JP2018044213A - 円筒形スパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

【課題】ターゲット材の接合部付近からのパーティクルの発生を抑制し、スパッタリングによって得られる膜の品質を改善すること。【解決手段】本発明の円筒形スパッタリングターゲット１０は、複数個の円筒形スパッタリングターゲット材２０を有する。スパッタリングターゲット材２０はそれらの軸線Ａ方向に沿って直列配置されている。軸線Ａ方向に沿って隣り合う２つのスパッタリングターゲット材２０は、スパッタリングターゲット材２０の対向する端面２１どうしが相補形状となっている。端面２１が、スパッタリングターゲット材２０の軸線Ａと直交する平面を有さない形状となっている。【選択図】図３

Description

本発明は円筒形スパッタリングターゲットに関する。

マグネトロン型回転カソードスパッタリング装置は、円筒形ターゲットの内側に磁場発生装置を有し、ターゲットの内側から冷却しつつ、ターゲットを回転させながらスパッタリングを行う装置である。マグネトロン型回転カソードスパッタリング装置によれば、ターゲット材の全面がエロージョンとなり均一に削られる。このため、回転カソードスパッタリング装置では７０％以上の格段に高い使用効率が得られる。平板型マグネトロンスパッタリング装置の使用効率はそれよりも非常に低く２０〜３０％である。更に回転カソードスパッタリング装置では、ターゲットを回転させることで、従来の平板型マグネトロンスパッタリング装置に比べて、単位面積当り大きなパワーを投入できることから高い成膜速度が得られる。

このような回転カソードスパッタリング方式では円筒形のターゲットを用いるところ、この円筒形のターゲットは、従来の平板型スパッタリングターゲットと同様に、長手方向に複数個のターゲット材を接合させて構成されている。円筒形のターゲット材どうしの隙間（以下「分割部」ともいう）についても、平板型スパッタリングターゲットの場合と同様に０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度である。平板型スパッタリングターゲットでは、分割部から発生するパーティクルと呼ばれるごみが膜質を悪化させるという問題があり、その対策としてターゲット材を大きくして分割部を減らしている。しかし、スパッタリングターゲット材がセラミックス製である場合には該ターゲット材が割れやすく、更にはスパッタリングターゲットが大型化している現状では完全に分割部をなくすことは困難である。円筒形ターゲットでも同様に、分割部のパーティクルの影響で膜質が悪化するという問題がある。

分割部から発生するパーティクルは、下地のボンダーがスパッタリングされることに起因して発生する場合もあるが、分割部の向かい合うターゲット材のエッジに電荷が集中してアーキングが発生し、そのことに起因してパーティクルが発生する原因の方が大きいと考えられる。

特許文献１には、円筒形スパッタリングターゲット材の接合部において、バッキングチューブの近傍で、接合面のターゲット材の厚さ方向に傾斜をつけることでボンダーがスパッタリングされないようにして膜質を改善する方法が記載されている。しかしこの方法では、分割部に起因するアーキングの発生は抑制できない。更に、スパッタリングによってターゲット材が傾斜部まで消耗した場合、傾斜部のエッジ部分が鋭角になり、アーキングが一層発生しやすくなって膜質が悪化することが懸念される。

特開２０１３−２４１６４６号公報

したがって本発明の課題は、複数個のスパッタリングターゲット材を接合してなる円筒形スパッタリングターゲットにおいて、スパッタリングによって得られる膜の歩留り改善にある。

本発明は、複数個の円筒形スパッタリングターゲット材を有する円筒形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ターゲット材はそれらの軸線方向に沿って直列配置されており、
軸線方向に沿って隣り合う２つの前記スパッタリングターゲット材は、前記スパッタリングターゲット材の対向する端面どうしが相補形状となっており、
前記端面が、前記スパッタリングターゲット材の軸線と直交する平面を有さない形状となっている、円筒形スパッタリングターゲットを提供することにより前記の課題を解決したものである。

本発明によれば、ターゲット材の接合部付近からのパーティクルの発生が抑制され、スパッタリングによって得られる膜の品質が改善される。

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斜視図である。 図２は、図１に示すスパッタリングターゲットの要部拡大側面図である。 図３は、図１に示すスパッタリングターゲットにおけるターゲット材の斜視図である。 図４は、図１に示すスパッタリングターゲットにおけるターゲット材の斜視図であり、端面の状態を説明する図である。 図５は、図１に示すスパッタリングターゲットにおけるターゲット材の側面図である。 図６（ａ）は、本発明のスパッタリングターゲットにおけるターゲット材の別の実施形態の斜視図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の側面図である。 図７は、本発明のスパッタリングターゲットにおけるターゲット材の別の実施形態の側面図（図６（ｂ）相当図）である。 図８は、本発明のスパッタリングターゲットにおけるターゲット材の別の実施形態の斜視図（図３相当図）である。

以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき説明する。本発明は、円筒形スパッタリングターゲットに関するものである。図１には、本発明のスパッタリングターゲットの一実施形態の斜視図が示されている。同図に示す円筒形スパッタリングターゲット１０は、平板型スパッタリングターゲットと同様に、軸線Ａ方向に沿って複数個のターゲット材２０が直列配置されて構成されている。軸線Ａ方向に沿って隣り合う２つのターゲット材２０は、ターゲット材２０の対向する端面どうしが相補形状となっている。

図２に示すとおり、軸線Ａ方向に沿って隣り合う２つのターゲット材２０どうしの間には空隙としての分割部３０が形成されている。

図３に示すとおりターゲット材２０は、軸線Ａ方向と直交する断面形状が真円の円環状になっている。スパッタリングを行う場合は、ターゲット材２０の円環形の中心を軸にして、ターゲット１０を一方向に向けて回転させる。ターゲット材２０の端面２１は、最高位置２１ａ及び最低位置２１ｂを有している。端面２１には、最高位置２１ａが１箇所のみにあり、且つ最低位置２１ｂも１箇所のみにある。ここで言う「最高」及び「最低」とは軸線Ａに沿って一定の向きから見たときの高さに関してのものである。

従来、複数の円筒形ターゲット材を用いる場合、ターゲット材どうしの接合部は回転軸に対して直交していることが一般的である。しかし、接合部が回転軸に対して直交しているということは、スパッタリング中に常に同じ位置に分割部が存在することになる。このことに起因して、先に述べたとおり、分割部付近からパーティクルが発生しやすくなり、得られる膜の品質が局所的に悪化しやすい。この現象は、複数の平板型ターゲット材を用いた場合でも同様である。

そこで本発明者は、円筒形スパッタリングターゲットは、平板型スパッタリングターゲットと異なり、回転しながらスパッタリングを行うことに着目した。具体的には、円筒形スパッタリングターゲットの場合、ターゲットを軸周りに回転させている間、ターゲット材どうしの分割部の位置を変化させながらスパッタリングが可能であることに着目した。ターゲットを軸周りに回転させている間、ターゲット材どうしの分割部の位置が変化していれば、分割部に起因するパーティクルが膜の局所に集中しなくなり、膜質が改善される。

以上のことから、本実施形態の円筒形スパッタリングターゲット１０においては、図３に示すとおり、ターゲット材２０の端面２１が、ターゲット材２０の軸線Ａ方向と直交する平面を有さない形状となっている。本実施形態においては、ターゲット材の端面は、該端面における任意の一点から周縁に沿って１周した側面視での軌跡中に、１箇所の最高位置２１ａと、１箇所の最低位置２１ｂとを有する形状をしている。詳細には、図４に示すとおり、軸線Ａ方向をｚ軸とするｘ−ｙ−ｚ直交座標を考える。このとき、ｘ−ｙ平面内において、最高位置２１ａと最低位置２１ｂとを結ぶ直線の延びる方向を、ｙ軸の方向と定める。この直交座標において、ターゲット材２０の端面２１を含む平面Ｐ_１は軸線Ａ方向、すなわちｚ軸と直交していない。そして、ターゲット材２０の端面２１は、該端面２１を含む平面である平面Ｐ_１と、ｚ軸に平行なｘ−ｚ平面である平面Ｐ_ｚとの交差によって生じる直線Ｌが、ｘ軸と平行に伸びる形状になっている。つまり端面２１は、軸線Ａと９０度以外の角度で交差する平面Ｐ_１内に位置する形状となっている。そして、端面２１には、ターゲット材２０の軸線Ａ方向と直交する平面内に位置する面は存在しない。なお、図４においては、ターゲット材２０における上下２つの端面のうち、上端面２１のみが示されているが、図示しない下端面についても上端面２１と同様の形状をしている。

図４に示す実施形態においては、図５に示すとおり、軸線Ａに直交する面Ｐ_ｘｙと平面Ｐ_１との交差する角度θが４度以上であることが好ましく、５度以上であることが更に好ましく、６度以上であることが一層好ましい。また、軸線Ａに直交する面Ｐ_ｘｙと平面Ｐ_１との交差する角度θが２０度以下であることが好ましく、１５度以下であることが更に好ましく、１０度以下であることが一層好ましい。角度θを４度以上に設定することで、軸線Ａ方向に沿って隣り合うターゲット材２０間から発生するパーティクルを抑制することができる。また、角度θを２０度以下に設定することで、端面２１における周長が過度に大きくならず、パーティクルの発生量そのものを抑制することができる。更に、ターゲット材２０の端面２１は、円筒形状の焼成体を研磨・切断して製造することから、角度θが過度に大きいと、ターゲット材２０の製造の歩留りが悪化してコストが大きくなる傾向にあるが、角度θを２０度以下に設定することで、そのような不都合が生じにくくなる。また、角度θが過度に大きいと、ターゲット材２０の外側面に対して鋭角に切断された箇所２２（図５参照）に電荷が集中しやすくなり、アーキングが発生しやすくなるところ、角度θを２０度以下に設定することで、そのような不都合も生じにくくなる。更に、角度θが過度に大きいと、鋭角に切断された箇所２２の先端の厚みが非常に薄くなり、そのことに起因してアーキングが発生しやすくなったり、ハンドリング時に欠けやすくなったりするという不都合が発生しやすいところ、角度θを２０度以下に設定することで、そのような不都合も生じにくくなる。

上述した本実施形態のスパッタリングターゲット１０の種々の利点を一層顕著なものとする観点から、ターゲット材２０はその外径が１４５ｍｍ以上１６０ｍｍ以下であることが好ましい。

同様の理由によって、軸線Ａ方向に沿って隣り合う２つのターゲット材２０間に存在する分割部３０は、軸線Ａ方向に沿う長さＬ_Ａが０．０５ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが更に好ましく、０．２ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下であることが一層好ましい。長さＬ_Ａを０．０５ｍｍ以上に設定することで、ターゲット材２０どうしがぶつかることや、それに起因して割れることを効果的に防止できる。また長さＬ_Ａを０．６ｍｍ以下に設定することで、分割部に起因するパーティクルの発生を効果的に防止できる。

また、上述の実施形態においては、ターゲット材２０の端面２１は平面Ｐ_１内に含まれていたが、該端面２１は平面内に含まれていることを要せず、例えば曲面内に含まれていてもよい。具体的には、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すとおり、軸線Ａをｚ軸とするｘ−ｙ−ｚ直交座標を考えた場合、端面２１が、曲面Ｐ_２内に位置する形状になっていてもよい。曲面Ｐ_２は、図６（ｂ）に示すとおり、ｙ軸（図６（ｂ）における紙面と直交する軸）のいずれの位置においても、ｘ−ｚ平面での断面が、下向きに凸の同一の曲線になっている形状をしている面である。

なお、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すターゲット材２０に隣接するターゲット材（図示せず）の端面は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すターゲット材２０の端面２１と相補形状になっていることから、図７に示す形状になっている。同図に示す端面２１は、軸線Ａをｚ軸とするｘ−ｙ−ｚ直交座標を考えた場合、曲面Ｐ_３内に位置する形状になっている。曲面Ｐ_３は、図７に示すとおり、ｙ軸（図７における紙面と直交する軸）のいずれの位置においても、ｘ−ｚ平面での断面が、上向きに凸の同一の曲線になっている形状をしている面である。

これまで説明してきた実施形態においては、ターゲット材２０の端面２１は、該端面における任意の一点から周縁に沿って１周した側面視での軌跡中に、１箇所の最高位置２１ａと、１箇所の最低位置２１ｂとを有する形状をしていたが、最高位置２１ａの数は２箇所以上でもよく、また最低位置２１ｂの数も２箇所以上でもよい。例えば図８に示す実施形態のターゲット材２０は、端面２１が、閉じた円環状の正弦波を描く形状をしており、複数箇所の最高位置２１ａと、複数箇所の最低位置２１ｂとを有している。尤も、パーティクルの発生の一層の抑制の点からは、端面２１は、（Ａ）１箇所の最高位置２１ａと１箇所の最低位置２１ｂとを有し、（Ｂ）ターゲット材の横断面視において最高位置２１ａと最低位置２１ｂとが１８０度対向しており、且つ（Ｃ）最高位置２１ａから最低位置２１ｂまでの間で、端面の高さが漸次減少する形状を有していることが好ましい。

本発明の円筒形スパッタリングターゲット１０におけるターゲット材２０は、例えば金属製又はセラミックス製であり得る。ターゲット材２０がセラミックス製である場合、該セラミックスとしては、例えばＩｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｎ及びＡｌからなる群より選択される少なくとも１種の元素の酸化物を含むものであることが好ましい。そのようなセラミックスとしては、例えばＩＴＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＳｎＯ_２）、ＩＧＺＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３−Ｇａ_２Ｏ_３−ＺｎＯ）、及びＡＺＯ（Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｎＯ）等が挙げられるが、これらに限られない。以下、これらセラミックス製ターゲット材２０の製造方法についてそれぞれ説明する。

＜ＩＴＯ円筒形スパッタリングターゲット材の製造方法＞
ＩＴＯにおいては、ＳｎＯ_２の組成が２．５質量％以上１０．０質量％以下であることが一般的である。一般的にＩＴＯ円筒形スパッタリングターゲットは、下記の工程で製造される。

〔工程１〕
工程１では、原料粉末及び有機添加物を含有するスラリーから顆粒を調製する。原料粉末及び有機添加物から顆粒を調製し、その顆粒を工程２のＣＩＰ成形に供することにより、原料の充填性が向上し、高密度の成形体を得ることができる。また、充填むらが生じにくくなり、均一な充填が可能になる。プレスむらも生じにくくなる。

原料粉末としては、Ｉｎ_２Ｏ_３粉末及びＳｎＯ_２粉末の混合粉末を使用できる。ＩＴＯ粉末を単独で使用してもよく、あるいはＩｎ_２Ｏ_３粉末及びＳｎＯ_２粉末を混合して用いてもよい。Ｉｎ_２Ｏ_３粉末、ＳｎＯ_２粉末及びＩＴＯ粉末は、ＢＥＴ（Ｂｒｕｎａｕｅｒ−Ｅｍｍｅｔｔ−Ｔｅｌｌｅｒ）法で測定した比表面積がそれぞれ独立に１ｍ^２／ｇ以上４０ｍ^２／ｇ以下であることが好ましい。Ｉｎ_２Ｏ_３粉末、ＳｎＯ_２粉末及びＩＴＯ粉末の混合比率は、ターゲット材２０における構成元素の含有量が前述の範囲内になるように適宜決定される。Ｉｎ_２Ｏ_３粉末及びＳｎＯ_２粉末の混合粉末をセラミックス原料粉末として使用する場合、セラミックス原料粉末におけるＳｎＯ_２粉末の含有量（質量％）が、最終的に得られるターゲット材におけるＳｎＯ_２量換算でのＳｎの含有量（質量％）と同視できる。

粉末の混合方法には特に制限はなく、例えば、各粉末及びジルコニアボールをポットに入れ、ボールミル混合することができる。混合に際しては、スラリーや成形体の性状を好適に調整するために有機添加物を添加してもよい。有機添加物としては、例えばバインダ、分散剤及び可塑剤等を挙げることができる。

工程１において、有機添加物の量はセラミックス原料粉末の量に対して０．３質量％以上２．０質量％以下とすることが好ましい。有機添加物の前記配合量が２．０質量％より多いと、脱媒中の成形体の強度低下が大きくなり、脱脂割れしやすくなったり、脱脂後に成形体中に空孔が多くなり、高密度化しにくくなったりする場合がある。有機添加物の前記配合量が０．３質量％より少ないと、各成分の十分な効果が得られない場合がある。有機添加物の配合量を前記範囲内にすると、相対密度が９８％以上であるセラミックス円筒形スパッタリングターゲット材を首尾よく製造することができる。

前記バインダは、成形体においてセラミックス原料粉末をバインドし、成形体の強度を高めるために添加される。バインダとしては、公知の粉末焼結法において成形体を得るときに通常使用されるバインダを使用することができる。

前記分散剤は、スラリー中の原料粉末及びバインダの分散性を高めるために添加される。分散剤としては、例えばポリカルボン酸アンモニウム、ポリアクリル酸アンモニウム等を挙げることができる。

前記可塑剤は、成形体の可塑性を高めるために添加される。可塑剤としては、例えばポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、エチレングリコール（ＥＧ）等を挙げることができる。

原料粉末及び有機添加物を含有するスラリーを調製する際に使用する分散媒には特に制限はなく、目的に応じて、水、アルコール等から適宜選択して使用することができる。原料粉末及び有機添加物を含有するスラリーを調製する方法には特に制限はなく、例えば、原料粉末、有機添加物及び分散媒をポットに入れ、ボールミル混合する方法が使用できる。

スラリーから顆粒を調製する方法に特に制限はなく、例えばスプレードライ法、転動造粒法、押出し造粒法等を使用することができる。これらのうちで、顆粒の流動性が高く、成形時に潰れやすい顆粒を作製しやすいなどの点で、スプレードライ法が好ましい。スプレードライ法の条件には特に制限はなく、セラミックス原料粉末の造粒に通常使用される条件を適宜選択して実施することができる。

〔工程２〕
工程２では、工程１で調製された顆粒をＣＩＰ成形（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ（冷間等方圧成形））して円筒形の成形体を作製する。ＣＩＰ成形時の圧力は、通常８００ｋｇｆ／ｃｍ^２以上である。圧力が高いほど、顆粒を緻密に充填でき、成形体を高密度化及び高強度化できる。

〔工程３〕
工程３では、工程２で成形された成形体を焼成する。焼成炉に特に制限はなく、ＩＴＯターゲット材の製造に従来使用されている焼成炉を使用することができる。

焼成温度は、通常１４５０〜１７００℃であり、好ましくは１５００〜１６５０℃であり、より好ましくは１５５０〜１６００℃である。焼成温度が高いほど高密度のターゲット材が得られるが、焼成温度が高すぎるとターゲット材の焼結組織が肥大化して割れやすくなる。焼成時間は、通常３〜３０時間であり、好ましくは５〜２０時間であり、より好ましくは８〜１６時間である。焼成時間が長いほどターゲット材が高密度化しやすいが、長すぎるとターゲット材の焼結組織が肥大化して割れやすくなる。昇温速度は通常１００〜５００℃／ｈである。 焼成雰囲気は通常、大気等の含酸素雰囲気である。

〔工程４〕
得られた焼成体は、切削加工等、必要な加工を施されてスパッタリングターゲット材として使用される。加工方法には様々な方法がある。例えば円筒研削盤に焼成体をセットし、外面の加工を行うことができる。このとき、最終仕上げ寸法よりも０．１ｍｍ以上残しておくことが有利である。次に、外径の面を基準にして、内面の加工を行う。その後、ターゲット材の片側の端面については回転軸に対して切断用の刃を９０度ではない斜めに切り込むことで、円形の中心軸に対して所定の角度を持つ端面を加工する。反対の端面についても同様に円筒研削盤で切断する。最後に再度外径の加工を行い、目標の寸法に研削する。

このようにして得られたＩＴＯ円筒形スパッタリングターゲット材２０を、図１に示すとおり、円筒形基材１１に接合材（図示せず）によって接合する。円筒形基材１１は、通常、円筒形スパッタリングターゲット材２０を接合し得る円筒形状を有する。円筒形基材１１の種類に特に制限はなく、従来使用されている円筒形基材から適宜選択して使用することができる。円筒形基材１１の材料としては例えば、ステンレスやチタン等を挙げることができる。前記接合材の種類にも特に制限はなく、従来使用されている接合材から適宜選択して使用することができる。接合材として、例えばインジウム製の半田等が挙げられる。

ＩＴＯ円筒形スパッタリングターゲット材は、１本の円筒形基材の外側に、複数本を並べそれらを接合する。接合方法に特に制限はなく、従来のセラミックス円筒形スパッタリングターゲットと同様の方法を採用することができる。

＜ＡＺＯ円筒形スパッタリングターゲット材の製造方法＞
ＡＺＯにおいては、Ａｌ_２Ｏ_３の組成が０．５質量％以上５．０質量％以下であることが一般的である。スパッタリングターゲット材がＡＺＯである場合、セラミックス原料粉末として、Ａｌ_２Ｏ_３粉末及びＺｎＯ粉末の混合粉末を使用できる。ＡＺＯ粉末を単独で使用してもよく、あるいはＡｌ_２Ｏ_３粉末及びＺｎＯ粉末を混合して用いてもよい。Ａｌ_２Ｏ_３粉末、ＺｎＯ粉末及びＡＺＯ粉末は、ＢＥＴ法で測定した比表面積がそれぞれ独立に１ｍ^２／ｇ以上２０ｍ^２／ｇ以下である。Ａｌ_２Ｏ_３粉末、ＺｎＯ粉末及びＡＺＯ粉末の混合比率は、ターゲット材２０における構成元素の含有量が前述の範囲内になるように適宜決定される。Ａｌ_２Ｏ_３粉末及びＺｎＯ粉末の混合粉末をセラミックス原料粉末として使用する場合、セラミックス原料粉末におけるＡｌ_２Ｏ_３粉末の含有量（質量％）が、最終的に得られるターゲット材におけるＡｌ_２Ｏ_３量置換でのＡｌの含有量（質量％）と同視できることが確認されている。

ＡＺＯ円筒形スパッタリングターゲット材は、先に述べたＩＴＯ円筒形スパッタリングターゲット材と同様な工程で製造される。焼成温度は、通常、１２５０℃以上１５００℃以下であり、好ましくは１３００℃以上１４５０℃以下であり、より好ましくは１３５０℃以上１４５０℃以下である。焼成温度が高いほど高密度のターゲット材が得られるが、高すぎるとターゲット材の焼結組織が肥大化して割れやすくなる。

＜ＩＧＺＯ円筒形スパッタリングターゲット材の製造方法＞
ＩＧＺＯにおいては、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝０．９５〜１．０５：０．９５〜１．０５：１．９０〜２.１０（原子比率）が一般に使用されている組成である。ターゲット材がＩＧＺＯの場合、セラミックス原料粉末として、Ｉｎ_２Ｏ_３粉末、Ｇａ_２Ｏ_３粉末及びＺｎＯ粉末の混合粉末を使用できる。ＩＧＺＯ粉末を単独で、又はＩｎ_２Ｏ_３粉末、Ｇａ_２Ｏ_３粉末及びＺｎＯ粉末と混合して用いてもよい。Ｉｎ_２Ｏ_３粉末、Ｇａ_２Ｏ_３粉末及びＺｎＯ粉末及びＩＧＺＯ粉末は、ＢＥＴ法で測定した比表面積がそれぞれ独立に１ｍ^２／ｇ以上２０ｍ^２／ｇ以下である。Ｉｎ_２Ｏ_３粉末、Ｇａ_２Ｏ_３粉末及びＺｎＯ粉末及びＩＧＺＯ粉末の混合比率は、本ターゲット材における構成元素の含有量が前述の範囲内になるように適宜決定される。本製造方法においては、Ｉｎ_２Ｏ_３粉末、Ｇａ_２Ｏ_３粉末及びＺｎＯ粉末の混合粉末をセラミックス原料粉末として使用する場合、セラミックス原料粉末におけるＩｎ_２Ｏ_３粉末、Ｇａ_２Ｏ_３粉末及びＺｎＯ粉末の含有量（原子％）が、最終的に得られるターゲット材におけるＩｎ_２Ｏ_３量置換でのＩｎ含有量（原子％）、Ｇａ_２Ｏ_３量置換でのＧａ含有量（原子％）及びＺｎＯ量置換でのＺｎの含有量（原子％）と同視できることが確認されている。

ＩＧＺＯ円筒形スパッタリングターゲット材は、先に述べたＩＴＯ円筒形スパッタリングターゲット材と同様な工程で製造される。焼成温度は、通常、１３００℃以上１５００℃以下であり、好ましくは１４００℃以上１４５０℃以下である。焼成温度が高いほど高密度のターゲット材が得られるが、高すぎるとターゲット材の焼結組織が肥大化して割れやすくなる。

以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に制限されない。例えば、前記実施形態では、本発明をセラミックス製のターゲット材に基づき説明したが、ターゲット材の材質はセラミックスに限られず、他の材質、例えば各種の金属であってもよい。

また、本発明においては、端面２１には、ターゲット材２０の軸線Ａ方向と直交する平面内に位置する面は存在しないことが原則ではあるが、本発明の効果を損なわない限度において、端面２１に軸線Ａ方向と直交する平面内に位置する面が若干程度、円筒形スパッタリングターゲット内に存在することは許容される。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。特に断らない限り、「％」は「質量％」を意味する。

実施例及び比較例を具体的に説明するのに先立ち、実施例及び比較例において得られたスパッタリングターゲット材の評価方法を説明する。

１．相対密度
スパッタリングターゲット材の相対密度はアルキメデス法に基づき測定した。具体的には、スパッタリングターゲット材の空中重量を体積（＝スパッタリングターゲット焼成体の水中重量／計測温度における水比重）で除し、下記式（Ｘ）に基づく理論密度ρ（ｇ／ｃｍ^３）に対する百分率の値を相対密度（単位：％）とした。

式（Ｘ）中、Ｃ_１〜Ｃ_ｉはそれぞれターゲット材の構成物質の含有量（重量％）を示し、ρ_１〜ρ_ｉはＣ_１〜Ｃ_ｉに対応する各構成物質の密度（ｇ／ｃｍ^３）を示す。

２．スパッタ膜の評価
スパッタリングは、ＤＣマグネトロンスパッタリングを用いて行った。条件は、以下のとおりである。
背圧：７．０×１０^−５［Ｐａ］
Ａｒ分圧：４．０×１０^−１［Ｐａ］
Ｏ_２分圧：４．０×１０^−５［Ｐａ］
Ｐｏｗｅｒ：３００［Ｗ］（１．６Ｗ／ｃｍ^２）
また、スパッタ後に得られた膜の中に付着したパーティクルは、１ｃｍ^２の範囲内で最も多くのパーティクルが付着した箇所のパーティクルの個数で評価した。

〔実施例１〕
ＢＥＴ法によって測定された比表面積が５ｍ^２／ｇであるＳｎＯ_２粉末と、ＢＥＴ法により測定された比表面積が５ｍ^２／ｇであるＩｎ_２Ｏ_３粉末とを、ＳｎＯ_２粉末の含有量が１０％になるように配合し、ポット中でジルコニアボールによってボールミル混合して原料粉末を調製した。

このポットに、原料粉末に対して０．３％のポリビニルアルコールをバインダとして加え、原料粉末に対して０．２％のポリカルボン酸アンモニウムを分散剤として加え、原料粉末に対して０．５％のポリエチレングリコールを可塑剤として加え、更に原料粉末に対して５０％の水を分散媒として加え、ボールミル混合してスラリーを調製した。

このスラリーをスプレードライ装置に供給し、アトマイズ回転数１４０００ｒｐｍ、入口温度２００℃、出口温度８０℃の条件でスプレードライを行い、顆粒を調製した。

外径１５０ｍｍの円柱状の中子（心棒）を有する内径２２０ｍｍ（肉厚１０ｍｍ）、長さ４５０ｍｍの円筒形状のウレタンゴム型に、前記顆粒をタッピングさせながら充填し、ゴム型を密閉後、８００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力でＣＩＰ成形して、円筒形の成形体を作製した。

上述した成形体を焼成して焼成体を作製した。焼成は、酸素雰囲気中で行った。焼成温度は１５５０℃、焼成時間は１２時間、昇温速度は３００℃／ｈとした。降温は１５５０℃から８００℃までの降温速度を５０℃／ｈ、前記温度範囲以外での降温速度を３０℃／ｈとした。得られた焼成体の密度は９９．８％であった。

得られた焼成体を切削加工し、外径１５３ｍｍ、内径１３５ｍｍの図３に示す形状のＩＴＯ円筒形スパッタリングターゲット材を１本製造した。端面については円筒の中心軸に垂直な面に対して４度で切断し、長さは３００ｍｍとした。また、片方の端面のみを切断したＩＴＯ円筒形スパッタリングターゲット材（端ピース）を２本製造した。

外径１３３ｍｍ、内径１２３ｍｍ、長さ１０００ｍｍのチタン製バッキングチューブに、前記ターゲット材３本をＩｎ半田によって接合し、ＩＴＯターゲットを作製した。各ターゲット材間の間隔Ｌ_Ａ（図２参照）は０．５ｍｍとした。スパッタリング後のスパッタ膜のパーティクルの量について、１ｃｍ^２の範囲内で最も多いパーティクルの量を測定した。

〔実施例２〕
ＢＥＴ法によって測定された比表面積が４ｍ^２／ｇであるＺｎＯ粉末と、ＢＥＴ法によって測定された比表面積が７ｍ^２／ｇであるＩｎ_２Ｏ_３粉末と、ＢＥＴ法によって測定された比表面積が１０ｍ^２／ｇであるＧａ_２Ｏ_３粉末を、Ｉｎ_２Ｏ_３粉末の含有量が４４．２％、ＺｎＯ粉末の含有量が２５．９％、Ｇａ_２Ｏ_３粉末の含有量が２９．９％になるように配合し、ポット中でジルコニアボールによってボールミル混合して原料粉末を調製した。

このポットに、原料粉末に対して０．３％のポリビニルアルコールをバインダとして加え、原料粉末に対して０．４％のポリカルボン酸アンモニウムを分散剤として加え、原料粉末に対して１．０％のポリエチレングリコールを可塑剤として加え、更に原料粉末に対して５０％の水を及び分散媒として加え、ボールミル混合してスラリーを調製した。その後、焼成前までは実施例１と同様の操作を行った。

焼成は、温度１４００℃、時間１０時間、昇温速度３００℃／ｈ、降温速度５０℃／ｈで行った。得られた焼成体の密度は９９．７％であった。ターゲット材の加工方法とチタン製バッキングチューブとの接合は実施例１と同様に行い、ターゲットを作製した。スパッタリング後のスパッタ膜のパーティクルの量について、１ｃｍ^２の範囲内で最も多いパーティクルの量を測定した。

〔実施例３〕
ＢＥＴ法によって測定された比表面積が４ｍ^２／ｇであるＺｎＯ粉末と、ＢＥＴ法によって測定された比表面積が５ｍ^２／ｇであるＡｌ_２Ｏ_３粉末とを、Ａｌ_２Ｏ_３粉末の含有量が５％になるように配合し、ポット中でジルコニアボールによってボールミル混合してセラミックス原料粉末を調製した。

このポットに、原料粉末に対して０．３％のポリビニルアルコールをバインダとして加え、原料粉末に対して０．４％のポリカルボン酸アンモニウムを分散剤として加え、原料粉末に対して１．０％のポリエチレングリコールを可塑剤として加え、更に原料粉末に対して５０％の水を分散媒として加え、ボールミル混合してスラリーを調製した。その後、焼成前までは実施例１と同様の方法で作製した。

焼成は、温度１４００℃、時間１０時間、昇温速度３００℃／ｈ、降温速度５０℃／ｈで行った。得られた焼成体の密度は９９．９％であった。ターゲット材の加工方法とチタン製バッキングチューブとの接合は実施例１と同様に行い、ターゲットを作製した。スパッタリング後のスパッタ膜のパーティクルの量について、１ｃｍ^２の範囲内で最も多いパーティクルの量を測定した。

〔実施例４〕
焼成体の製造までを実施例１（ＩＴＯ）と同様に行った。得られた焼成体を切削加工し、外径１５３ｍｍ、内径１３５ｍｍの図３に示す形状の円筒形ＩＴＯスパッタリングターゲット材を製造した。端面については円筒の軸線に直交する面に対して角度θ＝６度で切断し、長さは３００ｍｍとした。また、片方の端面のみを切断したＩＴＯ円筒形スパッタリングターゲット材（端ピース）を２本製造した。ターゲット材の加工方法とチタン製バッキングチューブとの接合は実施例１と同様に行い、ターゲットを作製した。スパッタリング後のスパッタ膜のパーティクルの量について、１ｃｍ^２の範囲内で最も多いパーティクルの量を測定した。

〔実施例５〕
焼成体の製造までを実施例２（ＩＧＺＯ）と同様に行った。ターゲット材の加工とチタン製バッキングチューブとの接合は実施例４と同様に行い、ターゲットを作製した。スパッタリング後のスパッタ膜のパーティクルの量について、１ｃｍ^２の範囲内で最も多いパーティクルの量を測定した。

〔実施例６〕
焼成体の製造までを実施例３（ＡＺＯ）と同様に行った。ターゲット材の加工とチタン製バッキングチューブとの接合は実施例４と同様に行い、ターゲットを作製した。スパッタリング後のスパッタ膜のパーティクルの量について、１ｃｍ^２の範囲内で最も多いパーティクルの量を測定した。

〔実施例７〕
焼成体の製造までを実施例１（ＩＴＯ）と同様に行った。得られた焼成体を切削加工し、外径１５３ｍｍ、内径１３５ｍｍの図３に示す形状の円筒形ＩＴＯスパッタリングターゲット材を製造した。端面については円筒の軸線に直交する面に対して角度θ＝１０度で切断し、長さは３００ｍｍとした。また、片方の端面のみを切断したＩＴＯ円筒形スパッタリングターゲット材（端ピース）を２本製造した。ターゲット材の加工方法とチタン製バッキングチューブとの接合は実施例１と同様に行い、ターゲットを作製した。スパッタリング後のスパッタ膜のパーティクルの量について、１ｃｍ^２の範囲内で最も多いパーティクルの量を測定した。

〔実施例８〕
焼成体の製造までを実施例２（ＩＧＺＯ）と同様に行った。ターゲット材の加工とチタン製バッキングチューブとの接合は実施例７と同様に行い、ターゲットを作製した。スパッタリング後のスパッタ膜のパーティクルの量について、１ｃｍ^２の範囲内で最も多いパーティクルの量を測定した。

〔実施例９〕
焼成体の製造までを実施例３（ＡＺＯ）と同様に行った。ターゲット材の加工とチタン製バッキングチューブとの接合は実施例７と同様に行い、ターゲットを作製した。スパッタリング後のスパッタ膜のパーティクルの量について、１ｃｍ^２の範囲内で最も多いパーティクルの量を測定した。

〔実施例１０〕
焼成体の製造までを実施例１（ＩＴＯ）と同様に行った。得られた焼成体を切削加工し、外径１５３ｍｍ、内径１３５ｍｍの図３に示す形状の円筒形ＩＴＯスパッタリングターゲット材を製造した。端面については円筒の軸線に直交する面に対して角度θ＝２０度で切断し、長さは３００ｍｍとした。また、片方の端面のみを切断したＩＴＯ円筒形スパッタリングターゲット材（端ピース）を２本製造した。ターゲット材の加工方法とチタン製バッキングチューブとの接合は実施例１と同様に行い、ターゲットを作製した。スパッタリング後のスパッタ膜のパーティクルの量について、１ｃｍ^２の範囲内で最も多いパーティクルの量を測定した。

〔実施例１１〕
焼成体の製造までを実施例２（ＩＧＺＯ）と同様に行った。ターゲット材の加工とチタン製バッキングチューブとの接合は実施例１０と同様に行い、ターゲットを作製した。スパッタリング後のスパッタ膜のパーティクルの量について、１ｃｍ^２の範囲内で最も多いパーティクルの量を測定した。

〔実施例１２〕
焼成体の製造までを実施例３（ＡＺＯ）と同様に行った。ターゲット材の加工とチタン製バッキングチューブとの接合は実施例１０と同様に行い、ターゲットを作製した。スパッタリング後のスパッタ膜のパーティクルの量について、１ｃｍ^２の範囲内で最も多いパーティクルの量を測定した。

〔比較例１〕
焼成体の製造までを実施例１（ＩＴＯ）と同様に行った。得られた焼成体を切削加工し、外径１５３ｍｍ、内径１３５ｍｍの円筒形ＩＴＯスパッタリングターゲット材を製造した。端面については円筒の軸線に直交する面に対して角度θ＝０度とし、長さは３００ｍｍとした。チタン製バッキングチューブとの接合は実施例１と同様に行い、ターゲットを作製した。スパッタリング後のスパッタ膜のパーティクルの量について、１ｃｍ^２の範囲内で最も多いパーティクルの量を測定した。

〔比較例２〕
焼成体の製造までを実施例２（ＩＧＺＯ）と同様に行った。ターゲット材の加工とチタン製バッキングチューブとの接合は比較例１と同様に行い、ターゲットを作製した。スパッタリング後のスパッタ膜のパーティクルの量について、１ｃｍ^２の範囲内で最も多いパーティクルの量を測定した。

〔比較例３〕
焼成体の製造までを実施例３（ＡＺＯ）と同様に行った。ターゲット材の加工とチタン製バッキングチューブとの接合は比較例１と同様に行い、ターゲットを作製した。スパッタリング後のスパッタ膜のパーティクルの量について、１ｃｍ^２の範囲内で最も多いパーティクルの量を測定した。

表１に示す結果から明らかなとおり、各実施例で得られたスパッタリングターゲットは、比較例で得られたスパッタリングターゲットに比べてパーティクルの発生数が少ないことが判る。

１０ 円筒形スパッタリングターゲット
１１ 円筒形基材
２０ ターゲット材
２１ 端面
２１ａ 最高位置
２１ｂ 最低位置
２２ 鋭角に切断された箇所
３０ 分割部
Ａ 軸線

Claims (7)

1. 複数個の円筒形スパッタリングターゲット材を有する円筒形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ターゲット材はそれらの軸線方向に沿って直列配置されており、
   軸線方向に沿って隣り合う２つの前記スパッタリングターゲット材は、前記スパッタリングターゲット材の対向する端面どうしが相補形状となっており、
   前記端面が、前記スパッタリングターゲット材の軸線と直交する平面を有さない形状となっている、円筒形スパッタリングターゲット。
2. 前記スパッタリングターゲット材の端面は、該端面における任意の一点から周縁に沿って１周した側面視での軌跡中に、少なくとも１箇所の最高位置と、少なくとも１箇所の最低位置とを有する形状をしている請求項１に記載の円筒形スパッタリングターゲット。
3. 前記端面は、前記軸線と９０度以外の角度で交差する平面Ｐ_１内に位置する形状となっている請求項１又は２に記載の円筒形スパッタリングターゲット。
4. 軸線に直交する面Ｐ_ｘｙと平面Ｐ_１との交差する角度θが４度以上２０度以下である請求項３に記載の円筒形スパッタリングターゲット。
5. 前記スパッタリングターゲット材はその外径が１４５ｍｍ以上１６０ｍｍ以下であり、
   軸線方向に沿って隣り合う２つの前記スパッタリングターゲット材間に分割部を有し、該分割部は、軸線方向に沿う長さが０．０５ｍｍ以上０．６ｍｍ以下である、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の円筒形スパッタリングターゲット。
6. 前記スパッタリングターゲット材がセラミックス製である請求項１ないし５のいずれか一項に記載の円筒形スパッタリングターゲット。
7. 前記スパッタリングターゲット材がＩｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｎ及びＡｌからなる群より選択される少なくとも１種の元素の酸化物を含むセラミックス製である請求項１ないし６のいずれか一項に記載の円筒形スパッタリングターゲット。

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