KR20200112716A - Mo 합금 타겟재 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 척킹이나 본딩 등의 핸들링에 있어서의 타겟재의 변형이나, 절삭공구의 칩의 마모나 파손을 억제할 뿐 아니라, 스퍼터 시의 이상 방전의 억제도 동시에 달성할 수 있는 FPD 등의 제조에 유용한 Mo 합금 타겟재를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 Mo 합금 타겟재는 Ni를 10~49 원자%, Nb를 1~30 원자% 함유하고, 또한 Ni와 Nb의 합계량이 50 원자% 이하이며, 잔부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 비커스 경도가 290~460 HV이며, 그 편차[(최대값－최소값)／(최대값＋최소값)]×100(%)가 20% 이하이다.

Description

Mo 합금 타겟재 및 그의 제조방법{Mo alloy target material and method for manufacturing the same}

본 발명은 예를 들면 전자부품용 전극이나 배선 박막을 형성하기 위한 Mo 합금 타겟재 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

전기영동형 디스플레이 등의 평면표시장치(플랫 패널 디스플레이, Flat Panel Display：이하, FPD라 함)나, 각종 반도체 디바이스, 박막 센서, 자기 헤드 등의 박막 전자부품에 있어서는 낮은 전기 저항값을 구비하는(이하, 「저저항」이라고도 한다.) 배선 박막이 필요하다. 예를 들면 FPD는 대화면, 고정세, 고속 응답화에 수반하여, 그 배선 박막에는 저저항화가 요구되고 있다. 또한, 최근 들어 FPD에 조작성을 추가하는 터치패널이나 수지 기판을 사용한 플렉시블한 FPD 등, 새로운 제품이 개발되고 있다.

FPD의 구동소자로서 사용되고 있는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor： 이하, TFT라 함)의 배선 박막은 저저항화가 필요하여, 배선재료에는 Al이 사용되고 있다.

현재, TFT에는 비정질 Si 반도체막이 사용되고 있어, 배선막인 Al은 Si와 직접 접촉하면 TFT 제조 중의 가열 공정에 의해 열확산되어 TFT의 특성을 열화시킨다. 이 때문에, Al과 Si 사이에 캡막으로서 내열성이 우수한 Mo나 Mo 합금을 배리어막으로 한 적층 배선막이 사용되고 있다.

또한, 지금까지의 비정질 Si 반도체막으로부터, 보다 고속 응답을 실현할 수 있는 산화물을 사용한 투명한 반도체막의 적용 검토가 행하여지고 있어, 이들 산화물 반도체의 배선 박막에도, Al로 이루어지는 배선막과, Mo나 Mo 합금으로 이루어지는 하지막이나 캡막을 적층한 구조를 갖는 적층 배선막이 검토되어 있다. 이 때문에, 이들 적층 배선막의 형성에 사용되는 Mo 합금으로 이루어지는 박막의 수요가 높아지고 있다.

그리고, 높은 내산화성을 갖고, 모바일 기기나 차량 탑재 기기에 적합한 Mo 합금 박막으로서 Mo－Ni－Nb 합금이 제안되어 있다.

한편, 전술한 Mo 합금 박막을 형성하는 수법으로서는, 스퍼터링 타겟재(이하, 간단히 「타겟재」라고도 한다.)를 사용한 스퍼터링법이 최적이다. 스퍼터링법은 물리 증착법의 하나로, 다른 진공 증착이나 이온 플레이팅과 비교하여, 대면적에 안정하게 Mo 합금 박막을 형성할 수 있는 방법인 동시에, 상기와 같은 첨가원소가 많은 합금이더라도, 조성 변동이 적은 우수한 Mo 합금 박막이 얻어지는 유효한 수법이다.

그리고, 상기한 Mo－Ni－Nb 합금으로 이루어지는 타겟재를 얻는 수법으로서는, 예를 들면 특허문헌 1에서는 Mo 분말과 1종 이상의 Ni 합금 분말을 혼합한, 또는 Mo 분말과 Ni 합금 분말과 Nb 분말을 혼합한 혼합 분말을 가압 소결한 소결체에 기계 가공을 행하는 방법이 제안되어 있다.

일본국 특허공개 제2013－147734호 공보

특허문헌 1에 개시되는 Mo 분말과 Ni 합금과 Nb 분말을 혼합한 혼합 분말을 열간 정수압 프레스(이하, 「HIP」라 한다.)로 가압 소결하여 타겟재를 제작하면, 그 타겟재 중에 국소적인 저경도의 부위가 존재하는 경우가 있다. 이 때문에 타겟재를 소정의 형상 치수로 기계 가공할 때의 척킹이나 본딩 등의 핸들링에 있어서 타겟재 본체가 변형되는 경우가 있다.

또한, Mo－Ni－Nb 합금은 기계 가공 시에 크랙이나 깨짐, 탈락이 발생할 가능성이 높은 소위 난삭재일 뿐 아니라, 타겟재에 국소적인 고경도의 부위가 존재하게 되면, 절삭공구의 칩의 마모나 파손을 초래하여, 얻어지는 타겟재의 표면 조도가 커지거나, 경우에 따라서는 타겟재 본체를 파손시켜 버리는 경우가 있다.

또한, 타겟재의 스퍼터면에 있어서의 중앙부의 침식영역에, 국소적인 저경도의 부위가 존재하게 되면, 저경도의 부위만이 잔존하거나 탈락하거나 함으로써 침식영역의 표면 조도가 거칠어져, 스퍼터 시의 이상 방전의 기점이 되기 쉬워진다.

본 발명의 목적은 척킹이나 본딩 등의 핸들링에 있어서의 타겟재의 변형이나, 절삭공구의 칩의 마모나 파손을 억제할 뿐 아니라, 스퍼터 시의 이상 방전의 억제도 동시에 달성할 수 있는 Mo 합금 타겟재를 제공하는 것이다.

본 발명의 Mo 합금 타겟재는 Ni를 10~49 원자%, Nb를 1~30 원자% 함유하고, 또한 Ni와 Nb의 합계량이 50 원자% 이하이며, 잔부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 비커스 경도가 290~460 HV이며, 9점의 측정점에서 측정을 행한 비커스 경도의 편차가 20% 이하이다.

본 발명의 Mo 합금 타겟재는 Ni를 10~49 원자%, Nb를 1~30 원자% 함유하고, 또한 Ni와 Nb의 합계량이 50 원자% 이하이며, 잔부가 Mo 및 불가피적 불순물이 되도록, Mo 분말과 NiMo 합금 분말과 Nb 분말을 혼합하여 혼합 분말을 얻는 공정과, 상기 혼합 분말을 상온에서 가압하여 성형체를 얻는 공정과, 상기 성형체를 가압 소결하여 소결체를 얻는 공정을 포함하는 제조방법에 의해 얻을 수 있다.

본 발명은 비커스 경도가 조정된 Mo 합금 타겟재를 제공할 수 있다. 이로써, 척킹이나 본딩 등의 핸들링에 있어서의 타겟재의 변형이나, 절삭공구의 칩의 마모나 파손을 억제 가능하고, 스퍼터 시의 이상 방전의 억제도 동시에 달성하는 것을 기대할 수 있다. 이 때문에, 전술한, 예를 들면 FPD 등의 제조에 유용한 기술이 된다.

도 1은 본 발명예 1의 타겟재의 스퍼터면에 있어서의 광학현미경 관찰 사진이다.
도 2는 비교예의 타겟재의 스퍼터면에 있어서의 광학현미경 관찰 사진이다.

본 발명의 타겟재는 JIS Z 2244에서 규정되는 비커스 경도가 290~460 HV의 범위이고, 9점의 측정점에서 측정을 행한 비커스 경도의 편차가 20% 이하이다. 본 발명의 타겟재는 비커스 경도를 특정 범위로 하고, 그 편차[(최대값－최소값)／(최대값＋최소값)]×100(%)를 작게 함으로써, 기계 가공에 있어서의 척킹이나 본딩 등의 핸들링에서 타겟재 본체의 변형을 억제할 수 있다. 그리고, 본 발명의 실시형태의 타겟재는 임의의 9점의 측정점에서 측정을 행한 비커스 경도의 편차가 10% 이하인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 타겟재는 비커스 경도를 특정 범위로 조정함으로써, 예를 들면 프레이즈반이나 선반 등의 칩에 구성 날끝이 생성되는 것을 억제할 수 있다. 즉, 본 발명의 타겟재는 절삭 가공을 진행함에 따라, 구성 날끝의 성장에 수반되는 칩의 절삭량이 점차 커지는 것이 억제되어, 절삭 개시 시와 절삭 완료 시에서 타겟재의 치수차를 작게 할 수 있을 뿐 아니라, 구성 날끝의 박리에 수반되는 칩의 파손을 억제하는 것도 가능하다.

한편, 타겟재의 스퍼터면에 있어서의 중앙부의 침식영역에, 예를 들면 Mo 매트릭스상이나 MoNb상 등으로 구성되는 국소적으로 저경도의 부위가 존재하게 되면, 저경도의 부위만이 잔존하거나, 탈락하거나 하는 경우가 있어, 타겟재의 침식영역의 표면이 거칠어져, 스퍼터 시의 이상 방전의 기점이 되기 쉬워진다. 이 때문에, 본 발명의 타겟재는 비커스 경도를 290 HV 이상으로 한다. 그리고, 상기와 동일한 이유에서, 본 발명의 실시형태의 타겟재는 비커스 경도를 295 HV 이상으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 타겟재는 비커스 경도를 460 HV 이하로 함으로써, 예를 들면 프레이즈반이나 선반 등의 칩의 마모량을 억제할 수 있다. 즉, 본 발명의 타겟재는 절삭 가공을 진행함에 따라, 칩의 마모에 수반되는 칩의 절삭량이 점차 작아져, 절삭 개시 시와 절삭 완료 시에서 타겟재의 치수차가 커지는 것을 억제할 수 있을 뿐 아니라, 칩의 파손을 억제하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명의 타겟재는 비커스 경도를 460 HV 이하로 함으로써, 절삭 기계에 대한 척킹뿐 아니라, 백킹 플레이트나 백킹 튜브에 본딩할 때의 핸들링 등에서 타겟재 본체의 파손을 억제할 수 있다. 상기와 동일한 이유에서, 본 발명의 실시형태의 타겟재는 비커스 경도를 455 HV 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 말하는 비커스 경도는 전술한 타겟재의 변형이나 절삭공구의 칩의 마모나 파손을 억제할 뿐 아니라, 스퍼터 시의 이상 방전을 억제하는 관점에서, 타겟재의 스퍼터면에 있어서의 중심 부근의 사방 1.5 ㎜에 있어서, 임의의 9점에서 측정한다. 이때, 하중은 9.8 N으로 하고, 가압시간은 10초로 한다.

그리고, 본 발명의 타겟재는 상기 조건에서 측정되는 비커스 경도가 290~460 HV의 범위에 있고, 그 편차[(최대값－최소값)／(최대값＋최소값)]×100(%)가 20% 이하인 것을 말한다.

또한, 본 발명의 실시형태의 타겟재는 비커스 경도를 290~460 HV로 하는 관점에서, Mo－Ni－Nb 합금상으로 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명의 타겟재는 Ni를 10~49 원자%, Nb를 1~30 원자% 함유하고, 또한 Ni와 Nb의 합계량이 50 원자% 이하이며, 또한 상기 Ni와 상기 Nb와 Mo의 합계가 100 원자%로 불가피적 불순물을 포함하는 조성을 갖는다. Ni 및 Nb의 함유량은 밀착성, 내산화성, 내습성을 크게 손상시키지 않는 범위로서 규정하는 것이다.

Ni의 함유량은 10 원자% 이상으로 함으로써 산화 억제 효과를 얻을 수 있다. 또한, Ni는 Mo에 비해 Cu나 Al에 열확산되기 쉬운 원소로, 전기 저항값을 증가시키는 경우가 있다. 이 때문에 Ni의 함유량은 49 원자% 이하로 한다. 또한, 상기와 동일한 이유에서, Ni의 함유량은 30 원자% 이하가 바람직하고, 20 원자% 이하가 보다 바람직하다.

Nb의 함유량은 1 원자% 이상으로 함으로써 내습성을 향상시킬 수 있다. 또한, Nb를 30 원자% 이하, 또한 Ni와 Nb의 합계를 50 원자% 이하로 함으로써, 내식성을 향상시키면서 에칭성을 확보할 수 있다. 또한, 상기와 동일한 이유에서, Nb의 함유량은 20 원자% 이하가 바람직하고, 15 원자% 이하가 보다 바람직하다.

본 발명의 타겟재는 아래의 제조방법으로 얻을 수 있어, 그 일반적 형태를 설명한다. 또한 본 발명은 아래에 설명하는 형태에 의해 한정되는 것은 아니다.

먼저, Ni를 10~49 원자%, Nb를 1~30 원자% 함유하고, Ni와 Nb의 합계량이 50 원자% 이하, 잔부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지도록, Mo 분말과 NiMo 합금 분말과 Nb 분말을 혼합하여 혼합 분말을 얻는다. 그리고, 이 혼합 분말을 상온(JIS Z 8703에서 규정된 20±15℃)에서, 예를 들면 냉간 정수압 프레스(이하, 「CIP」라 한다.)를 사용해서 가압하여 성형체로 한다.

다음으로, 이 성형체를 가압 소결하여 소결체를 얻고, 이것에 기계 가공을 행함으로써 본 발명의 타겟재를 얻을 수 있다. 여기서, 본 발명의 실시형태의 타겟재의 제조방법은 후술하는 가압 소결의 조건을 적용함으로써, 상기 소결체를 얻는 공정 후에, 타겟재의 잔류 응력 제거나 비커스 경도 조정을 위한 열처리를 행하지 않고, 비커스 경도가 조정된 타겟재를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시형태의 타겟재는 타겟재 전체의 비커스 경도의 편차를 효과적으로 저감시키는 관점에서, 그의 제조방법에 있어서 상기 소결체를 얻는 공정 전에, 「상기 성형체를 해쇄하여 해쇄 가루를 얻는 공정」을 포함시켜서, 상기 소결체를 얻는 공정에서는 이 해쇄 가루를 가압 소결하여 소결체를 얻는 것이 바람직하다. 예를 들면 상기 성형체를, 예를 들면 디스크밀 등으로 한번 해쇄하여 1.5 ㎜ 언더의 해쇄 가루를 제작하고, 이 해쇄 가루를 가압 소결하여 소결체를 얻어, 이것에 기계 가공을 행함으로써 얻는 것이 바람직하다.

가압 소결은 HIP나 핫프레스가 적용 가능하고. 800~1,400℃, 10~200 ㎫, 1~10시간의 조건에서 행하는 것이 바람직하다. 이들 조건의 선택은 가압 소결하는 장치에 의존한다. 예를 들면 HIP는 저온 고압의 조건이 적용하기 쉽고, 핫프레스는 고온 저압의 조건이 적용하기 쉽다. 본 발명의 제조방법에서는 가압 소결에 저온에서의 소결이 가능하고, Ni 합금이나 Nb의 확산을 억제할 수 있으며, 또한 고압에서 소결하여 고밀도의 소결체가 얻어지는 HIP를 사용하는 것이 바람직하다.

소결온도는 800℃ 이상으로 함으로써, 소결이 촉진되어, 고밀도의 소결체를 얻을 수 있다. 또한, 상기와 동일한 이유에서, 소결온도는 1,000℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

한편, 소결온도는 1,400℃ 이하로 함으로써, 액상의 발현이나 소결체의 결정 성장을 억제할 수 있어, 균일하고 미세한 금속 조직을 얻을 수 있다. 또한, 상기와 동일한 이유에서, 소결온도는 1,300℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

가압력은 10 ㎫ 이상으로 함으로써, 소결이 촉진되어, 고밀도의 소결체를 얻을 수 있다. 또한, 가압력은 200 ㎫ 이하로 함으로써, 소결 시에 타겟재에 대한 잔류응력의 도입이 억제되어, 소결 후의 크랙의 발생을 억제할 수 있을 뿐 아니라, 범용의 가압 소결장치를 이용할 수 있다.

소결시간은 1시간 이상으로 함으로써, 소결을 충분히 진행시킬 수 있어, 고밀도의 소결체를 얻을 수 있다. 또한, 소결시간은 10시간 이하로 함으로써, 제조효율의 저하를 억제할 수 있다.

실시예

부피 기준의 누적 입도분포의 50% 입경(이하, 「D50」이라 한다.)이 7 ㎛인 Mo 분말과, D50이 35 ㎛인 NiMo 합금 분말과, D50이 110 ㎛인 Nb 분말을, Ni를 30 원자%, Nb를 15 원자% 함유하고, 잔부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지도록 혼합하여 혼합 분말을 얻었다.

그리고, 이 혼합 분말을 고무제 틀 내에 충전하고, 성형압 2.7 ton／㎠(≒2.65 ㎫)의 조건에서 CIP 처리를 하여 성형체를 얻었다.

다음으로, 상기에서 얻은 성형체를 HIP 장치의 노체(爐體) 내부에 설치하여, 1,250℃, 120 ㎫, 10시간의 조건에서 가압 소결을 실시하여, 본 발명예 1의 타겟재가 되는 Mo 합금 소결체를 얻었다.

부피 기준의 누적 입도분포의 50% 입경(이하, 「D50」이라 한다.)이 7 ㎛인 Mo 분말과, D50이 35 ㎛인 NiMo 합금 분말과, D50이 110 ㎛인 Nb 분말을, Ni를 49 원자%, Nb를 1 원자% 함유하고, 잔부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지도록 혼합하여 혼합 분말을 얻었다.

그리고, 이 혼합 분말을 고무제 틀 내에 충전하고, 성형압 2.7 ton／㎠(≒2.65 ㎫)의 조건에서 CIP 처리를 하여 성형체를 얻었다. 이 성형체를 디스크밀로 해쇄하여 1.5 ㎜ 언더의 해쇄 가루를 얻었다.

다음으로, 상기에서 얻은 해쇄 가루를 HIP 장치의 노체 내부에 설치하여, 1,250℃, 120 ㎫, 10시간의 조건에서 가압 소결을 실시하여, 본 발명예 2의 타겟재가 되는 Mo 합금 소결체를 얻었다.

부피 기준의 누적 입도분포의 50% 입경(이하, 「D50」이라 한다.)이 7 ㎛인 Mo 분말과, D50이 35 ㎛인 NiMo 합금 분말과, D50이 110 ㎛인 Nb 분말을, Ni를 10 원자%, Nb를 10 원자% 함유하고, 잔부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지도록 혼합하여 혼합 분말을 얻었다.

그리고, 이 혼합 분말을 고무제 틀 내에 충전하고, 성형압 2.7 ton／㎠(≒2.65 ㎫)의 조건에서 CIP 처리를 하여 성형체를 얻었다. 이 성형체를 디스크밀로 해쇄하여 1.5 ㎜ 언더의 해쇄 가루를 얻었다.

다음으로, 상기에서 얻은 해쇄 가루를 HIP 장치의 노체 내부에 설치하여, 1,250℃, 120 ㎫, 10시간의 조건에서 가압 소결을 실시하여, 본 발명예 3의 타겟재가 되는 Mo 합금 소결체를 얻었다.

D50이 7 ㎛인 Mo 분말과, D50이 35 ㎛인 NiMo 합금 분말과, D50이 110 ㎛인 Nb 분말을, Ni를 30 원자%, Nb를 15 원자% 함유하고, 잔부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지도록 혼합하여 혼합 분말을 얻었다.

그리고, 이 혼합 분말을 연강제의 가압 용기에 충전하고, 이것을 HIP 장치의 노체 내부에 설치하여, 1,250℃, 120 ㎫, 10시간의 조건에서 가압 소결을 실시하여, 비교예의 타겟재가 되는 Mo 합금 소결체를 얻었다.

상기에서 얻은 각 소결체의 스퍼터면이 되는 면의 임의의 위치에서 기계 가공에 의해 시험편을 채취하였다. 그리고, 비커스 경도는 JIS Z 2244에 준하여, 주식회사 아카시 제작소 제조의 MVK-E를 사용하여, 도 1 및 도 2에 나타내는 9점에 상당하는 측정점에서 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

여기서, 본 발명예가 되는 Mo 합금 소결체는 모두 타겟재의 형상으로 하기 위한 기계 가공 시에, 칩의 마모나 파손이 없는 것을 확인하였다. 또한, 그 기계 가공에 있어서 Mo 합금 소결체의 탈락도 없었던 것으로부터, 스퍼터 시의 이상 방전의 억제도 기대할 수 있다. 또한, 절삭 기계에 대한 척킹 등의 핸들링에서 Mo 합금 소결체가 변형이나 파손되는 경우도 없었다.

한편, 비교예가 되는 Mo 합금 소결체는 타겟재의 형상으로 하기 위한 기계 가공 시에 칩의 마모나 파손이 발생하였다. 또한, 그 기계 가공에 있어서 Mo 합금 소결체의 탈락이 확인되었다.

각 타겟재의 스퍼터면이 되는 면의 금속 조직을 광학현미경으로 관찰한 결과를 도 1 및 도 2에 나타낸다.

비교예가 되는 타겟재는 도 2에 나타내는 매트릭스가 되는 Mo상에 옅은 회색부로 나타내는 조대한 Ni 합금상이 점재하는 금속 조직으로, 비커스 경도가 460 HV를 윗도는 부위가 확인되고, 편차[(최대값－최소값)／(최대값＋최소값)]×100(%)가 20%를 초과하고 있는 것이 확인되었다.

한편, 본 발명예 1이 되는 타겟재는 도 1의 옅은 회색부로 나타내는 Ni 합금상이 미세하게 분산되어 있어, 비교예에 보인 조대한 Ni 합금상이 없고, 비커스 경도가 290~460 HV의 범위로 조정되어 있으며, 또한 편차[(최대값－최소값)／(최대값＋최소값)]×100(%)가 20% 이하로 조정되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 이로써, 본 발명의 타겟재는 핸들링에 있어서의 타겟재의 변형이나, 절삭공구의 칩의 마모나 파손을 억제할 수 있을 뿐 아니라, 스퍼터 시의 이상 방전 기점의 생성 억제도 기대할 수 있다.

Claims (2)

1. Ni를 10~49 원자%, Nb를 1~30 원자% 함유하고, 또한 Ni와 Nb의 합계량이 50 원자% 이하이며, 잔부가 Mo 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 비커스 경도가 290~460 HV이며, 9점의 측정점에서 측정을 행한 비커스 경도의 편차가 20% 이하인 Mo 합금 타겟재.
2. Ni를 10~49 원자%, Nb를 1~30 원자% 함유하고, 또한 Ni와 Nb의 합계량이 50 원자% 이하이며, 잔부가 Mo 및 불가피적 불순물이 되도록, Mo 분말과 NiMo 합금 분말과 Nb 분말을 혼합하여 혼합 분말을 얻는 공정과, 상기 혼합 분말을 상온에서 가압하여 성형체를 얻는 공정과, 상기 성형체를 가압 소결하여 소결체를 얻는 공정을 포함하는 Mo 합금 타겟재의 제조방법.

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