ターゲット、およびこれを備えた成膜装置
【課題】焼結体のターゲットであっても、ランニングコストを低減することが可能なターゲット、およびこれを備えた成膜装置を提供する。
【解決手段】クランプ２７によって冷却板２２に固定されるターゲット２５は、金属粉体としてのＺｎの粉体と、Ｚｎの融点よりも融点が高い金属酸化物としてのＺｎＯの粉体とを含む混合物が、ｔ０＜Ｔ＜ｔ１（ただし、上記式中、ｔ０はＺｎの融点、ｔ１はＺｎＯの融点または昇華点である）で表される焼結温度Ｔで焼結された亜酸化物の焼結体である。
【解決手段】クランプ２７によって冷却板２２に固定されるターゲット２５は、金属粉体としてのＺｎの粉体と、Ｚｎの融点よりも融点が高い金属酸化物としてのＺｎＯの粉体とを含む混合物が、ｔ０＜Ｔ＜ｔ１（ただし、上記式中、ｔ０はＺｎの融点、ｔ１はＺｎＯの融点または昇華点である）で表される焼結温度Ｔで焼結された亜酸化物の焼結体である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターゲット、およびこれを備えた成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
成膜装置に用いられるターゲットとしては、特許文献１に示されるような、例えばインジウム等の接着剤によって保持部材（ターゲット電極）に固定されたもの（以下、「ボンディングターゲット」と示す）が知られている。しかしながら、このようなボンディングターゲットにおいては、消耗したターゲットを交換するために、ターゲットに接着されている保持部材も一緒に交換する必要がある。このため、その交換には時間およびコストを要するという問題があった。
【０００３】
このような問題を解決するものとして、特許文献２に示すような、保持部材の上面に載置し、クランプによって保持部材（ターゲットホルダ）に固定するターゲット（以下、「ボンディングレスターゲット」と示す）に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２９１３８２号公報
【特許文献２】特開２００４−１９３０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記に示すようなボンディングレスターゲットにおいては、ターゲットはクランプによって保持部材に押さえ付けられるので、クランプによる押さえ付け部分が、この押さえ付けに耐え得る強度を有している必要がある。しかし、一般的に耐割れ性に乏しい焼結体のターゲットでは、前述の強度を確保することが難しい。このため、焼結体のターゲットは、インジウム等の接着剤によって保持部材に固定されるボンディングターゲットが採用され、ターゲットの交換に時間およびコストを要するという問題は解消されないままであった。
【０００６】
本発明は、焼結体のターゲットであっても、ランニングコストを低減することが可能なターゲット、およびこれを備えた成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明のターゲットは、クランプによって保持部材に固定されるターゲットであって、金属の粉体と、金属の融点よりも融点が高い金属酸化物の粉体とを含む混合物が、ｔ０＜Ｔ＜ｔ１（ただし、上記式中、ｔ０は金属の融点、ｔ１は金属酸化物の融点または昇華点である）で表される焼結温度Ｔで焼結された、亜酸化物の焼結体であることを特徴としている。
【０００８】
このようなターゲットでは、金属を構成成分として含まない焼結体のターゲットに比べて耐割れ性が高くなるので、クランプによる押さえ付けによってターゲットが損傷するおそれを低減することができる。この結果、焼結体のターゲットであっても、ターゲットの交換時には、保持部材を含めたターゲット装置全体を交換せずにターゲットのみを交換することが可能となり、ランニングコストを低減することができる。
【０００９】
また、金属は、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｉｎ、ＡｌおよびＧａのいずれかであることが好ましい。これにより、金属の粉体と金属酸化物の粉体との混合物を上記焼結温度Ｔの条件で焼結することが容易となる。
【００１０】
また、この焼結体では、保持部材に接触する接触面と平行である面内方向における外側端部が、中央部と比べて金属酸化物に対する金属の成分割合が高いことが好ましい。これにより、ターゲットの面内方向における外側端部の耐割れ性を中央部よりも高めたターゲットを形成することができる。この結果、クランプによって押さえ付けられる部分の耐割れ性を高めることができるので、クランプによってターゲットを固定する際にターゲットが損傷するおそれをより低減することができる。
【００１１】
また、焼結体の体積抵抗率が０．０５Ω・ｍ以下であることが好ましい。これにより、スパッタリングを実施する際には、直流スパッタ法あるいは交流スパッタ法によるスパッタリングを実施することができる程度にターゲットの導電性を確保することができる。この結果、安定な放電を確保することが可能となる。
【００１２】
また、焼結体の焼結相対密度が９０％以上であることが好ましい。「焼結相対密度」とは、内部に空隙が無いターゲットと比較した容積の比率をいう。一般的に空隙量が多いと、ターゲット表面の凹凸が顕著となりスパッタリング時におけるパーティクルやアークの発生の原因となる。このようなターゲット装置では、空隙量を低減させることができるので、スパッタリング時におけるパーティクルやアークの発生を防止することができ、高品質な薄膜を生成することが可能となる。
【００１３】
また、金属酸化物を構成する金属元素がＺｎであってもよい。これにより、耐割れ性に優れたセラミックスのターゲットを容易に形成することが可能となる。
【００１４】
本発明の成膜装置は、ターゲットに含まれる成膜材料を基板に付着させることにより成膜を行う成膜装置であって、真空容器と、真空容器内において上述したターゲットを保持する保持部材と、ターゲットと保持部材とを固定するクランプと、を備えていることを特徴としている。
【００１５】
このような成膜装置においては、ターゲットは、単体の金属を構成成分として含まない焼結体のターゲットに比べて耐割れ性が確保されているので、クランプによって保持部材に固定することができる。この結果、焼結体のターゲットであっても、ターゲットの交換時には、保持部材を含めたターゲット装置全体を交換せずにターゲットのみを交換することが可能となり、ランニングコストを低減することができる。
【００１６】
また、保持部材とターゲットとの間には、保持部材およびターゲットの互いの対向面に接触する熱伝導性薄膜部材が配置されていることが好ましい。ここで、保持部材には、ターゲットを接触して冷却する冷却板が用いられることがある。このとき、ターゲットおよび保持部材が互いに接触する表面に凹凸がある場合でも、導電性薄膜部材が、互いに対向する面の間に形成される空隙を埋めるので、ターゲットと保持部材との接触面積が十分に確保されるようになる。この結果、ターゲットと保持部材との間の良好な熱伝導性を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のターゲット、およびこれを備えた成膜装置によれば、焼結体のターゲットであっても、ランニングコストを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係るターゲットを含む成膜装置の構成を示す側面断面図である。
【図２】図１のターゲットを示す側面断面図である。
【図３】本実施形態に係るターゲットの製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係るターゲットの好適な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００２０】
図１は、本実施形態に係るターゲットを備えた成膜装置の構成を示す側面断面図である。図１中には、ＸＹＺ直交座標系が示され、Ｚ軸方向が上下方向に対応する。図２は、図１に示すターゲット装置を示す側面断面図である。
【００２１】
本実施形態に係るターゲット２５は、いわゆるスパッタリング法により成膜を行う装置に適用することができる。このような成膜装置１は、図１に示すように、真空容器１０、電源１１、排気機構１２、ガス導入機構１３、基板ホルダ３およびターゲット装置２を主に備えている。
【００２２】
真空容器１０は、導電性の材料から形成されており、後述する電源１１によりプラスの電圧が印加される。電源１１は、真空容器１０をプラスの電圧に印加し、ターゲット２５にマイナスの電圧を印加する。排気機構１２は、図示しない真空ポンプとバルブとを含んでおり、真空容器１０の外側に配置されている。排気機構１２は、真空容器１０内を成膜に必要な状態にまで減圧する。ガス導入機構１３は、真空容器１０の外側に配置されている。ガス導入機構１３は、スパッタリングに使用されるＡｒ等のガスにＯ２ガス等の酸化性ガスを加えたガスを真空容器１０内部へ導入する。基板ホルダ３は、真空容器１０の内壁に取り付けられており、上下方向（図１に示すＺ軸）おいて後述するターゲット装置２と対向する位置に配置されている。基板ホルダ３は、基板３１を固定する部材であって、基板ホルダ３の上面に基板３１を取り付ける。また、基板３１は、真空容器１０および基板ホルダ３を介して電源１１によりマイナスの電圧が印加される。
【００２３】
ターゲット装置２は、真空容器１０の内部に配置されており、図２に示すように、インシュレータ２１、冷却板（保持部材）２２、グラファイトシート（熱伝導性薄膜部材）２４、ターゲット２５、クランプ２７およびターゲットシールド２８を備えている。
【００２４】
インシュレータ２１は、真空容器１０と後述する冷却板２２との間に配置されており、真空容器１０とターゲット２５が固定されている冷却板２２とを絶縁している。これにより、真空容器１０とターゲット２５との電位差が確保される。
【００２５】
冷却板２２は、インシュレータ２１を介して真空容器１０の内壁に取り付けられている。冷却板２２の内部には、配管（図示せず）が、図２に示すＸＹ平面に対して二次元状に配置されている。配管の内部に冷却液が流れることで、冷却板２２自体を冷却する。なお、冷却板２２は、例えば、銅やアルミニウムといった熱伝導性に優れた金属材料からなることが好ましい。また、冷却板２２がアルミニウムからなる場合には、その表面にアルマイト処理がなされていればより好適である。また、冷却板２２に用いられる冷却液としては、水よりも凝固点が低い液体（例えば、フロリナートやガルデンなど）が好ましい。また、配管は、例えば、銅やアルミニウムといった熱伝導性に優れた金属材料からなることが好ましい。
【００２６】
ターゲット２５は、薄膜材料の１つであるＺｎＯを含んで形成されている。ターゲット２５は、成膜装置１において陰極に設定される。そして、成膜装置１において陽極として設定される真空容器１０とターゲット２５との間に電圧が印加されると、発生するプラズマ中のイオンがターゲット２５に向けて加速し、このイオンがターゲット２５に衝突するようになる。そして、この衝突により弾き出されたＺｎＯ構成原子等を基板３１上に付着・堆積させることにより薄膜が形成される。
【００２７】
ターゲット２５は、金属の粉体としてのＺｎ粉体と、Ｚｎの融点よりも融点が高い金属酸化物の粉体としてのＺｎＯ粉体とが、Ｚｎの融点よりも高く、ＺｎＯの融点または昇華点よりも低い温度で焼結された亜酸化物の焼結体（セラミックス）である。ここでいう亜酸化物とは、金属元素の酸化数から期待されるより少ない数の酸素を含むもの、すなわち、酸素欠損（セラミックスの化学量論組成に比して）を起こしたものをいう。このターゲット２５では、Ｚｎを構成成分として含まない焼結体のターゲットに比べて耐割れ性が高くなるので、クランプの押さえ付けによってターゲットが損傷するおそれを低減することができる。なお、金属の粉体としては、金属酸化物（ＺｎＯ）を構成する元素（Ｚｎ）と同じものだけでなく、例えば、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａ等の元素が含まれる粉体を用いることも可能である。また、金属酸化物の粉体に２種類以上の金属の粉体を混合して焼結してもよい。
【００２８】
また、ターゲット２５は、当該ターゲット２５の面内方向における外側端部から５ｍｍ程度の領域である外縁部２６が、ターゲット２５の中央部と比べて金属酸化物ＺｎＯに対する金属Ｚｎの容量比（成分割合）が高く形成されている。これにより、このターゲット２５では、外縁部２６の耐割れ性が中央部の耐割れ性と比べて優れている。これにより、クランプ２７によって押さえ付けられる部分である外縁部２６の耐割れ性をより高めることができ、クランプ２７によってターゲット２５が冷却板２２に固定される際にターゲット２５が損傷するおそれをより確実に低減することができる。なお、このターゲット２５では、ターゲット２５の中央部よりも外縁部２６における金属酸化物ＺｎＯに対する金属Ｚｎの重量比（成分割合）を高くしても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００２９】
また、ターゲット２５は、体積抵抗率が０．０５Ω・ｍ以下となるように形成されている。これにより、直流電源でスパッタリングすることが十分に可能となり、十分な成膜速度を得ることができる。また、ターゲット２５は、焼結相対密度が９０％以上となるように形成されている。このため、ターゲット２５における空隙量が低減され、ターゲット２５の表面に形成される凹凸が抑制される。この結果、パーティクルの発生やアークの発生を防止することが可能となり、高品質な薄膜を形成することができる。
【００３０】
グラファイトシート２４は、熱伝導性薄膜部材の１種であり、冷却板２２と後述するターゲット２５との間に配置されている。ここで、冷却板２２およびターゲット２５の表面には凹凸が形成されている場合があり、互いの面が接する部分には多くの空隙が形成される場合がある。グラファイトシート２４は、このような空隙を埋めることにより、ターゲット２５と冷却板２２との接触面積を十分に確保し、ターゲット２５から冷却板２２への伝熱効率を高めることができる。
【００３１】
クランプ２７は、ボルト等（図示せず）によって冷却板２２に固定されている。クランプ２７は、ターゲット２５を冷却板２２に押し付けて、ターゲット２５を冷却板２２に固定している。また、クランプ２７は、ターゲット２５の外縁部２６と当接して、ターゲット２５を冷却板２２に押し付けている。
【００３２】
ターゲットシールド２８は、絶縁物（図示せず）を介して真空容器１０の内壁に固定されており、ターゲット２５の外縁部２６と対向する位置に配置されている。ターゲットシールド２８は、冷却板２２における露出部（ターゲット２５により覆われていない部分）やクランプ２７に膜が形成されるのを防止している。
【００３３】
次に、図３を参照しながら、本実施形態に係るターゲットの製造方法について説明する。図３は、本実施形態に係るターゲットの製造方法を示すフローチャートである。
【００３４】
本実施形態に係るターゲットの製造方法は、図３に示すように、まず、金属の粉体であるＺｎ粉体と、金属酸化物の粉体であるＺｎＯ粉体とを同時秤量する（ステップＳ１）。このときのＺｎＯ粉体の粒径は１〜１５μｍ、Ｚｎ粉体の粒径は、ＺｎＯ粉体の粒径よりも大きく、１０〜１００μｍである。
【００３５】
次に、Ｚｎ粉体とＺｎＯ粉体と外径の異なるボールとを樽状の容器に投入する。次に、当該容器を回転（ボールミル混合）させることによりＺｎ粉体とＺｎＯ粉体とを混合する（ステップＳ２：混合工程）。次に、ステップＳ２において混合されたＺｎ粉体、ＺｎＯ粉体およびボールをふるいにかけ、混合されたＺｎ粉体およびＺｎＯ粉体からボールを分離する（ステップＳ３）。
【００３６】
次に、混合されたＺｎ粉体およびＺｎＯ粉体を成型用型枠であるカーボン製のカーボン型に充填し、パンチによる加圧と同時に加熱して焼結（ホットプレス）する（ステップＳ４：焼結工程）。具体的には、インサートダイスを内挿可能な管状のアウターダイスに、Ｚｎ粉体およびＺｎＯ粉体を充填する充填部を有するインサートダイスを内挿する。そして、充填部に充填されたＺｎ粉体およびＺｎＯ粉体を、油圧ピストンによって荷重が加えられるパンチによって上下方向から加圧する。また、加圧と同時に、アウターダイスの外側に配置されたコイルにより高周波誘導加熱を行う。本実施形態では、不活性ガスであるアルゴンガス雰囲気中で焼結工程を実施することにより、Ｚｎ粉体が酸化して金属酸化物のＺｎＯ（II）になることを防止している。
【００３７】
このようにして形成された亜酸化物の焼結体は、金属としてのＺｎを含んでいるので、金属酸化物としてのＺｎＯのみで形成される焼結体に比べて耐割れ性に優れている。
【００３８】
また、ステップＳ４における焼結工程は、下記式を満たす焼結温度Ｔ、すなわち、Ｚｎの融点ｔ０よりも高く、ＺｎＯの融点または昇華点ｔ１よりも低い温度で焼結される。
ｔ０＜Ｔ＜ｔ１
（上記式中、ｔ０はＺｎの融点、ｔ１はＺｎＯの融点または昇華点）
【００３９】
したがって、例えば充填部を形成するインサートダイスの内周面に溝部を形成することによって、焼結工程において、溶融したＺｎが、この溝部に移動するようになる。これにより、充填部における中心部よりも、溝部の形成されたインサートダイスの内周面に接する充填部の外側部分にＺｎが集中するようになる。これにより、充填部に充填されたＺｎ粉体およびＺｎＯ粉体を焼結した焼結体は、面内方向において中央部よりも外縁部の方がＺｎＯに対するＺｎの容量比が高くなる。これにより、このターゲットでは、ターゲットの面内方向における中央部と比べて外縁部の耐割れ性を高めることができる。
【００４０】
以上に説明した本実施形態のターゲット２５は、金属の粉体としてのＺｎ粉体と、Ｚｎの融点よりも融点が高い金属酸化物としてのＺｎＯ粉体とが、Ｚｎの融点ｔ０よりも高く、ＺｎＯの融点または昇華点ｔ１よりも低い温度Ｔで焼結された亜酸化物の焼結体であるので、Ｚｎを構成成分として含まない焼結体と比べて耐割れ性が高くなる。このため、クランプ２７によって冷却板２２にターゲット２５を取り付ける場合であっても、クランプ２７の押さえ付けによってターゲット２５が損傷するおそれを低減することができる。この結果、焼結体のターゲット２５であっても、ターゲット２５の交換時には、ターゲット２５のみを交換することが可能となるので、ランニングコストを低減することが可能となる。
【００４１】
なお、本実施形態のターゲット２５が従来の金属酸化物の粉体のみで焼結された焼結体に比べて耐割れ性が高くなる１つの理由として以下のことが考えられる。すなわち、一般的に熱伝導特性および電気伝導特性は、金属酸化物、亜酸化物、金属の順番で優れていく。このため、亜酸化物の焼結体のターゲット２５は、スパッタ熱を冷却板２２に伝えやすくなり、冷却されやすくなる。このため、スパッタリング時におけるターゲット２５の温度差が小さくなって耐割れ性が向上すると考えられる。
【００４２】
以上、本発明を上記実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で以下のような様々な変形が可能である。
【００４３】
上記実施形態では、金属としてのＺｎ粉体と金属酸化物としてのＺｎＯ粉体とを焼結した亜酸化物の焼結体であるターゲット２５を例として説明したがこれに限定されるものではない。例えば、金属としてのＺｎ粉体と、金属酸化物としてのＺｎＯ粉体およびＭｇＯ粉体とを焼結した亜酸化物の焼結体であるターゲットであってもよい。金属と当該金属の融点よりも融点が高い金属酸化物との組み合わせを満たすという条件であれば、例えばＺｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａのいずれかの金属および金属酸化物を混合して焼結される亜酸化物の焼結体であってもよい。また、上述した条件であれば、金属としての元素と金属酸化物を構成する金属元素とが互いに異なっていてもよい。
【００４４】
また、上記実施形態においては、ターゲット２５が、いわゆるスパッタリング法により成膜を行う装置に適用された例を用いて説明したが、これに限定されるものではなく、例えばＲＰＤ法（反応性プラズマ蒸着法）により成膜を行う装置に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１…成膜装置、２…ターゲット装置、３…基板ホルダ、１０…真空容器、１１…電源、１２…排気機構、１３…ガス導入機構、２１…インシュレータ、２２…冷却板、２４…グラファイトシート、２５…ターゲット、２６…外縁部、２７…クランプ、２８…ターゲットシールド、３１…基板。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターゲット、およびこれを備えた成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
成膜装置に用いられるターゲットとしては、特許文献１に示されるような、例えばインジウム等の接着剤によって保持部材（ターゲット電極）に固定されたもの（以下、「ボンディングターゲット」と示す）が知られている。しかしながら、このようなボンディングターゲットにおいては、消耗したターゲットを交換するために、ターゲットに接着されている保持部材も一緒に交換する必要がある。このため、その交換には時間およびコストを要するという問題があった。
【０００３】
このような問題を解決するものとして、特許文献２に示すような、保持部材の上面に載置し、クランプによって保持部材（ターゲットホルダ）に固定するターゲット（以下、「ボンディングレスターゲット」と示す）に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２９１３８２号公報
【特許文献２】特開２００４−１９３０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記に示すようなボンディングレスターゲットにおいては、ターゲットはクランプによって保持部材に押さえ付けられるので、クランプによる押さえ付け部分が、この押さえ付けに耐え得る強度を有している必要がある。しかし、一般的に耐割れ性に乏しい焼結体のターゲットでは、前述の強度を確保することが難しい。このため、焼結体のターゲットは、インジウム等の接着剤によって保持部材に固定されるボンディングターゲットが採用され、ターゲットの交換に時間およびコストを要するという問題は解消されないままであった。
【０００６】
本発明は、焼結体のターゲットであっても、ランニングコストを低減することが可能なターゲット、およびこれを備えた成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明のターゲットは、クランプによって保持部材に固定されるターゲットであって、金属の粉体と、金属の融点よりも融点が高い金属酸化物の粉体とを含む混合物が、ｔ０＜Ｔ＜ｔ１（ただし、上記式中、ｔ０は金属の融点、ｔ１は金属酸化物の融点または昇華点である）で表される焼結温度Ｔで焼結された、亜酸化物の焼結体であることを特徴としている。
【０００８】
このようなターゲットでは、金属を構成成分として含まない焼結体のターゲットに比べて耐割れ性が高くなるので、クランプによる押さえ付けによってターゲットが損傷するおそれを低減することができる。この結果、焼結体のターゲットであっても、ターゲットの交換時には、保持部材を含めたターゲット装置全体を交換せずにターゲットのみを交換することが可能となり、ランニングコストを低減することができる。
【０００９】
また、金属は、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｉｎ、ＡｌおよびＧａのいずれかであることが好ましい。これにより、金属の粉体と金属酸化物の粉体との混合物を上記焼結温度Ｔの条件で焼結することが容易となる。
【００１０】
また、この焼結体では、保持部材に接触する接触面と平行である面内方向における外側端部が、中央部と比べて金属酸化物に対する金属の成分割合が高いことが好ましい。これにより、ターゲットの面内方向における外側端部の耐割れ性を中央部よりも高めたターゲットを形成することができる。この結果、クランプによって押さえ付けられる部分の耐割れ性を高めることができるので、クランプによってターゲットを固定する際にターゲットが損傷するおそれをより低減することができる。
【００１１】
また、焼結体の体積抵抗率が０．０５Ω・ｍ以下であることが好ましい。これにより、スパッタリングを実施する際には、直流スパッタ法あるいは交流スパッタ法によるスパッタリングを実施することができる程度にターゲットの導電性を確保することができる。この結果、安定な放電を確保することが可能となる。
【００１２】
また、焼結体の焼結相対密度が９０％以上であることが好ましい。「焼結相対密度」とは、内部に空隙が無いターゲットと比較した容積の比率をいう。一般的に空隙量が多いと、ターゲット表面の凹凸が顕著となりスパッタリング時におけるパーティクルやアークの発生の原因となる。このようなターゲット装置では、空隙量を低減させることができるので、スパッタリング時におけるパーティクルやアークの発生を防止することができ、高品質な薄膜を生成することが可能となる。
【００１３】
また、金属酸化物を構成する金属元素がＺｎであってもよい。これにより、耐割れ性に優れたセラミックスのターゲットを容易に形成することが可能となる。
【００１４】
本発明の成膜装置は、ターゲットに含まれる成膜材料を基板に付着させることにより成膜を行う成膜装置であって、真空容器と、真空容器内において上述したターゲットを保持する保持部材と、ターゲットと保持部材とを固定するクランプと、を備えていることを特徴としている。
【００１５】
このような成膜装置においては、ターゲットは、単体の金属を構成成分として含まない焼結体のターゲットに比べて耐割れ性が確保されているので、クランプによって保持部材に固定することができる。この結果、焼結体のターゲットであっても、ターゲットの交換時には、保持部材を含めたターゲット装置全体を交換せずにターゲットのみを交換することが可能となり、ランニングコストを低減することができる。
【００１６】
また、保持部材とターゲットとの間には、保持部材およびターゲットの互いの対向面に接触する熱伝導性薄膜部材が配置されていることが好ましい。ここで、保持部材には、ターゲットを接触して冷却する冷却板が用いられることがある。このとき、ターゲットおよび保持部材が互いに接触する表面に凹凸がある場合でも、導電性薄膜部材が、互いに対向する面の間に形成される空隙を埋めるので、ターゲットと保持部材との接触面積が十分に確保されるようになる。この結果、ターゲットと保持部材との間の良好な熱伝導性を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のターゲット、およびこれを備えた成膜装置によれば、焼結体のターゲットであっても、ランニングコストを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係るターゲットを含む成膜装置の構成を示す側面断面図である。
【図２】図１のターゲットを示す側面断面図である。
【図３】本実施形態に係るターゲットの製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係るターゲットの好適な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００２０】
図１は、本実施形態に係るターゲットを備えた成膜装置の構成を示す側面断面図である。図１中には、ＸＹＺ直交座標系が示され、Ｚ軸方向が上下方向に対応する。図２は、図１に示すターゲット装置を示す側面断面図である。
【００２１】
本実施形態に係るターゲット２５は、いわゆるスパッタリング法により成膜を行う装置に適用することができる。このような成膜装置１は、図１に示すように、真空容器１０、電源１１、排気機構１２、ガス導入機構１３、基板ホルダ３およびターゲット装置２を主に備えている。
【００２２】
真空容器１０は、導電性の材料から形成されており、後述する電源１１によりプラスの電圧が印加される。電源１１は、真空容器１０をプラスの電圧に印加し、ターゲット２５にマイナスの電圧を印加する。排気機構１２は、図示しない真空ポンプとバルブとを含んでおり、真空容器１０の外側に配置されている。排気機構１２は、真空容器１０内を成膜に必要な状態にまで減圧する。ガス導入機構１３は、真空容器１０の外側に配置されている。ガス導入機構１３は、スパッタリングに使用されるＡｒ等のガスにＯ２ガス等の酸化性ガスを加えたガスを真空容器１０内部へ導入する。基板ホルダ３は、真空容器１０の内壁に取り付けられており、上下方向（図１に示すＺ軸）おいて後述するターゲット装置２と対向する位置に配置されている。基板ホルダ３は、基板３１を固定する部材であって、基板ホルダ３の上面に基板３１を取り付ける。また、基板３１は、真空容器１０および基板ホルダ３を介して電源１１によりマイナスの電圧が印加される。
【００２３】
ターゲット装置２は、真空容器１０の内部に配置されており、図２に示すように、インシュレータ２１、冷却板（保持部材）２２、グラファイトシート（熱伝導性薄膜部材）２４、ターゲット２５、クランプ２７およびターゲットシールド２８を備えている。
【００２４】
インシュレータ２１は、真空容器１０と後述する冷却板２２との間に配置されており、真空容器１０とターゲット２５が固定されている冷却板２２とを絶縁している。これにより、真空容器１０とターゲット２５との電位差が確保される。
【００２５】
冷却板２２は、インシュレータ２１を介して真空容器１０の内壁に取り付けられている。冷却板２２の内部には、配管（図示せず）が、図２に示すＸＹ平面に対して二次元状に配置されている。配管の内部に冷却液が流れることで、冷却板２２自体を冷却する。なお、冷却板２２は、例えば、銅やアルミニウムといった熱伝導性に優れた金属材料からなることが好ましい。また、冷却板２２がアルミニウムからなる場合には、その表面にアルマイト処理がなされていればより好適である。また、冷却板２２に用いられる冷却液としては、水よりも凝固点が低い液体（例えば、フロリナートやガルデンなど）が好ましい。また、配管は、例えば、銅やアルミニウムといった熱伝導性に優れた金属材料からなることが好ましい。
【００２６】
ターゲット２５は、薄膜材料の１つであるＺｎＯを含んで形成されている。ターゲット２５は、成膜装置１において陰極に設定される。そして、成膜装置１において陽極として設定される真空容器１０とターゲット２５との間に電圧が印加されると、発生するプラズマ中のイオンがターゲット２５に向けて加速し、このイオンがターゲット２５に衝突するようになる。そして、この衝突により弾き出されたＺｎＯ構成原子等を基板３１上に付着・堆積させることにより薄膜が形成される。
【００２７】
ターゲット２５は、金属の粉体としてのＺｎ粉体と、Ｚｎの融点よりも融点が高い金属酸化物の粉体としてのＺｎＯ粉体とが、Ｚｎの融点よりも高く、ＺｎＯの融点または昇華点よりも低い温度で焼結された亜酸化物の焼結体（セラミックス）である。ここでいう亜酸化物とは、金属元素の酸化数から期待されるより少ない数の酸素を含むもの、すなわち、酸素欠損（セラミックスの化学量論組成に比して）を起こしたものをいう。このターゲット２５では、Ｚｎを構成成分として含まない焼結体のターゲットに比べて耐割れ性が高くなるので、クランプの押さえ付けによってターゲットが損傷するおそれを低減することができる。なお、金属の粉体としては、金属酸化物（ＺｎＯ）を構成する元素（Ｚｎ）と同じものだけでなく、例えば、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａ等の元素が含まれる粉体を用いることも可能である。また、金属酸化物の粉体に２種類以上の金属の粉体を混合して焼結してもよい。
【００２８】
また、ターゲット２５は、当該ターゲット２５の面内方向における外側端部から５ｍｍ程度の領域である外縁部２６が、ターゲット２５の中央部と比べて金属酸化物ＺｎＯに対する金属Ｚｎの容量比（成分割合）が高く形成されている。これにより、このターゲット２５では、外縁部２６の耐割れ性が中央部の耐割れ性と比べて優れている。これにより、クランプ２７によって押さえ付けられる部分である外縁部２６の耐割れ性をより高めることができ、クランプ２７によってターゲット２５が冷却板２２に固定される際にターゲット２５が損傷するおそれをより確実に低減することができる。なお、このターゲット２５では、ターゲット２５の中央部よりも外縁部２６における金属酸化物ＺｎＯに対する金属Ｚｎの重量比（成分割合）を高くしても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００２９】
また、ターゲット２５は、体積抵抗率が０．０５Ω・ｍ以下となるように形成されている。これにより、直流電源でスパッタリングすることが十分に可能となり、十分な成膜速度を得ることができる。また、ターゲット２５は、焼結相対密度が９０％以上となるように形成されている。このため、ターゲット２５における空隙量が低減され、ターゲット２５の表面に形成される凹凸が抑制される。この結果、パーティクルの発生やアークの発生を防止することが可能となり、高品質な薄膜を形成することができる。
【００３０】
グラファイトシート２４は、熱伝導性薄膜部材の１種であり、冷却板２２と後述するターゲット２５との間に配置されている。ここで、冷却板２２およびターゲット２５の表面には凹凸が形成されている場合があり、互いの面が接する部分には多くの空隙が形成される場合がある。グラファイトシート２４は、このような空隙を埋めることにより、ターゲット２５と冷却板２２との接触面積を十分に確保し、ターゲット２５から冷却板２２への伝熱効率を高めることができる。
【００３１】
クランプ２７は、ボルト等（図示せず）によって冷却板２２に固定されている。クランプ２７は、ターゲット２５を冷却板２２に押し付けて、ターゲット２５を冷却板２２に固定している。また、クランプ２７は、ターゲット２５の外縁部２６と当接して、ターゲット２５を冷却板２２に押し付けている。
【００３２】
ターゲットシールド２８は、絶縁物（図示せず）を介して真空容器１０の内壁に固定されており、ターゲット２５の外縁部２６と対向する位置に配置されている。ターゲットシールド２８は、冷却板２２における露出部（ターゲット２５により覆われていない部分）やクランプ２７に膜が形成されるのを防止している。
【００３３】
次に、図３を参照しながら、本実施形態に係るターゲットの製造方法について説明する。図３は、本実施形態に係るターゲットの製造方法を示すフローチャートである。
【００３４】
本実施形態に係るターゲットの製造方法は、図３に示すように、まず、金属の粉体であるＺｎ粉体と、金属酸化物の粉体であるＺｎＯ粉体とを同時秤量する（ステップＳ１）。このときのＺｎＯ粉体の粒径は１〜１５μｍ、Ｚｎ粉体の粒径は、ＺｎＯ粉体の粒径よりも大きく、１０〜１００μｍである。
【００３５】
次に、Ｚｎ粉体とＺｎＯ粉体と外径の異なるボールとを樽状の容器に投入する。次に、当該容器を回転（ボールミル混合）させることによりＺｎ粉体とＺｎＯ粉体とを混合する（ステップＳ２：混合工程）。次に、ステップＳ２において混合されたＺｎ粉体、ＺｎＯ粉体およびボールをふるいにかけ、混合されたＺｎ粉体およびＺｎＯ粉体からボールを分離する（ステップＳ３）。
【００３６】
次に、混合されたＺｎ粉体およびＺｎＯ粉体を成型用型枠であるカーボン製のカーボン型に充填し、パンチによる加圧と同時に加熱して焼結（ホットプレス）する（ステップＳ４：焼結工程）。具体的には、インサートダイスを内挿可能な管状のアウターダイスに、Ｚｎ粉体およびＺｎＯ粉体を充填する充填部を有するインサートダイスを内挿する。そして、充填部に充填されたＺｎ粉体およびＺｎＯ粉体を、油圧ピストンによって荷重が加えられるパンチによって上下方向から加圧する。また、加圧と同時に、アウターダイスの外側に配置されたコイルにより高周波誘導加熱を行う。本実施形態では、不活性ガスであるアルゴンガス雰囲気中で焼結工程を実施することにより、Ｚｎ粉体が酸化して金属酸化物のＺｎＯ（II）になることを防止している。
【００３７】
このようにして形成された亜酸化物の焼結体は、金属としてのＺｎを含んでいるので、金属酸化物としてのＺｎＯのみで形成される焼結体に比べて耐割れ性に優れている。
【００３８】
また、ステップＳ４における焼結工程は、下記式を満たす焼結温度Ｔ、すなわち、Ｚｎの融点ｔ０よりも高く、ＺｎＯの融点または昇華点ｔ１よりも低い温度で焼結される。
ｔ０＜Ｔ＜ｔ１
（上記式中、ｔ０はＺｎの融点、ｔ１はＺｎＯの融点または昇華点）
【００３９】
したがって、例えば充填部を形成するインサートダイスの内周面に溝部を形成することによって、焼結工程において、溶融したＺｎが、この溝部に移動するようになる。これにより、充填部における中心部よりも、溝部の形成されたインサートダイスの内周面に接する充填部の外側部分にＺｎが集中するようになる。これにより、充填部に充填されたＺｎ粉体およびＺｎＯ粉体を焼結した焼結体は、面内方向において中央部よりも外縁部の方がＺｎＯに対するＺｎの容量比が高くなる。これにより、このターゲットでは、ターゲットの面内方向における中央部と比べて外縁部の耐割れ性を高めることができる。
【００４０】
以上に説明した本実施形態のターゲット２５は、金属の粉体としてのＺｎ粉体と、Ｚｎの融点よりも融点が高い金属酸化物としてのＺｎＯ粉体とが、Ｚｎの融点ｔ０よりも高く、ＺｎＯの融点または昇華点ｔ１よりも低い温度Ｔで焼結された亜酸化物の焼結体であるので、Ｚｎを構成成分として含まない焼結体と比べて耐割れ性が高くなる。このため、クランプ２７によって冷却板２２にターゲット２５を取り付ける場合であっても、クランプ２７の押さえ付けによってターゲット２５が損傷するおそれを低減することができる。この結果、焼結体のターゲット２５であっても、ターゲット２５の交換時には、ターゲット２５のみを交換することが可能となるので、ランニングコストを低減することが可能となる。
【００４１】
なお、本実施形態のターゲット２５が従来の金属酸化物の粉体のみで焼結された焼結体に比べて耐割れ性が高くなる１つの理由として以下のことが考えられる。すなわち、一般的に熱伝導特性および電気伝導特性は、金属酸化物、亜酸化物、金属の順番で優れていく。このため、亜酸化物の焼結体のターゲット２５は、スパッタ熱を冷却板２２に伝えやすくなり、冷却されやすくなる。このため、スパッタリング時におけるターゲット２５の温度差が小さくなって耐割れ性が向上すると考えられる。
【００４２】
以上、本発明を上記実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で以下のような様々な変形が可能である。
【００４３】
上記実施形態では、金属としてのＺｎ粉体と金属酸化物としてのＺｎＯ粉体とを焼結した亜酸化物の焼結体であるターゲット２５を例として説明したがこれに限定されるものではない。例えば、金属としてのＺｎ粉体と、金属酸化物としてのＺｎＯ粉体およびＭｇＯ粉体とを焼結した亜酸化物の焼結体であるターゲットであってもよい。金属と当該金属の融点よりも融点が高い金属酸化物との組み合わせを満たすという条件であれば、例えばＺｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａのいずれかの金属および金属酸化物を混合して焼結される亜酸化物の焼結体であってもよい。また、上述した条件であれば、金属としての元素と金属酸化物を構成する金属元素とが互いに異なっていてもよい。
【００４４】
また、上記実施形態においては、ターゲット２５が、いわゆるスパッタリング法により成膜を行う装置に適用された例を用いて説明したが、これに限定されるものではなく、例えばＲＰＤ法（反応性プラズマ蒸着法）により成膜を行う装置に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１…成膜装置、２…ターゲット装置、３…基板ホルダ、１０…真空容器、１１…電源、１２…排気機構、１３…ガス導入機構、２１…インシュレータ、２２…冷却板、２４…グラファイトシート、２５…ターゲット、２６…外縁部、２７…クランプ、２８…ターゲットシールド、３１…基板。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランプによって保持部材に固定されるターゲットであって、
金属の粉体と、前記金属の融点よりも融点が高い金属酸化物の粉体とを含む混合物が、下記式：
ｔ０＜Ｔ＜ｔ１
（ただし、上記式中、ｔ０は前記金属の融点、ｔ１は前記金属酸化物の融点または昇華点である）
で表される焼結温度Ｔで焼結された、亜酸化物の焼結体であることを特徴とするターゲット。
【請求項２】
前記金属は、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｉｎ、ＡｌおよびＧａのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のターゲット。
【請求項３】
前記焼結体の前記保持部材に接触する接触面と平行である面内方向における外側端部は、中央部と比べて前記金属酸化物に対する前記金属の成分割合が高いことを特徴とする請求項１または２に記載のターゲット。
【請求項４】
前記焼結体の体積抵抗率が０．０５Ω・ｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のターゲット。
【請求項５】
前記焼結体の焼結相対密度が９０％以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のターゲット。
【請求項６】
前記金属酸化物を構成する金属元素がＺｎであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のターゲット。
【請求項７】
ターゲットに含まれる成膜材料を基板に付着させることにより成膜を行う成膜装置であって、
真空容器と、
前記真空容器内において請求項１〜６のいずれか１項に記載のターゲットを保持する保持部材と、
前記ターゲットと前記保持部材とを固定するクランプと、
を備えていることを特徴とする成膜装置。
【請求項８】
前記保持部材と前記ターゲットとの間には、前記保持部材および前記ターゲットの互いの対向面に接触する熱伝導性薄膜部材が配置されていることを特徴とする請求項７に記載の成膜装置。
【請求項１】
クランプによって保持部材に固定されるターゲットであって、
金属の粉体と、前記金属の融点よりも融点が高い金属酸化物の粉体とを含む混合物が、下記式：
ｔ０＜Ｔ＜ｔ１
（ただし、上記式中、ｔ０は前記金属の融点、ｔ１は前記金属酸化物の融点または昇華点である）
で表される焼結温度Ｔで焼結された、亜酸化物の焼結体であることを特徴とするターゲット。
【請求項２】
前記金属は、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｉｎ、ＡｌおよびＧａのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のターゲット。
【請求項３】
前記焼結体の前記保持部材に接触する接触面と平行である面内方向における外側端部は、中央部と比べて前記金属酸化物に対する前記金属の成分割合が高いことを特徴とする請求項１または２に記載のターゲット。
【請求項４】
前記焼結体の体積抵抗率が０．０５Ω・ｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のターゲット。
【請求項５】
前記焼結体の焼結相対密度が９０％以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のターゲット。
【請求項６】
前記金属酸化物を構成する金属元素がＺｎであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のターゲット。
【請求項７】
ターゲットに含まれる成膜材料を基板に付着させることにより成膜を行う成膜装置であって、
真空容器と、
前記真空容器内において請求項１〜６のいずれか１項に記載のターゲットを保持する保持部材と、
前記ターゲットと前記保持部材とを固定するクランプと、
を備えていることを特徴とする成膜装置。
【請求項８】
前記保持部材と前記ターゲットとの間には、前記保持部材および前記ターゲットの互いの対向面に接触する熱伝導性薄膜部材が配置されていることを特徴とする請求項７に記載の成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１４４７９３（Ｐ２０１２−１４４７９３Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２０１（Ｐ２０１１−５２０１）
【出願日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【出願人】（５９３１６３４４９）株式会社豊島製作所 (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【出願人】（５９３１６３４４９）株式会社豊島製作所 (15)
【Ｆターム（参考）】
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