JP2013108173A - スパッタリングターゲットの製造方法およびスパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

【課題】スパッタリング時に異常放電によりスプラッシュが発生することを抑制または低減することができるスパッタリングターゲットの製造方法、および該製造方法によって得られるスパッタリングターゲットを提供する。
【解決手段】正面フライス１００を軸線Ｌまわりに回転させながら、軸線Ｌに直交する走査方向に走査させて切削加工を行うことで、スパッタリングターゲットのスパッタリング面５１を仕上げ加工する。正面フライス１００には、スローアウェイチップ（インサート）３として、第１チップ３１と第２チップ３２とが設けられる。第１チップ３１は、円弧状の切り刃を有する。第２チップ３２は、直線状の切り刃を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スパッタリング法によって基板上に薄膜を形成するときに用いられ得るスパッタリングターゲットの製造方法、および該製造方法によって得られるスパッタリングターゲットに関する。

ガラス基板上に薄膜デバイスを形成することによって作製される液晶ディスプレイあるいはプラズマディスプレイ、薄膜センサー等に用いる電気配線膜、電極等には、従来から、主に高融点金属である純Ｃｒ膜、純Ｔａ膜、純Ｔｉ膜等の純金属膜またはそれらの合金膜が用いられていた。

そして、近年、ディスプレイの大型化、高精細化に伴い、配線膜、電極膜には、信号の遅延を防止するために、低抵抗化および低応力化と、それらの特性の安定化とがともに要求されている。そのため、上述の従来の金属膜よりもさらに低抵抗な高純度アルミニウム膜を用いるようになってきている。

上記基板上に形成される金属の薄膜は、いわゆるスパッタリング法によって形成することができ、より詳細には、基板と、薄膜を形成する際の原料となる材料であるスパッタリングターゲットとの間でプラズマ放電を形成し、イオン化したアルゴンがスパッタリングターゲットに衝突するエネルギーでスパッタリングターゲットを構成している原子をたたき出し、その原子を基板に堆積させて薄膜を形成する手法によって形成することができる。スパッタリング法を実現するためのスパッタリング装置においては、プラズマ放電空間を形成するチャンバ内の所定位置に、スパッタリングターゲットが配置され得る。

スパッタリングターゲットの組織中に割れなどの欠陥や大きな凹凸が存在する場合には、スパッタリング時にこのような欠陥や凹凸に電荷が集中しやすくなり、異常放電によりスプラッシュという不具合が発生しやすくなる。「スプラッシュ」とは、スパッタリング中に、スパッタリングターゲットのスパッタリング面（すなわちスパッタリング時にイオン化したアルゴンなどが衝突する側の面）の表面に欠陥や凹凸が存在する場合に、そこで局所的に異常放電が発生し、スパッタリングターゲットの一部が分離して数μｍの大きさの粒子となって基板上に付着することをいう。

スパッタリング中の異常放電によりスプラッシュが発生することを抑制する手段としては、スパッタリング面を滑らかに加工することが知られていて、一般には、スパッタリングターゲットにおいて、スパッタリング処理されるスパッタリング面に切削加工による一次加工を施し、さらに、研磨材を用いた研磨加工またはショット材を用いたブラスト加工などによる仕上げ加工を施してスパッタリング面を滑らかに加工している（特許文献１参照）。

特開２０００−３１３９５５号公報

しかしながら、スパッタリングターゲットのスパッタリング面を、研磨材を用いた研磨加工またはショット材を用いたブラスト加工などによって仕上げ加工を施した場合、スパッタリング面に研磨材やショット材が捕捉されて残留してしまうおそれがある。

このように、スパッタリング面に研磨材やショット材などの残留物が存在する場合には、スパッタリング時に残留物に電荷が集中しやすくなり、異常放電によりスプラッシュが発生しやすくなり、問題であった。

したがって、本発明の目的は、スパッタリング時に異常放電によるスプラッシュが発生することを抑制または低減することができるスパッタリングターゲットの製造方法、および該製造方法によって得られるスパッタリングターゲットを提供することにある。

本発明者は、鋭意研究の結果、正面フライス（face milling cutter）を用いたスパッタリングターゲットの切削加工において、フライスチップ（すなわち、交換式切り刃）として、円弧状の切り刃を有する第１チップ（いわゆるワイパーチップ）と直線状の切り刃を有する第２チップとを組み合わせて使用することによって、形成されるスパッタリング面が鏡面となり、スパッタリング時のスプラッシュを大幅に低減できることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明は、以下の［１］〜［６］の実施形態を提供することができるが、本発明は、これらの実施形態に限定されることはない。

［１］円弧状の切り刃を有する少なくとも１つの第１チップと、直線状の切り刃を有する少なくとも１つの第２チップとを備える正面フライスでスパッタリングターゲットのスパッタリング面を切削加工することによって、スパッタリングターゲットのスパッタリング面を仕上げ加工する工程を含む、スパッタリングターゲットの製造方法。

［２］前記正面フライスが少なくとも２個の第２チップを備える、上記［１］に記載の製造方法。

［３］少なくとも１対の第１チップが互いに対角線上に位置するように正面フライスに配置される、もしくは、第１チップが互いに隣り合わないように配置される、上記［１］または［２］に記載の製造方法。

［４］前記スパッタリングターゲットのスパッタリング面上において、正面フライスを軸線まわりに回転させながら、正面フライスの軸線に直交する方向に正面フライスを走査してスパッタリング面の切削加工を行う、上記［１］〜［３］のいずれか１項に記載の製造方法。

［５］第１チップおよび第２チップが交換可能なチップである、上記［１］〜［４］のいずれか１項に記載の製造方法。

［６］上記［１］〜［５］のいずれか１項に記載の製造方法によって得られるスパッタリングターゲット。

本発明では、円弧状の切り刃を有する第１チップおよび直線状の切り刃を有する第２チップが取り付けられた正面フライスを用いてスパッタリングターゲットのスパッタリング面を切削加工により仕上げ加工することによって、より具体的には、第２チップでスパッタリング面の粗仕上げ加工を行い、第１チップ（ワイパーチップ）でスパッタリング面の仕上げ加工を行うことによって、スパッタリング面を鏡面にまで仕上げ加工することができる。

本発明のスパッタリングターゲットの製造方法では、従来の研磨加工やブラスト加工のように、研磨材やショット材などを用いることなく、正面フライスによる切削加工によって鏡面のスパッタリング面を簡便に作製することができるので、スパッタリング面に研磨材やショット材などが残留することは全くない。そのため、スパッタリング面上の研磨材やショット材などの残留物に起因するスパッタリング時の異常放電の発生を防止することができるので、スパッタリング時に異常放電によりスプラッシュが発生することを大幅に抑制または低減することができる。また、本発明では、従来の研磨材を用いた研磨加工やショット材を用いたブラスト加工を行なわないため、スパッタリング面の仕上げ加工工程を大幅に短縮することができ、生産性にも優れる。

本発明の好ましい実施形態に係るスパッタリングターゲットの製造方法において用いる正面フライス１００の構成を示す斜視図である。 正面フライス１００に設けられる第１チップ３１および第２チップ３２ならびに各チップとスパッタリングターゲット５のスパッタリング面５１との位置関係を示す図である。

本発明で使用する正面フライスは、カッタボディとよばれる本体に、フライスチップ（すなわち、交換用切り刃）として、円弧状の切り刃を有する第１チップ（ワイパーチップ）と、直線状の切り刃を有する第２チップとを取り付けたものである。本発明で使用することのできる正面フライスは、このような第１チップおよび第２チップを交換可能な様式で取り付けることのできる刃先交換式のものが好ましい。なお、本発明で使用することのできる第１チップおよび第２チップは、スローアウェイチップまたはインサートとして一般によく知られているものであり、本発明では、市販のチップをそのまま何ら制限なく使用することができる。

本発明のスパッタリングターゲットの製造方法では、正面フライスに円弧状の切り刃を有する第１チップと直線状の切り刃を有する第２チップの両方を少なくとも１個ずつ取り付けて、スパッタリングターゲットを切削加工することによって、より具体的には、正面フライスを軸線まわりに回転させながら、正面フライスの軸線に直交する方向に正面フライスを走査させてスパッタリングターゲットを切削加工することによってスパッタリング面を形成し、このとき、直線状の切り刃を有する第２チップが回転しながらスパッタリングターゲットと当接してその表面を切削し、そして、回転する円弧状の切り刃を有する第１チップがその切削面と当接してさらに仕上げの切削を行う。そのため、本発明では、スパッタリングターゲットの切削加工とスパッタリング面の鏡面仕上げ加工とを１つの正面フライスで行うことができる。このようにして、本発明では、円弧状の切り刃を有する第１チップと、直線状の切り刃を有する第２チップとを少なくとも１個ずつ備えて成る正面フライスでスパッタリングターゲットを切削加工することによって、わずか１工程でスパッタリング面を形成して鏡面にまで仕上げ加工することができる。なお、本発明において「仕上げ加工する」とは、具体的には、鏡面加工を施すことを意味する。

上述のように、本発明では、研磨材やショット材などを用いることなく、スパッタリング面に鏡面仕上げ加工を行うことができ、研磨材やショット材などがスパッタリング面上に残留することが全くないので、それらに起因するスプラッシュを大幅に抑制または低減することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態を挙げて、本発明のスパッタリングターゲットの製造方法をより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

本発明の好ましい実施形態に係るスパッタリングターゲットの製造方法は、マグネトロンスパッタリング装置などのスパッタリング装置において、基板上に配線膜や電極膜などの金属膜を形成するときに用いられ得る金属からなる板状のスパッタリングターゲットを製造する方法である。本発明では、スパッタリングターゲットは、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなることが好ましいが、これに限定されるものではない。

図１は、本発明の１つの実施形態に係るスパッタリングターゲットの製造方法において用いる正面フライス１００の構成を示す斜視図である。なお、図１は、正面フライス１００のスパッタリングターゲットと対向する側を上向きにして記載している。図２は、正面フライス１００に設けられ得る第１チップ３１および第２チップ３２ならびに各チップとスパッタリングターゲット５のスパッタリング面５１との位置関係を示す図である。

スパッタリングターゲット５のスパッタリング面５１には、正面フライス１００をフライスの回転軸（以下、軸線Ｌ）（図１）まわりに回転させながら、軸線Ｌに直交する方向（走査方向）Ｓ（図２）に走査させて切削加工を行うことで、仕上げ加工を施すことができる。

本発明の好ましい実施形態において、スパッタリング面５１の仕上げ加工に用いる正面フライス１００は、環状のカッタボディ１に鋼製のロケータ２を複数装着することができ、かつ各ロケータ２に所謂スローアウェイチップ３が交換可能な様式で固定され得る回転切削治具である（図１）。正面フライス１００の環状のカッタボディ１に取り付けられるロケータ２およびスローアウェイチップ３の数およびその配置や角度に特に制限はなく、スパッタリングターゲットに応じて適宜決定すればよい。

正面フライス１００には、スローアウェイチップ３として、図２（ａ）に示す第１チップ３１と、図２（ｂ）に示す第２チップ３２とが設けられている。本実施形態において、第１チップおよび第２チップとしては、いずれも、超硬合金の基部にダイヤモンドからなる切り刃が接合されているものが好ましい。

図２（ａ）に示すように、第１チップ３１は、円弧状の切り刃３１１を有することから、ワイパーチップとも呼ばれ、スパッタリングターゲット５のスパッタリング面５１に当接する部分が円弧状に形成されていることを特徴とする。本発明において「円弧状」とは、カーブを描いていることを意味し、どのような円周の一部であってもよい。

本発明において、正面フライスは、少なくとも１個、好ましくは１個〜１５個、より好ましくは１個〜９個、特に好ましくは、図１に示すように、１個の第１チップを備える。正面フライスが複数の第１チップを備える場合、少なくとも１対の第１チップが互いに対角線上に位置するように正面フライスに配置されること、もしくは、第１チップが互いに隣り合わないように配置されることが好ましい。そうすることにより、カッタボディ回転時にスパッタリング面５１に第１チップがバランス良く接触するため、スパッタリング面５１の表面性状が均一になりやすいなどの効果が得られる。

図２（ｂ）に示すように、第２チップ３２は、直線状の切り刃３２１を有するものであり、スパッタリングターゲット５のスパッタリング面５１に当接する部分が直線状に形成されていることを特徴とする。本発明において、第２チップのスパッタリング面と当接する直線の長さに特に制限はない。

本発明において、正面フライスは、少なくとも１個、好ましくは１個〜２０個、より好ましくは１個〜１７個、特に好ましくは、図１に示すように、５個の第２チップを備える。また、本発明では、第２チップを第１チップよりも数多く配置することが好ましい。このように複数の第２のチップを備えることによって、加工時の第１チップへの負荷が低減され、スパッタリング面５１の表面性状が均一になりやすいなどの効果が得られる。

本発明の好ましい実施形態において、第１チップ３１は、第２チップ３２よりも数μｍ〜数十μｍ深く加工できるように設計および／または配置されていることが望ましい。すなわち、第１チップ３１の円弧状の切り刃３１１がスパッタリング面５１と当接する部分は、第２チップ３２の直線状の切り刃３２１がスパッタリング面５１に当接する部分よりも０〜１００μｍ（両端の値は含まない）、好ましくは数μｍ〜数十μｍ、より好ましくは１〜５０μｍ（両端の値を含む）長く突き出し、第１チップ３１が第２チップ３２よりもスパッタリング面５１に近接するように、第１チップ３１および第２チップ３２をカッタボディ１に取り付けることが望ましい。このように第１チップ３１および第２チップ３２をカッタボディ１に取付けた正面フライス１００を用いてスパッタリング面５１を切削加工することによって、第２チップ３２でスパッタリング面５１の「主切削」を行い、そして、第１チップ３１でスパッタリング面５１の鏡面化を図る「仕上げ切削」を行うことができる。なお、本発明の好ましい実施形態では、複数の第２チップ３２が第１チップ３１よりも数多く設置されるので、カッタボディを回転させて加工を行なった際に第２チップ３２による加工が主切削となり、第１チップ３１での加工が仕上げ切削となる。

正面フライス１００を用いてスパッタリングターゲット５のスパッタリング面５１を切削加工するときの加工条件としては、正面フライス１００の軸線Ｌまわりの回転周速度を４００ｍ／ｍｉｎ以上４０００ｍ／ｍｉｎ以下に設定することが好ましい。

正面フライス１００の回転周速度が４００ｍ／ｍｉｎ未満の場合には、加工が安定しにくくスパッタリング面５１の表面にキズが入りやすく、スパッタリング時に異常放電が発生しやすくなる恐れがあり、回転周速度が４０００ｍ／ｍｉｎを超える場合には、スパッタリング面５１の表面性状が安定しにくくなる恐れがある。

また、正面フライス１００の走査方向Ｓへの走査速度を５００ｍｍ／ｍｉｎ以上６０００ｍｍ／ｍｉｎ以下に設定することが好ましい。

正面フライス１００の走査速度が５００ｍｍ／ｍｉｎ未満の場合には、生産性が著しく悪くなる恐れがあり、走査速度が６０００ｍ／ｍｉｎを超える場合には、スパッタリング面５１の表面性状が均一になりにくい恐れがある。

また、仕上げ面の切削量（すなわち垂直方向の切削の深さ）を１μｍ以上１０００μｍ以下に設定することが好ましい。仕上げ面の切削量が１μｍ未満の場合には、スパッタリング面５１の表面性状が均一になりにくくなる恐れがあり、仕上げ面の切削量が１０００μｍを超える場合には、チップへの負荷が大きくなるためスパッタリング面５１の表面性状が荒れやすくなり、異常放電の原因となる恐れがある。

本発明の好ましい実施形態のスパッタリングターゲットの製造方法では、前述したように、第１チップ３１および第２チップ３２がそれぞれ交換可能なスローアウェイチップ３として設けられた正面フライス１００を用いて、第２チップ３２でスパッタリング面５１の粗仕上げ加工を行い、第１チップ（ワイパーチップ）３１でスパッタリング面５１の精仕上げ加工を行うことによって、スパッタリングターゲット５のスパッタリング面５１を切削加工して仕上げ加工することができる。

本発明の好ましい実施形態のスパッタリングターゲットの製造方法では、従来の研磨加工やブラスト加工のように研磨材やショット材などを用いることなく、上述の正面フライス１００による切削加工によって、スパッタリング面５１の鏡面仕上げ加工を行うことができるので、スパッタリング面５１に研磨材やショット材などが残留することは全くない。そのため、スパッタリング面５１上で研磨材やショット材などの残留物に起因するスパッタリング時の異常放電が発生するのを防止することができるので、スパッタリング時の異常放電によるスプラッシュの発生も抑制することができる。また、このような実施形態では、研磨材を用いた研磨加工やショット材を用いたブラスト加工を行なわないため、スパッタリング面５１の仕上げ加工工程が短縮でき、生産性にも優れる。

以下、本発明の実施例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例に何ら限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示す正面フライス１００（１個の第１チップ３１（住友電工ハードメタル（株）社製、型番ＤＡ１０００ＮＦ−ＳＮＥＷ１２０４ＡＤＦＲ−Ｗ）および５個の第２チップ３２（住友電工ハードメタル（株）社製、型番ＳＤＥＴ１２０４ＺＤＦＲ）をカッタボディ１に均等かつそれぞれ対向するように配置してロケータ２で固定した正面フライス（オークマ（株）社製））を用いてアルミニウムからなるスパッタリングターゲット（直径:φ２５４ｍｍ、厚さ：１２ｍｍ）のスパッタリング面を切削加工し、実施例１のスパッタリングターゲットを得た。

スパッタリング面の仕上げ加工時の加工条件は、以下のとおりであった。
・正面フライス１００の軸線Ｌまわりの回転周速度：２０７４ｍ／ｍｉｎ
・正面フライス１００の走査方向Ｓへの走査速度：１５００ｍｍ／ｍｉｎ
・仕上げ面の切削量：０．１ｍｍ

（比較例１）
図１に示す正面フライス１００の変更タイプの正面フライスを用いて、具体的には、正面フライス１００において使用した第１チップ３１の代わりに第２チップ３２を配置し、全てのチップを第２チップ３２とした正面フライスを用いて、アルミニウムからなるスパッタリングターゲット（直径:φ２５４ｍｍ、厚さ：１２ｍｍ）のスパッタリング面を切削加工し、比較例１のスパッタリングターゲットを得た。

スパッタリング面の仕上げ加工時の加工条件は、以下のとおりであった。
・正面フライスの軸線まわりの回転周速度：２０７４ｍ／ｍｉｎ
・正面フライス１００の走査方向Ｓへの走査速度：１５００ｍｍ／ｍｉｎ
・仕上げ面の切削量：０．１ｍｍ

次に、実施例１および比較例１のスパッタリングターゲットを用いて、スパッタリング時のスパッタリング性能の評価を行った。

なお、スパッタリング条件は、以下のとおりであった。
・スパッタリング装置：Ｉ−１０１２（キャノンアネルバ社製）
・スパッタ電力：５ｋＷ
・アルゴン圧：０．４Ｐａ
・スパッタリング時間：０．５ｍｉｎ
・基板温度：１００℃
・基板：無アルカリガラス（オリエンテーションフラット（orientation flat）有り）
・アルミニウム膜の膜厚：３００ｎｍ

［評価項目］
＜スプラッシュの発生数＞
上記スパッタリングによってアルミニウム膜が形成された基板について、そのアルミニウム膜を顕微鏡にて観察し、アルミニウム膜上に発生したスプラッシュの数を計測した。その計測値に基づいて、単位面積あたりのスプラッシュ発生数を求めた。

［評価結果］
評価結果を表１に示す。

表１の結果から明らかなように、実施例１は比較例１よりもスプラッシュ発生数が顕著に低減されていることがわかる。これは、実施例１のスパッタリングターゲットは、スパッタリング面が充分に鏡面仕上げ加工されて、スパッタリング時の異常放電が発生するのを抑制することができたためである。

１ カッタボディ
２ ロケータ
３ スローアウェイチップ（インサート）
５ スパッタリングターゲット
３１ 第１チップ
３２ 第２チップ
５１ スパッタリング面
１００ 正面フライス
３１１ 第１チップの円弧状の切り刃
３２１ 第２チップの直線状の切り刃

Claims (6)

1. 円弧状の切り刃を有する少なくとも１つの第１チップと、直線状の切り刃を有する少なくとも１つの第２チップとを備える正面フライスでスパッタリングターゲットのスパッタリング面を切削加工することによって、スパッタリングターゲットのスパッタリング面を仕上げ加工する工程を含む、スパッタリングターゲットの製造方法。
2. 前記正面フライスが少なくとも２個の第２チップを備える、請求項１に記載の製造方法。
3. 少なくとも１対の第１チップが互いに対角線上に位置するように正面フライスに配置される、もしくは、第１チップが互いに隣り合わないように配置される、請求項１または２に記載の製造方法。
4. 前記スパッタリングターゲットのスパッタリング面上において、正面フライスを軸線まわりに回転させながら、正面フライスの軸線に直交する方向に正面フライスを走査してスパッタリング面の切削加工を行う、請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
5. 第１チップおよび第２チップが交換可能なチップである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法によって得られるスパッタリングターゲット。

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