(57)【要約】【課題】複数のターゲット部材を接合して得られた分割スパッタリングターゲットにおいて、スパッタリングされることにより、バッキングプレートの構成材料が、成膜する薄膜中に混入することを効果的に防止できる技術を提供する。【解決手段】本発明は、バッキングプレート上に、複数のターゲット部材を低融点ハンダにより接合して形成される分割スパッタリングターゲットにおいて、接合されたターゲット部材間に形成された間隙に、セラミック材または有機材料が充填されていることを特徴とする。また、セラミック材は、ターゲット部材と同組成のセラミック粉或いはセラミック繊維であることが好ましく、有機材料は高抵抗物質であることが好ましい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッキングプレート上に、複数のターゲット部材を低融点ハンダにより接合して形成される分割スパッタリングターゲットにおいて、
接合されたターゲット部材間に形成された間隙に、セラミック材または有機材料が充填されていることを特徴とする分割スパッタリングターゲット。
【請求項２】
セラミック材が、ターゲット部材と同組成のセラミック粉である請求項１に記載の分割スパッタリングターゲット。
【請求項３】
有機材料は、高抵抗物質である請求項１に記載の分割スパッタリングターゲット。
【請求項４】
セラミック粉の充填厚さは、ターゲット部材間に形成された間隙深さの１０％〜７０％である請求項２に記載の分割スパッタリングターゲット。
【請求項５】
セラミック粉の充填密度が４０％〜７０％であり、セラミック粉の平均粒径Ｄ５０が０．５μｍ〜８．０μｍである請求項２または請求項４に記載の分割スパッタリングターゲット。
【請求項６】
セラミック材が、セラミック繊維である請求項１に記載の分割スパッタリングターゲット。
【請求項７】
バッキングプレート上に、複数のターゲット部材を低融点ハンダにより接合して形成される分割スパッタリングターゲットの製造方法において、
接合されたターゲット部材の間に形成された間隙に、該ターゲット部材と同組成のセラミック粉を含む流動体を充填して乾燥した後、
充填部分にレーザーまたは赤外線を照射してセラミック粉を焼結することを特徴とする分割スパッタリングターゲットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のターゲット部材を接合して得られる分割スパッタリングターゲットに関し、特にターゲット部材が酸化物半導体により構成されている際に好適な分割スパッタリングターゲットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スパッタリング法は、情報機器、ＡＶ機器、家電製品等の各電子部品を製造する際に多用されており、例えば、液晶表示装置などの表示デバイスには、薄膜トランジスタ（略称：ＴＦＴ）などの半導体素子がスパッタリング法により形成されている。透明電極層などを構成する薄膜を、大面積で、高精度に形成する製法として、スパッタリング法が極めて有効なためである。【０００３】
ところで、最近の半導体素子においては、アモルファスシリコンに代わって、ＩＧＺＯ（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）に代表される酸化物半導体が着目されている。そして、この酸化物半導体についても、スパッタリング法を利用して酸化物半導体薄膜を成膜することが計画されている。しかし、スパッタリングに用いる酸化物半導体のスパッタリングターゲットでは、その素材がセラミックであることから、大面積のターゲットを一枚のターゲット部材で構成することが難しい。そのため、ある程度の大きさを有する酸化物半導体ターゲット部材を複数準備し、所望の面積を有するバッキングプレート上に接合することで、大面積の酸化物半導体スパッタリングターゲットが製造されている（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
このスパッタリングターゲットのバッキングプレートには、通常、Ｃｕ製のバッキングプレートが用いられ、このバッキングプレートとターゲット部材との接合には、熱伝導が良好な低融点ハンダ、例えばＩｎ系の金属が使用されている。例えば、大面積で、板状の半導体酸化物スパッタリングターゲットを製造する際、大面積のＣｕ製バッキングプレートを準備し、そのバッキングプレート表面を複数の区画に分け、その区画に合う面積を有する酸化物半導体ターゲット部材を複数準備する。そして、バッキングプレート上に複数のターゲット部材を配置し、Ｉｎ系やＳｎ系金属の低融点ハンダにより、すべてのターゲット部材をバッキングプレートに接合することが行われる。この接合の際、Ｃｕと酸化物半導体との熱膨張の差を考慮して、隣接するターゲット部材同士の間には、室温時に０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの間隙ができるように調整して配置されている。【０００５】
このような複数の酸化物半導体ターゲット部材を接合して得られた分割スパッタリングターゲットを使用してスパッタリングにより薄膜を成膜して半導体素子を形成する場合、スパッタリング処理中にターゲット部材間の間隙からバッキングプレートの構成材料であるＣｕもスパッタリングされて、形成する酸化物半導体の薄膜中に混入するという問題が懸念されている。薄膜中のＣｕは、数ｐｐｍレベルの混入量であるが、その影響は酸化物半導体には極めて大きく、例えば、ＴＦＴ素子特性の中の電界効果移動度が、ターゲット部材間の間隙に相当する位置で形成された半導体素子（Ｃｕが混入した薄膜）では、それ以外の部分の半導体素子に比べて低くなる傾向があり、ＯＮ／ＯＦＦ比も低下する傾向になる。このような不具合は、昨今の大面積化傾向への大きな障害要因として指摘されており、早急な技術改善を要求されているのが現状である。さらに、このような分割スパッタリングターゲットの問題は、ターゲット部材が酸化物半導体以外の材質の場合であっても同様な不具合を生じる可能性があり、スパッタリングターゲットの大面積化を促進するためにも、解消すべき課題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２３２５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、大面積のスパッタリングターゲットであって、複数のターゲット部材を接合して得られた分割スパッタリングターゲットがスパッタリングされることにより、バッキングプレートの構成材料が、成膜する薄膜中に混入することを効果的に防止することができる、分割スパッタリングターゲットを提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、バッキングプレート上に、複数のターゲット部材を低融点ハンダにより接合して形成される分割スパッタリングターゲットにおいて、接合されたターゲット部材間に形成された間隙に、セラミック材または有機材料が充填されているものとした。本発明において、この間隙に充填されるセラミック材または有機材料は、間隙底部に固定されるものである。【０００９】
本発明において、分割スパッタリングターゲットは、板状、円筒状のものが対象となる。板状のスパッタリングターゲットは、板状バッキングプレート上に、方形面を有する板状のターゲット部材を複数平面配置して、接合したものが対象となる。また、円筒状のスパッタリングターゲットは、円筒状バッキングプレートに、円筒状ターゲット部材（中空円柱）を複数貫通させて、円筒状バッキングプレートの円柱軸方向に多段状に配置して接合したもの、或いは、中空円柱を円柱軸方向に縦割りした湾曲状ターゲット部材を、円筒状バッキングプレートの外側面へ、円周方向に複数並べて、接合したものが対象となる。この板状または円筒状分割スパッタリングターゲットは、大面積のスパッタリング装置に多用されている。尚、本発明は、板状、円筒状の形状を対象としているが、他の形状の分割スパッタリングターゲットへの適用を妨げるものではなく、ターゲット部材についてもその形状に制限はない。そして、ターゲット部材の組成についても、ＩＧＺＯやＺＴＯなどの酸化物半導体や透明電極（ＩＴＯ）などに適用でき、ターゲット部材の組成にも制限はない。【００１０】
本発明におけるセラミック材は、ターゲット部材と同組成のセラミック粉であることが好ましい。ターゲット部材と同組成のセラミック粉が間隙に充填されていると、バッキングプレートの構成材料がスパッタされることを効果的に防止でき、間隙でのスパッタ現象が生じても、成膜される薄膜への影響が少ないからである。【００１１】
本発明における有機材料は、高抵抗物質であることが好ましい。接合されたターゲット部材間に形成された間隙に、高抵抗物質である有機材料が充填されていると、スパッタリング時における間隙内部でのスパッタリング現象を抑制でき、成膜する薄膜への悪影響を防止することができるからである。例えば、ターゲット部材よりもその体積抵抗が大きな物質を、即ち高抵抗物質の有機材料を用いることが好ましい。このような高抵抗物質の有機材料は、高抵抗物質の体積抵抗率（Ω・ｃｍ）がターゲット部材の体積抵抗率の１０倍以上の値を有するものであることが好ましい。【００１２】
本発明において、接合されたターゲット部材間の間隙に有機材料を充填する方法としては、液体状或いはゲル状の有機材料を間隙中に注入して、その後、溶剤を気化させることなどにより間隙中で固化することで、間隙に有機材料を充填できる。尚、上記した有機材料の体積抵抗は、固化した状態の有機材料の体積抵抗である。【００１３】
また、本発明における有機材料としては、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの合成樹脂材料や、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリスチレンなどの汎用プラスチック材料、ポリ酢酸ビニル、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂などの準汎用プラスチック材料などが挙げられる。さらに、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレートなどのエンジニアリングプラスチックやポリアリレート、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂などのスーパーエンジニアリングプラスチックも使用できる。特に、ポリイミド樹脂などは、耐熱性、絶縁性も高いため、本発明に適したものである。有機材料の充填厚みは、０．０００１ｍｍ〜１．０ｍｍが好ましい。【００１４】
本発明におけるセラミック材として、ターゲット部材と同組成のセラミック粉を採用する場合、そのセラミック粉の充填厚さは、ターゲット部材間に形成された間隙深さの１０％〜７０％であることが好ましい。間隙深さの１０％未満であると、バッキングプレートの構成材料のスパッタリングを抑制する効果が低下する傾向になり、７０％を超えると、充填したセラミック粉が脱落してスパッタリングの際にパーティクルの発生原因となる。この間隙深さは、ターゲット部材の端部の厚み、もしくは製造したスパッタリングターゲット全体における周辺部の端部厚みにより決定されるものであり、スパッタリングに使用する前の分割スパッタリングターゲットを製造した初期の間隙深さをいう。【００１５】
本発明におけるセラミック材として、ターゲット部材と同組成のセラミック粉を採用する場合、セラミック粉の充填密度が４０％〜７０％であり、セラミック粉の平均粒径Ｄ５０が０．５μｍ〜８．０μｍであることが好ましい。間隙に充填されるセラミック粉は、例えば、スラリー化して充填されることになるが、セラミック粉の平均粒径Ｄ５０が０．５μｍより小さくなると、スラリーを充填して乾燥させた際に、固化したセラミック粉にひび割れが生じ易くなり、間隙から脱落しやすくなる。一方、平均粒径Ｄ５０が８．０μｍより大きくなると、間隙にスラリーとして充填後、乾燥させると、セラミック粉の充填密度が４０％を下回りやすくなる傾向となり、間隙から脱落しやすくなる。従って、セラミック粉の平均粒径Ｄ５０が０．５μｍ〜８．０μｍであると、間隙に充填したセラミック粉の脱落を抑制することができる。なお、このセラミック粉の充填密度は、分割スパッタリングターゲットを製造する際と同じ条件で、セラミック粉をスラリー化したものを、所定形状の容器、例えば、円筒形容器に流し込み、スラリーを完全に乾燥させて、その投入容量と重量とを測定して、特定することができる。そして、このセラミック粉の充填密度は、ターゲット部材の密度を１００％とするものである。【００１６】
本発明におけるセラミック材は、セラミック繊維であってもよい。近年、セラミック繊維としてアルミナやシリカ系のヤーンが供給されており、その繊維径も非常に細いものまで存在している。そのため、このようなセラミック繊維を間隙に充填することで、上記したセラミック粉と同様な効果を実現することができる。このセラミック繊維を間隙に充填する場合、間隙の幅に合った繊維径を有するセラミック繊維（単線或いは複数の細線を撚った撚線）を間隙に押し込むことで、バッキングプレートの表面を覆うようにすることができる。また、バッキングプレートとターゲット部材とを接合する際に用いるＩｎなどの低融点ハンダを間隙に少量残存させておいて、この低融点ハンダを利用してセラミック繊維を間隙底部に固定することもできる。さらに、本発明におけるセラミック材は、樹脂にセラミックス（フィラー）を分散させたものでも適用できる。【００１７】
本発明におけるターゲット部材が酸化物半導体である場合、その酸化物半導体は、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｇａのいずれか一種以上を含む酸化物からなることが好ましい。具体的には、ＩＧＺＯ（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）、ＧＺＯ（Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）、ＩＺＯ（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ）、ＺｎＯが挙げられる。【００１８】
また、本発明におけるターゲット部材が酸化物半導体である場合、その酸化物半導体は、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｂａ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｇｅ、Ｙ、Ｌａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａのいずれか一種以上を含む酸化物からなることが好ましい。具体的には、Ｓｎ−Ｂａ−Ｏ、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ、Ｓｎ−Ｔｉ−Ｏ、Ｓｎ−Ｃａ−Ｏ、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ、Ｚｎ−Ｇｅ−Ｏ、Ｚｎ−Ｃａ−Ｏ、Ｚｎ−Ｓｎ−Ｇｅ−Ｏ、または、これらの酸化物のＧｅをＭｇ、Ｙ、Ｌａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａに変更した酸化物が挙げられる。【００１９】
そして、本発明におけるターゲット部材が酸化物半導体である場合、その酸化物半導体は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのいずれか一種以上を含む酸化物からなることが好ましい。具体的にはＣｕ２Ｏ、ＣｕＡｌＯ２、ＣｕＧａＯ２、ＣｕＩｎＯ２が挙げられる。【００２０】
本発明における分割スパッタリングターゲットは、接合されたターゲット部材の間に形成された間隙に、ターゲット部材と同組成のセラミック粉を含む流動体を充填して乾燥した後、充填部分にレーザーまたは赤外線を照射してセラミック粉を焼結することによって実現することができる。【００２１】
本発明におけるセラミック粉を含む流動体は、ターゲット部材と同組成のセラミック粉を、適当な溶媒を用いて所定量混合して作製することができる。例えば、ターゲット部材がＩＧＺＯの酸化物半導体から構成されている場合、Ｉｎ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯの各粉体原料を５Ｌのポリポットに所定量投入し、水と分散剤（カルボン酸アンモニウム）を加え、φ１０ｍｍＺｒボールのメディアを所定量ポリポットに投入して、周速５０ｒｐｍ、１０時間のボールミル撹拌混合を行うことで流動体を作製することができる。水と分散剤は、投入する粉体総量に対して、水：分散剤が１６質量％：０．２５質量％、或いは１７質量％：０．５質量％にすることが望ましい。また、粉体原料は、ＢＥＴ値で３ｍ２／ｇ〜２０ｍ２／ｇ程度の粉体に調整することが好ましい。なお、粉体原料はそのまま使用することもできるが、７００℃〜１３００℃の仮焼処理を行ったものを用いることもできる。仮焼処理を行った粉体原料を用いる場合には、水と分散剤とは、水が１０質量％〜１５質量％で、分散剤が０．２５質量％〜０．５質量％で混合することが好ましい。【００２２】
本発明において、セラミック粉を含む流動体を充填して乾燥した後、充填部分にレーザーを照射する場合、例えば、波長３０８ｎｍ、周波数１００Ｈｚ、パルス幅３０ｎｓ、エネルギー密度１００ｍＪ／ｃｍ２〜１０００ｍＪ／ｃｍ２でレーザー照射すると、間隙に充填されたセラミック粉の最表面側が焼結された状態になる。また、赤外線を間隙部分に収束させて、充填させたセラミック粉を加熱処理することも可能である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、複数のターゲット部材を接合して得られた分割スパッタリングターゲットにおいて、スパッタリングされることにより、バッキングプレートの構成材料が、成膜する薄膜中に混入することを効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】分割スパッタリングターゲット概略斜視図。
【図２】本実施形態の断面概略図。
【図３】本実施形態の断面概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明における実施形態について説明する。
【００２６】
本実施形態では、図１に示すような板状の分割スパッタリンターゲットを製造した場合を例に説明する。図１に示すように、本実施形態における分割スパッタリングターゲットは、無酸素銅製のバッキングプレート１０（厚み１０ｍｍ、縦６３０ｍｍ、横７１０ｍｍ）と、６枚のＩＧＺＯ製ターゲット部材２０（厚み６ｍｍ、縦２１０ｍｍ、横３５５ｍｍ）とを接合して製造した。接合用の低融点ハンダはＩｎを用いた。尚、ターゲット部材間の間隙３０は０．５ｍｍとした。
【００２７】
ＩＧＺＯ製ターゲット部材は、Ｉｎ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯの各原料粉末を１ｍｏｌ：１ｍｏｌ：２ｍｏｌの比率で秤量し、２０時間のボールミルによる混合処理をした。そして、バインダーとして４質量％に希釈したポリビニルアルコール水溶液を、粉総量に対して８質量％添加して混合した後、５００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で成型した。その後、大気中１４５０℃、８時間の焼成処理をして板状の焼結体を得た。そして、この焼結体を平面研削機により両面を研磨して、厚み６ｍｍ、縦２１０ｍｍ、横３５５ｍｍのＩＧＺＯ製ターゲット部材を製造した。
【００２８】
このようして作製した６枚のターゲット部材はＩｎの低融点ハンダを用いて、図１に示すように配置して接合した。この接合は、バッキングプレートとターゲット部材とをともに２００℃まで加熱して、バッキングプレート表面に、溶融した低融点ハンダ（Ｉｎ）を塗布し、ターゲット部材をその低融点ハンダ上に配置し、室温まで冷却することにより行った。この接合においては、ターゲット部材間に形成される間隙に相当する位置に耐熱性材料のスペーサーを介在させ、間隙部分への低融点ハンダの侵入を防止するようにして行った。
【００２９】
次に、ＩＧＺＯのセラミック粉の流動体を準備した。Ｉｎ２Ｏ３（１３８．８ｇ）、Ｇａ２Ｏ３（９３．７ｇ）、ＺｎＯ（８１．４ｇ）の各粉体原料を５Ｌのポリポットに投入し、水と分散剤（カルボン酸アンモニウム）を加え、φ１０ｍｍＺｒボールのメディアを所定量ポリポットに投入して、１０時間のボールミル撹拌混合を行うことで流動体を作製した。水と分散剤は、投入する粉体総量に対して、水：分散剤が１６％：０．２５％とした。そして、図２に示すように、準備したセラミック粉の流動体１００を、ターゲット部材間の間隙３０に、シリンジを用いて注入した。このときの注入量は、ターゲット部材厚みの５０％となるように行った。その後、大気中、７０℃〜１２０℃で乾燥処理を行い、注入した流動体を乾燥した。
【００３０】
その後、図３に示すよう、ターゲット部材間の間隙３０にある乾燥した流動体１００に、レーザー照射を行った。レーザーの照射条件は、波長３０８ｎｍ、周波数１００Ｈｚ、パルス幅３０ｎｓ、エネルギー密度５００ｍＪ／ｃｍ２とし、間隙に充填されたセラミック粉の最表面側が焼結された状態にした。このレーザー処理後において、分割スパッタリングターゲットから充填したセラミック粉の脱落は確認されなかった。
【００３１】
また、このセラミック粉の充填密度は、上記したセラミック粉の流動体を、φ２０ｍｍの円筒形容器に流し込み、流動体を完全に乾燥させて、その投入容量と重量とを測定して算出したところ、６０％であった。また、セラミック粉の平均粒径は０．６μｍであった。
【００３２】
このように、ターゲット部材間の間隙にセラミック粉が充填された分割スパッタリングターゲットについて、スパッタ評価試験を行った。このスパッタ評価試験は、スパッタリング装置（ＳＭＤ−４５０Ｂ、アルバック社製）を用い、無アルカリガラス基板（３７０ｍｍ×４７０ｍｍ×０．７ｍｍ厚：日本電気硝子社製）に厚み１４μｍのＩＧＺＯ薄膜を成膜した。スパッタリング条件は、Ａｒ１００ｃｃ、Ｏ２１０ｃｃ、スパッタ圧力０．７Ｐａ、電力４．３ｋＷとした。
【００３３】
そして、この成膜した基板について、分割スパッタリングターゲットの間隙部分に相当する直上部の基板及び、間隙部分以外の基板を切り出した。切り出した基板について、原子吸光分析によりＩＧＺＯ薄膜中のＣｕの混入量を測定してスパッタ評価を行った。尚、比較として、間隙部分にセラミック粉を充填していない分割スパッタリングターゲットについても同様にスパッタ評価試験を行った。
【００３４】
その結果、セラミック粉を充填したものでは、ＩＧＺＯ薄膜へのＣｕの混入量は２ｐｐｍ未満（原子吸光分析の検出限界以下）であった。これに対して、セラミック粉を充填していないものでは、ＩＧＺＯ薄膜へのＣｕの混入量は１９ｐｐｍであった。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、大面積の分割スパッタリングターゲットを用いて薄膜を形成する際に、スパッタリングにおける不純物の混入を効果的に防止することが可能となる。
【符号の説明】
【００３６】
１０      バッキングプレート
２０      ターゲット部材
３０      間隙
５０      低融点ハンダ
１００    セラミック粉（流動体）
【図１】
2012063523.tif 000003
【図２】
2012063523.tif 000004
【図３】
2012063523.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成24年1月24日(2012.1.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッキングプレート上に、複数のターゲット部材を低融点ハンダにより接合して形成される分割スパッタリングターゲットにおいて、
接合されたターゲット部材間に形成された間隙に、ターゲット部材を構成する金属元素を含むセラミック粉からなるセラミック材が充填されており、
セラミック粉の充填厚さは、ターゲット部材間に形成された間隙深さの１０％〜７０％であることを特徴とする分割スパッタリングターゲット。
【請求項２】
セラミック粉の充填密度が４０％〜７０％であり、セラミック粉の平均粒径Ｄ５０が０．５μｍ〜８．０μｍである請求項１に記載の分割スパッタリングターゲット。
【請求項３】
バッキングプレート上に、複数のターゲット部材を低融点ハンダにより接合して形成される、請求項１または請求項２に記載の分割スパッタリングターゲットの製造方法において、
接合されたターゲット部材の間に形成された間隙に、該ターゲット部材と同組成のセラミック粉を含む流動体を充填して乾燥した後、
充填部分にレーザーまたは赤外線を照射してセラミック粉を焼結することを特徴とする分割スパッタリングターゲットの製造方法。
【国際調査報告】
2012063523.tif 000006
2012063523.tif 000007
2012063523.tif 000008
2012063523.tif 000009