JP2003119560A - スパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 真空排気時および／またはスパッタリングを
行った際に発生するターゲットの割れを抑制した、短軸
が長軸の０．７〜１．０倍である枚葉式多分割ＩＴＯス
パッタリングターゲットを提供する。 【解決手段】 焼結体のビッカース硬度を７００以上８
００以下、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２００ＭＰａ以上２５０ＭＰａ以下とす
るとともに、焼結体とバッキングプレートを接合するは
んだ層の厚さを０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下としてターゲ
ットを作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透明導電性薄膜製
造の際に使用されるＩＴＯスパッタリングターゲット、
特に複数のターゲット部材を単一のバッキングプレート
上に接合した枚葉式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】ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉ
ｄｅ）薄膜は高導電性、高透過率といった特徴を有し、
更に微細加工も容易に行えることから、液晶ディスプレ
イ（ＬＣＤ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａ
ｙ）等のフラットパネルディスプレイ用表示電極に用い
られている。ＩＴＯ薄膜の製造方法はスプレー熱分解
法、ＣＶＤ法等の化学的成膜法と電子ビーム蒸着法、ス
パッタリング法等の物理的成膜法に大別することができ
る。なかでもＩＴＯターゲットを用いたスパッタリング
法は、大面積化が容易で、得られる膜の抵抗値および透
過率の経時変化が少なく、また、成膜条件のコントロー
ルが容易であるため、多くの製造ラインで採用されてい
る。

【０００３】ＩＴＯ薄膜の製造装置としては、枚葉式
（静止対向型）とインライン式（基板通過型）の２種類
に大別される。この内、枚葉式装置は、異物（パーティ
クル）発生が少ないことから脚光を浴びている。

【０００４】近年のフラットパネルディスプレイの大型
化にともない、パネル製造に使用されるガラス基板のサ
イズも大型化している。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そのサイズの
大型化が進行している。静止対向型スパッタリング装置
用ターゲットでは、ターゲットサイズを基板サイズより
一回り大きくする必要があるため、ターゲットサイズと
しては各辺が８００ｍｍを越えるようになってきてい
る。

【０００５】このような大型のＩＴＯターゲットを作製
する場合、成形および焼結に必要な生産設備が従来の物
より大型となるため新たな設備投資を必要とする上、粉
末の成形性はサイズの大型化と共に悪化するため歩留ま
りが極端に低下し、結果としてターゲットの製造コスト
および生産性が悪化する。このため、長尺型のターゲッ
トでは、複数のターゲット部材をバッキングプレート上
に接合した多分割ターゲットが用いられている。

【０００６】ＩＴＯ焼結体をバッキングプレートに接合
するボンディング工程は、焼結体とバッキングプレート
をはんだ材の融点以上まで加熱した後、はんだ材を用い
て接合した後、冷却することにより行われる。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
ら反りや割れが発生するという問題が生じた。

【０００７】また、出来上がったターゲットをスパッタ
リング装置に取り付けた後、真空排気を行ったときに発
生する反りやスパッタリング中に発生する熱応力によっ
ても割れが発生するという問題が生じていた。ターゲッ
トに割れが発生するとスパッタリングに供することがで
きないため、生産ラインの停止を招くなど重要な問題と
なる。

【０００８】このようなターゲットの割れ問題は、ター
ゲットサイズが大きくなるのにともない顕著になってき
た。これらターゲットの割れ問題を解決するため、ター
ゲット表面の研削方向を規定し、さらに研削後の表面粗
さを５μｍ以下にするという提案がなされた（特開２０
０１−２６８６３号公報）。この提案は、ターゲットの
反り方向が一方向であるような長尺型のインラインスパ
ッタリング装置用では有効であった。しかし、ターゲッ
トの形状が正方形に近い枚葉型のスパッタリング装置で
は、長軸、短軸の差が小さくいずれの方向にも反りが発
生するため、あまり有効ではなかった。このため、大型
の枚葉式スパッタリング装置用ターゲットに対しても有
効となる割れ防止策の開発が望まれていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ター
ゲットの短軸が長軸の０．７〜１．０倍である枚葉式Ｉ
ＴＯスパッタリングターゲットを装置に取り付け、真空
排気時および／またはスパッタリングを行った際に発生
するターゲットの割れを効果的に抑制できるＩＴＯスパ
ッタリングターゲットを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、短軸が長
軸の０．７〜１．０倍である枚葉式ＩＴＯスパッタリン
グターゲットにおけるターゲットの割れを防止する検討
を行った。その結果、ＩＴＯ焼結体の強度を高める、
ターゲットにかかる応力を吸収できるようなターゲッ
ト構造とする、ことにより上記問題における割れの発生
を抑制できるとの知見を得た。具体的には、ビッカース
硬度、３点曲げ強度が所定の範囲内の値を有する焼結体
を用いるとともに、焼結体とバッキングプレートを接合
するはんだ層の厚さを適切な厚さとすることにより上記
問題を解決できることを見いだし本発明を完成した。

【００１１】即ち、本発明は実質的にインジウム、スズ
および酸素からなる複数の焼結体を単一のバッキングプ
レート上に接合した多分割ターゲットであって、ターゲ
ットの短軸が長軸の０．７〜１．０倍である枚葉式スパ
ッタリングターゲットにおいて、前記焼結体のビッカー
ス硬度を７００以上８００以下、焼結体のスパッタ面と
なる面に施した研削加工の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２００ＭＰａ以上２５０
ＭＰａ以下とするとともに、焼結体とバッキングプレー
トを接合するはんだ層の厚さを０．５ｍｍ以上１ｍｍ以
下としたことを特徴とするスパッタリングターゲットに
関する。

【００１２】なお、研削加工の研削方向とは、研削時の
刃先の移動方向であり、具体的には、例えば、焼結体表
面に形成された筋状の研削痕の方向である。また、３点
曲げ強度の測定において、研削方向と平行に荷重を印加
して測定するとは、前記研削方向に平行に３点曲げ試験
の力点を添わせること、すなわち、３点曲げ試験におけ
る３つの力点を結ぶ直線が前記研削方向に平行であるこ
とを意味する。

【００１３】本発明が対象とするような枚葉式ターゲッ
トは、一般に長方形あるいは長方形に準ずる形となって
いる。長方形に準ずる形とは、長方形の各角部にＲ加工
を施した場合も含むものとする。このような枚葉式のタ
ーゲットサイズとしては、８１０ｍｍ×９１０ｍｍを例
示することができ、例えば図１に示すような、２７０ｍ
ｍ×４５５ｍｍの焼結体を３枚ずつ２列に並べた形態で
分割されている。

【００１４】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１５】本発明に使用されるＩＴＯ焼結体およびそ
の製造方法は、特に限定されるものではないが、例え
ば、以下のような方法で製造することができる。

【００１６】始めに、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、プレス法或いは
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。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。混合粉
末中の酸化スズ含有量は、スパッタリング法により薄膜
を製造した際に比抵抗が低下する５〜１５重量％とする
ことが望ましい。

【００１７】次に得られた成形体に必要に応じて、ＣＩ
Ｐ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。ここで始め
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。また、始
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。

【００１８】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。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。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５〜３
０時間であることが望ましい。こうすることにより、緻
密なＩＴＯ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。平面研削の際には、分割された各部材
表面の研削方向がターゲットとして組み上げられた多分
割ターゲットの長い方の辺あるいは短い方の辺から±１
０度以内の方向となるように行う。好ましくは、±５度
以内、特に好ましくは±１度以内である。ここで、研削
方向とは、平面研削盤によって焼結体表面に筋状の研削
痕が形成されるが、この研削痕の方向を示している。こ
うすることにより、割れに対する強度が向上する。ま
た、スパッタリング面の表面粗さＲａを０．１μｍ以下
に調整する。焼結体表面を平面研削加工した場合、焼結
体の３点曲げ強度は、研削後の表面粗さに依存する。ビ
ッカース硬度７００以上の焼結体の加工後の表面粗さＲ
ａを０．１μｍ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２００ＭＰ
ａ以上２５０ＭＰａ以下とすることが可能となる。

【００２１】得られた複数枚のターゲット部材を１枚の
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
の際、はんだ層の厚さを０．５ｍｍ以上、１．０ｍｍ以
下に調整する。はんだ層の厚さを０．５ｍｍ以上にする
とターゲットにかかる応力をはんだ層で吸収することが
可能となり、割れの発生率が低下する。しかし、１．０
ｍｍをこえるとターゲット全体の厚さが厚くなりすぎる
ため好ましくない。はんだ層の厚さを０．５ｍｍ〜１．
０ｍｍに制御する方法としては、例えば、はんだ層中に
厚さ０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの介在物を挿入する方法を
あげることができる。

【００２２】このようにして作製されたターゲットの短
軸が長軸の０．７〜１．０倍である枚葉式スパッタリン
グターゲットは、真空装置に取り付け後の、真空排気時
および／またはスパッタリング時に発生するターゲット
の割れを効果的に抑制することができる。

【００２３】なお、本発明でいうビッカース硬度の定義
および測定方法は、ＪＩＳ−Ｒ１６１０−１９９１に、
３点曲げ強度の定義および測定方法はＪＩＳ−Ｒ１６０
１−１９９１に、表面粗さの定義および測定方法はＪＩ
Ｓ Ｂ０６０１−１９９４に記載の通りである。

【００２４】

【実施例】以下本発明の実施例を述べるが、本発明はこ
れらに限定されるものではない。また、実施例および比
較例において、ビッカース硬度、３点曲げ強度はあらか
じめ少し大きめに作製された成形体からテストピースを
切り出して測定を実施した。

【００２５】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。 （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。得られた焼結体を図１示すような４５５ｍ
ｍ×２７０ｍｍの長方形状に加工して各ターゲット部材
を作製した。このとき、各焼結体のスパッタリング面
に、図１の下端に両矢印で示す方向に＃８００の砥石を
用いて研削加工を施した。得られた焼結体の表面粗さＲ
ａを測定したところ０．０７μｍであった。この時の、
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
度は２１０ＭＰａであった。

【００２６】このようにして得られた各ターゲット部材
とバッキングプレートを１６０℃まで加熱した後、それ
ぞれの接合面にインジウム半田を塗布した。この際バッ
キングプレート上に直径０．５ｍｍのニッケル製のワイ
ヤーを配置し、このワイヤーを挟む形で焼結体とバッキ
ングプレートを接合することにより、はんだ層の厚さを
０．５ｍｍに調整した。このようにして順次６枚の焼結
体をバッキングプレート上の図１に示すような所定の位
置に配置した後、室温まで冷却しターゲットとした。

【００２７】このようにして得られたターゲット２枚に
ついて、各々、真空装置内に設置し、真空排気した後、
アルゴンガスと酸素ガスの導入下でスパッタリングを実
施した。２枚のターゲットのいずれを用いた場合にも、
ターゲットの割れは認められなかった。

【００２８】実施例２ 焼成温度を１６００℃とした以外は実施例１と同じ条件
でＩＴＯ焼結体を作製した。得られた焼結体のビッカー
ス硬度を測定したところ７６０であった。得られた焼結
体を実施例１と同様の方法で加工した。Ｒａは０．０６
μｍ、同様にして測定された３点曲げ強度は２３０ＭＰ
ａであった。

【００２９】次に実施例１と同様の方法で、はんだ層厚
さ０．５ｍｍのＩＴＯターゲットを作製した。得られた
ターゲット２枚について、各々実施例１と同じ方法でス
パッタリングしたが、いずれもターゲットに割れは発生
しなかった。

【００３０】実施例３ はんだ層厚さを０．８ｍｍ、とした以外は実施例２と同
じ方法でＩＴＯターゲットを作製した。得られたターゲ
ット２枚について、各々実施例１と同じ方法でスパッタ
リングしたが、いずれもターゲットに割れは発生しなか
った。

【００３１】比較例１ 実施例１と同じ条件でＩＴＯ焼結体を作製した。得られ
た焼結体のビッカース硬度を測定したところ７６０であ
った。得られた焼結体を所望の形状に加工したのち、＃
４００砥石を使用した以外は、実施例１と同様の方法で
研削加工した。得られた焼結体のＲａは０．６μｍ、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
は１９０ＭＰａであった。

【００３２】次に実施例１と同じ方法で、はんだ層厚さ
０．５ｍｍのＩＴＯターゲットを作製した。得られたタ
ーゲット２枚について、各々実施例１と同じ方法でスパ
ッタリングしたところ、スパッタリング開始から１時間
で２枚とも割れてしまった。

【００３３】比較例２ 焼成時、炉内に導入する酸素量を（仕込重量／酸素流
量）＝１．２とした以外は実施例１と同じ条件でＩＴＯ
焼結体を作製した。得られた焼結体のビッカース硬度を
測定したところ６９０であった。得られた焼結体を実施
例１と同様の方法で加工した。Ｒａは０．０９μｍ、同
様にして測定された３点曲げ強度は１９０ＭＰａであっ
た。

【００３４】次に実施例１と同じ方法で、はんだ層厚さ
０．５ｍｍのＩＴＯターゲットを作製した。得られたタ
ーゲット２枚を順次、実施例１と同じ方法でスパッタリ
ングしたところ、スパッタリング開始から１時間で２枚
とも割れてしまった。

【００３５】比較例３ 実施例１と同じ条件でＩＴＯ焼結体を作製した。得られ
た焼結体のビッカース硬度を測定したところ７６０であ
った。得られた焼結体を実施例１と同様の方法で加工し
た。Ｒａは０．０７μｍ、同様にして測定された３点曲
げ強度は２１０ＭＰａであった。

【００３６】次にはんだ層の厚さを０．３ｍｍとした以
外は、実施例１と同じ方法でＩＴＯターゲットを作製し
た。得られたターゲット２枚を順次、実施例１と同じ方
法でスパッタリングしたところ、スパッタリング開始か
ら１時間で２枚とも割れてしまった。

【００３７】

【発明の効果】ターゲットの短軸が長軸の０．７〜１．
０倍である枚葉式スパッタリングターゲットにおいて、
本発明の焼結体のビッカース硬度を７００以上８００以
下、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２００ＭＰａ以上２５０ＭＰａ以下とするとと
もに、焼結体とバッキングプレートを接合するはんだ層
の厚さを０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下のＩＴＯスパッタリ
ングターゲットを用いることにより、真空排気時あるい
はスパッタリング時に発生する割れを効果的に抑制する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】枚葉式の多分割ターゲットの形態の一例を示す
図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 実質的にインジウム、スズおよび酸素か
   らなる複数の焼結体を単一のバッキングプレート上に接
   合した多分割ターゲットであって、ターゲットの短軸が
   長軸の０．７〜１．０倍である枚葉式スパッタリングタ
   ーゲットにおいて、前記焼結体のビッカース硬度を７０
   ０以上８００以下、焼結体のスパッタ面となる面に施し
   た研削加工の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２００ＭＰａ以上２５０ＭＰａ以下と
   するとともに、焼結体とバッキングプレートを接合する
   はんだ層の厚さを０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下としたこと
   を特徴とするスパッタリングターゲット。
2. 【請求項２】 長軸の長さが８００ｍｍ以上であること
   を特徴とする請求項１に記載のスパッタリングターゲッ
   ト。