KR20220032523A

KR20220032523A - 니켈 합금 스퍼터링 타겟

Info

Publication number: KR20220032523A
Application number: KR1020217040257A
Authority: KR
Inventors: 신지 가토
Original assignee: 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2019-07-12
Filing date: 2020-06-18
Publication date: 2022-03-15
Also published as: WO2021010087A1; JP2021014620A; JP6791313B1; US20220380884A1

Abstract

이 니켈 합금 스퍼터링 타겟은, 니켈의 퀴리 온도를 저하시키는 원소를 함유하는 니켈 합금으로 이루어지고, Ni 의 함유량이 99.0 mass% 이상인 Ni 상의 면적률이 13 % 이하가 되고, 평균 결정 입경이 100 ㎛ 이하이다. Ni 의 함유량이 99.5 mass% 이상인 고순도 Ni 상의 면적률이 5 % 이하로 되어 있는 것이 바람직하다.

Description

니켈 합금 스퍼터링 타겟

본 발명은, 니켈 합금 박막을 성막할 때에 사용되는 니켈 합금 스퍼터링 타겟에 관한 것이다.

본원은, 2019년 7월 12일에, 일본에 출원된 일본 특허출원 2019-130518호에 근거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

상기 서술한 니켈 합금 박막을 성막하는 경우에는, 예를 들어, 특허문헌 1 에 기재되어 있는 바와 같이, 소정 조성의 니켈 합금으로 이루어지는 스퍼터링 타겟을 사용한 스퍼터링법이 적용된다.

니켈은 강자성체이기 때문에, 마그네트론 스퍼터링 장치에 의해 성막하는 경우, 니켈 합금으로 이루어지는 스퍼터링 타겟이 자력에 의해 장치에 흡착되어 버려, 안정적으로 성막을 실시할 수 없었다.

또, 스퍼터가 진행되었을 때에, 좁은 이로전부가 형성되어 버려, 스퍼터링 타겟의 사용 효율이 저하한다는 문제가 있었다.

특허문헌 1 에 있어서는, 니켈에 실리콘을 고용시키는 것에 의해, 니켈 합금의 자성을 약하게 하는 기술이 제안되어 있다. 니켈 중에 Si 원자가 고용함으로써, Ni 원자의 스핀 방향이 변화하여, 자성을 약하게 하는 것이 가능해진다.

일본 특허 제3532063호

특허문헌 1 에 있어서는, 니켈 중에 Si 원자를 충분히 고용시키는 것을 목적으로 하여, 용해 주조하여 얻어진 잉곳을, 1000 ~ 1200 ℃ 와 같은 고온 조건에서 가열하여 균질화 열처리를 실시하고, 그 후, 열간 압연 또는 열간 단조를 실시함으로써, 스퍼터링 타겟을 제조하고 있다.

특허문헌 1 에 있어서는, 상기 서술한 바와 같이 고온 조건에서 열처리를 실시하고 있으므로, 결정립이 조대화한다. 결정립이 조대화한 경우에는, 고용하지 않은 Si 가 결정립계에 농화하고, 스퍼터 성막 시에 이상 방전이 발생하기 쉬워져, 안정적으로 스퍼터 성막을 실시할 수 없을 우려가 있었다.

또, 결정립이 조대화한 스퍼터링 타겟에 있어서는, 스퍼터면에 있어서의 스퍼터 레이트에 편차가 생겨, 성막된 니켈 합금 박막의 막두께가 불균일하게 될 우려가 있었다.

본 발명은, 전술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 자성이 약해져 누설 자장이 크고, 또한, 결정립의 조대화가 억제되어 있어, 균일한 막두께의 니켈 합금 박막을 안정적으로 성막할 수 있음과 함께, 스퍼터가 진행되었을 때에 넓은 이로전부가 형성되어, 사용 효율을 향상시키는 것이 가능한 니켈 합금 스퍼터링 타겟을 제공하는 것을 과제로 하고 있다.

상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 양태에 관련된 니켈 합금 스퍼터링 타겟은, 니켈의 퀴리 온도를 저하시키는 원소를 함유하는 니켈 합금으로 이루어지고, Ni 함유량이 99.0 mass% 이상인 Ni 상의 면적률이 13 % 이하가 되고, 평균 결정 입경이 100 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 니켈 합금 스퍼터링 타겟에 의하면, 니켈의 퀴리 온도를 저하시키는 원소를 함유함과 함께, Ni 의 함유량이 99.0 mass% 이상인 Ni 상의 면적률이 13 % 이하로 되어 있으므로, 퀴리 온도를 저하시키는 원소가 니켈 중에 충분히 고용되어 있고, 자성이 약해져 누설 자장이 커져, 마그네트론 스퍼터링 장치를 사용한 경우여도, 스퍼터링 타겟이 장치에 흡착되는 것을 억제할 수 있어, 안정적으로 스퍼터 성막을 실시할 수 있다. 또, 스퍼터가 진행되었을 때여도, 이로전부가 비교적 넓게 형성되어, 스퍼터링 타겟의 사용 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 평균 결정 입경이 100 ㎛ 이하로 되어 있으므로, 결정립계에, 니켈의 퀴리 온도를 저하시키는 원소가 농화하는 것을 억제할 수 있다. 이로써, 이상 방전의 발생을 억제할 수 있어, 안정적으로 스퍼터 성막을 실시하는 것이 가능해진다. 또, 스퍼터면에 있어서의 스퍼터 레이트의 편차가 억제되어, 막두께가 균일한 니켈 합금막을 성막하는 것이 가능해진다. 또, 평균 결정 입경을 100 ㎛ 이하로 하고, 첨가 원소가 입계에 농화하는 것을 억제함으로써, 첨가 원소를 니켈 중에 충분히 고용시킬 수 있어, 보다 자성을 안정적으로 약하게 할 수 있다.

본 발명의 니켈 합금 스퍼터링 타겟에 있어서는, Ni 의 함유량이 99.5 mass% 이상인 고순도 Ni 상의 면적률이 5 % 이하로 되어 있는 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 퀴리 온도를 저하시키는 원소가 니켈 중에 더욱 충분히 고용되어 있고, 자성이 약해져 누설 자장이 커져, 마그네트론 스퍼터링 장치를 사용한 경우여도, 스퍼터링 타겟이 장치에 흡착되는 것을 억제할 수 있어, 더욱 안정적으로 스퍼터 성막을 실시할 수 있다. 또, 스퍼터가 진행되었을 때여도, 이로전부가 비교적 넓게 형성되어, 스퍼터링 타겟의 사용 효율을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다. 상기 Ni 상 및 상기 고순도 Ni 상의 면적률은, 후술하는 방법으로 측정 가능하다. 평균 결정 입경도, 후술하는 방법으로 측정 가능하다.

또, 본 발명의 니켈 합금 스퍼터링 타겟에 있어서는, 니켈의 퀴리 온도를 저하시키는 원소로서, Si 및 Al 의 일방 또는 양방을 포함하고, Si 와 Al 의 합계 함유량이 3 mass% 이상 10 mass% 이하의 범위 내로 되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, Si 원자 및 Al 원자가 고용함으로써, 자성이 약해져 누설 자장이 커져, 마그네트론 스퍼터링 장치를 사용한 경우여도, 스퍼터링 타겟이 장치에 흡착되는 것을 억제할 수 있어, 안정적으로 스퍼터 성막을 실시할 수 있다. 또, 스퍼터가 진행되었을 때여도, 이로전부가 비교적 넓게 형성되어, 스퍼터링 타겟의 사용 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

본 발명의 니켈 합금 스퍼터링 타겟에 의하면, 자성이 약해져 누설 자장이 크고, 또한, 결정립의 조대화가 억제되어 있어, 균일한 막두께의 니켈 합금 박막을 안정적으로 성막할 수 있다. 또, 스퍼터가 진행되었을 때에 넓은 이로전부가 형성되기 때문에, 사용 효율을 향상시키는 것이 가능하다.

도 1 은 본 발명의 실시형태인 니켈 합금 스퍼터링 타겟의 제조 방법의 일례를 나타내는 플로도이다.
도 2 는 본 발명예 및 비교예에 있어서, 직사각형 평판 형상의 니켈 합금 스퍼터링 타겟에 있어서의 측정 시료 (샘플) 의 채취 위치를 나타내는 설명도이다.
도 3A 는 본 발명예 2 의 니켈 합금 스퍼터링 타겟의 마이크로 조직의 관찰 사진이다.
도 3B 는 비교예 4 의 스퍼터링 타겟의 마이크로 조직의 관찰 사진이다.
도 4 는 본 발명예 및 비교예에 있어서, 성막된 니켈 합금막에 있어서의 막두께의 측정 위치를 나타내는 설명도이다.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 니켈 합금 스퍼터링 타겟에 대해 설명한다. 본 실시형태의 니켈 합금 스퍼터링 타겟의 형상은 한정되지 않고, 스퍼터면이 직사각형상을 이루는 직사각형 평판형 스퍼터링 타겟이어도 되고, 스퍼터면이 원형상을 이루는 원판형 스퍼터링 타겟이어도 된다. 혹은, 스퍼터면이 원통면으로 된 원통형 스퍼터링 타겟이어도 된다.

본 실시형태의 니켈 합금 스퍼터링 타겟은, 니켈의 퀴리 온도를 저하시키는 원소를 함유하는 니켈 합금으로 구성되어 있다. 니켈의 퀴리 온도를 저하시키는 원소로서는, 예를 들어, Si, Al, Ti, Cr, V 등을 들 수 있다.

본 실시형태인 니켈 합금 스퍼터링 타겟에 있어서는, 니켈의 퀴리 온도를 저하시키는 원소로서, Si, Al 중 어느 일방 또는 양방을 함유하는 것이 바람직하다. Si 및 Al 의 합계 함유량은 한정되지 않지만, 3 mass% 이상 10 mass% 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

본 실시형태인 니켈 합금 스퍼터링 타겟에 있어서는, 상기 서술한 Si, Al 과 같은 니켈의 퀴리 온도를 저하시키는 원소가, 니켈의 모상에 고용한 고용체로 되어 있다. 이로써, Ni 의 함유량이 99.0 mass% 이상인 Ni 상의 면적률이 13 % 이하로 되어 있다.

또한, 본 실시형태인 니켈 합금 스퍼터링 타겟에 있어서는, Ni 의 함유량이 99.5 mass% 이상인 고순도 Ni 상의 면적률이 5 % 이하로 되어 있는 것이 바람직하다.

그리고, 본 실시형태인 니켈 합금 스퍼터링 타겟에 있어서는, 그 평균 결정 입경이 100 ㎛ 이하로 되어 있다.

이하에, 본 실시형태인 니켈 합금 스퍼터링 타겟에 있어서, 상기 서술한 바와 같이, 니켈의 퀴리 온도를 저하시키는 원소, Si 및 Al 의 합계 함유량, Ni 상의 면적률, 고순도 Ni 상의 면적률, 평균 결정 입경을 규정한 이유에 대해 설명한다.

(니켈의 퀴리 온도를 저하시키는 원소)

니켈은, 강자성체이기 때문에, 용이하게 자화한다. 니켈의 퀴리 온도를 저하시키는 원소 (예를 들어 Si 원자, Al 원자) 를 고용시킴으로써, Ni 원자의 스핀 방향이 변화하여 자성을 약하게 하는 것이 가능해진다.

이 때문에, 본 실시형태인 니켈 합금 스퍼터링 타겟에 있어서는, 니켈의 퀴리 온도를 저하시키는 원소가 니켈 중에 고용한 고용체로 구성되어 있고, 자성이 충분히 약해져 있다.

(Si 및 Al 의 합계 함유량)

상기 서술한 바와 같이, Si 및 Al 은, 니켈의 퀴리 온도를 저하시키는 원소이다. Si 및 Al 의 합계 함유량을 3 mass% 이상으로 함으로써, 니켈 합금 스퍼터링 타겟의 자성을 충분히 약하게 하는 것이 가능해진다. 한편, Si 및 Al 의 합계 함유량을 10 mass% 이하로 함으로써, 결정립계에서의 Si 및 Al 의 농화를 충분히 억제할 수 있어, 스퍼터 시에 있어서의 이상 방전의 발생을 억제하는 것이 가능해진다. 그래서, 본 실시형태인 니켈 합금 스퍼터링 타겟에 있어서는, Si 및 Al 의 합계 함유량을 3 mass% 이상 10 mass% 이하의 범위 내로 규정하는 것이 바람직하다.

Si 및 Al 의 합계 함유량의 하한은, 5 mass% 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 6 mass% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 또, Si 및 Al 의 합계 함유량의 상한은, 9 mass% 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

니켈의 퀴리 온도를 저하시키는 원소로서, 또한 Ti, Cr, V 를 포함하는 경우에는, Ti, Cr, V 의 합계 함유량은 5 mass% 이상 15 mass% 이하여도 되고, 7 mass% 이상 또한 10 mass% 이하여도 된다.

(Ni 상의 면적률)

상기 서술한 바와 같이, 니켈의 모상 중에, 니켈의 퀴리 온도를 저하시키는 원소 (본 실시형태에서는, Si 및 Al) 가 고용함으로써, 니켈의 자성이 약해진다.

Ni 의 함유량이 99.0 mass% 이상인 Ni 상의 면적률이 많아지면, 니켈의 퀴리 온도를 저하시키는 원소가 니켈 중에 고용한 상의 면적률이 적어져, 니켈 합금 스퍼터링 타겟의 자성을 충분히 약하게 할 수 없을 우려가 있다.

그래서, 본 실시형태인 니켈 합금 스퍼터링 타겟에 있어서는, Ni 의 함유량이 99.0 mass% 이상인 Ni 상의 면적률을 13 % 이하로 제한하고 있다. Ni 의 함유량이 99.0 mass% 이상인 Ni 상의 면적률은, 9 % 이하인 것이 보다 바람직하고, 7 % 이하인 것이 더욱 바람직하다. Ni 의 함유량이 99.0 mass% 이상인 Ni 상의 면적률의 하한은 한정되지 않지만, 예를 들어 1.0 % 이상이어도 된다.

(고순도 Ni 상의 면적률)

Ni 의 함유량이 99.5 mass% 이상인 고순도 Ni 상에 있어서는, 니켈의 퀴리 온도를 저하시키는 원소가 충분히 고용하고 있지 않아, 니켈의 자성이 약해져 있지 않다.

본 실시형태인 니켈 합금 스퍼터링 타겟에 있어서는, 자성을 확실하게 약하게 하기 위해서, Ni 의 함유량이 99.5 mass% 이상인 고순도 Ni 상의 면적률을 5 % 이하로 제한하고 있다.

Ni 의 함유량이 99.5 mass% 이상인 고순도 Ni 상의 면적률은, 4 % 이하인 것이 보다 바람직하고, 2 % 이하인 것이 더욱 바람직하다. 고순도 Ni 상의 면적률의 하한은 한정되지 않지만, 예를 들어 0.1 % 이상이어도 된다.

Ni 상의 면적률은, 다음과 같이 하여 구할 수 있다. 니켈 합금 스퍼터링 타겟의 스퍼터면 (원통형 등 평면이 아닌 경우에는 평면으로 전개한 상태를 생각한다) 에 스퍼터면의 중심점을 지나고 교차하는 2 개의 가상선을 긋는다. 이들 가상선은, 스퍼터면이 직사각형상일 때는 그 대각선으로 하고, 스퍼터면이 원형 또는 타원형일 때는 스퍼터면의 중심점에서 직교하는 2 개의 선분으로 한다. 2 개의 가상선이 교차하는 교점 (1) 과, 각 가상선 상의 단부 (端部) (2), (3), (4), (5) 의 5 점으로부터 샘플을 채취한다. 상기 단부란, 가상선의 양단으로부터 그 가상선의 전체 길이의 10 % 이내의 범위로 한다. 채취한 각 샘플을 에폭시 수지에 매립하고, 표면 (스퍼터면에 해당하는 면) 을 연마 가공한 후, FE-EPMA (예를 들어 니혼 전자 주식회사 제조 JXA-8500F) 를 사용하여, 60 배의 시야 (1400 ㎛ × 2000 ㎛) 에서 Ni, Si, Al 의 매핑을 실시한다. 각 매핑 결과에 대해, FE-EPMA 의 정량 맵 기능을 사용하여, 각 픽셀마다 Ni, Si, Al 만이 있다고 가정한 반정량 계산을 실시하고, Ni, Si, Al 의 각각의 픽셀마다의 함유량 (mass%) 을 나타내는 정량 맵을 작성한다. 작성한 정량 맵을 기초로, 시야 내의 Ni 함유량 99.0 mass% 이상의 Ni 상의 면적률, 및, Ni 함유량 99.5 mass% 이상의 고순도 Ni 상의 면적률을 산출한다. 면적률은, Ni 함유량이 99.0 mass% 이상 혹은 99.5 mass% 이상인 픽셀의 수를 카운트하고, 시야 내의 전체 픽셀수로 나누는 것에 의해, 산출한다. 또한 (1) ~ (5) 에서의 값의 평균값을 계산하여 Ni 상의 면적률로 한다.

(평균 결정 입경)

니켈 합금 스퍼터링 타겟에 있어서, 결정 입경이 큰 경우에는, 고용하지 않은 Si 및 Al 등의 원소가, 결정립계에 농화함으로써, 부분적으로 자화하기 쉬워지기 때문에, 스퍼터 성막 시에 이상 방전이 발생하기 쉬워진다. 또, 결정 입경이 크면, 스퍼터면에 있어서의 스퍼터 레이트의 편차가 생겨, 막두께가 불균일하게 될 우려가 있다.

이 때문에, 본 실시형태인 니켈 합금 스퍼터링 타겟에 있어서는, 평균 결정 입경을 100 ㎛ 이하로 하고 있다. 니켈 합금 스퍼터링 타겟의 평균 결정 입경은, 90 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 80 ㎛ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

평균 결정 입경은, 다음과 같이 하여 구할 수 있다. 상기 Ni 상의 면적률을 구하는 경우와 동일하게, 스퍼터면에 2 개의 가상선을 결정하고, 이들 가상선의 교점 (1) 과, 각 가상선 상의 상기 단부 (2), (3), (4), (5) 의 5 점으로부터 샘플을 채취한다. 채취한 각 샘플의 표면 (스퍼터면에 해당하는 면) 을 예를 들어 다이아몬드 지립으로 연마 가공한 후, 연마된 표면을, 에칭액을 사용하여 에칭 처리한다 (예를 들어 30 mass% 의 질산 수용액에 실온에서 2 분간 침지한다). 다음으로, 광학 현미경을 사용하여 연마면을 마이크로 관찰하고, JIS H 0501 : 1986 에 규정된 절단법에 의해, 결정 입경을 측정한다. 상기 서술한 (1) ~ (5) 의 5 개의 샘플에서 각각 결정 입경을 측정하고, 그것들을 평균하여 평균 결정 입경을 산출한다.

다음으로, 본 실시형태인 니켈 합금 스퍼터링 타겟의 제조 방법에 대해, 도 1 의 플로도를 사용하여 설명한다.

(용해 주조 공정 S01)

먼저, 원료로서, Ni 판과, Si, Al 등의 첨가 원소의 입자를 각각 준비한다. Ni 원료의 순도는 99.9 mass% 이상인 것이 바람직하다. 또, Si 원료 및 Al 원료의 순도는 각각 99.9 mass% 이상인 것이 바람직하다.

다음으로, 원하는 타겟 조성이 되도록, 상기 서술한 Ni 원료, Si 원료, Al 원료를 칭량한다. 칭량한 각종 원료를 용해로에 의해 용해하고, 생성된 용탕을 주형에 출탕하여, 주괴를 제조한다.

용탕 상태에서의 금속의 산화나 질화를 방지하기 위해서, 용해로로서는 진공 용해로를 사용하는 것이 바람직하다. 또, Ni 의 탄화를 방지하기 위해서, 탄소질 부재를 사용하지 않고, 세라믹스 도가니 등을 사용하는 것이 바람직하다.

(열간 압연 공정 S02)

다음으로, 용해 주조 공정 S01 에서 얻어진 주괴에 열간 압연을 실시하여 압연판을 제조한다. 열간 압연에서의 총압하율은, 50 % 이상 80 % 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 이 열간 압연 공정 S02 에 의해, 주조 조직이 파괴되어, 다음의 열처리 공정의 재결정 그리고 첨가 원소의 균일한 고용이 촉진된다.

또, 열간 압연의 온도는, 500 ℃ 이상 900 ℃ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 압연 균열을 억제하기 위해서, 500 ℃ 미만까지 온도가 저하한 경우에는, 500 ℃ 이상 900 ℃ 이하로까지 재가열하고, 압연을 실시하는 것이 바람직하다.

(열처리 공정 S03)

다음으로, 열간 압연 공정 S02 에서 얻어진 압연판에 대해 열처리를 실시하여, 결정립을 재결정화한다. 이 열처리 공정 S03 에 의해, 평균 결정 입경이 100 ㎛ 이하로 조정된다. 평균 결정 입경이 100 ㎛ 이하 또한 Ni 의 함유량이 99.0 mass% 이상인 Ni 상의 면적률을 13 % 이하로 하기 위해서, 열처리 온도는, 600 ℃ 이상 900 ℃ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 또, 열처리 온도에서의 유지 시간은, 30 분 이상 90 분 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

(기계 가공 공정 S04)

다음으로, 열처리 공정 S03 을 거친 압연판에 대해, 절삭 가공 및 연삭 가공 등을 실시하여, 소정 형상 및 소정 치수의 니켈 합금 스퍼터링 타겟을 얻는다.

이상과 같이 하여, 본 실시형태인 니켈 합금 스퍼터링 타겟이 제조된다.

이상과 같은 구성으로 된 본 실시형태의 니켈 합금 스퍼터링 타겟에 의하면, 평균 결정 입경이 100 ㎛ 이하로 되어 있으므로, 결정립계에 Si 가 농화하는 것을 억제할 수 있어, 이상 방전의 발생을 억제할 수 있고, 안정적으로 스퍼터 성막을 실시하는 것이 가능해진다. 또, 스퍼터면에 있어서의 스퍼터 레이트의 편차가 억제되어, 막두께가 균일한 니켈 합금막을 성막하는 것이 가능해진다.

니켈의 퀴리 온도를 저하시키는 원소를 함유함과 함께, Ni 의 함유량이 99.0 mass% 이상인 Ni 상의 면적률이 13 % 이하로 되어 있으므로, 퀴리 온도를 저하시키는 원소가 니켈 중에 충분히 고용하고 있고, 자성이 약해져 누설 자장이 커져, 마그네트론 스퍼터링 장치를 사용한 경우여도, 스퍼터링 타겟이 장치에 흡착되는 것을 억제할 수 있어, 안정적으로 스퍼터 성막을 실시할 수 있다. 또, 스퍼터가 진행되었을 때여도, 이로전부가 비교적 넓게 형성되어, 스퍼터링 타겟의 사용 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

또, 본 실시형태인 니켈 합금 스퍼터링 타겟에 있어서, Ni 의 함유량이 99.5 mass% 이상인 고순도 Ni 상의 면적률이 5 % 이하로 제한되고 있는 경우에는, 퀴리 온도를 저하시키는 원소가 니켈 중에 더욱 충분히 고용하고 있고, 자성이 약해져 누설 자장이 커져, 마그네트론 스퍼터링 장치를 사용한 경우여도, 스퍼터링 타겟이 장치에 흡착되는 것을 억제할 수 있어, 안정적으로 스퍼터 성막을 실시할 수 있다. 또, 스퍼터가 진행되었을 때여도, 이로전부가 비교적 넓게 형성되어, 스퍼터링 타겟의 사용 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시형태인 니켈 합금 스퍼터링 타겟에 있어서, 퀴리 온도를 저하시키는 원소로서 Si 및 Al 의 일방 또는 양방을 포함하고, Si 및 Al 의 합계 함유량이 3 mass% 이상으로 되어 있는 경우에는, 니켈 중에 고용하는 Si 원자 및 Al 원자의 양이 충분히 확보되게 되고, 자성이 약해져 누설 자장이 커져, 마그네트론 스퍼터링 장치를 사용한 경우여도, 스퍼터링 타겟이 장치에 흡착되는 것을 억제할 수 있어, 안정적으로 스퍼터 성막을 실시할 수 있다. 또, 스퍼터가 진행되었을 때여도, 이로전부가 비교적 넓게 형성되어, 스퍼터링 타겟의 사용 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, Si 및 Al 의 합계 함유량이 10 mass% 이하로 되어 있는 경우에는, Si 및 Al 을 포함하는 화합물이 생성되는 것을 충분히 억제할 수 있고, 스퍼터 시에 있어서의 이상 방전의 발생을 억제하는 것이 가능해져, 더욱 안정적으로 스퍼터 성막을 실시할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 그 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.

실시예

이하에, 전술한 본 발명의 니켈 합금 스퍼터링 타겟에 대해 평가한 평가 시험의 결과에 대해 설명한다.

본 실시형태에 기재된 제조 방법에 준해, 본 발명예 및 비교예의 니켈 합금 스퍼터링 타겟을 제조했다.

먼저, 순도 99.9 mass% 이상의 Ni 원료 (Ni 판) 와, 순도 99.9 mass% 이상의 Si 원료 (Si 입자) 와, 순도 99.9 mass% 이상의 Al 원료 (Al 입자) 를 준비했다.

이들 원료를, 표 1 에 나타내는 조성이 되도록 칭량했다. 칭량한 각종 원료를, 진공 용해로를 사용하여 1500 ℃ 이상까지 가열하여 용해하고, 얻어진 용탕을 주형에 출탕하여, 주괴 (폭 155 mm × 두께 40 mm × 길이 220 mm) 를 얻었다. 표 1 에 나타내는 조건으로, 열간 압연, 열처리를 실시하여, 직사각형 평판 형상을 이루는 본 발명예 및 비교예의 니켈 합금 스퍼터링 타겟 (150 mm × 500 mm × 5 mm 두께) 을 제조했다.

상기 서술한 바와 같이 하여 얻어진 니켈 합금 스퍼터링 타겟에 대해, 성분 조성, 조성 편차, 평균 결정 입경, Ni 의 함유량 99.0 mass% 이상의 Ni 상의 면적률, Ni 의 함유량 99.5 mass% 이상의 고순도 Ni 상의 면적률, 누설 자장, 비저항값을, 이하와 같이 평가했다. 평가 결과를 표 2 에 나타낸다.

또, 얻어진 니켈 합금 스퍼터링 타겟을 사용하여, 이하와 같이 스퍼터 성막을 실시하고, 이상 방전 횟수, 얻어진 니켈막의 막두께 편차에 대해 평가했다. 평가 결과를 표 2 에 나타낸다.

(성분 조성/조성 편차)

도 2 에 나타내는 바와 같이, 얻어진 니켈 합금 스퍼터링 타겟의 스퍼터면의 대각선이 교차하는 교점 (1) 과, 각 대각선 상의 코너부 (2), (3), (4), (5) 의 5 점으로부터 측정 시료를 채취하고, 이것을 산으로 전처리한 후, ICP 분석을 실시했다. 코너부 (2), (3), (4), (5) 는, 코너부로부터 내측을 향해 대각선 전체 길이의 10 % 이내의 범위 내로 했다. 측정의 결과, 평균 조성은, 배합 조성과 대략 동등한 것을 확인했다.

또, 5 개의 측정 시료에 있어서의 Si 및 Al 의 분석값의 최대값과 최소값의 차를 「조성 편차」로서 표 2 에 기재했다.

(평균 결정 입경)

도 2 에 나타내는 바와 같이, 얻어진 니켈 합금 스퍼터링 타겟의 스퍼터면의 대각선이 교차하는 교점 (1) 과, 각 대각선 상의 코너부 (2), (3), (4), (5) 의 5 점으로부터 샘플을 채취했다. 채취한 각 샘플의 표면 (스퍼터면에 해당하는 면) 을 연마 가공한 후, 연마된 표면을, 에칭액을 사용하여 에칭 처리했다.

다음으로, 광학 현미경을 사용하여 연마면을 마이크로 관찰하고, JIS H 0501 : 1986 에 규정된 절단법에 의해, 결정 입경을 측정했다.

상기 서술한 5 개의 샘플에서 각각 결정 입경을 측정하고, 평균 결정 입경을 산출했다. 평가 결과를 표 2 에 나타낸다. 또, 본 발명예 2 를 도 3A, 비교예 4 의 마이크로 조직 관찰 결과를 도 3B 에 각각 나타낸다.

(Ni 상/고순도 Ni 상의 면적률)

도 2 에 나타내는 바와 같이, 얻어진 니켈 합금 스퍼터링 타겟의 스퍼터면의 대각선이 교차하는 교점 (1) 과, 각 대각선 상의 코너부 (2), (3), (4), (5) 의 5 점으로부터 샘플을 채취했다. 채취한 각 샘플을 에폭시 수지에 매립하고, 표면 (스퍼터면에 해당하는 면) 을 연마 가공한 후, FE-EPMA (니혼 전자 주식회사 제조 JXA-8500F) 를 사용하여, 60 배의 시야 (1400 ㎛ × 2000 ㎛) 에서 Ni, Si, Al 의 매핑을 실시했다.

각 매핑 결과에 대해, 장치 부속 소프트의 정량 맵 기능을 사용하여, 각 픽셀마다, Ni, Si, Al 만이 있다고 가정한 반정량 계산을 실시하고, Ni, Si, Al 의 각각의 픽셀마다의 함유량 (mass%) 을 나타내는 정량 맵을 작성했다.

작성된 정량 맵을 기초로, 시야 내의 Ni 함유량 99.0 mass% 이상의 Ni 상의 면적률, 및, Ni 함유량 99.5 mass% 이상의 고순도 Ni 상의 면적률을 산출했다. 면적률은, Ni 함유량이 99.0 mass% 이상 혹은 99.5 mass% 이상인 픽셀의 수를 카운트하고, 시야 내의 전체 픽셀수로 나누는 것에 의해 개개의 측정 지점의 값을 산출하고, 또한 (1) ~ (5) 에서의 값의 평균값을 계산하여 Ni 상의 면적률로 했다. 평가 결과를 표 2 에 나타낸다.

(누설 자장)

비자성체의 재질 (예를 들어 알루미늄) 로 이루어지는 테이블 하에, 자속을 발생시키기 위한 자석 (마제형 자석 : Dexter 사 제조 알니코 자석 5K215) 이 배치되고, 테이블 상에 재치되는 니켈 합금 스퍼터링 타겟의 상측에, 상대적인 측정 위치를 조정할 수 있는 홀 프로브가 배치되고, 이 홀 프로브에 가우스 미터가 접속된 구조의 자속 측정 장치를 준비했다.

이 자속 측정 장치를 사용하여, 니켈 합금 스퍼터링 타겟을 테이블 상에 재치하지 않은 상태에서의 테이블 상면에 있어서의 자속량 A (KG) 와, 니켈 합금 스퍼터링 타겟을 테이블 상에 재치했을 때의 니켈 합금 스퍼터링 타겟의 상측 표면의 자속량 B (KG) 를 측정했다. 이하의 식에 의해, 누설 자속 (%) 을 산출했다. 평가 결과를 표 2 에 나타낸다.

누설 자속 (%) = B/A × 100

(비저항값)

니켈 합금 스퍼터링 타겟의 비저항을, 4 탐침법에 의해 측정했다. 측정 장치로서, 주식회사 미츠비시 케미컬 애널리테크의 Loresta-GP 를 사용했다. 평가 결과를 표 2 에 나타낸다.

(이상 방전)

니켈 합금 스퍼터링 타겟을 무산소 구리제의 백킹 플레이트에 납땜하고, 이것을 마그네트론식의 DC 스퍼터 장치에 장착했다.

이어서, 이하의 스퍼터 조건으로, 60 분간 연속하여, 스퍼터법에 의한 성막을 실시했다. 이 스퍼터 성막 동안, DC 스퍼터 장치의 전원에 부속된 아크 카운터를 사용하여, 이상 방전의 발생 횟수를 카운트했다. 평가 결과를 표 2 에 나타낸다.

도달 진공도 : 5 × 10^-5 Pa

Ar 가스압 : 0.3 Pa

스퍼터 출력 : 직류 1000 W

(막두께의 편차)

니켈 합금 스퍼터링 타겟을 무산소 구리제의 백킹 플레이트에 납땜하고, 이것을 마그네트론식의 DC 스퍼터 장치에 장착했다. 또, 가로 세로 100 mm 의 유리 기판을 마그네트론식의 DC 스퍼터 장치에 장착했다.

이어서, 이하의 스퍼터 조건으로, 유리 기판의 표면에 목표 두께 300 nm 로 하여 니켈 합금막을 성막했다.

타겟-유리 기판의 거리 : 60 mm

도달 진공도 : 5 × 10^-5 Pa

Ar 가스압 : 0.3 Pa

스퍼터 출력 : 직류 1000 W

유리 기판에 성막된 니켈 합금막에 대해, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 유리 기판의 성막면의 대각선이 교차하는 교점 ＜1＞ 과, 각 대각선 상의 코너부 ＜2＞, ＜3＞, ＜4＞, ＜5＞ 의 5 점에서 막두께를, 단차 측정기를 사용하여 측정했다. 코너부 ＜2＞, ＜3＞, ＜4＞, ＜5＞ 는, 코너부로부터 내측을 향해 대각선 전체 길이의 10 % 이내의 범위 내로 했다. 측정한 막두께의 평균값을 구하고, 막두께의 측정값의 최대값 (최대 막두께) 과 최소값 (최소 막두께) 을 추출하고, 최대 막두께와 최소 막두께의 차를 산출했다. 평가 결과를 표 2 에 나타낸다.

(사용 효율)

이하의 스퍼터 조건으로 연속 스퍼터를 실시하여, 니켈 합금 스퍼터링 타겟을 사용 완료 시 (타겟의 가장 얇은 지점이 1.5 mm 가 될 때까지) 의 사용 효율을 측정했다. 평가 결과를 표 2 에 나타낸다.

도달 진공도 : 5 × 10^-5 Pa

Ar 가스압 : 0.3 Pa

스퍼터 출력 : 직류 1000 W

사용 효율은, 이하의 식으로 산출했다.

사용 효율 (%) = (1 - (사용 후의 타겟 중량/사용 전의 타겟 중량)) × 100

니켈의 퀴리 온도를 저하시키는 원소를 함유하고 있지 않은 비교예 1 에 있어서는, Ni 상 및 고순도 Ni 상의 면적률이 100 % 가 되었다. 또, 누설 자속이 22 % 로 낮아져, 자성을 약하게 할 수 없었다. 또한, 막두께차가 커져, 막의 균일성이 저하했다. 또, 스퍼터링 타겟의 사용 효율이 15 % 로 낮아졌다.

열간 압연 공정의 열간 압연 온도 및 열처리 공정의 열처리 온도가 1000 ℃ 로 된 비교예 2 및 비교예 5 에 있어서는, 평균 결정 입경이 100 ㎛ 를 초과하여 조대화했다. 특히, 비교예 2 에서는, 364 ㎛ 로 현저하게 조대화했다. 이 때문에, 스퍼터 성막 시에 있어서의 이상 방전 횟수가 많아졌다. 또, 막두께차가 커져, 막의 균일성이 저하했다.

열간 압연 공정의 열간 압연 온도가 450 ℃ 가 된 비교예 3 및 비교예 6 에 있어서는, 열간 압연 시에 균열이 생겼다. 이 때문에, 열간 가공 후의 공정 및 평가를 중지했다. 열간 압연 공정의 총가공률이 20 % 가 된 비교예 4 및 비교예 7 에 있어서는, Ni 상의 면적률이 13 % 를 초과하고 있고, 누설 자속이 25 % 가 되었다. 또, 막두께차가 커져, 막의 균일성이 저하했다. 또한, 스퍼터링 타겟의 사용 효율이 16 % 로 낮아졌다.

이에 대하여, 니켈의 퀴리 온도를 저하시키는 원소인 Si 및 Al 를 함유하고, Ni 함유량이 99.0 mass% 이상인 Ni 상의 면적률이 13 % 이하가 되고, 평균 결정 입경이 100 ㎛ 이하가 된 본 발명예 1 - 25 에 있어서는, 이상 방전 횟수 적고, 또한, 막두께차가 작게 억제되고 있었다. 또, 스퍼터링 타겟의 사용 효율이 19 % 이상이었다.

이상으로부터, 본 발명예에 의하면, 자성이 약해져 누설 자장이 크고, 또한, 결정립의 조대화가 억제되어 있어, 균일한 막두께의 니켈 합금 박막을 안정적으로 성막할 수 있었다. 또, 스퍼터가 진행되었을 때에 넓은 이로전부가 형성되어, 사용 효율을 향상시키는 것이 가능한 니켈 합금 스퍼터링 타겟을 제공 가능한 것이 확인되었다.

산업상 이용가능성

본 발명에 의하면, 자성이 약해져 누설 자장이 크고, 또한, 결정립의 조대화가 억제되어 있어, 균일한 막두께의 니켈 합금 박막을 안정적으로 성막할 수 있다. 또, 스퍼터가 진행되었을 때에 넓은 이로전부가 형성되어, 사용 효율을 향상시키는 것이 가능한 니켈 합금 스퍼터링 타겟을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명은 산업상 이용이 가능하다.

Claims

니켈의 퀴리 온도를 저하시키는 원소를 함유하는 니켈 합금으로 이루어지고,
Ni 의 함유량이 99.0 mass% 이상인 Ni 상의 면적률이 13 % 이하가 되고,
평균 결정 입경이 100 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 니켈 합금 스퍼터링 타겟.
제 1 항에 있어서,
Ni 의 함유량이 99.5 mass% 이상인 고순도 Ni 상의 면적률이 5 % 이하로 되어 있는 것을 특징으로 하는 니켈 합금 스퍼터링 타겟.
제 1 항에 있어서,
니켈의 퀴리 온도를 저하시키는 원소로서, Si 및 Al 의 일방 또는 양방을 포함하고, Si 와 Al 의 합계 함유량이 3 mass% 이상 10 mass% 이하의 범위 내로 되어 있는 것을 특징으로 하는 니켈 합금 스퍼터링 타겟.
제 2 항에 있어서,
니켈의 퀴리 온도를 저하시키는 원소로서, Si 및 Al 의 일방 또는 양방을 포함하고, Si 와 Al 의 합계 함유량이 3 mass% 이상 10 mass% 이하의 범위 내로 되어 있는 것을 특징으로 하는 니켈 합금 스퍼터 타겟.