JPH02115364A - テルルターゲット及びその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はスパッタリング用ターゲット材に関し、特に基
体表面に金属テルル薄膜を蒸着させるための蒸着源とし
て用いるのに適した金属テルル製焼結ターゲット材及び
その製法に関する。

［従来の技術］ 従来、スパッタリング用ターゲット材としては種々の金
属あるいは合金がその目的によって選ばれ使用されてい
る。金属テルル及びテルル合金をスパッタリング用ター
ゲット材として使用することは、たとえば特開昭８２−
１３５８９号ｒＴｅまたはＴｅ合金製スパッタリング用
焼結ターゲット」に開示されているように公知である。

Ｔｅ及びＴｅ合金ターゲットは非常にもろいため鋳造法
で成形することは非常に困難であり、通常、粉末冶金的
手法で製造されている。このようにしてつくられたター
ゲットはスパッタリング装置に組込まれ実用に供される
が、スパッタリング時、電力投入によりターゲットは発
熱し、その表面は常にアルゴンプラズマにさらされてお
り高エネルギー雰囲気中にある。このような過酷な使用
条件の下で、ターゲット材はクラック、異常放電等を防
止しながら使用されなければならない。

［発明が解決しようとする課題］ しかるに現存のターゲットはまだ、上記の使用条件に十
分耐え得る満足すべきものであるとはいえず、特に投入
電力を増加するとクラック発生、溶融をおこす。

従来、上記の如き欠点を克服するための研究が種々なさ
れてきており、前記特開昭には、ターゲット材に含まれ
る酸素濃度を１１００ｐｐ以下とすることにより、ター
ゲット材の熱伝導性と強度を改善することができ、その
問題をある程度解決できたことが記載されている。

しかしながら、前記特開昭に開示されているターゲット
もスパッタ時の最大出力は純Ｔｃで３．５　Ｗ／ｃｄＳ
Ｔｃ　−５０％ｓｂでも４．４Ｗ／ｃｄに過ぎず、決し
て満足すべきものであるとはいえない。

そこで、それよりももっと改善された性能のよいテルル
ターゲットを開発することが本発明の解決すべき課題で
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明者等の研究は、すべて、純度９９．９９％以上の
金属テルルの焼結体について行なわれた。したがって、
酸素濃度がｌｏｏｐｐｍ以下であるという条件は自動的
に満たされている。それにもかかわらず、あるＴｅ金属
焼結製品は、スパッタ時の最大出力が３．２Ｗ／ｃ−程
度に過ぎず、それ以上の電力をかけると破壊されてしま
うのに、またあるＴｅ金属焼結製品はスパッタ時の出力
を５　、０　Ｗ　／　ｃｊとしても全く破壊されないと
いうように、個々のターゲット材 かった。このことは、酸素濃度以外にもターゲット材の
強度や安定性を左右する大きな因子があることを示唆し
ている。それらの因子が何であるかを突きとめるべく、
我々の研究は進められた。

研究を進めるにあたり、まず、次のようなことが考えら
れた。すなわち、ターゲット材は通常加圧成形−焼結後
、表面研削され、成形及び焼結の治具により汚染された
表面部が除去されて最終的にバッキングプレートに接合
される。これらの工程ではたえず、研削酸、接着剤、加
熱ろう材、フラックス等の影響を受け、成形体に気孔が
あればその部分に含浸が行なわれる。また、酸化も受け
やすく、酸化されると電気抵抗が増加したりして好まし
くない。

そこで、これらの含浸や酸化を受けることの少ない製品
をつくることによって、ターゲット材の性能を改善する
ことができると考えられる。そのためには、焼結体の密
度を大きくして、できるだけ金属テルルの真の密度（６
、２４）に近づける必要があると考えられる。何故なら
、焼結Ｔｅの真の密度に対する相対密度（真の密度に対
する％で表わすものとする）が小さいということは、そ
れだけ焼結体内部に空隙があることを意味するものと考
えられるからである。

次に発明者等は、ターゲット材の密度むらが、ターゲッ
ト材の破壊に大きな影響力を持つものと予測し、ターゲ
ット材の密度を平板状のターゲット材の全体にわたり、
できるだけ均一にすれば、ターゲット材自身に起因する
応力の発生がなくなり、ターゲット材が破壊されにくく
なるに違いないという発想を得、これに基づいて密度の
均一化をはかるための方策を講じることとした。

ところで、ターゲット材の広い面積の全体にわたり、密
度が均一化されているかどうかを知るためには、各局部
における密度を簡単に測定する方法を知らなければなら
ない。しかし、局部的な密度を簡単に測定できる適切な
方法はないため、密度の代理特性として表面硬度の測定
値を用いることを考えた。そしてそのｉ’ｉＪ否を検討
するため、様々な密度のＴｃ成形体を作成しその各々に
ついて硬度の測定を行ない、密度と硬度との関係を調べ
たところ、第２図に示すような結果が得られた。

すなわち、ターゲット材の相対密度とビッカース硬度と
の間には強い正の相関関係のあることが確認され、密度
の均一化の手段として密度の代理特性として硬度の測定
値を用い得ることがわかった。

本発明者等は硬度としてビッカース硬度Ｈを用■ いたが、他の方法で測定した硬度でもよいことは原理上
明らかである。

そこでまず、密度の代理特性としての硬度（Ｈ）を用い
て、硬度と含浸、酸化との関係を■ 検討するため、各テストピースにワックスを含浸させる
ことを試み、表面研削後真空中でテストピースを加熱し
てＴｅを蒸発させ、ワックス含浸の有無を調べた。結果
として硬度Ｈ＝　３２ｋｇ／　ｍＪ以上のテストピース
には全く含浸が認められず、Ｈ−２９ｋｇ／−以下のテ
ストピースには多くの含浸が認められまた、酸化物が認
められた。酸化物が認められたのはワックス含浸を１５
０”〜２０Ｇ℃で空気中で行なったため酸化が進んだも
のと思われる。Ｈ−３０ｋｇ／−以上のものは同様の処
理にもかかわらず内部酸化は進んでおらず、非常に安定
な成形体であることがわかった。

上記の実験結果は、Ｈ−３０ｋｇ／−以上のＴｅターゲ
ット、さらにはＨ−３２ｋｇ／−以上のＴｅターゲット
が、含浸や酸化に対して十分な耐性を持つ緻密な構造を
有していることを示している。

それぞれの硬度に対応する相対密度は、第２図から９４
，７％及び９Ｂ、８％であることがわかる。だが、後に
説明するように密度９５％以上、あるいは密度９７％以
上のターゲットであれば常に最も破壊されにくいとは限
らず、また、密度９５％以上の範囲に限定して調べてみ
ても、密度の大小が破壊され難さの大小に一致するわけ
でもないことがわかった。

とはいえ、９５％以上あるいはさらに、９７％以上とい
う密度（またはＨ−３０ｋｇ／−あるいはＨ−ｖ　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｖ３２ｋｇ
／−という硬度）が、ＴＱツタ−ットが破壊応力に対し
て安定であるための、一つの大きな前提条件となるとい
うことは、前記の含浸及び酸化に対する耐性の実験結果
から結論できるといえよう。

そのような条件を満たした上で、さらにどのような条ｆ
牛力（満たされな１すればならないかについて、発明者
等はさらに研究し、次のことを見出した。

すなわち、９５．０％より大きい密度範囲で詳しく研究
した結果、スパッタリング時のターゲットの耐破壊性は
、ターゲット面全体にわたってターゲットの密度が均一
であるか否によって最も人きな影響を受け、密度の代理
特性として発明者等が採用したビッカース硬度Ｈの測定
値のバラツキの大きさを表わすσの値の大小と強い相関
関係を持つものであることがわかった。すなわち、この
σの値がある一定の値以下となるように制御することに
よって、耐破壊性の極めて優れたＴｃ金属ターゲットを
製造できることがわかった。さらに、このびの値を左右
する大きな因子の一つは、粉末を成形するときの充填の
仕方であり、たとえば、金型に山盛りに充填した後、摺
切りによって平坦化するといった従来の安易な充填法で
は十分な密度の均一性が得られないことがわかった。

すなわち、一般に粉末３をダイス１と下バンチ２及び上
バンチ（図示せず）からなる加圧成形用の型に充填する
際（第３ａ図）、特に注意せずに充填すると例えば第３
ｂ図に示すように型内の粉体を最初に投入した部分Ａと
型内に投入した後すり切り等の操作により充填された部
分Ｂとては目視上は均一に見えるが実質的には充填密度
が異なり、これを−軸ないし二輪プレスで圧縮すると充
填方法に起因した密度むらを生じる。

この状態で焼結すれば変形、クラック、密度むら等の欠
陥を持つ焼結体となる。ホットプレスを用いた場合でも
同様な欠陥を持つ焼結体が得られる。変形やクラックを
生じた製品については製造工程で簡単に除去できるが、
密度むらについては非破壊検査が難しいため、特別の対
策はとられておらず、外観上問題がない場合は特に注目
されなかった。また、密度むらについては例えば焼結温
度むら等その他の要因によっても同様な欠陥が発生する
。このような欠陥を持つターゲット材は苛酷な使用条件
で使われた場合、発熱し密度の異なる部分では発熱むら
等を引きおこし、それに起因した様々な応力が発生する
。元来機械的強度が低く融点の低いＴｅターゲットはこ
のような応力や発熱むらにより破壊されたり部分溶融を
引きおこす。したがって、上記の諸点に注意して工程に
工夫と改善をこらし、特に、金属粉末を加圧成形用の型
に充填する操作を極めて高度な均質充填が確保される方
式で行なうようにすれば、密度のバラツキを極めて小さ
くすることができ、その結果非常に大きな出力でスパッ
タリングしても容品にクラックを生じないＴｅターゲッ
トを製造できることが確認された。

以下実施例により、さらに詳しく説明する。

実施例　１ ５′φのＴｅターゲットを作成し、Ｒｒマグネトロンス
パッタ装置を用いてスパッタリングを行ない、投入電力
量を変化させてターゲットの破壊電力を調査し、下記第
１表の結果を得た。

硬度の測定は、ターゲットの各サンプルにつき、ダイヤ
モンド圧子を一定荷重で押しつけて、できた圧痕の大き
さを測定し、換算表でビッカース硬度（Ｈ）を求めた。

Ｈ測定値の平均値又は直Ｖ　　　　　　　　　　　　　
　　　　Ｖ径１２７ｍｍ（５インチ）のターゲット１枚
にっき１ｃｄ当り１ケ所Ｈ測定し、その測定数をｎとし
て計算した。

次に、第１表の結果から、まず、密度と破壊電力との相
関性を検定するため、密度の大きいものから順にデータ
を並べ直してみた。結果は第２表の通りである。

第２表の結果は、試験した密度範囲で密度と破壊電力と
の間に特別の相関性がないことを示している。

そこで次に、第１表の結果から、Ｈの測定値のバラツキ
（σ）と破壊電力（Ｗｂ）との相関性を検討するため、
バラツキ（σ）の大きい順にデータを並べ直してみると
第３表のようになった。

第３表の結果は、Ｈ測定値のバラツキ（標準Ｖ 偏差）σと破壊電力（Ｗ、）との間に、明確ではないが
何らかの相関性があることを感じさせる。

そこで、さらに各サンプルについて、バラツキσがＨの
平均値又の何％に当るかを表わす数値、すなわちσ／ヌ
Ｘ１００を考え、これと破壊電力との相関性を検定する
ためσ／　ｘ　Ｘ　１００の値の大きいものから順にデ
ータを並べ直してみると、第４表のようになった。

第４表の結果は、σ／又の値が小さくなるに従って、破
壊電力の値が大きくなる傾向をはっきりと示している。

この結果を直交座標にプロットすると第１図のようにな
る。

第１図から、σ／又Ｘ　１００−１０．０のとき破壊電
力は３．７Ｗ／ｃ−であり、ａ　／　ＲＸ　１００＜　
１０．０とすれば、破壊電力は確実に３　、７　Ｗ　／
　ｃ−より大きくできることがわかる。試みに、σ／又
Ｘ　１００−８４のとき破壊電力Ｗ、は４．ＯＷ／ｃ−
となり、σ／又×１００−７．６のときＷｂ−４，５Ｗ
／ｃ−となり、σ／ＲＸ１００−６．４のときＷ、−５
，ＱＷ／ｃ−以上となることかはゾ確信をもって予測で
きる。よって、使用目的によってσ／又ｘ　ｉｏｏの値
が１０．０以下の適当な値以下となるように、製造工程
を管理して、製品ターゲット板面の密度の平均化をはか
れば、極めて高い出力で使用できるＴｅターゲットを製
造することができると確信される。

尚、上記は金属テルルターゲットについて説明したが、
テルル合金ターゲットの場合も、Ｈの■ 具体的な数値が違うだけで、本質的に同じ発明の原理が
適用できることは明らかである。

［発明の効果］ ターゲット材の密度を少なくとも９５％とし、さらにタ
ーゲットの板面全体にわたり密度をできる限り均一にす
れば、ターゲット材自身に起因する応力の発生はなくな
るという発想にもとずいて、ターゲット材の密度の均一
化をはかり、その評価方法として、硬度と密度との強い
相関性に着目し、硬度ＤＩ定値を密度の代用特性として
用いることにより、改善された耐クラツク性を持つＴｅ
ターゲットをつくることに成功した。このようにして得
られたターゲット材は、例えば硬度分布が、Ｈ−３３，
［ｉ±３．７（ｋｇ／ｍｊ）のターゲット材が３．５Ｗ
／ｃｄでクラックが発生したのに対しＨ−３２，６±２
．１（ｋｇ／ａ＋Ｊ）のものは前者に比しターゲット材
の密度がかなり小さいにもかかわらず５Ｗ／ｃｄの出力
でもクラックが発生しない。

すなわち、Ｔｃターゲットの製造に際し、製品板面全体
にわたる密度の均一化の重要性を認識し、その実現に密
度の代理特性として硬度を利用できることを確認し、耐
クラツク性の改善されたＴｅターゲットの製造目的に大
きな貢献をすることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ｈの測定値の平均値又に対する測■ 定値の標準偏差σの百分率（σ／又Ｘ　１００％）と焼
結Ｔｃターゲットの破壊電力（Ｗ／ｃｄ）との関係を示
すグラフである。 第２図は焼結Ｔｅターゲットの相対密度（％）とビッカ
ース硬度（Ｈ）との関係を示すグラフ■ である。 第３ａ図は従来の方法により圧粉成形の目的で金型に金
属粉末を投入した直後の状態を表わす概略断面図である
。 第３ｂ図は、第３ａ図に示した状態から摺切りにより粉
末を上面が水平となるようにならした状態における粉末
の充填密度の全型内位置による相違を説明するための概
略断面図である。 図中の符号は、次のものをそれぞれ表わす。 １・・・ダイス　　　　　　２・・・下パンチ３・・・
金属粉末

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属テルルの純度が９９．９９％以上であり、相
   対密度が９５％以上であって、相対密度の代理特性とし
   て、ターゲット材表面の全体にわたり偏りなく測定した
   多数のビッカース硬度Ｈ＿ｖの測定値の標準偏差σが、
   Ｈ＿ｖの測定値の平均値＠ｘ＠の１０．０％以下のある
   選ばれた値以下であることを特徴とする金属テルルから
   なるスパッタリング用焼結金属ターゲット。
2. （２）ターゲット材表面の全体にわたり、偏りなく測定
   した多数のビッカース硬度Ｈ＿ｖの測定値の平均値が、
   ＠ｘ＠＝３０．０（ｋｇ／ｍｍ＾２）以上であり、その
   標準偏差が、σ＝２．５（ｋｇ／ｍｍ＾２）以下である
   ことを特徴とする、金属分９９．９９％以上の金属テル
   ルからなるスパッタリング用焼結金属ターゲット。
3. （３）金属テルル粉末を圧粉成形した後焼結して焼結金
   属ターゲットを製造する方法の製造工程において、金属
   粉末を加圧成形用の金型に充填する操作を極めて高度な
   均質充填が確保される方式で行ない、これを圧粉成形し
   て得られた圧粉成形体を焼結して得られる焼結金属のサ
   ンプルを採取して、その少なくとも一つの表面の全体に
   わたり、偏りなくビッカース硬度Ｈ＿ｖを測定し、Ｈ＿
   ｖの測定値の平均値が＠ｘ＠＝３０．０（ｋｇ／ｍｍ＾
   ２）以上であり、かつその標準偏差がσ＝２．５（ｋｇ
   ／ｍｍ＾２）以下となる条件が満足されるように製造工
   程を管理することを特徴とする金属テルルからなるスパ
   ッタリング用焼結金属ターゲットの製法。