JP4427831B2 - Sputtering target and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタリング法により薄膜を製造する際に使用されるスパッタリングターゲット、特に複数枚のターゲット材を単一のバッキングプレート上に配置した分割部を有するスパッタリングターゲットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の情報社会およびマルチメディアを支える半導体素子、記録媒体、フラットパネルディスプレイ等のデバイスには、多種多様の薄膜が使用されている。薄膜を形成する手段としては、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等があげられる。中でも、スパッタリング法は、大面積に均一な膜を成膜するのに有利なため、フラットパネルディスプレイ（特に液晶ディスプレイ）の分野では多く使用されている。
【０００３】
近年のフラットパネルディスプレイの大型化にともない、パネル製造に使用されるガラス基板のサイズも大型化している。そのため、薄膜製造の際に使用されるターゲットも基板サイズに合わせてそのサイズの大型化が進行している。特に近年、異物（パーティクル）発生が少ないことから脚光を浴びている静止対向型スパッタリング装置用ターゲットでは、ターゲットサイズを基板サイズより一回り大きくする必要があるため、ターゲットの大型化に対する要求は更に強くなってきている。
【０００４】
上述のような用途に使用されるターゲットとして、例えばＩＴＯターゲットをあげることができる。ＩＴＯターゲットは、一般に酸化インジウム粉末と酸化スズ粉末とからなる混合粉末、あるいは酸化スズを酸化インジウム中に所定量だけ固溶させたＩＴＯ粉末などを、プレス法あるいはスリップキャスト法により成形し、これを大気中または酸素雰囲気中で焼結することにより作製される。しかし、大型のＩＴＯターゲットを作製する場合、成形および焼結に必要な生産設備が従来の物より大型となるため新たな設備投資を必要とする上、粉末の成形性はサイズの大型化と共に悪化するため歩留まりが極端に低下し、結果としてターゲットの製造コストおよび生産性が悪化する。
【０００５】
他のターゲットにおいても、大型化に関して同様なデメリットを有するため、大型のターゲットとして、複数のターゲット部材をバッキングプレート上に接合した多分割ターゲットが用いられつつある。一般に、このような多分割ターゲットでは隣り合う２つのターゲット部材間に０．２〜１．０ｍｍ程度の間隙（クリアランス）が設けられている。これは、ターゲット接合時に加熱され溶融された接合層がその後室温に冷却される過程で生じる熱収縮にともなって、ターゲット部材間同士が衝突し破損するのを防ぐために設けられたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような大型のターゲットでは、一体型のターゲットと異なり各ターゲット部材間の分割部にクリアランスが存在するので、その分割部近傍で異常放電が起こりやすく、パーティクル発生の原因となっていた。
【０００７】
また、ＩＴＯターゲットを用いてスパッタリングを長時間行った場合に顕著な現象であるが、積算スパッタリング時間の増加と共にターゲット表面にはノジュールと呼ばれる黒色の異物が析出する。この黒色の付着物はスパッタリング時の異常放電の原因となりやすく、またそれ自身が薄膜表面の異物（パーティクル）の発生源となることが知られている。その結果、長時間スパッタリングを行うと、形成された薄膜中に次第に異物欠陥が発生し、これが液晶表示装置などのフラットパネルディスプレイの製造歩留まり低下の原因となっていた。特に、近年フラットパネルディスプレイの分野では高精細化が進んでおり、このような薄膜中の異物欠陥は素子の動作不良を引き起こすため、重要な課題となっていた。
【０００８】
このようなＩＴＯターゲット上に発生するノジュールを低減する方法の一つとしてＩＴＯ焼結体を高密度化する方法が知られており、最近ではスパッタリングターゲットとして密度７．０ｇ／ｃｍ3以上のＩＴＯ焼結体が使用されるようになっている。
【０００９】
ところが前述したような大型の多分割ターゲットでは個々のターゲット部材の焼結密度が高密度化された場合でも、一体型のターゲットと異なり各ターゲット部材間の分割部にクリアランスが存在するので、その分割部近傍で異常放電が起こりやすく、結果的にノジュールが多く発生し、パーティクルも増加するという問題点があった。
【００１０】
このような分割部近傍での異常放電を低減させる方法がいくつか提案されている。例えば、０．３〜２ｍｍの間隙を持った多分割ＩＴＯターゲットの各ターゲット部材間のクリアランスに、ターゲット本体のインジウムとスズとの原子比に等しいインジウム−スズ合金を充填する方法や（例えば、特開平１−２３０７６８号公報など）、また、クリアランス部に金属インジウムを充填する方法が提案されている（例えば、特開平８−１４４０５２号公報など）。
【００１１】
しかしこれらの方法では、充填した金属または合金の融点（金属インジウム：１５７℃、特開平１−２３０７６８号公報の記載に従ってスズ原子比を５〜２０ｗｔ．％とすると、インジウム−スズ合金の融点：約１３７〜１５０℃）が、一般的に使用される接合剤の融点（インジウム半田：１５７℃、Ｓｎ−Ａｇ系の高融点の接合剤：２１０℃）以下となっている。
【００１２】
このため、高電力密度を投入してスパッタリングを行った場合に、プラズマ照射によりターゲット表面が加熱され、充填された合金が軟化または溶解し、この部分でのスパッタリング速度が速くなり、再びクリアランスが形成される。このスパッタリングにより形成される新たなクリアランスは、スパッタリング時間の増加にともない深くなり、異常放電を引き起こしその結果パーティクルが増加するという問題が発生している。特に、最近ではスループットの向上を目的として成膜速度を増加させようとして、大電力密度をターゲットに投入してスパッタリングが行われる傾向にあり、問題が顕著となっている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
スパッタリング法により薄膜を製造する場合に投入される電力は、ターゲット部材とバッキングプレートとを接合している接合剤が溶解しないような温度に設定される。接合剤が溶解するような電力を投入すると、ターゲット部材がバッキングプレートから矧がれ落ちるという重大な問題を引き起こすからである。
【００１４】
本発明者等は上記事実に基づき、接合剤に使用されている材料の融点よりも、充分に高い融点を有する合金をクリアランスに存在させることにより、上述のような異常放電およびパーティクルが増加するといった問題を解決できることを見いだした。
【００１５】
即ち、本発明は、複数のターゲット部材をバッキングプレート上に、接合剤により接合して構成される多分割スパッタリングターゲットにおいて、各ターゲット部材間のクリアランスに、接合剤よりも高い融点を有する合金を存在させてなる多分割スパッタリングターゲット、および複数のターゲット部材をバッキングプレート上に、接合剤により接合して構成される多分割スパッタリングターゲットにおいて、接合剤の融点未満の温度で各ターゲット部材間のクリアランスに充填可能で、充填終了後は、接合剤の融点よりも高い融点を有するような合金をクリアランスに存在させてなる多分割スパッタリングターゲットに関する。
【００１６】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１７】
本発明に使用されるスパッタリングターゲットの材料は、特に限定することなく使用することができる。しかし、今後ターゲットサイズが益々大きくなることが予想されるフラットパネルディスプレイの製造に使用される材料により適している。このような材料としては、例えば、クロム、モリブデン、ＩＴＯ（インジウムースズ酸化物）、ＺＡＯ（アルミニウムー亜鉛酸化物）、酸化マグネシウム等があげられる。
【００１８】
例えば、ＩＴＯターゲットを製造する場合には、まず、通常用いられる方法によってＩＴＯ焼結体を製造する。焼結体を製造する際の粉末の種類・形状、成形方法、焼結方法には、特に制限はないが、ターゲット表面に発生するノジュールの発生を抑制させるためには、より高密度に焼結したもの、例えば７．０ｇ／ｃｍ3以上が好ましい。次に、得られたＩＴＯ焼結体を機械的に加工して多分割ＩＴＯターゲットを構成する個々のターゲット部材とする。各ターゲット部材の表面の内、接合後にスパッタリング面を構成する面については、通常の研削加工を施した後、必要に応じて更に研磨加工を施し、スパッタリング面の表面粗さをＲａが０．８μｍ以下で且つＲｍａｘが７μｍ以下とすることが好ましい。このような表面処理を施すことにより、各ターゲット部材のスパッタリング面に発生するノジュールを効果的に抑制することができる。
【００１９】
バッキングプレート材料およびターゲット部材とバッキングプレートを接合する接合剤も、特に限定されるものではなく、例えば、バッキングプレート材としては、銅、銅合金、チタン、モリブデン等、接合剤としてはインジウム半田、Ｓｎ−Ａｇ半田、Ｉｎ−Ｐｂ半田等をあげることができる。
【００２０】
また、各ターゲット部材間のクリアランスに充填する接合剤よりも高い融点を有する合金としては、接合剤の融点よりも低い温度で各ターゲット部材間のクリアランスに充填可能で、充填終了後は、接合剤の融点よりも高い融点を有するような合金が特に好ましい。 このような合金の系としては、Ｉｎ−Ｂｉ、Ｉｎ−Ｂｉ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ｂｉ−Ｓｎ−Ｐｂ、Ｉｎ−Ｂｉ−Ｓｎ−Ｃｄ−Ｐｂ、Ｂｉ−Ｓｎ−Ｃｄ−Ｐｂ、Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ、Ｇａ−ＩｎおよびＩｎ−Ｂｉ−Ｇａの中から選ばれた１つの系と、周期表の４族および８〜１１族の中から選ばれた少なくとも１つの金属成分と、周期表の１３〜１５族の中から選ばれた少なくとも１つの金属成分とからなる合金、例えば、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｃｕ−Ｇａ合金などをあげることができる。
【００２１】
以下、充填材料としてＩｎ−Ｓｎ−Ｃｕ−Ｇａ合金を使用した場合を例に挙げ、説明する。
【００２２】
まず、常法に従いターゲット部材を製造する。例えば、クロムターゲットを製造する場合には、ＨＩＰ法（熱間静水圧プレス法）によりクロム焼結体を得た後、得られた焼結体を機械的に加工して多分割ターゲットを構成する個々のターゲット部材とし、また、ＩＴＯターゲットを製造する場合は上述したとおりである。
【００２３】
次に、得られた各ターゲット部材とバッキングプレートとを接合する。接合の際には接合剤を塗布したバッキングプレートを、使用する接合剤の融点以上に加熱して表面の接合層を溶解させた後、同じ温度に加熱された各ターゲット部材を所定の位置へ配置した後、室温まで冷却する。この時、各ターゲット部材間には接合層冷却時の熱収縮によるターゲット部材の破損を防ぐために０．２〜０．８ｍｍのクリアランスを設けることが好ましい。このような範囲のクリアランスを設けることにより、接合層冷却時に、熱収縮によって隣接ターゲット部材間が衝突して破損することを防止することができ、また、製膜時にクリアランス部に対向する基板上に形成される薄膜の抵抗値の変動（充填する合金による影響）を小さくすることができ、均質な膜を形成することができる。
【００２４】
なお、接合剤とターゲット部材との濡れ性を向上させるために、ターゲット部材の接合面に予め超音波半田ゴテなどで、接合剤を塗布しておいてもよい。
【００２５】
ターゲット部材の接合が完了した時のターゲットの分割部分の状態を図１に示す。図中１はバッキングプレート、２は接合層、３はターゲット部材、４はクリアランスを夫々示す。
【００２６】
続いて、この分割部のクリアランスに、Ｉｎ−Ｂｉ、Ｉｎ−Ｂｉ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ｂｉ−Ｓｎ−Ｐｂ、Ｉｎ−Ｂｉ−Ｓｎ−Ｃｄ−Ｐｂ、Ｂｉ−Ｓｎ−Ｃｄ−Ｐｂ、Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ、Ｇａ−ＩｎおよびＩｎ−Ｂｉ−Ｇａの中から選ばれた１つの系と、周期表の４族および８〜１１族の中から選ばれた少なくとも１つの金属成分と、周期表の１３〜１５族の中から選ばれた少なくとも１つの金属成分とからなる合金、ここでは、インジウム、スズ、銅およびガリウムからなる合金を充填するが、例えば、まず最初に、銅とスズとの合金、並びにガリウム、スズおよびインジウムとの低融点合金を製造する。
【００２７】
銅とスズとの合金粉末の製造方法は特に問わない。例えば、銅とスズとの粉末を遊星ボールミル等を用いて機械的に合金化してもよいし、市販されている合金粉末を利用してもよい。合金中のスズの割合は、合金化反応の速度を制御し、充分な充填時間を確保するため、１０〜３０ｗｔ．％が好ましい。また、合金粉末の粒径は、合金化反応の速度を制御し、充分な充填時間を確保するため、２５μｍ〜３５μｍが好ましい。
【００２８】
ガリウム、スズおよびインジウムとの低融点合金を製造する方法としては、例えば、ガリウムをその融点（２９．８℃）以上、好ましくは、１２０−１３０℃に加熱して溶解させた後、インジウムおよびスズを混入・溶解させる方法を例示することができる。
【００２９】
低融点合金を形成するガリウム、スズおよびインジウムの比は、共晶点である６２．５Ｇａ：２１．５Ｉｎ：１６．０Ｓｎ（重量比）近傍がとくに好ましいが、各組成が最大２０％変動したとしても、得られた低融点合金は本願発明に使用することができる。なお、このような共晶組成とすることにより共晶液の融点は約１０℃となる。
【００３０】
次に、銅―スズ合金粉末と低融点合金とを混合する。合金粉末と低融点合金との混合比は、ＣｕとＧａとを充分反応させるために、ＣｕがＧａの１．２５倍以上の量（原子比）になるように調整することが好ましい。混合後から緩やかにこれらの合金化反応（金属間化合物生成反応）が進行する。混合直後はペースト状であるが、混合後２〜４８時間、混合比によっては１週間で反応が終了し、固化する。固化後の合金の軟化点は、組成比にもよるが、例えば銅―スズ合金粉末中のスズを２０ｗｔ．％とし、低融点合金に共晶組成のものを使用した場合には、約５００℃となる。
【００３１】
従って、混合直後は、ペースト状であるため、容易に室温でクリアランスへの充填が可能となり、クリアランスに充填した後は、そのまま静置して固化させればよい。
【００３２】
なお、充填する合金とターゲット部材との濡れ性を向上させるために、ターゲット部材のクリアランス面に予め超音波半田ゴテなどで、例えばインジウム半田等の下地層を形成してもよい。
【００３３】
充填が完了したときのターゲットの分割部の状態を図２に示す。図中５は、インジウム、スズ、銅およびガリウムからなる合金を充填した部分を示す。
【００３４】
上記の低融点合金としては、Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ合金の他に、Ｉｎ−Ｂｉ、Ｂｉ−Ｓｎ−Ｉｎ、Ｂｉ−Ｃｄ−Ｓｎ−Ｐｂ、Ｂｉ−Ｓｎ−Ｐｂ−Ｉｎ、Ｂｉ−Ｃｄ−Ｓｎ−Ｐｂ−Ｉｎ、Ｇａ−ＩｎおよびＩｎ−Ｂｉ−Ｇａ系の合金を使用することができる。各系での好ましい組成としては、前述のような共晶組成及びその近傍がよく、例えば、以下のような組成を例示することができる（いずれも重量比で）。
【００３５】
Ｉｎ−３３．７Ｂｉ
Ｂｉ−１７Ｓｎ−２５Ｉｎ
Ｂｉ−１０Ｃｄ−１３．３Ｓｎ−２６．７Ｐｂ
Ｂｉ−１１．６Ｓｎ−１８Ｐｂ−２１Ｉｎ
Ｂｉ−５．３Ｃｄ−８．３Ｓｎ−２２．６Ｐｂ−１９．１Ｉｎ
Ｇａ−２４．５Ｉｎ、Ｇａ−５Ｉｎ
Ｉｎ−３２．１０Ｂｉ−４．７６Ｇａ
である。
【００３６】
また、銅―スズ合金粉末の代わりに、周期表の４族および８〜１１族の中から選ばれた少なくとも１つの金属成分と、周期表の１３〜１５族の中から選ばれた少なくとも１つの金属成分とからなる合金を使用することができる。
【００３７】
また、合金粉末中の周期表の４族および８〜１１族の中から選ばれた少なくとも１つの金属成分は、合金粉末中の６０〜８０％が好ましい。
【００３８】
周期表の４族および８〜１１族の中から選ばれる金属成分としては、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕが好ましく、周期表の１３〜１５族の中から選ばれる金属成分としては、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉが好ましい。なお、本願発明でいう周期表４族とはチタン族を示し、同様に、８族は鉄族、９族はコバルト族、１０族はニッケル族、１１族は銅族、１３族はホウ素族、１４族は炭素族、１５族は窒素族をそれぞれ示す。
【００３９】
前述のＩｎ−Ｓｎ−Ｃｕ−Ｇａ以外の系では、低融点金属の割合は、低融点金属と合金粉末との合計重量の３５〜７５％が好ましく、より好ましくは４５〜６５％である。
【００４０】
【実施例】
以下、本発明を実施例をもって更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４１】
実施例１
酸化インジウム粉末と酸化スズ粉末を重量比で９：１の割合に混合した混合粉末をプレス用金型にいれ、３００ｋｇ／ｃｍ2の圧力で加工して得た成形体を３ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力でＣＩＰ処理してＩＴＯ成形体を作製した。次にこのＩＴＯ成形体を酸素雰囲気中１５００℃で５時間常圧焼結して１１０ｍｍφ×６．５ｍｍｔのＩＴＯ焼結体を得た。アルキメデス法によって焼結体の密度を測定したところ、７．１ｇ／ｃｍ3であった。
【００４２】
この焼結体を４インチφ×６ｍｍｔの形状に機械加工した後、この焼結体を半分に切断して半円状の２枚の焼結体とした。
【００４３】
次に、ボンディングを行う際のＩＴＯ焼結体のインジウム半田およびインジウム、スズ、銅およびガリウムからなる合金との濡れ性を向上させるために、予め焼結体のボンディング面及びクリアランス部に対する面に対し、超音波半田ゴテを用いてインジウム半田を塗布した。その後、これらＩＴＯ焼結体とバッキングプレートを１５８℃以上まで加熱した後、それぞれの接合面にインジウム半田を塗布した。次に、これら焼結体をその分割部のクリアランスの幅が０．４ｍｍになるように配置した後、室温まで冷却してターゲットとした。冷却後のクリアランスの幅は、０．３ｍｍであった。
【００４４】
次に、分割部に充填する合金の材料の調製を行った。まず、低融点合金を調製した。ガリウムとスズとインジウムの共晶点となる６２．５Ｇａ：２１．５Ｉｎ：１６．０Ｓｎ（重量比）の割合でこれらを１２０℃で混合し、液体の低融点合金を得た。この低融点合金の融点は１０℃であった。
【００４５】
次に、銅とスズの合金には市販の２０ｗｔ．％のスズを含有した銅−スズの合金粉末を用い、これをさらに粉砕して微粉末を得た。得られた合金粉末の平均粒径は３０μｍであった。
【００４６】
次に、得られた低融点合金５０．０重量部と合金粉末４４．５重量部とを室温で混合しペースト状にし、ＩＴＯターゲットのクリアランス部に充填した。ペーストは、４８時間経過後に、完全に固化した。
【００４７】
得られたターゲットを、真空装置内に設置し、以下の条件でスパッタリングを実施した。
【００４８】
ＤＣ電力 ：５．２Ｗ／ｃｍ2
スパッタガス：Ａｒ＋Ｏ2
ガス圧 ：５ｍＴｏｒｒ
Ｏ2／Ａｒ ：０．１％
以上の条件により連続的にスパッタリング試験を１２時間実施したところ、クリアランスにおいてノジュールは発生しなかった。
【００４９】
比較例１
実施例１と同様の方法で分割部を有するＩＴＯターゲットを製造した。但し、分割部には何も充填しなかった。
【００５０】
得られたターゲットを、真空装置内に設置し、実施例１と同様の条件で連続的にスパッタリング試験を１２時間実施したところ、分割部に多量のノジュールが発生した。
【００５１】
実施例２
金属クロム粉末をＨＩＰ法を用いて焼結させ、クロムの焼結体を製造した。これに機械加工を施し、５インチ×３．５インチ×５ｍｍｔの大きさの焼結体２枚とした。
【００５２】
次に、ボンディングを行う際のクロム焼結体のインジウム半田およびＩｎ−Ｓｎ−Ｃｕ−Ｇａ合金との濡れ性を向上させるために、予め焼結体のボンディング面及びクリアランス部に対する面に対し、超音波半田ゴテを用いてインジウム半田を塗布した。その後、これらクロム焼結体とバッキングプレートを１５８℃以上まで加熱した後、それぞれの接合面にインジウム半田を塗布した。
【００５３】
続いて、これら焼結体をその分割部のクリアランスの幅が０．４ｍｍになるように配置した後、室温まで冷却してターゲットとした。冷却後のクリアランスの幅は、０．３ｍｍであった。
【００５４】
次に、分割部に充填する合金の材料の調製を行った。まず、低融点合金を調製した。ガリウムとスズとインジウムの共晶点となる６２．５Ｇａ：２１．５Ｉｎ：１６．０Ｓｎ（重量比）の割合でこれらを１３０℃で混合し、室温で液体の低融点合金を得た。この低融点合金の融点は１０℃であった。
【００５５】
次に、銅とスズの合金として市販の２０ｗｔ．％のスズを含有した銅−スズの合金粉末を用い、これをさらに粉砕して微粉末を得た。得られた合金粉末の平均粒径は３０μｍであった。
【００５６】
次に、得られた低融点合金５０．０重量部と合金粉末４４．５重量部とを室温で混合しペースト状にし、クロムターゲットのクリアランス部に充填した。ペーストは、４８時間経過後に、完全に固化した。
【００５７】
得られたターゲットを、真空装置内に設置し、以下の条件でスパッタリングを実施した。
【００５８】
ＤＣ電力 ：８．５Ｗ／ｃｍ2
スパッタガス：Ａｒ
ガス圧 ：５ｍＴｏｒｒ
以上の条件により連続的にスパッタリング試験を４０時間実施したが、異常放電の増加および基板へのパーティクルの付着数の増加は認められなかった。
【００５９】
実施例３
酸化亜鉛粉末と酸化アルミニウム粉末とを重量比で９８：２の割合に混合した混合粉末をプレス用金型にいれ、３００ｋｇ／ｃｍ2の圧力で加工して得た成形体を３ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力でＣＩＰ処理（冷間静水圧プレス）してＺＡＯ成形体を製造した。次にこのＺＡＯ成形体を酸素雰囲気中１５００℃で５時間常圧焼結して１１０ｍｍφ×６．５ｍｍｔのＺＡＯ焼結体を得た。
【００６０】
この焼結体に機械加工を施し、５インチ×３．５インチ×５ｍｍｔの大きさの焼結体２枚とした。次に、ボンディングを行う際のＺＡＯ焼結体のインジウム半田およびＩｎ−Ｓｎ−Ｃｕ−Ｇａ合金との濡れ性を向上させるために、予め焼結体のボンディング面及びクリアランス部に対する面に対し、超音波半田ゴテを用いてインジウム半田を塗布した。
【００６１】
その後、これらＺＡＯ焼結体とバッキングプレートを１５８℃以上まで加熱した後、それぞれの接合面にインジウム半田を塗布した。次に、これら焼結体をその分割部のクリアランスの幅が０．４ｍｍになるように配置した後、室温まで冷却してターゲットとした。冷却後のクリアランスの幅は、０．３ｍｍであった。
【００６２】
次に、分割部に充填する合金の材料の調製を行った。まず、低融点合金を調製した。ガリウムとスズとインジウムの共晶点となる６２．５Ｇａ：２１．５Ｉｎ：１６．０Ｓｎ（重量比）の割合でこれらを１２０℃混合し、室温で液体の低融点合金を得た。この低融点合金の融点は１０℃であった。
【００６３】
続いて、銅とスズとの合金には市販の２０ｗｔ．％のスズを含有した銅−スズの合金粉末を用い、これをさらに粉砕して微粉末を得た。得られた合金粉末の平均粒径は３０μｍであった。
【００６４】
次に、得られた低融点合金５０．０重量部と合金粉末４４．５重量部とを室温で混合しペースト状にし、ＺＡＯターゲットのクリアランス部に充填した。ペーストは、４８時間経過後に、完全に固化した。
【００６５】
得られたターゲットを、真空装置内に設置し、以下の条件でスパッタリングを実施した。
【００６６】
ＤＣ電力 ：５．２Ｗ／ｃｍ2
スパッタガス：Ａｒ＋Ｏ2
ガス圧 ：５ｍＴｏｒｒ
Ｏ2／Ａｒ ：０．２％
以上の条件により連続的にスパッタリング試験を１５時間実施したが、分割部起因の異常放電の増加および基板へのパーティクルの付着数の増加は認められなかった。
【００６７】
比較例２
実施例２と同様の方法で、０．３ｍｍのクリアランスを持ったクロムターゲットを製造した。但し、クリアランス部には何も充填しなかった。
【００６８】
得られたターゲットを、真空装置内に設置し、実施例２と同一の条件でスパッタリングを実施した。スパッタリング開始当初から、多くの異常放電が見られた。また、基板へのパーティクルの付着数も多かった。
【００６９】
比較例３
実施例２と同様の方法で、０．３ｍｍのクリアランスを持ったクロムターゲットを製造した。但し、ターゲット部材とバッキングプレートの接合時に、クリアランス部にもインジウム半田を充填した。
【００７０】
得られたターゲットを、真空装置内に設置し、実施例２と同一の条件でスパッタリングを実施した。スパッタ開始後２０時間までは、異常放電は少なく、基板へのパーティクルの付着数も非常に少なかった。しかし、２０時間を経過した時点から徐々に、異常放電および基板へのパーティクル付着数が増加した。試験終了後のターゲットを観察したところ、充填したインジウムが周辺のクロムより速くスパッタリングされてしまい、新たなクリアランスが形成されていた。
【００７１】
比較例４
実施例３と同様の方法で、０．３ｍｍのクリアランスを持ったＺＡＯターゲットを製造した。但し、クリアランス部には何も充填しなかった。
【００７２】
得られたターゲットを、真空装置内に設置し、実施例３と同一の条件でスパッタリングを実施した。スパッタリング開始当初から、多くの分割部起因の異常放電が見られた。また、基板へのパーティクルの付着数も多かった。
【００７３】
比較例５
実施例３と同様の方法で、０．３ｍｍのクリアランスを持ったＺＡＯターゲットを製造した。但し、ターゲット部材とバッキングプレートの接合時に、クリアランス部にもインジウム半田を充填した。
【００７４】
得られたターゲットを、真空装置内に設置し、実施例３と同一の条件でスパッタリングを実施した。スパッタ開始後７時間までは、分割部起因の異常放電は少なく、基板へのパーティクルの付着数も非常に少なかった。しかし、７時間を経過した時点から徐々に、異常放電および基板へのパーティクル付着数が増加した。試験終了後のターゲットを観察したところ、充填したインジウムが周辺のクロムより速くスパッタリングされてしまい、新たなクリアランスが形成されていた。
【００７５】
実施例４
実施例１と同様の方法で分割部にインジウム−スズ−銅−ガリウム合金を充填したＩＴＯターゲットを作製した。得られたターゲットを用いて、薄膜を作製した。成膜条件は、
基板温度 ：室温
ＤＣ電力 ：５．２Ｗ／ｃｍ2
スパッタガス：Ａｒ＋Ｏ2
ガス圧 ：５ｍＴｏｒｒ
Ｏ2／Ａｒ ：０．２％
膜厚 ：５０ｎｍ
得られた薄膜の抵抗率、透過率、エッチング速度を調べた。結果を表１に示す。
【００７６】
なお、抵抗率は４探針法により測定した。透過率は分光光度計を用い、ガラス基板をリファレンスとして用いて薄膜単独の値として測定した。
【００７７】
エッチング速度は、塩酸をエッチング溶液とし、薄膜を５秒間浸した後の膜減り量から計算して求めた。
【００７８】
比較例６
比較例１と同様の方法で分割部に何も充填していないＩＴＯターゲットを作製し、実施例４と同様の方法で薄膜を作製し、得られた薄膜の抵抗率、透過率、エッチング速度を調べた。結果を表１に示す。
【００７９】
表１に示した実施例４と比較例６の結果から、分割部にインジウム−スズ−銅−ガリウム合金を充填したターゲットを用いても、何も充填していないものと同等の薄膜特性が得られることが明らかとなった。
【００８０】
【表１】
実施例５
実施例１と同様の方法で、０．３ｍｍのクリアランスを持ったＩＴＯターゲットを製造した。
【００８２】
次に、分割部に充填する合金の材料の調製を行った。まず、低融点合金を調製した。ガリウムとインジウムの共晶となる７５．５Ｇａ：２４．５Ｉｎ（重量比）の割合でこれらを１００℃で混合し、液体の低融点合金を得た。
【００８３】
次に、銅とスズの合金には市販の２０ｗｔ．％のスズを含有した銅−スズの合金粉末を用い、これをさらに粉砕して微粉末を得た。得られた合金粉末の平均粒径は３０μｍであった。
【００８４】
次に、得られた低融点合金１００重量部と合金粉末１０７重量部とを室温で混合しペースト状にし、ＩＴＯターゲットのクリアランス部に充填した。ペーストは、５０時間経過後には完全に固化した。
【００８５】
得られたターゲットを、真空装置内に設置し、実施例１と同じ条件で１２時間、スパッタリングを実施した。クリアランス部においてノジュールは発生しなかった。
【００８６】
実施例６
実施例１と同様の方法で、０．３ｍｍのクリアランスを持ったＩＴＯターゲットを製造した。
【００８７】
次に、分割部に充填する合金の材料の調製を行った。まず、低融点合金を調製した。ガリウムとインジウムとスズの共晶となる６２．５Ｇａ：２１．５Ｉｎ：１６．０Ｓｎ（重量比）の割合でこれらを１２０℃で混合し、液体の低融点合金を得た。
【００８８】
次に、２０ｗｔ．％のゲルマニウムを含有した銅−ゲルマニウムの合金粉末をさらに粉砕して微粉末を得た。得られた合金粉末の平均粒径は３０μｍであった。
【００８９】
次に、得られた低融点合金５０重量部と合金粉末４４．５重量部とを室温で混合しペースト状にし、ＩＴＯターゲットのクリアランス部に充填した。ペーストは、４８時間経過後には完全に固化した。
【００９０】
得られたターゲットを、真空装置内に設置し、実施例１と同じ条件で１２時間、スパッタリングを実施した。クリアランス部においてノジュールは発生しなかった。
【００９１】
【発明の効果】
本発明の多分割ターゲットを用いることにより、分割部を有するターゲットであっても、分割部に起因する異常放電の発生および異常放電によるパーティクルの付着を低減できる。特に、ＩＴＯターゲットを使用した場合には、スパッタリング時に分割部近傍に多量に発生するノジュールの発生を効果的に抑制することができる。
【００９２】
さらに、充填されている金属の融点が高いのでその効果はターゲットの寿命まで有効となり、また、充填作業を室温近傍で行うことができるので、充填作業が容易となる。
【００９３】
また、上記技術をＩＴＯターゲットに適応した場合に得られる薄膜の抵抗率、透過率、エッチング速度は、通常のＩＴＯターゲットを用いて作製した薄膜のものと同等である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ターゲット部材の接合が完了した時のターゲットの分割部分の状態を示す図である。
【図２】 充填が完了したときのターゲットの分割部の状態を示す図である。
【符号の説明】
１：バッキングプレート
２：接合層
３：ターゲット部材
４：クリアランス
５：充填部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sputtering target used when a thin film is manufactured by a sputtering method, and more particularly to a sputtering target having a divided portion in which a plurality of target materials are arranged on a single backing plate.
[0002]
[Prior art]
A wide variety of thin films are used in devices such as semiconductor elements, recording media, and flat panel displays that support the information society and multimedia in recent years. Examples of means for forming a thin film include sputtering, vacuum deposition, and CVD. Among these, the sputtering method is advantageous for forming a uniform film over a large area, and is therefore widely used in the field of flat panel displays (particularly liquid crystal displays).
[0003]
With the recent increase in size of flat panel displays, the size of glass substrates used for panel manufacture has also increased. For this reason, the size of the target used in manufacturing the thin film is increasing in accordance with the substrate size. In particular, in recent years, the target for stationary counter-type sputtering apparatus, which has been in the spotlight due to the small generation of foreign matter (particles), needs to be larger than the substrate size. It has become to.
[0004]
As a target used for the above-mentioned purposes, for example, an ITO target can be cited. The ITO target is generally formed by mixing a mixed powder composed of indium oxide powder and tin oxide powder, or ITO powder in which tin oxide is dissolved in a predetermined amount in indium oxide by a press method or a slip cast method. It is produced by sintering in air or an oxygen atmosphere. However, when manufacturing a large ITO target, the production equipment required for molding and sintering is larger than conventional products, requiring new equipment investment, and powder moldability deteriorates with increasing size. Therefore, the yield is extremely reduced, and as a result, the manufacturing cost and productivity of the target are deteriorated.
[0005]
Other targets also have the same disadvantages with respect to upsizing, and therefore, multi-division targets obtained by joining a plurality of target members on a backing plate are being used as large targets. Generally, in such a multi-divided target, a gap (clearance) of about 0.2 to 1.0 mm is provided between two adjacent target members. This is provided in order to prevent the target members from colliding with each other and being damaged due to thermal shrinkage that occurs in the process in which the bonding layer heated and melted at the time of target bonding is subsequently cooled to room temperature.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Unlike the integrated target, the large target as described above has a clearance at the divided portion between the target members, so abnormal discharge is likely to occur near the divided portion, which causes generation of particles.
[0007]
Further, this phenomenon is remarkable when sputtering is performed for a long time using an ITO target, but black foreign substances called nodules are deposited on the surface of the target as the integrated sputtering time increases. It is known that this black deposit tends to cause abnormal discharge during sputtering, and itself becomes a source of foreign matter (particles) on the surface of the thin film. As a result, when sputtering is performed for a long time, foreign matter defects are gradually generated in the formed thin film, which causes a decrease in the manufacturing yield of flat panel displays such as liquid crystal display devices. In particular, in recent years, high definition has been advanced in the field of flat panel displays, and such a foreign matter defect in a thin film has caused an operation failure of the device, which has been an important issue.
[0008]
As one of the methods for reducing such nodules generated on the ITO target, a method of increasing the density of the ITO sintered body is known. Recently, a density of 7.0 g / cm as a sputtering target is known.ThreeThe above ITO sintered body is used.
[0009]
However, in the case of a large multi-division target as described above, even when the sintering density of each target member is increased, there is a clearance at the division between each target member, unlike an integrated target. There is a problem that abnormal discharge is likely to occur in the vicinity of the portion, resulting in a large amount of nodules and an increase in particles.
[0010]
Several methods for reducing such abnormal discharge in the vicinity of the divided portions have been proposed. For example, the clearance between target members of a multi-division ITO target having a gap of 0.3 to 2 mm is filled with an indium-tin alloy equal to the atomic ratio of indium and tin of the target body (for example, a special Japanese Laid-Open Patent Publication No. 1-2230768 and the like, and a method of filling the clearance with metal indium (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-144052).
[0011]
However, in these methods, when the melting point of the filled metal or alloy (metal indium: 157 ° C., and the tin atomic ratio is 5 to 20 wt.% As described in JP-A-1-230768, the melting point of the indium-tin alloy: about 137 to 150 ° C.) is below the melting point of commonly used bonding agents (indium solder: 157 ° C., Sn—Ag high melting point bonding agent: 210 ° C.).
[0012]
Therefore, when sputtering is performed with a high power density, the target surface is heated by plasma irradiation, the filled alloy softens or melts, the sputtering rate at this part increases, and clearance is formed again. Is done. The new clearance formed by this sputtering becomes deeper as the sputtering time increases, causing a problem that abnormal discharge is caused and particles are increased as a result. In particular, recently, in order to increase the deposition rate for the purpose of improving the throughput, sputtering tends to be performed with a high power density applied to the target, and the problem has become remarkable.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The electric power input when the thin film is manufactured by the sputtering method is set to a temperature at which the bonding agent for bonding the target member and the backing plate does not dissolve. This is because applying a power that dissolves the bonding agent causes a serious problem that the target member falls off the backing plate.
[0014]
Based on the above facts, the inventors have said that abnormal discharge and particles as described above are increased by causing an alloy having a melting point sufficiently higher than the melting point of the material used for the bonding agent to exist in the clearance. I found that I could solve the problem.
[0015]
That is, in the present invention, in a multi-sputtering sputtering target configured by bonding a plurality of target members on a backing plate with a bonding agent, an alloy having a melting point higher than that of the bonding agent exists in the clearance between the target members. In a multi-sputtering target constructed by bonding a multi-sputtering target and a plurality of target members on a backing plate with a bonding agent, the clearance between the target members is filled at a temperature lower than the melting point of the bonding agent. The present invention relates to a multi-sputtering target in which an alloy having a melting point higher than the melting point of the bonding agent is present in the clearance after the filling is completed.
[0016]
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0017]
The material of the sputtering target used in the present invention can be used without any particular limitation. However, it is more suitable for materials used in the manufacture of flat panel displays, where target sizes are expected to increase in the future. Examples of such materials include chromium, molybdenum, ITO (indium oxide), ZAO (aluminum-zinc oxide), magnesium oxide, and the like.
[0018]
For example, when manufacturing an ITO target, first, an ITO sintered body is manufactured by a commonly used method. There are no particular restrictions on the type and shape of the powder, the molding method, and the sintering method when producing the sintered body, but in order to suppress the generation of nodules generated on the target surface, sintering is performed at a higher density. For example, 7.0 g / cmThreeThe above is preferable. Next, the obtained ITO sintered body is mechanically processed to form individual target members constituting a multi-division ITO target. Of the surface of each target member, the surface constituting the sputtering surface after bonding is subjected to normal grinding and then further polishing as necessary, and the surface roughness of the sputtering surface is 0.8 μm Ra. And Rmax is preferably 7 μm or less. By performing such a surface treatment, nodules generated on the sputtering surface of each target member can be effectively suppressed.
[0019]
The backing plate material and the joining agent for joining the target member and the backing plate are not particularly limited. For example, the backing plate material may be copper, copper alloy, titanium, molybdenum, etc., and the joining agent may be indium solder, Sn. -Ag solder, In-Pb solder, etc. can be mentioned.
[0020]
In addition, as an alloy having a melting point higher than the bonding agent filled in the clearance between the target members, the clearance between the target members can be filled at a temperature lower than the melting point of the bonding agent. An alloy having a melting point higher than that of is particularly preferred. Examples of such alloy systems include In-Bi, In-Bi-Sn, In-Bi-Sn-Pb, In-Bi-Sn-Cd-Pb, Bi-Sn-Cd-Pb, and Ga-In-Sn. , One system selected from Ga—In and In—Bi—Ga, at least one metal component selected from Groups 4 and 8 to 11 of the periodic table, and 13 to 15 of the periodic table An alloy composed of at least one metal component selected from the group, for example, an In—Sn—Cu—Ga alloy can be given.
[0021]
Hereinafter, a case where an In—Sn—Cu—Ga alloy is used as a filling material will be described as an example.
[0022]
First, a target member is manufactured according to a conventional method. For example, when manufacturing a chromium target, after obtaining a chromium sintered body by the HIP method (hot isostatic pressing method), the obtained sintered body is mechanically processed to form a multi-partition target. Individual target members are used, and the ITO target is manufactured as described above.
[0023]
Next, each obtained target member and a backing plate are joined. At the time of joining, after heating the backing plate coated with the bonding agent to the melting point or higher of the bonding agent used to dissolve the bonding layer on the surface, each target member heated to the same temperature is placed at a predetermined position. And then cool to room temperature. At this time, it is preferable to provide a clearance of 0.2 to 0.8 mm between the target members in order to prevent damage to the target members due to thermal contraction during cooling of the bonding layer. By providing a clearance in such a range, it is possible to prevent the adjacent target members from colliding and being damaged due to thermal contraction during cooling of the bonding layer, and on the substrate facing the clearance portion during film formation. Variations in the resistance value of the thin film to be formed (influence of the alloy to be filled) can be reduced, and a homogeneous film can be formed.
[0024]
In order to improve the wettability between the bonding agent and the target member, the bonding agent may be applied in advance to the bonding surface of the target member with an ultrasonic soldering iron or the like.
[0025]
The state of the divided part of the target when the joining of the target member is completed is shown in FIG. In the figure, 1 is a backing plate, 2 is a bonding layer, 3 is a target member, and 4 is a clearance.
[0026]
Subsequently, the clearance of the divided portion includes In—Bi, In—Bi—Sn, In—Bi—Sn—Pb, In—Bi—Sn—Cd—Pb, Bi—Sn—Cd—Pb, and Ga—In—. One system selected from Sn, Ga—In and In—Bi—Ga; at least one metal component selected from groups 4 and 8 to 11 of the periodic table; and 13 to 13 of the periodic table. An alloy composed of at least one metal component selected from the group 15 is filled here, for example, an alloy composed of indium, tin, copper and gallium. For example, first, an alloy of copper and tin, and Produces low melting point alloys with gallium, tin and indium.
[0027]
The manufacturing method of the alloy powder of copper and tin is not particularly limited. For example, copper and tin powder may be mechanically alloyed using a planetary ball mill or the like, or commercially available alloy powder may be used. The proportion of tin in the alloy is 10-30 wt.% To control the rate of alloying reaction and ensure sufficient filling time. % Is preferred. Further, the particle size of the alloy powder is preferably 25 μm to 35 μm in order to control the rate of the alloying reaction and ensure a sufficient filling time.
[0028]
As a method for producing a low melting point alloy with gallium, tin and indium, for example, gallium is heated to its melting point (29.8 ° C.) or higher, preferably 120 to 130 ° C., and then dissolved, then indium and tin The method of mixing and dissolving can be exemplified.
[0029]
The ratio of gallium, tin, and indium forming the low melting point alloy is particularly preferably in the vicinity of the eutectic point of 62.5Ga: 21.5In: 16.0Sn (weight ratio). However, the obtained low melting point alloy can be used in the present invention. In addition, by setting it as such a eutectic composition, melting | fusing point of a eutectic liquid will be about 10 degreeC.
[0030]
Next, the copper-tin alloy powder and the low melting point alloy are mixed. The mixing ratio of the alloy powder and the low melting point alloy is preferably adjusted so that Cu is 1.25 times or more (atomic ratio) of Ga in order to sufficiently react Cu and Ga. These alloying reactions (intermetallic compound formation reactions) proceed slowly after mixing. The mixture is pasty immediately after mixing, but after 2 to 48 hours after mixing, depending on the mixing ratio, the reaction is completed within one week and solidifies. Although the softening point of the alloy after solidification depends on the composition ratio, for example, the tin in the copper-tin alloy powder is 20 wt. %, When a low melting point alloy having a eutectic composition is used, the temperature is about 500 ° C.
[0031]
Therefore, immediately after mixing, since it is in the form of a paste, it becomes possible to easily fill the clearance at room temperature. After filling the clearance, it can be left to stand and solidify.
[0032]
In order to improve the wettability between the alloy to be filled and the target member, an underlayer such as indium solder may be formed in advance on the clearance surface of the target member with an ultrasonic soldering iron or the like.
[0033]
FIG. 2 shows a state of the target dividing portion when the filling is completed. In the figure, 5 indicates a portion filled with an alloy made of indium, tin, copper and gallium.
[0034]
As the low melting point alloy, in addition to a Ga—In—Sn alloy, In—Bi, Bi—Sn—In, Bi—Cd—Sn—Pb, Bi—Sn—Pb—In, Bi—Cd—Sn— Pb—In, Ga—In, and In—Bi—Ga based alloys can be used. As a preferable composition in each system, the eutectic composition as described above and the vicinity thereof are good. For example, the following compositions can be exemplified (all by weight ratio).
[0035]
In-33.7Bi
Bi-17Sn-25In
Bi-10Cd-13.3Sn-26.7Pb
Bi-11.6Sn-18Pb-21In
Bi-5.3Cd-8.3Sn-22.6Pb-19.1In
Ga-24.5In, Ga-5In
In-32.10Bi-4.76Ga
It is.
[0036]
Further, instead of the copper-tin alloy powder, at least one metal component selected from Groups 4 and 8 to 11 of the periodic table and at least one selected from Groups 13 to 15 of the periodic table An alloy composed of a metal component can be used.
[0037]
The at least one metal component selected from Group 4 and Groups 8 to 11 of the periodic table in the alloy powder is preferably 60 to 80% in the alloy powder.
[0038]
Ti, Fe, Co, Ni, and Cu are preferable as the metal component selected from Group 4 and 8 to 11 of the periodic table, and Al is selected as the metal component selected from Groups 13 to 15 of the periodic table. Ga, In, Ge, Sn, Pb and Bi are preferred. In addition, the periodic table group 4 in the present invention indicates a titanium group, and similarly, group 8 is an iron group, group 9 is a cobalt group, group 10 is a nickel group, group 11 is a copper group, group 13 is a boron group, Group 14 represents a carbon group, and Group 15 represents a nitrogen group.
[0039]
In the system other than the aforementioned In—Sn—Cu—Ga, the proportion of the low melting point metal is preferably 35 to 75%, more preferably 45 to 65% of the total weight of the low melting point metal and the alloy powder.
[0040]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these.
[0041]
Example 1
A mixed powder in which indium oxide powder and tin oxide powder are mixed at a weight ratio of 9: 1 is placed in a press mold, and 300 kg /
[0042]
After this sintered body was machined into a shape of 4 inches φ × 6 mmt, the sintered body was cut in half to obtain two semicircular sintered bodies.
[0043]
Next, in order to improve the wettability of the ITO sintered body with the indium solder and the alloy made of indium, tin, copper and gallium during bonding, the surface of the sintered body with respect to the bonding surface and the clearance portion Indium solder was applied using an ultrasonic soldering iron. Then, after heating these ITO sintered compacts and a backing plate to 158 degreeC or more, indium solder was apply | coated to each joining surface. Next, these sintered bodies were arranged so that the clearance width of the divided portions was 0.4 mm, and then cooled to room temperature to obtain a target. The clearance width after cooling was 0.3 mm.
[0044]
Next, an alloy material to be filled in the divided portion was prepared. First, a low melting point alloy was prepared. These were mixed at 120 ° C. at a ratio of 62.5Ga: 21.5In: 16.0Sn (weight ratio) serving as a eutectic point of gallium, tin and indium to obtain a liquid low melting point alloy. The melting point of this low melting point alloy was 10 ° C.
[0045]
Next, a commercially available 20 wt. A copper-tin alloy powder containing% tin was used and further pulverized to obtain a fine powder. The average particle size of the obtained alloy powder was 30 μm.
[0046]
Next, 50.0 parts by weight of the obtained low melting point alloy and 44.5 parts by weight of alloy powder were mixed at room temperature to form a paste, and filled in the clearance part of the ITO target. The paste solidified completely after 48 hours.
[0047]
The obtained target was placed in a vacuum apparatus, and sputtering was performed under the following conditions.
[0048]
DC power: 5.2 W / cm2
Sputtering gas: Ar + O2
Gas pressure: 5 mTorr
O2/ Ar: 0.1%
When the sputtering test was continuously performed for 12 hours under the above conditions, no nodules were generated in the clearance.
[0049]
Comparative Example 1
An ITO target having divided parts was produced in the same manner as in Example 1. However, nothing was filled in the divided part.
[0050]
When the obtained target was placed in a vacuum apparatus and a sputtering test was continuously performed for 12 hours under the same conditions as in Example 1, a large amount of nodules was generated in the divided portions.
[0051]
Example 2
Metal chromium powder was sintered using the HIP method to produce a sintered body of chromium. This was machined to obtain two sintered bodies each having a size of 5 inches × 3.5 inches × 5 mmt.
[0052]
Next, in order to improve the wettability of the chromium sintered body with the indium solder and the In—Sn—Cu—Ga alloy during bonding, the surface of the sintered body with respect to the bonding surface and the clearance portion is previously increased. Indium solder was applied using a sonic soldering iron. Then, after heating these chromium sintered compacts and a backing plate to 158 degreeC or more, indium solder was apply | coated to each joining surface.
[0053]
Subsequently, these sintered bodies were arranged so that the clearance width of the divided portions was 0.4 mm, and then cooled to room temperature to obtain targets. The clearance width after cooling was 0.3 mm.
[0054]
Next, an alloy material to be filled in the divided portion was prepared. First, a low melting point alloy was prepared. These were mixed at 130 ° C. at a ratio of 62.5Ga: 21.5In: 16.0Sn (weight ratio) that becomes a eutectic point of gallium, tin, and indium, and a low-melting-point alloy that was liquid at room temperature was obtained. The melting point of this low melting point alloy was 10 ° C.
[0055]
Next, a commercially available 20 wt. A copper-tin alloy powder containing% tin was used and further pulverized to obtain a fine powder. The average particle size of the obtained alloy powder was 30 μm.
[0056]
Next, 50.0 parts by weight of the obtained low melting point alloy and 44.5 parts by weight of alloy powder were mixed at room temperature to form a paste and filled in the clearance part of the chromium target. The paste solidified completely after 48 hours.
[0057]
The obtained target was placed in a vacuum apparatus, and sputtering was performed under the following conditions.
[0058]
DC power: 8.5 W / cm2
Sputtering gas: Ar
Gas pressure: 5 mTorr
The sputtering test was continuously carried out for 40 hours under the above conditions, but no increase in abnormal discharge and an increase in the number of particles attached to the substrate were observed.
[0059]
Example 3
A mixed powder in which zinc oxide powder and aluminum oxide powder are mixed at a weight ratio of 98: 2 is placed in a press mold, and 300 kg / cm.23 ton / cm2A ZAO compact was produced by CIP treatment (cold isostatic pressing) at Next, this ZAO compact was sintered under normal pressure at 1500 ° C. for 5 hours in an oxygen atmosphere to obtain a ZAO sintered compact of 110 mmφ × 6.5 mmt.
[0060]
This sintered body was machined to obtain two sintered bodies each having a size of 5 inches × 3.5 inches × 5 mmt. Next, in order to improve the wettability of the ZAO sintered body with the indium solder and the In—Sn—Cu—Ga alloy during bonding, the bonding surface of the sintered body and the surface with respect to the clearance portion are previously Indium solder was applied using a sonic soldering iron.
[0061]
Thereafter, the ZAO sintered body and the backing plate were heated to 158 ° C. or higher, and then indium solder was applied to each joint surface. Next, these sintered bodies were arranged so that the clearance width of the divided portions was 0.4 mm, and then cooled to room temperature to obtain a target. The clearance width after cooling was 0.3 mm.
[0062]
Next, an alloy material to be filled in the divided portion was prepared. First, a low melting point alloy was prepared. These were mixed at 120 ° C. at a ratio of 62.5Ga: 21.5In: 16.0Sn (weight ratio) serving as a eutectic point of gallium, tin, and indium to obtain a low melting point alloy that was liquid at room temperature. The melting point of this low melting point alloy was 10 ° C.
[0063]
Subsequently, a commercially available 20 wt. A copper-tin alloy powder containing% tin was used and further pulverized to obtain a fine powder. The average particle size of the obtained alloy powder was 30 μm.
[0064]
Next, 50.0 parts by weight of the obtained low melting point alloy and 44.5 parts by weight of alloy powder were mixed at room temperature to form a paste, and filled in the clearance part of the ZAO target. The paste solidified completely after 48 hours.
[0065]
The obtained target was placed in a vacuum apparatus, and sputtering was performed under the following conditions.
[0066]
DC power: 5.2 W / cm2
Sputtering gas: Ar + O2
Gas pressure: 5 mTorr
O2/ Ar: 0.2%
A sputtering test was continuously carried out for 15 hours under the above conditions, but no increase in abnormal discharge due to divided parts and no increase in the number of particles attached to the substrate were observed.
[0067]
Comparative Example 2
In the same manner as in Example 2, a chromium target having a clearance of 0.3 mm was manufactured. However, nothing was filled in the clearance part.
[0068]
The obtained target was placed in a vacuum apparatus, and sputtering was performed under the same conditions as in Example 2. Many abnormal discharges were observed from the beginning of sputtering. In addition, the number of particles adhering to the substrate was large.
[0069]
Comparative Example 3
In the same manner as in Example 2, a chromium target having a clearance of 0.3 mm was manufactured. However, at the time of joining the target member and the backing plate, the clearance portion was also filled with indium solder.
[0070]
The obtained target was placed in a vacuum apparatus, and sputtering was performed under the same conditions as in Example 2. Up to 20 hours after the start of sputtering, there was little abnormal discharge and the number of particles adhering to the substrate was very small. However, the abnormal discharge and the number of particles attached to the substrate gradually increased from the time when 20 hours passed. When the target after the test was observed, the filled indium was sputtered faster than the surrounding chromium, and a new clearance was formed.
[0071]
Comparative Example 4
A ZAO target having a clearance of 0.3 mm was produced in the same manner as in Example 3. However, nothing was filled in the clearance part.
[0072]
The obtained target was placed in a vacuum apparatus, and sputtering was performed under the same conditions as in Example 3. From the beginning of sputtering, many abnormal discharges due to divided parts were observed. In addition, the number of particles adhering to the substrate was large.
[0073]
Comparative Example 5
A ZAO target having a clearance of 0.3 mm was produced in the same manner as in Example 3. However, at the time of joining the target member and the backing plate, the clearance portion was also filled with indium solder.
[0074]
The obtained target was placed in a vacuum apparatus, and sputtering was performed under the same conditions as in Example 3. Up to 7 hours after the start of sputtering, there was little abnormal discharge due to the divided portions, and the number of particles adhering to the substrate was very small. However, the abnormal discharge and the number of particles adhering to the substrate gradually increased from the time when 7 hours passed. When the target after the test was observed, the filled indium was sputtered faster than the surrounding chromium, and a new clearance was formed.
[0075]
Example 4
An ITO target in which the divided part was filled with an indium-tin-copper-gallium alloy was produced in the same manner as in Example 1. A thin film was prepared using the obtained target. Deposition conditions are
Substrate temperature: Room temperature
DC power: 5.2 W / cm2
Sputtering gas: Ar + O2
Gas pressure: 5 mTorr
O2/ Ar: 0.2%
Film thickness: 50 nm
The resistivity, transmittance, and etching rate of the obtained thin film were examined. The results are shown in Table 1.
[0076]
The resistivity was measured by a 4-probe method. The transmittance was measured as a value of a thin film alone using a spectrophotometer and a glass substrate as a reference.
[0077]
The etching rate was obtained by calculating from the amount of film loss after immersion of the thin film for 5 seconds using hydrochloric acid as the etching solution.
[0078]
Comparative Example 6
An ITO target in which nothing is filled in the divided portions is produced in the same manner as in Comparative Example 1, a thin film is produced in the same manner as in Example 4, and the resistivity, transmittance, and etching rate of the obtained thin film are adjusted. Examined. The results are shown in Table 1.
[0079]
From the results of Example 4 and Comparative Example 6 shown in Table 1, even when a target in which the divided portion is filled with indium-tin-copper-gallium alloy is used, thin film characteristics equivalent to those in which nothing is filled are obtained. It became clear that
[0080]
[Table 1]
Example 5
In the same manner as in Example 1, an ITO target having a clearance of 0.3 mm was manufactured.
[0082]
Next, an alloy material to be filled in the divided portion was prepared. First, a low melting point alloy was prepared. These were mixed at a rate of 75.5Ga: 24.5In (weight ratio) that is a eutectic of gallium and indium at 100 ° C. to obtain a liquid low-melting-point alloy.
[0083]
Next, a commercially available 20 wt. A copper-tin alloy powder containing% tin was used and further pulverized to obtain a fine powder. The average particle size of the obtained alloy powder was 30 μm.
[0084]
Next, 100 parts by weight of the obtained low melting point alloy and 107 parts by weight of the alloy powder were mixed at room temperature to form a paste, and filled in the clearance part of the ITO target. The paste solidified completely after 50 hours.
[0085]
The obtained target was placed in a vacuum apparatus, and sputtering was performed for 12 hours under the same conditions as in Example 1. Nodule was not generated in the clearance part.
[0086]
Example 6
In the same manner as in Example 1, an ITO target having a clearance of 0.3 mm was manufactured.
[0087]
Next, an alloy material to be filled in the divided portion was prepared. First, a low melting point alloy was prepared. These were mixed at 120 ° C. at a ratio of 62.5Ga: 21.5In: 16.0Sn (weight ratio) that is a eutectic of gallium, indium, and tin to obtain a liquid low-melting-point alloy.
[0088]
Next, 20 wt. The copper-germanium alloy powder containing 1% germanium was further pulverized to obtain a fine powder. The average particle size of the obtained alloy powder was 30 μm.
[0089]
Next, 50 parts by weight of the obtained low melting point alloy and 44.5 parts by weight of the alloy powder were mixed at room temperature to form a paste, and filled in the clearance part of the ITO target. The paste solidified completely after 48 hours.
[0090]
The obtained target was placed in a vacuum apparatus, and sputtering was performed for 12 hours under the same conditions as in Example 1. Nodule was not generated in the clearance part.
[0091]
【The invention's effect】
By using the multi-divided target of the present invention, even if the target has a divided portion, it is possible to reduce occurrence of abnormal discharge due to the divided portion and adhesion of particles due to abnormal discharge. In particular, when an ITO target is used, it is possible to effectively suppress the generation of nodules that are generated in the vicinity of the divided portions during sputtering.
[0092]
Furthermore, since the melting point of the filled metal is high, the effect is effective until the lifetime of the target, and the filling operation can be performed near room temperature, which facilitates the filling operation.
[0093]
Moreover, the resistivity, the transmittance, and the etching rate of the thin film obtained when the above technique is applied to the ITO target are the same as those of a thin film produced using a normal ITO target.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a state of a divided portion of a target when joining of a target member is completed.
FIG. 2 is a diagram illustrating a state of a target dividing unit when filling is completed.
[Explanation of symbols]
1: Backing plate
2: Bonding layer
3: Target material
4: Clearance
5: Filling part
Claims (19)
（１）スズと銅との合金を製造する工程
（２）インジウム、ガリウム、およびスズを混合して、接合剤より低い融点を有する低融点合金を製造する工程
（３）（１）で得られた合金と（２）で得られた低融点合金とを、低融点合金の融点以上で接合剤の融点以下の温度で混合・ペースト化する工程
（４）（３）で得られたペーストを各ターゲット部材間のクリアランスに充填する工程
（５）充填後、ペーストを固化させる工程
を有する多分割スパッタリングターゲットの製造方法。In the manufacturing method of the multi-split sputtering target configured by bonding a plurality of target members on a backing plate with a bonding agent,
(1) Step for producing an alloy of tin and copper (2) Steps for producing a low melting point alloy having a melting point lower than that of the bonding agent by mixing indium, gallium and tin (3) obtained in (1) (4) The paste obtained in (3) is mixed and pasted at a temperature not lower than the melting point of the low melting point alloy and not higher than the melting point of the bonding agent. A process for filling a clearance between target members (5) A method for producing a multi-split sputtering target comprising a step of solidifying a paste after filling.
（１）前記周期表の４族および８〜１１族の中から選ばれた少なくとも１つの金属成分と前記周期表の１３〜１５族の中から選ばれた少なくとも１つの金属成分との合金を製造する工程
（２）接合剤より低い融点を有する低融点合金を製造する工程
（３）（１）で得られた合金と（２）で得られた低融点合金とを、低融点合金の融点以上で接合剤の融点以下の温度で混合・ペースト化する工程
（４）（３）で得られたペーストを各ターゲット部材間のクリアランスに充填する工程
（５）充填後、ペーストを固化させる工程
を有する多分割スパッタリングターゲットの製造方法。In the manufacturing method of the multi-split sputtering target configured by bonding a plurality of target members on a backing plate with a bonding agent,
(1) Production of an alloy of at least one metal component selected from Group 4 and Groups 8 to 11 of the periodic table and at least one metal component selected from Groups 13 to 15 of the periodic table (2) Step of manufacturing a low melting point alloy having a melting point lower than that of the bonding agent (3) The alloy obtained in (1) and the low melting point alloy obtained in (2) are equal to or higher than the melting point of the low melting point alloy. Step (4) of mixing and pasting at a temperature lower than the melting point of the bonding agent (4) Step of filling the paste obtained in (3) into the clearance between the target members (5) Step of solidifying the paste after filling A method of manufacturing a multi-split sputtering target.
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