KR20210049815A

KR20210049815A - 스퍼터링 타깃 및 스퍼터링 타깃의 제조 방법

Info

Publication number: KR20210049815A
Application number: KR1020217005739A
Authority: KR
Inventors: 게이타 우메모토; 아츠시 사이토; 요시노리 시라이
Original assignee: 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2018-08-28
Filing date: 2019-07-08
Publication date: 2021-05-06
Also published as: JP7081394B2; JP2020033583A; TW202020180A; CN112585296A; WO2020044796A1

Abstract

금속 성분으로서 Cu 와 In 을 함유함과 함께, 금속상 (12) 과 산화물상 (11) 의 복합 조직으로 이루어지고, 상기 산화물상 (11) 의 면적률이 5 ％ 이상 96 ％ 이하의 범위 내로 되고, 밀도비가 90 ％ 이상인 스퍼터링 타깃. Cu 분 및 In-Cu 합금분의 어느 일방 또는 양방으로 이루어지는 금속 분말과, CuO 분 및 In₂O₃ 분의 어느 일방 또는 양방으로 이루어지는 산화물 분말을 함유하고, 상기 금속 분말의 미디언 직경 D_M 과 상기 산화물 분말의 미디언 직경 D_O 의 비 D_M/D_O 가 0.5 이상 200 이하의 범위 내로 된 소결 원료 분말을 얻는 소결 원료 분말 형성 공정 (S01) 과, 상기 소결 원료 분말을 가압함과 함께 1000 ℃ 미만의 온도로까지 가열하여 소결체를 얻는 소결 공정 (S02) 를 갖는 스퍼터링 타깃의 제조 방법.

Description

스퍼터링 타깃 및 스퍼터링 타깃의 제조 방법

본 발명은, 산화물막을 성막할 때에 사용되는 스퍼터링 타깃, 및, 이 스퍼터링 타깃의 제조 방법에 관한 것이다.

본원은, 2018년 8월 28일에 일본에서 출원된 일본 특허출원 2018-159246호에 대해 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

최근, 휴대 단말 장치 등의 입력 수단으로서, 투영형 정전 용량 방식의 터치 패널이 채용되고 있다. 이 방식의 터치 패널에서는, 터치 위치 검출을 위해서, 센싱용의 전극이 형성되어 있다. 이 센싱용의 전극은, 패터닝에 의해 형성하는 것이 통상이고, 투명 기판의 일방의 면에, X 방향으로 연장된 X 전극과, X 방향에 대해 직교하는 Y 방향으로 연장된 Y 전극을 형성하고, 이것들을 격자상으로 배치하고 있다.

터치 패널의 전극에 금속막을 사용한 경우에는, 금속막이 금속 광택을 갖는 점에서, 전극의 패턴이 외부로부터 시인되어 버린다. 이 때문에, 금속 박막 상에, 가시광의 반사율이 낮은 저반사율막을 성막함으로써, 전극의 시인성을 저하시키는 것이 고려된다.

또, 액정 표시 장치나 플라즈마 디스플레이로 대표되는 플랫 패널 디스플레이에서는, 컬러 표시를 목적으로 한 컬러 필터가 채용되고 있다. 이 컬러 필터에서는, 콘트라스트나 색 순도를 좋게 하고, 시인성을 향상시키는 것을 목적으로 하여, 블랙 매트릭스로 칭해지는 흑색의 부재가 형성되어 있다.

상기 서술한 저반사율막은, 이 블랙 매트릭스 (이하 "BM" 으로 기재한다) 로서도 이용 가능하다.

또한, 태양 전지 패널에 있어서, 유리 기판 등을 개재하여 태양광이 입사되는 경우, 그 반대측에는, 태양 전지의 이면 전극이 형성되어 있다. 이 이면 전극으로는, 몰리브덴 (Mo), 은 (Ag) 등의 금속막이 사용되고 있다. 이와 같은 양태의 태양 전지 패널을 이면측에서 보았을 때, 그 이면 전극인 금속막이 시인되어 버린다.

이 때문에, 이면 전극 상에, 상기 서술한 저반사율막을 성막함으로써, 이면 전극의 시인성을 저하시키는 것이 고려된다.

그래서, 예를 들어 특허문헌 1, 2 에는, 상기 서술한 저반사율막으로서 적합한 산화물막, 및, 이 산화물막을 성막할 때에 사용되는 스퍼터링 타깃이 제안되어 있다. 특허문헌 1 에 기재된 스퍼터링 타깃에 있어서는, 금속 원소로서, Mo 및 In 의 어느 1 종 또는 2 종, 및, Cu 및 Fe 의 어느 1 종 또는 2 종을 주성분으로 하고, 이들 금속 원소의 일부 또는 전부가 산화물로 이루어지는 구조로 되어 있다.

또, 특허문헌 2 에 기재된 스퍼터링 타깃에 있어서는, 금속 원소로서, Fe 와 Mo 를 함유하고, 이들 금속 원소의 일부 또는 전부가 산화물의 형태로 존재하고, 산화물상 (相) 에 Fe-Mo-O 계 화합물이 함유된 것으로 되어 있다.

일본 공개특허공보 2016-027195호 일본 공개특허공보 2016-191090호

그런데, 상기 서술한 스퍼터링 타깃에 있어서, 밀도비가 낮은 경우에는, 내부에 공공이 생겨 있어, 스퍼터 성막시에 이상 방전이 발생하기 쉬워진다.

상기 서술한 산화물막을 성막하는 스퍼터링 타깃에 있어서, 밀도비를 향상시키기 위해서, 소결 온도를 높게 설정한 경우에는, 산화물 분말이 환원되어 버려, 소결 후의 스퍼터링 타깃의 조성이 안정되지 않을 우려가 있었다. 한편, 스퍼터링 타깃의 밀도비를 향상시키기 위해서, 가압 하중을 높게 한 경우에는, 산화물로 이루어지는 스퍼터링 타깃에 균열이 생겨, 제조 수율이 저하된다는 문제가 있었다.

이상과 같이, 산화물막을 성막하는 스퍼터링 타깃에 있어서는, 상기 서술한 산화물 분말의 융점이 높아, 소결성이 불충분한 점에서, 밀도비를 충분히 향상시키는 것이 곤란하였다.

특히, 최근에는, 생산 효율 향상의 관점에서, 스퍼터 성막시의 파워 밀도비를 더욱 높여 성막의 스루풋을 더욱 향상시키는 것이 요구되고 있어, 이상 방전이 발생하기 쉬운 경향이 있다.

또, 성막하는 기판의 대형화나 성막 효율의 향상에 대응하기 위해서, 대형의 스퍼터링 타깃이나 원통형의 스퍼터링 타깃이 요구되고 있어, 밀도비의 향상이 더욱 곤란해지고 있다.

이 때문에, 상기 서술한 산화물막을 성막하는 스퍼터링 타깃에 있어서는, 추가적인 밀도비의 향상이 요구되고 있다.

본 발명은, 전술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 밀도비가 충분히 높아, 산화물막을 안정적으로 스퍼터 성막이 가능한 스퍼터링 타깃, 및, 이 스퍼터링 타깃의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 스퍼터링 타깃은, 금속 성분으로서 Cu 와 In 을 함유함과 함께, 금속상과 산화물상의 복합 조직으로 이루어지고, 상기 산화물상의 면적률이 5 ％ 이상 96 ％ 이하의 범위 내로 되고, 밀도비가 90 ％ 이상인 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성의 스퍼터링 타깃에 의하면, 금속 성분으로서 Cu 와 In 을 함유하며, 또한, 금속상과 산화물상의 복합 조직으로 이루어지므로, 금속 성분으로서 Cu 와 In 을 함유하는 산화물막을 스퍼터 성막하는 것이 가능해진다.

그리고, 밀도비가 90 ％ 이상으로 되어 있으므로, 공공에서 기인한 이상 방전의 발생을 억제할 수 있다.

또, 이 구성의 스퍼터링 타깃에 의하면, 스퍼터링 타깃의 절단 연마면의 면적 중 상기 산화물상의 면적률이 5 ％ 이상 96 ％ 이하의 범위 내로 되어 있으므로, 금속상 및 산화물상의 면적이 각각 확보되어 있어, 타깃 스퍼터면 전체에서 방전 상태가 안정되어, 이상 방전의 발생을 억제할 수 있다.

본 발명의 스퍼터링 타깃에 있어서는, 금속 성분 중에 있어서의 Cu 의 함유량이 10 원자％ 이상 90 원자％ 이하의 범위 내로 되어 있는 것이 바람직하다.

이 경우, 금속 성분 중에 있어서의 Cu 의 함유량이 10 원자％ 이상 90 원자％ 이하의 범위 내로 된 조성의 산화물막을 성막할 수 있어, 가시광의 반사율이 낮아, 저반사율막으로서 사용 가능한 산화물막을 확실하게 성막하는 것이 가능해진다.

또, 본 발명의 스퍼터링 타깃에 있어서는, 상기 산화물상으로 이루어지는 모상에 상기 금속상이 분산된 조직으로 되어 있고, 상기 금속상의 평균 입자경이 56 ㎛ 이하인 구성으로 해도 된다.

이 경우, 상기 산화물상으로 이루어지는 모상에 분산된 상기 금속상의 평균 입자경이 56 ㎛ 이하로 제한되어 있으므로, 금속상이 국소적으로 응집하고 있지 않아, 타깃 스퍼터면 전체에서 방전 상태가 안정되어, 이상 방전의 발생을 더욱 억제할 수 있다.

또, 본 발명의 스퍼터링 타깃에 있어서는, 상기 금속상으로 이루어지는 모상에 상기 산화물상이 분산된 조직으로 되어 있고, 상기 금속상의 평균 결정 입자경이 100 ㎛ 이하인 구성으로 해도 된다.

이 경우, 상기 금속상으로 이루어지는 모상에 상기 산화물상이 분산된 조직으로 되어 있고, 모상인 상기 금속상의 평균 결정 입자경이 100 ㎛ 이하로 제한되어 있으므로, 가공에 있어서의 균열의 발생을 억제할 수 있어, 제조 수율을 향상시킬 수 있다. 또, 스퍼터가 진행되어도 타깃 스퍼터면에 큰 요철이 형성되지 않아, 이상 방전의 발생을 억제할 수 있어, 안정적으로 스퍼터 성막을 실시할 수 있다.

본 발명의 스퍼터링 타깃의 제조 방법은, 상기 서술한 스퍼터링 타깃을 제조하는 스퍼터링 타깃의 제조 방법으로서, Cu 분 (粉) 및 Cu-In 합금분의 어느 일방 또는 양방으로 이루어지는 금속 분말과, CuO 분 및 In₂O₃ 분의 어느 일방 또는 양방으로 이루어지는 산화물 분말을 함유하고, 상기 금속 분말의 미디언 직경 D_M 과 상기 산화물 분말의 미디언 직경 D_O 의 비 D_M/D_O 가 0.5 이상 200 이하의 범위 내로 된 소결 원료 분말을 얻는 소결 원료 분말 형성 공정과, 상기 소결 원료 분말을 가압함과 함께 1000 ℃ 미만의 온도로까지 가열하여 소결체를 얻는 소결 공정을 가지고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성의 스퍼터링 타깃의 제조 방법에 의하면, Cu 분 및 Cu-In 합금분의 어느 일방 또는 양방으로 이루어지는 금속 분말과, CuO 분 및 In₂O₃ 분의 어느 일방 또는 양방으로 이루어지는 산화물 분말을 함유하고, 상기 금속 분말의 미디언 직경 D_M 과 상기 산화물 분말의 미디언 직경 D_O 의 비 D_M/D_O 가 0.5 이상 200 이하의 범위 내로 된 소결 원료 분말을 사용하고 있으므로, 소결시에, 산화물 분말끼리의 사이의 공극을, 연성이 있는 금속상이 변형되면서 매립함으로써 공공이 배제되게 되어, 밀도비를 확실하게 향상시킬 수 있다.

또, 이 구성의 스퍼터링 타깃의 제조 방법에 의하면, 상기 소결 원료 분말을 가압함과 함께 1000 ℃ 미만의 온도로까지 가열하여 소결체를 얻는 소결 공정을 구비하고 있으므로, 소결 온도가 비교적 낮아, 산화물 분말의 환원을 억제할 수 있다.

본 발명의 스퍼터링 타깃의 제조 방법에 있어서는, 상기 산화물 분말의 미디언 직경 D_O 가 5 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 산화물 분말의 미디언 직경 D_O 가 5 ㎛ 이하로 비교적 미세하게 되어 있는 점에서, 산화물 분말끼리의 접촉 면적이 증가하여, 소결성을 향상시킬 수 있어, 밀도비를 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.

본 발명에 의하면, 밀도비가 충분히 높아, 산화물막을 안정적으로 스퍼터 성막이 가능한 스퍼터링 타깃, 및, 이 스퍼터링 타깃의 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 스퍼터링 타깃에 있어서, 산화물상으로 이루어지는 모상에 금속상이 분산된 조직을 나타내는 설명도이다.
도 2 는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 스퍼터링 타깃에 있어서, 금속상으로 이루어지는 모상에 산화물상이 분산된 조직을 나타내는 설명도이다.
도 3 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 스퍼터링 타깃의 제조 방법을 나타내는 플로도이다.

이하에, 본 발명의 실시형태인 스퍼터링 타깃, 및, 스퍼터링 타깃의 제조 방법에 대해, 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

본 실시형태에 관련된 스퍼터링 타깃은, 금속 성분으로서 Cu 와 In 을 함유함과 함께, 금속상과 산화물상의 복합 조직으로 이루어지는 것으로 되어 있다.

그리고, 스퍼터링 타깃의 절단 연마면의 면적 중 산화물상의 면적률이 5 ％ 이상 96 ％ 이하의 범위 내로 되고, 밀도비가 90 ％ 이상으로 되어 있다.

또, 본 실시형태에 있어서는, 금속 성분 중에 있어서의 Cu 의 함유량이 10 원자％ 이상 90 원자％ 이하의 범위 내로 되어 있는 것이 바람직하다.

본 실시형태에 관련된 스퍼터링 타깃에 있어서는, 상기 서술한 바와 같이, 스퍼터링 타깃의 절단 연마면의 면적 중 산화물상의 면적률이 5 ％ 이상 96 ％ 이하의 범위 내로 되어 있고, 산화물상의 비율이 높은 경우에는, 산화물상으로 이루어지는 모상에 상기 금속상이 분산된 조직이 되고, 금속상의 비율이 높은 경우에는, 금속상으로 이루어지는 모상에 산화물상이 분산된 조직이 된다.

도 1 은, 산화물상으로 이루어지는 모상에 상기 금속상이 분산된 조직의 실제예로, 산화물상 (11) 으로 이루어지는 모상에 금속상 (12) 이 분산된 조직이다. 이와 같은 조직의 경우에는, 분산된 금속상 (12) 의 평균 입자경 (즉, 분산된 금속상 (12) 자체의 크기) 이 56 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

또, 도 2 는, 금속상으로 이루어지는 모상에 산화물상이 분산된 조직의 실제예로, 금속상 (12) 으로 이루어지는 모상에 산화물상 (11) 이 분산된 조직이다. 이와 같은 조직의 경우에는, 모상인 금속상 (12) 에 있어서의 평균 결정 입자경이 100 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

이하에, 본 실시형태인 스퍼터링 타깃에 있어서, 산화물상의 면적률, 밀도비, 금속 성분 중에 있어서의 Cu 의 함유량, 분산된 금속상의 평균 입자경, 모상인 금속상의 평균 결정 입자경에 대해, 상기 서술한 바와 같이 규정한 이유에 대해 설명한다.

(산화물상의 면적률)

본 실시형태인 스퍼터링 타깃에 있어서는, 금속상과 산화물상의 복합 조직으로 되어 있고, 금속상에 의해 밀도비의 향상이 도모되어 있다.

스퍼터링 타깃의 절단 연마면의 면적 중 산화물상의 면적률이 5 ％ 미만인 경우에는, 금속상과 비교하여 전기 저항이 높은 산화물상이 고립하여 존재하게 되고, 이 산화물상에서 기인하여 스퍼터시에 이상 방전이 발생할 우려가 있다.

한편, 스퍼터링 타깃의 절단 연마면의 면적 중 산화물상의 면적률이 96 ％ 를 초과하는 경우에는, 금속상이 부족하여, 밀도비를 충분히 향상시킬 수 없을 우려가 있다.

이상으로부터, 본 실시형태에서는, 스퍼터링 타깃의 절단 연마면의 면적 중 산화물상의 면적률을 5 ％ 이상 96 ％ 이하의 범위 내로 설정하고 있다.

고립한 산화물상에서 기인하는 이상 방전의 발생을 더욱 억제하기 위해서는, 스퍼터링 타깃의 절단 연마면의 면적 중 산화물상의 면적률의 하한을 15 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 30 ％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또, 밀도비를 더욱 향상시키기 위해서는, 스퍼터링 타깃의 절단 연마면의 면적 중 산화물상의 면적률의 상한을 90 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 85 ％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

(밀도비)

스퍼터링 타깃의 밀도비가 낮아지면, 내부에 공공이 많이 존재하게 되어, 스퍼터 성막시에 이상 방전이 발생하기 쉬워질 우려가 있다. 특히, 산화물상으로 이루어지는 스퍼터링 타깃에 있어서는, 산화물의 소결성이 불충분한 점에서, 밀도비가 낮아지는 경향이 있어, 이상 방전이 발생하기 쉽다.

그래서, 본 실시형태인 스퍼터링 타깃에 있어서는, 밀도비를 90 ％ 이상으로 설정하고 있다. 밀도비는, 92 ％ 이상인 것이 바람직하고, 94 ％ 이상인 것이 더욱 바람직하다.

본 명세서에 있어서, 밀도비란, 스퍼터링 타깃의 절단 연마면에 있어서, 공공과 그 이외의 부분의 면적 비율을 산출한 값 중, 공공 이외의 부분의 면적 비율을 말한다.

(금속 성분 중에 있어서의 Cu 의 함유량)

본 실시형태인 스퍼터링 타깃을 사용하여 성막된 산화물막은, 상기 서술한 스퍼터링 타깃과 동등한 조성을 갖는 것이 된다.

본 실시형태인 스퍼터링 타깃에 있어서, 금속 성분 중에 있어서의 Cu 의 함유량을 10 원자％ 이상 90 원자％ 이하의 범위 내로 함으로써, 가시광 (파장 400 ∼ 800 nm) 에 있어서, 평균 반사율이 낮아져, 반사율이 충분히 낮은 산화물막을 성막하는 것이 가능해진다.

가시광의 반사율이 충분히 낮은 산화물막을 확실하게 성막하기 위해서는, 스퍼터링 타깃의 금속 성분 중에 있어서의 Cu 의 함유량의 하한을 20 원자％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 30 원자％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또, 금속 성분 중에 있어서의 Cu 의 함유량의 상한을 80 원자％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 70 원자％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

(분산된 금속상의 평균 입자경)

산화물상으로 이루어지는 모상에 금속상이 분산된 조직으로 된 스퍼터링 타깃에 있어서, 분산된 금속상의 평균 입자경을 작게 함으로써, 국소적으로 전기 저항이 낮은 부분이 타깃 스퍼터면에 존재하지 않아, 타깃 스퍼터면 전체에서 방전 상태가 안정되게 되어, 스퍼터 성막시에 있어서의 이상 방전의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.

그래서, 본 실시형태의 스퍼터링 타깃에 있어서, 산화물상으로 이루어지는 모상에 금속상이 분산된 조직으로 되어 있는 경우에는, 분산된 금속상의 평균 입자경을 56 ㎛ 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

산화물상으로 이루어지는 모상에 분산된 금속상의 평균 입자경은, 45 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 35 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

(모상인 금속상의 평균 결정 입자경)

금속상으로 이루어지는 모상에 산화물상이 분산된 조직으로 된 스퍼터링 타깃에 있어서, 모상인 금속상의 평균 결정 입자경을 작게 함으로써, 스퍼터가 진행되었을 때에, 금속상의 모상에 큰 요철이 생기는 것이 억제되어, 이상 방전의 발생을 억제하는 것이 가능해진다. 또, 연성이 있는 금속상이 찌부러져 금속상의 편평률이 커지는 것을 억제할 수 있고, 소결체를 가공하여 스퍼터링 타깃을 제작할 때에 균열의 발생을 억제할 수 있어, 제조 수율을 향상시킬 수 있다.

그래서, 본 실시형태의 스퍼터링 타깃에 있어서, 금속상으로 이루어지는 모상에 산화물상이 분산된 조직으로 되어 있는 경우에는, 모상인 금속상의 평균 결정 입자경을 100 ㎛ 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

모상인 금속상의 평균 결정 입자경은, 75 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 50 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

다음으로, 본 실시형태에 관련된 스퍼터링 타깃의 제조 방법에 대해, 도 3 의 플로도를 참조하여 설명한다.

(소결 원료 분말 형성 공정 S01)

먼저, Cu 분 및 In-Cu 합금분의 어느 일방 또는 양방으로 이루어지는 금속 분말과, CuO 분 및 In₂O₃ 분의 어느 일방 또는 양방으로 이루어지는 산화물 분말을 준비한다.

Cu 분은, 순도가 99.99 mass％ 이상인 것이 바람직하다. 또, In-Cu 합금분에 대해서는, Cu 의 함유량이 5 mass％ 이상 50 mass％ 이하의 범위 내로 되고, 잔부가 In 및 불가피 불순물로 된 조성의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

CuO 분은, 순도가 99 mass％ 이상인 것이 바람직하다.

In₂O₃ 분은, 순도가 99 mass％ 이상인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 서술한 금속 분말 및 산화물 분말의 입자경에 대해서는, 금속 분말의 미디언 직경 D_M 과 산화물 분말의 미디언 직경 D_O 의 비 D_M/D_O 가 0.5 이상 200 이하의 범위 내가 되도록 조정한다.

또, 본 실시형태에 있어서는, 산화물 분말의 미디언 직경 D_O 가 5 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

D50 (미디언 직경) 은, 입자경 분포 측정에 있어서, 빈도의 누적이 50 ％ 가 되는 입자경으로 한다.

금속 분말로서 Cu 분 및 In-Cu 합금분을 함유하는 경우에는, 금속 분말의 미디언 직경 D_M 은, Cu 분의 미디언 직경 D_Cu 와 In-Cu 합금분의 미디언 직경 D_InCu 와 금속 분말 중의 Cu 분의 질량비 W_Cu 와 금속 분말 중의 In-Cu 합금분의 질량비 W_InCu 로부터, 이하와 같이 하여 산출된다.

D_M ＝ (D_Cu × W_Cu ＋ D_InCu × W_InCu)

또, 산화물 분말로서 CuO 분 및 In₂O₃ 분을 함유하는 경우에는, 산화물 분말의 미디언 직경 D_O 는, CuO 분의 미디언 직경 D_CuO 와 In₂O₃ 분의 미디언 직경 D_In2O3 과 산화물 분말 중의 CuO 분의 질량비 W_CuO 와 산화물 분말 중의 In₂O₃ 분의 질량비 W_In2O3 으로부터, 이하와 같이 하여 산출된다.

D_O ＝ (D_CuO × W_CuO ＋ D_In2O3 × W_In2O3)

상기 서술한 금속 분말과 산화물 분말을 소정의 비율로 혼합하여, 소결 원료 분말을 얻는다.

소결 원료 분말 형성 공정 S01 에 있어서는, 볼 밀 등의 혼합 장치를 사용하는 것이 바람직하다.

(소결 공정 S02)

다음으로, 상기 서술한 소결 원료 분말을, 가압하면서 가열함으로써 소결하여, 소결체를 얻는다. 본 실시형태에서는, 핫 프레스 장치를 사용하고 있다.

이 소결 공정 S02 에 있어서, 상기 서술한 산화물 분말끼리의 사이의 공극을, 연성이 있는 금속상이 변형되면서 매립함으로써, 소결체로부터 공공이 배제되어, 스퍼터링 타깃의 밀도비가 향상되게 된다.

소결 공정 S02 에 있어서의 소결 온도는 1000 ℃ 미만, 소결 온도에서의 유지 시간은 0.5 시간 이상 10 시간 이하의 범위 내, 가압 압력은 5 MPa 이상 50 MPa 이하의 범위 내로 하고 있다.

(기계 가공 공정 S03)

다음으로, 얻어진 소결체를 소정의 치수가 되도록 기계 가공한다. 이로써, 본 실시형태인 스퍼터링 타깃이 제조된다.

이하에, 본 실시형태인 스퍼터링 타깃의 제조 방법에 있어서, 금속 분말의 미디언 직경 D_M 과 산화물 분말의 미디언 직경 D_O 의 비 D_M/D_O, 산화물 분말의 미디언 직경 D_O, 소결 조건을, 상기 서술한 바와 같이 규정한 이유에 대해 설명한다.

(금속 분말의 미디언 직경 D_M 과 산화물 분말의 미디언 직경 D_O 의 비 D_M/D_O)

본 실시형태에서는, 금속 분말과 산화물 분말을 혼합한 소결 원료 분말을 가압하고 가열함으로써, 소결체를 제조하고 있다.

금속 분말의 미디언 직경 D_M 과 산화물 분말의 미디언 직경 D_O 의 비 D_M/D_O 가 0.5 미만인 경우에는, 산화물 분말끼리의 사이의 공극이, 미세한 금속 분말에 의해 충전되게 되고, 소결 공정 S02 에 있어서, 산화물 분말끼리의 사이의 공극을, 연성이 있는 금속상이 변형되면서 매립할 수 없어, 공공을 효율적으로 배제할 수 없게 되어, 밀도비를 향상시킬 수 없게 될 우려가 있다.

한편, 미디언 직경비 D_M/D_O 가 200 을 초과하는 경우에는, 금속 분말과 접촉하는 산화물 분말의 수가 적어, 산화물 분말끼리의 공극을 충분히 금속상에 의해 매립할 수 없어, 밀도비를 향상시킬 수 없게 될 우려가 있다.

이상으로부터, 본 실시형태에서는, 금속 분말의 미디언 직경 D_M 과 산화물 분말의 미디언 직경 D_O 의 비 D_M/D_O 를, 0.5 이상 200 이하의 범위 내로 설정하고 있다.

금속 분말의 미디언 직경 D_M 과 산화물 분말의 미디언 직경 D_O 의 비 D_M/D_O 의 상한은, 150 이하로 하는 것이 바람직하고, 100 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

(산화물 분말의 미디언 직경 D_O)

소결 원료 분말에 있어서, 산화물 분말의 미디언 직경 D_O 를 작게 함으로써, 소결성이 향상되어, 밀도비를 충분히 향상시키는 것이 가능해진다.

그래서, 본 실시형태에서는, 산화물 분말의 미디언 직경 D_O 를 5 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 3 ㎛ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

(소결 조건)

본 실시형태에서는, 소결 온도를 1000 ℃ 미만으로 하고 있다. 이로써, 소결 공정 S02 에 있어서, 산화물 분말이 환원되는 것을 억제할 수 있어, 소정의 조성, 조직의 스퍼터링 타깃을 제조하는 것이 가능해진다.

소결 온도의 상한은, 980 ℃ 미만으로 하는 것이 바람직하고, 950 ℃ 미만으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 한편, 소결 온도의 하한에 대해서는, 800 ℃ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 850 ℃ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또, 소결 온도에서의 유지 시간을 0.5 시간 이상 10 시간 이하의 범위 내로 함으로써, 소결을 확실하게 진행시키는 것이 가능해진다.

소결 온도에서의 유지 시간의 하한은, 1 시간 이상으로 하는 것이 바람직하고, 2 시간 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 한편, 소결 온도에서의 유지 시간의 상한은, 8 시간 이하로 하는 것이 바람직하고, 6 시간 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 가압 압력을 5 MPa 이상 50 MPa 이하의 범위 내로 함으로써, 밀도비를 충분히 향상시키는 것이 가능해진다.

가압 압력의 하한은, 10 MPa 이상으로 하는 것이 바람직하고, 15 MPa 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 한편, 가압 압력의 상한은, 48 MPa 이하로 하는 것이 바람직하고, 45 MPa 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

이상과 같은 구성으로 된 본 실시형태인 스퍼터링 타깃에 의하면, 밀도비가 90 ％ 이상으로 되어 있으므로, 공공에서 기인한 이상 방전의 발생을 억제할 수 있다.

또, 스퍼터링 타깃의 절단 연마면의 면적 중 산화물상의 면적률이 5 ％ 이상 96 ％ 이하의 범위 내로 되어 있으므로, 금속상 및 산화물상의 면적이 각각 확보되어 있어, 타깃 스퍼터면 전체에서 방전 상태가 안정되어, 이상 방전의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 금속 성분으로서 Cu 와 In 을 함유하며, 또한, 금속상과 산화물상의 복합 조직으로 이루어지므로, 금속 성분으로서 Cu 와 In 을 함유하는 산화물막을 스퍼터 성막하는 것이 가능해진다.

그리고, 본 실시형태에 있어서, 금속 성분 중에 있어서의 Cu 의 함유량이 10 원자％ 이상 90 원자％ 이하의 범위 내로 되어 있는 경우에는, 상기 서술한 조성의 산화물막을 성막할 수 있어, 가시광의 반사율이 낮아, 저반사율막에 적합한 산화물막을 확실하게 성막하는 것이 가능해진다.

또, 본 실시형태의 스퍼터링 타깃에 있어서, 산화물상으로 이루어지는 모상에 금속상이 분산된 조직으로 되어 있고, 금속상의 평균 입자경이 56 ㎛ 이하인 경우에는, 금속상이 국소적으로 응집하고 있지 않아, 타깃 스퍼터면 전체에서 방전 상태가 안정되어, 스퍼터 성막시에 이상 방전이 발생하는 것을 억제할 수 있어, 안정적으로 스퍼터 성막을 실시하는 것이 가능해진다.

혹은, 본 실시형태의 스퍼터링 타깃에 있어서, 금속상으로 이루어지는 모상에 산화물상이 분산된 조직으로 되어 있고, 모상인 금속상의 평균 결정 입자경이 100 ㎛ 이하인 경우에는, 스퍼터가 진행되었을 때에 금속상의 모상에 큰 요철이 생기는 것을 억제할 수 있어, 이상 방전의 발생을 억제할 수 있다. 또, 가공성이 향상되게 되어, 소결체를 가공하여 스퍼터링 타깃을 제작할 때의 균열의 발생을 억제할 수 있어, 제조 수율을 향상시킬 수 있다.

본 실시형태인 스퍼터링 타깃의 제조 방법에 의하면, Cu 분 및 Cu-In 합금분의 어느 일방 또는 양방으로 이루어지는 금속 분말과, CuO 분 및 In₂O₃ 분의 어느 일방 또는 양방으로 이루어지는 산화물 분말을 함유하고, 금속 분말의 미디언 직경 D_M 과 산화물 분말의 미디언 직경 D_O 의 비 D_M/D_O 가 0.5 이상 200 이하의 범위 내로 된 소결 원료 분말을 사용하고 있으므로, 소결시에, 산화물 분말끼리의 사이의 공극을, 연성이 있는 금속상이 변형되면서 매립함으로써, 소결시에 공공이 배제되게 되어, 밀도비를 확실하게 향상시킬 수 있다.

또, 소결 공정 S02 에 있어서, 소결 원료 분말을 가압함과 함께 1000 ℃ 미만의 온도로까지 가열하고 있으므로, 소결 온도를 비교적 낮게 할 수 있어, 산화물 분말의 환원을 억제할 수 있다. 또한, 상기 서술한 소결 원료 분말을 사용하고 있으므로, 소결 온도가 1000 ℃ 미만이더라도, 밀도비를 충분히 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 산화물 분말의 미디언 직경 D_O 를 5 ㎛ 이하로 한 경우에는, 산화물 분말끼리의 접촉 면적이 증가하여, 소결성을 향상시킬 수 있어, 밀도비를 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 경우는 없고, 그 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.

실시예

이하에, 본 발명에 관련된 스퍼터링 타깃, 및, 스퍼터링 타깃의 제조 방법의 작용 효과에 대해 평가한 평가 시험의 결과를 설명한다.

표 1 에 나타내는 금속 분말 (Cu 는 순도 99.99 mass％ 이상) 과 산화물 분말 (모두 순도 99 mass％ 이상) 을 준비하고, 각각 표 1 에 나타내는 배합량이 되도록 합계 2 kg 을 칭량하고, φ5 mm 의 지르코니아 볼 6 kg 과 함께 볼 밀 용기에 투입하고, 볼 밀 장치를 사용해서 혼합하여 소결 원료 분말을 얻었다.

금속 분말의 미디언 직경 D_M, 및, 산화물 분말의 미디언 직경 D_O 는, 실시형태란에 기재한 계산식을 사용하여 산출하였다.

그리고, 얻어진 소결 원료 분말을, 핫 프레스용의 카본제의 형 (型) 에 충전하고, 소결 온도를 950 ℃, 소결 온도에서의 유지 시간을 3 시간, 가압 압력을 35 MPa 로 하여, 핫 프레스를 실시하고, 소결체를 얻었다.

그리고, 얻어진 소결체에 대해 기계 가공을 실시하여, 직경 152.4 mm, 두께 6 mm 의 사이즈로 가공하였다. 이것을, In 의 솔더재를 사용하여 배킹 플레이트에 솔더링하였다.

얻어진 스퍼터링 타깃에 대해, 밀도비, 스퍼터링 타깃 중의 금속 성분, 산화물상의 면적률, 모상이 산화물상인 경우의 금속상의 평균 입자경, 모상이 금속상인 경우의 금속상의 평균 결정 입자경, 가공시의 균열의 발생 상황, 스퍼터 성막시의 이상 방전 횟수, 성막된 산화물막의 반사율에 대해, 이하와 같이 평가하였다.

(밀도비)

스퍼터링 타깃으로부터 10 mm × 10 mm × 5 mm 의 사이즈의 샘플을 채취하여, 절단면을 연마하고, 전자 프로브 마이크로애널라이저 (EPMA) 장치를 사용하여 3000 배의 배율로 조성 이미지를 3 장 촬영하였다. 조성 이미지에 있어서 흑색으로 관찰되는 공공과 그 이외의 부분의 비율을 화상 해석 소프트 WinRoof (미타니 상사사 제조) 에 의해, 면적 비율을 산출하였다. 흑색 (공공) 이외의 부분의 면적 비율을 밀도비로 하여, 3 장의 화상에 대한 결과의 평균치를 표에 나타냈다.

(스퍼터링 타깃의 금속 성분)

얻어진 소결체로부터 측정 시료를 1 g 채취하고, ICP-AES 장치에 의해, Cu, In 의 금속 성분을 정량하였다. 얻어진 금속 성분의 합계치를 전체 금속 성분량으로 하여, 하기의 식에 따라서, Cu 의 금속 성분치를 구하였다. 또, In 은 잔부로 하였다.

Cu 함유량 (원자％) ＝ (Cu 정량치)/(전체 금속 성분량) × 100

(산화물상의 면적률)

얻어진 소결체로부터 10 mm × 10 mm × 5 mmt 의 사이즈의 샘플을 채취하여, 절단면을 연마하고, 전자 프로브 마이크로애널라이저 (EPMA) 장치를 사용하여 조성 이미지와 Cu, In, O 의 원소 매핑 이미지로부터, 금속상과 산화물상을 구별하고, 화상 해석 소프트 WinRoof (미타니 상사사 제조) 에 의해, 촬상된 화상을 모노크롬으로 변환함과 함께, 색상, 명도, 채도를 조정한 임계치 설정으로 2 치화하여, 화상 전체에 대한 산화물상의 면적률을 산출하였다.

(모상이 산화물상인 경우의 금속상의 평균 입자경)

상기 서술한 전자 프로브 마이크로애널라이저 (EPMA) 장치에 의한 1000 배의 조성 이미지의 화상 해석의 결과로부터, 모상이 산화물상이었던 경우에는, 금속상의 평균 입자경을, 당해 화상 해석의 결과로부터 산출하였다.

(모상이 금속상인 경우의 금속상의 평균 결정 입자경)

상기 서술한 전자 프로브 마이크로애널라이저 (EPMA) 장치에 의한 1000 배의 조성 이미지의 화상 해석의 결과로부터, 모상이 금속상이었던 경우에는, 금속상의 평균 결정 입자경을, 당해 화상 해석의 결과로부터 산출하였다.

(균열의 유무)

가공 후의 소결체에 대해 침투 탐상 시험을 실시하여, 균열의 발생 상황을 평가하고, 지시 모양을 육안으로 평가하였다.

(스퍼터 성막시의 이상 방전 횟수)

얻어진 스퍼터링 타깃을 사용하여, 이하에 나타내는 조건에서, 1 시간의 스퍼터를 실시하고, DC 전원 장치에 구비되어 있는 아크 카운트 기능에 의해, 이상 방전의 횟수를 계측하였다.

전원 : 직류 전원

전력 : 600 W

가스압 : 0.2 Pa

가스 유량 : Ar, 50 sccm

타깃-기판 간 거리 : 70 mm

기판 온도 : 실온

기판 : 유리 기판 (상품명 : Eagle XG)

(산화물막의 반사율)

유리 기판 상에 두께 200 nm 의 은막을 성막하고, 이 은막 상에, 상기 서술한 스퍼터링 타깃을 사용하여 산화물막을 두께 50 nm 로 성막하였다.

상기 서술한 바와 같이 유리 기판 상에 성막된 은막과 산화물막의 적층막에 대해, 반사율을 측정하였다. 분광 광도계 (주식회사 히타치 제조 U4100) 를 사용하여, 성막된 막측으로부터 400 ∼ 800 nm 의 파장에 있어서 측정하였다. 측정된 반사율의 평균치를 「산화물막의 평균 반사율」로 하였다.

금속 분말을 사용하고 있지 않고, 산화물상의 면적률이 100 ％ 로 된 비교예 1 에 있어서는, 밀도비가 81.2 ％ 로 낮고, 이상 방전 횟수가 125 회로 많아졌다. 또, 가공시에 균열이 확인되었다. 소결성이 불충분하여, 내부에 공공이 많이 존재하였기 때문으로 추측된다. 금속 분말의 미디언 직경 D_M 과 산화물 분말의 미디언 직경 D_O 의 비 D_M/D_O 가 0.3 으로 된 비교예 2 에 있어서는, 밀도비가 87.4 ％ 로 낮고, 이상 방전 횟수가 64 회로 많아졌다. 소결시에, 산화물 분말끼리의 사이의 공극을, 연성이 있는 금속상이 변형되면서 매립할 수 없어, 공공을 효율적으로 배제할 수 없었기 때문으로 추측된다.

금속 분말의 미디언 직경 D_M 과 산화물 분말의 미디언 직경 D_O 의 비 D_M/D_O 가 217 로 된 비교예 3 에 있어서는, 밀도비가 83.6 ％ 로 낮고, 이상 방전 횟수가 74 회로 많아졌다. 소결시에, 금속 분말과 접촉하는 산화물 분말의 수가 적어, 산화물 분말끼리의 공극을 충분히 금속상에 의해 매립할 수 없었기 때문으로 추측된다.

산화물상의 면적률이 4.0 ％ 로 된 비교예 4 에 있어서는, 이상 방전 횟수가 43 회로 많아졌다. 금속상과 비교하여 전기 저항이 높은 산화물상이 고립하여 존재하고, 이 산화물상에서 기인하여 이상 방전이 발생하였기 때문으로 추측된다.

이에 대하여, 금속 분말의 미디언 직경 D_M 과 산화물 분말의 미디언 직경 D_O 의 비 D_M/D_O 를 0.5 이상 200 이하의 범위 내로 하고, 밀도비가 90 ％ 이상, 산화물상의 면적률이 5 ％ 이상 96 ％ 이하의 범위 내로 된 본 발명예 1 - 8 에 있어서는, 이상 방전 횟수가 15 회 이하로 적고, 가공시의 균열도 확인되지 않았다. 본 발명예 9 에 있어서는, 모상 금속의 평균 입자경이 111 ㎛ 로 비교적 컸기 때문에, 가공 후의 균열이 확인되었지만, 이상 방전에 대한 영향은 관찰되지 않았다. 또, 본 발명예 1 - 9 에 있어서는, 성막된 산화물막의 평균 반사율이 21 ％ 이하로, 저반사율막으로서 사용 가능한 산화물막을 성막할 수 있었다.

본 발명예 3 과 본 발명예 7 을 비교하면, 모상이 산화물상인 경우의 금속상의 평균 입자경을 56 ㎛ 이하로 함으로써, 이상 방전의 발생을 더욱 억제할 수 있는 것이 확인되었다. 또, 본 발명예 8 은, 밀도비가 다른 본 발명예보다 낮기 때문에, 이상 방전 횟수가 약간 많아졌다.

이상으로부터, 본 발명예에 의하면, 밀도비가 충분히 높아, 산화물막을 안정적으로 스퍼터 성막이 가능한 스퍼터링 타깃, 및, 이 스퍼터링 타깃의 제조 방법을 제공할 수 있는 것이 확인되었다.

산업상 이용가능성

11 : 산화물상
12 : 금속상

Claims

금속 성분으로서 Cu 와 In 을 함유함과 함께, 금속상과 산화물상의 복합 조직으로 이루어지고, 상기 산화물상의 면적률이 5 ％ 이상 96 ％ 이하의 범위 내로 되고, 밀도비가 90 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃.
제 1 항에 있어서,
금속 성분 중에 있어서의 Cu 의 함유량이 10 원자％ 이상 90 원자％ 이하의 범위 내로 되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 산화물상으로 이루어지는 모상에 상기 금속상이 분산된 조직으로 되어 있고, 분산된 상기 금속상의 평균 입자경이 56 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 금속상으로 이루어지는 모상에 상기 산화물상이 분산된 조직으로 되어 있고, 모상인 상기 금속상의 평균 결정 입자경이 100 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 스퍼터링 타깃을 제조하는 스퍼터링 타깃의 제조 방법으로서,
Cu 분 및 In-Cu 합금분의 어느 일방 또는 양방으로 이루어지는 금속 분말과, CuO 분 및 In₂O₃ 분의 어느 일방 또는 양방으로 이루어지는 산화물 분말을 함유하고, 상기 금속 분말의 미디언 직경 D_M 과 상기 산화물 분말의 미디언 직경 D_O 의 비 D_M/D_O 가 0.5 이상 200 이하의 범위 내로 된 소결 원료 분말을 얻는 소결 원료 분말 형성 공정과,
상기 소결 원료 분말을 가압함과 함께 1000 ℃ 미만의 온도로까지 가열하여 소결체를 얻는 소결 공정을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 산화물 분말의 미디언 직경 D_O 가 5 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃의 제조 방법.