JP2005529239A

JP2005529239A - 処理従順な金属間化合物スパッタリングターゲットの製造方法

Info

Publication number: JP2005529239A
Application number: JP2004511577A
Authority: JP
Inventors: マイケルサンドリン，; ベルントキュンケル，; ウィリーチャン，; フィリップコルノ，
Original assignee: Heraeus Inc
Current assignee: Heraeus Inc
Priority date: 2002-06-07
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2005-09-29
Also published as: EP1511879A1; TWI278524B; TW200404908A; WO2003104522A1; CN1685078A; AU2003243332A1; US20040062675A1

Abstract

スパッタリングターゲットを、機械加工やスパッタリングに対する十分な従順性をターゲットに付与する金属間化合物の化学量論組成を有するように製造する。スパッタリングターゲットを、成分粉末、合金粉末或いは合金から製造し、これらの少なくとも１つが例えば４００メッシュの非常に細かい粒径を有している。成分粉末又は合金粉末を混合し、容器に詰め、低温高圧で熱間静水圧圧縮成形を施し、ビレットを製造し、機械加工でターゲットを形作る。

Description

本発明は、成分の混合と熱間静水圧圧縮成形を用いた延性金属間化合物スパッタリングターゲットの製造方法に関する。

陰極スパッタリング法は、所望の基材表面に薄膜物質を蒸着するために広く利用されている。代表的なスパッタリングシステムは、電子或いはイオンビームを発生するプラズマ源、噴霧される物質を具備したターゲット及びスパッタされた物質が表面に蒸着される基材を含む。その方法は、基本的には、ターゲット物質をある角度で電子或いはイオンビームで衝撃してターゲット物質をターゲットからスパッタ或いは侵食させるようにするものである。すると、基材面に薄い皮膜或いは層として蒸着される。ターゲットから離れて

スパッタリングプロセス用のターゲット物質は、純物質から遥かに複雑な合金までの物質範囲に渡るものが開発されている。３〜６成分の複合成分化合物や、ＮｉＡｌ（ニッケル・アルミニウム）、ＲｕＡｌ（ルテニウム・アルミニウム）、ＣｏＡｌ（コバルト・アルミニウム）、ＴｉＡｌ（チタン・アルミニウム）及びＮｉＮｂ（ニッケル・ニオブ）のような極めて脆い金属間化合物合金（intermetallic alloy）を使用することは、スパッタリング業界では普通である。Ｃｒ（クロム）、Ｂ（ホウ素）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｔａ（タンタル）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｐｔ（白金）、ＳｉＯ₂、Ｔｉ₂Ｏ₃等のような合金添加物は、蒸着膜の結晶粒径や表面エネルギのような特性を修正するために、Ｂ２（即ち、ＮｉＡｌ、ＣｏＡｌ、ＲｕＡｌ、・・・）や他の金属間化合物合金にしばしば添加される。

ほとんどの金属間化合物合金は、本質的に硬く脆く、且つ、それらのいくつかは金属より熱伝導性が劣る。従って、金属間化合物合金は、一旦固形形状に圧密されるとターゲットに機械加工することが難しく、陰極スパッタリング時の利用融通性に難点がある。これらの物質は、一般的に、機械加工中における耐機械衝撃性及びスパッタリング中の耐熱衝撃性が非常に限られている。

本発明は、機械加工やスパッタリングに対する十分な従順性をターゲットに付与する金属間化合物の化学量論組成を有するスパッタリングターゲットの新規な製造方法に関する。その方法は、金属間化合物合金を構成する所定の種成分を混合し、ターゲット物質内の金属間化合物相の生成を抑止し、抑制するために高圧で圧密する低温の熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）を施す。そのターゲットが公称的な金属間化合物相を含まないという事は、本願の関与事項ではない。その理由は、陰極スパッタリングは原子に原子を蒸着する処理方法であり、異なる原子種成分を表面に再結合して平衡状態を形成し、且つ、所望の金属間化合物相を形成することだからである。本発明の他の目的は、ターゲット物質のコストを削減することである。なぜならば、熱間静水圧圧縮成形による圧密に先立って行う金属間化合物粉末の製造が必須工程でないためである。一般的に、合金粉末は、バッチ（batch）費用が非常に高くなりがちな焼結法或いはガス噴霧法を用いて製造される。本発明のこれら及び他の目的は、次の詳細な説明から明らかになるであろう。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明のターゲットを作製するための処理フローチャートである。
第１ステップは、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｎｂ（ニオブ）等のような原料粉末を選択することである（図の１０）。ここで、含まれる粉末の少なくとも１つが、高密度化の要求条件から４００メッシュのような非常に細かい粉末でなければならないということに注目する必要がある。例えば、Ａｌ粉末は、あらゆるＸ−Ａｌ−Ｙ合金で３０ミクロンの平均粒径を有する。ここで、Ｘは、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｃｏ（コバルト）及びＮｉのような成分で代表され、Ｙは、Ｃｒ（クロム）、Ｂ（ホウ素）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｔａ（タンタル）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｐｔ（白金）、ＳｉＯ₂、Ｔｉ₂Ｏ₃のような成分で代表される。その特有な合金組成は、一般的に、Ｂ２型、Ｌ１₂型、Ｄ０₁₉型、Ｌ１₀型等のような結晶構造と関連した組成である。理論的には、粉末は細かければ細かいほど、処理上好ましいが、超微細なＡｌ粉末は、その爆発性により取扱いが非常に難しい。従って、平均粒径が３０ミクロンのＡｌ粉末が、一般的に、全てのＡｌ含有物質に対して選択される。同様の考えが、ＮｉＮｂ金属間化合物におけるＮｉについて当てはまる。

混合工程（図の２０）もまた、最終製品の均質性がこの工程に依存するので全体のプロセスに対して重大な意味を持っている。実際には、Ｖ−ブレンディング（Ｖ-blending）法、チューブラーブレンディング（tubular blending）法、ボールミル法、及び／又は、（湿式或いは乾式の）磨砕機ミル法（attritor milling）のような従来周知である種々の混合方法を、要求される均質性を達成するために用いることができる。

その後、混合された粉末を、必要であれば成形し（図の３０）、それから、熱間静水圧圧縮成形に先立ってキャニング（canning：容器詰）を行う（図の４０）。

混合処理に続いてキャニング工程（図の４０）では、熱間静水圧圧縮成形に先立って粉末を容器に詰める。例えば、容器を粉末で満たし、加熱下で排気処理することで確実に水分や捕捉した既存ガスを除去し、その後、容器を密封する。容器の幾何学的形状はどのようなものでも制限されないが、容器は、最終の物質形状に関して略正味形状（near-net shape）を具有することが良い。

上述したように、低温−高圧の熱間静水圧圧縮成形（図の５０）は、プロセスの必須部分である。低温は、成分粒子化間の金属間化合物反応領域の脆性化を緩和し、高圧は粉末複合材料の完全な高密度化を確実にする。ここで述べるように、２００〜１０００℃の範囲の温度及び５ｋｓｉ〜６０ｋｓｉ（ｋｓｉ：重量キロポンド毎平方インチ）の範囲の圧力を用いて熱間静水圧圧縮成形を施す。上述の温度範囲と圧力範囲において保持時間は、０．５〜１２時間の範囲とする。熱間静水圧圧縮成形による圧密後、ワイヤ放電加工法、のこぎり加工法、ウォタージェット法、旋盤加工法、グラインダー加工法等を含む従来公知である種々の技術を用いて最終の所望形状に固形ビレットを機械加工する（図の６０）。ホットプレス法や常温圧縮成形法のような他の粉末圧密技術もまた、所望の結果に応じて単独或いはＨＩＰ法と併用して使用できるということは注目すべきことである。機械加工後、製品は、清浄化され且つ最終検査を受ける（図の７０）。

下記の表１は、ここで説明した本発明方法を用いて製造したいくつかの合金を示している。図２（ａ）〜（ｈ）は、これら合金のミクロ組織を示し、個々の成分相間の最小限度の金属間化合物反応領域を実例で示している。

表１及び図２（ａ）〜（ｆ）において、図２（ａ）、（ｂ）は、Ａｌ−３０ａｔ％Ｎｉ−１０ａｔ％Ｃｒ合金の概要と詳細を示し、図２（ｃ）、（ｄ）は、Ｎｉ−５０ａｔ５Ｎｂ合金の概要と詳細を示し、図２（ｅ）、（ｆ）は、Ｒｕ−５０ａｔ％Ａｌ合金の概要と詳細を示す。図２（ｇ）は、Ｃｏ−５０ａｔ％Ａｌ合金のミクロ組織を示し、図２（ｈ）は、Ｔｉ−５０ａｔ％Ａｌ合金のミクロ組織を示す。

本発明は、そのいくつかの好ましい実施例に関して記載したが、それについての種々の変更及び変形がここに記載された詳細な説明を読むことにより当業者には明らかになると考えられる。従って、本願の特許請求の範囲は本発明の真の意図及び概念の範囲に含まれるそのような変更及び変形の全てを含むと解釈される。

本発明の処理フローチャートを示す。（ａ）〜（ｈ）は、表１に示すいくつかの合金のミクロ組織を示す。

Claims

金属間化合物成分を有する処理従順なスパッタターゲットの製造方法であって、
原料成分粉末又は合金粉末を選択し、
混合し、
キャニングし、
低温高圧で熱間静水圧圧縮成形を施し、
ビレットを形成し、
前記ビレットを機械加工してターゲットに形作る、
諸工程を具備したことを特徴とする延性スパッタターゲットの製造方法。
選択された原料成分粉末又は合金の少なくとも１つが、少なくとも４００メッシュ程の小粒径を有することを特徴とする請求項１に記載の処理従順なスパッタターゲットの製造方法。
前記原料成分粉末は、化学式がＸ−Ａｌ−Ｙの合金を製造するために選択され、ここで、Ａｌはアルミニウムであり、Ｘはルテニウム、チタン、コバルト又はニッケルであり、Ｙはクロム、ホウ素、ジルコニウム、タンタル、ハフニウム、白金、ＳｉＯ₂又はＴｉ₂Ｏ₃であることを特徴とする請求項１に記載の処理従順なスパッタターゲットの製造方法。
前記製造された合金が、Ｂ２型、Ｌ１₂型、Ｄ０₁₉型又はＬ１₀型からなるグループから選択された結晶構造を有することを特徴とする請求項３に記載の処理従順なスパッタターゲットの製造方法。
前記全ての粉末は、平均粒径が約３０ミクロンであることを特徴とする請求項１に記載の処理従順なスパッタターゲットの製造方法。
前記熱間静水圧圧縮成形の条件は、温度が２００〜１０００℃、圧力が５〜６０ｋｓｉ、及び時間が０．５〜１２時間であることを特徴とする請求項１に記載の処理従順なスパッタターゲットの製造方法。
前記ターゲットは、ルテニウム・アルミニウム金属間化合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の処理従順なスパッタターゲットの製造方法。
前記ターゲットは、コバルト・アルミニウム金属間化合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の処理従順なスパッタターゲットの製造方法。
前記ターゲットは、チタン・アルミニウム金属間化合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の処理従順なスパッタターゲットの製造方法。
前記ターゲットは、アルミニウム−ニッケル３０ａｔ％−クロム１０ａｔ％を含有することを特徴とする請求項１に記載の処理従順なスパッタターゲットの製造方法。
前記ターゲットは、ニッケル・アルミニウム金属間化合物及び／又はニッケル・ニオブ金属間化合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の処理従順なスパッタターゲットの製造方法。