JP2007070715A - スパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

【課題】 新たな電源設備の追加を必要とせずに、スパッタ時におけるアーキングの発生や薄膜の膜質低下を抑制できるスパッタリングターゲットを提供する。
【解決手段】 デュアルカソードスパッタリング装置に使用するスパッタリングターゲットであって、このスパッタリング装置に装着した時に、処理対象である基板と対向する面の側端部に面取り部を有するスパッタリングターゲット。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スパッタリングターゲットに関する。さらに詳しくは、デュアル（ツイン）カソードスパッタリング装置に装着するスパッタリングターゲットに関する。

デュアル（ツイン）カソードスパッタリングとは、一対のスパッタリングターゲットを使用し、これに交流電圧を印加することにより、常に一方のターゲットがカソード（マイナス極）となり、必ず他方のターゲットがアノード（プラス極）となるようにして、スパッタリングを行う方法である。
図４に、デュアルカソードスパッタリング装置の一例の概略図を示す。
図４に示すように、一対のターゲット１Ａ，１Ｂに交流電圧をかけることにより、カソードとアノードを交替させ、ターゲット間で電子を移動させる。さらに、基板をアース電位よりフローティングする構成としている。
この構成により、薄膜層のチャージを防ぐことができ、基板２１側及び治具等からの異常放電が発生しにくいものとなり、アーキングが抑制される。

この技術においては、ターゲット対の極性が周期的に切り替わることにより、アーキングを抑制できるものの、基板にかかる電圧が高いため、基板のダメージが大きく、さらに、基板から吸着ガスの成分が膜中に放出され、膜質が低下する点が問題となっている。
従って、こうしたスパッタリングを用いた薄膜形成において、膜質の向上を図るためには、基板の温度上昇を抑え、電圧を下げる必要がある。また、反応効率の向上も望まれている。さらに、大面積の基板に対応する薄膜形成技術において、均一な優れた品質の薄膜形成を実現し、しかもその経済的コストを抑えた技術が望まれている。

上記の目的を達成するために、特許文献１には、薄膜を形成すべき基板に対向して配置されたターゲット対と、当該ターゲット対間での電子の移動を交互に行なうための交流電圧を供給する交流電源と、負の電圧がかかっているターゲットに交互に高周波電圧を印加する高周波電源とを備え、上記交流電圧に高周波電圧が重畳されるよう構成されたスパッタ装置が開示されている。
しかしながら、このような装置は高価な電源設備の増設が必要という難点があった。
特開２００４−０２７２７７号公報

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、新たな電源設備の追加を必要とせずに、スパッタ時におけるアーキングの発生や薄膜の膜質（導電性、透明性、無着色等）低下を抑制できるスパッタリングターゲットを提供するものである。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究したところ、ターゲットを構成する焼結体の側端部を面取りすることにより、スパッタ時におけるアーキングの発生や薄膜の膜質低下を防止できることを見出した。
本発明によれば、以下のスパッタリングターゲットが提供される。
１．デュアルカソードスパッタリング装置に使用するスパッタリングターゲットであって、前記スパッタリング装置に装着した時に、処理対象である基板と対向する面の側端部に面取り部を有するスパッタリングターゲット。
２．インジウム、錫、亜鉛、セリウム及びサマリウムから選択される金属元素を少なくとも一つ含む酸化物の焼結体である１に記載のスパッタリングターゲット。
３．前記酸化物が、酸化インジウムと酸化錫の混合物である２に記載のスパッタリングターゲット。
４．前記酸化物が、酸化インジウムと酸化亜鉛の混合物である２に記載のスパッタリングターゲット。

本発明のスパッタリングターゲットを使用することにより、優れた膜質を有する薄膜が成膜できる。

以下、本発明のスパッタリングターゲットを具体的に説明する。
図１は、本発明のスパッタリングターゲットの一実施形態を示す図であり、（ａ）は上面図を、（ｂ）は断面図を示す。
スパッタリングターゲット１は円柱形であり、スパッタリング装置に装着したときに基板と対向する面となる対向面１１と、対向面の側面１３がある。対向面１１と側面１３が結合する角部、即ち、対向面１１の側端部には、面取り部１２が形成してある。

このように、対向面１１の側端部に面取り部１２を形成することによって、ターゲット対の極性が互いに周期的に切り替わる中で、従来ターゲットの端部に集中していた電荷が緩和され、局所的に強電場がかかることが防止できるため、アーキングを抑制することができる。また、アーキングを抑制することにより、電流を多く流すことができるので、スパッタレートを高くすることができる。
尚、スパッタリングターゲット１は円柱形であるが、この形状に限定されず、例えば、対向面が楕円形、円筒形、長方形等の形状を有していてもよい。また、ターゲットの厚さや大きさは、スパッタリング装置に合わせて適宜調整することができる。

本発明のターゲットは、インジウム、錫、亜鉛、セリウム及びサマリウムから選択される金属元素を少なくとも一つ含む酸化物の焼結体であることが好ましい。これらの酸化物は、液晶ディスプレイやエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）ディスプレイ等を駆動する透明電極の材料として用いることが多い。従って、形成される薄膜の膜質の低下を、特に高いレベルで防止する必要があるが、本発明のターゲットを使用することにより、膜質の低下を防止できる。
なかでも酸化物が、酸化インジウムと酸化錫の混合物（ＩＴＯ）又は酸化インジウムと酸化亜鉛の混合物（ＩＺＯ）であることが好ましい。

本発明のターゲットの面取り部は、その曲率半径（Ｒ）が、３ｍｍよりも大きいことが好ましい。Ｒが３ｍｍ以下であると、面取り部を形成した効果が十分に表れない場合がある。また、Ｒは大きければ大きいほど、アーキングを招く電荷の集中を防止できるが、ターゲットの厚みを勘案した場合、概ねＲは１０ｍｍ以下である。曲率半径（Ｒ）の好ましい範囲は４ｍｍ〜８ｍｍである。

ターゲットの面取り部は、予め鋳込みにより成形されていてもよいし、また、従来法で作製した後に、対向面１１と側面１３が結合した角部を研磨してもよい。
尚、ターゲットの面取り部の断面は、必ずしも滑らかな曲線状である必要はなく、例えば、図２（ａ）に示すように、複数の直線の結合によって弧を描いた形状であってもよい。また、図２（ｂ）に示すように、側面１３全体が面取り部１２となっていてもよい。

図３は、本発明のスパッタリングターゲットを装着したスパッタリング装置の概略構成図である。
このスパッタリング装置は、真空チャンバ（図示せず）内に、ツインカソードを形成するターゲット対１Ａ，１Ｂが、処理対象である基板２１に対向して設けられている。
ターゲット対１Ａ，１Ｂは、それぞれバッキングプレート２２Ａ、２２Ｂに取り付けられる。
ターゲット対間での電子の移動を交互に行なうため、交流電圧を印加する交流電源回路２３がバッキングプレートに接続されている。交流電源回路２３は、周波数１０〜３００ＫＨｚのスイッチング回路と共振器とから構成されている（図示せず）。共振器は、交流周波数の大きさに応じて変化する共振点に対応した共振周波数を自動的に設定して共振する自励発振型の構成となっている。

続いて、スパッタリング装置の動作について説明する。
交流電源回路２３により、一対のスパッタリングターゲット１Ａ，１Ｂに交流電圧を印加する。これにより一方のターゲットがカソード（マイナス極）となるときは、必ず他方のターゲットはアノード（プラス極）となる。
真空チャンバ内に反応ガス（例えば、アルゴン）を供給することにより、プラズマが発生し、これがスパッタリングターゲットに衝突することにより、ターゲットの表面から原子が飛び出す。この原子が基板上に堆積し薄膜を形成する。

本発明のスパッタリングターゲットでは、対向面１１の側端部に面取り部１２を形成することによって、ターゲット対の極性が互いに周期的に切り替わる中で、ターゲットの側端部に集中していた電荷が緩和され、局所的に強電場がかかることを防止する。これにより、アーキングを抑制することができる。また、アーキングを抑制することにより、スパッタリングターゲットに電流を多く流すことができるので、スパッタレートを高くすることができる。
尚、本発明のスパッタリングターゲットを装着するスパッタリング装置は、一対のターゲットを装着するデュアルカソード型であれば特に制限されず、例えば、上述した特許文献１に開示された装置等で使用できる。また、バッキングプレート、反応性ガス等は、この分野において公知であるものを問題なく使用できる。

以下、本発明を実施例によってさらに具体的に説明する。
実施例１
酸化インジウムと酸化スズの粉末（平均粒子系１μｍ以下）を、インジウムのモル比［Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ）］が０．９、スズのモル比［Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ）］が０．１となるように混合し、湿式ボールミル容器内に収容し、７２時間に渡って混合粉砕した。
ついで、得られた粉砕物を造粒してから直径４インチ、厚さ５ｍｍの円柱状にプレス成型した。これを焼成炉に収容した後、１４００℃の温度で３６時間加熱焼成した。このようにして得られた焼結体の側端部を曲率半径が７ｍｍとなるように面取り研磨し、スパッタリングターゲットを作製した。
この焼結体からなる一対のターゲットをＡＣスパッタ装置（図３参照）に装填し、また、ターゲット対の対向する位置にガラス基板を置いて、基板上に薄膜を形成した。そのときの条件は、アルゴン雰囲気下、スパッタ圧力を０．１Ｐａ、スパッタ電圧を４００Ｖ、周波数を５０ｋＨｚとした。
その結果、ガラス基板上に２×１０^−４Ω・ｃｍの透明導電膜を得ることができた。

実施例２
使用原料を酸化インジウムと酸化亜鉛の粉末（平均粒子系１μｍ以下）とし、インジウムのモル比［Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）］が０．９、亜鉛のモル比［Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）］が０．１の割合となるようにした他は、実施例１と同様にして焼結体を得た。
この焼結体の端面を曲率半径が４ｍｍとなるように研磨したものについて、実施例１と同様にして電極膜のスパッタ成膜を行った。この結果、対向するガラス基板上に４×１０^−４Ω・ｃｍの透明導電膜を得た。

実施例３
使用原料を酸化インジウム、酸化亜鉛及び酸化サマリウムの粉末（平均粒子系１μｍ以下）とし、インジウムのモル比［Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｍ）］が０．８、亜鉛のモル比［Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｍ）］が０．１、サマリウムのモル比［Ｓｍ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｍ）］が０．１となるようにした他は、実施例１と同様にして焼結体を得た。
この焼結体の端面を曲率半径が８ｍｍとなるように研磨したものについて、実施例１と同様にして電極膜のスパッタ成膜を行った。
この結果、対向するガラス基板上に８×１０^−４Ω・ｃｍの透明導電膜を得た。

実施例４
使用原料を酸化インジウム、酸化錫及び酸化セリウムの粉末（平均粒子系１μｍ以下）とし、インジウムのモル比［Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｃｅ）］が０．８、錫のモル比［Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｃｅ）］が０．１、セリウムのモル比［Ｃｅ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｃｅ）］が０．１となるようにした他は、実施例１と同様にして焼結体を得た。
この焼結体の端面を曲率半径が７ｍｍとなるように研磨したものについて、実施例１と同様にして電極膜のスパッタ成膜を行った。
この結果、対向するガラス基板上に６×１０^−４Ω・ｃｍの透明導電膜を得た。

比較例１
使用原料を酸化インジウムと酸化亜鉛の粉末（平均粒子系１μｍ以下）とし、インジウムのモル比［Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）］が０．９であり、亜鉛のモル比［Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）］が０．１となるようにした他は、実施例１と同様にして焼結体を得た。
得られた焼結体について面取りをせず、側端部が直角の状態であるものを使用して、実施例１と同様に電極膜のスパッタ成膜を行った。
その結果、スパッタは放電が安定せず、時々アーキングが発生した。対向するガラス基板上に８×１０^−４Ω・ｃｍの透明導電膜を得たが、褐色を帯びていた。
このように、面取りを行わなかったターゲットは放電が安定しないため、良質の透明導電膜を得ることができなかった。

本発明のスパッタリングターゲットを使用することにより、大面積の基板に対しても、優れた膜質の薄膜を経済的に成膜できる。従って、液晶表示パネルやＥＬ表示装置等の透明電極等の透明導電膜を形成するスパッタリングターゲットとして好適である。

本発明のスパッタリングターゲットの一実施形態を示す図であり、（ａ）は上面図を、（ｂ）は断面図を示す。 スパッタリングターゲットの面取り部付近の部分拡大断面図であり、（ａ）は複数の直線の結合によって弧を描いた形状の例を、（ｂ）は側面全体が面取り部となっている例を示す。 本発明のスパッタリングターゲットを装着したスパッタリング装置の概略構成図である。 デュアルカソードスパッタリング装置の一例を示す概略図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ スパッタリングターゲット
１１ 対抗面
１２ 面取り部
１３ 側面
２１ 基板
２２Ａ，２２Ｂ バッキングプレート
２３ 交流電源回路

Claims (4)

1. デュアルカソードスパッタリング装置に使用するスパッタリングターゲットであって、
   前記スパッタリング装置に装着した時に、処理対象である基板と対向する面の側端部に面取り部を有するスパッタリングターゲット。
2. インジウム、錫、亜鉛、セリウム及びサマリウムから選択される金属元素を少なくとも一つ含む酸化物の焼結体である請求項１に記載のスパッタリングターゲット。
3. 前記酸化物が、酸化インジウムと酸化錫の混合物である請求項２に記載のスパッタリングターゲット。
4. 前記酸化物が、酸化インジウムと酸化亜鉛の混合物である請求項２に記載のスパッタリングターゲット。

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