KR20150135548A

KR20150135548A - 원통형 스퍼터링 타깃용 소재

Info

Publication number: KR20150135548A
Application number: KR1020157033056A
Authority: KR
Inventors: 미치아키 오토; 사토시 구마가이; 아키라 사쿠라이
Original assignee: 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2014-04-22
Filing date: 2015-02-20
Publication date: 2015-12-02
Also published as: JP5783293B1; US9748079B2; TW201542843A; US20160203959A1; WO2015162986A1; KR20160137906A; DE112015000125T5; TWI535867B; CN105209658B; DE112015000125B4; CN105209658A; JP2015206089A

Abstract

구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 원통형 스퍼터링 타깃용 소재로서, 외주면의 결정 조직에 있어서, EBSD 법에 의해서 측정한 단위 면적 1 ㎟ 당의 단위 전체 입계 길이 (L_N) 와 단위 면적 1 ㎟ 당의 단위 전체 특수 입계 길이 (Lσ_N) 에 의해서 특수 입계 길이 비율 (Lσ_N/L_N) 을 정의한 경우에, 축선 (O) 방향의 양단부의 외주면과 중앙부의 외주면에서 측정된 상기 특수 입계 길이 비율 (Lσ_N/L_N) 의 평균값이 0.5 이상이 됨과 함께, 각각의 측정값이, 상기 특수 입계 길이 비율 (Lσ_N/L_N) 의 평균값에 대하여 ±20 ％ 의 범위 내로 되어 있고, 또한, 불순물 원소인 Si 와 C 의 함유량의 총계가 10 질량ppm 이하, O 함유량이 50 질량ppm 이하로 되어 있다.

Description

원통형 스퍼터링 타깃용 소재{MATERIAL FOR CYLINDRICAL SPUTTERING TARGET}

구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 박막을 스퍼터하는 원통형 스퍼터링 타깃의 소재가 되는 원통형 스퍼터링 타깃용 소재에 관한 것이다.

본원은, 2014년 4월 22일에, 일본에 출원된 일본 특허출원 2014-088186호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

종래, 액정이나 유기 EL 패널 등의 플랫 패널 디스플레이나, 터치 패널 등의 배선막으로서 Al 또는 Al 합금이 널리 사용되고 있다. 최근에는, 배선막의 미세화 (폭협화 (幅狹化)) 및 박막화가 도모되고 있고, 종래보다 비저항이 낮은 배선막이 요구되고 있다.

그래서, 상기 서술한 배선막의 미세화 및 박막화에 따라, Al 또는 Al 합금보다 비저항이 낮은 재료인 구리 또는 구리 합금을 사용한 배선막이 제공되고 있다.

이러한 구리 또는 구리 합금의 배선막 (박막) 을 기판 상에 성막하는 경우에는, 통상, 스퍼터링 타깃을 사용한 스퍼터법이 적용된다.

상기 서술한 스퍼터링 타깃으로는, 예를 들어 특허문헌 1 에 나타내는 바와 같은 평판형 스퍼터링 타깃이나, 특허문헌 2 에 나타내는 바와 같은 원통형 스퍼터링 타깃이 제안되어 있다.

여기서, 원통형 스퍼터링 타깃은, 그 외주면이 스퍼터면으로 되어 있고, 타깃을 회전하면서 스퍼터를 실시하는 점에서, 평판형 스퍼터링 타깃을 사용한 경우에 비해 연속 성막에 적합하고, 또한, 타깃의 사용 효율이 우수하다는 것 등의 이점을 갖고 있다.

일본특허공보 제4974198호 일본 공개특허공보 2012-111994호

그런데, 스퍼터링 타깃을 사용하여 성막을 실시하는 경우, 스퍼터링 타깃 내의 이물에 기인하여 이상 방전 (아킹) 이 발생하는 경우가 있기 때문에, 균일한 배선막을 형성할 수 없는 경우가 있다. 여기서 이상 방전이란, 정상의 스퍼터링시와 비교하여 극단적으로 높은 전류가 돌연히 급격하게 흘러, 이상하게 큰 방전이 급격히 발생하는 현상이고, 이러한 이상 방전이 발생하면, 파티클의 발생 원인이 되거나, 배선막의 막두께가 불균일해지거나 할 우려가 있다. 따라서, 성막시의 이상 방전은 가능한 한 회피할 것이 요구된다.

본 발명은, 전술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 구리 또는 구리 합금으로 이루어지고, 이상 방전의 발생을 억제하여 안정적으로 성막을 실시할 수 있는 원통형 스퍼터링 타깃용 소재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 양태에 관련된 원통형 스퍼터링 타깃용 소재는, 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 원통형 스퍼터링 타깃용 소재로서, EBSD 법에 의해, 측정 범위에 있어서의 결정립계의 전체 입계 길이 (L) 를 측정하고, 이것을 단위 면적 1 ㎟ 당으로 환산한 단위 전체 입계 길이 (L_N) 와, 추가로 측정 범위에 있어서의 특수 입계의 전체 특수 입계 길이 (Lσ) 를 측정하고, 이것을 단위 면적 1 ㎟ 당으로 환산한 단위 전체 특수 입계 길이 (Lσ_N) 에 의해서 특수 입계 길이 비율 (Lσ_N/L_N) 을 정의한 경우에, 축선 방향의 양단부의 외주면과 중앙부의 외주면에서 측정한 상기 특수 입계 길이 비율 (Lσ_N/L_N) 의 평균값이 0.5 이상이 됨과 함께, 축선 방향의 양단부의 외주면과 중앙부의 외주면에서 측정된 상기 특수 입계 길이 비율 (Lσ_N/L_N) 의 각각의 값이 상기 평균값에 대하여 ±20 ％ 의 범위 내로 되어 있고, 또한, 불순물 원소인 Si 와 C 의 함유량의 총계가 10 질량ppm 이하, O 함유량이 50 질량ppm 이하로 되어 있다.

이러한 구성으로 된 본 발명의 원통형 스퍼터링 타깃용 소재에 의하면, 외주면의 결정 조직에 있어서, 상기 서술한 특수 입계 길이 비율 (Lσ_N/L_N) 의 평균값이 0.5 이상이 됨과 함께, 축선 방향의 양단부의 외주면과 중앙부의 외주면에서 측정된 상기 특수 입계 길이 비율 (Lσ_N/L_N) 의 각각의 값이 상기 평균값에 대하여 ±20 ％ 의 범위 내로 되어 있다. 그 때문에, 스퍼터면이 되는 외주면에 있어서, 결정립계의 정합성이 향상되고, 스퍼터면 전체에서 균일하게 스퍼터되게 되고, 고출력하에서의 스퍼터에 있어서도 이상 방전의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 원통형 스퍼터링 타깃용 소재에 의하면, 불순물 원소인 Si 와 C 의 함유량의 총계가 10 질량ppm 이하, O 함유량이 50 질량ppm 이하로 되어 있으므로, 이들 불순물에 기인하는 이상 방전을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 양태에 관련된 원통형 스퍼터링 타깃용 소재에 있어서는, 외주면의 결정 조직에 있어서, 평균 결정 입경이 10 ㎛ 이상 150 ㎛ 이하의 범위 내로 되어 있는 것이 바람직하다.

이 경우, 외주면에 있어서의 평균 결정 입경이 10 ㎛ 이상 150 ㎛ 이하로 비교적 미세하게 되어 있으므로, 스퍼터면의 결정 입경이 미세해져 스퍼터를 안정적으로 실시하는 것이 가능해지고, 이상 방전의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 양태에 관련된 원통형 스퍼터링 타깃용 소재에 있어서는, 외주면의 결정 조직에 있어서, 평균 결정 입경에 대하여 2 배 이상의 결정립이 차지하는 면적 비율이 전체 결정 면적의 20 ％ 미만으로 되어 있는 것이 바람직하다.

이 경우, 스퍼터면이 되는 외주면의 결정 입경이 균일화되어 있으므로, 스퍼터가 스퍼터면 전체에서 균일하게 실시되게 되어, 이상 방전의 발생을 확실히 억제할 수 있다.

본 발명에 의하면, 구리 또는 구리 합금으로 이루어지고, 이상 방전의 발생을 억제하여 안정적으로 성막을 실시할 수 있는 원통형 스퍼터링 타깃용 소재를 제공할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 실시형태에 관련된 원통형 스퍼터링 타깃용 소재의 개략 설명도이다. (a) 가 축선 방향에 직교하는 단면도, (b) 가 측면도이다.
도 2 는 본 발명의 실시형태에 관련된 원통형 스퍼터링 타깃용 소재의 제조 방법의 일례를 나타내는 플로도이다.
도 3 은 본 발명의 실시형태에 관련된 원통형 스퍼터링 타깃용 소재의 제조 방법의 다른 예를 나타내는 플로도이다.

이하에, 본 발명의 실시형태에 관련된 원통형 스퍼터링 타깃용 소재에 대해서, 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

본 실시형태에 관련된 원통형 스퍼터링 타깃용 소재 (10) 는, 유리 기판 등에 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 박막 (배선막) 을 스퍼터에 의해서 성막할 때에 사용되는 원통형 스퍼터링 타깃의 소재가 된다.

이 원통형 스퍼터링 타깃용 소재 (10) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 원통 형상을 이루고 있고, 예를 들어 외경 (D) 이 140 ㎜ ≤ D ≤ 180 ㎜ 의 범위 내, 내경 (d) 이 110 ㎜ ≤ d ≤ 135 ㎜ 의 범위 내, 축선 방향 길이 (L) 가 1000 ㎜ ≤ L ≤ 4000 ㎜ 의 범위 내로 되어 있다.

여기서, 원통형 스퍼터링 타깃용 소재 (10) 의 외주면 (11) 이, 원통형 스퍼터링 타깃에 있어서 스퍼터면이 된다.

이 원통형 스퍼터링 타깃용 소재 (10) 는, 성막되는 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 박막에 따른 조성의 구리 또는 구리 합금으로 구성되어 있다.

또한, 본 실시형태인 원통형 스퍼터링 타깃용 소재 (10) 는, 불순물 원소인 Si 와 C 의 함유량의 총계가 10 질량ppm 이하, O 함유량이 50 질량ppm 이하로 되어 있다.

여기서, 본 실시형태인 원통형 스퍼터링 타깃용 소재 (10) 에 있어서는, 무산소동 등의 순구리, 또는 Mg, Al, Ag, Ti, Zr, Mn, Ca, Cr, Sn, Ni, Zn, Co, P 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유한 구리 합금으로 구성된 것으로 되어 있다. 또, Mg, Al, Ag, Ti, Zr, Mn, Ca, Cr, Sn, Ni, Zn, Co, P 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유시키는 경우에는, 그 함유량은 합계로 0.001 질량％ 이상 10 질량％ 이하의 범위가 바람직하다. 상기 Si 와 C 의 함유량의 총계의 하한값은 0.01 질량ppm, O 함유량의 하한값은 0.5 질량ppm 이어도 된다. 또, Si 와 C 의 함유량의 총계는, 바람직하게는 0.01 질량ppm 이상 2 질량ppm 이하이고, O 함유량은, 바람직하게는 0.5 질량ppm 이상 10 질량ppm 이하인데, 이것에 한정되는 것은 아니다.

상기 서술한 박막 (배선막) 으로는, 저항률, 내열성, 내부식성 등의 각종 특성이 요구되고 있고, 다양한 구리 또는 구리 합금이 적용되고 있다. 그래서, 본 실시형태에서는, 원통형 스퍼터링 타깃용 소재 (10) 를 구성하는 구리 합금으로는, 예를 들어, Cu-0.002 ∼ 2 mass％ Mg 합금, Cu-0.001 ∼ 10 mass％ Al 합금, Cu-0.001 ∼ 10 mass％ Mn 합금, Cu-0.05 ∼ 4 mass％ Ca 합금, Cu-0.01 ∼ 10 mass％ Ag 합금 등을 들 수 있다.

그리고, 본 실시형태인 원통형 스퍼터링 타깃용 소재 (10) 에 있어서는, 스퍼터면이 되는 외주면의 결정 조직에 있어서, EBSD 법에 의해, 측정 범위에 있어서의 결정립계의 전체 입계 길이 (L) 를 측정하고, 이것을 단위 면적 1 ㎟ 당으로 환산한 단위 전체 입계 길이 (L_N) 와, 추가로 측정 범위에 있어서의 특수 입계의 전체 특수 입계 길이 (Lσ) 를 측정하고, 이것을 단위 면적 1 ㎟ 당으로 환산한 단위 전체 특수 입계 길이 (Lσ_N) 에 의해서 정의되는 특수 입계 길이 비율 (Lσ_N/L_N) 을, 축선 (O) 방향 양단부의 외주면과 중앙부의 외주면에서 측정하고, 측정한 상기 특수 입계 길이 비율 (Lσ_N/L_N) 의 평균값이 0.5 이상으로 되어 있다. 상기 특수 입계 길이 비율 (Lσ_N/L_N) 의 평균값의 상한값은 1 이어도 된다.

여기서, EBSD 법이란, 후방 산란 전자 회절 이미지 시스템이 부착된 주사형 전자 현미경에 의한 전자선 반사 회절법 (Electron Backscatter Diffraction Patterns : EBSD) 법을 의미한다. 또한, OIM 은, EBSD 에 의한 측정 데이터를 사용하여 결정 방위를 해석하기 위한 데이터 해석 소프트 (Orientation Imaging Microscopy : OIM) 이다. 또한, CI 값이란, 신뢰성 지수 (Confidence Index) 로서, EBSD 장치의 해석 소프트 OIM Analysis (Ver.5.3) 를 사용하여 해석했을 때, 결정 방위 결정 (決定) 의 신뢰성을 나타내는 수치로서 표시되는 수치이다 (예를 들어, 「EBSD 독본 : OIM 을 사용하는 데에 있어서 (개정 제3판)」스즈키 세이이치 저, 2009년 9월, 주식회사 TSL 솔루션즈 발행).

또한, 특수 입계란, 결정학적으로 CSL 이론 (Kronberg et al : Trans. Met. Soc. AIME, 185, 501 (1949)) 에 기초하여 정의되는 Σ 값이며 3 ≤ Σ ≤ 29 에 속하는 대응 입계로서, 또한, 당해 대응 입계에 있어서의 고유 대응 부위 격자 방위 결함 Dq 가, Dq ≤ 15°/Σ^1/2 (D. G. Brandon : Acta. Metallurgica. Vol.14, p.1479, (1966)) 를 만족하는 결정립계라고 하여 정의된다.

또한, 결정립계는, 이차원 단면 관찰의 결과, 인접하는 2 개의 결정 사이의 배향 방위차가 15°이상으로 되어 있는 경우의 당해 결정 사이의 경계로서 정의된다.

또한, 본 실시형태인 원통형 스퍼터링 타깃용 소재 (10) 에 있어서는, 축선 (O) 방향 양단부의 외주면과 중앙부의 외주면에서 측정된 특수 입계 길이 비율 (Lσ_N/L_N) 의 각각의 값이, 측정한 특수 입계 길이 비율 (Lσ_N/L_N) 의 평균값에 대하여 ±20 ％ 의 범위 내로 되어 있다. 상기 축선 (O) 방향 양단부의 외주면과 중앙부의 외주면에서 측정된 특수 입계 길이 비율 (Lσ_N/L_N) 의 각각의 값이, 측정한 특수 입계 길이 비율 (Lσ_N/L_N) 의 평균값에 대하여 ±10 ％ 의 범위 내인 것이 바람직한데, 이것에 한정되는 것은 아니다.

본 실시형태에서는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 원통형 스퍼터링 타깃용 소재 (10) 의 축선 (O) 방향 일방측의 단면 (도 1 의 (b) 의 상단면) 으로부터 A = 20 ㎜ 의 위치에서 둘레 방향으로 90°간격의 4 점 (a1, a2, a3, a4) 과, 축선 (O) 방향 중앙부의 위치에서 둘레 방향으로 90°간격의 4 점 (b1, b2, b3, b4) 과, 축선 (O) 방향 타방측의 단면 (도 1 의 (b) 의 하단면) 으로부터 C = 20 ㎜ 의 위치에서 둘레 방향으로 90°간격의 4 점 (c1, c2, c3, c4) 의 12 점에서, 각각 특수 입계 길이 비율 (Lσ_N/L_N) 을 측정하고 있다.

또한, 본 실시형태인 원통형 스퍼터링 타깃용 소재 (10) 에 있어서는, 외주면의 결정 조직에 있어서, 평균 결정 입경이 10 ㎛ 이상 150 ㎛ 이하의 범위 내로 되어 있다.

여기서, 평균 결정 입경은, 상기 서술한 EBSD 법에 의해서 특정한 결정립계로부터, 관찰 에어리어 내의 결정 입자수를 산출하고, 관찰 에어리어 내의 결정립계의 전체 길이를 결정 입자수로 나누어 결정 입자 면적을 산출하고, 이것을 원 (圓) 환산함으로써 구하였다. 상기 평균 결정 입경은, 바람직하게는 20 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하인데, 이것에 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 실시형태인 원통형 스퍼터링 타깃용 소재 (10) 에 있어서는, 외주면의 결정 조직에 있어서, 평균 결정 입경에 대하여 2 배 이상의 결정립이 차지하는 면적 비율이 전체 결정 면적의 20 ％ 미만으로 되어 있다.

여기서, 평균 결정 입경에 대하여 2 배 이상의 결정립이 차지하는 면적 비율에 대해서는, 평균 결정 입경을 산출한 후, 이 평균 결정 입경의 2 배 이상의 결정립을 특정하고, 그 결정 입경과 개수를 카운트하여, 평균 결정 입경에 대하여 2 배 이상의 결정립이 차지하는 면적을 산출하고, 추가로 관찰된 모든 결정립의 결정 입경과 개수를 카운트하여 전체 면적을 산출함으로써 구하였다. 또, 상기 평균 결정 입경에 대하여 2 배 이상의 결정립이 차지하는 면적 비율의 하한값은, 5 ％ 이어도 된다. 또, 상기 평균 결정 입경에 대하여 2 배 이상의 결정립이 차지하는 면적 비율은, 바람직하게는 5 ％ 이상 15 ％ 이하인데, 이것에 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 상기 서술한 구성의 원통형 스퍼터링 타깃용 소재 (10) 를 제조하는 원통형 스퍼터링 타깃용 소재의 제조 방법의 일 실시형태에 대해서, 도 2 의 플로도를 참조하여 설명한다.

본 실시형태에 있어서는, 주괴를 주조하는 주조 공정 S01 과, 이 주괴에 대하여 열간 가공을 실시하여 원통상 열간 가공재를 제조하는 열간 가공 공정 S02 와, 얻어진 원통상 열간 가공재에 대하여 냉간 가공을 실시하는 냉간 가공 공정 S03 과, 냉간 가공 공정 S03 을 실시한 원통상 가공재에 대하여 열처리를 실시하는 열처리 공정 S04 를 구비하고 있다. 본 실시형태에서는, 이들 냉간 가공 공정 S03 과 열처리 공정 S04 를 반복 실시하는 구성으로 되어 있고, 냉간 가공 공정 S03 에서는, 원통상 열간 가공재 및 이 원통상 열간 가공재를 냉간 가공 및 열처리한 원통상 가공재에 대하여 냉간 가공을 실시한다.

주조 공정 S01 에 있어서는, 세로형 연속 주조기나 가로형 연속 주조기, 반연속 주조기 등의 각종 주조기를 사용하여, 원주상 주괴를 연속적으로 제조하고, 소정의 길이로 절단한다.

여기서, 주조 공정 S01 에 있어서는, 불순물 원소인 Si 와 C 의 함유량의 총계가 10 질량ppm 이하가 되도록, Si 함유량이 < 10 질량ppm, 또한, C 함유량이 < 5 질량ppm 이 되는 전기 구리를 사용하여, Si 가 노재 등으로부터 용출되지 않는 온도인 1200 ℃ 이하에서 용해 주조를 실시한다. 고온이 되는 지점의 부재에 대해서는 알루미나계의 내화재를 사용함으로써 Si 의 혼입을 막고, 또한, C 함유량이 상승하지 않도록 Ar 가스 등의 비산화 분위기에서 홈통 내를 시일한다. 또한, O 함유량이 50 질량ppm 이하가 되도록, 구리 용탕의 탈산 처리를 실시한다. 구체적으로는, 전기 구리 등의 용해 원료의 예열, 용해, 유지시의 노내 분위기를 CO : 0.5 ∼ 5.0 vol％ 가 되도록 제어하고, 또한, 용해된 구리가 통과하는 홈통 내는 비산화 분위기에서 시일함으로써, 전기 구리의 용해시에 극한까지 산소를 저감시킨 상태로 하여 그 후의 공정에서 산소가 상승하지 않고, O ≤ 50 질량ppm 의 주괴를 제조하는 것이 가능해진다. 또, 합금 원소 첨가는, 상기 서술한 제어된 분위기 내에서 실시된다.

열간 가공 공정 S02 에 있어서는, 원주상의 주괴를 재결정 온도 이상으로 가열하여 압연 가공 또는 압출 가공을 실시하고, 원통상 열간 가공재를 제조한다. 또, 본 실시형태에서는, 열간 압출에 의해서 원통상 열간 가공재를 제조하고 있다. 여기서, 열간 가공 공정 S02 에 있어서는, 얻어지는 원통상 열간 가공재의 평균 결정 입경이 20 ㎜ 이하가 되도록, 열간 가공 조건을 설정하는 것이 바람직하다. 또, 상기 서술한 원통상 열간 가공재의 평균 결정 입경으로는, 원통형 스퍼터링 타깃에 있어서 스퍼터면이 되는 외주면의 결정 조직을 대상으로 하는 것이 바람직하다. 상기 원통상 열간 가공재의 평균 결정 입경의 하한값은, 0.01 ㎜ 이어도 된다. 또, 상기 원통상 열간 가공재의 평균 결정 입경은, 보다 바람직하게는 0.01 ㎜ 이상 0.3 ㎜ 이하인데, 이것에 한정되는 것은 아니다.

냉간 가공 공정 S03 에 있어서는, 원통상 주괴 (및 이 원통상 주괴에 대하여 냉간 가공 및 열처리를 실시한 원통상 가공재) 에 대하여 냉간 가공을 실시한다.

여기서, 본 실시형태에서는, 냉간 가공 공정 S02 로서, 추신 (抽伸) 가공에 의해, 냉간 가공 전의 원통상 주괴 또는 원통상 가공재의 외경을 넓히는 확관 (擴管) 공정을 적어도 2 회 이상 실시하도록 구성하고 있다.

열처리 공정 S04 에 있어서는, 냉간 가공을 실시한 원통상 가공재에 대하여 열처리를 실시한다. 열처리 수단으로는, 특별히 한정은 없고, 배치식의 열처리로나 연속 어닐링로 등을 적용할 수 있다. 여기서, 본 실시형태에서는, 열처리 공정 S04 를 배치식의 열처리로를 사용하여, 열처리 조건을, 열처리 온도가 400 ℃ 이상 900 ℃ 이하, 상기 열처리 온도 범위 내에서의 유지 시간이 15 분 이상 120 분 이하의 범위 내로 한다.

여기서, 본 실시형태에서는, 냉간 가공 공정 S03 과 열처리 공정 S04 를 반복 실시함으로써, 두께의 가공도의 토탈 리덕션이 15 ∼ 25 ％, 외경의 확장이 30 ％ 이하, 내경의 확장이 20 ％ 이하가 되도록, 냉간 가공 공정 S03 의 조건을 설정하고 있다.

상기 서술한 바와 같이 하여 성형된 원통형 스퍼터링 타깃용 소재 (10) 는, 추가로 가공이 실시되고, 원통형 스퍼터링 타깃으로서 사용된다. 여기서, 원통형 스퍼터링 타깃은, 스퍼터 장치 내에서 축선을 중심으로 회전하여 사용되고, 그 외주면이 스퍼터면으로서 이용된다.

이상과 같은 구성으로 된 본 실시형태인 원통형 스퍼터링 타깃용 소재 (10) 에 의하면, 불순물 원소인 Si 와 C 의 함유량의 총계가 10 질량ppm 이하, O 함유량이 50 질량ppm 이하로 되어 있으므로, 이들 불순물에 기인하는 이상 방전을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시형태인 원통형 스퍼터링 타깃용 소재 (10) 에 의하면, 외주면의 결정 조직에 있어서, 축선 (O) 방향 일방측 (a1, a2, a3, a4), 축선 (O) 방향 중앙부 (b1, b2, b3, b4), 축선 (O) 방향 타방측 (c1, c2, c3, c4) 에서 측정된 특수 입계 길이 비율 (Lσ_N/L_N) 의 평균값이 0.5 이상이 됨과 함께, 각각의 측정값이, 상기 특수 입계 길이 비율 (Lσ_N/L_N) 의 평균값에 대하여 ±20 ％ 의 범위 내로 되어 있다. 그 때문에, 스퍼터면이 되는 외주면에 있어서, 결정립계의 정합성이 향상되고, 스퍼터면 전체에서 균일하게 스퍼터되게 되고, 고출력하에서의 스퍼터에 있어서도 이상 방전의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시형태인 원통형 스퍼터링 타깃용 소재 (10) 에 의하면, 외주면에 있어서의 평균 결정 입경이 10 ㎛ 이상 150 ㎛ 이하의 범위 내가 됨과 함께, 평균 결정 입경에 대하여 2 배 이상의 결정립이 차지하는 면적 비율이 전체 결정 면적의 20 ％ 미만으로 되어 있다. 그 때문에, 외주면의 결정 조직이 균일 미세화되어 있고, 스퍼터면 전체에 있어서 균일하게 스퍼터를 실시할 수 있고, 이상 방전의 발생을 확실히 억제할 수 있다.

또한, 본 실시형태인 원통형 스퍼터링 타깃용 소재 (10) 에 의하면, Mg, Al, Ag, Ti, Zr, Mn, Ca, Cr, Sn, Ni, Zn, Co, P 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 구리 합금을 사용하고 있기 때문에, 저항률, 내열성, 내부식성 등의 각종 특성이 우수한 박막을 성막 가능한 원통형 스퍼터링 타깃용 소재 (10) 로 할 수 있다. 또, 상기 서술한 구리 합금에 있어서는, Mg, Al, Ag, Ti, Zr, Mn, Ca, Cr, Sn, Ni, Zn, Co, P 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 함유량은, 합계로 0.001 질량％ 이상 10 질량％ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 원통상 열간 가공재의 외주면에 있어서의 평균 결정 입경을 20 ㎛ 이하로 설정하고 있기 때문에, 이 원통상 열간 가공재에 대하여 반복 냉간 가공과 열처리를 실시함으로써, 외주면의 결정 조직이 균일 미세화된 원통형 스퍼터링 타깃용 소재 (10) 를 얻는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 냉간 가공 공정 S03 과 열처리 공정 S04 를 반복 실시함으로써, 두께의 가공도의 토탈 리덕션이 15 ∼ 25 ％, 외경의 확장이 30 ％ 이하, 내경의 확장이 20 ％ 이하가 되도록, 냉간 가공 공정 S03 의 조건을 설정하고 있다. 그 때문에, 전체 둘레에 걸쳐 균일한 가공을 제공할 수 있고, 특수 입계 길이 비율 (Lσ_N/L_N) 의 각각의 값이, 측정한 모든 상기 특수 입계 길이 비율 (Lσ_N/L_N) 의 평균값에 대하여 ±20 ％ 의 범위 내로 할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 그 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.

예를 들어, 본 실시형태에서는, 열처리 공정 S03 의 조건을, 열처리 온도 : 400 ℃ 이상 900 ℃ 이하, 상기 열처리 온도 범위 내에서의 유지 시간 : 15 분 이상 120 분 이하로 하는 것으로 하여 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 성형하는 원통형 스퍼터링 타깃용 소재의 조성 및 사이즈나 열처리를 실시하는 장치 등에 따라 적절히 열처리 조건을 설정해도 된다.

또한, 본 실시형태에서는, 원통형 스퍼터링 타깃용 소재 (10) 를 구성하는 구리 또는 구리 합금으로서, 무산소동 등의 순구리나 Mg, Al, Ag, Ti, Zr, Mn, Ca, Cr, Sn, Ni, Zn, Co, P 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하고, 잔부가 구리 및 불가피 불순물이 된 조성으로 이루어지는 구리 합금을 예로 들어 설명했지만, 이것 이외의 구리 또는 구리 합금을 대상으로 해도 된다.

또한, 본 실시형태에서는, 열가공 공정 S02 에 의해서 원통상 열간 가공재를 제조하는 것으로 하여 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 3 의 플로도에 나타내는 바와 같이, 연속 주조기 또는 반연속 주조기를 사용한 연속 주조 공정 S11 에 의해서, 원통상 주괴를 제조하고, 이 원통상 주괴에 대하여, 냉간 가공을 실시하는 냉간 가공 공정 S13 과, 냉간 가공 공정 S13 을 실시한 원통상 가공재에 대하여 열처리를 실시하는 열처리 공정 S14 를 반복 실시하는 구성으로 해도 된다. 이 경우, 연속 주조 공정 S11 에 있어서는, 얻어지는 원통상 주괴의 평균 결정 입경이 20 ㎜ 이하가 되도록, 주조 조건을 설정하는 것이 바람직하다. 또, 원통상 주괴의 평균 결정 입경으로는, 원통형 스퍼터링 타깃에 있어서 스퍼터면이 되는 외주면의 결정 조직을 대상으로 하는 것이 바람직하다.

실시예

이하에, 본 발명의 유효성을 확인하기 위해서 실시한 확인 실험의 결과에 대해서 설명한다.

먼저, 세로형 연속 주조기에 의해, 표 1 에 나타내는 조성의 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 원주상 주괴를 제조하였다. 이 때, 구리 용탕 중의 불순물인 C, Si, O 의 양을 조정하였다. 또, 원료로서, Si 함유량이 10 질량ppm 미만, C 함유량이 5 질량ppm 미만이 되는 전기 구리를 사용하였다. 또한, 용해 주조시에 있어서의 Si 의 혼입을 억제하기 위해서, 용해 주조시의 온도를, Si 가 노재 등으로부터 용출되지 않는 온도인 1200 ℃ 이하로 함과 함께, 고온이 되는 지점의 부재를 알루미나계의 내화재로 하였다. 또한, C 함유량의 상승을 억제하기 위해서, 전기 구리 등의 용해 원료의 예열, 용해, 유지시의 노내 분위기를 CO : 0.5 ∼ 5.0 vol％ 가 되도록 제어함과 함께, 홈통 내를 비산화 분위기 또는 환원 분위기로 하였다.

이 주괴를 800 ℃ 로 가열하여 열간 압출 가공을 실시하고, 원통상 열간 가공재 (외경 150 ㎜, 내경 80 ㎜) 를 제조하였다.

얻어진 원통상 열간 가공재에 대하여, 추신 가공 (1 ∼ 10 패스), 열처리 (400 ∼ 800 ℃ × 15 분 ∼ 120 분) 의 순서로 반복 실시함과 함께 교정 가공을 실시하고, 외경 174 ㎜, 내경 118 ㎜ 의 원통형 스퍼터링 타깃용 소재를 얻었다.

그리고, 이 원통형 스퍼터링 타깃용 소재를 사용하여 원통형 스퍼터링 타깃을 제조하였다.

상기 서술한 원통형 스퍼터링 타깃용 소재, 및 원통형 스퍼터링 타깃에 대해서, 이하와 같은 평가를 실시하였다.

<불순물 원소의 분석>

원통형 스퍼터링 타깃용 소재 중의 Si 의 함유량은, TFS 사 제조 ARL-4460 을 사용하여 고체 발광 분광법에 의해서 측정하였다.

원통형 스퍼터링 타깃용 소재 중의 C 의 함유량은, LECO 사 제조 CSLS600 을 사용하여 연소-적외선 흡수법에 의해서 측정하였다.

원통형 스퍼터링 타깃용 소재 중의 O 의 함유량은, LECO 사 제조 RO-600 을 사용하여 불활성 가스 융해-적외선 흡수법 (JIS H 1067) 에 의해서 측정하였다.

<원통형 스퍼터링 타깃용 소재의 특수 입계 길이 비율>

얻어진 원통형 스퍼터링 타깃용 소재의 축선 (O) 방향 일방측의 단면으로부터 A = 20 ㎜ 의 위치에서 둘레 방향으로 90°간격의 4 점과, 축선 (O) 방향 중앙부의 위치에서 둘레 방향으로 90°간격의 4 점과, 축선 (O) 방향 타방측의 단면으로부터 C = 20 ㎜ 의 위치에서 둘레 방향으로 90°간격의 4 점의 12 점으로부터 시료를 채취하고, 원통형 스퍼터링 타깃용 소재의 외주면을 측정면으로 하였다. 각 시료의 측정면에 대해서, 내수 연마지, 다이아몬드 지립을 사용하여 기계 연마를 실시한 후, 콜로이달 실리카 용액을 사용하여 마무리 연마를 실시하였다.

그리고, EBSD 측정 장치 (HITACHI 사 제조 S4300-SEM, EDAX/TSL 사 제조 OIM Data Collection) 와, 해석 소프트 (EDAX/TSL 사 제조 OIM Data Analysis ver.5.2) 에 의해서, 결정립계, 특수 입계를 특정하고, 그 길이를 산출함으로써, 특수 입계 길이 비율의 해석을 실시하였다.

먼저, 주사형 전자 현미경을 사용하여, 시료 표면의 측정 범위 내의 개개의 측정점 (픽셀) 에 전자선을 조사하고, 전자선을 시료 표면에 2 차원으로 주사시키고, 후방 산란 전자선 회절에 의한 방위 해석에 의해, 인접하는 측정점 사이의 방위차가 15°이상이 되는 측정점 사이를 결정립계로 인정하였다.

또한, 측정 범위에 있어서의 결정립계의 전체 입계 길이 (L) 를 측정하고, 이것을 단위 면적 1 ㎟ 당으로 환산한 단위 전체 입계 길이 (L_N) 를 구하였다. 동시에, 인접하는 결정립의 계면이 특수 입계를 구성하는 결정립계의 위치를 결정하여 특수 입계의 전체 특수 입계 길이 (Lσ) 를 측정하고, 이것을 단위 면적 1 ㎟ 당으로 환산한 단위 전체 특수 입계 길이 (Lσ_N) 를 구하였다. 또한, 단위 전체 입계 길이 (L_N) 와 단위 전체 특수 입계 길이 (Lσ_N) 의 비인 특수 입계 길이 비율 (Lσ_N/L_N) 을 산출하였다.

그리고, 측정한 모든 특수 입계 길이 비율 (Lσ_N/L_N) 로부터 평균값을 산출함과 함께, 측정된 특수 입계 길이 비율 (Lσ_N/L_N) 의 값의 상기 평균값에 대한 최대의 편차를 평가하였다.

<원통형 스퍼터링 타깃용 소재의 평균 결정 입경>

얻어진 원통형 스퍼터링 타깃용 소재의 외주면에 있어서의 결정 조직 관찰을 실시하고, 평균 결정 입경을 산출하였다.

특수 입계 길이 비율로 사용한 측정 시료를 사용하여, 전해 방출형 주사 전자 현미경을 사용한 EBSD 측정 장치 (HITACHI 사 제조 S4300-SE, EDAX/TSL 사 제조 OIM Data Collection) 와, 해석 소프트 (EDAX/TSL 사 제조 OIM Data Analysis ver.5.2) 에 의해서, 결정립계를 특정하였다. 측정 조건은 측정 범위 : 680 × 1020 ㎛/측정 스텝 : 2.0 ㎛/도입 시간 : 20 msec./point 로 하였다.

구체적으로는, 상기 서술한 주사형 전자 현미경을 사용하여, 시료 표면의 측정 범위 내의 개개의 측정점 (픽셀) 에 전자선을 조사하고, 후방 산란 전자선 해석법에 의한 방위 해석에 의해, 인접하는 측정점 사이의 방위차가 15°이상이 되는 측정점을 결정립계로 하였다. 얻어진 결정립계로부터, 관찰 에어리어 내의 결정 입자수를 산출하고, 관찰 에어리어 내의 결정립계의 전체 길이를 결정 입자수로 나누어 결정 입자 면적을 산출하고, 그것을 원환산함으로써, 평균 결정 입경으로 하였다.

<평균 결정 입경에 대하여 2 배 이상의 결정립이 차지하는 면적 비율>

또한, 원통형 스퍼터링 타깃용 소재의 외주면에 있어서의 결정 조직 관찰을 실시하고, 평균 결정 입경에 대하여 2 배 이상의 결정립이 차지하는 면적 비율을 산출하였다.

상기 서술한 순서에 의해 평균 결정 입경을 산출한 후, EBSD 에 의해 입도 분포를 구하고, 거기로부터 평균값 이상의 입경을 산출하고, 평균 결정 입경의 2 배 이상의 결정 입경을 갖는 결정립을 특정하였다. 그리고, 그 특정한 결정 입경과 개수를 카운트하여 평균 결정 입경에 대하여 2 배 이상의 결정립이 차지하는 면적을 산출하였다. 또한, 관찰된 모든 결정립의 결정 입경과 개수를 카운트하여 전체 면적을 산출함으로써, 평균 결정 입경에 대하여 2 배 이상의 결정립이 차지하는 면적 비율을 구하였다.

<스퍼터 시험>

얻어진 원통형 스퍼터링 타깃을 사용하여, 이하의 조건에서 스퍼터 시험을 실시하고, 스퍼터 장치에 부속된 아킹 카운터를 사용하여, 이상 방전 횟수를 카운트하였다. 또, 분위기 가스로서, 배선막을 형성할 때에 사용되는 「Ar 가스」, 및 산소 함유막을 형성할 때에 사용되는 「혼합 가스」의 2 조건에서 스퍼터 시험을 실시하였다.

평가 결과를 표 1 에 나타낸다.

전원 : 직류 방식

스퍼터 출력 : 600 W

스퍼터압 : 0.2 ㎩

스퍼터 시간 : 8 시간

도달 진공도 : 4 × 10^-5 ㎩

분위기 가스 조성 : Ar 가스/혼합 가스 (90 vol％ Ar + 10 vol％ O)

표 1 에 나타내는 바와 같이, 비교예 1-5 에서는, 스퍼터 시험에 있어서 Ar 가스 및 혼합 가스의 어느 조건에서도 이상 방전 횟수가 많았다.

이것에 대하여, 본 발명예 1-6 에서는, 스퍼터 시험에 있어서 Ar 가스 및 혼합 가스의 어느 조건에서도 이상 방전 횟수가 적게 되어 있어, 안정적으로 스퍼터를 실시할 수 있는 것이 확인되었다.

산업상 이용가능성

본 발명의 원통형 스퍼터링 타깃용 소재에 의하면, 스퍼터면이 되는 외주면에 있어서, 결정립계의 정합성이 향상되고, 스퍼터면 전체에서 균일하게 스퍼터되게 되고, 고출력하에서의 스퍼터에 있어서도 이상 방전의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 본 발명의 원통형 스퍼터링 타깃용 소재에 의하면, 불순물에 기인하는 이상 방전을 억제하고, 안정적으로 성막을 실시할 수 있다.

10 : 원통형 스퍼터링 타깃용 소재
11 : 외주면

Claims

구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 원통형 스퍼터링 타깃용 소재로서,
EBSD 법에 의해, 측정 범위에 있어서의 결정립계의 전체 입계 길이 (L) 를 측정하고, 이것을 단위 면적 1 ㎟ 당으로 환산한 단위 전체 입계 길이 (L_N) 와, 추가로 측정 범위에 있어서의 특수 입계의 전체 특수 입계 길이 (Lσ) 를 측정하고, 이것을 단위 면적 1 ㎟ 당으로 환산한 단위 전체 특수 입계 길이 (Lσ_N) 에 의해서 특수 입계 길이 비율 (Lσ_N/L_N) 을 정의한 경우에,
축선 방향의 양단부의 외주면과 중앙부의 외주면에서 측정한 상기 특수 입계 길이 비율 (Lσ_N/L_N) 의 평균값이 0.5 이상이 됨과 함께, 축선 방향의 양단부의 외주면과 중앙부의 외주면에서 측정된 상기 특수 입계 길이 비율 (Lσ_N/L_N) 의 각각의 값이 상기 평균값에 대하여 ±20 ％ 의 범위 내로 되어 있고,
또한, 불순물 원소인 Si 와 C 의 함유량의 총계가 10 질량ppm 이하, O 함유량이 50 질량ppm 이하로 되어 있는 원통형 스퍼터링 타깃용 소재.
제 1 항에 있어서,
외주면의 결정 조직에 있어서, 평균 결정 입경이 10 ㎛ 이상 150 ㎛ 이하의 범위 내로 되어 있는 원통형 스퍼터링 타깃용 소재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
외주면의 결정 조직에 있어서, 평균 결정 입경에 대하여 2 배 이상의 결정립이 차지하는 면적 비율이 전체 결정 면적의 20 ％ 미만으로 되어 있는 원통형 스퍼터링 타깃용 소재.