JP2008169482A - スパッタリングターゲット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大面積の対象物の幅方向に沿って主方向（長手方向）が定義されるスパッタリングターゲット装置を開示する。
【解決手段】中央表面及び中央表面の両側に所定の段差だけ低く形成される少なくとも１つの段差表面を含むバッキングプレート１１０と、バッキングプレート１１０の中央表面に装着される基準ターゲット材１２０と、バッキングプレート１１０の段差表面に装着される補強ターゲット材１３０とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、薄膜を製造する際に用いられるスパッタリングターゲットに関し、より詳細には、バッキングプレート上に装着した後の使用、補修、管理を容易に行うことができるスパッタリングターゲットに関する。

透明薄膜としては、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）、ＩＴＺＯなどが用いられる。これらの薄膜は、高導電性及び高透過率という特徴を有している上に、微細加工も容易であるという点から、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）などのフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用の表示電極に用いられている。

ＩＴＯ薄膜の製造方法は、スプレー熱分解法やＣＶＤ法などの化学的な成膜法と、電子ビーム蒸着法やスパッタリング法などの物理的な成膜法とに区分される。この中でも、ＩＴＯターゲットを用いたスパッタリング法は、大面積化が容易であり、得られた膜の抵抗値及び透過率の変化が少ない上に成膜条件を調節しやすいため、大部分のＩＴＯ成膜工程において採用されている。近年、ディスプレイパネルの大型化に伴い、パネルの製造に用いられるガラス基板のサイズも大型化している。このため、薄膜を製造する際に用いられるターゲットも、基板の大きさに合わせて大型化が進んでいる。

大型化が進むディスプレイパネルに対応し、ターゲットにおいても、複数のターゲット材がバッキングプレート上に配置される多分割スパッタリングが適用されており、ターゲット背後に磁石を配置し、配置された磁石を移動させてターゲット全体にスパッタリングを行うマグネトロンスパッタリングもある。

しかし、このようなマグネトロンスパッタリング装置では、ターゲット材の侵食（erosion）が特定の部位で急速に起こる現象が現れる。このような侵食がターゲット材とバッキングプレートとの間のボンディング層まで逹するようになれば、他の部分にターゲット材が大量に残っていたとしても、スパッタリングのためのターゲットのすべてが使用不可能となってしまう場合が発生する。

これを解決するために、特許文献１には、多分割ターゲット材を用いながらも、浸食が多発する部分を厚く形成するという内容を提示している。しかし、ターゲットの表面が均一でないため、スパッタリングによる品質が低下するという問題点がある。

又、特許文献２には、多分割ターゲット材を用いながらも、ターゲット材を異なる材質で形成し、差別化する侵食を均一にしようとする技術が開示されている。しかし、この場合にも、ターゲット材の成分が互いに異なるため、均一な品質のスパッタリングを期待し難いという問題点がある。
特開２０００−２０４４６８号公報 特開１９９９−１１７０６３号公報

本発明は、上述した問題点を解決するために案出されたものであって、ディスプレイパネルのような大面積に均一な品質のスパッタリングを行うためのスパッタリングターゲット装置を提供することを目的とする。

又、本発明は、ターゲットの不均一な侵食に対応して、ターゲットの長期使用を可能にする上に、ターゲット材の交換が容易にできるスパッタリングターゲット装置を提供することを目的とする。

本発明の例示的な一実施形態によれば、スパッタリングターゲット装置は、バッキングプレートと、厚さに差がある基準ターゲット材及び補強ターゲット材とを含む。バッキングプレートは、中央表面（central surface）及び中央表面の周辺に形成される少なくとも１つの段差表面（step surface）を含んでいる。基準ターゲット材は中央表面に装着され、補強ターゲット材は基準ターゲット材の両側に位置する段差表面に装着される。

本発明で、段差表面は、中央表面よりも所定の段差だけ低く形成され、中央表面と段差表面との間の高さの差を償うように、基準ターゲット材よりも補強ターゲット材をより厚く形成する。バッキングプレートは、中央表面を中心として左右対称を成すように形成され、中央表面から１つ又は複数の段差表面が形成されるようになる。又、中央表面から遠くなるほど段差表面を低くすることが好ましいが、場合によっては、段差表面の高さが増減するようになる。

マグネトロンスパッタリングにおけるターゲット材の侵食は、様々な要因によって影響を受けるようになる。特に、バッキングプレートの背面で移動するマグネットの移動によって、侵食パターンは大きな影響を受けるようになる。しかし、大面積のディスプレイ装置などにスパッタリングを行う場合には、ディスプレイパネルの中央よりは端部に対応する領域において、相対的に大きな侵食が現われるようになる。

したがって、本発明は、このような侵食特性に対応して、中央表面の両側に厚い補強ターゲット材を装着し、補強ターゲット材をバッキングプレートの相対的に低い段差表面に装着することによって、補強ターゲット材の突出を防ぐ。補強ターゲット材の相対的な突出を防ぐことで、ターゲットから放出される薄膜粒子が隣接したターゲット材によって進行が妨害されることを防ぐことができる。

本発明の例示的な他の実施形態によれば、スパッタリングターゲット装置は、中央表面と、第１及び第２段差表面を含むバッキングプレートと、中央表面に装着される基準ターゲット材と、第１段差表面に装着される第１補強ターゲット材と、第２段差表面に装着される第２補強ターゲット材とを含む。

バッキングプレートにおいて、中央表面が相対的に最も高く、第１段差表面及び第２段差表面が順次に低く形成される。例えば、ＩＴＯ薄膜を形成する場合に、ターゲット材は、インジウム、柱石、酸素を含むＩＴＯターゲットを用い、少なくとも３種類以上のターゲット材を提供して、各中央表面及び第１及び第２段差表面に装着する。ターゲット材の間のそれぞれの段差は１ｍｍ以内とすることが好ましい。ターゲット材の間の段差に１ｍｍ以上の差が生じるときには、均一な薄膜の形成が困難となり、ノジュールによる薄膜の質を低下が伴う恐れがある。したがって、前記の方法によれば、基準ターゲット材、第１及び第２補強ターゲット材が露出する表面は、実質的に同一の平面を形成し、大面積のディスプレイ表面に均一な薄膜を形成することができる。

本発明のスパッタリングターゲット装置は、ディスプレイパネルのように大面積に均一な品質のスパッタリングを行うことができ、ターゲット全体の使用効率を増加させることができる。

又、ターゲット装置は、ターゲット装着後のターゲットの使用時間を増加させることができ、基準ターゲット材と補強ターゲット材とを選択的に交換することが可能であり、ターゲットの交換に必要な費用を節減することができる。

以下、添付の図面を参照して、本発明の例示的な実施形態に係るバッキングプレートユニットについて説明する。参考までに、本説明における同じ参照符合は、実質的に同じ要素を指称している。前記のような規則に基づき、他の図面に記載された内容を引用して説明することもできるし、当業者に自明であると判断されたり重複したりする内容は省略することもできる。

図１は、本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲット装置を示した斜視図であり、図２は、図１のスパッタリングターゲット装置の主方向（この実施形態では、スパッタリングターゲット装置の長手方向が「主方向」となる。）に沿った断面図である。スパッタリングターゲット装置の「主方向」は、大面積の対象物の幅方向に沿って定義される。例えば、大面積の対象物がスパッタリング装置中を、対象物の長手方向に移動する場合は、その対象物の進行方向に直交する方向が、「対象物の幅方向」となる。

図１及び図２を参照すれば、スパッタリングターゲット装置は、バッキングプレート１１０と、基準ターゲット材１２０と、補強ターゲット材１３０とを含む。本実施形態において、ターゲット装置は、Ｓｉ、Ｔａ、Ａｌ、ＺｎＯ及びＩＴＯなどで成された薄膜を形成するためのものであって、基準ターゲット材１２０及び補強ターゲット材１３０は、該当する材質で形成されている。

本発明のターゲット装置は、マグネトロンスパッタリングを行うためのものである。バッキングプレート１１０は、中央表面１１２及びその両側に形成された段差表面１１４を含み、段差表面１１４には、基準ターゲット材１２０よりも厚く形成された補強ターゲット材１３０が付着される。これは、大面積な表面をスパッタリングで処理する場合に、ターゲットの表面から侵食の不均一によって発生するプロファイルを考慮したものである。したがって、基準ターゲット材１２０よりも補強ターゲット材１３０を厚く形成するが、補強ターゲット材１３０が突出する高さが基準ターゲット材１２０の表面よりも高くなることを防ぐために、段差表面１１４の高さを中央表面１１２よりも低く維持する。

本実施形態では、ターゲット装置に基準ターゲット材１２０と補強ターゲット材１３０とが装着される際には、外部に露出するターゲット材の表面は、ほぼ同一な平面に位置するようになる。したがって、ターゲット材から放出される粒子の進行が妨害されず、パーティクルなどが発生しないなど、基板の品質を低下させる要素を排除することができる。

スパッタリングターゲット装置において、基準ターゲット材１２０及び補強ターゲット材１３０が成すパネルの大きさは、ディスプレイ基板よりも大きいものが好ましい。したがって、本実施形態において、基準ターゲット材１２０及び補強ターゲット材１３０として定義されるターゲット材の全体の長さを、基板のサイズよりもある程度大きくすることが必要である。例えば、ターゲット材の全体の長さを、基板の幅よりも約２００〜３００ｍｍだけ大きく形成する。

ＩＴＯからなる基準ターゲット材１２０及び補強ターゲット材１３０の形成は、成形及び焼結の過程で実行されるようになる。ＩＴＯ粉末を用いる場合には、基板のサイズの増加に伴い、成形性の悪化や利益率の極端な低下などが起こるようになり、ターゲットの製造コスト及び生産性が衰える結果を招き得る。しかし、本実施形態においては、複数のターゲット材を用いた多分割ターゲットを用いるため、このような問題点を克服することができるし、ターゲット材を傾いた形状で加工しなければならないなどの負担がなく、製造コスト及び生産性を向上させることができる。

ＩＴＯの焼結体であるターゲット材をバッキングプレート１１０に接合するボンディング工程は、ターゲット材とバッキングプレート１１０をはんだ（solder）材の融点以上まで加熱した後、はんだ材を用いて接合して冷却することによって行われるようになる。このような冷却過程において、焼結体とバッキングプレートの熱膨脹率の差から、曲がったり割れたりする問題が生じる恐れがあるが、これも多分割ターゲットを用いることによって解決できる。

すなわち、段差表面１１４は、中央表面１１２よりも所定の段差だけ低く形成されており、中央表面１１２と段差表面１１４との間の高低差を補うように、基準ターゲット材１２０よりも補強ターゲット材１３０を厚く形成することによって、装着する際に基準ターゲット材１２０及び補強ターゲット材１３０の表面が一致するようになる。

通常、バッキングプレート１１０は、中央表面１１２を中心として左右対称を成しており、装着される基準ターゲット材１２０及び補強ターゲット材１３０も左右対称を成している。しかし、ターゲット材の装着は、コーティング設備、設備の副資材などの様々な変数に応じて変化するようになるため、設備の特性及び使用の特性に適合してターゲット材を非対称的に設計することが必要な場合もある。

マグネトロンスパッタリングにおいて、ターゲット材の侵食は、バッキングプレート１１０の背面で移動するマグネット１０の移動によって影響を大きく受けるようになる。大面積なディスプレイ装置などにスパッタリングを行う場合には、ディスプレイパネルの中央よりは端部に対応する領域において、相対的に大きな侵食が起こる場合が多い。したがって、補強ターゲット材１３０は、中央よりは両端部に隣接するように位置する。

図３は、図２のターゲット装置を用いる場合の侵食プロファイルを示した断面図である。

図３を参照すれば、基準ターゲット材１２０及び補強ターゲット材１３０の断面から、ターゲット材のプロファイルの様相を知ることができる。上述したように、ターゲット材の侵食は、中央よりは両端部内の内側で活発に発生する。しかし、本実施形態によれば、補強ターゲット材１３０が相対的に厚く形成されるため、急速に侵食が起こっても底が簡単に現われ難いという長所がある。

しかし、図３に示したように、基準ターゲット材１２０及び補強ターゲット材１３０の侵食によって、中央表面１１２及び段差表面１１４が露出する前に、中央表面１１２と段差表面１１４の境界が露出する場合がある。

すなわち、基準ターゲット材１２０の使用効率を増加するために、補強ターゲット材１３０の急速な侵食が妨げとなって、２段構造のバッキングプレート１１０でも底が現われて不良が発生する場合が生じる。工程中、すべてのターゲット材が消耗する前に、バッキングプレートの底が現われないようにすることが好ましく、このために、複数の異なる補強ターゲットを用いる方案が提示される。

図４は、本発明の他の実施形態に係るスパッタリングターゲット装置を説明するための断面図である。

図４を参照すれば、スパッタリングターゲット装置は、３段構造を有するバッキングプレート２１０と、基準ターゲット材１２０と、補強ターゲット材１３０と、中間ターゲット材１３２とを含む。基準ターゲット材１２０、補強ターゲット材１３０及び中間ターゲット材１３２は、Ｓｉ、Ｔａ、Ａｌ、ＺｎＯ及びＩＴＯなどのように、薄膜のための材質で形成されている。

バッキングプレート２１０は、中央表面２１２と、その両側に形成された第１段差表面２１４と、第１段差表面２１４の両側に形成された第２段差表面２１６とを含む。第１段差表面２１４には、基準ターゲット材１２０よりも厚く形成された中間ターゲット材１３２が付着され、第２段差表面２１６には、補強ターゲット材１３０が付着される。すなわち、中間ターゲット材１３２は、基準ターゲット材１２０と補強ターゲット材１３０の間の厚さで形成される。このとき、基準ターゲット材１２０、中間ターゲット材１３２及び補強ターゲット材１３０は、同じ材質で形成されており、それぞれの幅（Ｗ０〜Ｗ４）は約５ｍｍ以上であることが好ましい。

図４において点線で示されたプロファイルラインを参照すれば、図３と同じような侵食が進行したとしても、バッキングプレート２１０の底が露出されないことを知ることができる。すなわち、本実施形態によれば、従来のような侵食が進行したとしても、ターゲット両端部の底が先に現われることを防ぐことができ、図３に示された場合よりも、ターゲットの使用効率を高めることができるという長所がある。

すなわち、基準ターゲット材１２０よりも補強ターゲット材１３０を厚く形成し、基準ターゲット材１２０と補強ターゲット材１３０との間に中間の厚さを有する中間ターゲット材１３２を適切に配置することによって、ターゲットの使用効率を更に改善できるようになる。

又、基準ターゲット材１２０、中間ターゲット材１３２及び補強ターゲット材１３０の最初の表面を同一にすることによって、均一な薄膜形成が可能となる。したがって、ターゲット材から放出される粒子の進行が妨害されず、パーティクルなどが発生しないなど、基板の品質を低下させる要素を排除できるようになる。

第１段差表面２１４は、中央表面２１２より所定の段差だけ低く形成され、第２段差表面２１６は、第１段差表面２１４より所定の段差だけ更に低く形成される。又、第１段差表面２１４及び第２段差表面２１６は、中央表面２１２を中心として左右対称を成しており、装着される基準ターゲット材１２０及び補強ターゲット材１３０も左右対称を成している。しかし、ターゲット材の侵食は、コーティング設備、設備の副資材などの様々な変数に応じて変化するようになるため、設備の特性及び使用の特性に適応してターゲット材を非対称的に設計することが必要な場合もある。

中間ターゲット材１３２及び第１段差表面２１４を更に含むことによって、基準ターゲット材１２０及び補強ターゲット材１３０の使用効率を増加させることができる上に、３段以上の構造で成されたバッキングプレート２１０によって、底の現われをより効率的に対備できるようになる。

図５は、本発明の更に他の実施形態に係るスパッタリングターゲット装置を説明するための断面図である。

図５を参照すれば、図２の構造における中間部分の侵食に対備して、基準ターゲット材１２０よりも厚く形成された中間ターゲット材１２２が中央表面の両側に配置される。これは、図２の構造を改善するために考慮されたものである。これにより、中央表面と段差表面との境界が急速に現われるという問題点を多少なりにも解決できるようになる。又、基準ターゲット材１２０の使用効率を増加しながら、補強ターゲット材１３０の完全消耗を防ぐこともできる。

図６は、図４のスパッタリングターゲット装置と類似した本発明の他の実施形態に係るスパッタリングターゲット装置を説明するための断面図である。

図６の（ａ）を参照すれば、スパッタリングターゲット装置は、３段構造を有するバッキングプレート２１０と、基準ターゲット材１２０ａと、補強ターゲット材１３０ａと、中間ターゲット材１３２ａとを含む。

基準ターゲット材１２０ａ、補強ターゲット材１３０ａ及び中間ターゲット材１３２ａは、Ｓｉ、Ｔａ、Ａｌ、ＺｎＯ及びＩＴＯなどのように薄膜のための材質で形成されており、上に露出した上面はほぼ同一な平面を成す。特に、隣り合う基準ターゲット材１２０ａ及び中間ターゲット材１３２ａとの間の段差は１ｍｍ以内で維持され、隣り合う中間ターゲット材１３２ａ及び補強ターゲット材１３０ａとの間の段差も１ｍｍ以内で維持される。露出した上面を基準として、基準ターゲット材１２０ａ、補強ターゲット材１３０ａ及び中間ターゲット材１３２ａの上面の高さは、段々に増加するように配置されるようになる。

図６の（ｂ）を参照すれば、スパッタリングターゲット装置も、３段構造を有するバッキングプレート２１０と、基準ターゲット材１２０ｂと、補強ターゲット材１３０ｂと、中間ターゲット材１３２ｂとを含む。

基準ターゲット材１２０ｂ、補強ターゲット材１３０ｂ及び中間ターゲット材１３２ｂは、Ｓｉ、Ｔａ、Ａｌ、ＺｎＯ及びＩＴＯなどのように薄膜のための材質で形成されており、上に露出した上面はほぼ同一な平面を成す。特に、隣り合う基準ターゲット材１２０ｂ及び中間ターゲット材１３２ｂとの間の段差は１ｍｍ以内で維持され、隣り合う中間ターゲット材１３２ｂ及び補強ターゲット材１３０ｂとの間の段差も１ｍｍ以内で維持される。露出した上面を基準として、基準ターゲット材１２０ｂ、中間ターゲット材１３２ｂ及び補強ターゲット材１３０ｂの対面高さは、段々に低くなるように配置されるようになる。

図６の（ｃ）を参照すれば、スパッタリングターゲット装置も、３段構造を有するバッキングプレート２１０と、基準ターゲット材１２０ｃと、補強ターゲット材１３０ｃと、中間ターゲット材１３２ｃとを含む。

基準ターゲット材１２０ｃ、補強ターゲット材１３０ｃ及び中間ターゲット材１３２ｃは、Ｓｉ、Ｔａ、Ａｌ、ＺｎＯ及びＩＴＯなどのように薄膜のための材質で形成されており、上に露出した上面はほぼ同一な平面を成す。特に、隣り合う基準ターゲット材１２０ｃ及び中間ターゲット材１３２ｃとの間の段差は１ｍｍ以内で維持され、隣り合う中間ターゲット材１３２ｃ及び補強ターゲット材１３０ｃとの間の段差も１ｍｍ以内で維持される。露出した上面を基準として、中間ターゲット材１３２ｃの上面の高さが最も低く、その両側に位置する基準ターゲット材１２０ｃ及び補強ターゲット材１３０ｃの上面の高さは、相対的に高く形成されている。

基準ターゲット材、中間ターゲット材及び補強ターゲット材の最初の表面を１ｍｍ以内で維持するようにほぼ同一に維持することによって、均一な薄膜形成が可能となる。したがって、ターゲット材から放出される粒子の進行が妨害されず、パーティクルなどが発生しないなど、基板の品質を低下させる要素を排除することができる。

上述したように、本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、該当の技術分野において熟練した当業者にとっては、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正及び変更させることができることを理解することができるであろう。すなわち、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲に基づいて定められ、発明を実施するための最良の形態により制限されるものではない。

本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲット装置を示した斜視図である。 図１のスパッタリングターゲット装置の主方向（長手方向）に沿った断面図である。 図２のターゲット装置を用いる場合の侵食プロファイルを表示した断面図である。 本発明の他の実施形態に係るスパッタリングターゲット装置を説明するための断面図である。 本発明の更に他の実施形態に係るスパッタリングターゲット装置を説明するための断面図である。 本発明の更に他の実施形態に係るスパッタリングターゲット装置を説明するための断面図である。

符号の説明

１１０：バッキングプレート
１１２：中央表面
１１４：段差表面
１２０：基準ターゲット材
１３０：補強ターゲット材
１３２：中間ターゲット材

Claims (8)

1. 大面積の対象物の幅方向に沿って主方向が定義されるスパッタリングターゲット装置であって、
   前記主方向の中央表面及び前記中央表面の両側に所定の段差だけ低く形成される少なくとも１つの段差表面を含むバッキングプレートと、
   前記バッキングプレートの中央表面に装着される基準ターゲット材と、
   前記バッキングプレートの段差表面に装着される補強ターゲット材と、
   を備えることを特徴とするスパッタリングターゲット装置。
2. 前記基準ターゲット材及び前記補強ターゲット材は、同一の材質で形成され、前記バッキングプレートの中央を中心として左右対称を成して装着されることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリングターゲット装置。
3. 前記基準ターゲット材及び前記補強ターゲット材は、同一の材質で形成され、それぞれの幅Ｗｎが少なくとも５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリングターゲット装置。
4. 前記基準ターゲット材及び前記補強ターゲット材の露出する表面は、実質的に同一の平面を形成することを特徴とする請求項１に記載のスパッタリングターゲット装置。
5. 前記基準ターゲット材及び前記補強ターゲット材の露出する表面のうち、互いに隣り合う表面間の段差は、１ｍｍ以内を維持することを特徴とする請求項４に記載のスパッタリングターゲット装置。
6. 前記バッキングプレートの前記中央表面の両側から複数の段差表面が提供されており、前記段差表面は、互いに異なる高さで形成されることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリングターゲット装置。
7. 大面積の対象物の幅方向に沿って主方向が定義されるスパッタリングターゲット装置において、
   前記主方向の中央表面と、前記中央表面の両側で前記中央表面よりも低く形成される第１段差表面と、前記第１段差表面の両端で前記第１段差表面よりも低く形成される第２段差表面とを含むバッキングプレートと、
   前記中央表面に装着される基準ターゲット材と、
   前記第１段差表面に装着される第１補強ターゲット材と、
   前記第２段差表面に装着される第２補強ターゲット材と、
   を備えており、
   前記基準ターゲット材、前記第１及び第２補強ターゲット材が露出する表面は、実質的に同一の平面を形成することを特徴とするスパッタリングターゲット装置。
8. 前記第１及び第２補強ターゲット材が露出する表面間の段差は、１ｍｍ以内を維持することを特徴とする請求項７に記載のスパッタリングターゲット装置。

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