測定したところ,No.57〜62のターゲット板においては14〜32μmであった。また,No.63のターゲット板においては51μmと好ましい上限50μmを超えていた。
算術平均うねりWaの測定はJIS B 0601-2001に基づき,触針式三次元表面粗さ形状測定機として東京精密社製サーフコム575A−3Dを用い,触針半径は5μm,うねり曲線の抽出条件はλc=2.5mm,λf=12.5mmとして行った。
測定位置はターゲット板の幅方向の真ん中であって、長さ方向で端部から100mm,1225mm,2350mmの3箇所であった。各測定位置ではそれぞれ長さ方向,幅方向に測定を行い,測定回数は全てで6回であった。これらで得られた算術平均うねりWaを加重平均して,評価値の算術平均うねりWaとした。いずれのターゲット板でも算術平均うねりWaは0.52μmであった。
このようにして得たターゲット板を,銅製バッキングプレートにろう材を用いて接合した後に,スパッタリング装置にセットした。このようなスパッタリング装置を用いて,SiO2基板上に厚さ3.0μmのMoW膜を連続成膜した。スパッタリング条件は,スパッタ圧0.4Pa,Arガス流量12sccm(standard cc(cm3)/min),基板温度150℃とした。その結果,酸素濃度が200ppmであり,平均結晶粒径が14〜32μmであり,算術平均うねりWaが0.52μmであったターゲット板では,異常放電は全く起きず,優れた特性が確認できた。一方,平均結晶粒径が50μmを超えると,やや異常放電の回数は増加した。
以上示したように、Mo-Wインゴットに含有される酸素濃度と、圧延温度及び圧延途中の再加熱温度を本発明範囲に制御することによって、従来に比べてより効率的に、さらに、高い歩留まりでMo-Wスパッタリングターゲット板が製造できることを確認できた。さらに,酸素濃度,平均結晶粒径,表面うねりが本発明の範囲に制御されたMo-Wスパッタリングターゲット板では,成膜中に異常放電が起こりにくく,パーティクルの混入が極少ない高品位な成膜が可能であることを確認した
平均粒径が5μmの純Mo粉末を出発材料として、圧延によるMoスパッタリングターゲット板の製造実験を行った。Mo粉末を冷間成型して、相対密度60%程度の仮成型体を作製した。そして、SS400製のHIP用容器に仮成型体を挿入した後に、酸素含有量を制御する作業を行った。原料粉末には1500質量ppmの酸素が付着しており、容器内部を真空引きした後に水素をパージして300℃に加熱して還元させて、酸素濃度を減少させることにした。酸素濃度は、保持時間が長くなるほど減少した。そこで、酸素濃度の制御は保持時間で行い、酸素濃度は、加圧焼結させた後のMoインゴットで測定した酸素濃度で、代表した。酸素濃度は、インゴットの表面から100μm以上内部で測定したものである。
酸素濃度を制御する処理を行った後、ロータリーポンプと油拡散ポンプでHIP用容器の内部を真空引きした。真空度が10-2Pa程度に到達した後、吸引口等をピンホールが発生しないように注意して封印した。こうして得られたHIP用容器はHIP装置に挿入され、加熱温度1100〜1300℃,保持時間2〜10時間、1200気圧の条件で加圧焼結処理が施された。得られた焼結体から幅215mm×長さ780mm×厚み70mmのMoインゴットを切り出した。このインゴットの相対密度は99.9%であり、それぞれのインゴットに含有する酸素濃度は、表5にまとめて示した通りであった。また,線分法で測定したこれらのインゴットの平均結晶粒径は表5にまとめて示した。
表5には、各Moインゴットを圧延温度と同じ温度で68%圧縮変形させた場合に測定した平均変形抵抗を示した。変形抵抗の測定は、インゴットから小試験片を切り出して、加工フォーマスタ試験機で各変形温度におけるS-S曲線を測定して行った。変形温度での保持時間は10分とし、圧縮変形の歪み速度は10/secとして、68%まで圧縮変形させた。平均変形抵抗は0〜68%変形に至るまでの間の変形抵抗の平均値である。
Moインゴットの圧延は、電気炉で加熱した後に圧延機で行った。加熱は800℃まで昇温させ、その後、2時間同じ温度で保持した。インゴット温度はインゴット表面で測定した温度である。
使用した圧延機は、直径500mmφのワークロールを備えたものであった。圧延方向はインゴット長さ方向と一致させ、全てのパスにおける圧下荷重は一定にして圧延を行った。インゴットの厚み70mmが22.4mmになるように、全圧下率で68%の圧延を行った。得られた圧延インゴット板の寸法は幅215mm,長さ2438mm,厚み22.4mmであった。
Figure 2008084863

No.65〜73の実験例は、インゴットに含有する酸素濃度を100質量ppm一定とし,平均結晶粒径を変化させて、圧延温度を800℃にした場合の圧延状態を調べたものである。圧延温度は、本発明の範囲に入っていた。
No.65,66のMoインゴットの平均結晶粒径は、8.0μm、10.0μmであり、これらは本発明のより望ましい範囲10.0μm超から外れていた。これらの場合には、68%まで圧下するのに必要なパス回数は、他の発明例に比べて大きく、15パスかかった。必要なパス回数が発明例より多くなったのは、変形抵抗が大きくなったため、1パス当たりの圧下率が減少したためである。
また,1パス当たりの圧下率を変えて同じ800℃で全圧下率が68%の圧延を実施した際に,耳割れや亀裂が発生しない最大の1パス当たりの圧下率を調べてみたところ,いずれの酸素濃度においても10.1%/パスであった。
No.67〜72では、平均結晶粒径は10.5〜50μmであり、本発明のより望ましい範囲に入っていた。この場合,68%までの圧下に必要なパス回数は、結晶粒径が10.5〜50μmのMoインゴットの場合には、7〜12パスであった。これらの圧延では耳割れや亀裂は全く発生しなかった。ここで、パス回数が低減したのは、表5に示したように、本発明範囲では変形抵抗が低減するからである。
さらに,1パス当たりの圧下率を変えて同じ800℃で全圧下率が68%の圧延を実施した際に,耳割れや亀裂が発生しない最大の1パス当たりの圧下率を調べてみたところ,いずれの結晶粒径においても10%/パスを超えることを確認できた。この中でも,結晶粒径が10μm超50μm以下であると亀裂が発生しない最大の1パス当たりの圧下率が11.9〜20.4%に達し,極めて高効率,かつ,高歩留まりでターゲット板の製造が可能であることを確認した。
No.73の平均結晶粒径は60μmであり、本発明のより望ましい範囲から外れていた。この場合、68%まで圧下するために必要なパス回数は、他の発明例と同様に7パスであった。しかしながら,得られたMo板には僅かに耳割れが発生していた。1パス当たりの圧延率を変えて全圧下率が68%の圧延を実施した際に,耳割れや亀裂が発生しない最大の1パス当たりの圧下率を調べてみたところ,10.1%/パスであった。
ここで圧延機のワークロールの大きさを変えて,耳割れや亀裂が発生しない最大の1パス当たりの圧下率を求める実験を行った。No.69と同じ寸法,酸素濃度のインゴットを使用して,ワークロール径が250φ,1000φの圧延機で実験した。圧延温度を800℃にして250φのワークロールで1パス当たり20.4%の圧下を試みたところ,耳割れ,割れを発生することなく圧延できた。1000φのワークロールでは耳割れ,亀裂が発生しない最大の圧下率は20.4%であった。
本発明の方法により製造したMo系圧延インゴットを機械加工で表面研削してスパッタリングターゲット板に仕上げた。仕上げた後の寸法は幅210mm,長さ2400mm,厚み20mmであった。粗研削は旋盤と縦軸ロータリー研削機で行い,スパッタ面の仕上げ加工は、具体的には横軸平面研削盤を用い、Al23系セラミック砥石(粒度#60)を使用して、砥石周速1400m/min、素材送り速度10m/minの条件下で実施した。平面研削の方向はターゲット板の長さ方向に一致させるようにした。
ここで,平面研削盤の砥石軸回転と素材送り移動の均一さは研削盤装置の調整によって変更でき,仕上げ後のスパッタ面の表面うねり程度の制御はこの調整で行った。砥石軸回転と素材送り移動の均一さが上がるほど表面うねりは減少した。
なお,No.73の耳割れ,亀裂が発生した圧延インゴット板では,上記研削によって割れ,亀裂が除去できたため,ターゲット板への仕上げは完了した。スパッタ面から厚み方向に3mmの位置で実施例1と同じ方法によって平均結晶粒径を測定したところ,No.67〜72のターゲット板においては10.5〜50μmであった。また,No.65,66のターゲット板においては8.0,10.0μmと10.0μm以下であり,No.73のターゲット板においては60μmと本発明の好ましい上限50μmを超えていた。
算術平均うねりWaの測定はJIS B 0601-2001に基づき,触針式三次元表面粗さ形状測定機として東京精密社製サーフコム575A−3Dを用い,触針半径は5μm,うねり曲線の抽出条件はλc=2.5mm,λf=12.5mmとして行った。
測定位置はターゲット板の幅方向の真ん中であって、長さ方向で端部から100mm,1200mm,2300mmの3箇所であった。各測定位置ではそれぞれ長さ方向,幅方向に測定を行い,測定回数は全てで6回であった。これらで得られた算術平均うねりWaを加重平均して,評価値の算術平均うねりWaとした。いずれのターゲット板でも算術平均うねりWaは0.42μmであった。
このようにして得たターゲット板を,銅製バッキングプレートにろう材を用いて接合した後に,スパッタリング装置にセットした。このようなスパッタリング装置を用いて,SiO2基板上に厚さ3.0μmのMo膜を成膜した。スパッタリング条件は,スパッタ圧0.4Pa,Arガス流量12sccm(standard cc(cm3)/min),基板温度150℃とした。その結果,酸素濃度が100ppmであり,平均結晶粒径が10.5〜50μmであり,算術平均うねりWaが0.42μmであったターゲット板では,異常放電は全く起きず,優れた特性が確認できた。一方,平均結晶粒径が10.0μm以下であったり,50μmを超えると,やや異常放電の回数は増加した。
以上示したように、Moインゴットに含有される酸素濃度と、圧延温度及び圧延途中の再加熱温度を本発明範囲に制御することによって、従来に比べてより効率的に、さらに、高い歩留まりでMoスパッタリングターゲット板が製造できることを確認できた。さらに,酸素濃度,平均結晶粒径,表面うねりが本発明の範囲に制御されたMoスパッタリングターゲット板では,成膜中に異常放電が起こりにくく,パーティクルの混入が極少ない高品位な成膜が可能であることを確認した。
本発明により得られたMoターゲット板は高品位かつ安価なため、本発明は液晶等を構成する電極部材のスパッタリングターゲット板として有用である。
変形温度が800℃のMoインゴットの平均変形抵抗の酸素濃度依存性 酸素濃度が5ppm(比較例)と200ppm(本発明例)のMoインゴットの平均変形抵抗の変形温度依存性 酸素濃度が100ppmのMoインゴットの平均変形抵抗の平均結晶粒径依存性

Claims (10)

  1. Mo系インゴットからMo系スパッタリングターゲット板を製造する方法において、含有酸素濃度を10質量ppm以上1000質量ppm以下に制御してMo系インゴットを製造する工程、該Mo系インゴットを加熱して600℃以上950℃以下の圧延温度で圧延する工程、を順次施すことを特徴とするMo系スパッタリングターゲット板の製造方法。
  2. Mo系インゴットからMo系スパッタリングターゲット板を製造する方法において、含有酸素濃度を10質量ppm以上1000質量ppm以下に制御してMo系インゴットを製造する工程、該Mo系インゴットを金属板で包んでカプセル化し、真空引きして真空封入する工程、該カプセルを加熱して600℃以上950℃以下の圧延温度で圧延する工程、及び、カプセルからMo系板を取り出す工程を順次施すことを特徴とするMo系スパッタリングターゲット板の製造方法。
  3. 前記Mo系インゴットを製造する工程において,前記Mo系インゴットの平均結晶粒径を10μm超50μm以下に制御することを特徴とする請求項1又は2に記載のMo系スパッタリングターゲット板の製造方法。
  4. 前記圧延工程において、1パス当たりの圧下率が10%超50%以下であり、全圧下率が30%以上95%以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載のMo系スパッタリングターゲット板の製造方法。
  5. 前記圧延工程の途中において、1150℃以上1250℃以下に再加熱し、該温度に1分以上2時間以下保持する工程を付加する請求項1〜3のいずれか1項に記載のMo系スパッタリングターゲット板の製造方法。
  6. 前記Mo系インゴットが、粒径20μm以下のMo系粉末を原料とし、該粉末を熱間静水圧プレス法により加圧焼結して得たインゴットである請求項1〜3のいずれか1項に記載のMo系スパッタリングターゲット板の製造方法。
  7. 前記金属板が鋼板である請求項2記載のMo系スパッタリングターゲット板の製造方法。
  8. 圧延工程の後に,機械研削による表面加工でスパッタ面を付与する工程を施すことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のMo系スパッタリングターゲット板の製造方法。
  9. 含有酸素濃度が10質量ppm以上1000質量ppm以下であり,平均結晶粒径が10μm超50μm以下であることを特徴とするMo系スパッタリングターゲット板。
  10. スパッタ面の算術平均うねりWaが0.1μm以上2.0μm以下であることを特徴とする請求項9記載のMo系スパッタリングターゲット板。
JP2008553129A 2007-01-12 2008-01-11 Mo系スパッタリングターゲット板,および,その製造方法 Expired - Fee Related JP5426173B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008553129A JP5426173B2 (ja) 2007-01-12 2008-01-11 Mo系スパッタリングターゲット板,および,その製造方法

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007004392 2007-01-12
JP2007004392 2007-01-12
PCT/JP2008/050302 WO2008084863A1 (ja) 2007-01-12 2008-01-11 Mo系スパッタリングターゲット板,および,その製造方法
JP2008553129A JP5426173B2 (ja) 2007-01-12 2008-01-11 Mo系スパッタリングターゲット板,および,その製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2008084863A1 true JPWO2008084863A1 (ja) 2010-05-06
JP5426173B2 JP5426173B2 (ja) 2014-02-26

Family

ID=39608750

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008553129A Expired - Fee Related JP5426173B2 (ja) 2007-01-12 2008-01-11 Mo系スパッタリングターゲット板,および,その製造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20100108501A1 (ja)
JP (1) JP5426173B2 (ja)
KR (1) KR101429437B1 (ja)
CN (2) CN101611165B (ja)
TW (1) TWI471436B (ja)
WO (1) WO2008084863A1 (ja)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7837929B2 (en) * 2005-10-20 2010-11-23 H.C. Starck Inc. Methods of making molybdenum titanium sputtering plates and targets
US8449818B2 (en) 2010-06-30 2013-05-28 H. C. Starck, Inc. Molybdenum containing targets
US8449817B2 (en) 2010-06-30 2013-05-28 H.C. Stark, Inc. Molybdenum-containing targets comprising three metal elements
JP5160660B2 (ja) * 2011-03-25 2013-03-13 株式会社アライドマテリアル モリブデン材
JP5808066B2 (ja) 2011-05-10 2015-11-10 エイチ.シー.スターク インク. 複合ターゲット
CN102321871B (zh) * 2011-09-19 2013-03-20 基迈克材料科技(苏州)有限公司 热等静压生产平板显示器用钼合金溅射靶材的方法
CN102392222B (zh) * 2011-11-01 2013-04-17 洛阳高新四丰电子材料有限公司 平板显示器的大型高纯钼平面靶材的生产工艺方法
US9334565B2 (en) 2012-05-09 2016-05-10 H.C. Starck Inc. Multi-block sputtering target with interface portions and associated methods and articles
AT13602U3 (de) * 2013-10-29 2014-08-15 Plansee Se Sputtering Target und Verfahren zur Herstellung
CN105483626B (zh) * 2015-12-09 2018-01-16 西安瑞福莱钨钼有限公司 一种细晶粒平面钼靶材的生产方法
CN106964650A (zh) * 2017-03-24 2017-07-21 洛阳高新四丰电子材料有限公司 一种tft‑lcd/amoled平面显示器宽幅钼靶材的轧制工艺
AT15903U1 (de) * 2017-09-29 2018-08-15 Plansee Se Molybdän-Sinterteil
JP6736777B2 (ja) * 2018-03-29 2020-08-05 株式会社アライドマテリアル モリブデン素材およびその製造方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5830937B2 (ja) * 1979-02-02 1983-07-02 新日本製鐵株式会社 短時間連続焼鈍によるaiキルド深絞り用冷延鋼板の製造法
JPS6066425A (ja) * 1983-09-22 1985-04-16 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Lsi電極用の高純度モリブデンタ−ゲツトならびに高純度モリブデンシリサイドタ−ゲツトおよびその製造方法
EP0308201B1 (en) * 1987-09-17 1993-11-18 Seiko Epson Corporation Method of forming a sputtering target for use in producing a magneto-optic recording medium
JPH05214523A (ja) * 1992-02-05 1993-08-24 Toshiba Corp スパッタリングターゲットおよびその製造方法
DE69430439T2 (de) * 1993-12-14 2003-02-06 Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki Molybdän-wolfram-material zum verdrahten, molybdän-wolfram-target zum verdrahten, verfahren zu deren herstellung und dünne molybdän-wolfram verdrahtung
EP0849727B1 (en) * 1996-12-18 2006-03-15 Mitsubishi Chemical Corporation Optical recording disk
JP3244167B2 (ja) * 1998-01-19 2002-01-07 日立金属株式会社 タングステンまたはモリブデンターゲット
JP3743740B2 (ja) * 1998-07-27 2006-02-08 日立金属株式会社 Mo系焼結ターゲット材
JP3079378B1 (ja) * 1999-02-10 2000-08-21 東京タングステン株式会社 Moスパッターリングターゲット材及びその製造方法
JP4761605B2 (ja) * 2000-05-09 2011-08-31 株式会社東芝 スパッタリングターゲット
JP2003082453A (ja) * 2001-09-10 2003-03-19 Mitsubishi Materials Corp パーティクル発生の少ないMoスパッタリングターゲットおよびその製造方法
JP3748221B2 (ja) * 2001-10-23 2006-02-22 日立金属株式会社 Mo系スパッタリング用ターゲットおよびその製造方法
JP2003342720A (ja) * 2002-05-20 2003-12-03 Nippon Steel Corp スパッタリング用モリブデンターゲットの製造方法及びモリブデンターゲット
JP4110533B2 (ja) * 2004-02-27 2008-07-02 日立金属株式会社 Mo系ターゲット材の製造方法
US20060042728A1 (en) * 2004-08-31 2006-03-02 Brad Lemon Molybdenum sputtering targets
JP4609763B2 (ja) * 2004-10-15 2011-01-12 日立金属株式会社 低酸素金属粉末の製造方法
JP4831468B2 (ja) * 2005-10-18 2011-12-07 日立金属株式会社 Moターゲット材の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101611165A (zh) 2009-12-23
TWI471436B (zh) 2015-02-01
CN101611165B (zh) 2012-03-21
KR101429437B1 (ko) 2014-08-12
TW200844244A (en) 2008-11-16
KR20090098908A (ko) 2009-09-17
US20100108501A1 (en) 2010-05-06
WO2008084863A1 (ja) 2008-07-17
JP5426173B2 (ja) 2014-02-26
CN102505109A (zh) 2012-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5426173B2 (ja) Mo系スパッタリングターゲット板,および,その製造方法
WO2009107763A1 (ja) 金属系スパッタリングターゲット材
JP5562929B2 (ja) タングステンスパッタリングターゲットおよびその製造方法
TWI525206B (zh) Ytterbium sputtering target and manufacturing method of the target
WO2017115648A1 (ja) スパッタリングターゲットの製造方法
JP5203908B2 (ja) Ni−Mo系合金スパッタリングターゲット板
JPH05214523A (ja) スパッタリングターゲットおよびその製造方法
JPWO2007040014A1 (ja) スパッタリングターゲット
JP5969493B2 (ja) スパッタリングターゲットおよびその製造方法
US20130189145A1 (en) Method for producing molybdenum target
JP2003049264A (ja) タングステンスパッタリングターゲットおよびその製造方法
TWI715466B (zh) 鉬合金靶材及其製造方法
JPH10183341A (ja) タングステンまたはモリブデンターゲット
JP5038553B2 (ja) スパッタリングターゲットの製造方法
KR102198726B1 (ko) 스퍼터링 타깃용 재료
KR20170044343A (ko) 재활용 텅스텐 타겟의 제조방법 및 이로부터 제조된 재활용 텅스텐 타겟
JPH0593267A (ja) 半導体用タングステンターゲツトおよびその製造方法
WO2024048664A1 (ja) モリブデンスパッタリングターゲット、その製造方法、及びモリブデンスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング膜の製造方法
JP7573792B2 (ja) Auスパッタリングターゲット
TWI715467B (zh) 鉬合金靶材及其製造方法
TW202340491A (zh) 鉻燒結體及其製造方法、濺射靶以及帶鉻膜的基板的製造方法
TW202319555A (zh) 濺鍍靶材、其製造方法、及經使用濺鍍靶材的濺鍍膜的製造方法
JP2004232046A (ja) 高純度ルテニウムスパッタリングターゲットとその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100730

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130122

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130325

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130604

RD13 Notification of appointment of power of sub attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7433

Effective date: 20130725

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130801

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20130725

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20131112

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131128

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5426173

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees