JP5845343B2 - NbO2焼結体及び該焼結体からなるスパッタリングターゲット並びにNbO2焼結体の製造方法 - Google Patents
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Description
ところで、ターゲット用焼結体を作製する場合、目的とする焼結体の組成と原料の組成とを一致させることが最も簡便な製造方法であるが、原料が高価である場合には、製造が簡便であっても、コストが高くなってしまい、生産上の観点から好ましくないという問題があった。
このような知見に基づき、本発明は、
1)NbO2の(400)面からのX線回折ピーク強度に対する、Nb2O5の(001)面もしくは(110)面からのX線回折ピーク強度の強度比が1%以下であることを特徴とするNbO2焼結体。
2)NbO2の(400)面からのX線回折ピーク強度に対する、Nbの(110)面からのX線回折ピーク強度の強度比が1%以下であることを特徴とする上記1)記載のNbO2焼結体。
3)NbO2の(400)面からのX線回折ピーク強度に対する、Nb12O29の(400)面からのX線回折ピーク強度の強度比が5%以下であることを特徴とする上記1)又は2)記載のNbO2焼結体。
4)相対密度が95%以上であることを特徴とする上記1)〜3)のいずれか一に記載のNbO2焼結体。
5)焼結体面内の任意の点における密度比が1.0%以下であることを特徴とする上記1)〜4)のいずれか一に記載のNbO2焼結体。
6)直径が110mm以上であることを特徴とする上記1)〜5)のいずれか一に記載のNbO2焼結体。
7)上記1)〜6)のいずれか一に記載のNbO2焼結体から作製することを特徴とするスパッタリングターゲット。
8)ターゲット表面の抵抗率が100mΩ・cm以下であることを特徴とする上記7)記載のスパッタリングターゲット。
9)無酸素銅、クロム化銅又は亜鉛化銅からなるバッキングプレートにインジウムソルダーを用いてボンディングすることを特徴とする上記7)又は8)記載のスパッタリングターゲット。
10)Nb2O5粉末とNb粉末とを混合し、得られた混合粉を真空中又は不活性雰囲気中で1300℃〜1400℃で熱処理してNbO2を合成した後、合成したNbO2を粉砕し、この粉砕粉を950℃〜1300℃でホットプレスにより焼結することを特徴とするNbO2焼結体の製造方法。
11)合成したNbO2の粉砕粉を950℃〜1100℃でホットプレスにより焼結することを特徴とする上記10)記載のNbO2焼結体の製造方法。
12)Nb2O5粉末の純度が99.9%以上であり、Nb粉末の純度が99.9%以上であることを特徴とする上記10)又は11)記載のNbO2焼結体の製造方法。
13)Nb2O5粉末の結晶系が斜方晶又は単斜晶であることを特徴とする上記10)〜12)のいずれか一に記載のNbO2焼結体の製造方法。
[図2]単斜晶系Nb2O5粉末を使用し、1300℃で合成したNbO2のXRDプロファイルを示す図である。
[図3]実施例3の焼結体(直径110mm)の外観写真を示す図である(1100℃でホットプレス)。
[図4]斜方晶系Nb2O5とNbとを反応焼結した焼結体のXRDプロファイルを示す図である(上段:焼結温度1200℃、中段:1100℃、下段:1000℃、最下段:Nb2O5とNbとの混合粉)。
[図5]比較例1のNb2O5とNbとを1000℃で反応焼結した焼結体のSEM観察画像を示す図である。
[図6]比較例2のNb2O5とNbとを1100℃で反応焼結した焼結体のSEM観察画像を示す図である。
[図7]比較例3のNb2O5とNbとを1200℃で反応焼結した焼結体のSEM観察画像を示す図である。
[図8]比較例5の焼結体(直径460mm)の外観写真を示す図である(1300℃でホットプレス)。
[図9]比較例4の焼結体(直径110mm)の外観写真を示す図である(1300℃でホットプレス)。
合成したNbO2をホットプレスで焼結すると、部分的に孔が形成されている箇所があることから、ホットプレス時にガスが発生していると考えられる。そして、このガスの発生により、ターゲットの端部から中央にかけて徐々に厚さ方向に膨らみが生じ、面内において密度が大きく異なると考えられる。大型の焼結体を作製する場合は、これが原因で焼結体の反りや割れが生じるため、特に有効である。
また、大型の焼結体の場合、特に直径が110mm以上の焼結体の場合には、ホットプレス焼結温度を950℃〜1100℃とするのが好ましい。焼結温度が1100℃超では、焼結中の出ガスにより、焼結体の密度が低下するとともに、焼結体面内の端部(端から30mm以内)の任意の点と中心部の点とで密度に差が生じ、また、焼結体自体にも欠けが発生する場合があるからである。
純度99.9%の斜方晶系Nb2O5粉末と純度99.9%のNb粉末とを混合し、カーボン製の坩堝に入れ、不活性ガス雰囲気で熱処理を行った。熱処理温度は1300℃とし、処理時間は2時間とした。なお、Nb2O5粉の結晶構造は熱処理結果には左右されず、また熱処理時間は処理量や炉の構造によるものであるため、これに限定されない。熱処理合成した後のX線回折法による解析結果を図1に示す。合成の途中で現れるNb12O29(400)面のX線回折ピーク強度とNbO2(400)面のX線回折ピーク強度との強度比は1.7%であり、Nb2O5(001)面のX線回折ピーク強度とNbO2(400)面のX線回折ピーク強度との強度比は0.1%以下であり、Nb(110)面のX線回折ピーク強度とNbO2(400)面のX線回折ピーク強度との強度比は0.1%であった。また、この合成された原料をICPでNb量を測定した結果、理論値74.4wt%に対して、測定値74.5wt%であり、NbO2が合成されていることを確認した。
純度99.9%の単斜晶系Nb2O5粉末と純度99.9%のNb粉末とを混合し、カーボン製の坩堝に入れ、真空中で熱処理を行った。熱処理温度は1300℃とし、処理時間は2時間とした。なお、Nb2O5粉の結晶構造は熱処理結果には左右されず、また熱処理時間は処理量や炉の構造によるものであるため、これに限定されない。熱処理合成した後のX線回折法による解析結果を図2に示す。合成の途中で現れるNb12O29(400)面のX線回折ピーク強度とNbO2(400)面のX線回折ピーク強度との強度比は4.6%であり、Nb2O5(001)面のX線回折ピーク強度とNbO2(400)面のX線回折ピーク強度との強度比は0.1%以下であり、Nb(110)面のX線回折ピーク強度とNbO2(400)面のX線回折ピーク強度との強度比は0.3%であった。また、この合成された原料をICPでNb量を測定した結果、理論値74.4wt%に対して、測定値74.0wt%であり、NbO2が合成されていることを確認した。
実施例1で得られた微粉砕後のNbO2粉末を1100℃でホットプレス焼結して直径110mmの焼結体を作製した。その結果、得られた焼結体の相対密度の平均値は95.8%と高密度であり、面内分布の密度比を0.2%以下に抑えることができた。また、図3に示めすように焼結体の外観において特に異常は見られなかった。さらにこの焼結体の表面を研削し、表面の抵抗率を四端子法で測定したところ、37.7mΩ・cmであった。
実施例1で得られた微粉砕後のNbO2粉末を950℃でホットプレス焼結して直径110mmの焼結体を作製した。その結果、得られた焼結体の相対密度の平均値は96.6%と高密度であり、面内分布の密度比を0.2%以下に抑えることができた。また、図示していないが、焼結体の外観において特に異常は見られなかった。さらにこの焼結体の表面を研削し、表面の抵抗率を四端子法で測定したところ、1.5mΩ・cmと良好な導電性を得ることができた。
実施例1で得られた微粉砕後のNbO2粉末を1060℃でホットプレス焼結して直径460mmの焼結体を作製した。その結果、得られた焼結体の相対密度の平均値は97.1%と高密度であり、面内分布の密度比を0.5%以下に抑えることができた。また、図示していないが、焼結体の外観において特に異常は見られなかった。さらにこの焼結体の表面を研削し、表面の抵抗率を四端子法で測定したところ、2.1mΩ・cmと良好な導電性を得ることができた。
実施例1で得られた微粉砕後のNbO2粉末を950℃でホットプレス焼結して直径460mmの焼結体を作製した。その結果、得られた焼結体の相対密度の平均値は95.2%と高密度であり、面内分布の密度比を0.5%以下に抑えることができた。また、図示していないが、焼結体の外観において特に異常は見られなかった。
実施例2で得られた微粉砕後のNbO2粉末を1050℃でホットプレス焼結して直径460mmの焼結体を作製した。その結果、得られた焼結体の相対密度の平均値は96.6%と高密度であった。なお、密度の面内分布の測定については、破壊検査になるため、この焼結体では評価していないが、実施例3、4、5、6の結果から、密度比0.5%以下の面内分布が期待できる。次に、この焼結体をφ425×6.35mmの円盤に加工し、さらに、無酸素銅からなるバッキングプレートに、In(インジウム)ソルダーでボンディングした。そして、このNbO2表面の抵抗率を四端子法で測定したところ、2.5mΩ・cmと良好な導電性を得ることができた。
純度99.9%のNb2O5粉末と純度99.9%のNb粉末とを混合し、合成と焼結を同時に行う反応焼結を実施した。なお、反応焼結は、ホットプレスを用いて行った。プレス形状は直径30mm、厚さ9mmとし、ホットプレス温度は1000℃とした。
得られた焼結体の表面のSEM観察画像を図5に示す。その結果、NbO2以外の物質(薄い灰色の部分)が残存していることを確認した。また、X線回折法を用いて焼結体表面を解析した結果、図4下段に示されるように、Nbや合成途中のNb12O29などのピークが観察された。このように、比較例1では、NbO2の合成が完全ではなかった。
ホットプレス温度を1100℃とし、それ以外の条件は比較例1と同様として、反応焼結により焼結体を作製した。得られた焼結体の表面のSEM観察画像を図6に示す。その結果、NbO2以外の物質(薄灰色の部分)が残存しているとともに、メタルのNb周辺に孔が形成されていることを確認した。また、X線回折法を用いて焼結体表面を解析した結果、図4中段に示されるように、Nbや合成途中のNb12O29などのピークが観察された。このように、比較例2では、NbO2の合成が完全ではなかった。
ホットプレス温度を1200℃とし、それ以外の条件は比較例1と同様として焼結体を作製した。得られた焼結体の表面のSEM観察画像を図7に示す。その結果、メタルのNb周辺に多数の孔が形成されていることを確認した。また、X線回折法を用いて焼結体表面を解析した結果、図4上段に示されるように、Nbや合成途中のNb12O29などのピークが観察された。このように、比較例3では、NbO2の合成が完全ではなかった。
実施例1で得られた微粉砕後のNbO2粉末を1300℃でホットプレス焼結して直径110mmの焼結体を作製した。その結果、得られた焼結体の相対密度の平均値は85.0%と大幅に低下し、面内分布の密度比は6.1%と悪化していた。また、図9に示めすように焼結体の外観において中心部が欠けて窪みが形成されていた。この欠けは焼結中のガスの発生(出ガス)が原因と考えられる。
実施例1で得られた微粉砕後のNbO2粉末を1300℃でホットプレス焼結して直径460mmの焼結体を作製した。その結果、得られた焼結体の相対密度の平均値は79.5%と大幅に低下し、面内分布の密度比は3.1%と悪化していた。また、図8に示めすように焼結体の外観において中心部が欠けて窪みが形成されていた。この欠けは焼結中のガスの発生(出ガス)が原因と考えられる。
実施例1で得られた微粉砕後のNbO2粉末を900℃でホットプレス焼結して直径110mmの焼結体を作製した。その結果、得られた焼結体の面内分布の密度比は0.9%と小さかったものの、相対密度の平均値は88.6%と大幅に低下していた。このように、ホットプレス温度が低い場合には、密度面内分布に問題はないものの、密度が不足し、十分な焼結を行うことができなかった。
Claims (10)
- NbO2の(400)面からのX線回折ピーク強度に対する、Nb2O5の(001)面もしくは(110)面からのX線回折ピーク強度の強度比が1%以下であり、相対密度が95%以上であることを特徴とするNbO2焼結体スパッタリングターゲット。
- NbO2の(400)面からのX線回折ピーク強度に対する、Nbの(110)面からのX線回折ピーク強度の強度比が1%以下であることを特徴とする請求項1記載のNbO2焼結体スパッタリングターゲット。
- NbO2の(400)面からのX線回折ピーク強度に対する、Nb12O29の(400)面からのX線回折ピーク強度の強度比が5%以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のNbO2焼結体スパッタリングターゲット。
- 焼結体面内の任意の2点における密度の差が1.0%以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のNbO2焼結体スパッタリングターゲット。
- 直径が110mm以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のNbO2焼結体スパッタリングターゲット。
- ターゲット表面の抵抗率が100mΩ・cm以下であることを特徴とする請求項5に記載のスパッタリングターゲット。
- 無酸素銅、クロム化銅又は亜鉛化銅からなるバッキングプレートにインジウムソルダーを用いてボンディングすることを特徴とする請求項6記載のスパッタリングターゲット。
- Nb2O5粉末とNb粉末とを混合し、得られた混合粉を真空中又は不活性雰囲気中で1300℃〜1400℃で熱処理してNbO2を合成した後、合成したNbO2を粉砕し、この粉砕粉を950℃〜1100℃でホットプレスにより焼結することを特徴とするNbO2焼結体の製造方法。
- Nb2O5粉末の純度が99.9%以下であり、Nb粉末の純度が99.9%以上であることを特徴とする請求項8記載のNbO2焼結体の製造方法。
- Nb2O5粉末の結晶系が斜方晶又は単斜晶であることを特徴とする請求項8又は9に記載のNbO2焼結体の製造方法。
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