KR20190046863A - 스퍼터링 타깃 - Google Patents
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Abstract
이상 방전이 생기기 어려운 스퍼터링 타깃을 제공한다.
Lab 표색계에 있어서의 명도 L이 27을 초과하고 51 이하인 스퍼터면을 갖는 스퍼터링 타깃.
Lab 표색계에 있어서의 명도 L이 27을 초과하고 51 이하인 스퍼터면을 갖는 스퍼터링 타깃.
Description
본 발명은 스퍼터링 타깃에 관한 것이다.
최근, 큰 면적으로 균일하게 성막할 수 있는 방법으로서, 스퍼터링이 이용되고 있다. 스퍼터링은 액정 디스플레이, 유기 EL 디스플레이 등을 구성하는 박막이나, 광 기록 분야, 반도체 분야에 있어서의 배선막 등의 제작의 주류로 되어 있다. 스퍼터링에서는, 스퍼터링 타깃이라고 불리는, 평판형 등의 형상으로 가공된 재료가 사용되고 있다.
스퍼터링에 있어서의 과제로서, 성막 중에 발생하는 이상 방전이 있다. 이상 방전은 특히, 성막 속도를 향상시키기 위하여 타깃에 고전압을 인가한 경우에 있어서 발생하기 쉽고, 이상 방전이 발생하면, 타깃 표면이 용융, 비산하고, 비산한 입자가 기판에 부착되는 경우가 있다. 그 결과, 제품 수율이 저하된다. 특히, 하드 아크라고 불리는 현저하게 큰 이상 방전이 발생하면, 장치에의 과대한 부하를 피하기 위한 인터록이 작동하여, 성막 프로세스가 정지되어 버리는 상태나, 하드 아크 발생 후, 이상 방전이 계속해서 발생하는 상태에 빠지는 경우가 있었다.
종래에 있어서, 이상 방전의 발생에 기여하는 파라미터로서 스퍼터링 타깃의 표면 요철이 고려되어 왔다. 예를 들면, 스퍼터링 타깃의 표면 요철을 소정의 값으로 설정함으로써, 이상 방전을 방지하여, 타깃 표면의 용융을 방지하고 있다(특허문헌 1). 구체적으로 서술하면, 스퍼터링 타깃의 스퍼터면의 표면거칠기를 JIS B0601(2001)에 규정된 방법으로 측정하였을 때, 산술평균 거칠기 Ra가 1.50 ㎛ 이하, 및 최대 높이 Rz가 10 ㎛ 이하이고, 또한, 거칠기 곡선에 있어서의 중심선으로부터 산 정상 또는 골짜기 바닥까지의 높이가 (0.5×Rz)를 초과하는 피크 높이를 각각 P 또는 Q라고 하고, 기준 길이 100 ㎜에 걸쳐, P 및 Q를 순차적으로 카운트하였을 때, P와, 그 직후에 나타나는 Q와, 그 직후에 나타나는 P와의 사이의 간격 L의 평균값이 0.4 ㎜ 이상이다. 이에 의해, 타깃 표면의 용융을 방지하고 있다.
그러나, 종래의 스퍼터링 타깃에서는, 표면 요철의 이상 방전을 효과적으로 저감하기 위하여, 타깃 표면의 요철에 관련된 산술평균 거칠기 Ra 등을 소정의 범위로 되도록 스퍼터링 타깃을 제조하더라도, 하드 아크를 충분히 저감할 수는 없었다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 이상 방전, 특히 하드 아크가 생기기 어려운 스퍼터링 타깃을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 스퍼터링 타깃은, Lab 표색계에 있어서의 명도 L이 27을 초과하고 51 이하인 스퍼터면을 갖는다.
본 발명의 스퍼터링 타깃에 의하면, 성막 속도를 향상시키기 위하여 타깃에 고전압을 인가하더라도, 이상 방전을 방지하면서 스퍼터링을 행할 수 있다.
또, 일 실시 형태의 스퍼터링 타깃에서는, 스퍼터면의 500 ㎚의 파장에 있어서의 정반사율은 3.0% 이하이다.
상기 실시 형태의 스퍼터링 타깃은, 스퍼터링의 계기가 되는 볼록부를 적당한 정도로 남길 수 있어, 고전압을 인가하였을 때나, 스퍼터링 초기 단계에 있어서, 안정적으로 스퍼터링을 행할 수 있다.
또, 일 실시 형태의 스퍼터링 타깃에서는, 스퍼터면의 1000 ㎚의 파장에 있어서의 정반사율은 5.0% 이하이다.
상기 실시 형태의 스퍼터링 타깃은, 스퍼터링의 계기가 되는 볼록부를 적당한 정도로 남길 수 있어, 고전압을 인가하였을 때나, 스퍼터링 초기 단계에 있어서, 안정적으로 스퍼터링을 행할 수 있다.
또, 일 실시 형태의 스퍼터링 타깃에 있어서, 스퍼터면은 연마면이다.
상기 실시 형태의 스퍼터링 타깃은, 스퍼터면을 연마 가공에 의해서 얻어진 연마면으로 할 수 있기 때문에, 간이하게 제조할 수 있다.
또, 일 실시 형태의 스퍼터링 타깃에 있어서, 타깃재는 순Al 또는 Al 합금으로 이루어진다.
이상 방전의 발생에 의해, 타깃 표면으로부터 용융한 타깃재가 튀어나오고, 수 ㎛ 크기의 입자가 기판 상에 부착되는 「스플래시」는, 저융점의 금속에 있어서 발생하기 쉽다. 그 때문에, 순Al 또는 Al 합금 등의 비교적 융점이 낮은 재료로부터 스퍼터링 타깃을 형성할 때는, 스플래시의 발생이 우려되고 있었지만, 본 발명에 의하면, 타깃재가 순Al 또는 Al 합금을 이용한 스퍼터링 타깃에 있어서, 스플래시의 발생을 효과적으로 저감할 수 있다.
본 발명에 의하면, 이상 방전이 생기기 어려운 스퍼터링 타깃이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 스퍼터링 타깃의 상방(上方)으로부터 본 사시도이다.
도 2a는 스퍼터링 타깃의 제조 방법을 설명하는 설명도이다.
도 2b는 스퍼터링 타깃의 제조 방법을 설명하는 설명도이다.
도 2a는 스퍼터링 타깃의 제조 방법을 설명하는 설명도이다.
도 2b는 스퍼터링 타깃의 제조 방법을 설명하는 설명도이다.
본 발명자는, 상기 과제를 감안하여, 스퍼터링 타깃에 있어서의 이상 방전의 발생에 기여하는, 표면 요철 이외의 파라미터를 모색한 바, 스퍼터링 타깃의 표면에 있어서의 Lab 표색계의 명도 L과, 이상 방전의 발생과의 사이에는 상관이 있다는 것을 새롭게 발견하였다. 그리고 또한, 이상 방전이 발생하기 어려운 스퍼터링 타깃의 표면에 있어서의 Lab 표색계의 명도 L의 범위를 모색한 바, 명도 L이 27을 초과하고 51 이하의 범위에 있을 때, 하드 아크의 발생이 저감된다는 것을 발견하였다.
본 발명에 있어서, 명도 L을 상기의 값으로 설정함으로써 이상 방전이 발생하기 어려운 스퍼터링 타깃이 얻어지는 이유는 상세하게는 불분명하지만, 표면거칠기에서는 나타나지 않는 스퍼터면의 미세한 요철의 유무, 요철 형상 등이 영향을 주고 있는 것이라고 생각된다. 스퍼터링 타깃의 스퍼터면에 있어서의 명도 L을 51 이하로 함으로써, 스퍼터면의 요철, 특히 볼록부에 기인하는 이상 방전의 발생을 억제하는 것이 가능하게 된다고 생각된다. 또, 스퍼터링 타깃의 스퍼터면에 있어서의 명도 L이 27을 초과함으로써, 스퍼터면에 미세한 요철이 남음으로써, 스퍼터링 개시시의 방전 안정성을 유지하는 것이 가능하게 된다고 생각된다.
이하에, 본 발명을 도시의 실시 형태에 의해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 스퍼터링 타깃의 상방으로부터 본 사시도이다. 도 2a 및 도 2b는 스퍼터링 타깃의 제조 방법을 설명하는 설명도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태의 스퍼터링 타깃(1)은, 타깃재(2)와, 타깃재(2)의 하면에 접합된 백킹 플레이트(6)를 갖는다. 타깃재(2)는 긴 판 형상으로 형성되어 있다. 스퍼터면(3)은, 짧은 변 과 긴 변으로 규정되는 상면으로 구성되고, 스퍼터면(3)의 Lab 표색계에 있어서의 명도 L은 27을 초과하고 51 이하이다. 본원발명에 있어서의 명도 L은, 스퍼터면(3)의 복수의 임의의 점에 있어서의 명도 L의 평균값이어도 되고, 임의의 한 점에 있어서의 명도 L의 값이어도 되지만, 특히, 스퍼터면(3) 전체면에 있어서의 명도 L의 최소값이 27을 초과하고, 최대값이 51 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 28 이상, 50 이하, 더 바람직하게는 32 이상, 48 이하, 특히 바람직하게는 35 이상, 46 이하이다. 여기서, 본원발명에 있어서의 명도 L은, 헌터 표색계에 있어서의 명도 L이고, 예를 들면, Z-300A(일본덴쇼쿠공업주식회사 제) 등의 색차계에 의해 측정되는 명도를 나타내고 있다.
타깃재(2)의 형상 및 치수에 특별히 제한은 없고, 여러 가지 용도에 적절한 임의의 형상 및 치수를 갖는 타깃재(2)를 이용할 수 있다. 도 1에 나타난 바와 같이, 타깃재(2)가 직사각형의 스퍼터면(3)을 갖는 판 형상으로 형성되는 경우, 직사각형의 스퍼터면(3)의 긴 변 방향의 길이와 짧은 변 방향의 길이는, 동일해도 되고 달라도 된다.
타깃재(2)가 직사각형의 스퍼터면(3)을 갖는 판 형상으로 형성되는 경우, 백킹 플레이트(6)는, 타깃재(2)와 마찬가지로, 직사각형의 상면을 갖는 판 평상으로 형성된다. 이 때, 백킹 플레이트(6)의 짧은 변 및 긴 변의 길이는 특별히 한정되지 않고, 각각 타깃재(2)의 짧은 변 및 긴 변보다 길어도 된다. 또, 도 1에 나타난 타깃재(2)와 백킹 플레이트(6)의 짧은 변과 같이, 백킹 플레이트(6)의 짧은 변 및 긴 변의 길이는 각각, 타깃재(2)의 짧은 변 및 긴 변과 동일한 길이여도 된다. 또, 백킹 플레이트(6)의 짧은 변 및 긴 변의 길이는 각각, 타깃재(2)의 짧은 변 및 긴 변의 길이보다 약간 짧아도 된다.
또한, 스퍼터링 타깃(1)은, 원형의 스퍼터면(3)을 갖는 원판 형상으로 형성되어 있어도 된다. 이 때, 타깃재(2)는 원판 형상으로 형성된다. 타깃재(2)를 원판 형상으로 형성하는 경우, 타깃재(2)의 형상 및 치수에 특별히 제한은 없고, 여러 가지 용도에 적절한 임의의 형상 및 치수를 갖는 타깃재(2)를 이용할 수 있다. 또, 타깃재(2)를 원판 형상으로 형성하는 경우, 백킹 플레이트(6)는, 타깃재(2)의 상면보다 크거나 또는 동일하거나, 또는 약간 작은 직경을 갖는 원형의 상면을 갖는 원판 형상으로 형성될 수 있다.
또, 그 외의 실시 형태에서는, 스퍼터링 타깃은 원통형이다. 원통형의 스퍼터링 타깃은, 원통형의 타깃재와, 그 타깃재의 내부에 삽입되는 원통형의 백킹 튜브로 구성되거나, 또는, 원통형의 타깃재와, 그 양단(兩端)에 장착되는 플랜지 또는 캡재 또는 어댑터재로 구성된다. 원통형의 타깃의 경우, 원통의 외주부가 스퍼터면으로 된다.
또, 그 외의 실시 형태에서는, 스퍼터링 타깃은, 백킹 플레이트에 해당하는 부분과 타깃재에 해당하는 부분이 동일한 재료로 일체로 형성된, 일체형이다. 일체형의 스퍼터링 타깃에 있어서, 백킹 플레이트와 타깃재는 동일한 재료로부터 일체로 형성되기 때문에, 본딩 공정을 행할 필요가 없어, 제조 공정을 간이화할 수 있다.
타깃재(2)의 재료는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, Al, Cu, Cr, Fe, Ta, Ti, Zr, W, Mo, Nb, Ag, Co, Ru, Pt, Pd, Ni 및 이들 금속을 포함하는 합금 등을 사용할 수 있다. 특히, 알루미늄(순도 99.99%(4 N) 이상, 바람직하게는 순도 99.999%(5 N) 이상의 순Al), 알루미늄 합금(첨가 원소로서 Si, Cu, Nd, Mg, Fe, Ti, Mo, Ta, Nb, W, Ni, Co 등을 들 수 있고, 바람직하게는 Si, Cu를 첨가 원소로서 포함한다. 또, 첨가 원소를 제외한 모재의 Al순도는 99.99% 이상이고, 바람직하게는 99.999% 이상이다.), 또는 구리(순도 99.99%(4 N) 이상)를, 타깃재(2)를 형성하는 재료로서 바람직하게 사용할 수 있다.
백킹 플레이트(6)에는 타깃재(2)의 경도보다 큰 경도를 갖는 금속이 사용되는 것이 바람직하고, 예를 들면, Cu, Cr, Al, Ti, W, Mo, Ta, Nb, Fe, Co, Ni 및 이들 금속을 포함하는 합금 등을 사용할 수 있다. 특히, 구리(무산소구리), 크롬구리 합금, 알루미늄 합금 등을, 백킹 플레이트(6)를 형성하는 재료로서 바람직하게 사용할 수 있다.
순Al 또는 Al 합금과 같은 저융점의 금속의 경우, 이상 방전이 발생하면, 타깃 표면으로부터 용융한 금속 성분이 튀어나오고, 수 ㎛ 크기의 입자가 기판 상에 부착되는 「스플래시」라고 불리는 현상이 발생하기 쉽다. 그러나, 본 발명에 의하면, 순Al 또는 Al 합금과 같은 저융점의 금속을 타깃재에 이용한 경우이더라도, 이상 방전이나 하드 아크를 효율적으로 저감할 수 있다.
스퍼터링시에 있어서, 타깃재(2)의 스퍼터면(3)에, 스퍼터링에 의해 이온화한 불활성 가스가 충돌한다. 이온화한 불활성 가스가 충돌된 스퍼터면(3)으로부터는, 타깃재(2) 중에 포함되는 타깃 원자가 튀어나온다. 그 튀어나온 원자는, 스퍼터면(3)에 대향하여 배치되는 기판 상에 퇴적되고, 이 기판 상에 박막이 형성된다. 이 박막의 성막 속도를 향상시키기 위해서는, 통상, 타깃에 고전압을 인가할 필요가 있지만, 본원발명에 있어서 스퍼터면(3)의 명도 L이 27을 초과하고 51 이하임으로써, 고전압이 인가되는 것에 의한 이상 방전, 특히 하드 아크의 발생을 저감할 수 있기 때문에, 제품 수율을 개선할 수 있다. 또한, 본원발명의 스퍼터링 타깃의 제조에 있어서 제어해야 할 파라미터는 명도 L뿐이므로, 제조 및 양품(良品) 검사가 용이하다.
또, 본원발명의 스퍼터링 타깃의 스퍼터면의 500 ㎚의 파장에 있어서의 정반사율은 3.0% 이하인 것이 바람직하다. 스퍼터면의 500 ㎚의 파장에 있어서의 정반사율이 3.0% 이하임으로써, 스퍼터링 타깃의 제조 공정에 있어서 마무리 가공을 연마 가공에 의해서 행할 수 있기 때문에, 간이하게 제조할 수 있다. 또, 500 ㎚의 파장에 있어서의 정반사율을 3.0% 이하로 함으로써, 스퍼터링의 계기가 되는 볼록부를 적당한 정도로 남길 수 있어, 고전압을 인가하였을 때나, 스퍼터링 초기 단계에 있어서, 안정적으로 스퍼터링을 행할 수 있다.
또, 본원발명의 스퍼터링 타깃의 스퍼터면의 1000 ㎚의 파장에 있어서의 정반사율은 5.0% 이하인 것이 바람직하다. 스퍼터면의 1000 ㎚의 파장에 있어서의 정반사율이 5.0% 이하임으로써, 스퍼터링 타깃의 제조 공정에 있어서 마무리 가공을 연마 가공에 의해서 행할 수 있기 때문에, 간이하게 제조할 수 있다. 또, 1000 ㎚의 파장에 있어서의 정반사율을 5.0% 이하로 함으로써, 스퍼터링의 계기가 되는 볼록부를 적당한 정도로 남길 수 있어, 고전압을 인가하였을 때나, 스퍼터링 초기 단계에 있어서, 안정적으로 스퍼터링을 행할 수 있다.
또, 본원발명의 스퍼터링 타깃의 스퍼터면의 산술평균 거칠기 Ra는, 0 ㎛보다 크고 2.0 ㎛ 이하, 바람직하게는 0.05 ㎛ 이상 1.0 ㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.08 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하, 더 바람직하게는 0.1 ㎛ 이상 0.4 ㎛ 이하이다. 스퍼터면의 산술평균 거칠기 Ra가 이 범위이면, 고전압이 인가되는 것에 의한 이상 방전, 특히 하드 아크 발생 리스크를 보다 저감할 수 있고, 또, 스퍼터링 초기 단계에 있어서, 안정적으로 스퍼터링을 행할 수 있다. 여기서, 상기 산술평균 거칠기 Ra는, JIS B0601(2001)에 규정된 방법으로 측정할 수 있다.
또, 본원발명의 스퍼터링 타깃의 스퍼터면의 최대 높이 Rz는, 0 ㎛보다 크고 10.0 ㎛ 이하, 바람직하게는 0.25 ㎛ 이상 8.0 ㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.5 ㎛ 이상 5.0 ㎛ 이하, 더 바람직하게는 1.0 ㎛ 이상 3.0 ㎛ 이하이다. 스퍼터면의 최대 높이 Rz가 이 범위이면, 고전압이 인가되는 것에 의한 이상 방전, 특히 하드 아크 발생 리스크를 보다 저감할 수 있고, 또, 스퍼터링 초기 단계에 있어서, 안정적으로 스퍼터링을 행할 수 있다. 여기서, 상기 최대 높이 Rz는, JIS B0601(2001)에 규정된 방법으로 측정할 수 있다.
다음으로, 도 1에 나타난 평판형의 스퍼터링 타깃(1)의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다. 처음에, 도 2a에 나타내는 바와 같이, 타깃재(2)와, 당해 타깃재(2)를 고정하는 백킹 플레이트(6)를 준비한다. 타깃재(2)에는 용해주조법, 스프레이 포밍법, 분말야금법 등에 의해 제작된 금속 괴(塊)를 압연법, 단조법, 압출법 등에 의해 판 형상으로 성형한 것을 이용할 수 있다. 또, 타깃재(2)는 스퍼터면으로 되는 면이 평활한 것이 바람직하고, 프레이즈, 선반 등에 의한 기계 가공이나 연삭반에 의한 연삭 가공을 실시해 두는 것이 바람직하다.
다음으로, 타깃재(2)를 백킹 플레이트(6)에 고정한다. 구체적으로는, 타깃재(2)와 백킹 플레이트(6)를 접합하는 본딩을 행한다. 본딩의 온도는, 본딩 방법이나 사용하는 타깃재(2) 및 백킹 플레이트(6)를 구성하는 재료의 종류에 의존하여 여러 가지일 수 있지만, 예를 들면, 순Al(순도 99.999%)로 된 타깃재(2)와, 무산소구리(순도 99.99%)로 된 백킹 플레이트(6)를, 인듐, 주석 또는 그들을 포함하는 합금으로 이루어지는 땜납재로 본딩(땜납 접합)하는 경우에는, 150℃ 이상 300℃ 이하의 온도에서 실시되는 것이 바람직하다. 본딩 방법으로서, 핫 프레스나 열간 등방압 가압법을 이용한 확산 접합 방법을 이용할 수도 있다. 또, 타깃재(2)가 원판 형상인 경우에는, 타깃재(2)를 배치하기 위한 링부로 주로 구성된 지지 부재를 이용해도 된다. 상기 지지 부재는, 스퍼터링 장치에의 고정을 가능하게 하기 위한 플랜지부를 갖는 것이 바람직하다. 타깃재(2)는 TIG 용접(Tungsten Inert Gas welding)이나 EB 용접(Electron Beam welding)에 의해 상기 링 형상의 지지 부재에 장착할 수 있다.
여기서, 타깃재(2)와 백킹 플레이트(6)를 동일한 재료로부터 일체로 형성할 수도 있다. 일체형의 스퍼터링 타깃은, 용해주조법, 스프레이 포밍법, 분말야금법 등에 의해 제작된 금속 괴를 압연법, 단조법, 압출법 등에 의해 판 형상으로 성형한 것을, 기계 가공에 의해, 백킹 플레이트에 해당하는 부분과 타깃재에 해당하는 부분을 갖는 형상으로 성형함으로써 얻어진다. 일체형의 스퍼터링 타깃의, 타깃재에 해당하는 부분의 스퍼터면으로 되는 면은 평활한 것이 바람직하고, 프레이즈, 선반 등에 의한 기계 가공이나 연삭반에 의한 연삭 가공을 실시해 두는 것이 바람직하다. 일체형의 스퍼터링 타깃에 있어서, 상술한 본딩 공정은 불필요하다.
다음으로, 도 2b에 나타내는 바와 같이, 타깃재(2)의 스퍼터면(3)에 대하여 연마를 행한다. 이 연마는, 서로 번수(番手)가 다른 복수의 연마재를 이용하여, 작은 번수로부터 큰 번수로 순서대로 다단으로 행해져도 된다. 구체적으로는, 2단의 연마를 행하는 경우, 1단째의 연마에 있어서, 타깃재(2)의 긴 변 방향(화살표 A의 방향)을 따라서 연마재(4)를 연마하면서 이동시킨다. 또, 2단째의 연마에 있어서, 1단째의 연마재(4)의 번수보다 큰 번수를 갖는 연마재를 이용하여, 1단째와 마찬가지로 연마를 행한다. 또한, 3단 이상의 연마를 행하는 경우, 전단(前段)의 연마재의 번수보다 후단(後段)의 연마재의 번수를 크게 하여 연마를 행한다. 긴 변 방향을 따라서 연마할 때, 연마재(4)를 상하 운동, 좌우 운동시켜도 되고, 회전 운동시켜도 된다. 또, 연마의 방향은, 긴 변 방향에 한정되지 않고, 그 외의 방향에서 연마를 행해도 된다.
연마에 이용하는 연마재는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 종이나 섬유 기재(基材)에 연마 입자를 도포한 연마재를 사용할 수 있다. 특히, 스카치 브라이트(쓰리엠재팬주식회사 제)나 켄마론(KENMARON)(산쿄이화학주식회사 제) 등의 나일론 등의 합성 섬유의 부직포에 연마 입자를 함침시킨 연마재를 이용하는 것이 바람직하다. 부직포 등의, 기공률(氣孔率)이 높고 탄성이 있는 기재의 연마재를 이용함으로써, 연마재로부터 탈리한 연마 입자에 의한 흠집의 발생을 방지할 수 있고, 또, 연마면에 대하여 익숙해지기 쉬워, 연마의 불균일을 억제하기 쉽다. 또, 연마 입자에 대해서도 특별히 제한은 없고, 타깃재의 재질에 대하여 충분한 연마력, 경도를 갖는 연마 입자를 선택하면 되고, 타깃재가 Al이나 Cu인 경우에는, 예를 들면, SiC나 알루미나를 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서는, 연마재의 연마 입자의 입도(粒度) 분포와 번수(입도)의 상관은 JIS R 6001에 준한다. 연마는, 흡인이나 배기 및 에어 블로우에 의해 연마 부스러기나 탈리한 연마 입자를 제거하면서 행해지는 것이 바람직하다. 이에 의해, 연마 부스러기, 탈리한 연마 입자를 연마면에 잔존시키지 않고 타깃재(2)를 연마할 수 있으므로, 깊은 흠집이나 연마면의 거칠어짐 발생을 보다 방지하여, 스퍼터면(3)의 명도 L의 균일성을 보다 향상시킬 수 있다. 흡인에 의한 연마 부스러기나 탈리한 연마 입자의 제거는, 집진기 중이나 집진기 부근에서의 실시나 집진 기구를 구비한 연마기의 사용에 의해 행할 수 있다.
또한, 연마는, 수작업 외에, 연마재를 장착한 연마기를 이용하여 행할 수 있다. 연마기로서는 바람직하게는 오비탈 샌더가 사용되지만, 이것에 한정되지 않고, 미니 앵글 샌더, 디스크 그라인더, 벨트 샌더 등의 임의의 연마기를 사용할 수도 있다.
다음으로, 연마 후의 표면의 세정을 행한다. 표면의 세정은, 에어 블로우와, 알코올에 의한 닦아냄에 의해 행해지는 것이 바람직하다. 닦아냄에 이용하는 용제는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 에탄올, 메탄올, 이소프로필알콜, 아세톤, 헥산, 톨루엔, 크실렌, 염화메틸렌, 아세트산에틸 등의 유기용제나, 시판되고 있는 세정제 등을 이용할 수 있다. 이에 의해, 도 1에 나타난 스퍼터링 타깃(1)을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조 방법은, 상술한 공정 외에 임의의 공정을 포함하고 있어도 된다. 예를 들면, 본딩 공정과 연마 공정과의 사이에 초음파탐상검사(UT 검사) 공정이나 백킹 플레이트(6)의 연마 공정 등을 포함하고 있어도 된다.
상기 제조 방법에 의하면, 타깃재(2)의 스퍼터면(3)의 연마에 이용되는 연마재의 번수가 큰 번수로 진행됨에 따라, 타깃재(2)의 표면의 명도가 떨어진다. 또, 스퍼터면(3) 전체에서 명도의 불균일이 작고, 이상 방전이 생기기 어려운 스퍼터링 타깃(1)이 얻어진다.
상술된 바와 같이, 본원발명의 스퍼터링 타깃은, 산술평균 거칠기 Ra와, 최대 높이 Rz와, 피크 높이의 간격 L을 소정의 범위로 조정하도록 제조하고, 마무리 가공 후에 그들을 측정할 필요가 있는 인용문헌 1과 비교하여, 매우 간이하게 제조할 수 있다.
스퍼터링 타깃(1)의 평가는, 스퍼터면(3)의 복수의 임의의 점에 있어서의 표면의 명도 L과 정반사율을, 색차계와 분광광도계를 이용하여 각각 측정하고, 측정된 복수의 명도 L 및 정반사율의 평균값 및 표준편차를 산출함으로써 행해진다. 본 명세서에 있어서 표준편차는, 불편(不偏) 분산 u2의 평방근인 불편 표준편차 σn－1을 말하고, 이하의 식
으로 나타내어진다.
상기에서는 도 1에 나타난 평판형의 스퍼터링 타깃의 제조 방법에 대하여 설명하였지만, 원통형의 스퍼터링 타깃에 대해서도 마찬가지의 방법으로, 스퍼터링에 있어서 이상 방전이 생기기 어려운 스퍼터링 타깃을 제조할 수 있다. 본 발명의 일 실시 형태인 원통형의 스퍼터링 타깃의 제조 방법에 대하여 이하에 설명한다.
금속으로 구성되는 원통형의 타깃재를 준비한다. 원통형의 타깃재는, 용해주조법, 스프레이 포밍법, 분말야금법 등에 의해 제작된 금속 괴로부터 압출법 등에 의해 성형할 수 있다. 타깃재는 스퍼터면으로 되는 외주면에 왜곡이 없는 것이 바람직하고, 선반에 의한 기계 가공이나 연삭반에 의한 연삭 가공을 실시해 두는 것이 바람직하다. 백킹 튜브를 이용하는 스퍼터링 타깃의 경우, 타깃재를 백킹 튜브에 본딩한다. 본딩의 온도는, 본딩 방법, 사용하는 타깃재 및 백킹 튜브를 구성하는 재료의 종류에 의존하여 여러 가지일 수 있지만, 예를 들면, 고순도 Al(순도 99.99∼99.999%)로 된 타깃재와, SUS304로 된 백킹 튜브를 인듐, 주석 또는 그들을 포함하는 합금으로 이루어지는 접합재에 의해 본딩(땜납 접합)하는 경우에는, 150℃ 이상, 300℃ 이하의 온도에서 실시되는 것이 바람직하다.
또, 플랜지나 캡재를 장착하는 스퍼터링 타깃의 경우, 캡이나 플랜지를 타깃재의 양단에 TIG 용접(Tungsten Inert Gas welding)이나 EB 용접(Electron Beam welding)에 의해 장착한다.
연마 공정, 연마 후의 표면의 세정 공정, 그 외의 임의의 공정에 대해서는, 평판형의 타깃의 경우와 마찬가지로 실시할 수 있다. 연마 공정에 있어서는, 종이나 섬유 기재에 연마 입자를 도포한 연마재를 사용하고, 판 형상의 타깃의 경우와 마찬가지로 수작업이나 연마기를 사용하여 실시할 수 있다. 이 연마는, 서로 번수가 다른 복수의 연마재를 이용하여, 작은 번수로부터 큰 번수로 순서대로 다단으로 행해져도 된다. 구체적으로는, 타깃재(2)의 축 방향을 따라서 연마재를 연마하면서 이동시킨다. 이 때, 타깃재를 회전시키면서 연마재를 이동시켜도 되고, 타깃재를 고정한 상태에서 연마재를 이동시켜도 된다. 또, 연마를 행할 때, 타깃재의 축 방향은 수평이 되어 있어도 되고, 지면(地面)에 대하여 수직이 되어 있어도 된다. 또한, 연마하기 쉬운 각도로 기울어져 있어도 된다. 또, 2단째의 연마에 있어서, 1단째의 연마재의 번수보다 큰 번수를 갖는 연마재를 이용하여, 1단째와 마찬가지로 연마를 행한다. 또한, 3단 이상의 연마를 행하는 경우, 전단의 연마재의 번수보다 후단의 연마재의 번수를 크게 하여 연마를 행한다. 축 방향을 따라서 연마할 때, 연마재를 상하 운동, 좌우 운동시켜도 되고, 회전 운동시켜도 된다. 연마의 방향은, 축 방향에 한정되지 않고, 그 외의 방향에서 연마를 행해도 된다.
상술한 공정에 의해서 제조된 원통형 스퍼터링 타깃의 표면거칠기의 평가는, 평판형의 타깃의 경우와 마찬가지로, 복수의 임의의 점에 있어서의 표면의 명도 L과 정반사율을, 색차계와 분광광도계를 이용하여 각각 측정하고, 측정된 복수의 명도 L 및 정반사율의 평균값 및 표준편차를 산출함으로써 행해진다. 타깃재의 스퍼터면의 연마에 이용되는 연마재의 번수가 큰 번수로 진행됨에 따라, 타깃재(2)의 표면의 명도가 떨어지고, 또, 스퍼터면(3) 전체에서 명도의 불균일이 작은 이상 방전(특히 하드 아크)이 생기기 어려운 스퍼터링 타깃(1)이 얻어진다.
(실시예 1∼3, 비교예 1∼3)
직경이 2인치인 원형의 스퍼터면을 갖고, 두께가 3 ㎜인 타깃재(2)와, 무산소구리(순도: 99.99%)로 구성되는 백킹 플레이트(6)를 200℃에서 땜납 본딩하여, 스퍼터링 타깃(1)을 형성하였다. 타깃재(2)로서는, 비커스 경도가 16인 알루미늄(순도: 99.999%)로 형성되고, 스퍼터면에 선반 가공이 실시된 타깃재(2)를 이용하였다.
다음으로, 타깃재(2)의 스퍼터면(3)의 마무리 가공으로서, 서로 번수가 다른 복수의 연마재를 이용하여, 작은 번수로부터 큰 번수로 순서대로 다단의 연마를 행하였다. 연마는 110 ㎜×180 ㎜ 사이즈의 각종 번수(입도)의 켄마론(산쿄이화학주식회사 제)을 장착한 오비탈 샌더(SV12SG, 히타치고키주식회사 제)를 이용하여 행하고, 타깃재(2)의 스퍼터면(3)에, 요동하는 연마재를 움직이면서 누름으로써 행하였다. 이 때, 연마는 집진기 안에서 행함으로써 연마 부스러기를 제거하면서 행하였다. 연마 후, 타깃재(2)의 스퍼터면(3)을 에어 블로우하고, 에탄올 닦기를 행함으로써 처리 가공을 실시하였다. 실시예 1∼3 및 비교예 1∼3에 있어서 다단의 연마에서 사용한 연마재의 번수와 연마에 필요로 한 시간을 이하의 표 1에 나타냈다. 예를 들면, 실시예 1에서는, 번수가 #400인 연마재로 20초간 연마를 행한 후, #800의 연마재로 20초간 연마를 행하고, 마지막으로 #1200의 연마재로 20초간 연마를 행하였다. 또, 비교예 2에서는, 연마를 행하지 않고, 대신에 선반을 이용하여 스퍼터면을 형성하고, 그 외의 실시예 및 비교예와 마찬가지로 마무리 가공을 실시하였다.
다음으로, 마무리 가공을 행한 실시예 1∼3 및 비교예 1∼3의 타깃의 스퍼터면의 평가를, 이하의 순서로 행하였다.
처음에, 색차계(Z-300A, 일본덴쇼쿠공업주식회사 제)를 이용하여, 반사법에 의해 이하의 조건으로 스퍼터면(3)의 색차 측정을 행하여, 명도 L을 구하였다. 측정은, 스퍼터면(3) 상의 임의의 측정점 3점에 대하여, 각 측정점을 원심(圓心)으로 하는 직경 10 ㎜ 정도의 원의 범위 내에서 행하였다. 또한, 3개의 측정점에 대응하는 3개의 명도 L의 평균값과 표준편차를 산출하였다.
< 분석 조건 >
측정 직경: 10 ㎜
분광 감도: 2°시야
광원: C 광원
색차 식: L＝10(Y)1/2
또한, 실시예 1∼3 및 비교예 1∼3의 스퍼터면(3)의 평가는, 설치형의 색차계를 이용하였지만, 명도 L을 측정하기 위한 스퍼터면(3)의 측정에는, 휴대형의 색차계 또는 반사율계를 이용할 수도 있다. 이들을 사용함으로써, 연마 후의 스퍼터면의 색차나 반사율을, 스퍼터링 타깃을 설치형의 색차계까지 이동시키지 않고, 그자리에서 측정할 수 있다. 또, 예를 들면, 긴 변 방향의 길이 1000 ㎜∼3500 ㎜, 짧은 변 방향의 길이 180 ㎜∼1900 ㎜인 것과 같은, 큰 사이즈의 타깃재이더라도 측정할 수 있다.
다음으로, 분광광도계(주식회사 히타치하이테크놀러지즈 제, U-4100형(型))를 이용하여 정반사율을 측정하였다. 상세하게는, U-4100형 분광광도계용 5도 정반사 부속 장치를 이용하여, 시료에 대하여 입사각 5도의 입사광을 조사하고, 반사 각 5도에 반사된 광의 입사광에 대한 반사율을 측정하였다. 측정은, 스퍼터면(3) 상의 임의의 측정점 3점에 대하여, 각 측정점을 원심으로 하는 직경 20 ㎜ 정도의 원의 범위 내에서 행하였다. 또한, 3개의 측정점에 대응하는 3개의 반사율의 평균값과 표준편차를 산출하였다.
또한, 주식회사미츠토요 제의 소형 표면거칠기계 서프테스트 SJ-301을 사용하여, JIS B0601 2001에 기초하여, 타깃재의 스퍼터면의 산술평균 거칠기 Ra 및 최대 높이 Rz를 측정하였다. 측정은, 스퍼터면(3) 상의 임의의 측정점 3점에 대하여 행하였다. 또한, 3개의 측정점에 대응하는 3개의 측정값의 평균값과 표준편차를 산출하였다.
실시예 1∼3 및 비교예 1∼3의 타깃의 스퍼터면에 있어서 측정된 명도 L, 반사율, 산술평균 거칠기 Ra 및 최대 높이 Rz로부터 산출된 평균값 및 표준편차를 표 2에 나타냈다.
표 1로부터, 스퍼터면의 500 ㎚, 1000 ㎚의 파장에 있어서의 정반사율은, 서로 번수가 다른 복수의 연마재를 이용하여, 작은 번수로부터 큰 번수로 순서대로 다단으로 마무리 가공을 연마 가공에 의해 행한 경우에, 각각 3.0% 이하, 5.0% 이하로 되는 것을 알 수 있었다.
계속해서, 실시예 1 및 비교예 1의 타깃을, 스퍼터 장치(E-200S, 캐논아네르바주식회사 제)에 장착하여 스퍼터링을 행하고, 아크 모니터(μ Arc Monitor(MAM Genesis), 주식회사 랜드마크테크놀로지 제)로 하드 아크 및 마이크로 아크 횟수를 측정하였다. 스퍼터링에 관하여, 스퍼터 전력은 200 W이고, 아르곤 가스 압력은 0.2 Pa이고, 스퍼터 시간은 3분간이었다. 스퍼터링시에, 전압이 500 V를 하회하는 시간이 5 μs 이상으로 된 횟수를 하드 아크 회수로서 측정하고, 전압이 500 V를 하회하는 시간이 5 μs 미만으로 된 횟수를 마이크로 아크 횟수로서 측정하였다. 실시예 2∼3 및 비교예 2∼3의 타깃은, 아르곤 가스 압력을 1.0 Pa로 한 것 이외는, 실시예 1, 비교예 1과 동일한 조건으로 스퍼터링을 행하고, 하드 아크 및 마이크로 아크 횟수의 측정을 행하였다. 또한, 스퍼터링에는, 스퍼터면의 평가를 행한 실시예 1∼3 및 비교예 1∼3의 타깃과 동일한 연마 조건으로 제작한 다른 타깃을 사용하였다.
상기 스퍼터링에 있어서 측정된 하드 아크 및 마이크로 아크의 횟수를 표 3에 나타냈다. 또한, 표 3에는, 실시예 1∼3 및 비교예 1∼3의 타깃의 스퍼터면에 있어서 측정된, 표 2에 기재되는 명도 L을 병기하였다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 명도 L의 범위가 27을 초과하고, 또한 51 이하인 스퍼터링 타깃에서는, 하드 아크 및 마이크로 아크가 생기지 않았다.
상기 실시예에 대해서는, 평판형 타깃재에 대하여 설명하였지만, 타깃재가 원통형인 경우이더라도, 스퍼터면의 명도 L의 범위가 27을 초과하고 51 이하이면, 마찬가지의 결과를 얻을 수 있다.
1: 스퍼터링 타깃
2: 타깃재
3: 스퍼터면
4: 연마재
6: 백킹 플레이트
2: 타깃재
3: 스퍼터면
4: 연마재
6: 백킹 플레이트
Claims (5)
- Lab 표색계에 있어서의 명도 L이 27을 초과하고 51 이하인 스퍼터면을 갖는 스퍼터링 타깃.
- 제 1 항에 있어서,
상기 스퍼터면의 500 ㎚의 파장에 있어서의 정반사율은 3.0% 이하인, 스퍼터링 타깃. - 제 1 항에 있어서,
상기 스퍼터면의 1000 ㎚의 파장에 있어서의 정반사율은 5.0% 이하인, 스퍼터링 타깃. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스퍼터면은 연마면인, 스퍼터링 타깃. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
순Al 또는 Al 합금으로 이루어지는, 스퍼터링 타깃.
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