JP4152506B2 - スパッタリングターゲット組立体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＩＴＯ、ＺｎＯ系、Ｉｎ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系、ＭｇＯ系などの、特に透明導電膜形成用に使用する酸化物焼結体スパッタリングターゲット組立体に関し、酸化物焼結体スパッタリングターゲットとバッキングプレートとの、両接合面の一方又は双方に低融点金属を介在させ、かつ中央に熱伝導性樹脂の接着剤を間挿して接着し、製作時における熱膨張の差に起因して発生するターゲットの変形（反り）や亀裂の発生を抑制し、かつ両者の剥離交換が容易にできる酸化物焼結体スパッタリングターゲット組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
透明導電膜形成用ＩＴＯ、ＺｎＯ系、Ｉｎ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系、ＭｇＯ系等の薄膜は、液晶ディスプレイ、タッチパネル、ＥＬディスプレイ等を中心とする表示デバイスの透明電極として広く用いられている。多くの場合ＩＴＯ等の透明導電膜形成用酸化物薄膜はスパッタリングによって形成される。
スパッタリング装置の開発当初は２極式スパッタリング装置が使用されていた。しかし、この２極式スパッタリング装置は印加電圧が高く、また基板温度が上昇し、成膜速度が低い等の欠点を有していた。そのため、３極式や４極式スパッタリング装置などの工夫がなされたり、高周波スパッタリング装置などが開発されたが、十分なものとは言えなかった。
このようなことから最近ではターゲットの裏側にマグネットを配置し、このマグネットから発生する磁束によりプラズマを拘束して、電離したイオンガスをターゲットに集束させ、スパッタ効率を高めたマグネトロンスパッタリング装置が開発された。これが現在のＩＴＯ薄膜等の透明導電膜形成用スパッタリング装置の主流になっている。
【０００３】
上記マグネトロンスパッタリング装置は高速かつ低温で成膜できるが、それでも年々ターゲットが大型化するとともに、ターゲットへ投入される熱量も次第に増大する傾向にある。このためのターゲットの冷却効果を向上させるため、はんだ付けによってバッキンプレート（冷却板）に取付けることが行なわれている。
一般に、バッキンプレートの材料としては熱伝導性の良好な純度の高い銅や銅合金が使用されているが、またこの比較的高価なバッキンプレートを再利用するために、容易に加熱溶融して剥がすことができるように、ターゲットとの間にインジウム等の低融点金属または合金を介在させて接合していた。
この概略説明図を図３に示す。図３はパッタリングターゲット組立体の断面を示し、符号１はＩＴＯ等の酸化物焼結体ターゲット、符号５は銅や銅合金製バッキンプレート（冷却板）である。そして符号４は接合材となるインジウム等の低融点金属または合金を示す。
【０００４】
上記の接合方法は、バッキンプレートとターゲットとの間にあるインジウム等の低融点金属または合金を加熱溶融するだけで、手軽に剥離することができるという利点があった（因にインジウムの融点は１５６°Ｃである）が、上記のＩＴＯ等の酸化物焼結体スパッタリングターゲット材と金属製バッキンプレート材料との熱膨張係数が異なるため、はんだ付け後に全体が反って変形するという問題が発生した。
例えばＩＴＯの場合の熱膨張係数は６．８×１０^-6であるのに対して、銅の熱膨張係数は１６．５×１０^-6と、約２．５倍の差がある。熱を受けて変形した様子を図２に示す。
特に延性に乏しい上記の酸化物焼結体ターゲットでは熱歪みによって割れが生ずるという深刻な問題が発生する場合もある。
【０００５】
このような欠点を解決しょうとして、従来いくつかの提案がなされている。
例えばスパッタリングターゲットと冷却板との間に錫、錫合金又は鉛合金のシートを介在させ、かつこのシートとターゲット及び冷却板との間に低融点金属を介在させ加熱圧着してはんだを溶融し、さらに未反応はんだを接合面から排出して接合する方法（特開昭６１−２５０１６７号公報）、ターゲットと冷却板との間にろう材を入れ加熱冷却して接合する際に、冷却過程において通常発生する反りと逆方向の反りを両者に与えつつろう接合する方法（特開平１−２６２０８９号公報）、あるいはターゲットと冷却板とのはんだ付け後に、そこに生じた変形をプレスによって矯正する方法などがある。
また、ターゲット材の表面黒化及び突起物の生成を抑制するために、断熱性樹脂等をターゲットと冷却板との間に挿入し、ターゲットの温度を高温に維持しようとする方法もある（特開平９−３６３８号公報）。
【０００６】
しかし、錫、錫合金又は鉛合金のシートを介在させる最初の技術については工程が複雑で、かつ溶融はんだで圧着したものは簡単には剥がれないという問題がある。また、逆反りを与える上記の方法は歪みの量を予め知ることが必要であり、内部歪みがある場合には、表面だけに現れた歪み量とが異なる場合があり、十分に歪みが除去ができない欠点がある。
上記プレスによって機械的に矯正する方法は歪みの除去に限界があり、いくら押圧しても形状が平坦にならず、もとの歪みに戻ってしまうことすらある。また、表面に現れない内部歪みは除去できないという問題があり、十分な形状回復方法と言い難い。
また、最後の断熱性樹脂等をターゲットと冷却板との間に挿入する技術は、ターゲットを高温に維持するのが目的で、通常のバッキングプレートに冷却板としての機能を持たせる接合方法とは異なるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、マグネトロンスパッタリング等による効率的なスパッタリングを可能とし、スパッタ性能に影響を与えることがなくＩＴＯ、ＺｎＯ系、Ｉｎ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系、ＭｇＯ系などの、特に透明導電膜形成用に使用する酸化物焼結体スパッタリングターゲット組立体に関し、酸化物焼結体スパッタリングターゲットとバッキングプレートとの、両接合面の一方又は双方に低融点金属を介在させ、かつ中央に熱伝導性樹脂の接着剤を間挿して接着し、製作時における熱膨張の差に起因して発生するターゲットの反りを抑制し、かつ両者の剥離交換が容易にできる酸化物焼結体スパッタリングターゲット組立体を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
１ ターゲットとバッキングプレートを接合したインジウムを含有する酸化物焼結体スパッタリングターゲット組立体において、中央に熱伝導性樹脂の接着剤を挿入し、該接着剤が低融点金属の溶融温度では分解又は溶解せず、かつ常温又は常温近傍の温度で接着できるＡｇエポキシ樹脂からなる接着剤であり、該接着剤とターゲット及び該接着剤とバッキングプレートとの間の双方に低融点金属を介在させて接着したことを特徴とするスパッタリングターゲット組立体
２ 接着剤の熱伝導率が１×１０^−３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ℃以上であることを特徴とする上記１に記載するスパッタリングターゲット組立体
３ 酸化物焼結体がＩＴＯであることを特徴とする上記１又は２に記載するスパッタリングターゲット組立体、に関する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット組立体（部品）の製造に際し、例えばＩＴＯ焼結体に基づいて説明すると、平均粒径が２μｍの酸化インジウム粉と同粒径の酸化錫粉を重量比９０：１０となるように秤量し、これに成形用バインダーを加えて均一に混合する。次に、この混合粉を金型に充填し、加圧成形した後、高温で焼結して得る。
一般に、ＩＴＯターゲットは７０重量％以上の酸化インジウムと酸化錫を主成分とするが、透明導電膜の導電性又は透明度を向上させるために、上記成分以外に第三成分を添加してもよい。上記ＩＴＯスパッタリングターゲット組立部品の酸化インジウム粉と酸化錫粉の粒径及び配合割合は一例を示すもので、本発明においてはこれに制限されることはない。
また、本発明においては通常のＩＴＯのみならずＺｎＯ系、Ｉｎ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系、ＭｇＯ系等の酸化物焼結体ターゲット材料の全てに適応できるもので、本発明はこれらを全てを包含する。
【００１０】
次に、このようにして作製したＩＴＯターゲットと高純度銅のバッキングプレートとを接合するのであるが、インジウムの代わりに常温で接着できる導電性のＡｇエポキシ樹脂（熱伝導性樹脂の接着剤）を用いた。この場合、両者を直接に接合しても十分に接合し、導電性及び熱伝導性並びに熱による変形についても問題がなく（反りや変形がない）、バッキングプレートが冷却体としての機能を十分に発揮できる。
このようにＡｇエポキシ樹脂は常温で接合できるので、反り等の変形を発生さない極めて有効な手段であることが分かった。
しかし、ここで上記Ａｇエポキシ樹脂の接着剤は使用済のＩＴＯターゲットをバッキングプレートから剥がすことが容易でないという問題が生じた。
バッキングプレートは高価で、再利用しないと不経済であることは上記に述べた通りであり、Ａｇエポキシ樹脂の接着剤が有効であってもバッキングプレートの再使用を犠牲にすることはできないジレンマがあった。
【００１１】
以上の点に鑑み、上記Ａｇポキシ樹脂の接着剤とターゲット又は該接着剤とバッキングプレートとの間の一方又は双方に低融点金属、すなわちインジュウム等の低融点金属を介在させて接着した。
この接合断面説明図を図１に示す。図１に示すように、バッキングプレート５及びＩＴＯターゲット１にインジュウム等の低融点金属４を加熱溶融させて被覆し、この低融点金属４の冷却後、バッキングプレート５とＩＴＯターゲット１に低融点金属４を被覆した面の間に、常温で接合できるＡｇポキシ樹脂等の導電性かつ熱伝導性に富む接着剤３を介在させて接着する。
【００１２】
元来インジュウム等の低融点金属２、４は導電性、熱伝導性に富む材料であり、しかも１５６°Ｃ程度の低温加熱で容易に溶解するので、加熱によりターゲット１をバッキングプレート５から容易に剥がすことができる。
また、中央に導電性かつ熱伝導性の優れたＡｇポキシ樹脂３を配置し、常温で接合することができるので、ターゲット１が変形して反りを生じたり、亀裂を発生することがない。このようにして、従来存在した問題を一挙に解決することができた。
【００１３】
インジュウム等の低融点金属２、４は、Ａｇポキシ樹脂等の接着剤３とターゲット２又はバッキングプレート５との間の一方にのみ配置するだけで良い（工程が簡素化される利点がある）が、この場合はＡｇポキシ樹脂等の接着剤３は容易には剥がれないので、廃棄する側又は再加工に時間をかけても良い側の反対の面には、特にバッキングプレート５面側にはインジュウム等の低融点金属４を配置することが望ましい。特に、剥離をより容易にするという観点からは接合面側の双方に配置することが望ましいと言える。
【００１４】
以上の説明において、接着剤３はＡｇポキシ樹脂を用いて説明したが、この樹脂が好適であることは言うまでもない。しかし、導電性及び熱伝導性が良好であり、かつ常温よりやや高めで接着できる接着剤（例えば６０°Ｃ程度で硬化する）であっても良いが、高温になるほど反りが発生する率が高くなるので、なるべく常温で接着できるものが望ましい。本発明においてはこれらに適合する接着剤の全てのものが使用できる。
また、低融点金属２、４としてインジュウムを挙げて説明したが、インジュウム合金であっても良いし、ＳｎやＰｂ−Ｓｎ系などの低融点はんだを使用することもできる。低融点金属（はんだ）に特に制限はなく、ターゲット及びバッキングプレートの材料に合わせて適宜選択することができる。。
【００１５】
【発明の効果】
マグネトロンスパッタリング等による効率的なスパッタリングを可能とし、スパッタ性能に影響を与えることがなくＩＴＯ、ＺｎＯ系、Ｉｎ₂Ｏ₃−ＺｎＯ系、ＭｇＯ系などの、特に透明導電膜形成用に使用する酸化物焼結体スパッタリングターゲット組立体に関し、酸化物焼結体スパッタリングターゲットとバッキングプレートとの、両接合面の一方又は双方の面に低融点金属を介在させ、かつ中央に常温で接合できる熱伝導性樹脂の接着剤を間挿して接着し、製作時における熱膨張の差に起因して発生するターゲットの反りを抑制し、かつ両者の剥離交換が容易にできる酸化物焼結体スパッタリングターゲット組立体を提供するものであり、前記接合面の１部に低融点金属を使用することにより、１００〜２００°Ｃ程度の低温の加熱により、ターゲットとバッキングプレートとを容易に剥離できるという利点を有する。
Ａｇポキシ樹脂等の接着剤は導電性及び熱伝導性を有するので、冷却体として及び導電体としてのバッキングプレートの機能を害なうことはない。
本発明の上記の構造により、バッキングプレート及びターゲットの変形、反りあるいは亀裂の発生という問題を全て解消することができ、さらにはバッキングプレートの再使用が容易であるという優れた特徴を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】中央に熱伝導性樹脂の接着剤を挿入し、該接着剤とターゲット及び該接着剤とバッキングプレートとの間に低融点金属を介在させて接着した本発明のスパッタリングターゲット組立体の一例を示す断面説明図である。
【図２】従来のスパッタリングターゲット組立体が熱を受けて変形した様子を示す説明図である。
【図３】ターゲットとバッキングプレートとの間に低融点金属を介在させて接着した従来のスパッタリングターゲット組立体の一例を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１ ＩＴＯ等の酸化物焼結体スパッタリングターゲット
２ ターゲット側のインジュウム等の低融点金属
３ 熱伝導性樹脂の接着剤
４ バッキングプレート側のインジュウム等の低融点金属
５ バッキングプレート

Claims (3)

1. ターゲットとバッキングプレートを接合したインジウムを含有する酸化物焼結体スパッタリングターゲット組立体において、中央に熱伝導性樹脂の接着剤を挿入し、該接着剤が低融点金属の溶融温度では分解又は溶解せず、かつ常温又は常温近傍の温度で接着できるＡｇエポキシ樹脂からなる接着剤であり、該接着剤とターゲット及び該接着剤とバッキングプレートとの間の双方に低融点金属を介在させて接着したことを特徴とするスパッタリングターゲット組立体。
2. 接着剤の熱伝導率が１×１０^−３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ℃以上であることを特徴とする請求項１に記載するスパッタリングターゲット組立体。
3. 酸化物焼結体がＩＴＯであることを特徴とする請求項１又は２に記載するスパッタリングターゲット組立体。

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