JPWO2005019492A1 - Itoスパッタリングターゲット - Google Patents
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Abstract
Description
このITO膜を形成する方法として、真空蒸着法やスパッタリング法など、一般に物理蒸着法と言われている手段によって行われており、特に操作性や膜の安定性からマグネトロンスパッタリング法を用いて形成されている。
スパッタリング法による膜の形成は、陰極に設置したターゲットにArイオンなどの正イオンを物理的に衝突させ、その衝突エネルギーでターゲットを構成する材料を放出させて、対面している陽極側の基板にターゲット材料とほぼ同組成の膜を積層することによって行われる。
スパッタリング法による被覆法は処理時間や供給電力等を調節することによって、安定した成膜速度でオングストローム単位の薄い膜から数十μmの厚い膜まで形成できるという特徴を有している。
このノジュールはスパッタ時にアーキングを発生させ、その際にノジュールの破片、あるいはITOの還元物質がパーティクルとなって飛散する。この飛散物がITO膜に付着するとその部分で欠陥が生じ、製品率を低下させる原因となる。
このようなことから、実際の製造に際してはターゲットに発生したノジュールを定期的に除去することが必要となり、これが著しく生産性を低下させるという問題があり、ノジュールの発生の少ないターゲットが求められている。
この方法により、導電性が低くスパッタによるエッチング速度の低い酸化錫のターゲット内の偏析をできるだけ少なくすることで、ノジュールの発生さらにはアーキングに伴うITO膜中の欠陥を減少することが出来た。
しかし、最近ではフラットパネルディスプレイの高精細化及びITO膜の製品歩留り改善のため、小さい欠陥も無視できなくなり、さらにアーキングを減少することが要求されている。
1.ITOスパッタリングターゲット中に、王水でエッチングしたとき又はスパッタエッチングしたときに表出する、粒径100nm以上の粒子の個数が1個/μm2以下であることを特徴とするITOスパッタリングターゲット
2.ITOスパッタリングターゲット中に、王水でエッチングしたとき又はスパッタエッチングしたときに表出する、粒径100nm以上の粒子の個数が0.2個/μm2以下であることを特徴とするITOスパッタリングターゲット
3.ITOスパッタリングターゲット中に、王水でエッチングしたとき又はスパッタエッチングしたときに表出する、粒径100nm以上の粒子の個数が0.02個/μm2以下であることを特徴とする上記1記載のITOスパッタリングターゲット
4.王水でエッチングしたとき又はスパッタエッチングしたときに表出する、粒径が1μm以上の粒子がターゲット中に存在しないことを特徴とする上記1〜3のいずれかに記載のITOスパッタリングターゲット
5.王水でエッチングしたとき又はスパッタエッチングしたときに表出する、粒径が100nm以上の粒子がターゲット中に存在しないことを特徴とする上記4に記載のITOスパッタリングターゲット
6.王水でエッチングしたとき又はスパッタエッチングしたときに表出する、粒径が10nm以上の粒子がターゲット中に存在しないことを特徴とする上記5に記載のITOスパッタリングターゲット
7.密度が7.12g/cm3以上であることを特徴とする上記1〜6のいずれかに記載のITOスパッタリングターゲット
、に関する。
図1、2にスパッタによりエッチングしたITOターゲット表面のSEM像を示す。図1は5000倍の組織で結晶組織の中に微細な粒が観察される。図2はそれをさらに50000倍に拡大したものである。
また、フラットパネルディスプレイ用として最も一般的に用いられる、酸化スズ組成が10wt.%のITOでは、この微細組織の状態は焼結時の最高温度に依存し、焼結温度が高いほど粒子が大きくなり、粒子の個数が増加することが明らかになった。
密度の低いITOターゲットをスパッタするとノジュールが発生し、スパッタ時にアーキングを発生させ、その際にノジュールの破片、あるいはITOの還元物質がパーティクルとなって飛散する。この飛散物がITO膜に付着するとその部分で欠陥が生じ、製品率を低下させる原因となる。
したがって、ただ単に焼結温度を下げるばかりでなく、それにより焼結密度が下がらないようにする必要がある。
焼結密度を下げずに焼結温度を下げるためには、工程を十分に検討して、焼結性を向上させる必要がある。このために、原料である酸化インジウム粉、酸化スズ粉は適正な比表面積を有する必要がある。
さらに、原料粉から圧粉成型体を得る際に、静水圧プレス(CIP)を使用することで高密度の成型体を得ること、焼結中に成型体の全面に酸素雰囲気が行き渡るような成型体の保持方法を採用することが必要となる。
したがって、ただ単に酸化スズ組成を低くすれば良いのではなく、その下限があり、8.5wt.%以上、更に望ましくは9.0wt.%以上であることが望ましい。
本発明は、以上の点に鑑み、ITOスパッタリングターゲット中に存在する王水でエッチングしたとき又はスパッタエッチングしたときに表出する、粒径100nm以上の粒子の個数を1個/μm2以下とするものである。これによって、従来に比べアーキングの発生を著しく減少させることが可能となった。
また、さらに、ITOスパッタリングターゲット中に、王水でエッチングしたとき又はスパッタエッチングにより表出する粒径100nm以上の粒子の個数を0.02個/μm2以下とすることが望ましい。
また、焼結温度が高ければ、高い密度の焼結体を得られ易いが、100nm以上の粒子数の少ない焼結体を得るための焼結条件は狭くなり、不良率が高くなる。製造の際における焼結条件は、以上を考慮して決定されるべきである。
明らかに低温で焼結したITOは、エッチング速度の低い結晶粒内の微細粒組織が無いか、あるいはさらに100nm以下に極めて微細になっており、表面が平滑になっている。
図3の焼結条件に示すように、この100nm程度の微細組織は、最高焼結温度が1550°C以上では確認できるが、最高焼結温度が1550°C以下では殆ど観察されなくなり、1470°C以下では全く観察されなくなる。
酸化インジウム粉90wt.%と酸化スズ粉10wt.%を混合後、湿式媒体攪拌ミルで比表面積の増加が2.5m2/gになるまで粉砕した後、バインダーを加えて乾燥を行った。この乾燥粉を500kgf/cm2の圧力でプレス成形を行った後、さらに2ton/cm2の静水圧プレス(CIP)を行い、650×180×9mmの成形体を得た。
この成型体を酸素雰囲気中、図3に示す焼結条件を満たすように、最高温度1470°C〜1500°Cで焼結を行い、得られた焼結体を機械加工し、ITOターゲットを得た。
ターゲットの密度は7.129、7.130、7.132g/cm3であった。王水エッチングにより表出する粒径が100nm以上の粒子数は0.02、0.19、及び0.80個/μm2であった。図6に0.19個/μm2のエッチング面のSEM像を示す。
スパッタガス :Ar+O2(99:1)
スパッタガス圧 :0.5Pa
電力量 :60W
スパッタ出力 :0.5W/cm2
以上により、スパッタ積算電力160Whr/cm2となるまで放電した。この場合のノジュールの発生量(被覆率)を測定したが、ノジュールによるターゲット表面の被覆率は0.12%、0.11%、及び0.09%であった。また、放電エネルギーが10mJ以下の積算アーキング回数は、それぞれ31、35、48であった。図8に、実線で本実施例のスパッタ積算電力に伴う、積算アーキング回数の変化を示す。
実施例1〜3と同じ方法で得た成型体を、酸素雰囲気中で、図3に示す焼結条件から外れるように、最高温度1530°C〜1620°Cで焼結を行い、得られた焼結体を機械加工し、ITOターゲットを得た。
ターゲットの密度は、それぞれ7.132g/cm3、7.133g/cm3であった。王水エッチングにより表出する粒径が100nm以上の粒子数は、それぞれ1.1個/μm2、及び1.3個/μm2であった。図7に1.1個/μm2のエッチング面のSEM像を示す。
このターゲットを用いて、実施例1と同じ条件で、スパッタ積算電力が160Whr/cm2となるまで、DCマグネトロンスパッタにより放電試験を行ったところ、ノジュールによるターゲット表面の被覆率は、それぞれ0.11%と0.12%であった。
また、放電エネルギーが10mJ以下の積算アーキング回数は、それぞれ150と213であった。同様に、図8中に、比較例のスパッタ積算電力に伴う積算アーキング回数の変化を破線で示す。
表1に、本発明の実施例1〜3及び比較例1、2のターゲット密度、100μm以上の粒子数、スパッタリング時のノジュール被覆率、アーク数の一覧を示す。
本発明のITOターゲットは、アーキングの発生を抑制し、このアーキングが原因となって生ずるITO膜の欠陥の発生を抑え、ITO膜の品質低下を抑制できる著しい効果を有する。
Claims (7)
- ITOスパッタリングターゲット中に、王水でエッチングしたとき又はスパッタエッチングしたときに表出する、粒径100nm以上の粒子の個数が1個/μm2以下であることを特徴とするITOスパッタリングターゲット。
- ITOスパッタリングターゲット中に、王水でエッチングしたとき又はスパッタエッチングしたときに表出する、粒径100nm以上の粒子の個数が0.2個/μm2以下であることを特徴とするITOスパッタリングターゲット。
- ITOスパッタリングターゲット中に、王水でエッチングしたとき又はスパッタエッチングしたときに表出する、粒径100nm以上の粒子の個数が0.02個/μm2以下であることを特徴とする請求項1記載のITOスパッタリングターゲット。
- 王水でエッチングしたとき又はスパッタエッチングしたときに表出する、粒径が1μm以上の粒子がターゲット中に存在しないことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のITOスパッタリングターゲット。
- 王水でエッチングしたとき又はスパッタエッチングしたときに表出する、粒径が100nm以上の粒子がターゲット中に存在しないことを特徴とする請求項4に記載のITOスパッタリングターゲット。
- 王水でエッチングしたとき又はスパッタエッチングしたときに表出する、粒径が10nm以上の粒子がターゲット中に存在しないことを特徴とする請求項5に記載のITOスパッタリングターゲット。
- 密度が7.12g/cm3以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のITOスパッタリングターゲット。
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