KR20200144088A

KR20200144088A - Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃

Info

Publication number: KR20200144088A
Application number: KR1020207023750A
Authority: KR
Inventors: 신지 가토; 겐스케 이오
Original assignee: 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2018-04-17
Filing date: 2019-04-17
Publication date: 2020-12-28
Also published as: JP2019183251A; WO2019203258A1; CN111936660A

Abstract

Ni 를 포함하고, 잔부가 Cu 와 불가피 불순물로 이루어지는 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃으로서, 인접하는 결정립 사이의 방위차가 5 °이상 180 °이하의 범위인 결정립 사이에서 형성되는 입계의 길이를 전체 입계 길이 (L) 로 하고, 면심 입방정의 (111) 면 및 (110) 면을 회전축으로 하여 회전시킨 경우의 각각의 격자점이 3 개 확인되는 방위차인 입계의 길이를 쌍정 입계 길이 (L_T) 로 한 경우에, L_T/L × 100 으로 정의되는 쌍정 비율이 35 ％ 이상 65 ％ 이하의 범위 내로 되어 있다.

Description

Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃

본 발명은 Ni 를 포함하고, 잔부가 Cu 와 불가피 불순물로 이루어지는 Cu-Ni 합금의 박막을 성막할 때에 사용되는 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃에 관한 것이다.

본원은 2018년 4월 17일에 일본에서 출원된 일본 특허출원 2018-079126호에 대해 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

상기 서술한 Cu-Ni 합금은, 예를 들어 특허문헌 1 에 나타내는 바와 같이, 저반사, 내열성, 전기 특성이 우수한 점에서, 디스플레이 등의 배선막으로서 사용되고 있다. 또, 예를 들어 특허문헌 2-4 에 기재되어 있는 바와 같이, 구리 배선의 하지막 (下地膜) 으로도 사용되고 있다.

또한, 40 ∼ 50 mass％ 의 Ni 를 포함하는 Cu-Ni 합금에 있어서는, 저항 온도 계수가 작은 점에서, 예를 들어 특허문헌 5 에 나타내는 바와 같이, 변형 게이지용 박막 저항체로서 사용되고 있다.

또, 이 Cu-Ni 합금은, 기전력이 큰 점에서, 예를 들어 특허문헌 6-8 에 나타내는 바와 같이, 박막 열전쌍 및 보상 도선으로서 사용되고 있다.

또한, 22 mass％ 이하의 Ni 를 포함하는 Cu-Ni 합금에 있어서도, 일반 전기 저항체나 저온 발열체 등으로서 이용되고 있다.

상기 서술한 바와 같은 Cu-Ni 합금으로 이루어지는 박막은, 예를 들어 스퍼터법에 의해 성막된다. 스퍼터법에 사용되는 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃은, 종래, 예를 들어 특허문헌 9, 10 에 나타내는 바와 같이, 용해 주조법에 의해 제조되고 있다.

또, 특허문헌 11 에는, Cu-Ni 합금의 소결체의 제조 방법이 제안되어 있다.

일본 공개특허공보 2017-005233호 일본 공개특허공보 평05-251844호 일본 공개특허공보 평06-097616호 일본 공개특허공보 2010-199283호 일본 공개특허공보 평04-346275호 일본 공개특허공보 평04-290245호 일본 공개특허공보 소62-144074호 일본 공개특허공보 평06-104494호 일본 공개특허공보 2016-029216호 일본 공개특허공보 2012-193444호 일본 공개특허공보 평05-051662호

그런데, 상기 서술한 Cu-Ni 합금막에 있어서는, 막두께나 조성에 편차가 발생했을 때에, 전기 저항 등의 특성이 막 내에서 편차가 생긴다. 이 때문에, 막두께나 조성이 균일화된 Cu-Ni 합금막을 성막하는 것이 요구되고 있다.

또, Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃에 있어서, 결정립경이 조대화된 경우에는, 이상 방전이 발생하기 쉬워져, 스퍼터 성막을 안정적으로 실시할 수 없게 될 우려가 있었다.

본 발명은 전술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 막두께나 조성이 균일화된 Cu-Ni 합금막을 안정적으로 성막하는 것이 가능한 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃은, Ni 를 포함하고, 잔부가 Cu 와 불가피 불순물로 이루어지는 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃으로서, 인접하는 결정립 사이의 방위차가 5 °이상 180 °이하의 범위인 결정립 사이에서 형성되는 입계의 길이를 전체 입계 길이 (L) 로 하고, 면심 입방정의 (111) 면 및 (110) 면을 회전축으로 하여 회전시킨 경우의 각각의 격자점이 3 개 확인되는 방위차인 입계의 길이를 쌍정 입계 길이 (L_T) 로 한 경우에, L_T/L × 100 으로 정의되는 쌍정 비율이 35 ％ 이상 65 ％ 이하의 범위 내로 되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성의 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃에 의하면, 상기 서술한 바와 같이 규정된 쌍정 비율이 35 ％ 이상으로 되어 있기 때문에, 스퍼터면에 있어서의 스퍼터 레이트의 편차가 작아져, 균일한 막두께 및 조성의 Cu-Ni 합금막을 성막할 수 있다.

또, 쌍정 비율이 65 ％ 이하로 되어 있기 때문에, 스퍼터시에 있어서의 이상 방전의 발생을 억제할 수 있어, 스플래시 등이 감소하고, 균일한 막두께로 Cu-Ni 합금막을 안정적으로 성막할 수 있다.

본 발명의 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃에 있어서는, Ni 의 함유량이 16 mass％ 이상 55 mass％ 이하의 범위 내로 되고, 잔부가 Cu 와 불가피 불순물로 이루어지는 조성으로 되어 있는 것이 바람직하다.

이 경우, Ni 의 함유량이 16 mass％ 이상으로 되어 있기 때문에, 내식성이 우수한 Cu-Ni 합금막을 성막할 수 있다. 또, Ni 의 함유량이 55 mass％ 이하로 되어 있기 때문에, 전기 저항이 낮은 Cu-Ni 합금막을 성막할 수 있다. 따라서, 내식성 및 도전성이 요구되는 용도에 특히 적합한 Cu-Ni 합금막을 성막할 수 있다.

또, 본 발명의 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃에 있어서는, 평균 결정립경이 5 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하의 범위 내로 되어 있는 것이 바람직하다.

이 경우, 평균 결정립경이 100 ㎛ 이하로 되어 있기 때문에, 스퍼터 성막시에 있어서의 이상 방전의 발생을 충분히 억제할 수 있다. 또, 평균 결정립경이 5 ㎛ 이상으로 되어 있기 때문에, 제조 비용을 낮게 억제할 수 있다.

본 발명에 의하면, 막두께나 조성이 균일화된 Cu-Ni 합금막을 안정적으로 성막하는 것이 가능한 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃을 제공할 수 있다.

도 1 은, Cu 와 Ni 의 2 원 상태도이다.
도 2A 는, 본 실시형태인 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃의 쌍정 비율의 측정 결과의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 2B 는, 본 실시형태인 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃의 쌍정 비율의 측정 결과의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 3 은, 본 실시형태인 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃의 제조 방법의 일례를 나타내는 플로도이다.
도 4 는, 본 실시형태인 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃의 제조 방법의 일례를 나타내는 플로도이다.
도 5 는, 실시예에 있어서의 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃의 스퍼터면에 있어서의 쌍정 비율의 측정 위치를 나타내는 설명도이다.
도 6 은, 실시예에 있어서의 Cu-Ni 합금막의 막두께의 측정 위치를 나타내는 설명도이다.

이하에, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃에 대해 설명한다.

본 실시형태인 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃은, 배선막, 구리 배선의 하지막, 변형 게이지용 박막 저항체, 박막 열전쌍 및 보상 도선, 일반 전기 저항체나 저온 발열체 등으로서 사용되는 Cu-Ni 합금 박막을 성막할 때에 사용되는 것이다.

본 실시형태인 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃은, 스퍼터면이 사각 형상을 이루는 사각형 평판형 스퍼터링 타깃이어도 되고, 스퍼터면이 원 형상을 이루는 원판형 스퍼터링 타깃이어도 된다. 혹은, 스퍼터면이 원통면으로 된 원통형 스퍼터링 타깃이어도 된다.

본 실시형태인 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃은, Ni 를 포함하고, 잔부가 Cu 와 불가피 불순물로 이루어지는 조성으로 되어 있다. Ni 와 Cu 는 도 1 의 2 원 상태도에 나타내는 바와 같이 전율 고용체를 형성하는 점에서, Ni 의 함유량은, 요구되는 내식성, 전기 저항 등의 특성에 따라 적절히 설정하는 것이 바람직하다.

본 실시형태의 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃에 있어서는, Ni 의 함유량이 16 mass％ 이상 55 mass％ 이하의 범위 내로 되고, 잔부가 Cu 와 불가피 불순물로 이루어지는 조성으로 되어 있다.

그리고, 본 실시형태인 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃에 있어서는, 인접하는 결정립 사이의 방위차가 5 °이상 180 °이하의 범위인 결정립 사이에서 형성되는 입계의 길이를 전체 입계 길이 (L) 로 하고, 면심 입방정의 (111) 면 및 (110) 면을 회전축으로 하여 회전시킨 경우의 각각의 격자점이 3 개 확인되는 방위차인 입계의 길이를 쌍정 입계 길이 (L_T) 로 한 경우에, L_T/L × 100 으로 정의되는 쌍정 비율이 35 ％ 이상 65 ％ 이하의 범위 내로 되어 있다. 「면심 입방정의 (111) 면 및 (110) 면을 회전축으로 하여 회전시킨 경우의 각각의 격자점이 3 개 확인되는 방위차인 입계의 길이」는, 「Σ3(111) 의 대응 입계의 길이」와 동일한 의미이다.

상기 서술한 쌍정 비율은, 이하와 같이 하여 산출되는 것이다. EBSD 장치에 의해 조직 관찰을 실시하고, 해석 소프트를 사용하여, 인접하는 결정립 사이의 방위차를 측정하고, 그 방위차가 5 °이상 180 °이하의 범위인 입계를 추출한다. 도 2A 가 입계의 추출 결과를 나타내는 도면이고, 검은선이 입계를 나타내고 있다. 이와 같이 추출된 입계 (도 2A 에 있어서 검은선) 의 길이를 측정하고, 전체 입계 길이 (L) 를 산출한다.

다음으로, 면심 입방정의 (111) 면 및 (110) 면을 회전축으로 하여 회전시킨 경우의 각각의 격자점이 3 개 확인되는 방위차인 입계를 쌍정 입계로서 추출한다. 면심 입방정의 (111) 면 및 (110) 면을 회전축으로 하여 회전시킨 경우의 각각의 격자점이 3 개 확인되는 방위차인 입계란, 즉, Σ3(111) 의 대응 입계를 나타낸다. 도 2B 가 쌍정 입계의 추출 결과를 나타내는 도면이고, 검은선이 쌍정 입계를 나타내고 있다. 이와 같이 추출된 쌍정 입계 (도 2B 에 있어서 검은선) 의 길이를 측정하고, 쌍정 입계 길이 (L_T) 를 산출한다.

그리고, 상기 서술한 바와 같이 하여 산출된 전체 입계 길이 (L) 및 쌍정 입계 길이 (L_T) 로부터, L_T/L × 100 으로 정의되는 쌍정 비율이 산출된다.

또, 본 실시형태인 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃에 있어서는, 평균 결정립경이 5 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하의 범위 내로 되어 있다.

이하에, 본 실시형태인 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃에 있어서, 상기 서술한 바와 같이, 쌍정 비율, 평균 결정립경, 성분 조성을 규정한 이유에 대해 설명한다.

(쌍정 비율)

Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃에 있어서는, 결정립경을 미세화함으로써, 스퍼터 레이트의 차가 평준화되고, 스퍼터면 전체에서 스퍼터 레이트가 안정되어, 균일한 성막이 가능해진다. 그러나, 결정립경을 필요 이상으로 미세화하는 것은 제조 비용의 증대로 이어져, 공업적으로 실현이 곤란하다.

Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃에 있어서 쌍정 비율이 높은 경우에는, 동일한 결정립경이어도, 스퍼터면 전체에서 스퍼터 레이트가 안정되게 된다. 이 때문에, 결정립경을 필요 이상으로 미세화하지 않고, 균일한 성막이 가능해진다.

Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃에 있어서, 상기 서술한 쌍정 비율이 35 ％ 미만인 경우에는, 스퍼터면 전체에서 스퍼터 레이트를 안정시킬 수 없을 우려가 있다. 한편, 상기 서술한 쌍정 비율이 65 ％ 를 초과하는 경우에는, 스퍼터시에 이상 방전이 발생할 우려가 있다.

이 때문에, 본 실시형태인 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃의 쌍정 비율을 35 ％ 이상 65 ％ 이하의 범위 내로 설정하고 있다.

스퍼터면 전체에서 스퍼터 레이트를 더욱 안정시키기 위해서는, 상기 서술한 쌍정 비율의 하한을 40 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 45 ％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직한 한편, 스퍼터시의 이상 방전을 더욱 억제하기 위해서는, 상기 서술한 쌍정 비율의 상한을 60 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 55 ％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

(평균 결정립경)

상기 서술한 바와 같이, Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃에 있어서는, 결정립경을 미세화함으로써, 스퍼터면 전체에서 스퍼터 레이트를 안정시키는 것이 가능해진다. 또, 결정립경이 조대화되면, 스퍼터 성막시에 이상 방전이 발생할 우려가 있다.

이 때문에, 본 실시형태에 있어서, 더욱 스퍼터면 전체에서 스퍼터 레이트를 안정시킴과 함께 스퍼터 성막시의 이상 방전의 발생을 억제하기 위해서는, 평균 결정립경을 100 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 제조 비용의 증가를 더욱 억제하기 위해서는, 평균 결정립경을 5 ㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

평균 결정립경의 하한은 10 ㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 20 ㎛ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또, 평균 결정립경의 상한은 80 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 50 ㎛ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

(성분 조성)

상기 서술한 바와 같이, Ni 와 Cu 는 전율 고용체를 형성하는 점에서, Ni 함유량을 조정함으로써, Cu-Ni 합금막의 전기 저항, 내식성 등의 특성을 제어하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 성막한 Cu-Ni 합금막에 대한 요구 특성에 따라, Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃에 있어서의 Ni 함유량을 설정하게 된다.

내식성이 충분히 우수한 Cu-Ni 합금막을 성막하는 경우에는, Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃에 있어서의 Ni 의 함유량을 16 mass％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Cu-Ni 합금막의 전기 저항을 낮게 억제하여 도전성을 확보하는 경우에는, Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃에 있어서의 Ni 의 함유량을 55 mass％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 이와 같이 하여 제작된 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃의 비저항치는 5 × 10^-4 Ω㎝ 이하가 된다.

또한 내식성이 우수한 Cu-Ni 합금막을 성막하는 경우에는, Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃에 있어서의 Ni 의 함유량의 하한을 20 mass％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 25 mass％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Cu-Ni 합금막의 전기 저항을 더욱 낮게 억제하는 경우에는, Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃에 있어서의 Ni 의 함유량의 상한을 50 mass％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 45 mass％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 실시형태인 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃의 제조 방법에 대해 설명한다.

본 실시형태에 있어서는, 용해 주조법 혹은 분말 소결법에 의해, Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃을 제조한다. 이 때문에, 이하에 용해 주조법 및 분말 소결법에 의한 제조 방법에 대해 각각 설명한다.

먼저, 용해 주조법에 의한 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃의 제조 방법에 대해, 도 3 의 플로도를 사용하여 설명한다.

(용해 주조 공정 S01)

Cu 원료와 Ni 원료를 소정의 배합비가 되도록 칭량한다. Cu 원료는 순도 99.99 mass％ 이상의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또, Ni 원료는 순도 99.9 mass％ 이상의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, Cu 원료로서 무산소동을 사용하는 것이 바람직하고, Ni 원료로서 전해 Ni 를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 서술한 바와 같이 칭량한 Cu 원료 및 Ni 원료를, 용해로에 장입 (裝入) 하여 용해한다. Cu 원료 및 Ni 원료의 용해는, 진공 중 혹은 불활성 가스 분위기 (Ar, N₂ 등) 에서 실시한다. 진공 중에서 실시하는 경우에는, 진공도를 10 Pa 이하로 하는 것이 바람직하다. 불활성 가스 분위기에서 실시하는 경우에는, 10 Pa 이하까지의 진공 치환을 실시하고, 그 후, 불활성 가스를 도입하는 것이 바람직하다.

대기 분위기에서 용해하는 경우에는, 카본 도가니의 사용, 혹은, 카본 분말 등으로 탕면 (湯面) 을 덮음으로써, 탕면을 환원성 분위기로 하는 것이 바람직하다.

그리고, 얻어진 용탕을 주형에 주탕 (注湯) 하여, Cu-Ni 합금 잉곳을 얻는다. 주조법은 특별히 제한은 없다. 제조 비용의 저감을 도모하는 경우에는, 연속 주조법, 반연속 주조법 등을 적용하는 것이 바람직하다.

(열간 압연 공정 S02)

다음으로, 얻어진 Cu-Ni 합금 잉곳에 대해 열간 압연을 실시하여, 열간 압연재를 얻는다.

열간 압연 공정 S02 에 있어서의 열간 압연 온도 및 총 가공률에 의해, 상기 서술한 쌍정 비율이 변화하게 된다.

열간 압연 온도가 600 ℃ 미만인 경우에는, 쌍정 비율이 필요 이상으로 높아질 우려가 있다. 한편, 열간 압연 온도가 1050 ℃ 를 초과하는 경우에는, 쌍정 비율을 향상시킬 수 없을 우려가 있다.

이 때문에, 본 실시형태에 있어서는, 열간 압연 온도를 600 ℃ 이상 1050 ℃ 이하의 범위 내로 설정하고 있다.

열간 압연 온도의 하한은 650 ℃ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 700 ℃ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 한편, 열간 압연 온도의 상한은 1000 ℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, 950 ℃ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또, 열간 압연 공정 S02 에 있어서의 총 가공률이 70 ％ 미만이면, 쌍정 비율을 향상시킬 수 없을 우려가 있다.

이 때문에, 본 실시형태에 있어서는, 열간 압연 공정 S02 에 있어서의 총 가공률을 70 ％ 이상으로 설정하고 있다.

열간 압연 공정 S02 에 있어서의 총 가공률은 75 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 80 ％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 열간 압연 공정 S02 에 있어서, 1 패스당의 가공률을 낮게 억제함으로써, 쌍정 비율의 편차를 억제하는 것이 가능해진다.

이 때문에, 본 실시형태에 있어서는, 열간 압연 공정 S02 에 있어서의 1 패스당의 가공률을 15 ％ 이하로 설정하고 있다.

열간 압연 공정 S02 에 있어서의 1 패스당의 가공률은 14 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 12 ％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

(소성 가공 공정 S03)

다음으로, 필요에 따라, 열간 압연재에 대해, 냉간 가공이나 레벨러 가공 등의 소성 가공을 실시하여 소성 가공재를 얻는다. 이 소성 가공 공정 S03 에 있어서도, 1 패스당의 가공률을 15 ％ 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

(열처리 공정 S04)

다음으로, 열간 압연재 또는 소성 가공재에 대해, 열처리를 실시한다. 필요에 따라, 소성 가공 공정 S03 과 열처리 공정 S04 를 반복하여 실시해도 된다.

최종 열처리 공정 S04 에 있어서는, 열처리 온도를 800 ℃ 이상 1000 ℃ 이하의 범위로 하고, 열처리 온도에서의 유지 시간을 0.5 시간 이상 2 시간 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 조건에서 최종 열처리를 실시함으로써, 결정립경을 미세화하는 것이 가능해진다.

최종 열처리 공정 S04 의 열처리 온도의 하한은 820 ℃ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 850 ℃ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또, 최종 열처리 공정 S04 의 열처리 온도의 상한은 980 ℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, 950 ℃ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 최종 열처리 공정 S04 의 유지 시간의 하한은 0.7 시간 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.8 시간 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또, 최종 열처리 공정 S04 의 유지 시간의 상한은 1.8 시간 이하로 하는 것이 바람직하고, 1.5 시간 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

(기계 가공 공정 S05)

최종 열처리를 실시한 후, 기계 가공을 실시함으로써, 소정의 형상 및 치수의 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃을 얻는다.

다음으로, 분말 소결법에 의한 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃의 제조 방법에 대해, 도 4 의 플로도를 사용하여 설명한다.

(Cu-Ni 합금분 (粉) 형성 공정 S11)

상기 서술한 바와 같이 칭량한 Cu 원료 및 Ni 원료를 도가니에 충전하고, 가열하여 용해한다. 도가니의 재료로는, 알루미나, 멀라이트, 마그네시아, 지르코니아 등의 세라믹 내화물, 혹은, 카본을 사용할 수 있다. 예를 들어, 알루미나제의 도가니에 넣어 가스 아토마이즈 장치에 세트한다. 진공 분위기에서 Cu 원료 및 Ni 원료를 용해한 후, 노즐로부터 용탕을 낙하시키면서, Ar 가스를 분사시켜, 가스 아토마이즈분을 제작한다. 냉각 후, 얻어진 가스 아토마이즈분을 체로 분급함으로써, 소정의 입경의 Cu-Ni 합금분을 얻는다. 본 실시형태에서는, Cu-Ni 합금분의 입경을 5 ㎛ 이상 300 ㎛ 이하의 범위 내로 하고 있다.

노즐의 구멍 직경은 0.5 ㎜ 이상 5.0 ㎜ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, Ar 가스의 분사 가스압을 1 ㎫ 이상 10 ㎫ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

(소결 공정 S12)

다음으로, 얻어진 Cu-Ni 합금분을 가압 및 가열하여, 소정 형상의 소결체를 얻는다. 소결 공정 S12 에 있어서의 소결 방법에 대해서는, 예를 들어 열간 등방압 가압법 (HIP), 핫 프레스법 (HP) 등을 적용할 수 있다. 본 실시형태에서는 열간 등방압 가압법 (HIP) 을 적용하고 있다.

소결 공정 S12 에 있어서의 가압 압력 및 소결 온도에 의해, 상기 서술한 쌍정 비율이 변화하게 된다.

소결 공정 S12 에 있어서의 가압 압력이 50 ㎫ 미만인 경우에는, 쌍정 비율을 향상시킬 수 없을 우려가 있다. 한편, 소결 공정 S12 에 있어서의 가압 압력이 150 ㎫ 를 초과하는 경우에는, 쌍정 비율이 필요 이상으로 높아질 우려가 있다.

이 때문에, 본 실시형태에서는, 소결 공정 S12 에 있어서의 가압 압력을 50 ㎫ 이상 150 ㎫ 이하의 범위 내로 설정하고 있다.

소결 공정 S12 에 있어서의 가압 압력의 하한은 65 ㎫ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 80 ㎫ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 한편, 소결 공정 S12 에 있어서의 가압 압력의 상한은 135 ㎫ 이하로 하는 것이 바람직하고, 120 ㎫ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또, 소결 공정 S12 에 있어서의 소결 온도가 800 ℃ 미만인 경우에는, 쌍정 비율을 향상시킬 수 없을 우려가 있다. 한편, 소결 공정 S12 에 있어서의 소결 온도가 1200 ℃ 를 초과하는 경우에는, 쌍정 비율이 필요 이상으로 높아질 우려가 있다.

이 때문에, 본 실시형태에서는, 소결 공정 S12 에 있어서의 소결 온도를 800 ℃ 이상 1200 ℃ 이하의 범위 내로 설정하고 있다.

소결 공정 S12 에 있어서의 소결 온도의 하한은 850 ℃ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 900 ℃ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 한편, 소결 공정 S12 에 있어서의 소결 온도의 상한은 1150 ℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, 1100 ℃ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또, 소결 공정 S12 에 있어서의 소결 온도에서의 유지 시간은, 1 시간 이상 6 시간 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

(기계 가공 공정 S13)

소결 공정 S12 에서 얻어진 소결체에 대해, 기계 가공을 실시함으로써, 소정의 형상 및 치수의 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃을 얻는다.

이상과 같은 구성으로 된 본 실시형태인 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃에 의하면, 쌍정 비율이 35 ％ 이상으로 되어 있기 때문에, 스퍼터면에 있어서의 스퍼터 레이트의 편차가 작아져, 균일한 막두께 및 조성의 Cu-Ni 합금막을 성막할 수 있다. 한편, 쌍정 비율이 65 ％ 이하로 되어 있기 때문에, 스퍼터시에 있어서의 이상 방전의 발생을 억제할 수 있어, Cu-Ni 합금막을 안정적으로 성막할 수 있다.

또한, 본 실시형태인 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃에 있어서, Ni 의 함유량을 16 mass％ 이상으로 한 경우에는, 내식성이 우수한 Cu-Ni 합금막을 성막할 수 있다. 또, Ni 의 함유량을 55 mass％ 이하로 한 경우에는, 전기 저항이 낮은 Cu-Ni 합금막을 성막할 수 있다. 따라서, 내식성 및 도전성이 요구되는 용도에 특히 적합한 Cu-Ni 합금막을 성막할 수 있다.

또, 본 실시형태인 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃에 있어서, 평균 결정립경을 100 ㎛ 이하로 한 경우에는, 스퍼터면 전체에서 스퍼터 레이트를 더욱 안정시킬 수 있음과 함께, 스퍼터 성막시에 있어서의 이상 방전의 발생을 더욱 억제하는 것이 가능해진다. 한편, 평균 결정립경을 5 ㎛ 이상으로 한 경우에는, 제조 비용의 증가를 억제할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 용해 주조법에 의해 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃을 제조하는 경우에, 열간 압연 공정 S02 에 있어서의 열간 압연 온도를 600 ℃ 이상 1050 ℃ 이하의 범위 내, 총 가공률을 70 ％ 이상으로 하고 있기 때문에, 상기 서술한 쌍정 비율을 35 ％ 이상 65 ％ 이하로 할 수 있다.

또, 최종 열처리 공정 S04 에 있어서, 열처리 온도를 800 ℃ 이상 1000 ℃ 이하의 범위로 하고, 열처리 온도에서의 유지 시간을 0.5 시간 이상 2 시간 이하의 범위 내로 하고 있기 때문에, 평균 결정립경을 100 ㎛ 이하로 할 수 있다.

또한, 열간 압연 공정 S02 및 소성 가공 공정 S03 에 있어서, 1 패스당의 가공률을 15 ％ 이하로 제한하고 있기 때문에, 쌍정 비율의 편차를 억제할 수 있다.

또, 본 실시형태에 있어서는, 분말 소결법에 의해 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃을 제조하는 경우에, 소결 공정 S12 에 있어서의 가압 압력을 50 ㎫ 이상 150 ㎫ 이하의 범위 내로 하고, 소결 공정 S12 에 있어서의 소결 온도를 800 ℃ 이상 1200 ℃ 이하의 범위 내로 하고 있기 때문에, 상기 서술한 쌍정 비율을 35 ％ 이상 65 ％ 이하로 할 수 있다.

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

예를 들어, 본 실시형태에서는, Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃의 제조 방법으로서, 도 3 에 나타내는 용해 주조법 및 도 4 에 나타내는 분말 소결법을 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 쌍정 비율이 35 ％ 이상 65 ％ 이하의 범위 내로 되어 있으면 제조법에 특별히 한정은 없다.

실시예

이하에, 전술한 본 발명의 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃에 대해 평가한 평가 시험의 결과에 대해 설명한다.

먼저, 본 발명예 1 ∼ 10, 및, 비교예 1, 2 의 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃은, 이하와 같이 하여 용해 주조법에 의해 제조하였다.

Cu 원료로서 순도 99.99 mass％ 의 무산소동을, Ni 원료로서 순도 99.9 ％ 이상의 전해 Ni 를 준비하였다. 이것을, 표 1 에 나타내는 배합 조성이 되도록 칭량하였다.

칭량한 Cu 원료 및 Ni 원료를 진공 용해로에 장입하여, 진공도 10 Pa 의 조건에서 용해하였다. 얻어진 용탕을 주형에 주입 (鑄入) 하고, Cu-Ni 합금 잉곳을 제작하였다.

다음으로, 이 Cu-Ni 합금 잉곳을 표 1 에 나타내는 조건에서 열간 압연을 실시함과 함께, 최종 열처리를 실시하였다. 열처리 시간은 1.5 시간으로 하였다.

얻어진 판재를 기계 가공하여, 폭 150 ㎜ × 길이 500 ㎜ × 두께 15 ㎜ 의 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃을 얻었다.

또, 본 발명예 11 ∼ 17, 및, 비교예 11, 12 의 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃은, 이하와 같이 하여 분말 소결법에 의해 제조하였다.

Cu 원료로서 순도 99.99 mass％ 의 무산소동을, Ni 원료로서 순도 99.9 ％ 이상의 전해 Ni 를 준비하고, 이것을 알루미나제의 도가니에 넣어 가스 아토마이즈 장치에 세트하고, 분사 온도 1550 ℃, 분사 가스압 5 ㎫, 노즐 직경 1.5 ㎜ 의 조건에서 아토마이즈함으로써, 표 2 에 나타내는 조성 및 입경의 Cu-Ni 합금 분말을 얻었다.

얻어진 Cu-Ni 합금 분말을, HIP 법으로, 표 2 에 나타내는 조건에서 가압 및 가열하여 소결체를 얻었다.

얻어진 소결체를 기계 가공하여, 폭 150 ㎜ × 길이 500 ㎜ × 두께 15 ㎜ 의 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃을 얻었다.

상기 서술한 바와 같이 하여 얻어진 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃에 대해, 성분 조성, 쌍정 비율, 평균 결정립경, 이상 방전, 막의 균일성 (막두께, 조성) 을 이하와 같이 하여 평가하였다. 평가 결과를 표 3, 표 4 에 나타낸다.

(성분 조성)

얻어진 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃으로부터 측정 시료를 채취하고, XRF 장치 (주식회사 리가쿠 제조 ZSX PrimusII) 를 사용하여, Ni 함유량을 측정하였다. Cu 및 그 밖의 성분에 대해서는 잔부로서 기재하였다.

(쌍정 비율)

얻어진 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃의 스퍼터면을 관찰면으로 하여, EBSD 장치 (TSL 솔루션즈 OIM Data Collection 5) 를 사용하여 조직 관찰을 실시하고, 해석 소프트를 사용하여, 인접하는 결정립 사이의 방위차를 측정하고, 그 방위차가 5 °이상 180 °이하의 범위인 입계를 추출하여, 전체 입계 길이 (L) 를 산출하였다.

또, 면심 입방정의 (111) 면 및 (110) 면을 회전축으로 하여 회전시킨 경우의 각각의 격자점이 3 개 확인되는 방위차인 입계, 즉, Σ3(111) 의 대응 입계를 쌍정 입계로서 추출하여, 쌍정 입계 길이 (L_T) 를 산출하였다.

Σ3(111) 의 대응 입계는, (111) 면 상에서 60 도의 방위차를 갖는 대칭 경계를 말한다.

그리고, 상기 서술한 바와 같이 하여 산출된 전체 입계 길이 (L) 및 쌍정 입계 길이 (L_T) 로부터, L_T/L × 100 으로 정의되는 쌍정 비율을 산출하였다.

쌍정 비율에 대해서는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃의 스퍼터면에 있어서, 대각선이 교차하는 교점 (1) 과, 각 대각선 상의 모서리부 (2), (3), (4), (5) 의 5 점에서 쌍정 비율의 측정을 실시하고, 5 점에서 측정한 쌍정 비율의 평균치, 그리고, 최대치와 최소치의 차를 편차로 하여, 표 3, 4 에 표기하였다. 모서리부 (2), (3), (4), (5) 는, 모서리부로부터 내측을 향해 대각선 전체 길이의 10 ％ 이내의 범위 내로 하였다.

(평균 결정립경)

얻어진 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃으로부터 측정 시료를 채취하고, 스퍼터면을 연마하여 광학 현미경으로 마이크로 조직 관찰을 실시하고, JIS H 0501 : 1986 (절단법) 에 의해 결정립경을 측정하여, 평균 결정립경을 산출하였다.

(이상 방전)

Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃을 무산소동제의 배킹 플레이트에 솔더링하고, 이것을 마그네트론식의 DC 스퍼터 장치에 장착하였다.

이어서, 이하의 스퍼터 조건에서, 60 분간 연속하여, 스퍼터법에 의한 성막을 실시하였다. 이 스퍼터 성막 동안, DC 스퍼터 장치의 전원에 부속된 아크 카운터를 사용하여, 이상 방전의 발생 횟수를 카운트하였다.

도달 진공도 : 5 × 10^-5 Pa

Ar 가스압 : 0.3 Pa

스퍼터 출력 : 직류 1000 W

(막의 균일성)

본 발명예 및 비교예의 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃을 사용하여 성막된 Cu-Ni 합금막의 균일성을, 막두께와 조성으로 평가하였다.

막두께에 대해서는, 이하와 같이 평가하였다.

Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃을 무산소동제의 배킹 플레이트에 솔더링하고, 이것을 마그네트론식의 DC 스퍼터 장치에 장착하였다. 가로 세로 100 ㎜ 의 유리 기판을 준비하고, 이 유리 기판의 표면에 목표 막두께 100 ㎚ 로, 이하의 조건에서 스퍼터 성막을 실시하였다.

타깃과 기판의 거리 : 60 ㎜

도달 진공도 : 5 × 10^-5 Pa

Ar 가스압 : 0.3 Pa

스퍼터 출력 : 직류 1000 W

성막된 Cu-Ni 합금막에 대해, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 대각선이 교차하는 교점 (1) 과, 각 대각선 상의 모서리부 (2), (3), (4), (5) 의 5 점에서, 각각의 막두께를 단차 측정기를 사용하여 측정하였다. 측정한 막두께의 최대치와 최소치의 차를 「막두께차」로 하여 표 3, 4 에 나타낸다. 모서리부 (2), (3), (4), (5) 는, 모서리부로부터 내측을 향해 대각선 전체 길이의 10 ％ 이내의 범위 내로 하였다.

조성에 대해서는, 이하와 같이 평가하였다.

Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃을 무산소동제의 배킹 플레이트에 솔더링하고, 이것을 마그네트론식의 DC 스퍼터 장치에 장착하였다. 가로 세로 100 ㎜ 의 유리 기판을 준비하고, 이 유리 기판의 표면에 목표 막두께 300 ㎚ 로, 이하의 조건에서 스퍼터 성막을 3 회 실시하였다.

도달 진공도 : 5 × 10^-5 Pa

Ar 가스압 : 0.3 Pa

스퍼터 출력 : 직류 1000 W

성막된 Cu-Ni 합금막을, XRF 장치 (주식회사 리가쿠 제조 ZSX PrimusII) 에 의해, Cu 그리고 Ni 농도를 측정하고, 하기 식으로 Ni 농도를 규격화하였다. Cu 그리고 Ni 농도에 대해서는, 검량선을 사용하여, Cu, Ni 의 검출 강도로부터 산출하고 있다.

Ni 규격화 농도 ＝ Ni 농도/(Ni 농도 ＋ Cu 농도) × 100

이것을, 3 회의 성막마다 실시하고, Ni 규격화 농도의 최대치와 최소치의 차를 「조성차」로 하여 표 3, 4 에 나타낸다.

용해 주조법에 있어서, 열간 압연 공정에 있어서의 총 가공률이 60 ％ 로 된 비교예 1 에 있어서는, 쌍정 비율이 30 ％ 로 낮아졌다. 이 때문에, 막두께차 및 조성차가 커서, 균일한 막을 성막할 수 없었다.

용해 주조법에 있어서, 열간 압연 공정에 있어서의 열간 압연 온도가 400 ℃ 로 된 비교예 2 에 있어서는, 쌍정 비율이 70 ％ 로 높아졌다. 또, 평균 결정립경이 120 ㎛ 가 되었다. 이 때문에, 막두께차가 커서, 균일한 막을 성막할 수 없었다. 또, 이상 방전 횟수가 비교적 많아졌다.

분말 소결법에 있어서, 소결 공정에 있어서의 가압 압력이 10 ㎫ 로 된 비교예 11 에 있어서는, 쌍정 비율이 31 ％ 로 낮아졌다. 이 때문에, 막두께차 및 조성차가 커서, 균일한 막을 성막할 수 없었다.

분말 소결법에 있어서, 소결 공정에 있어서의 가압 압력이 200 ㎫ 로 된 비교예 12 에 있어서는, 쌍정 비율이 69 ％ 로 높아졌다. 이 때문에, 막두께차가 커서, 균일한 막을 성막할 수 없었다. 또, 이상 방전 횟수가 비교적 많아졌다.

이에 대해, 용해 주조법으로 제조된 본 발명예 1 ∼ 10, 및, 분말 소결법으로 제조된 본 발명예 11 ∼ 17 에 의하면, 모두 쌍정 비율이 35 ％ 이상 65 ％ 이하의 범위 내로 되어 있고, 막두께차 및 조성차가 비교적 작아, 균일한 막을 성막할 수 있었다.

용해 주조법으로 제조된 본 발명예 1 ∼ 10 에 관해서, 1 패스의 가공률을 15 ％ 로 한 본 발명예 1 ∼ 4, 6 ∼ 10 은, 1 패스의 가공률을 20 ％ 로 한 본 발명예 5 에 비해, 쌍정 비율의 편차가 억제되었다.

또, 최종 열처리 온도를 1000 ℃ 이하로 한 본 발명예 1 ∼ 6, 8 ∼ 10 은, 최종 열처리 온도를 1100 ℃ 로 한 본 발명예 7 에 비해, 평균 결정립경을 작게 하는 것이 가능해졌다.

이상으로부터, 본 발명예에 의하면, 막두께나 조성이 균일화된 Cu-Ni 합금막을 안정적으로 성막하는 것이 가능한 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃을 제공 가능한 것이 확인되었다.

산업상 이용가능성

Claims

Ni 를 포함하고, 잔부가 Cu 와 불가피 불순물로 이루어지는 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃으로서,
인접하는 결정립 사이의 방위차가 5 °이상 180 °이하의 범위인 결정립 사이에서 형성되는 입계의 길이를 전체 입계 길이 (L) 로 하고, 면심 입방정의 (111) 면 및 (110) 면을 회전축으로 하여 회전시킨 경우의 각각의 격자점이 3 개 확인되는 방위차인 입계의 길이를 쌍정 입계 길이 (L_T) 로 한 경우에, L_T/L × 100 으로 정의되는 쌍정 비율이 35 ％ 이상 65 ％ 이하의 범위 내로 되어 있는 것을 특징으로 하는 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃.
제 1 항에 있어서,
Ni 의 함유량이 16 mass％ 이상 55 mass％ 이하의 범위 내로 되고, 잔부가 Cu 와 불가피 불순물로 이루어지는 조성으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
평균 결정립경이 5 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하의 범위 내로 되어 있는 것을 특징으로 하는 Cu-Ni 합금 스퍼터링 타깃.