JP2003055763A - スパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】セラミクス材ターゲットの製造工程（特にボン
ディング工程）やターゲットを成膜装置に取り付けスパ
ッタリングに供した時に発生する焼結体の割れをより確
実に低減できるセラミクス材スパッタリングターゲット
を提供する。 【解決の手段】スパッタリング面に長軸に対して実質的
に平行方向に平面研削が施された矩形の焼結体を含むス
パッタリングターゲットにおいて、焼結体のスパッタリ
ング面と側面とから構成されるエッジ部のうち研削方向
に対して平行なエッジ部に対して面取りされているスパ
ッタリングターゲットを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜製造の際に好
適に使用できるスパッタリングターゲットに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年の情報社会およびマルチメディアを
支える半導体素子、記録媒体、フラットパネルディスプ
レイ（ＦＰＤ）等のデバイスには、多種多様の薄膜が使
用されている。薄膜を形成する手段としては、スパッタ
リング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等があげられる。中で
も、スパッタリング法は、大面積に均一な膜を成膜する
のに有利なため、ＦＰＤの分野では多く使用されてい
る。

【０００３】ＦＰＤ用の薄膜形成用スパッタリング装置
は、静止対向型の枚葉式装置と基板通過型のインライン
装置の２種類に大別される。近年のＦＰＤの大型化にと
もない、パネル製造に使用されるガラス基板のサイズが
大型化し、そのため、薄膜製造の際に使用されるターゲ
ットも基板サイズに合わせて大型化が進行している。た
とえば、静止対向型スパッタリング装置用ターゲットで
は８１０ｍｍ×９１０ｍｍ、インライン式スパッタリン
グ装置用ターゲットでは、３００ｍｍ×９８０ｍｍにも
達している。

【０００４】ＦＰＤ用ターゲットとして使用される材料
は、クロム、アルミニウム（合金）、モリブデン（モリ
ブデン合金）等に代表される金属系材料と、ＩＴＯ（Ｉ
ｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）に代表されるセラミ
クス系材料に大別される。ターゲット材としてセラミク
ス系材料を使用した場合、前記のような大型のターゲッ
トを作製する場合、粉末の成形性の悪化により生産歩留
が低下するため、複数の焼結体を１枚のバッキングプレ
ート上に接合させた多分割ターゲットが用いられてい
る。

【０００５】ターゲット部材である焼結体のバッキング
プレートへの接合は、焼結体とバッキングプレートの双
方をはんだ材の融点以上まで加熱し、接合した後、冷却
して行われる。この冷却過程で、焼結体とバッキングプ
レートの熱膨張率の違いからターゲットが反り焼結体に
応力が加わり、焼結体が割れてしまうという問題が生じ
ていた。また、成膜工程ではターゲットをスパッタリン
グ装置に取り付けた後、真空排気したときにターゲット
が裏面から大気圧を受けて生じる反りによる応力や、ス
パッタリング中に発生する熱応力によっても焼結体が割
れてしまうという問題が生じていた。割れの発生したタ
ーゲットはその度合いにもよるが、放電させることがで
きなかったり、放電できたとしても異常放電やパーティ
クルの大量発生につながるため、スパッタリングに供す
ることができず、解決すべき重要な課題となっていた。

【０００６】特開２００１−２６８６３号公報には、タ
ーゲット表面の研削方向をボンディングに発生する反り
の方向に平行にさせることにより割れの発生を低減で
き、さらに焼結体の表面粗さ（Ｒａ）を低下させること
により曲げ強度が向上できることが報告されている。し
かしながら、本発明者らが上記公報記載の方法に従って
作製した研削方向がターゲットの反り方向に平行な数種
類の焼結体について詳細に検討したところ、同程度のＲ
ａを有する焼結体であっても曲げ強度には焼結体毎に差
があることが明らかとなった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、セラ
ミクス材ターゲットの製造工程（特にボンディング工
程）やターゲットを成膜装置に取り付けスパッタリング
に供した時に発生する焼結体の割れをより確実に低減で
きるセラミクス材スパッタリングターゲットを提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、セラミク
ス焼結体の加工方法と曲げ強度の相関を詳細に調べた。
その結果、焼結体の曲げ強度は焼結体の硬度を高める
ことにより向上する、加工の際の表面粗さを低下させ
ることにより曲げ強度は向上する、同程度の硬度を有
したＩＴＯ焼結体に対して同程度の表面粗さに加工した
場合であっても曲げ強度は異なるとの知見を得た。そし
て、同程度の硬度を有したＩＴＯ焼結体に対して同程度
の表面粗さに加工した場合であっても曲げ強度の異なる
要因を検討した結果、焼結体のスパッタリング面と側面
とから構成されるエッジ部のうち研削方向に対して平行
なエッジ部の残留加工傷が曲げ強度に大きな影響を与え
ており、該研削方向に対して平行なエッジ部に対してＲ
面加工あるいはＣ面加工を行い、前記残留加工傷を取除
くことにより応力が該加工傷に集中することを防止でき
るので、焼結体の曲げ強度を安定的に向上させ、焼結体
の割れの発生を確実に抑制できることを見いだし、本発
明を完成した。

【０００９】すなわち本発明は、スパッタリング面に長
軸に対して実質的に平行方向に平面研削が施された矩形
の焼結体を含むスパッタリングターゲットにおいて、前
記焼結体のスパッタリング面と側面とから構成されるエ
ッジ部のうち研削方向に対して平行なエッジ部に対して
面取りされているスパッタリングターゲットである。

【００１０】本発明の焼結体はいかなるサイズ、枚葉
式、インライン式など、いかなる方式のスパッタリング
ターゲットに対しても適応可能であるが、ターゲットサ
イズが大きくなるほど、焼結体の割れをより確実に低減
できるという本発明の効果は得やすくなる。また、例え
ば図１に見られるような１枚のバッキングプレート上に
１枚の焼結体のみを接合させた場合でも、複数の焼結体
を接合させた場合であっても適応可能である。１枚のバ
ッキングプレート上に複数の焼結体を接合させた場合で
は、図２に見られるような接合させた焼結体全てがスパ
ッタリング面に長軸に対して平行方向に平面研削が施さ
れている必要はなく、図３に見られるような少なくとも
１枚の焼結体のスパッタリング面に長軸に対して平行方
向に平面研削が施されていてもよい。

【００１１】以下、本発明を焼結体としてＩＴＯを採用
した場合について詳細に説明する。

【００１２】はじめに、酸化インジウム粉末と酸化スズ
粉末との混合粉末にバインダー等を加え、プレス法ある
いは鋳込み法等の成形方法により成形してＩＴＯ成形体
を製造する。

【００１３】成形法としては、プレス法、鋳込み法どち
らも使用可能であるが、緻密な成形体を得やすい鋳込み
法が好ましい。この際、使用する粉末の平均粒径が大き
いと焼結体の緻密化が進行しない場合があるので、使用
する粉末の平均粒径は１．５μｍ以下であることが望ま
しく、更に好ましくは０．１〜１．５μｍである。次に
得られた成形体に必要に応じて、ＣＩＰ等の圧密化処理
を行う。この際ＣＩＰ圧力は充分な圧密効果を得るため
２ｔｏｎ／ｃｍ²以上、好ましくは２〜３ｔｏｎ／ｃｍ²
であることが望ましい。

【００１４】ここで、はじめの成形を鋳込法により行っ
た場合には、ＣＩＰ後の成形体中に残存する水分および
バインダー等の有機物を除去する目的で脱バインダー処
理を施してもよい。

【００１５】また、はじめの成形をプレス法により行っ
た場合でも、成形時にバインダーを使用したときには、
同様の脱バインダー処理を行うことが望ましい。

【００１６】このようにして得られた成形体を焼結炉内
に投入して焼結を行う。焼結方法としては、いかなる方
法でも用いることができるが、生産設備のコスト等を考
慮すると大気中焼結が望ましい。焼結条件についても適
宜選択することができるが、緻密な焼結体を得るため、
また酸化スズの蒸発を抑制するため、焼結温度が１４５
０〜１６５０℃であることが望ましい。

【００１７】雰囲気は、少なくとも昇温時８００℃に達
した時点から焼結温度での保持時間が終了するまでの間
の焼結炉内を実質的に純酸素ガス雰囲気とし、さらに酸
素を導入する際の酸素流量（Ｌ／ｍｉｎ）と成形体仕込
重量（ｋｇ）の比（仕込重量／酸素流量）を１．０以下
とすると、ターゲットの緻密化が進み好ましい。

【００１８】また、焼結時間についても充分な硬度上昇
効果を得るために５時間以上、好ましくは５〜３０時間
であることが望ましい。こうすることにより、緻密なＩ
ＴＯ焼結体を得ることができる。このようにして得られ
たＩＴＯ焼結体のビッカース硬度は、７００以上８００
以下となる。

【００１９】次に、得られたＩＴＯ焼結体を所定の形状
に加工して多分割ＩＴＯターゲットを構成する個々のタ
ーゲット部材を作製する。各部材のサイズおよび形状は
特に限定されるものではない。

【００２０】次に、各部材の厚さを調整するために平面
研削加工を行う。この際スパッタリング面の表面粗さ
（Ｒａ）を０．６μｍ以下に調整することが好ましい。
焼結体の３点曲げ強度は、研削後の表面粗さに依存し、
ビッカース硬度７００以上のＩＴＯ焼結体の場合、加工
後の表面粗さを０．６μｍ以下とすることにより、研削
方向と平行に荷重を印加して測定された３点曲げ強度を
安定して高い値を得ることが可能となる。

【００２１】この後、焼結体の長軸に対して平行方向に
研削がなされた焼結体に対して、焼結体のスパッタリン
グ面と側面とから構成されるエッジ部のうち研削方向に
対して平行なエッジ部に対して面取りを施すことが好ま
しく、さらにＲ１以下あるいはＣ１以下の面取りを施す
とよい。こうすることにより、エッジ部に残留する加工
傷を除去することができるので、エッジ部の加工傷への
応力集中による曲げ強度の低下を効果的に防止すること
ができる。

【００２２】さらに、Ｃ面取りする場合、好ましくは
０．２以上１．０以下、より好ましくは０．２を越え
１．０以下であり、Ｒ面取りする場合、好ましくは０．
２以上１．０以下、より好ましくは０．２を越え１．０
以下である。また、スパッタリング面と側面とから構成
されるエッジ部のうち研削方向に対と直交するエッジ部
に対して同様の面取りを施しても良い。なお、本発明で
いう焼結体の長軸に対して実質的に平行な方向の研削と
は、平行方向に対して±１０度までを含むものとする。
このようにして作製された焼結体は、曲げ強度が確実に
向上されているので、ボンディング時や成膜時に発生す
るターゲットの割れを確実に低減させることが可能とな
る。

【００２３】次に、得られた焼結体を無酸素銅などから
なるバッキングプレート上の所定の位置に配置し、イン
ジウムはんだ等を用いて接合することにより容易にター
ゲット化することができる。

【００２４】なお、本明細書においては、ビッカース硬
度の定義および測定方法はＪＩＳ−Ｒ１６１０−１９９
１に、３点曲げ強度の定義および測定方法はＪＩＳ−Ｒ
１６０１−１９９１に、表面粗さの定義および測定方法
はＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４に記載の通りである。

【００２５】

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【００２６】実施例１ 平均粒径１．３μｍの酸化インジウム粉末９０重量部と
平均粒径０．７μｍの酸化スズ粉末１０重量部に分散
剤、バインダおよびイオン交換水を鉄心入りナイロンボ
ールが入ったポットに入れ５時間混合してスラリーを調
整した。得られたスラリーを充分脱泡した後、樹脂型を
用いた加圧鋳込み成形を行い成形体を得た。この成形体
を３ｔｏｎ／ｃｍ²の圧力でＣＩＰによる緻密化処理を
行った。次にこの成形体を純酸素雰囲気焼結炉内に設置
して、以下の条件で焼結した。

【００２７】（焼結条件） 焼成温度：１５００℃、昇温速度：３０℃／Ｈｒ、焼結
時間：１５時間、雰囲気：昇温時８００℃から降温時４
００℃まで純酸素ガスを炉内に、（仕込重量／酸素流
量）＝０．８で導入 得られた焼結体のビッカース硬度を測定したところ７２
０であった。得られた焼結体を幅４．０±０．１ｍｍ
× 厚さ３．０±０．１ｍｍ × 長さ４０±１ｍｍの
曲げ強度試験用ピースに加工した。次に、この試験用ピ
ースの裏面を砥石粒度４００番の研削砥石を用いて加工
した。次に、試験ピースの表面（試験面）を砥石粒度が
１４０番から１５００番の研削砥石を用いて表面粗さ
（Ｒａ）が０．０５から１．５になるように加工し、研
削方向と平行なエッジ部に対して、Ｒ面取り０．３ｍｍ
の加工を施した。これら試験用ピースを用いて、３点曲
げ強度を測定した。結果を図４に示す。尚、図４では、
図中の黒丸（●）は測定の平均値、上限値及び下限値
は、それぞれ最大値及び最小値を示す。

【００２８】図より明らかに、研削方向と平行なエッジ
部にＲ面取り加工を施すことにより３点曲げ強度の高い
値が安定的に得られていることがわかる。

【００２９】実施例２ 研削方向と平行なエッジ部に対して、Ｃ面取り０．３ｍ
ｍの加工を施した以外は、実施例１と同じ方法で３点曲
げ強度を測定した。結果を図５に示す。尚、図５では、
図中の黒丸（●）は測定の平均値、上限値及び下限値
は、それぞれ最大値及び最小値を示す。

【００３０】図より明らかに、研削方向と平行なエッジ
部にＣ面取り加工を施すことにより３点曲げ強度の高い
値が安定的に得られていることがわかる。

【００３１】比較例１ 面取り加工を実施しなかった以外は、実施例１と同じ方
法で３点曲げ強度を測定した。結果を図６に示す。尚、
図６では、図中の黒丸（●）は測定の平均値、上限値及
び下限値は、それぞれ最大値及び最小値を示す。

【００３２】面取り加工を実施していない場合、エッジ
部の加工傷の影響により著しく低い応力で破壊してしま
う試験用ピースが有り、高い値を安定的に得られなかっ
た。

【００３３】実施例３ 焼結体サイズ以外は実施例１と同じ方法で図３に示すＩ
ＴＯターゲットを１０枚作製した。得られた１０枚のタ
ーゲットをスパッタリング装置に設置しスパッタリング
を行ったところ、焼結体に割れは皆無であり、焼結体の
割れを確実に無くすことができることが分かった。

【００３４】比較例２ 焼結体サイズ以外は比較例１と同じ方法で図３に示すＩ
ＴＯターゲットを１０枚作製した。この内、２枚のター
ゲットにボンディング後の冷却工程中で割れが発生し
た。また、残りの８枚をスパッタリング装置に設置しス
パッタリングを行ったところ、このうち２枚に割れが発
生した。

【００３５】

【発明の効果】スパッタリング面に長軸に対して実質的
に平行方向に平面研削が施された矩形の焼結体を含むス
パッタリングターゲットにおいて、焼結体のスパッタリ
ング面と側面とから構成されるエッジ部のうち研削方向
に対して平行なエッジ部に対してＲ１以下の面取りもし
くはＣ１以下の面取りといった面取りを施すことによ
り、ターゲットの製造工程やターゲットを成膜装置に取
り付けスパッタリングに供した時に発生する焼結体の割
れをより確実に低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】１枚のバッキングプレート上に１枚の焼結体の
みを接合させた場合の概念図である。

【図２】１枚のバッキングプレート上に複数の焼結体を
接合させ、接合させた焼結体全てがスパッタリング面に
長軸に対して平行方向に平面研削が施されている場合の
概念図である。

【図３】１枚のバッキングプレート上に複数の焼結体を
接合させ、少なくとも１枚の焼結体のスパッタリング面
に長軸に対して平行方向に平面研削が施されている場合
の概念図である。

【図４】実施例１で得たＲ面取り加工した試験用ピース
を用いて３点曲げ強度を測定した結果である。図４中、
Ｘ軸（横軸）は表面粗さＲａ（単位はμｍ）を示し、Ｙ
軸（縦軸）は３点曲げ強度（単位はＭＰａ）を示す。

【図５】実施例２で得たＣ面取り加工した試験用ピース
を用いて３点曲げ強度を測定した結果である。図５中、
Ｘ軸（横軸）は表面粗さＲａ（単位はμｍ）を示し、Ｙ
軸（縦軸）は３点曲げ強度（単位はＭＰａ）を示す。

【図６】比較例１で得た面取り加工しなかった試験用ピ
ースを用いて３点曲げ強度を測定した結果である。図６
中、Ｘ軸（横軸）は表面粗さＲａ（単位はμｍ）を示
し、Ｙ軸（縦軸）は３点曲げ強度（単位はＭＰａ）を示
す。

【符号の説明】

１：焼結体 ２：バッキングプレート ３：焼結体研削方向

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スパッタリング面に長軸に対して実質的に
   平行方向に平面研削が施された矩形の焼結体を含むスパ
   ッタリングターゲットにおいて、前記焼結体のスパッタ
   リング面と側面とから構成されるエッジ部のうち研削方
   向に対して平行なエッジ部に対して面取りされているこ
   と特徴とするスパッタリングターゲット。
2. 【請求項２】焼結体のスパッタリング面と側面とから構
   成されるエッジ部のうち研削方向に対して平行なエッジ
   部に対してＲ１以下の面取りが施されていること特徴と
   する請求項１記載のスパッタリングターゲット。
3. 【請求項３】焼結体のスパッタリング面と側面とから構
   成されるエッジ部のうち研削方向に対して平行なエッジ
   部に対してＣ１以下の面取りが施されていること特徴と
   する請求項１記載のスパッタリングターゲット。
4. 【請求項４】焼結体のスパッタリング面の表面粗さが
   ０．６μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３の
   いずれかに記載のスパッタリングターゲット。
5. 【請求項５】焼結体が実質的にインジウム、スズおよび
   酸素からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか
   に記載のスパッタリングターゲット。
6. 【請求項６】焼結体の硬度が、ビッカース硬度７００以
   上８００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。