(57)【要約】本発明は、スパッタターゲットを製造する方法に関する。この方法は、ある熱膨張係数を有するターゲットホルダーを提供する工程と、ある熱膨張係数を有するターゲット材料を提供する工程と、ターゲット材料をターゲットホルダーに結合させる工程とを含む。このターゲット材料は、少なくとも第一の化合物と第二の化合物を含む。この第一の化合物は第一の熱膨張係数を有し、それに対して第二の化合物は第二の熱膨張係数を有する。第二の熱膨張係数は第一の熱膨張係数よりも高く、第二の熱膨張係数はターゲットホルダーの熱膨張係数よりも高い。本発明はさらに、これにより得られるスパッタターゲットに関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタターゲットを製造する方法であって、
ある熱膨張係数を有するターゲットホルダーを提供する工程と、
ある熱膨張係数を有するターゲット材料であって、このターゲット材料は少なくとも一つの第一の化合物と第二の化合物を含み、前記第一の化合物は第一の熱膨張係数を有し、前記第二の化合物は第二の熱膨張係数を有し、前記第二の熱膨張係数は前記第一の熱膨張係数よりも高く、前記第二の熱膨張係数は前記ターゲットホルダーの前記熱膨張係数よりも高いターゲット材料を提供する工程と
前記ターゲット材料を前記ターゲットホルダーに結合させる工程と
を含む方法。
【請求項２】
前記ターゲット材料を前記ターゲットホルダーに結合させる工程を、前記ターゲットホルダー上に前記ターゲット材料を直接、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）によって達成する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ターゲット材料の熱膨張係数と前記ターゲットホルダーの熱膨張係数との違いが１０％未満である請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第一の化合物がセラミック材料を含む先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記セラミック材料がセラミック粉末を含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記セラミック粉末が、亜鉛酸化物、インジウム酸化物、銅酸化物、ガリウム酸化物、スズ酸化物、チタン酸化物、アルミニウム酸化物、インジウムスズ酸化物、スズと合金化したインジウム酸化物およびこれらの酸化物の一つ又は二つ以上の混合物からなる群より選択される金属酸化物を含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第二の化合物がセラミック材料または金属性材料を含む先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記セラミック材料がセラミック粉末を含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記金属性材料が金属粉末粒子などの金属粒子を含む請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記金属性材料が、亜鉛、インジウム、銅、ガリウム、スズ、チタンもしくはアルミニウムからなる群より選択される金属、またはこれらの金属の一つ又は二つ以上の混合物を含む請求項７または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第二の化合物が、前記第一の化合物の前記セラミック材料の金属の金属性材料を含む請求項４に記載の方法。
【請求項１２】
前記第一の化合物の粒子と前記第二の化合物の粒子とを混合することによって前記ターゲット材料を提供する先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記混合がメカニカルアロイングを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記スパッタターゲットが平面状のターゲットを含む先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記スパッタターゲットが回転可能なターゲットを含む先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
ターゲットホルダーに結合したターゲット材料を含むスパッタターゲットであって、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法によって得られるスパッタターゲット。
【請求項１７】
前記ターゲット材料と前記ターゲットホルダーとの熱膨張係数の違いが１０％未満である請求項１６に記載のスパッタターゲット。
【請求項１８】
前記スパッタターゲットが平面状のターゲットを含む請求項１６または１７に記載のスパッタターゲット。
【請求項１９】
前記スパッタターゲットが回転可能なターゲットを含む請求項１６または１７に記載のスパッタターゲット。
【請求項２０】
請求項１６〜１９のいずれか一項に記載のスパッタターゲットのスパッタプロセスにおける使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタターゲットを製造する方法およびこれにより得られるスパッタターゲットに関する。このターゲット材料の熱膨張係数は、ターゲットホルダーの熱膨張係数と同程度である。
【背景技術】
【０００２】
当分野においては、セラミック性スパッタターゲットなどのスパッタターゲットが一般的に知られている。これらには、ターゲットホルダーに結合したターゲット材料が含まれる。平坦なセラミック性スパッタターゲットを製造するための好ましい方法は、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）によるものである。基本的には、ターゲットの製造プロセスは三つの工程を含む。
ａ）セラミック粉末を熱間等方圧加圧する工程（特定の粉末には、冷間等方圧加圧（ＣＩＰ）が好ましい）。
ｂ）ターゲット材料を、結合可能な状態の形態に機械的に加工する工程。
ｃ）ターゲットホルダー（バッキングプレート）上にターゲット材料を結合する工程。
【０００３】
セラミック粉末を熱間等方圧加圧するために、セラミック粉末で金属製容器を満たす。この金属製容器を粉末と共に減圧脱気して、残留する任意のガスを取り除く。その後、この金属製容器を溶接して密閉し、ＨＩＰオーブン内に入れる。圧力（通常は５００〜２０００ｂａｒの間）および熱（通常は２５０〜１５００℃の間の温度）を加える。このような方法で、密度を高めたセラミック材料を得る。金属製容器の材料を取り除いた後、密度を高めたこのセラミック材料をさらに機械的に加工してもよい。その後、例えばインジウムハンダなどの結合材を用いて、このセラミック材料（例えばセラミック材料のプレート状構造）をターゲットホルダー（例えば銅プレートなどのプレート）に結合させる。
【０００４】
このプロセスは、平坦なセラミック性スパッタターゲットを製造することに適している。他方、（管状ターゲットホルダーを含む）回転可能なターゲットにとっては、このプロセスは極めて複雑なものとなる。
【０００５】
平坦なスパッタターゲットおよび回転可能なもののいずれでも、ターゲットホルダー上にターゲット材料を直接ＨＩＰして、この方法でワンプロセス工程（ＨＩＰを行うことおよび結合が一つの操作で行われる）にてターゲットを作製することが極めて望ましい。しかしながら、密度を高めたこのセラミック性ターゲット材料とターゲットホルダーとの熱膨張係数の違いのせいで、このようにしてなされる受け入れられない強いストレスが、ターゲット材料とターゲットホルダーとの間の境界面に生じる。このことは結果的に、ターゲット材料とターゲットホルダーとの間の（デボンディングとして知られる）不適切な付着となり得、このターゲット材料はクラックだらけ（クラッキング）となるだろう。
【０００６】
デボンディングおよびクラッキングは、ターゲットホルダーとターゲット材料との間の熱膨張係数における大きな違いを有するターゲットにおいて極めて著しい。
【０００７】
例えば、ターゲット材料がセラミック材料で構成され、それに対してターゲットホルダーが金属で作製される場合、熱膨張係数の大きな違いが生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の一つの目的は、ターゲット材料とターゲットホルダーとの境界面におけるストレスが小さいスパッタターゲットを製造することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、熱間等方圧加圧にてターゲットホルダー上でターゲット材料を直接結合させることによって、スパッタターゲットを製造する方法を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、ターゲット材料の熱膨張係数とターゲットホルダーの熱膨張係数との間に適切な一致が達成されたスパッタターゲットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第一の側面によれば、スパッタターゲットを製造する方法が提供される。
【００１２】
この方法は、ある熱膨張係数を有するターゲットホルダーを提供する工程と、ある熱膨張係数を有するターゲット材料を提供する工程と、当該ターゲット材料を当該ターゲットホルダーに結合させる工程とを含む。このターゲット材料は、少なくとも第一の化合物と第二の化合物を含む。この第一の化合物は第一の熱膨張係数を有し、それに対して第二の化合物は第二の熱膨張係数を有する。第二の熱膨張係数は第一の熱膨張係数よりも高く、第二の熱膨張係数はターゲットホルダーの熱膨張係数よりも高い。
【００１３】
第二の化合物の濃度を高めることによって、ターゲット材料の熱膨張係数が高くなるだろう。
【００１４】
本発明によれば、ターゲット材料の熱膨張係数とターゲットホルダーの熱膨張係数との間に適切な一致が達成されるように、第一の化合物と第二の化合物との濃度比を選択する。
【００１５】
ターゲット材料の熱膨張係数とターゲットホルダーの熱膨張係数との間の違いは２０％未満であることが好ましい。ターゲット材料の熱膨張係数とターゲットホルダーの熱膨張係数との間の違いは１０％未満であることがより好ましく、例えば５％未満である。
【００１６】
第一の化合物は、セラミック粉末などのセラミック材料を含むことが好ましい。適切なセラミック粉末は、（例えばＺｎＯのような）亜鉛酸化物などの金属酸化物、（例えばＩｎ2Ｏ3のような）インジウム酸化物、（例えばＣｕ2ＯおよびＣｕＯのような）銅酸化物、（例えばＧａ2Ｏ3のような）ガリウム酸化物、（例えばＳｎＯまたはＳｎＯ2のような）スズ酸化物、（例えばＴｉＯまたはＴｉＯ2のような）チタン酸化物、（例えばＡｌ2Ｏ3のような）Ａｌ酸化物、インジウムスズ酸化物、スズと合金化したインジウム酸化物、ならびにこれらの酸化物の一つ又は二つ以上の混合物を含む。
【００１７】
第二の化合物は、セラミック粉末または金属粉末などのセラミック材料または金属性材料を含む。
【００１８】
第二の化合物は、金属性材料、例えば金属粉末粒子などの金属粒子を含むことが好ましい。
【００１９】
この金属性材料は、亜鉛、インジウム、銅、ガリウム、スズ、チタンもしくはアルミニウムまたはこれらの金属の一つ又は二つ以上の混合物を含むことが好ましい。
【００２０】
ほとんどの金属は高い熱膨張係数を有するので、ターゲット材料における金属性材料の量が増加することによって、ターゲット材料の熱膨張係数が高くなるだろう。ターゲット材料における金属性材料の濃度を最適化することによって、ターゲット材料の熱膨張係数およびターゲットホルダーの熱膨張係数の間に一致が達成されるだろう。
【００２１】
さらに、ターゲット材料において金属性材料が存在することで、さらなる利点がある。
【００２２】
ほとんどの場合において、ターゲット材料において金属性材料が存在することは、ターゲット材料のターゲットホルダーへの結合性を改善することになる。
【００２３】
さらに、ターゲット材料において金属性材料が存在することによって、（１０００℃未満の）比較的低いＨＩＰ温度において、適切に密度が高められた固体のターゲット構造を実現することが可能となる。ＨＩＰ温度を低下させることは、デボンディングおよびクラッキングが発生するリスクをさらに減少させる。
【００２４】
好ましい態様においては、第一の化合物はセラミック材料を含み、第二の化合物はセラミック材料の金属の金属性材料を含む。
【００２５】
一例として、第一の化合物としてセラミック粉末を含むターゲット材料と、第二の化合物としてセラミック粉末の金属の金属粉末を考慮することができる。
【００２６】
いくつかの典型的な例を以下に示す。
【００２７】
【表１】
2006514160.tif 000002
【００２８】
第一の化合物の粉末粒子などの粒子と、第二の化合物の粉末粒子などの粒子とを混合することによって、このターゲット材料を提供してもよい。
【００２９】
当分野において公知の任意の技術によって、粒子の混合を行ってもよい。粒子を混合する好ましい方法は、メカニカルアロイングによるものである。
【００３０】
「メカニカルアロイング」という用語は、種々の材料粉末の混合物を、破砕媒体または粉砕媒体としての硬いボールまたはロッドと共に、密封可能な容器に詰めて密封する工程、および内容物が極めて細かく混合されるかまたは合金化された状態に達するまで、転倒または機械的な撹拌によって、この詰められたものを粉砕する工程を含むプロセスという意味である。
【００３１】
当分野において公知の任意の技術によって、ターゲット材料のターゲットホルダーへの結合を達成してもよい。例えば、インジウムハンダなどのハンダを用いることによって、結合を達成してもよい。インジウムハンダなどのハンダを用いることによって、例えばＨＩＰが行われたターゲット材料をターゲットホルダーに結合してもよい。
【００３２】
本発明に係る方法は、ターゲットホルダー上にターゲット材料がワンプロセス工程で直接ＨＩＰされるようにして、ターゲットを製造することに特に適する。上記のように、ＨＩＰプロセスの間にスパッタターゲット（ターゲット材料およびターゲットホルダー）を高温（通常は２５０〜１５００℃の間の温度）および高圧（通常は５００〜２０００ｂａｒの間）にさらす。このことによる結果として、ターゲット材料のデボンディングおよびクラッキングが生じるかもしれない。本発明の方法では、ターゲット材料の熱膨張係数およびターゲットホルダーの熱膨張係数が一致するかまたはほんのわずかしか異ならないため、これらの欠点が避けられる。
【００３３】
本発明に係る方法を用いて、平面状のターゲットまたは回転可能なターゲットを作製してもよい。この方法は、回転可能なターゲットを製造することに特に適している。
【００３４】
本発明に係る方法は、セラミック性スパッタターゲットを製造することについての有用性が極めて高い。
【００３５】
セラミック性スパッタターゲットは、いくつかの極めて魅力的な特性を示す。スパッタリングの間に酸素を添加することを制限し、制御が容易であり、ターゲット材料のスパッタリングの挙動が安定している。
【００３６】
他方では、適切な層組成を達成するために酸素のフローを極めて慎重にコントロールしなければならないので、金属性ターゲットによるセラミック層のスパッタリングは、はるかに困難である。この酸素のフローのコントロールが適切に行われない場合、ターゲットは、スパッタリング速度の減少およびコーティング特性の劣化に陥る「ポイゾニングモード」の状態になる。
【００３７】
特定の量の金属をセラミック性スパッタターゲットに添加しても、純粋なセラミック性スパッタターゲットのスパッタ条件と比べて安定的なスパッタ条件を変化させることはない。さらに、少量の金属性材料が存在することで、ターゲット材料の熱伝導性および導電性が改善され、スパッタターゲットの出力密度も増加し得る。このことの結果、スパッタ速度がより速くなり得る。本発明に係るスパッタターゲットにとっては、ターゲット材料が金属性スパッタターゲットとして挙動することを避けるために、金属性材料の含有量は高過ぎないことが好ましい（含有量はセラミック材料に左右される）。
【００３８】
さらに、金属性材料がセラミック性ターゲット材料内に存在することで、スパッタプロセスの間に加熱することによるスパッタターゲットの操作中および使用中に、ターゲット材料内にクラックが生じるリスクが減少する。
【００３９】
長い管状のスパッタターゲット、特にカンチレバー状のものにとっては、たわみによるストレスが生じる。これらのストレスはクラックを導き得る。
【００４０】
本発明に係る方法によって、ターゲット材料の延性が高まるために、長い管状のスパッタターゲットの製造およびカンチレバー状のものの製造が可能となる。
【００４１】
本発明の第二の側面によれば、上記の方法によって得られ得るスパッタターゲットが提供される。
【００４２】
このスパッタターゲットは、ターゲットホルダーに結合したターゲット材料を含む。ターゲット材料の熱膨張係数とターゲットホルダーの熱膨張係数との違いは２０％未満であり、１０％未満が好ましく、例えば５％未満である。
【００４３】
このスパッタターゲットは、平面状のターゲットまたは回転可能なターゲットを含んでもよい。
【００４４】
さらなる側面によれば、本発明は、スパッタプロセスにおける本ターゲットの使用に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
本発明に係るスパッタターゲットの第一の例は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）スパッタターゲットを含む。このスパッタターゲットは、下記のようにして製造される。
【００４６】
最初に、バッキングチューブ（ターゲットホルダー）および外側の金属製容器から構成される金属製容器にＩＳＯＴ粉末（三酸化二インジウムスズ）を満たす。ボールミルでＩｎ2Ｏ3にＳｎ粒子を混ぜてのメカニカルアロイングによって、ＩＳＯＴ粉末を合成することができる。減圧脱気後、この金属製容器を密着して密閉し、ＨＩＰオーブン内に入れる。圧力（通常は５００〜２０００ｂａｒの間、例えば１０００ｂａｒ）を加え加熱（通常は２５０〜１５００℃の間の温度、例えば１０００℃）した後、このＩＳＯＴ粉末の密度を高める。密度を高めたＩＳＯＴ粉末の熱膨張係数は約６μｍ／ｍＫであり、ほとんどの金属性ターゲットホルダーの熱膨張係数よりもはるかに小さい。このような熱膨張係数の違いのせいで、ＨＩＰ操作の冷却サイクルの間にクラックが形成される。外側の金属製容器を取り除いた後、ターゲットホルダーと適切に付着しない、クラックだらけのターゲット材料が得られる。この方法で得られるスパッタターゲットは、スパッタ用のものとしては役に立たない。
【００４７】
ＩＳＯＴ粉末を、高い熱膨張係数（３３μｍ／ｍＫ）を示すインジウム粒子と適切に混合することによって、密度を高めたＩＳＯＴ／Ｉｎ粉末のＨＩＰ後の熱膨張係数をターゲットホルダーと一致させることができる。このような方法で、密度を高めたこのＩＳＯＴ材料とターゲットホルダーとの間の境界面で生じるストレスに制限をかけることができる。このことによって、結果的にクラックの無い、密度を高めた緻密なＩＳＯＴ構造となる。
【００４８】
表１においては、異なる組成のターゲット材料が示されている。ＩＳＯＴの含有量およびインジウム粒子の含有量を変化させて、種々のターゲットホルダーと一致させる。
【００４９】
スズと合金化した酸化インジウムスズ（ＩＳＯＴ）の含有量およびインジウムの含有量を体積パーセントで表示する。ターゲット材料の熱膨張係数を３列目に示す。
【００５０】
【表２】
2006514160.tif 000003
【００５１】
表１から、インジウムの量が増加することに伴って、熱膨張係数が上昇することが分かる。
【００５２】
１０％のインジウムをＩＳＯＴ粉末に添加することによって、ターゲット材料とチタンターゲットホルダーとの間に適切な一致が達成される。
【００５３】
３０％のインジウムを添加することによって、好ましいターゲットホルダーとしてはＮｉ８０Ｃｒ２０の合金が含まれ、それに対して４０％のインジウムを添加することによって、好ましいターゲットホルダーはとしてステンレス鋼ＳＳ  ＡＩＳＩ  ３０４が含まれる。
【００５４】
当業者にとっては、インジウムを混ぜた純粋なセラミックのＩＴＯ粉末に同一の原理を適用できることは明白である。
【００５５】
本発明に係るスパッタターゲットの第二の例としては、ＺｎＯの回転可能なターゲットが含まれる。ＺｎＯは極めて低い熱膨張係数（３μｍ／ｍＫ）を示す。第一の例から類推すれば、金属性ターゲットホルダー（バッキングチューブ）上にＺｎＯを直接ＨＩＰすることは不可能である。しかしながら、ＺｎＯを熱膨張係数が大きい金属と混合することによって、ターゲット材料を一般的なターゲットホルダーと、熱膨張係数に関して一致させることが可能となる。
【００５６】
適切な金属としては、Ｚｎが含まれる。Ｚｎは３０μｍ／ｍＫの熱膨張係数を示す。
【００５７】
ＺｎＯ：ＡｌまたはＺｎＯ：Ｇａのような不純物がドープされたＺｎＯの回転可能なターゲットの作製に、同一の原理を適用することができる。ＺｎＯ：ＡｌまたはＺｎＯ：Ｇａと適切な量のＺｎ金属粒子とを混合することによって、ターゲット材料の熱膨張係数とターゲットホルダーの熱膨張係数との間に適切な一致が達成される。
【００５８】
圧力（通常は５００〜２０００ｂａｒの間）を加え加熱（通常は２５０〜１５００℃の間の温度）することによって、この粉末の密度を高めて緻密な構造にする。ターゲットホルダーとの適切な一致がなされた場合、ターゲット材料にクラックが無い状態の、ターゲットホルダーへの適切な結合を達成することができる。
【００５９】
上記の例によって、どのようにして回転可能なターゲットを、光透過性導電性酸化物層のスパッタリングに用いることができる材料から作製することができるのかについての説明を示した。このターゲットは、まるでそのターゲット材料が純粋なセラミック材料で作られているかのように、ポイゾニングが伴うことが無い安定したスパッタリングの挙動を示す。
【国際調査報告】
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