KR20170094310A

KR20170094310A - 스퍼터링 타겟 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20170094310A
Application number: KR1020177018706A
Authority: KR
Inventors: 코조 오사다; 준 카지야마
Original assignee: 제이엑스금속주식회사
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2016-02-10
Publication date: 2017-08-17
Also published as: KR101980465B1; JP5947413B1; CN107532285B; WO2016129621A1; CN107532285A; TWI703228B; JP2016148093A; TW201629250A

Abstract

제조 프로세스 동안의 아킹의 발생을 저감시켜, 제조 프로세스의 수율을 향상시키는 것을 목적으로 한다. 스퍼터링 타겟은, 융점이 300℃ 이하인 저융점 금속으로 구성되는 접합재를 통해 금속으로 구성되는 기재에 접합된, 세라믹으로 구성되는 복수의 타겟 부재를 포함하고, 상기 기재의 상기 접합재가 접하는 면에 있어서의 표면 거칠기(Ra)가 1.8μm 이상이며, 상기 복수의 타겟 부재는, 중공의 원통 형상이며, 또한 상기 기재에 해당 기재의 외주면을 둘러싸도록 접합된 때에 각각 인접하는 타겟 부재와 소정의 간격을 두고 대향하는 원형면을 가지고, 상기 원형면에 있어서의 표면 거칠기(Ra)가 2.0μm 이상 8.0μm 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

스퍼터링 타겟 및 그 제조 방법{SPUTTERING TARGET AND METHOD FOR PRODUCING SAME}

본 발명은, 스퍼터링 타겟 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 타겟 부재를 구성하는 소결체의 표면 거칠기에 관한 것이다.

근래에, 대형의 유리 기판에 금속 박막과 산화 금속 박막을 형성하기 위한 스퍼터링 장치로서, 원통형 스퍼터링 타겟을 사용한 스퍼터링 장치의 개발이 계속되고 있다. 원통형 스퍼터링 타겟이라는 것은, 타겟부 재료로 구성되는 소결체를 중공의 원통 형상으로 가공하여, 백킹 플레이트 또는 백킹 튜브라고 불리는 기재에 접합하여 얻은 스퍼터링용 타겟을 말한다.

이러한 원통형 스퍼터링 타겟은, 평판형 스퍼터링 타겟에 비해, 타겟의 사용 효율이 높고, 에러 존의 발생이 적으며, 퇴적물의 박리에 의한 파티클의 발생이 적다는 이점이 있다. 특히, 파티클의 발생이 적다는 이점은, 파티클의 타겟상에 재퇴적에 의한 아킹의 발생을 저감하는데 있어서 매우 유리하다.

예를 들면 ITO(산화 인듐·주석)를 성막하기 위한 원통형 스퍼터링 타겟을 제조하는 경우, 산화 인듐의 분말과 산화 주석의 분말을 혼합하고 소결시킨 소결체(세라믹)를 중공의 원통 형상으로 가공하여, 원통 형상의 기재(백킹 튜브)에 대해 접합한다.

그렇지만, 세라믹으로 구성되는 타겟 부재를 길이가 긴 형상으로 제조하는 것은 곤란하다. 그 때문에, 원통형 스퍼터링 타겟의 길이를 길게 하는 것(대면적화)를 도모하기 위해, 원통 형상의 소결체를 복수 형성하고, 그것들을 연속적으로 기재에 늘어놓고 접합하는 것으로, 길이가 긴 형상의 원통형 스퍼터링 타겟을 실현하는 기술이 개발되고 있다(특허 문헌 1).

복수의 타겟 부재를 기재에 대해 간극 없이 배치한 경우, 스퍼터 중의 열에 의해 타겟 부재가 신축하여, 타겟 부재끼리 부딪히는 등으로 붕괴와 깨짐이 발생해 버릴 우려가 있다. 거기서, 일반적으로는, 복수의 타겟 부재를 기재에 접합시킬 때에, 타겟 부재끼리의 사이에 일정한 간격을 두고 배치하는 것이 행해지고 있다.

[선행 기술 문헌]

[특허 문헌]

특허 문헌 1: 특개평 7-228967호 공보

그렇지만, 본 발명자들이 열심히 연구한 결과, 타겟 부재끼리 사이에 간극을 마련한 경우, 그 간극에 스퍼터링에 의한 박막의 재퇴적(스퍼터된 타겟 성분이 기판에 도달하지 않고 타겟 부재에 재부착하는 현상)이 발생하고, 그것이 일정량에 달하면, 안정적인 상태에서 방전이 수행되고 있는 플라스마 내로 들어가는 경우가 있는 것을 알게 되었다. 그리고, 그 결과, 플라스마 내의 전위 밸런스가 무너져, 국소적인 전하 집중이 일어나고 우발적인 아킹의 발생으로 연결되는 것을 알게 되었다.

본 발명의 과제는, 상술한 스퍼터링 중의 아킹의 발생을 억제하고, 스퍼터링 프로세스를 사용하는 디바이스 제조 프로세스의 수율을 향상시킬 수 있는 스퍼터링 타겟을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 의한 스퍼터링 타겟은, 융점이 300℃ 이하인 저융점 금속으로 구성되는 접합재를 통해 금속으로 구성되는 기재에 접합된, 세라믹으로 구성되는 복수의 타겟 부재를 포함하고, 상기 기재의 상기 접합재가 접하는 면에 있어서의 표면 거칠기(Ra)가 1.8μm 이상(바람직하게는 1.8μm 이상 3.0μm 이하, 더 바람직하게는, 1.8μm 이상 2.5μm 이하)이며, 상기 복수의 타겟 부재는, 중공의 원통 형상이며, 또한 상기 기재에 해당 기재의 외주면을 둘러싸도록 접합된 때에 각각 인접하는 타겟 부재와 소정의 간격을 두고 대향하는 원형면을 가지고, 상기 원형면에 있어서의 표면 거칠기(Ra)가 2.0μm 이상 8.0μm 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 형태에 의한 스퍼터링 타겟의 제조 방법은, 융점이 300℃ 이하인 저융점 금속으로 구성된 접합재를 통해 금속으로 구성되는 기재에 접합된, 세라믹으로 구성되는 중공의 원통 형상의 복수의 타겟 부재의 원형면을, 표면 거칠기(Ra)가 2.0μm 이상 8.0μm 이하가 되도록 연마하고, 상기 기재의 상기 접합재가 접하는 면을, 표면 거칠기(Ra)가 1.8μm 이상(바람직하게는 1.8μm 이상 3.0μm 이하, 더 바람직하게는, 1.8μm 이상 2.5μm 이하)이 되도록 조면화하고, 각각 인접하는 타겟 부재와 소정의 간격을 두고 상기 원형면이 대향하고, 또한 상기 기재의 외주면을 둘러싸도록, 상기 복수의 타겟 부재를 상기 기재에 상기 접합재를 통해 접합하는 것을 특징으로 한다.

상기 타겟 부재는, ITO(Indium-Tin-Oxide), IZO(Indium-Zinc-Oxide) 또는 IGZO(Indium-Gallium-Tin-Oxide)으로 구성할 수 있다.

덧붙여, 표면 거칠기(Ra)의 측정은, 비접촉 식의 표면 거칠기 측정기를 이용하여 ANSI 규격에 준하여 실시하는 것으로 한다. 표면 거칠기의 측정 개소는, 타겟 부재의 각 단면을 60° 간격으로 6개소씩으로 실시하고(하나의 타겟 부재에 대해 12개소), 전체 측정치의 가중 평균치를 타겟 부재의 표면 거칠기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 스퍼터링 타겟의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 스퍼터링 타겟의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 스퍼터링 타겟에 있어서의 타겟 부재 사이의 간극 부근을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 스퍼터링 타겟의 제조 방법을 나타내는 프로세스 플로우 도면이다.

이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해서, 도면 등을 참조하면서 설명한다. 단, 본 발명은, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지 모양으로 실시할 수 있고, 이하에서 예시하는 실시의 형태의 기재 내용으로 한정하여 해석되는 것은 아니다.

또한, 도면은, 설명을 보다 명확하게 하기 위해, 실제의 모양과 비교해, 각부의 폭, 두께, 형상 등에 대해서 모식적으로 나타내는 경우가 있지만, 어디까지나 일례이며, 본 발명의 해석을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 명세서와 각 도면에서, 먼저 나타난 도면에 관해 설명한 것과 같은 기능을 갖춘 요소에는, 동일한 부호를 교부하고, 중복하는 설명을 생략한 것이 있다.

<스퍼터링 타겟의 구성>

도 1은, 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 스퍼터링 타겟의 구성을 나타내는 사시도이다. 또한, 도 2는, 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 스퍼터링 타겟의 구성을 나타내는 단면도이다.

본 실시 형태에서는, 원통형 스퍼터링 타겟을 예시한다. 본 실시 형태와 관련되는 원통형 스퍼터링 타겟 100은, 기재 101과, 복수의 타겟 부재 102a, 102b를 포함하는 것으로 구성된다. 각 타겟 부재 102a, 102b는, 각각 기재 101에 대해 접합재 103을 통해 접합된다. 이때, 접합재 103은, 기재 101과 타겟 부재 102a, 102b 사이에 마련된 간극을 충전하도록 마련되어 있다.

본 실시 형태와 관련되는 스퍼터링 타겟 100은, 복수의 타겟 부재 102a, 102b를 구성하는 소결체에 특징이 있다. 구체적으로는, 타겟 부재 102a, 102b가, 각각 인접하는 타겟 부재와 소정의 간격을 두고 대향하는 원형면 104를 가지고, 그 원형면 104에 있어서의 표면 거칠기 Ra는 2.0μm 이상이다. 이 점에 대해서는, 후술한다.

복수의 타겟 부재 102a, 102b는, 기재 101의 외주면을 둘러싸도록 마련되어 있다. 복수의 타겟 부재 102a, 102b는, 기재 101의 중심 축에 대해 동축 또는 대략 동축으로 마련되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 원통형 스퍼터링 타겟 100을 스퍼터링 장치에 장착하고, 기재 101을 중심으로 회전시켰을 때, 각 타겟 부재 102a, 102b와 피성막 면(시료 기판)과의 간격을 일정하게 유지할 수 있다.

원통형 스퍼터링 타겟 100은, 기재 101에 대해 복수의 원통형 스퍼터링 타겟 부재 102a, 102b를 장착할 때에, 각 타겟 부재 102a, 102b는 각각 소정의 간격으로 배치되어 있다. 간극은 1mm 이하일 수 있고, 예를 들면, 0.1~0.5mm일 수 있다. 이렇게 복수의 타겟 부재 102a, 102b를 소정의 간격을 두고 배치하는 것으로, 타겟 부재끼리 부딪히는 것에 의한 파손을 방지할 수 있다.

본 실시 형태의 원통형 스퍼터링 타겟 100은, 복수의 타겟 부재 102를 접합재 103에 의해 기재 101에 접합시키는 것으로, 길이 100mm 이상의 길이가 긴 형상의 스퍼터링 타겟으로 하는 것이 가능하다.

<기재>

기재 101은, 중공의 원통 형상을 가지는 타겟 부재 102a, 102b의 내측 표면을 따르도록 하는 외면 형상을 가지고 있는 것이 바람직하다. 전술한 것처럼, 기재 101의 외경은, 각 타겟 부재 102a, 102b의 내경보다 약간 작게하고, 양자를 동축으로 겹쳤을 때 간극이 생길 수 있도록 조정되고 있다. 이러한 간극에는, 접합재 103이 마련된다.

각 타겟 부재 102a, 102b는, 스퍼터링에 의한 성막시의 이온 조사에 의해 가열되며 온도가 상승한다. 스퍼터링에 의한 성막시에 각 타겟 부재 102a, 102b의 온도 상승을 억제하기 위해서는, 기재 101을 각 타겟 부재 102a, 102b의 냉각재(히트 싱크)로서 기능시키는 것이 바람직하다. 예를 들면, 기재 101을 중공 구조로서, 그 내부에 냉매가 흐르도록 구성할 수 있다. 따라서, 기재 101로서는, 양호한 전도성과 열전도성을 가지고 있는 재료를 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 동시에, 기재 101은, 접합재 103과 젖음 특성이 좋고, 높은 접합 강도를 얻을 수 있는 금속이 바람직하다. 이상에서부터, 기재 101을 구성하는 재료로서는, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 티탄(Ti), 혹은 구리 합금 또는 티탄 합금 또는 스테인리스(SUS)를 이용하는 것이 바람직하다. 구리 합금으로서는, 크롬 구리 등의 구리(Cu)를 주성분으로 하는 합금을 적용할 수 있다. 또한, 기재 101로서 티탄(Ti)를 이용하면, 경량으로 강성이 있는 기재로 하는 것이 가능하다.

기재 101은 단체(單體) 금속 또는 금속 합금으로 형성될 뿐만아니라, 금속 기재의 표면에는 다른 금속에 의한 피막이 마련될 수도 있다. 예를 들면, 티탄(Ti), 구리(Cu), 은(Ag), 니켈(Ni) 등을 포함하는 금속 피막이 형성될 수 있다.

원통형 스퍼터링 타겟 100은, 스퍼터링 시에 타겟 부재 102a, 102b의 전체면에 이온이 조사되는 것이 아니고, 일부의 면에만 이온이 조사되면서 회전하는 것으로, 동일한 타겟 부재에 있어서도 이온의 조사 면과 그 이면에서는 온도차가 발생하게 된다. 그러나, 기재 101이 냉각 기능을 가지고 있는 것에 의해, 타겟 부재 102a, 102b의 온도 상승을 억제할 수 있는 것과 동시에, 상술한 온도차에 의한 열변형의 영향도 억제할 수 있다.

그런데, 원통형 스퍼터링 타겟의 경우, 용융한 접합재 103을 기재 101과 타겟 부재 102a, 102b 사이의 공간에 주입하고, 그 후 냉각 과정을 거쳐 고체화하는 것에 의해, 양자의 접합을 실시한다. 그 때문에, 중공의 원통 형상의 타겟 부재 102a, 102b에 있어서의 중공 부분에 기재 101을 삽입하는 구성이 되기 때문에, 기재 101과 타겟 부재 102a, 102b 사이의 공간의 간격은, 접합 과정에 있어서 조정할 수 없다. 따라서, 접합재 103의 고체화에 수반하는 체적 수축에 의해 기재 101과 접합재 103의 접합면의 밀착성을 해칠 우려가 있기 때문에, 기재 101에, 접합재 103에 대한 앵커 효과를 갖게 하는 것이 바람직하다.

이를 위해, 기재 101은, 접합재 103과 접하는 표면측이 조면화되고 있는 것이 바람직하다. 기재 101의 표면이 조면화되는 것으로, 접합재 103과 접하는 표면적을 크게 할 수 있고, 기재 101과 접합재 103의 밀착성을 높일 수 있다. 예를 들면, 기재 101의 표면을 샌드 블라스트 처리 등에 의해 조면화할 수 있다.

덧붙여, 기재 101의 표면의 표면 거칠기(Ra)의 값은, 클수록 표면적이 커지기 때문에 밀착성이 높아진다고 말할 수 있지만, 타겟 부재 102a, 102b 사이의 간극내에서는, 기재 101의 표면을 과잉으로 조면화하지 않는 것이 바람직하다. 간극내에서 기재 101의 표면이 조면화되어 있는 경우, 간극 내에서 발생한 파티클을 강고하게 부착시켜, 재박리를 막는다는 이점이 있는 반면, 과잉으로 조면화되어 있으면, 기재 101 자체가 스퍼터링되어 버려, 기재 101의 성분이 막 내의 불순물이 되어 버리기도 하며 파티클이 되어 이상 방전을 일으킬 우려가 있다.

그 때문에, 본 실시 형태에서는, 기재 101의 접합재 103이 접하는 면에 있어서의 표면 거칠기(Ra)를 1.8μm 이상(바람직하게는 1.8μm 이상 3.0μm 이하, 더 바람직하게는, 1.8μm 이상 2.5μm 이하)으로 하고 있다. 기재 101과 접합재 103의 밀착성을 높이기 위해, 기재 101의 접합재 103이 접하는 면에 있어서의 표면 거칠기(Ra)를 1.8μm 이상으로 하는 것이 바람직하고, 기재 101의 스퍼터링을 억제하기 위해, 그 상한을 3.0μm(더 바람직하게는, 2.5μm)로 하는 것이 바람직하다.

<접합재>

접합재 103은, 기재 101과 각 타겟 부재 102a, 102b 사이에 마련되어 있다. 접합재 103은, 기재 101과 각 타겟 부재 102a, 102b를 접합하는 것과 동시에, 내열성과 열전도성이 양호한 것이 바람직하다. 또한, 스퍼터링 중에는 진공하에 놓여지기 때문에, 진공 중에서 가스 방출이 적은 특성을 가지고 있는 것이 바람직하다.

게다가 제조상의 관점에서, 접합재 103은, 기재 101과 각 타겟 부재 102a, 102b를 접합할 때에 유동성을 가지고 있는 것이 바람직하다. 이러한 특성을 만족하기 위해, 접합재 103으로서는, 융점이 300℃ 이하인 저융점 금속 재료를 이용할 수 있다. 예를 들면, 접합재 103으로서, 인듐, 주석 등의 금속, 또는 이들 중 어느 하나의 일종의 원소를 포함하는 금속 합금 재료를 이용할 수 있다. 구체적으로는, 인듐 또는 주석의 단체(單體), 인듐과 주석의 합금, 주석을 주성분으로 하는 땜납 합금 등을 이용할 수 있다.

<타겟 부재>

도 1 및 도 2에서 나타낸 것처럼, 각 타겟 부재 102a, 102b는 중공의 원통 형상으로 성형되고 있다. 각 타겟 부재 102a, 102b는, 적어도 몇 밀리미터부터 몇십 밀리미터까지 두께를 가지고, 이 두께 부분 전체를 타겟 부재로서 이용할 수 있다.

기재 101에 대해 타겟 부재 102a, 102b를 장착할 때, 타겟 부재 102a, 102b의 중공 부분에 기재 101이 삽입되고, 그 후, 접합재 103에 의해 양자는 접합된다. 즉, 각 타겟 부재 102a, 102b의 내경(중공 부분의 지름)보다 기재 101의 외경의 쪽이 작고, 양자는 소정의 간격을 두고 배치되며, 이러한 간극을 충전하도록 접합재 103이 마련되어 있다. 각 타겟 부재 102a, 102b과 기재 101을 안정적으로 보관 유지하기 위해, 그 간극에 있어서 접합재 103에는 간극이 없도록 마련되고 있다.

각 타겟 부재 102a, 102b는, 원통 형상의 외측 표면이 타겟 표면이 되며, 원통 형상의 내측 표면이 기재 101을 향하여 접합재 103에 접하는 면이 된다. 이 때문에 제조시에는, 각 타겟 부재 102a, 102b의 외측 표면이 평활하게 성형 가공되고, 원통의 내측 표면은 접착성을 높이기 위해 조면화될 수 있다.

각 타겟 부재 102a, 102b는, 스퍼터링 성막이 가능한 각종 재료를 이용하여 형성된다. 예를 들면, 타겟 부재 102a, 102b는, 세라믹일 수 있다. 세라믹으로서는, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산 질화물의 소결체 등을 이용할 수 있다. 금속 산화물로서는, 산화 인듐, 산화 주석, 산화 아연, 산화 갈륨 등 전형원소에 속하는 금속의 산화물을 이용할 수 있다.

구체적으로는, 산화 주석과 산화 인듐의 화합물(Indium Tin Oxide: ITO), 산화 아연(Zinc Oxide: ZnO), 산화 인듐과 산화 아연의 화합물(Indium Zinc Oxide: IZO), 산화 인듐, 산화 아연 및 산화 갈륨의 화합물(Indium Gallium Zinc Oxide: IGZO)로부터 선택된 화합물의 소결체 등을 타겟 부재 102a, 102b로서 이용할 수 있다.

덧붙여, 상기의 구체적인 예는 일례이며, 본 실시 형태와 관련되는 스퍼터링 타겟은, 타겟 부재로서 각종 스퍼터링 재료를 이용할 수 있다.

여기서, 타겟 부재 102a과 타겟 부재 102b 사이에는, 소정의 간격(바람직하게는 1mm 이하 예를 들면, 0.1~0.5mm)의 간극이 마련되어 있다. 이 간극은, 타겟 부재끼리가 부딪히고 파손하지 않도록 하기 위한 안전 조치이지만, 전술한 것처럼, 본 발명자들은, 이 간극에 재퇴적한 박막이 아킹의 발생으로 이어지는 것을 밝혀냈다.

거기서, 본 발명자들은, 열심히 연구를 거듭한 결과, 타겟 부재 102a과 타겟 부재 102b가 대향하는 면(즉, 도 1 및 도 2에 나타내는 원형면 104)의 표면 거칠기를 2.0μm 이상 8.0μm 이하(바람직하게는 2.5μm 이상 8.0μm 이하, 더 바람직하게는, 3.0μm 이상 8.0μm 이하)로 하는 것으로, 아킹의 발생을 억제할 수 있는 것을 발견했다. 즉, 본 실시 형태와 관련되는 스퍼터링 타겟 100에서는, 타겟 부재 102a과 타겟 부재 102b가 대향하는 면의 표면 거칠기를 2.0μm 이상 8.0μm 이하로 하고 있다.

도 3은, 인접하는 타겟 부재 사이의 간극 부근을 나타내는 단면도이다. 구체적으로는, 도 2에서, 부호 105로 나타낸 테두리 선내를 확대한 모식적인 도면을 나타내고 있다. 도 3에서 나타낸 것처럼, 타겟 부재 102a과 타겟 부재 102b 사이에서는, 0.2~0.5mm의 간극이 마련되고, 각 타겟 부재가 대향하는 면 104는, 의도적으로 표면이 거칠게 되도록 가공되어 있다. 즉, 각 타겟 부재 102a, 102b는, 기재 101에 접합된 때에 각각 인접하는 타겟 부재와 소정의 간격을 두고 대향하는 원형면 104를 가지고, 그 원형면 104에 있어서의 표면 거칠기(Ra)가 2.0μm 이상 8.0μm 이하가 된다.

본 발명자들의 연구에 의하면, 각 타겟 부재 102a, 102b의 원형면 104의 표면 거칠기(Ra)가 2.0μm 미만인 범위에서는 아킹의 발생이 확인되었지만, 2.0μm 이상이 되면 확인되지 않았다. 또한, 표면 거칠기(Ra)가 8.0μm를 넘으면, 다시 아킹의 발생이 확인되었고, 타겟 부재의 붕괴 또한 더 확인되게 되었다.

표면 거칠기(Ra)가 2.0μm 이상인 경우에 아킹의 발생이 억제되는 이유로서는, 표면이 거칠게 되는 것으로 원형면 104의 표면적이 늘어나고, 재퇴적 막의 밀착력이 강해지기 때문에, 재퇴적 막의 박리에서 기인하는 플라스마의 이상 방전이 저감되는 것에 따르는 것으로 생각된다. 따라서, 재퇴적 막의 밀착력을 강하게 한다는 관점에서는, 표면 거칠기(Ra)를 2.5μm 이상(더 바람직하게는, 3.0μm 이상)로 하는 것이 바람직하다고 말할 수 있다.

반대로, 표면 거칠기(Ra) 8.0μm를 초과한 경우에 아킹과 붕괴의 발생이 발생하는 이유로서는, 표면 거칠기를 8.0μm 이상으로 하기 위한 연삭 가공 시에 들어오는 데미지가 영향을 주고 있는 것으로 생각된다. 즉, 표면 거칠기를 8.0μm 이상으로 하려면, 거친 번수(番手)의 지석(砥石)으로 연삭 가공을 실시하거나, 강한 압력으로 연마 입자를 분사하여 가공(비즈 블라스트)를 실시하거나 하여 의도적으로 거칠게 할 필요가 있고, 그 결과 가공 데미지(미세한 크랙 등)이 타겟 부재의 단부에 남아, 그 데미지가 신장하여 붕괴로 이어지는 것으로 생각된다.

이상과 같이, 본 실시 형태와 관련되는 스퍼터링 타겟 100은, 각 타겟 부재 102a, 102b에 있어서의 원형면 104의 표면 거칠기(Ra)를 2.0μm 이상 8.0μm 이하(바람직하게는 2.5μm 이상 8.0μm 이하, 더 바람직하게는, 3.0μm 이상 8.0μm 이하)로 하는 것으로, 스퍼터링 전체의 아킹의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 스퍼터링 프로세스를 사용하는 디바이스 제조 프로세스의 수율을 향상시킬 수 있다.

<스퍼터링 타겟의 제조 방법>

다음으로, 본 실시 형태와 관련되는 스퍼터링 타겟 100의 제조 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 도 4는, 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 스퍼터링 타겟 100의 제조 방법을 나타내는 프로세스 플로우 도면이다.

본 실시 형태에서는, 산화 인듐주석(ITO) 소결체를 타겟 부재 102a, 102b로 한 예를 나타내지만, 소결체의 재료는 ITO으로 한정되지 않고, IZO, IGZO 및 그 외의 산화 금속 화합물을 이용할 수 있다.

우선, 타겟 부재 102a, 102b를 구성하는 원재료를 준비한다. 본 실시 형태에서는, 산화 인듐의 분말과 산화 주석의 분말을 준비한다(S401, S402). 이러한 원료의 순도는, 보통 2N(99 질량 %) 이상, 바람직하게는, 3N(99.9 질량 %) 이상, 한층 더 바람직하게는 4N(99.99 질량 %) 이상일 수 있다. 순도가 2N보다 낮으면 타겟 부재 102a, 102b에 불순물이 많이 포함되어 버리기 때문에, 원하는 물성을 얻을 수 없어진다(예를 들면, 형성한 박막의 투과율의 감소, 저항치의 증가, 아킹에 따른 파티클의 발생)고 하는 문제가 발생할 수 있다.

다음으로, 이러한 원재료의 분말을 분쇄하여 혼합한다(S403). 원재료의 분말의 분쇄 혼합 처리는, 지르코니아, 알루미나, 나일론 수지 등의 볼과 비즈(소위, 매체)를 사용한 건식법을 사용하기도 하고, 상기 볼과 비즈를 사용하는 매체 교반식 밀링(mill), 미디어리스(medialess) 용기 회전식 밀링, 기계 교반식 밀링, 기류식 밀링 등의 습식법을 사용하거나 할 수 있다. 여기서, 일반적으로 습식법은, 건식법과 비교해 분쇄 및 혼합 능력에 우수하기 때문에, 습식법을 이용하여 혼합을 실시하는 것이 바람직하다.

원재료의 조성에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 목적으로 하는 타겟 부재 102a, 102b의 조성비에 따라 적절히 조정하는 것이 바람직하다. 원재료의 분말의 결정 입경을 더 작게 하고 싶은 경우, 각 원재료의 분말을 혼합하기 전에 미리 분쇄 처리할 수 있고, 또한, 혼합시의 분말 처리에서 동시에 분쇄할 수도 있다.

덧붙여, 미세한 입자 지름의 분말을 사용하면 타겟 부재 102a, 102b가 되는 소결체의 고밀도화를 도모할 수 있다. 분쇄 조건을 강화하여 미세한 분말을 얻을 수 있지만, 그러면 분쇄시에 사용하는 매체(지르코니아 등)의 혼입량도 증가하여, 타겟 부재 102a, 102b 내의 불순물 농도가 상승해 버릴 우려가 있다. 이와 같이, 소결체의 고밀도화와 타겟 부재 102a, 102b 내의 불순물 농도의 밸런스를 보면서, 분쇄 조건의 적정화가 필요하다.

다음으로, 원재료의 분말의 슬러리를 건조, 조립한다(S404). 이때, 급속 건조 조립을 이용하여 슬러리를 급속 건조할 수 있다. 급속 건조 조립은, 스프레이 드라이어를 사용하여, 열풍의 온도와 풍량을 조정하여 실시할 수 있다. 급속 건조 조립을 이용하는 것에 의해, 원재료의 분말의 비중 차이에 의한 침강 속도의 차이에 따라 산화 인듐 분말과 산화 주석 분말이 분리하는 것을 억제할 수 있다. 이렇게 조립하는 것으로, 배합 성분의 비율이 균일화되고, 원재료의 분말의 핸들링성이 향상된다. 또한, 조립하는 전후에 가소성을 실시할 수 있다.

다음으로, 상술한 혼합 및 조립하여 얻어진 혼합물(가소성을 마련한 경우에는 가소성된 것)를 가압 성형하여 원통형의 성형체를 형성한다(S405). 이러한 공정에 의해, 목적으로 하는 타겟 부재 102a, 102b에 매우 적합한 형상으로 성형한다. 성형 처리로서는, 예를 들면, 금형 성형, 주입 성형, 사출 성형 등이 들 수 있지만, 원통형과 같이 복잡한 형상을 얻기 위해, 냉간 등방압 가공법(Cold Isostatic Pressing: CIP) 등으로 성형하는 것이 바람직하다.

CIP에 의한 성형은, 우선 소정의 중량으로 칭량한 원료를 고무틀에 충전한다. 이때, 고무틀을 요동 혹은 탭핑하면서 충전하는 것으로, 고무틀 내의 원료의 충전 불균일과 공극을 없앨 수 있다. CIP에 의한 성형의 압력은, 타겟 부재 102a, 102b에 필요한 밀도에 의해 적절히 설정할 수 있다.

다음으로, 성형 공정에서 얻어지는 원통형의 성형체를 소결한다(S406). 소결에는 전기로를 사용한다. 소결 조건은 소결체의 조성에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들면 SnO₂를 10wt.% 함유하는 ITO이면, 산소 가스 분위기 중에, 1500-1600 ℃의 온도 아래에 10-26시간 두는 것으로 소결할 수 있다. 소결 온도가 1500도 미만의 경우, 타겟 부재 102a, 102b의 밀도가 저하해 버린다. 한편, 1600도를 넘으면 전기로나 노(爐)재에의 데미지가 커져 빈번하게 메인터넌스가 필요하기 때문에, 작업 효율이 현저하게 저하한다. 또한, 소결 시간이 10시간 미만이면 타겟의 밀도가 저하해 버리고, 26시간보다 길면 택트 타임이 길어져, 제조 코스트가 높아져 버린다. 또한, 소결시의 압력은 대기압일 수 있고, 감압 또는 가압 분위기일 수도 있다.

여기서, 전기로로 소결하는 경우, 소결의 승온 속도 및 강온 속도를 조정하는 것으로 크랙의 발생을 억제할 수 있다. 구체적으로는, 소결시의 전기로의 승온 속도는 300℃/시간 이하, 보다 바람직하게는 180℃/시간 이하인 것이 바람직하다. 또한, 소결시의 전기로의 강온 속도는, 5℃/시간 이하가 바람직하다. 덧붙여, 승온 속도 또는 강온 속도는 단계적으로 변화하도록 조정될 수도 있다.

소결에 의해 원통형의 성형체는 수축하지만, 모든 재료에 공통하여 열 수축이 시작되는 온도 영역에 들어가기 전에, 노내의 온도를 균일하게 하기 위해 승온의 도중에 온도 보지(保持)를 실시한다. 이로 인해, 노내의 온도 불균일이 해소되어, 노내에 마련된 모든 소결체가 균일하게 수축한다. 또한, 도달 온도나 보지 시간은, 재료마다 적정한 조건을 설정하는 것에 의해, 균질인 소결체를 얻을 수 있다.

다음으로, 형성된 원통형의 소결체를, 평면연삭반, 원형연삭반, 선반, 절단기, 머시닝 센터 등의 기계 가공기를 이용하여, 원통형의 원하는 형상으로 기계 가공한다(S407). 여기서 실시하는 기계 가공은, 원통형의 소결체를 원하는 형상, 표면 거칠기가 되도록 가공하는 공정으로, 최종적으로 이러한 공정을 거쳐 타겟 부재 102a, 102b가 형성된다.

타겟 부재 102a, 102b의 외측 표면(스퍼터링되는 면)에 관해서는, 표면 거칠기(Ra)를 0.5μm 이하로 하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 스퍼터링 중에 돌기부에 대해 전계가 집중하여, 비정상인 방전이 발생하는 리스크를 저감시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 타겟 부재 102a, 102b의 원형면 104에 대해, 지석을 사용한 연삭 가공을 수행하거나, 비즈 블라스트를 사용한 가공을 수행하거나 하여, 원형면 104의 표면 거칠기(Ra)를 2.0μm 이상 8.0μm 이하로 한다. 예를 들면, #40번수와 #20번수와 같은 거친 번수의 지석으로 연삭하거나, 비즈 블라스트 처리하거나 하는 것으로, 표면 거칠기를 2.0μm 이상 8.0μm의 범위 내로 할 수 있다.

다음으로, 기계 가공된 원통형의 소결체(즉, 타겟 부재 102a, 102b)를 기재 101에 본딩한다(S408). 특히, 원통형 스퍼터링 타겟 100의 경우, 타겟 부재 102a, 102b는, 도 1 및 2에서 나타낸 것처럼, 백킹 튜브라고 불리는 원통형의 기재 101에 접합재 103을 접착제로서 본딩된다. 구체적으로는, 중공의 원통 형상의 타겟 부재 102a, 102b에 있어서의 중공 부분에 기재 101을 삽입하고, 용융한 접합재 103을 기재 101과 타겟 부재 102a, 102b 사이에서 공간에 주입하여, 그 후 냉각 과정을 거쳐 고체화하는 것으로, 양자의 접합을 실시한다. 이상의 공정에 의해, 본 실시 형태와 관련되는 원통형 스퍼터링 타겟 100을 얻을 수 있다.

[실시예]

본 발명자들은, 3종류의 다른 재료(ITO, IZO 및 IGZO)를 사용한 타겟 부재를 제작하여, 각각에 대해서 표면 거칠기와 아킹 및 붕괴의 발생과의 관계를 조사했다.그 결과를 표 1~3에 나타내었다. 덧붙여, 각 실험 조건은, 타겟 두께: 9mm, 스퍼터압: 0.6Pa, Ar(아르곤) 유량: 300sccm, 투입 전력: 4kW/m, 스퍼터 시간: 24시간으로 했다. 또한, 연속 방전을 실시한 때의 타겟 내구성 평가를 위해, 기판 등은 세트하지 않고 방전을 실시했다. 덧붙여, 표면 거칠기(Ra)의 측정은, 소형 표면 거칠기 측정기(서프테스트 SJ-301: 미쯔토요 제)를 이용하여 ANSI 규격에 준하여 수행한다. 표면 거칠기의 측정 개소는 타겟 부재의 각 단면을 60° 간격으로 6개소씩으로 실시하고(하나의 타겟 부재에 대해 12개소), 전체 측정치의 가중 평균치를 타겟 부재의 표면 거칠기로 했다.

<ITO의 경우>

	표면 거칠기 Ra (μm)	아킹의 발생	붕괴의 발생
실시예 1	2.1	무	무
실시예 2	2.4	무	무
실시예 3	6.2	무	무
비교예 1	1.2	유	무
비교예 2	1.5	유	무
비교예 3	1.8	유	무
비교예 4	8.2	유	유
비교예 5	8.6	유	유
비교예 6	9.1	유	유

<IZO의 경우>

	표면 거칠기 Ra (μm)	아킹의 발생	붕괴의 발생
실시예 1	2.1	무	무
실시예 2	3.5	무	무
실시예 3	6.8	무	무
비교예 1	1.3	유	무
비교예 2	1.6	유	무
비교예 3	1.9	유	무
비교예 4	8.1	유	유
비교예 5	8.4	유	유
비교예 6	8.9	유	유

<IGZO의 경우>

	표면 거칠기 Ra (μm)	아킹의 발생	붕괴의 발생
실시예 1	2.2	무	무
실시예 2	5.0	무	무
실시예 3	7.7	무	무
비교예 1	1.2	유	무
비교예 2	1.5	유	무
비교예 3	1.7	유	무
비교예 4	8.2	유	유
비교예 5	8.5	유	유
비교예 6	9.3	유	유

이상처럼, 본 발명에 의한 실험에 의하면, 원통형 스퍼터링 타겟을 구성하는 복수의 타겟 부재에 있어서, 각 타겟 부재의 원형면의 표면 거칠기(Ra)를 2.0μm 이상 8.0μm 이하(바람직하게는 2.5μm 이상 8.0μm 이하, 더 바람직하게는, 3.0μm 이상 8.0μm 이하)로 하는 것으로, 스퍼터링 전체의 아킹의 발생을 저감시키면서 타겟의 붕괴도 억제할 수 있는 것을 알았다.

본 발명의 실시 형태로서 상술한 각 실시 형태는, 서로 모순되지 않는 한, 적절히 조합하여 실시할 수 있다. 또한, 각 실시 형태의 표시장치를 근거로 하여, 당업자가 적당한 구성요소의 추가, 삭제 혹은 설계 변경을 수행하는 것, 또는, 공정의 추가, 생략 혹은 조건 변경을 수행하는 것도, 본 발명의 요지를 구비하고 있는 한, 본 발명의 범위에 포함된다.

또한, 상술한 각 실시 형태의 모양에 의해 초래되는 작용 효과와는 다른 상이한 작용 효과이더라도, 본 명세서의 기재로부터 분명한 것, 또는, 해당 업자에 있어서 용이하게 예측할 수 있는 것에 대해서는, 당연히 본 발명에 의해 초래되는 것으로 해석된다.

100: 원통형 스퍼터링 타겟
101: 기재
102a, 102b: 타겟 부재
103: 접합재
104: 원형면
105: 테두리 선
S401: 산화 인듐 분말을 준비하는 공정
S402: 산화 주석 분말을 준비하는 공정
S403: 원재료의 분말을 분쇄해 혼합하는 공정
S404: 원재료의 분말의 슬러리를 건조, 조립하는 공정
S405: 원통형의 성형체를 형성하는 공정
S406: 원통형의 성형체를 소결하는 공정
S407: 원통형의 소망하는 형상으로 기계 가공하는 공정
S408: 원통형의 소결체를 기재에 본딩하는 공정

Claims

융점이 300℃ 이하인 저융점 금속으로 구성되는 접합재를 통해 금속으로 구성되는 기재에 접합된, 세라믹으로 구성되는 복수의 타겟 부재를 포함하고,
상기 기재의 상기 접합재가 접하는 면에 있어서의 표면 거칠기(Ra)가 1.8μm 이상이며,
상기 복수의 타겟 부재는, 중공의 원통 형상이며, 또한 상기 기재에 해당 기재의 외주면을 둘러싸도록 접합된 때에 각각 인접하는 타겟 부재와 소정의 간격을 두고 대향하는 원형면을 가지고,
상기 원형면에 있어서의 표면 거칠기(Ra)가 2.0μm 이상 8.0μm 이하인 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타겟.
제1항에 있어서,
상기 기재의 상기 접합재가 접하는 면에 있어서의 표면 거칠기(Ra)는, 1.8μm 이상 3.0μm 이하인 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타겟.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 복수의 타겟 부재는, ITO(Indium-Tin-Oxide)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타겟.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 복수의 타겟 부재는, IZO(Indium-Zinc-Oxide)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타겟.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 복수의 타겟 부재는, IGZO(Indium-Gallium-Tin-Oxide)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타겟.
융점이 300℃ 이하인 저융점 금속으로 구성된 접합재를 통해 금속으로 구성되는 기재에 접합된, 세라믹으로 구성되는 중공의 원통 형상의 복수의 타겟 부재의 원형면을, 표면 거칠기(Ra)가 2.0μm 이상 8.0μm 이하가 되도록 연마하고,
상기 기재의 상기 접합재가 접하는 면을, 표면 거칠기(Ra)가 1.8μm 이상이 되도록 조면화하고,
각각 인접하는 타겟 부재와 소정의 간격을 두고 상기 원형면이 대향하고, 또한 상기 기재의 외주면을 둘러싸도록, 상기 복수의 타겟 부재를 상기 기재에 상기 접합재를 통해 접합하는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타겟의 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 기재의 상기 접합재가 접하는 면을, 표면 거칠기(Ra)가 1.8μm 이상 3.0μm 이하가 되도록 조면화하는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타겟의 제조 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 복수의 타겟 부재는, ITO(Indium-Tin-Oxide)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타겟의 제조 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 복수의 타겟 부재는, IZO(Indium-Zinc-Oxide)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타겟의 제조 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 복수의 타겟 부재는, IGZO(Indium-Gallium-Tin-Oxide)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타겟의 제조 방법.