JPH093638A - スパッタリングターゲットおよびスパッタリング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】使用時間が長くなってもターゲット表面が黒色
化したり、突起が発生したりする林立黒化現象が発生し
ない長寿命化ターゲットの提供。 【構成】ターゲット材１とバッキングプレート５との間
に熱伝達係数を規定した導電性断熱層３を介在させたこ
とを特徴とするターゲット。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスパッタリングターゲッ
ト（以下単にターゲットという）およびスパッタリング
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ターゲットはターゲット材とバッキング
プレートとから構成され、従来、透明導電膜、薄膜磁気
ディスク、ガラスおよびフィルムの表面処理などのスパ
ッタリングによる薄膜製造の原料として広く用いられて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらのターゲット、
特にＩＴＯ（Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ ）においては、近年
使用上の問題として、その使用時間が長くなるに従っ
て、１）ターゲット材表面が黒色化する、２）突起が発
生したりする林立黒化現象が発生する、３）上記現象に
伴い膜形成速度が低下する、４）アーキングやパーティ
クルが発生する、という問題が知られている。

【０００４】これらの現象により、従来のターゲットを
用いると、長時間の成膜にわたって安定した高品質のＩ
ＴＯ膜が得られないという問題が生じている。このた
め、ＩＴＯ膜などのスパッタリング膜の成膜に際し、生
産性向上のために一定時間経過後にターゲット材表面の
黒色突起部を除去する必要がある。これと同様な問題
は、亜鉛酸化物や錫酸化物、特にシリサイド系のターゲ
ット材においても問題となりつつある。

【０００５】量産機として使用するスパッタリング装置
においては、上記の黒色突起物の除去作業の頻度が生産
性に大きく影響している。従って、上記除去作業が少な
いか、あるいは全く必要としないで、連続的に安定して
高品質のＩＴＯ膜が得られるような長寿命のターゲット
が望まれている。

【０００６】これらのターゲットの長寿命化対策として
ターゲットの高密度化が挙げられるが、高密度ターゲッ
トにおいても林立黒化現象が生じることが知られてい
る。

【０００７】そこで、特開平５−３４５９７３号公報に
おいては、ＩＴＯターゲット材を用いるスパッタリング
法による透明導電膜の製造法において、該ターゲット材
表面を２９０〜６００℃に加熱する透明導電膜の製造法
が提案されている。この製造法ではターゲット材表面の
加熱手段としてヒータ、ホットプレート、高周波誘導加
熱器、ランプ加熱、レーザービーム加熱などが例示され
ているが、これらの方法は現在一般的に使用されている
スパッタリング装置においては、汎用性やコスト面から
みても現実的でない。

【０００８】また、薄膜を形成するスパッタリングにお
いて、ターゲットを加熱する技術が特開平２−１６３３
６８号公報に記載されている。この技術では、テルルの
ような酸化しやすい金属において、プラズマにおけるテ
ルルと酸素との反応による酸化物反応速度の変化を是正
すべく、この反応に加えてターゲットを加熱することに
よって、テルルと酸素との熱による酸化反応を併用した
もので、極めて特殊な手段によるものであった。

【０００９】本発明の目的は、使用時間が長くなっても
ターゲット材表面が黒色化したり、突起が発生したりす
る林立黒化現象が発生せず、長時間の成膜にわたって安
定した高品質のスパッタリング膜の形成が可能で、低コ
ストで実用上用い得るターゲットと該ターゲットを用い
たスパッタリング方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、ターゲット材
とバッキングプレートとの間に、熱伝達係数が５．０〜
１２５０Ｗ／ｍ² ・Ｋである導電性断熱層を介在させた
ことを特徴とするスパッタリングターゲットと該ターゲ
ットを使用し、電力密度が０．２Ｗ／ｃｍ² 〜４．５Ｗ
／ｃｍ² の条件で行うことを特徴とするスパッタリング
方法を提供する。

【００１１】

【作用】本発明におけるターゲットにおいては、ターゲ
ット材とバッキングプレートとの間の熱伝達係数を５．
０〜１２５０Ｗ／ｍ² ・Ｋの範囲とし、この範囲の中か
らスパッタリング時の電力密度などの条件に応じて適切
な熱伝達係数を選択する。

【００１２】このようにすることによって、従来方法に
おけるターゲットと比べて、同一使用条件においてター
ゲットの温度をより上昇させることができるため、ター
ゲット使用時にアルゴンイオンによってたたき出された
ターゲット材物質のターゲット材へ再付着が抑制可能と
なり、再付着物などが原因と考えられるターゲット材の
表面黒化および突起物の生成を抑制することができる。

【００１３】また、上記現象に伴って生じる膜形成速度
の低下およびアーキングやパーティクルの発生を抑制あ
るいは消滅させることが可能である。

【００１４】従って上記現象の解消により、長時間にわ
たって安定した高品質のスパッタリング膜を成膜するこ
とが可能となる。

【００１５】通常のターゲットは、図８にその断面を示
すようにターゲット材１、接着層７およびバッキングプ
レート５から構成されている。これに対して本発明のタ
ーゲットは、図１（平面図）の断面図である図２に示す
ように、ターゲット材１とバッキングプレート５との間
に導電性断熱層３を形成し、該層を接着層２および４に
より固定した断面構造を有している。

【００１６】本発明のターゲットにおいて使用されるタ
ーゲット材としては、たとえば、ＭｏＳｉ₂ 、ＷＳｉな
どの金属珪化物、Ｉｎ₂ Ｏ₃ とＳｎＯ₂ を主成分とする
ＩＴＯ、ＺｎＯなどが挙げられるが、これらのうちでは
Ｉｎ₂ Ｏ₃ およびＳｎＯ₂ を主成分とするＩＴＯまたは
金属珪化物からなるターゲット材が好ましく使用され
る。

【００１７】上記材料から構成されるターゲット材は、
たとえば、厚み６ｍｍ程度で直径が１５０ｍｍ程度の円
板状であるが、ターゲットの使用目的によってその形状
や厚みは任意に変化させることができる。

【００１８】また、本発明のターゲットにおいて使用さ
れるバッキングプレート材としては、たとえば、銅（Ｃ
ｕ）やステンレスなどが挙げられるが、これらのうちで
はＣｕやＣｕ合金、特に無酸素銅が好ましく使用され
る。

【００１９】また、上記材料から構成されるバッキング
プレートは、通常上記ターゲット材と相似形であり、た
とえば、厚み１０ｍｍ程度で直径が２００ｍｍ程度の円
板状であるが、ターゲットの使用目的によってその形状
や厚みは任意に変化させることができる。

【００２０】また、以上のごときターゲットとバッキン
グプレートとの接着に使用する接着剤としては、たとえ
ば、黒鉛含有ペーストや、銀含有ペースト、インジウム
などが好ましく使用される。

【００２１】本発明においては、図２に示すように、上
記のごとき各材料を使用して、ターゲット１とバッキン
グプレート５との間に特定の熱伝達係数を有する導電性
断熱層３を形成し、該層を接着層２および４により固定
しターゲットを形成する。

【００２２】ターゲット材の接着固定方法としては、図
２における接着層４の部分はＩｎ系の低融点金属で接着
固定する方法が好ましい。この方法によれば、使用済み
ターゲット材の剥離が容易であるという利点がある。接
着層２の部分に関しては、この部分が１５０℃〜６００
℃前後の温度となるため、Ｉｎ系の合金は好ましくな
く、その他の導電性の粉末などを含有した接着剤が好ま
しい。

【００２３】本発明において解決しようとしている、従
来技術のターゲット材の林立黒化現象などのごとき成膜
時の種々の問題は、特に直流電流（ＤＣ）によるスパッ
タリング法において顕著である。ＤＣによるスパッタリ
ング法ではターゲット材とバッキングプレートとの間が
導電性であることを要する。このため本発明のターゲッ
トにおける断熱層３は導電性を有する必要がある。

【００２４】また、この導電性断熱層を形成する物質
は、気体、液体または固体のごとく物質の各状態におい
て使用可能ではあるが、真空中での使用および上記断熱
層の温度上昇があることから、固体物質を骨材としたも
のが適している。これらの固体物質としては樹脂、金属
または無機物などが挙げられる。本発明の目的を達成す
るためには、断熱層が部分的に１５０℃〜６００℃の高
温となるため、シリコン樹脂、ポリイミド樹脂、弗素樹
脂などの耐熱性樹脂、金属または無機物からなる断熱層
が好ましい。

【００２５】一般的に、熱伝導率の低いもの、たとえ
ば、酸化物セラミックスは一般的に絶縁材料である。こ
れらの材料を断熱層として使用する場合には、これらの
材料中に導電性のある物質を混入させたり、あるいはタ
ーゲット端部などを利用して導通をとる必要がある。

【００２６】また、ターゲットを特に低電力密度で使用
する場合、本発明の目的を達成するためには、ターゲッ
ト材は低熱伝導率であることが必要となり、従って、断
熱層の骨材は多孔質もしくは断熱層自体を多層構造にす
ることが好ましい。

【００２７】また、上記断熱層あるいはターゲット材と
バッキングプレートとの間の間隔が大きくなるほど、タ
ーゲット材からバッキングプレートへの熱伝達が悪くな
るため、使用できる断熱材料が多岐にわたり選択可能と
なるが、スパッタリング装置の構造上、ターゲット材と
断熱層との間あるいは断熱層とバッキングプレートとの
間の間隔は、現実的には０ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲
である。これ以上の間隔を持たせるとすると装置の改造
などが必要となり現実的でない。

【００２８】導電性断熱層３の熱伝導率は、２．５×１
０^-3〜５０Ｗ／ｍ・Ｋであることが好ましく、熱伝導率
が２．５×１０^-3Ｗ／ｍ・Ｋ上記範囲未満であると、ス
パッタリング時のターゲット温度が、通常のスパッタリ
ング条件では上昇しすぎて、それによるターゲット材の
割れや幅射熱による基板への影響が避けられないなどの
理由で好ましくない。一方、熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ
を超えるとスパッタリング時に、スパッタリングが効率
的に行われる温度範囲までターゲットの温度が上昇しな
いので好ましくない。

【００２９】また、上記断熱層と、その両面に配置され
る接着層とのトータルとして、ターゲット材とバッキン
グプレートとの間の熱伝達係数を５．０〜１２５０Ｗ／
ｍ²・Ｋとするのが好ましい。上記熱伝達係数が５．０
Ｗ／ｍ² ・Ｋ未満であると、スパッタリング時のターゲ
ット温度が通常のスパッタリング条件では上昇しすぎ
て、ターゲット材の割れや幅射熱による基板への影響が
避けられないなどの理由で好ましくない。一方、熱伝達
係数が１２５０Ｗ／ｍ² ・Ｋを超えると、スパッタリン
グ時にスパッタリングが有効に行われる温度範囲までタ
ーゲットの温度が上昇しないので好ましくない。

【００３０】スパッタリングにおいては、ターゲットの
温度、特にエロージョン領域の温度は、スパッタリング
時に投入される電力密度、ターゲット材、接着層（層数
＝ｎ層）、バッキングプレートの各々の熱伝導率、ター
ゲット材と接着層との間、接着層とバッキングプレート
との間、バッキングプレートと冷却水との間の各々の熱
伝達係数および冷却水の温度によって大きく支配される
ので、これらの要因に基づいて上記ターゲット材とバッ
キングプレートとの間の熱伝達係数（または断熱層の熱
伝導率）を上記範囲内において種々変更することが好ま
しい。上記各要因の関係は（１）式によって簡易的に表
される。

【００３１】

【化１】

【００３２】ここで、Ｑは電力密度（Ｗ／ｍ² ＝１０⁴
Ｗ／ｃｍ² ）、ｈｗは冷却水とバッキングプレートとの
間の熱伝達係数（Ｗ／ｍ² ・Ｋ）、ｈ０はターゲット材
とバッキングプレートとの間の熱伝達係数（Ｗ／ｍ² ・
Ｋ）、ｘｉはターゲット材、接着層、バッキングプレー
トなど、ターゲットを構成する各構成材の厚さ（ｍ＝１
０³ ｍｍ）、λi は各構成材の熱伝導率（Ｗ／ｍ・
Ｋ）、Ｔｓはターゲット材の表面温度（Ｋ）、Ｔｗは冷
却水のバッキングプレート界面の温度（Ｋ）である。
（１）式を移衡すると、（２）式となり、ターゲット材
の温度がターゲットの構成材の熱伝達係数および／また
は熱伝導率、電力密度、冷却水の温度により制御できる
ことが明らかである。

【００３３】

【化２】

【００３４】ここで、電力密度はターゲット材の材質お
よびスパッタリングにより、目的物すなわち基板上に形
成される膜の使用目的および用途により決定される。ま
た、冷却水の温度は、それに起因するターゲット材の割
れや脱落などの制約により、通常２０℃前後の循環水を
使用しているため、ターゲット材および電力密度がわか
れば、容易に接着層の熱伝達係数などを制御した接着層
が特定できる。

【００３５】冷却水の温度を著しく高くすると、本発明
の条件を逸脱する。しかし、それに起因するターゲット
材の割れや、脱落、基板の輻射熱による影響が大きくな
るなどの理由から冷却水温度の上限は制約される。ま
た、冷却液温を著しく低くする、たとえば、液体窒素の
ようなものを用いれば、本発明の条件を逸脱するが、こ
れは現実的ではない。

【００３６】従って、たとえば、スパッタリング時の電
力密度が０．２Ｗ／ｃｍ² 以上０．６Ｗ／ｃｍ² 未満に
おいては、本発明のターゲットのターゲット材とバッキ
ングプレートとの間の熱伝達係数は５．０Ｗ／ｍ² ・Ｋ
以上３７．５Ｗ／ｍ² ・Ｋ以下が好ましい。

【００３７】電力密度が０．６Ｗ／ｃｍ² 以上１．４Ｗ
／ｃｍ² 未満においては、本発明のターゲットのターゲ
ット材とバッキングプレートとの間の熱伝達係数が１
２．５Ｗ／ｍ² ・Ｋ以上７５．０Ｗ／ｍ² ・Ｋ以下が好
ましい。

【００３８】電力密度が１．４Ｗ／ｃｍ² 以上２．０Ｗ
／ｃｍ² 未満においては、本発明のターゲットのターゲ
ット材とバッキングプレートとの間の熱伝達係数が２５
Ｗ／ｍ² ・Ｋ以上１２５Ｗ／ｍ² ・Ｋ以下が好ましい。

【００３９】電力密度が２．０Ｗ／ｃｍ² 以上４．５Ｗ
／ｃｍ² 未満においては、本発明のターゲットのターゲ
ット材とバッキングプレートとの間の熱伝達係数が３
７．５Ｗ／ｍ² ・Ｋ以上１２５０Ｗ／ｍ² ・Ｋ以下が好
ましい。

【００４０】なお、スパッタリングの他の条件は従来技
術と同様であり特に限定されることはない。

【００４１】

【実施例】

［実施例１］Ｉｎ₂ Ｏ₃ にＳｎＯ₂ を１０重量％添加し
た密度９５％のＩＴＯターゲット材１を用い、図２のよ
うに、熱伝導率が２５Ｗ／ｍ・Ｋで厚さ１ｍｍの金属Ｔ
ｉを断熱層３として介在させ、上記断熱層３とＩＴＯタ
ーゲット材１との間は、シリカとアルミニウムを基材と
する接着剤２で接着し、かつ断熱層３とＣｕ製バッキン
グプレート５との間は０．２ｍｍの厚みのＩｎを用いて
接着して本発明のターゲットとした。このターゲット材
１とバッキングプレート５との間の熱伝達係数は７０Ｗ
／ｍ² ・Ｋであった。

【００４２】上記ターゲットを用いて、電力密度１．０
Ｗ／ｃｍ² およびスパッタ圧力５ｍｍｔｏｒｒでスパッ
タリングを行った。４０時間連続使用後のターゲット材
１表面を評価し、そのエロージョン部分の模式図を図３
に示す。図３から明らかなように、エロージョン付近の
突起は、比較例１の結果を示す図７と比較して低減して
いた。

【００４３】［実施例２］実施例１と同様のＩＴＯター
ゲット材１を用い、熱伝導率が５．０Ｗ／ｍ・Ｋで厚さ
３ｍｍの黒鉛ペーストを塗布したＳｉＯ₂ とＡｌ₂ Ｏ₃
系のセラミックスを断熱層３として介在させた以外は、
実施例１と同様にして本発明のターゲットとした。この
ターゲット材１とバッキングプレート５との間の熱伝達
係数は２５Ｗ／ｍ² ・Ｋであった。それ以外の条件は実
施例１と同様とした。実施例１と同様に４０時間連続使
用後のターゲット材１表面を評価し、そのエロージョン
部分の模式図を図４に示す。図４から明らかなように、
エロージョン付近の突起の発生は確認できなかった。

【００４４】［実施例３］実施例１と同様のＩＴＯター
ゲット材１を、図２のように、比抵抗０．１Ω／ｃｍの
導電性を付与した厚さ１ｍｍのＰＴＦＥ（ポリテトラフ
ルオロエチレン）を断熱層３として介在させ、上記断熱
層３とＩＴＯターゲット材１との間は、炭素を基材とす
る接着剤を接着層２として０．２ｍｍ、上記断熱層３と
バッキングプレート５との間は接着層４としてＩｎ
０．２ｍｍ使用してそれぞれ接着して本発明のターゲッ
トとした。このターゲット材１とバッキングプレート５
との間の熱伝達係数は１０００Ｗ／ｍ² ・Ｋであった。

【００４５】また、電力密度を４．０Ｗ／ｃｍ² とした
以外は、実施例１と同様にしてスパッタリングを行っ
た。４０時間連続使用後のターゲット材１表面を評価
し、そのエロージョン部分の模式図を図５に示す。図５
から明らかなように、エロージョン付近の突起は、図７
と比較して低減していた。

【００４６】［実施例４］ＷＳｉ₂ ターゲット材を用
い、熱伝導率が５．０Ｗ／ｍ・Ｋで厚さ３ｍｍの黒鉛ペ
ーストを塗布したＳｉＯ₂ とＡｌ₂ Ｏ₃ 系のセラミック
スを断熱層３として介在させた以外は実施例１と同様に
して本発明のターゲットとした。このターゲット材１と
バッキングプレート５との間の熱伝達係数は２５Ｗ／ｍ
² ・Ｋであった。それ以外の条件は実施例１と同様にし
てスパッタリングを行った。４０時間連続使用後のター
ゲット表面を評価し、そのエロージョン部分の模式図を
図６に示す。図６から明らかなように、エロージョン付
近の突起の発生は確認できなかった。

【００４７】［比較例１］実施例１と同様のＩＴＯター
ゲット材を、図８のように断熱層３を介在させず、バッ
キングプレート５に接着させた。このターゲットを用い
てスパッタリングを行い基板上にＩＴＯ膜を成膜した。
このターゲット材１とバッキングプレート５との間の熱
伝達係数は１２５００Ｗ／ｍ² ・Ｋであった。また、ス
パッタリング時の電力密度は２．５Ｗ／ｃｍ² で、スパ
ッタ圧力は５ｍｍｔｏｒｒである。４０時間連続使用後
のターゲット材１表面を評価し、そのエロージョン部分
の模式を図７に示す。図７から明らかなように、エロー
ジョン付近に多数の突起が発生し、林立黒化が発生して
いた。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、従来のＩＴＯターゲッ
トなどのスパッタリング時に発生する黒色突起物の発生
に起因する膜形成速度の低下を防止することができ、ま
た、アーキングやパーティクを防止および抑制すること
ができる。従って本発明によれば、ターゲットをクリー
ニングすることなしに、良好な一定の特性を有する薄膜
を連続的に製造できる。

【００４９】以上により、スパッタリング製膜にかかる
ランニングコストを大幅に低減でき、しかも、その効果
がターゲット側の改良により可能となるため、装置の改
良、改造などのコストも必要なく、スパッタリング薄膜
を安価に供給することができる。

【００５０】また、ターゲット材と断熱層との接合を室
温で行うことも可能であるため、接合に要する費用も初
回以降は大幅に低減することができる、すなわち、ター
ゲットコストの上昇を抑制できるばかりか、ターゲット
のコストダウンが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のターゲットの平面図

【図２】実施例１のターゲットの断面図

【図３】実施例１の４０時間使用後のターゲット表面の
模式図

【図４】実施例２の４０時間使用後のターゲット表面の
模式図

【図５】実施例３の４０時間使用後のターゲット表面の
模式図

【図６】実施例４の４０時間使用後のターゲット表面の
模式図

【図７】比較例１の４０時間使用後のターゲット表面の
模式図

【図８】従来例のターゲットの断面図

【符号の説明】

１：ターゲット材 ２：ターゲット材と断熱層間の接着層 ３：断熱層 ４：断熱層とバッキングプレート間の接着層 ５：バッキングプレート ６：黒色突起物（ノジュール） ７：ターゲット材とバッキングプレート間の接着層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ターゲット材とバッキングプレートとの間
   に、熱伝達係数が５．０〜１２５０Ｗ／ｍ² ・Ｋである
   導電性断熱層を介在させたことを特徴とするスパッタリ
   ングターゲット。
2. 【請求項２】導電性断熱層の熱伝導率が２．５×１０^-3
   Ｗ／ｍ・Ｋ以上５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である請求項１に記
   載のスパッタリングターゲット。
3. 【請求項３】導電性断熱層が、シリコン樹脂、ポリイミ
   ド樹脂、弗素樹脂、金属および無機物からなる群から選
   ばれる少なくとも１種を骨材として含有している請求項
   １または２に記載のスパッタリングターゲット。
4. 【請求項４】ターゲット材が、Ｉｎ₂ Ｏ₃ とＳｎＯ₂ を
   主成分とするＩＴＯ（Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ ）、ＺｎＯ
   および金属珪化物からなる群から選ばれる少なくとも１
   種の材料で構成されている請求項１〜３のいずれか１項
   に記載のスパッタリングターゲット。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項に記載のスパ
   ッタリングターゲットを使用し、電力密度が０．２Ｗ／
   ｃｍ² 〜４．５Ｗ／ｃｍ² の条件でスパッタリングを行
   うことを特徴とするスパッタリング方法。