JP4811324B2 - スパッタリングターゲット - Google Patents

Description

本発明は、薄膜製造の際に使用されるスパッタリングターゲットに関するものである。

スパッタリング法により形成されるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）透明導電膜は、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、様々な分野で使用されている。

このようなＩＴＯ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、フラットパネルディスプレイ用表示電極、太陽電池用窓材、帯電防止膜等の広範囲な分野に渡って用いられている。特に液晶表示装置を始めとしたフラットパネルディスプレイ分野では近年大型化および高精細化が進んでおり、その表示用電極であるＩＴＯ薄膜に対して低パーティクル化の要求が高まっている。

パーティクルの発生原因としては、エロージョン部に形成されるノジュール起因のものと、ターゲットの非エロージョン部分に堆積する黄色粉末に起因するものが挙げられる。

ノジュールとは、ＩＴＯターゲットをアルゴンガスと酸素ガスとの混合ガス雰囲気中で連続してスパッタリングした場合、積算スパッタリング時間の増加と共にターゲット表面に発生する黒色の付着物である。インジウムの低級酸化物と考えられているこの黒色の付着物は、ターゲットのエロージョン部に析出するため、スパッタリング時の異常放電の原因となりやすく、またそれ自身が異物（パーティクル）の発生源となることが知られている。

一方、ターゲット表面の非エロージョン部に堆積する黄色の粉末は、スパッタリング時間の増加にともなって堆積量が増加し、ある程度以上の厚さに達するとターゲット表面より剥がれ、真空中を浮遊し基板表面に付着するようになる。この黄色粉末は、エロージョン部より叩き出されたターゲット物質が、対向する基板に到達する前に、真空チャンバー内のガス粒子（アルゴン原子、酸素分子等）と衝突することによって向きを変え、ターゲット表面の非エロージョン部に堆積すると考えられている。この黄色粉末が基板に付着すると、液晶表示装置などの表示品位を低下させ、不良の原因となり、製品の製造歩留まりを著しく低下させる。

ノジュール起因のパーティクルを低減させる手段としては、例えば、特許文献１には、ターゲットの密度とバルク抵抗率を一定範囲内に収めるとともに被スパッタリング面の表面粗さ（Ｒａ）を０．５μｍ以下にする方法が報告されている。しかしながらこの方法は、ノジュール起因のパーティクル低減の効果はあったものの、黄色粉末起因のパーティクル低減に対しては、効果がなかった。

一方、黄色粉末起因のパーティクルを低減させる手段としては、例えば、特許文献２のように、ターゲット表面を粗くして黄色粉末の付着強度を高める方法が提案されている。しかし、これらの方法では、黄色粉末起因のパーティクル低減の効果はあったものの、ノジュール起因のパーティクルに対しては、効果が無かった。

このようなことから、ノジュールと黄色粉末の双方を起因とするパーティクルを同時に低減できるような新規ＩＴＯターゲットの開発が望まれていた。このような背景から、非エロージョン部の厚さをエロージョン部の厚さよりも薄くしてエロージョン部を突出させるとともに前記エロージョン部を含む平面と前記非エロージョン部を含む平面とを鈍角な斜面で結んだ形状とし、前記突出させたエロージョン部の表面粗さ（Ｒａ）を０．１μｍ以下、非エロージョン部およびエロージョン部と非エロージョン部を結んだ斜面の表面粗さ（Ｒａ）を１．０μｍ以上としたＩＴＯスパッタリングターゲット（特許文献３）が提案された。本方法により、ノジュール起因のパーティクルと黄色粉末によるパーティクルの双方を効果的に防止できたが、同じ装置であってもターゲット下部に設置される磁石の強さのばらつきにより、上記効果が得がたい場合が生じるという問題が生じていた。

特開平０５−１４８６３５号公報 実開昭６０−１９３９６４号公報 特開２００２−３０２７６２号公報

本発明の課題は、ターゲットの積算使用時間の増加にともないエロージョン部（ターゲットのスパッタリング面の内、ターゲット材がプラズマにより侵食される部分）に発生するノジュールに起因するパーティクルおよび非エロージョン部（ターゲットのスパッタリング面の内、ターゲット材がプラズマにより侵食されない部分）に堆積する黄色粉末に起因するパーティクルの発生量を低減することができるスパッタリングターゲットを提供することにある。

本発明者らは、前記公知技術に基づき、平行平板形状のターゲットに対して非エロージョン部の表面粗さを粗くするとともにエロージョン部の表面粗さを低下させ、ノジュールの発生状況および黄色粉末の付着力を調べる実験を実施した。しかし、再現性良くノジュール発生量を低減させるとともに黄色粉末の付着力を増加させることはできなかった。

その原因は、以下に示す理由によるものである。（１）ターゲット表面のエロージョン領域を特定することは困難である、（２）同じ設計のカソードであっても、その下に置かれる磁石の微妙な磁力の違いによりエロージョン部が微妙に異なる、（３）エロージョン部にわずかな幅でも表面粗さの粗い領域を形成してしまうと、その部分に多くのノジュールが発生する。そのため、同じサイズのターゲットであってもカソード毎に領域を分けて設計し、表面粗さを制御することが必要となり、とても工業的に使用できる技術とはならなかった。

そこで、本発明者らはターゲットの形状と表面粗さについて様々な検討を行い、工業的に生産できる手法を用い、再現性良くノジュール発生量を低減できるとともに黄色粉末の付着力を増加させる方法に関して鋭意検討を行った。

その結果、ターゲットの構造として、図２に示すように、スパッタリング面２とターゲット側面３との間に斜面４を介在させた形状であり、スパッタリング面２の全面及び斜面４のスパッタリング面２側の一部がエロージョン領域に含まれるスパッタリングターゲットにおいて、前記斜面４の表面粗さを、スパッタリング面２の表面粗さより粗くし、かつ、スパッタリング面２に近い側からターゲット側面３側にかけて、徐々に増加させることにより、再現性良く、ノジュールおよび黄色粉末起因のパーティクルを共に低減できることを見出した。

エロージョン領域の外縁部を斜面とした場合、当該斜面での磁束密度が高まり、ノジュールの核の生成が抑制される。この斜面の表面粗さを３μｍ以下とするとさらにノジュール低減効果が得られるが、斜面内の非エロージョン部での黄色粉末の付着力は低下する。一方、斜面の表面粗さを６μｍ以上とするとさらに黄色粉末の付着力が強化されるが、ノジュールは、増加してしまう。そこで、本発明においては、斜面を加工する際に円錐型の工具を使用することで、斜面の表面粗さを連続的に変化させ、ノジュールの低減と黄色粉末の付着力強化を両立させたものである。

このことから、ターゲットの形状としては、スパッタリング面２の全面がエロージョン領域に含まれ、斜面４のスパッタリング面２側の一部がエロージョン領域に含まれており、個々の磁石の特性の相違により、エロージョン領域の大きさや位置が変化しても、エロージョン領域の外周端は、常に斜面４内にあるようにすることが必要である。それにより、エロージョン領域が斜面４の多少粗さの粗い部分に重なったとしても、ノジュールの生成による影響が小く、逆に、非エロージョン領域が斜面４の多少粗さの小さい部分に重なったとしても、スパッタリング面２よりは表面粗さが粗いので、黄色粉末起因のパーティクルの低減が可能となる。

また、前記斜面４の内、図３に示すように、前記ターゲットのスパッタリング面２とターゲット側面３との中間地点からスパッタリング面２側の部分（ａ）の中央部における表面粗さを３μｍ以下とし、および／または、前記斜面４の前記ターゲットのスパッタリング面２とターゲット側面３との中間地点からターゲット側面３側の部分（ｂ）の中央部における表面粗さを６μｍ以上とすることにより、さらに効果的にノジュールおよび黄色粉末起因のパーティクルを低減できることを見出し、本発明を完成した。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明に使用されるターゲット材料は、特に限定されるものではないが、ＩＴＯを例に挙げその製造方法を説明する。

酸化インジウム粉末と酸化スズ粉末との混合粉末をプレス法などの成形法により成形してＩＴＯ成形体を製造する。この際、必要に応じてＰＶＡ等のバインダーを添加しても良い。こうして得られた成形体に対し、必要に応じて冷間等方圧プレス（ＣＩＰ）による処理を行う。

次に、成形時にバインダーを使用したときには、脱バインダー処理を行う。その後、得られた成形体の焼成を例えば、１５００〜１６００℃で行う。焼成は、酸素気流雰囲気で行うことが好ましい。こうすることにより、得られる焼結体の密度が向上し、ノジュールをより低減できる。

次に、得られた焼結体を所望の形状に加工した後、ターゲットのスパッタリング面と側面との間に斜面を設ける加工を施す。加工方法としては、まずフライス盤に円柱形の砥石を取り付け、ターゲット周辺部を図1に示すように階段状に加工を施す。通常のフライス盤の他、マシニングセンター（旋盤、フライス盤、ボール盤が統合され、プログラムによる制御が可能な加工機）等も使用可能である。その後、砥石を円錐形のものに変更し前記階段状に加工した斜面をなめらかにする加工を施す（図２参照）。円錐形の砥石を用いた場合、加工斜面の上部と下部では表面粗さが異なり、円錐形の砥石の直径の大きな部分が当たる上部（図２−ａ部）では表面粗さが小さくなり、円錐形の砥石の直径の小さな部分が当たる下部（図２−ｂ部）では表面粗さが大きくなる。これは、砥石の円錐の直径が大きいほど周速度（時間当たりの砥石移動速度）が大きくなるためである。

なお、本発明で言う表面粗さＲａの定義および測定方法は、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４の記載に従うものである。

このようにして得られた、ＩＴＯ焼結体を無酸素銅等からなるバッキングプレート上にインジウム半田等を用いて接合し容易にターゲット化することができる。

スパッタリングに際しては、スパッタリングガスとして、アルゴンなどの不活性ガスなどに必要に応じて酸素ガスなどが加えられ、通常２〜１０ｍＴｏｒｒにこれらのガス圧を制御しながら行われる。スパッタリングのための電力印加方式としては、ＤＣ、ＲＦあるいはこれらを組み合わせたものが使用可能である。

また、本発明によるスパッタリングターゲットは、酸化インジウム単体でも使用可能であるが、Ｓｎ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａから選ばれる１種または２種以上を添加した場合においても有効である。その際の酸化インジウム量は重量比で６０％以上とする。こうすることによりスパッタリングにより得られる薄膜の抵抗率が低下する。また、酸化亜鉛単体の場合および酸化亜鉛にＭｇ，Ａｌ，Ｉｎ、Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ、Ｂ、Ｓｃから選ばれる１種または２種以上を添加した場合においても有効である。その際の酸化亜鉛量は重量比で６０％以上とする。こうすることによりスパッタリングにより得られる薄膜の抵抗率が低下する。

上記のように構成されたスパッタリングターゲットでは、背面に設置される磁石の特性の相違により、エロージョン領域の形状が多少変化した場合においても、エロージョン部に発生するノジュールに起因するパーティクルおよび非エロージョン部に堆積する黄色粉末に起因するパーティクルの発生量を低減することができる。

本発明により、ノジュール起因および黄色粉末起因双方のパーティクルを抑制できるスパッタリングターゲットを工業的に生産することが可能となる。

以下、本発明を実施例をもって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。

（実施例１）
平均粒径１．３μｍの酸化インジウム粉末１３５０ｇと平均粒径０．７μｍの酸化スズ粉末１５０ｇをポリエチレン製のポットに入れ、乾式ボールミルにより７２時間混合し、混合粉末を製造した。

次に上記混合粉末を金型に入れ３００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力でプレス成形し、ＩＴＯ成形体を得た。この成形体を乾燥後３ｔｏｎ／ｃｍ^２の圧力でＣＩＰ処理を施した。

次に、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）
焼結温度：１５００℃、昇温速度：２５℃／Ｈｒ、焼結時間：１０時間、雰囲気：酸素雰囲気
得られた焼結体サイズは、１０１．６×１７７．８ｍｍでエロージョン部の厚さ１２ｍｍであった。

次に、マシニングセンターに円柱形の砥石を取り付け、ターゲット周辺部（スパッタリング面２と側面３との間）に図１に示すような階段状の加工を施した。その後、砥石を円錐形のものに変更し、前記階段状に加工した斜面をなめらかにする加工を施した（図２参照）。加工後の図３（ａ）の部分の中央部の表面粗さを測定したところ２．７μｍであった。また、図３（ｂ）の部分の中央部の表面粗さを測定したところ６．３μｍであった。

次に、この焼結体を無酸素銅からなるバッキングプレート上にインジウム半田を用いて接合した。

このターゲットを以下のスパッタリング条件で、ターゲットライフエンドに近い９０時間スパッタリングした。
（スパッタリング条件）
ＤＣ電力：３００ｗ、スパッタガス：Ａｒ＋Ｏ_２、ガス圧：５ｍＴｏｒｒ、Ｏ_２／Ａｒ：０．１％
この後、装置内に４インチφのＳｉウエハーを投入して再度上記条件でウエハー上に１５０ｎｍのＩＴＯ膜を形成した後、ウエハー上に付着した１μｍ以上のパーティクル数をレーザーパーティクルカウンターを用いて測定した。１μｍ以上のパーティクルの付着数は１個であった。使用後のターゲット表面を観察したところ、ノジュール発生量は少なく、黄色粉末はターゲット外周部（図３（ｂ）部分）に強固に付着していた。

（実施例２）
平均粒径が１μｍの酸化亜鉛粉末９８重量部と平均粒径が０．２μｍの酸化アルミニウム粉末２重量部とをポリエチレン性のポットに入れ、乾式ボールミルにより７２時間混合し、混合粉末を作製した。この混合粉末を金型に入れ、３００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力でプレスを行い成形体とした。この成形体を３ｔｏｎ／ｃｍ^２の圧力でＣＩＰによる緻密化処理を行った。次に該成形体を以下の条件で焼結した。
（焼結条件）
焼結温度：１５００℃、昇温速度：２５℃／Ｈｒ、焼結時間：１０時間、雰囲気：酸素雰囲気
得られた焼結体サイズは、１０１．６×１７７．８ｍｍでエロージョン部の厚さ１２ｍｍであった。

次に、マシニングセンターに円柱形の砥石を取り付け、ターゲット周辺部（スパッタリング面と側面との間）に図１に示すような階段状の加工を施した。その後、砥石を円錐形のものに変更し、前記階段状に加工した斜面をなめらかにする加工を施した（図２参照）。加工後の図３（ａ）の部分の中央部の表面粗さを測定したところ２．８μｍであった。また、図３（ｂ）の部分の中央部の表面粗さを測定したところ６．４μｍであった。

次に、この焼結体を無酸素銅からなるバッキングプレート上にインジウム半田を用いて接合した。

このターゲットを以下のスパッタリング条件で、ターゲットライフエンドに近い９０時間スパッタリングした。
（スパッタリング条件）
ＤＣ電力：３００ｗ、スパッタガス：Ａｒ、ガス圧：５ｍＴｏｒｒ、
この後、装置内に４インチφのＳｉウエハーを投入して再度上記条件でウエハー上に１５０ｎｍのＡｌ添加酸化亜鉛膜を形成した後、ウエハー上に付着した１μｍ以上のパーティクル数をレーザーパーティクルカウンターを用いて測定した。１μｍ以上のパーティクルの付着数は２個であった。使用後のターゲット表面を観察したところ、ノジュール発生量は少なく、黄色粉末はターゲット外周部（図３（ｂ）部分）に強固に付着していた。

（比較例１）
実施例１と同じ方法でＩＴＯ焼結体を作製した。

これを実施例１と同じく、マシニングセンターに円柱形の砥石を取り付け、ターゲット周辺部（スパッタリング面と側面との間）に階段状の加工を施した（図１参照）。

次に上記ターゲットをマシニングセンターに傾けて固定し、円柱形の砥石を用いて、前記階段状に加工した斜面をなめらかにする加工を施した（図２参照）。加工された面の表面粗さは、研削部全域に亘り、６〜７μｍであった。次に、加工済みの焼結体を実施例１と同じ方法で無酸素銅からなるバッキングプレートに接合した。その後、実施例１と同じスパッタリングを実施した。１μｍ以上のパーティクルの付着数は１２個と、多量のパーティルが付着した。使用後のターゲット表面を観察したところ、黄色粉末はターゲット外周部（図３（ｂ）部分）に強固に付着していたものの、ターゲットのスパッタリング面の少し外側の部分（図３（ａ）部分のスパッタリング面側）に多量のノジュールが発生していた。

（比較例２）
実施例１と同じ方法でＩＴＯ焼結体を作製した。

これを実施例１と同じく、マシニングセンターに円柱形の砥石を取り付け、ターゲット周辺部（スパッタリング面と側面との間）に階段状の加工を施した（図１参照）。

次に上記ターゲットを、＃４６の砥石を取り付けた平面研削盤を用いて、前記階段状に加工した斜面をなめらかにする加工を施した（図２参照）。平面研削盤により加工された面の表面粗さは、研削部全域に亘り、３〜４μｍであった。次に、加工済みの焼結体を実施例１と同じ方法で無酸素銅からなるバッキングプレートに接合した。その後、実施例１と同じスパッタリングを実施した。１μｍ以上のパーティクルの付着数は１８個と、多量のパーティルが付着した。使用後のターゲット表面を観察したところ、ノジュールの発生は無かったものの、多量の黄色粉末がターゲットから剥離していた。

スパッタリング面とターゲット側面との間に円柱形の砥石により施した階段状の加工の一例を示す断面図である。 本発明のターゲットの形状の一例を示す断面図である。 スパッタリング面とターゲット側面との中間地点からスパッタリング面側の部分（ａ）とスパッタリング面とターゲット側面との中間地点からターゲット側面側の部分（ｂ）とを説明するための断面図である。

符号の説明

１ ターゲット材
２ ターゲットのスパッタリング面
３ ターゲット側面
４ 斜面

Claims (5)

1. スパッタリング面とターゲット側面との間に斜面を介在させた形状であり、スパッタリング面の全面及び斜面のスパッタリング面側の一部がエロージョン領域に含まれるスパッタリングターゲットにおいて、前記斜面の表面粗さが、スパッタリング面の表面粗さより粗く、かつ、スパッタリング面に近い側からターゲット側面側にかけて、徐々に増加していることを特徴とするスパッタリングターゲット。
2. 前記斜面の内、前記ターゲットのスパッタリング面と前記ターゲット側面との中間地点からスパッタリング面側の部分の中央部における表面粗さＲａが３μｍ以下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。
3. 前記斜面の内、前記ターゲットのスパッタリング面とターゲット側面との中間地点からターゲット側面側の部分の中央部における表面粗さＲａが６μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のスパッタリングターゲット。
4. 前記ターゲットが酸化インジウムを重量比で６０％以上含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスパッタリングターゲット。
5. 前記ターゲットが酸化亜鉛を重量比で６０％以上含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスパッタリングターゲット。

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