Золотая распыляемая мишень
Группа изобретений относится к золотой распыляемой мишени и способу ее изготовления, которые могут использоваться, например, в кварцевых генераторах для изготовления электродов возбуждения с напыленной пленкой Au. Золотая мишень выполнена из золота и неизбежных примесей и имеет поверхность, подлежащую распылению. В золотой распыляемой мишени среднее значение твердости по Виккерсу составляет 40 или более и 60 или менее, а средний размер кристаллического зерна составляет 15 мкм или более и 200 мкм или менее. Показатель N ориентации кристаллографических плоскостей {110} золота составляет более 1. Указанный показатель N является наибольшим среди показателей N ориентации всех кристаллографических плоскостей золота, основанных на отношении интенсивности дифракции каждой из кристаллографических плоскостей золота, полученных с помощью рентгеновской дифракции для подлежащей распылению поверхности. Способ изготовления золотой распыляемой мишени включает приготовление золотой заготовки из золотого слитка, обработку золотой заготовки с получением пластинчатой золотой распыляемой мишени или с получением трубчатой золотой распыляемой мишени и термообработку. При осаждении пленки Au с использованием указанной выше золотой распыляемой мишени получают пленку Au, удовлетворяющую требованиям равномерности распределения толщины пленки. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 15 табл., 29 пр.
Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Варианты реализации, описание которых приведено здесь, относятся к золотой распыляемой мишени.
Предпосылки изобретения
[0002] Пленка Au, нанесенная с использованием золотой (Au) распыляемой мишени, используется в различных областях благодаря своей отличной химической стойкости и электрическим свойствам самого золота. Например, в кварцевых генераторах напыленная пленка Au используется в качестве электродов возбуждения или т.п., которые образованы на обеих сторонах кварцевого кристалла. В кварцевом генераторе требуется золотая распыляемая мишень, позволяющая наносить пленку Au с равномерным распределением толщины пленки при распылении, поскольку частота колебаний регулируется с помощью толщины пленки Au, и т.п.
[0003] Что касается формы распыляемой мишени, то известна распыляемая мишень пластинчатой формы, такой как форма диска или прямоугольная форма, используемые для плоского магнетронного распыления. Дополнительно к этому, известна также цилиндрическая распыляемая мишень. Цилиндрическая распыляемая мишень начала распространяться на мишени из керамического материала или т.п., а также наблюдается распространение на мишени на металлической основе/на основе сплавов, изучается также применение мишеней из благородного металла, такого как серебро (Ag), поскольку скорость использования материала мишени при распылении увеличивается по сравнению с пластинчатыми распыляемыми мишенями (ссылки 1, 2).
[0004] В золотой распыляемой мишени, используемой для осаждения пленки Au, исследуется использование не только пластинчатой мишени, но и цилиндрической мишени. Однако в обычной золотой распыляемой мишени трудно достигнуть однородности распределения толщины пленки, которая требуется для пленки Au, используемой в качестве электрода в кварцевом генераторе или т.п., как при пластинчатой мишени, так и при цилиндрической мишени. В частности, при цилиндрической золотой распыляемой мишени трудно увеличивать однородность распределения толщины пленки Au из-за обработки до цилиндрической формы.
[0005] В частности, кварцевый генератор используется в портативном оборудовании или т.п., и для уменьшения размера, веса, толщины и т.д. портативного оборудования требуется уменьшение размера, веса, толщины и т.д. кварцевого генератора. Например, размер кварцевого генератора был уменьшен с 5,0 мм х 3,2 мм (размер 5032) до 3,2 мм х 2,5 мм (размер 3225), 2,5 мм х 2,0 мм (размер 2520), 2,0 мм х 1,6 мм (размер 2016), 1,6 мм х 1,2 мм (размер 1612), и сам кварцевый кристалл также уменьшился в размере в соответствии с этим.
[0006] Кварцевый генератор образован посредством формирования пленок Au на обеих поверхностях кварцевого кристалла (заготовки) в качестве электродов, как указывалось выше. Наружная форма кварцевого кристалла придается посредством травления для скругления углов, или же углы скругляются механически, когда кварцевый кристалл штампуют прессованием, и частота стабилизирована посредством центрирования центра тяжести. Поскольку необработанная поверхность кварцевого кристалла отрицательно сказывается на частотных характеристиках, то желательна высокая гладкость. Высокая гладкость, т.е. небольшое отклонение толщины пленки, желательна также у электродов, образованных на кварцевом кристалле. Поскольку электрод имеет трехмерную структуру с толщиной, то оказываемый на трехмерную форму эффект отклонения толщины пленки становится больше при уменьшении размера кварцевого кристалла. В соответствии с этим, требуется дальнейшее уменьшение отклонения толщины пленки Au, которая нанесена на электрод в соответствии с уменьшением размера кварцевого генератора или т.п.
[0007] В кварцевом генераторе с частотой 32 кГц, используемом для часов, эффект отклонения массы пленки Au, оказываемый на частичные характеристики, является большим. Для кварцевого генератора с частотой 32 кГц применяется форма, называемая вилочной или камертонной. Хотя кварцевый генератор камертонного типа подходит для уменьшения размера, строго необходимо уменьшение отклонения массы на основании отклонения толщины пленки Au, поскольку отклонение массы пленки Au влияет на частотные характеристики. Поскольку частота кварцевого генератора камертонного типа трудно поддается регулированию, то были предприняты различные меры. Например, способ формирования пленки Au сменился со способа осаждения из паровой фазы на способ распыления. После формирования пленки Au способом распыления часть пленки Au удаляют лазерным лучом для регулирования массы, или же, когда пленку Au формируют способом распыления, используют весы для регулирования массы, и т.п. В этих условиях можно значительно сократить трудозатраты на регулирование частоты, если отклонение массы можно осуществлять на основании отклонения толщины пленки Au. В частности, поскольку эффект отклонения толщины пленки становится больше при уменьшении размера кварцевого генератора, масса легко варьируется. Требуется уменьшать отклонение толщины напыленной пленки Au также с учетом приведенного выше контекста.
Релевантные ссылки
Патентные ссылки
[0008] Ссылка 1: JP-A 2009-512779
Ссылка 2: JP-A 2013-204052
Ссылка 3: WO 2015/111563 А1
Сущность изобретения
[0009] Задачей данного изобретения является создание золотой распыляемой мишени, способной увеличивать равномерность распределения толщины пленки Au.
[0010] Золотая распыляемая мишень согласно данному изобретению характеризуется тем, что золотая распыляемая мишень выполнена из золота и неизбежных примесей и имеет подлежащую распылению поверхность, где среднее значение твердости по Виккерсу составляет 40 или более и 60 или менее, средний размер кристаллического зерна составляет 15 мкм или более и 200 мкм или менее, и плоскость {110} золота преимущественно ориентирована по поверхности.
Эффект изобретения
[0011] Пленка Au с отличной равномерностью распределения толщины пленки может быть воспроизводимо получена с помощью выполнения осаждения распылением с использованием золотой распыляемой мишени согласно данному изобретению.
Подробное описание
[0012] Ниже приводится описание вариантов реализации данного изобретения. Распыляемая мишень согласно варианту реализации выполнена из золота (Au) и неизбежных примесей. Неизбежные примеси, в отличие от золота, содержащегося в золотой распыляемой мишени, особо не ограничены. Чистота золота в распыляемой мишени устанавливается в соответствии с применением мишени и применением пленки, формируемой с использованием этой мишени, и чистота золота составляет, например, 99,99% или более. Пленка Au высокой чистоты может быть получена при использовании распыляемой мишени с чистотой золота 99,99% или выше.
[0013] Форма золотой распыляемой мишени по варианту реализации особо не ограничена, и мишень может иметь пластинчатую форму или цилиндрическую форму. Примеры характерных форм пластинчатой распыляемой мишени включают многоугольную пластину или такую как, например, диск или прямоугольная пластина. Дополнительно, например, форма может быть такой, когда часть дисковой пластины или многоугольной пластины просверлена с образованием полой части, при этом на части поверхности диска или многоугольной пластины предусмотрены наклонная часть, выступ, углубление и т.д., и такая форма особо не ограничена. Форма цилиндрической распыляемой мишени особо не ограничена, и применяется форма или т.п. в соответствии с оборудованием распыления. В качестве примера, форма цилиндрической распыляемой мишени включает форму с наружным диаметром от 170 до 50 мм, внутренним диаметром от 140 до 20 мм и длиной от 100 до 3000 мм. Золотая распыляемая мишень имеет поверхность, подлежащую распылению (поверхность распыления). В случае пластинчатой распыляемой мишени поверхность пластины становится поверхностью распыления, а в случае цилиндрической распыляемой мишени поверхность цилиндра (цилиндрическая поверхность) становится поверхностью распыления.
[0014] Золотая распыляемая мишень согласно варианту реализации имеет твердость по Виккерсу 40 или более и 60 или менее. Пленка Au с отличной однородностью распределения толщины пленки может быть осаждена посредством выполнения осаждения распылением с использованием золотой распыляемой мишени, имеющей указанную выше твердость по Виккерсу. Таким образом, когда твердость по Виккерсу золотой распыляемой мишени превышает 60, это означает, что в распылительной мишени остается созданное во время изготовления напряжение. В таком случае частицы неравномерно вылетают из мишени при распылении, что приводит к нарушению равномерности распределения толщины пленки. Твердость по Виккерсу золотой распыляемой мишени предпочтительно составляет 55 или менее. При нагревании во время распыления твердость и размер кристаллического зерна изменяются, уменьшая равномерность вылета частиц. С другой стороны, когда твердость по Виккерсу золотой распыляемой мишени меньше 40, то нарушается ориентация кристаллов в соответствии с началом роста зерен, что приводит к нарушению равномерности распределения толщины пленки. Твердость по Виккерсу золотой распыляемой мишени предпочтительно составляет 45 или более.
[0015] Твердость по Виккерсу золотой распыляемой мишени измеряют указанным ниже образом. В случае пластинчатой распыляемой мишени, местами измерения являются всего девять мест, по три места с интервалами 10 мм на произвольной прямой линии на поверхности распыления (поверхности, подлежащей распылению), всего три места по одному месту из трех зон, разделенных на три части в направлении толщины первого поперечного сечения, которое ортогонально поверхности распыления (всего три места с интервалами 1,5 мм на прямой линии в направлении толщины относительно образца с толщиной 5 мм в примерах), и всего три места по одному месту из зон, разделенных на три части в направлении толщины второго поперечного сечения, которое находится под прямым углом к поверхности распыления и к первому поперечному сечению (всего три места с интервалами 1,5 мм на прямой линии в направлении толщины относительно образца с толщиной 5 мм в примерах). Твердость по Виккерсу в каждом месте измерения измеряют с испытательной силой (силой вдавливания) 200 гс. Вычисляют среднее значение (HVav1) твердости по Виккерсу на поверхности распыления, среднее значение (HVav2) твердости по Виккерсу в первом поперечном сечении и среднее значение (HVav3) твердости по Виккерсу во втором поперечном сечении. Эти соответствующие средние значения (HVav1, HVav2, HVav3) поверхности распыления, первого поперечного сечения и второго поперечного сечения усредняют, и полученное значение принимают за среднее значение (HVtav) твердости по Виккерсу всей пластинчатой золотой распыляемой мишени.
[0016] В пластинчатой золотой распыляемой мишени предпочтительно отношение (HVav1)/(HVtav) среднего значения (HVav1) твердости по Виккерсу поверхности распыления к твердости по Виккерсу (HVtav) всей мишени, отношение (HVav2)/(HVtav) среднего значения (HVav2) твердости по Виккерсу первого поперечного сечения к твердости по Виккерсу (HVtav) всей мишени и отношение (HVav3)/(HVtav) среднего значения (HVav2) твердости по Виккерсу второго поперечного сечения к твердости по Виккерсу (HVtav) всей мишени находятся соответственно в диапазоне от 0,8 до 1,2. Таким образом, отклонение твердости по Виккерсу золотой распыляемой мишени предпочтительно находится в пределах ±20%. Направление вылета частиц при распылении является более равномерным, а равномерность распределения толщины пленки дополнительно улучшается, когда отклонение твердости по Виккерсу в каждой части золотой распыляемой мишени является небольшим.
[0017] Когда золотая распыляемая мишень является цилиндрической распыляемой мишенью, то местами измерения являются всего девять мест, по три места с интервалами 10 мм на произвольной первой прямой линии, параллельной оси цилиндра, на поверхности распыления (цилиндрической поверхности), три места с интервалами 10 мм на второй прямой линии, повернутой на 90° относительно первой прямой линии, и всего три места по одному месту из зон, разделенных на три части в направлении по толщине поперечного сечения, которое ортогонально оси цилиндра (всего три места с интервалами 1,5 мм на прямой линии в направлении толщины относительно образца с толщиной 5 мм в примерах). Твердость по Виккерсу в каждом месте измерения измеряют с испытательной силой (силой вдавливания) 200 гс. Вычисляют среднее значение (HVav1) твердости по Виккерсу на первой прямой линии на поверхности распыления, среднее значение (HVav2) твердости по Виккерсу на второй прямой линии и среднее значение (HVav3) твердости по Виккерсу в поперечном сечении. Эти соответствующие средние значения (HVav1, HVav2, HVav3) поверхности распыления и поперечного сечения затем усредняют, и полученное значение принимают за среднее значение (HVtav) твердости по Виккерсу всей цилиндрической золотой распыляемой мишени.
[0018] В цилиндрической золотой распыляемой мишени предпочтительно отношение (HVav1)/(HVtav) среднего значения первой твердости по Виккерсу (HVav1) поверхности распыления к твердости по Виккерсу (HVtav) всей мишени, отношение (HVav2)/(HVtav) среднего значения второй твердости по Виккерсу (HVav2) поверхности распыления к твердости по Виккерсу (HVtav) всей мишени и отношение (HVav3)/(HVtav) среднего значения твердости по Виккерсу (HVav2) поперечного сечения к твердости по Виккерсу (HVtav) всей мишени находятся соответственно в диапазоне от 0,8 до 1,2. Таким образом, отклонение твердости по Виккерсу золотой распыляемой мишени предпочтительно находится в пределах ±20%. Направление вылета частиц при распылении является более равномерным, а равномерность распределения толщины пленки дополнительно улучшается, когда отклонение твердости по Виккерсу в каждой части цилиндрической золотой распыляемой мишени является небольшим. В цилиндрической золотой распыляемой мишени равномерность распределения толщины пленки может быть улучшена посредством обеспечения малого отклонения твердости по Виккерсу в каждой части поверхности распыления (цилиндрической поверхности), поскольку вся поверхность цилиндра распыляется во время вращения цилиндрической мишени.
[0019] В золотой распыляемой мишени по варианту реализации средний размер кристаллического зерна составляет предпочтительно 15 мкм или более и 200 мкм или менее. Осаждение распылением осуществляется с использованием золотой распыляемой мишени, имеющей такой средний размер кристаллического зерна, что приводит к дальнейшему повышению равномерности распределения толщины пленки Au. То есть, когда средний размер кристаллического зерна золотой распыляемой мишени меньше 15 мкм, то вылет частиц из мишени при распылении становится неравномерным, что приводит к нарушению равномерности распределения толщины пленки. Средний размер кристаллического зерна золотой распыляемой мишени предпочтительно составляет 30 мкм или более. В то же время, когда средний размер кристаллического зерна золотой распыляемой мишени превышает 200 мкм, то полетные свойства частиц при распылении понижаются, что приводит к нарушению равномерности распределения толщины пленки. Средний размер кристаллического зерна золотой распыляемой мишени более предпочтительно составляет 150 мкм или менее.
[0020] Средний размер кристаллического зерна золотой распыляемой мишени измеряют указанным ниже образом. В случае, когда золотая распыляемая мишень является пластинчатой распыляемой мишенью, местами измерения являются всего девять мест по три места с интервалами 10 мм на произвольной прямой линии на поверхности распыления, всего три места по одному месту из зон, разделенных на три части в направлении по толщине первого поперечного сечения, которое ортогонально поверхности распыления (всего три места с интервалами 1,5 мм на прямой линии в направлении толщины относительно образца с толщиной 5 мм в примерах), и всего три места по одному месту из зон, разделенных на три части в направлении по толщине второго поперечного сечения, которое проходит под прямым углом к поверхности распыления и к первому поперечному сечению (всего три места с интервалами 1,5 мм на прямой линии в направлении толщины относительно образца с толщиной 5 мм в примерах). Снимают макрофотографию каждого места измерения с помощью оптического микроскопа. Увеличение фотографии устанавливают на такое увеличение, которое обеспечивает простоту измерения размера кристаллического зерна, например, 50-кратное увеличение или 100-кратное увеличение. Проводят прямые линии вертикально и горизонтально, с прохождением через центр макрофотографии, и подсчитывают число кристаллических зерен, которые пересекаются каждой прямой линией. Кристаллическое зерно на конце линейного сегмента считается за 0,5. Длины вертикальной и горизонтальной прямых линий делят на число кристаллических зерен, находя вертикальный и горизонтальный средние размеры зерен, и среднее значение этих размеров принимают за средний размер зерна одного образца.
[0021] Вычисляют соответственно среднее значение размера кристаллического зерна (ADav1) на поверхности распыления, среднее значение размера кристаллического зерна (ADav2) в первом поперечном сечении и среднее значение размера кристаллического зерна (ADav3) во втором поперечном сечении. Эти средние значения размеров кристаллического зерна (ADav1, ADav2, ADav3) на поверхности распыления, в первом поперечном сечении и во втором поперечном сечении затем усредняют, принимая полученное значение за средний размер кристаллического зерна (ADtav) всей пластинчатой золотой распыляемой мишени в целом.
[0022] В пластинчатой золотой распыляемой мишени предпочтительно отношение (ADav1)/(ADtav) среднего размера кристаллического зерна (ADav1) поверхности распыления к среднему размеру кристаллического зерна (ADtav) всей мишени, отношение (ADav2)/(ADtav) среднего размера кристаллического зерна (ADav2) в первом поперечном сечении к среднему размеру кристаллического зерна (ADtav) всей мишени и отношение (ADav3)/(ADtav) среднего размера кристаллического зерна (ADav3) во втором поперечном сечении к среднему размеру кристаллического зерна (ADtav) всей мишени находятся соответственно в диапазоне от 0,8 до 1,2. Таким образом, отклонение среднего размера кристаллического зерна золотой распыляемой мишени предпочтительно находится в пределах ±20%. Направление вылета частиц при распылении является более равномерным, а равномерность распределения толщины пленки дополнительно улучшается, когда отклонение среднего размера кристаллического зерна в каждой части золотой распыляемой мишени является небольшим.
[0023] В том случае, когда золотая распыляемая мишень является цилиндрической распыляемой мишенью, то местами измерения являются всего девять мест по три места с интервалами 10 мм на произвольной первой прямой линии, параллельной оси цилиндра, на поверхности распыления (цилиндрической поверхности), три места с интервалами 10 мм на второй прямой линии, повернутой на 90° относительно первой прямой линии, и всего три места по одному месту из зон, разделенных на три части в направлении по толщине поперечного сечения, которое ортогонально оси цилиндра (всего три места с интервалами 1,5 мм на прямой линии в направлении толщины относительно образца с толщиной 5 мм в примерах). Вычисляют среднее значение размера кристаллического зерна (ADav1) на первой прямой линии поверхности распыления, среднее значение размера кристаллического зерна (ADav2) на второй прямой линии и среднее значение размера кристаллического зерна (ADav3) в поперечном сечении. Эти средние значения (ADav1, ADav2, ADav3) на поверхности распыления и в поперечном сечении затем усредняют, принимая полученное значение за средний размер кристаллического зерна (ADtav) всей цилиндрической золотой распыляемой мишени в целом.
[0024] В цилиндрической золотой распыляемой мишени предпочтительно отношение (ADav1)/(ADtav) первого среднего размера кристаллического зерна (ADav1) поверхности распыления к среднему размеру кристаллического зерна (ADtav) всей мишени, отношение (ADav2)/(ADtav) второго среднего размера кристаллического зерна (ADav2) поверхности распыления к среднему размеру кристаллического зерна (ADtav) всей мишени и отношение (ADav3)/(ADtav) среднего размера кристаллического зерна (ADav2) поперечного сечения к среднему размеру кристаллического зерна (ADtav) всей мишени находятся соответственно в диапазоне от 0,8 до 1,2. Таким образом, отклонение среднего размера кристаллического зерна золотой распыляемой мишени предпочтительно находится в пределах ±20%. Направление вылета частиц при распылении является более равномерным, а равномерность распределения толщины пленки дополнительно улучшается, когда отклонение среднего размера кристаллического зерна в каждой части цилиндрической золотой распыляемой мишени является небольшим. В цилиндрической золотой распыляемой мишени равномерность распределения толщины пленки может быть улучшена посредством обеспечения малого отклонения среднего размера кристаллического зерна в каждой части поверхности распыления (цилиндрической поверхности), поскольку вся цилиндрическая поверхность распыляется во время вращения цилиндрической мишени.
[0025] В золотой распыляемой мишени по варианту реализации предпочтительно, чтобы плоскость {110} Au была преимущественно ориентирована по поверхности распыления. Золото имеет гранецентрированную кубическую структуру, и плоскость {110} среди кристаллографических плоскостей, образующих структуру, является более вероятной для распыления по сравнению с другими кристаллографическими плоскостями. Поскольку направление вылета частиц при распылении становится стабильным при преимущественной ориентации плоскости {110} по поверхности распыления, то может быть дополнительно улучшена равномерность распределения толщины пленки. В данном случае состояние, в котором поверхность распыления преимущественно ориентирована в плоскости {110}, означает, что поверхность распыления золотой распыляемой мишени подвергается рентгеновской дифракции, и показатель N ориентации каждой кристаллографической плоскости определяется с помощью приведенной ниже формулы Вильсона (1) из отношения интенсивности дифракции каждой кристаллографической плоскости золота, и показатель N ориентации плоскости {110} составляет более 1 и является наибольшим среди показателей N ориентации всех кристаллографических плоскостей. Показатель N ориентации плоскости {110} золота предпочтительно составляет 1,3 или более.
[0026] [математическая формула 1]
N=
(1)
В формуле (1) I/I(hkl) является отношением интенсивности дифракции плоскости (hkl) в рентгеновской дифракции, JCPDS·I/I(hkl) является отношением интенсивности дифракции плоскости (hkl) на карте JCPDS (Объединенного комитета по стандартам порошковой дифракции), Σ(I/I(hkl)) является суммой отношений интенсивности дифракции всех кристаллографических плоскостей при рентгеновской дифракции, и Σ(JCPDS·I/I(hkl)) является суммой отношений интенсивности дифракции всех кристаллографических плоскостей на карте JCPDS.
[0027] Золотая распыляемая мишень по варианту реализации обеспечивает значительное улучшение равномерности распределения толщины напыленной пленки Au на основании сочетания твердости по Виккерсу 40 или более и 60 или менее, среднего размера кристаллического зерна 15 мкм или более и 200 мкм или менее, и преимущественной ориентации плоскости {110} Au по поверхности распыления. То есть, соответствующие эффекты твердости по Виккерсу, среднего размера кристаллического зерна и преимущественной ориентации плоскости Au синергично действуют на улучшение свойств вылета и равномерности частиц при распылении и дополнительно на стабильность в направлении вылета частиц. Когда напыленная пленка Au наносится, например, на электроды или т.п. электронного прибора, такого как кварцевый генератор, который уменьшен в размере, то становится возможным обеспечение пленки Au с небольшими отклонением толщины пленки и отклонением массы из-за отклонения толщины пленки, и отличной равномерности распределения толщины пленки и распределения массы.
[0028] Способ изготовления золотой распыляемой мишени согласно указанному выше варианту реализации особо не ограничен. Например, пластинчатую золотую распыляемую мишень можно получить с помощью способа изготовления, сочетающего в себе литье, резку, ковку и термообработку исходного золотого материала. Вместо ковки можно применять прокатку исходного золотого материала в случае пластинчатой золотой распыляемой мишени. Цилиндрическую золотую распыляемую мишень можно получить с помощью способа изготовления, сочетающего в себе литье, резку, обработку на трубу и термообработку исходного золотого материала. Примеры обработки на трубу включают процесс прессования, такой как метод Рафло, процесс вытяжки, процесс ковки и т.д. Указанная выше твердость по Виккерсу, средний размер кристаллического зерна, преимущественная кристаллографическая плоскость и т.д. могут быть получены посредством управления степенью обжатия и температурой термообработки в каждом процессе обработки.
[0029] Процесс литья исходного золотого материала предпочтительно выполняют посредством плавления исходного золотого материала в графитовом тигле в вакуумной атмосфере или инертной атмосфере, или плавления в графитовом тигле с одновременным распылением инертного газа над поверхностью расплавленного металла с использованием атмосферной плавильной печи, или с одновременным покрытием поверхности расплавленного металла твердым герметизирующим материалом на основе углерода и литье в литейную форму, выполненную из графита или чугуна. Затем сошлифовывают и удаляют дефекты на наружной периферийной поверхности отлитого золотого слитка. Чистота золота в золотом слитке предпочтительно составляет 99,99% или более (4N или более).
[0030] При изготовлении пластинчатой золотой распыляемой мишени золотой слиток отливают в желаемой форме пластины. Процесс ковки золотого слитка предпочтительно осуществляют в горячем диапазоне от 200 до 800°С, а предпочтительно выполняют так, что степень обжатия (степень уменьшения поперечного сечения или степень уменьшения толщины) составляет 50% или более и 90% или менее. Процессы ковки могут осуществляться множество раз, и термообработка может выполняться в промежутках между ними. Когда процессы ковки осуществляются множество раз, то указанная степень обжатия является общей степенью обжатия. При задании степени обжатия в процессе ковки на 50% или более структура литья разрушается и вероятно получение равномерной структуры рекристаллизации, и могут быть увеличены контролируемость и равномерность твердости и размера кристаллического зерна в последующем процессе термообработки. Кованое золотое изделие может подвергаться процессу холодной прокатки в соответствии с потребностью. Степень обжатия в процессе прокатки предпочтительно составляет 50% или более и 90% или менее, хотя она зависит от степени обжатия во время ковки. Кроме того, для обработки золотого слитка можно применять процесс прокатки вместо процесса ковки. Процесс прокатки золотого слитка предпочтительно выполняют в горячем диапазоне от 200 до 800°С, и степень обжатия (степень уменьшения поперечного сечения или уменьшения толщины) находится в диапазоне от 50 до 90%.
[0031] При изготовлении цилиндрической золотой распыляемой мишени имеющая форму стержня золотая заготовка подвергается обработке в трубчатую форму с помощью процесса прессования, такого как метод Рафло, процесса вытяжки, процесса ковки и т.д. Когда применяется процесс прессования, такой как метод Рафло, процесс прессования предпочтительно выполняют в холодном состоянии, и наружный диаметр и толщина стенки трубы определяются формой матрицы (внутренним диаметром или т.п.) и формой оправки (наружным диаметром или т.п.). При этом коэффициент вытяжки (отношение наружного диаметра заготовки к наружному диаметру трубы) предпочтительно устанавливают равным 1,5 или более и 3,0 или менее. За счет задания коэффициента вытяжки равным 1,5 или более разрушается литая структура и увеличивается вероятность получения равномерной структуры рекристаллизации, и могут быть увеличена контролируемость и равномерность твердости в последующем процессе термообработки. Когда коэффициент вытяжки превышает 3,0, то внутреннее напряжение становится слишком большим, и увеличивается вероятность возникновения трещин и складок.
[0032] Когда применяется процесс вытяжки, золотой трубчатый элемент, полученный с помощью процесса прессования, процесса выемки и т.п., предпочтительно обрабатывают до желаемой трубчатой формы посредством холодной вытяжки, и управление наружным диаметром и толщиной стенки трубы осуществляется с помощью формы матрицы (внутреннего диаметра или т.п.) и формы пуансона (наружного диаметра или т.п.). При этом степень обжатия за один проход устанавливается предпочтительно равной 2% или более и 5% или менее. Процесс вытяжки может повторяться множество раз, и в этом случае сумма степеней обжатия предпочтительно устанавливается равной 50% или более и 90% или менее. За счет задания суммы степеней обжатия 50% или более разрушается литая структура и увеличивается вероятность получения равномерной структуры рекристаллизации, и могут быть увеличены контролируемость и равномерность твердости в последующем процессе термообработки.
[0033] Когда применяется процесс ковки, золотой трубчатый элемент, полученный с помощью процесса прессования, процесса выемки и т.п., предпочтительно подвергается горячей ковке в диапазоне температур от 200 до 800°С для придания желаемой трубчатой формы, и управление наружным диаметром и толщиной стенки трубы осуществляется с помощью степени обжатия во время ковки. Процесс ковки предпочтительно выполняется при установке степени обжатия на 30% или более и 80% или менее. За счет задания степени обжатия равной 30% или более разрушается литая структура и увеличивается вероятность получения равномерной структуры рекристаллизации, и могут быть увеличены контролируемость и равномерность твердости в последующем процессе термообработки. Когда степень обжатия превышает 80%, то внутреннее напряжение становится слишком большим, и увеличивается вероятность возникновения трещин и складок.
[0034] Затем структуру металла рекристаллизуют путем выполнения термообработки материала пластинчатой мишени, который получен с помощью процесса ковки или процесса прокатки, и материала трубчатой мишени, который получен с помощью обработки трубы, например, в атмосфере или в атмосфере инертного газа при температуре 200°С или выше и 500°С или ниже. Золотая распыляемая мишень, имеющая твердость по Виккерсу 40 или более и 60 или менее, может быть получена с помощью термообработки. Кроме того, может быть получена золотая распыляемая мишень, имеющая средний размер кристаллического зерна 15 мкм или более и 200 мкм или менее, и золотая распыляемая мишень, где поверхность распыления преимущественно ориентирована в плоскости {110}. Процессы термообработки могут выполняться множество раз. После процесса термообработки может выполняться процесс регулирования формы распыляемой мишени с помощью процесса резания или т.п. в соответствии с потребностью.
[0035] Когда температура термообработки меньше 250°С, то внутреннее напряжение, созданное во время обработки, не может быть в достаточной мере снято, и имеется вероятность того, что твердость по Виккерсу превышает 60. Кроме того, имеется вероятность того, что средний размер кристаллического зерна становится меньше 15 мкм, или поверхность распыления не может быть преимущественно ориентирована в плоскости {110}, поскольку металлическая структура материала мишени не может быть достаточно рекристаллизована. В то же время, когда температура термообработки превышает 500°С, то имеется вероятность того, что твердость по Виккерсу становится меньше 40. Кроме того, имеется вероятность того, что средний размер кристаллического зерна становится больше 200 мкм, поскольку структура рекристаллизации растет слишком сильно, или поверхность распыления преимущественно ориентирована в кристаллографической плоскости, отличной от плоскости {110}. Время выдерживания при температуре термообработки (время термообработки) предпочтительно устанавливается равным 10 минут или более и 120 минут или менее. Когда время термообработки является слишком коротким, то имеется вероятность того, что снятие напряжений является не достаточным, или структура металла не может быть достаточно рекристаллизована. В то же время, когда время термообработки очень велико, то имеется вероятность того, что твердость по Виккерсу уменьшается слишком сильно, или средний размер кристаллического зерна становится слишком большим.
[0036] Как указывалось выше, золотая распыляемая мишень, твердость по Виккерсу которой составляет 40 или более и 60 или менее, с малым отклонением твердости по Виккерсу, может быть получена за счет управления степенями обжатия ступенчатой обработки золотого слитка до формы пластины или цилиндрической формы и температурой процесса рекристаллизационной термообработки. Кроме того, может быть получена золотая распыляемая мишень, в которой средний размер кристаллического зерна составляет 15 мкм или более и 200 мкм или менее, с малым отклонением среднего размера кристаллического зерна, или золотая распыляемая мишень, поверхность распыления которой преимущественно ориентирована в плоскости {110}. При осаждении пленки Au с использованием указанной выше золотой распыляемой мишени может быть получена пленка Au, удовлетворяющая требованиям равномерности распределения толщины пленки, которое требуется, например, для электрода или кварцевого генератора или т.п. Золотая распыляемая мишень согласно данному изобретению может использоваться для осаждения пленки Au на различные электронные компоненты, без ограничения электродной пленкой (пленкой Au) кварцевого генератора.
Примеры
[0037] Ниже приводится описание конкретных примеров данного изобретения и результатов их оценки.
(Пример 1)
[0038] Сначала золотой самородок помещали в графитовый тигель для плавления. Расплавленное металлическое золото разливали в графитовую литейную форму с образованием золотого слитка. Изготавливали золотую заготовку (чистота: 99,99%) с шириной 190 мм, длиной 270 мм и толщиной 50 мм посредством срезания и удаления поверхности золотого слитка. Затем золотую заготовку подвергали горячей ковке при температуре 800°С с получением материала золотой мишени с шириной 70 мм, длиной 200 мм и толщиной 45 мм. Степени обжатия во время ковки в направлении трех осей устанавливали на 80%. Материал золотой мишени после ковки подвергали термообработке при температуре 500°С в течение 30 минут. После термообработки материал золотой мишени подвергали процессу резания с получением имеющей форму диска золотой распыляемой мишени с диаметром 152,4 мм и толщиной 5 мм. Были изготовлены две золотые распыляемые мишени для измерения свойств в каждой части и измерения свойств толщины пленки. То же было выполнено для следующих примеров и для сравнительных примеров.
[0039] Твердость по Виккерсу полученной золотой распыляемой мишени измеряли в соответствии с методом измерения пластинчатой распыляемой мишени. Твердость по Виккерсу в каждом месте измерения измеряли с испытательной силой (силой вдавливания) 200 гс, в результате чего среднее значение твердости по Виккерсу (HVav1) на поверхности распыления составило 50,5, среднее значение твердости по Виккерсу (HVav2) в первом поперечном сечении составило 52,1, среднее значение твердости по Виккерсу (HVav3) во втором поперечном сечении составило 51,6, а среднее этих значений (твердость по Виккерсу (HVtav) всей мишени) составило 51,4. Отношения твердостей по Виккерсу (HVav1, HVav2, HVav3) соответствующих частей к твердости по Виккерсу (HVtav) всей мишени были следующими: (HVav1)/(HVtav)=0,98; (HVav2)/(HVtav)=1,01; (HVav3)/(HVtav)=1,0.
[0040] Кроме того, измеряли средний размер кристаллического зерна золотой распыляемой мишени в соответствии с методом измерения пластинчатой распыляемой мишени. В результате средний размер кристаллического зерна (ADtav) всей мишени составил 34,2 мкм. Поверхность распыления золотой распыляемой мишени была подвергнута рентгеновской дифракции, и в соответствии с вышеуказанным методом оценивали преимущественно ориентированную кристаллографическую плоскость. В результате было подтверждено, что плоскость {110} золота преимущественно ориентирована по поверхности распыления. Когда был найден показатель N ориентации плоскости {110} в соответствии с вышеуказанным методом, то показатель N ориентации плоскости {110} составил 1,32. Золотая распыляемая мишень была подвергнута описываемому ниже процессу осаждения для оценки свойств.
(Примеры 2-5, сравнительные примеры 1 и 2)
[0041] Золотая заготовка, изготовленная аналогично примеру 1, использовалась для получения материала золотой мишени с помощью процесса ковки, аналогичного примеру 1, за исключением того, что применялась степень обжатия, приведенная в таблице 1. Затем материал золотой мишени после ковки подвергали термообработке при каждом условии, приведенном в таблице 1. После этого материал золотой мишени после термообработки подвергали процессу резания с получением золотой распыляемой мишени, имеющей ту же форму, что и в примере 1. Были измерены и подвергнуты оценке аналогично примеру 1 твердость по Виккерсу, средний размер кристаллического зерна, преимущественно ориентированная плоскость поверхности распыления и показатель N ориентации плоскости {110} золотой распыляемой мишени. Результаты этих измерений приведены в таблице 2. Каждая золотая распыляемая мишень была подвергнута описываемому ниже процессу осаждения для оценки свойств.
[0042] Таблица 1
| Чистота золота, % | Степень обжатия в процессе ковке, % | Условия термообработки | ||
| Температура, °С | Время, мин | |||
| Пример 1 | 99,99 | 80 | 500 | 30 |
| Пример 2 | 99,99 | 80 | 500 | 60 |
| Пример 3 | 99,99 | 80 | 500 | 90 |
| Пример 4 | 99,99 | 80 | 400 | 30 |
| Пример 5 | 99,99 | 80 | 300 | 30 |
| Сравнительный пример 1 | 99,99 | 80 | 100 | 30 |
| Сравнительный пример 2 | 99,99 | 80 | 600 | 30 |
[0043] Таблица 2
| Твердость по Виккерсу* | Средний размер кристаллического зерна, мкм | Преимущественная кристаллографическая плоскость | Показатель N ориентации плоскости {110} | ||||
| HVtav | HVav1 | HVav2 | HVav3 | ADtav | |||
| Пример 1 | 51,4 | 50,5 (0,98) |
52,1 (1,01) |
51,6 (1,00) |
34,2 | {110} | 1,32 |
| Пример 2 | 49,3 | 49,1 (1,00) |
48,6 (0,99) |
50,1 (1,02) |
35,0 | {110} | 1,44 |
| Пример 3 | 48,3 | 48,5 (1,00) |
49,2 (1,01) |
48,3 (1,02) |
37,8 | {110} | 1,38 |
| Пример 4 | 53,6 | 52,3 (0,98) |
55,2 (1,03) |
53,2 (0,99) |
38,2 | {110} | 1,45 |
| Пример 5 | 55,6 | 56,3 (1,01) |
55,4 (1,00) |
55,1 (0,99) |
37,5 | {110} | 1,41 |
| Сравнительный пример 1 | 77,3 | 77,2 (1,00) |
78,5 (1,02) |
76,1 (0,98) |
- | - | - |
| Сравнительный пример 2 | 34,9 | 35,1 (1,01) |
33,5 (0,96) |
36,1 (1,03) |
630,1 | - | - |
*Величина в скобках является отношением к HVtav.
[0044] Каждую из золотых распыляемых мишеней, полученных в соответствии с вышеуказанными примерами 1-5 и сравнительными примерами 1 и 2, прикрепляли к оборудованию распыления на одну полупроводниковую пластину и, после откачивания внутреннего пространства установки до вакуума 1×10-3 Па или ниже, на 6-дюймовую подложку из Si (полупроводниковую пластину) осаждали пленку Au посредством распыления при следующих условиях: давление газа Ar 0,4 Па, входная мощность постоянного тока 100 Вт, расстояние между мишенью и подложкой 40 мм, время распыления 5 минут. Распределение толщины полученной пленки Au оценивали описанным ниже образом. Подложку, на которую была нанесена пленка Au, прикрепляли к измерителю толщины пленки с помощью рентгеновской флюоресценции и измеряли толщину пленки Au при следующих условиях: время измерения 60 секунд, число повторных измерений 10 раз, точка начала измерения – концевая часть подложки, интервал между точками измерения 5 мм. Толщину пленки измеряли по 4 осям, т.е. по вертикальной и горизонтальной двум осям, которые проходят через центр подложки, и по вертикальной и горизонтальной двум осям, которые проходят через центр подложки с поворотом на 45°. После измерения вычисляли среднюю для 10 точек толщину пленки в соответствующих точках измерения, вычисляли стандартные отклонения измеренных значений в тех же положениях измерения по четырем осям, и вычисляли среднее значение стандартных отклонений во всех положениях измерения. Это значение приведено в таблице 3 в виде стандартного отклонения σ толщины пленки. Далее измеряли величину сопротивления пленки Au четырехзондовым методом и находили стандартное отклонение σ величины сопротивления аналогично толщине пленки. Результаты приведены в таблице 3 в виде стандартного отклонения σ величины сопротивления пленки Au.
[0045] Таблица 3
| Результат оценки осаждения | ||
| σ толщины пленки | σ величины сопротивления | |
| Пример 1 | 8,2 | 5,2 |
| Пример 2 | 7,9 | 4,6 |
| Пример 3 | 8,9 | 5,9 |
| Пример 4 | 9,1 | 6,1 |
| Пример 5 | 8,6 | 6,9 |
| Сравнительный пример 1 | 14,0 | 10,6 |
| Сравнительный пример 2 | 20,0 | 15,2 |
[0046] Как очевидно из таблицы 3, в каждой из золотых распыляемых мишеней примеров 1-5 твердость по Виккерсу находится в диапазоне 40-60, и отклонение твердости по Виккерсу в каждой части мало. Можно видеть, средний размер кристаллического зерна находится в диапазоне 15-200 мкм, плоскость {110} преимущественно ориентирована по поверхности распыления, а показатель N ориентации плоскости {110} больше 1. Можно видеть, что пленка Au, осажденная распылением с использованием золотой распыляемой мишени, в которой сочетались такие твердость по Виккерсу, средний размер кристаллического зерна и преимущественно ориентированная плоскость на поверхности распыления, имеет отличную равномерность распределения толщины пленки и отличную равномерность величины сопротивления.
(Примеры 6-10)
[0047] Материал золотой мишени изготовили с использованием золотой заготовки, полученной аналогично примеру 1, и выполнением процесса ковки, аналогичного примеру 1, за исключение того, что применялась степень обжатия, приведенная в таблице 4. Затем материал золотой мишени после ковки подвергали термообработке при каждом условии, приведенном в таблице 1. После этого материал золотой мишени после термообработки подвергали процессу резания с получением золотой распыляемой мишени, имеющей ту же форму, что и в примере 1.
[0048] Таблица 4
| Чистота золота, % | Степень обжатия в процессе ковке, % | Условия термообработки | ||
| Температура, °С | Время, мин | |||
| Пример 6 | 99,99 | 80 | 500 | 20 |
| Пример 7 | 99,99 | 80 | 500 | 30 |
| Пример 8 | 99,99 | 80 | 500 | 120 |
| Пример 9 | 99,99 | 80 | 400 | 20 |
| Пример 10 | 99,99 | 80 | 300 | 20 |
[0049] Аналогично примеру 1 была измерена твердость по Виккерсу каждой полученной золотой распыляемой мишени. Кроме того, был измерен средний размер кристаллического зерна каждой золотой распыляемой мишени в соответствии с методом измерения пластинчатой распыляемой мишени. Результаты измерений в виде соответствующих средних размеров кристаллического зерна (ADav1, ADav2, ADav3) поверхности распыления, первого поперечного сечения и второго поперечного сечения, среднего значения этих размеров (среднего размера кристаллического зерна (ADtav) всей мишени), и отношения средних размеров кристаллического зерна (ADav1, ADav2, ADav3) соответствующих частей к среднему размеру кристаллического зерна (ADtav) всей мишени приведены в таблице 5. Кроме того, поверхность распыления золотой распыляемой мишени подвергали рентгеновской дифракции и оценивали преимущественно ориентированную кристаллографическую плоскость в соответствии с вышеуказанным методом. Был найден показатель N ориентации плоскости {110} в соответствии с вышеуказанным методом. Эти результаты приведены в таблице 5. Указанную выше золотую распыляемую мишень использовали в процессе осаждения, аналогичном примеру 1, и находили стандартное отклонение σ толщины пленки и стандартное отклонение σ величины сопротивления пленки Au. Эти результаты приведены в таблице 6.
[0050] Таблица 5
| Твердость по Виккерсу | Средний размер кристаллического зерна*, мкм | Преимущественная кристаллографическая плоскость | Показатель N ориентации плоскости {110} | ||||
| HVtav | ADtav | ADav1 | ADav2 | ADav3 | |||
| Пример 6 | 49,8 | 35,0 | 35,2 (1,00) |
36,1 (1,03) |
33,8 (0,96) |
{110} | 1,43 |
| Пример 7 | 47,5 | 36,8 | 36,2 (0,99) |
37,1 (1,01) |
36,8 (1,00) |
{110} | 1,60 |
| Пример 8 | 51,2 | 38,4 | 39,1 (1,02) |
38,5 (1,00) |
37,6 (0,98) |
{110} | 1,51 |
| Пример 9 | 50,2 | 34,9 | 35,2 (1,01) |
36,3 (1,04) |
33,3 (0,95) |
{110} | 1,33 |
| Пример 10 | 53,2 | 34,9 | 34,6 (0,99) |
35,9 (1,03) |
34,1 (0,98) |
{110} | 1,42 |
| Сравнительный пример 1 | 77,3 | － | － | － | － | － | － |
| Сравнительный пример 2 | 34,9 | 630,1 | 620,0 (0,98) |
637,9 (1,01) |
641,3 (1,00) |
－ | － |
*Величина в скобках является отношением к ADtav.
[0051] Таблица 6
| Результат оценки осаждения | ||
| σ толщины пленки | σ величины сопротивления | |
| Пример 6 | 8,6 | 5,6 |
| Пример 7 | 8,1 | 4,2 |
| Пример 8 | 8,5 | 4,6 |
| Пример 9 | 9,3 | 5,9 |
| Пример 10 | 8,2 | 6,1 |
| Сравнительный пример 1 | 14,0 | 10,6 |
| Сравнительный пример 2 | 20,0 | 15,2 |
(Примеры 11-19, сравнительные примеры 3 и 4)
[0051] Сначала золотой самородок помещали в графитовый тигель для плавления. Расплавленное металлическое золото разливали в графитовую литейную форму с образованием золотого слитка. Изготавливали золотую заготовку (чистота: 99,99%) с шириной 200 мм, длиной 300 мм и толщиной 45 мм посредством срезания и удаления поверхности золотого слитка. Затем золотую заготовку подвергали горячей прокатке при температуре 800°С для получения материала золотой мишени с шириной 70 мм, длиной 200 мм и толщиной 45 мм. Степень обжатия во время прокатки устанавливали равной 80% в качестве степени уменьшения толщины. Материал золотой мишени после прокатки подвергали термообработке при условиях, приведенных в таблице 7. После термообработки материал золотой мишени подвергали процессу резания с получением имеющей форму диска золотой распыляемой мишени с диаметром 152,4 мм и толщиной 5 мм.
[0053] Таблица 7
| Чистота золота, % | Степень обжатия в процессе прокатки, % | Условия термообработки | ||
| Температура, °С | Время, мин | |||
| Пример 11 | 99,99 | 80 | 500 | 20 |
| Пример 12 | 99,99 | 80 | 500 | 30 |
| Пример 13 | 99,99 | 80 | 500 | 60 |
| Пример 14 | 99,99 | 80 | 500 | 90 |
| Пример 15 | 99,99 | 80 | 500 | 120 |
| Пример 16 | 99,99 | 80 | 400 | 20 |
| Пример 17 | 99,99 | 80 | 400 | 30 |
| Пример 18 | 99,99 | 80 | 300 | 20 |
| Пример 19 | 99,99 | 80 | 300 | 30 |
| Сравнительный пример 3 | 99,99 | 80 | 100 | 30 |
| Сравнительный пример 4 | 99,99 | 80 | 600 | 30 |
[0054] Аналогично примеру 1 были измерены среднее значение твердости по Виккерсу (HVtav) всей мишени и средний размер кристаллического зерна (ADtav) всей мишени для каждой полученной золотой распыляемой мишени. Кроме того, аналогично примеру 1 была выполнена оценка кристаллографической плоскости, которая преимущественно ориентирована по поверхности распыления золотой распыляемой мишени, и аналогично примеру 1 был найден показатель N ориентации плоскости {110}. Эти результаты приведены в таблице 8. Золотые распыляемые мишени использовали в процессе осаждения, аналогичном примеру 1, и находили стандартное отклонение σ толщины пленки и стандартное отклонение σ величины сопротивления пленки Au. Эти результаты приведены в таблице 9.
[0055] Таблица 8
| Твердость по Виккерсу | Средний размер кристаллического зерна*, мкм | Преимущественная кристаллографическая плоскость | Показатель N ориентации плоскости {110} | |
| HVtav | ADtav | |||
| Пример 11 | 42,0 | 102,0 | {110} | 1,44 |
| Пример 12 | 41,8 | 101,4 | {110} | 1,46 |
| Пример 13 | 43,1 | 109,9 | {110} | 1,52 |
| Пример 14 | 42,5 | 105,4 | {110} | 1,36 |
| Пример 15 | 43,8 | 103,2 | {110} | 1,41 |
| Пример 16 | 45,0 | 103,9 | {110} | 1,54 |
| Пример 17 | 44,2 | 105,3 | {110} | 1,35 |
| Пример 18 | 41,0 | 103,1 | {110} | 1,48 |
| Пример 19 | 42,5 | 104,0 | {110} | 1,31 |
| Сравнительный пример 3 | 62,8 | － | － | － |
| Сравнительный пример 4 | 35,5 | 640,0 | － | － |
[0056] Таблица 9
| Результат оценки осаждения | ||
| σ толщины пленки | σ величины сопротивления | |
| Пример 11 | 6,5 | 4,2 |
| Пример 12 | 6,1 | 5,2 |
| Пример 13 | 5,8 | 6,2 |
| Пример 14 | 5,5 | 6,1 |
| Пример 15 | 5,1 | 5,2 |
| Пример 16 | 5,9 | 4,8 |
| Пример 17 | 6,8 | 5,8 |
| Пример 18 | 7,1 | 6,2 |
| Пример 19 | 6,2 | 5,1 |
| Сравнительный пример 3 | 20,5 | 13,2 |
| Сравнительный пример 4 | 28,6 | 16,5 |
(Пример 20)
[0057] Сначала золотой самородок помещали в графитовый тигель для плавления. Расплавленное металлическое золото разливали в графитовую литейную форму с образованием золотого слитка. Изготавливали цилиндрическую золотую заготовку (чистота: 99,99%) с наружным диаметром 100 мм, внутренним диаметром 50 мм и длиной 200 мм посредством срезания и удаления поверхности золотого слитка и выполнения процесс выемки с внутренним диаметром 50 мм. Затем цилиндрическую золотую заготовку с материалом-наполнителем, введенным в ее полую часть, нагревали до температуры 800°С и подвергали горячей ковке для получения трубчатого материала золотой мишени с наружным диаметром 80 мм, внутренним диаметром 50 мм и длиной 400 мм или более. Степень обжатия во время ковки устанавливали равной 35% в качестве степени уменьшения толщины. Трубчатый материал золотой мишени после ковки подвергали термообработке при температуре 700°С в течение 30 минут. После термообработки материал золотой мишени подвергали процессу резания с получением цилиндрической золотой распыляемой мишени с наружным диаметром 70 мм, внутренним диаметром 65 мм и длиной 350 мм.
[0058] Твердость по Виккерсу полученной золотой распыляемой мишени измеряли в соответствии с методом измерения цилиндрической распыляемой мишени. Твердость по Виккерсу в каждом месте измерения измеряли с испытательной силой (силой вдавливания) 200 гс, в результате чего среднее значение твердости по Виккерсу (HVav1) на первой прямой линии поверхности распыления составило 50,6, среднее значение твердости по Виккерсу (HVav2) на второй прямой линии поверхности распыления составило 50,4, среднее значение твердости по Виккерсу (HVav3) в поперечном сечении составило 52,0, а среднее этих значений (твердость по Виккерсу (HVtav) всей мишени) составило 51,0. Отношения значений твердости по Виккерсу (HVav1, HVav2, HVav3) соответствующих частей к твердости по Виккерсу (HVtav) всей мишени были следующими: (HVav1)/(HVtav)=0,99, (HVav2)/(HVtav)=0,99 и (HVav3)/(HVtav)=1,02.
[0059] Кроме того, измеряли средний размер кристаллического зерна золотой распыляемой мишени в соответствии с методом изобретения цилиндрической распыляемой мишени. В результате средний размер кристаллического зерна (ADtav) всей мишени составил 38,1 мкм. Поверхность распыления золотой распыляемой мишени была подвергнута рентгеновской дифракции и оценивалась преимущественно ориентированная кристаллографическая плоскость в соответствии с вышеуказанным методом. В результате было подтверждено, что плоскость {110} золота преимущественно ориентирована по поверхности распыления. В соответствии с вышеуказанным методом был найден показатель N ориентации плоскости {110}, который оказался равным 1,31. Цилиндрическая золотая распыляемая мишень была подвергнута описываемому ниже процессу осаждения для оценки свойства.
(Примеры 21-24, Сравнительные примеры 5 и 6)
[0060] Золотую заготовку, изготовленную аналогично примеру 20, использовали для изготовления материала каждой цилиндрической золотой мишени посредством выполнения процесса ковки, аналогичного примеру 20, за исключением того, что применяли степень обжатия, приведенную в таблице 10. Затем материал золотой мишени после ковки подвергали термообработке при условиях, приведенных в таблице 10. После этого материал золотой мишени подвергали процессу резания для получения золотой распыляемой мишени той же формы, что и в примере 20. Аналогично примеру 20 измеряли твердость по Виккерсу, средний размер кристаллического зерна (ADtav) каждой золотой распыляемой мишени. Кроме того, аналогично примеру 20 оценивали кристаллографическую плоскость, которая преимущественно ориентирована по поверхности распыления золотой распыляемой мишени, и аналогично примеру 20 находили показатель N ориентации плоскости {110}. Эти результаты приведены в таблице 11. Цилиндрическая золотая распыляемая мишень была подвергнута описываемому ниже процессу осаждения для оценки свойства.
[0061] Таблица 10
| Чистота золота, % | Степень обжатия в процессе ковки, % | Условия термообработки | ||
| Температура, °С | Время, мин | |||
| Пример 20 | 99,99 | 35 | 500 | 30 |
| Пример 21 | 99,99 | 35 | 500 | 60 |
| Пример 22 | 99,99 | 35 | 500 | 90 |
| Пример 23 | 99,99 | 35 | 400 | 30 |
| Пример 24 | 99,99 | 35 | 300 | 30 |
| Сравнительный пример 5 | 99,99 | 35 | 100 | 30 |
| Сравнительный пример 6 | 99,99 | 35 | 600 | 30 |
[0062] Таблица 11
| Твердость по Виккерсу * | Средний размер кристаллического зерна, мкм | Преимущественная кристаллографическая плоскость | Показатель N ориентации плоскости {110} | ||||
| HVtav | HVav1 | HVav2 | HVav3 | ADtav | |||
| Пример 20 | 51,0 | 50,6 (0,99) |
50,4 (0,99) |
52,0 (1,02) |
38,1 | {110} | 1,31 |
| Пример 21 | 51,5 | 50,6 (0,98) |
51,3 (1,00) |
52,6 (1,02) |
41,2 | {110} | 1,52 |
| Пример 22 | 50,4 | 49,2 (0,98) |
51,2 (1,02) |
50,7 (1,01) |
35,1 | {110} | 1,52 |
| Пример 23 | 53,7 | 53,1 (0,99) |
54,1 (1,01) |
54,0 (1,00) |
38,6 | {110} | 1,43 |
| Пример 24 | 55,8 | 56,0 (1,00) |
55,5 (0,99) |
55,9 (1,00) |
42,8 | {110} | 1,35 |
| Сравнительный пример 5 | 78,1 | 78,1 (1,00) |
77,1 (1,00) |
75,0 (0,98) |
－ | － | － |
| Сравнительный пример 6 | 35,1 | 36,2 (1,03) |
33,8 (0,96) |
35,2 (1,00) |
509,5 | － | － |
*Величина в скобках является отношением к HVtav.
[0062] Каждую из золотых распыляемых мишеней, полученных в соответствии с вышеуказанными примерами 20-24 и сравнительными примерами 5 и 6, прикрепляли к цилиндрическому оборудованию распыления и, после откачки внутреннего пространства установки до вакуума 1×10-3 Па или ниже, на 6-дюймововую подложку из Si (полупроводниковую пластину) осаждали пленку Au посредством выполнения распыления при следующих условиях: давление газа Ar 0,4 Па, входная мощность постоянного тока 100 Вт, расстояние между мишенью и подложкой 40 мм, время распыления 5 минут. Распределение толщины полученной пленки Au измеряли вышеуказанным методом и находили стандартное отклонения σ толщины пленки Au. В дополнение, находили стандартное отклонение σ величины сопротивления пленки Au в соответствии с вышеуказанным методом. Эти результаты приведены в таблице 12.
[0064] Таблица 12
| Результат оценки осаждения | ||
| σ толщины пленки | σ величина сопротивления | |
| Пример 20 | 8,1 | 4,6 |
| Пример 21 | 8,6 | 5,1 |
| Пример 22 | 7,5 | 5,9 |
| Пример 23 | 8,5 | 4,8 |
| Пример 24 | 9,1 | 4,8 |
| Сравнительный пример 5 | 20,1 | 16,4 |
| Сравнительный пример 6 | 25,6 | 15,1 |
[0065] Как очевидно из таблицы 12, твердость по Виккерсу находится в диапазоне 40-60, и отклонение твердости по Виккерсу в соответствующих частях в каждой из золотых распыляемых мишеней примеров 20-24 является небольшим. Можно видеть, что средний размер кристаллического зерна находится в диапазоне 15-200 мкм, плоскость {110} преимущественно ориентирована по поверхности распыления и показатель N ориентации плоскости {110} больше 1. Можно видеть, что пленка Au, осажденная распылением с использованием золотой распыляемой мишени, у которой сочетаются такие твердость по Виккерсу, средний размер кристаллического зерна и преимущественно ориентированная плоскость по поверхности распыления, имеет отличную равномерность распределения толщины пленки и отличную равномерность величины сопротивления.
(Примеры 25-29)
[0066] Золотую заготовку, полученную аналогично примеру 20, использовали для изготовления материала каждой цилиндрической золотой мишени посредством выполнения процесса ковки, аналогичного примеру 20, за исключение того, что применяли степень обжатия, приведенную в таблице 13. Затем материал золотой мишени после ковки подвергали термообработке при каждом условии, приведенном в таблице 13. После этого материал золотой мишени после термообработки подвергали процессу резания с получением золотой распыляемой мишени, имеющей ту же форму, что и в примере 20.
[0067] Таблица 13
| Чистота золота, % | Степень обжатия в процессе ковки, % | Условия термообработки | ||
| Температура, °С | Время, мин | |||
| Пример 25 | 99,99 | 35 | 500 | 20 |
| Пример 26 | 99,99 | 35 | 500 | 30 |
| Пример 27 | 99,99 | 35 | 500 | 120 |
| Пример 28 | 99,99 | 35 | 400 | 20 |
| Пример 29 | 99,99 | 35 | 300 | 20 |
[0068] Аналогично примеру 20 была измерена твердость по Виккерсу каждой полученной золотой распыляемой мишени. Кроме того, был измерен средний размер кристаллического зерна каждой золотой распыляемой мишени в соответствии с методом измерения цилиндрической распыляемой мишени. Результаты измерений в виде средних значений соответствующих размеров кристаллического зерна (ADav1, ADav2, ADav3) первой поверхности распыления, второй поверхности распыления и поперечного сечения, среднего значения этих величин (среднего размера кристаллического зерна (ADtav) всей мишени) и отношений средних размеров кристаллического зерна (ADav1, ADav2, ADav3) соответствующих частей к среднему размеру кристаллического зерна (ADtav) всей мишени приведены в таблице 14. Кроме того, поверхность распыления золотой распыляемой мишени была подвергнута рентгеновской дифракции и в соответствии с вышеуказанным методом оценена преимущественно ориентированная кристаллографическая плоскость и найден показатель N ориентации плоскости {110} в соответствии с вышеуказанным методом. Эти результаты приведены в таблице 14. Указанную выше золотую распыляемую мишень использовали в процессе осаждения, аналогичном примеру 20, и измерили стандартное отклонение σ толщины пленки и стандартное отклонение σ величины сопротивления пленки Au. Эти результаты приведены в таблице 15.
[0069] Таблица 14
| Твердость по Виккерсу | Средний размер кристаллического зерна*, мкм | Преимущественная кристаллографическая плоскость | Показатель N ориентации плоскости {110} | ||||
| HVtav | ADtav | ADav1 | ADav2 | ADav3 | |||
| Пример 25 | 52,8 | 103,1 | 101,2 (0,98) |
102,6 (0,99) |
105,6 (1,02) |
{110} | 1,55 |
| Пример 26 | 51,2 | 108,1 | 105,3 (0,99) |
104,6 (0,99) |
108,1 (1,02) |
{110} | 1,35 |
| Пример 27 | 49,3 | 109,8 | 109,2 (0,99) |
110,2 (1,00) |
110,1 (1,00) |
{110} | 1,42 |
| Пример 28 | 54,6 | 106,1 | 102,2 (0,98) |
104,1 (1,00) |
106,1 (1,02) |
{110} | 1,51 |
| Пример 29 | 55,5 | 103,2 | 103,2 (1,00) |
105,2 (1,02) |
101,1 (0,98) |
{110} | 1,48 |
| Сравнительный пример 5 | 78,1 | － | － | － | － | － | － |
| Сравнительный пример 6 | 35,1 | 509,5 | 510,2 (1,00) |
506,2 (0,99) |
512,0 (1,00) |
－ | － |
* Каждая величина в скобках является отношением к ADtav.
[0070] Таблица 15
| Результат оценки осаждения | ||
| σ толщины пленки | σ величины сопротивления | |
| Пример 25 | 8,6 | 4,1 |
| Пример 26 | 8,1 | 4,6 |
| Пример 27 | 8,5 | 4,0 |
| Пример 28 | 9,3 | 5,9 |
| Пример 29 | 8,2 | 5,7 |
| Сравнительный пример 5 | 20,1 | 16,4 |
| Сравнительный пример 6 | 25,6 | 15,1 |
Промышленная применимость
[0071] Золотая распыляемая мишень согласно данному изобретению полезна для осаждения пленки Au, используемой в различных применениях. За счет выполнения распыления с использованием золотой распыляемой мишени согласно данному изобретению может быть получена пленка Au с отличной равномерностью распределения толщины пленки и величины соприкосновения. В соответствии с этим, могут быть улучшены свойства пленки Au, используемой для различных применений.
1. Золотая распыляемая мишень, которая выполнена из золота с неизбежными примесями, содержащая подлежащую распылению поверхность, при этом
среднее значение твердости по Виккерсу распыляемой мишени составляет 40 или более и 60 или менее,
средний размер её кристаллического зерна составляет 15 мкм или более и 200 мкм или менее, и
показатель N ориентации кристаллографических плоскостей {110} золота составляет более 1, причем упомянутый показатель N является наибольшим среди показателей N ориентации всех кристаллографических плоскостей золота, основанных на отношении интенсивности дифракции каждой из кристаллографических плоскостей золота, полученных с помощью рентгеновской дифракции для подлежащей распылению поверхности.
2. Золотая распыляемая мишень по п. 1, отличающаяся тем, что отклонение твердости по Виккерсу распыляемой мишени составляет в пределах ±20%.
3. Золотая распыляемая мишень по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что отклонение среднего размера кристаллического зерна распыляемой мишени составляет в пределах ±20%.
4. Золотая распыляемая мишень по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что чистота золота распыляемой мишени составляет 99,99% или более.
5. Золотая распыляемая мишень по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что золотая распыляемая мишень имеет пластинчатую форму.
6. Золотая распыляемая мишень по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что золотая распыляемая мишень имеет цилиндрическую форму.
7. Способ изготовления золотой распыляемой мишени по п. 1, включающий следующие стадии:
приготовление золотой заготовки из золотого слитка,
обработка золотой заготовки с получением пластинчатой золотой распыляемой мишени или с получением трубчатой золотой распыляемой мишени, и
термообработка.
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что получают мишень с показателем N ориентации кристаллографических плоскостей {110} золота, составляющим более 1, являющимся наибольшим среди показателей N ориентации всех кристаллографических плоскостей золота, основанных на отношении интенсивностей дифракции каждой из кристаллографических плоскостей золота, полученных с помощью рентгеновской дифракции для подлежащей распылению поверхности.
9. Способ по п. 7 или 8, отличающийся тем, что получают распыляемую мишень с отклонением твердости по Виккерсу, составляющим в пределах ±20%.
10. Способ по любому из пп. 7-9, отличающийся тем, что получают распыляемую мишень с отклонением среднего размера кристаллического зерна, составляющим в пределах ±20%.
11. Способ по любому из пп. 7-10, отличающийся тем, что получают распыляемую мишень с чистотой золота 99,99% или более.
12. Способ по любому из пп. 7-11, отличающийся тем, что стадию обработки золотой заготовки с получением пластинчатой мишени осуществляют путем подвергания золотой заготовки горячей ковке или горячей прокатке при температуре 200°С или более и 800°С или менее со степенью обжатия 50% или более и 90% или менее, и стадию термообработки материала мишени осуществляют с выдержкой при температуре 200°С или более и 500°С или менее в диапазоне 10 минут или более и 120 минут или менее.
13. Способ по любому из пп. 7-11, отличающийся тем, что стадию обработки золотой заготовки с получением цилиндрической мишени осуществляют путем подвергания золотой заготовки процессу холодного прессования с коэффициентом вытяжки 1,5 или более и 3,0 или менее, процессу холодной вытяжки со степенью обжатия 2% или более и 5% или менее за один раз или горячей ковке при температуре 200°С или более и 800°С или менее со степенью обжатия 30% или более и 80% или менее, и стадию термообработки материала мишени осуществляют с выдержкой при температуре 200°С или более и 500°С или менее в диапазоне 10 минут или более и 120 минут или менее.
