KR100734460B1

KR100734460B1 - 스퍼터링 타깃과 그것을 이용한 Ｓｉ 산화막의 제조 방법

Info

Publication number: KR100734460B1
Application number: KR1020067005811A
Authority: KR
Inventors: 고오이찌 와따나베; 유끼노부 스즈끼; 다까시 이시가미
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바; 도시바 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2007-07-03
Also published as: TW200706681A; KR20060056393A; TW200516164A; US7998324B2; TWI287047B; WO2005031028A1; JPWO2005031028A1; JP4791825B2; US20080245656A1; CN1856591A; TWI321596B; CN1856591B

Abstract

본 발명의 Si 스퍼터링 타깃은 스퍼터면의 결정면 방위를 X선 회절법으로 측정하였을 때, Si의 (111)면의 피크 강도(I₍₁₁₁₎)와 (220)면의 피크 강도(I₍₂₂₀₎)의 비율(I₍₁₁₁₎/I₍₂₂₀₎)이 1.8 ± 0.3의 범위이다. Si 스퍼터링 타깃은, 예를 들어 상대 밀도가 70 ％ 이상 95 ％ 이하인 범위의 Si 소결재를 구비한다. 이러한 Si 스퍼터링 타깃에 따르면, Si 산화막 등의 스퍼터막의 막 두께 특성이나 성막 비용 등을 개선하는 것이 가능해진다.

Si 스퍼터링 타깃, Si 산화막, 스퍼터막, 피크 강도, Si 소결재

Description

스퍼터링 타깃과 그것을 이용한 Ｓｉ 산화막의 제조 방법{SPUTTERING TARGET AND PROCESS FOR PRODUCING SI OXIDE FILM THEREWITH}

본 발명은 광학 박막용 Si 산화막의 형성 등에 이용되는 스퍼터링 타깃과 그것을 이용한 Si 산화막의 제조 방법에 관한 것이다.

종래, 디스플레이 장치로서는 음극선관(CRT)을 사용한 장치가 널리 사용되어 왔다. CRT는 어느 정도 이상의 설치 공간이 필요하게 되기 때문에 경량ㆍ박형의 디스플레이 장치로서 액정 표시 장치가 급속하게 보급되어 있다. 액정 표시 장치는 휴대 전화나 PDA 등의 표시부, 컴퓨터용 모니터, 가정용 텔레비전을 비롯한 각종 가전 제품에 사용되고 있다. 또한, 자발광 타입의 디스플레이 장치로서는 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)이 실용화되고 있다. 또한, 전계 방출형 냉음극 등의 전자 방출 소자를 이용한 표시 장치, 소위 전계 방출형 표시 장치(FED)의 실용화도 진행되고 있다.

상술한 바와 같은 디스플레이 장치에는, 당연하지만 알기 쉬움이 제일 요구된다. 이로 인해, 콘트라스트의 저하 요인이 되는 배경의 영입을 방지하기 위해 화면의 표면 반사를 억제할 필요가 있다. 그래서, 디스플레이 장치의 표면에는 일반적으로 반사 방지 처리가 실시되고 있다. 반사 방지막은 고저의 굴절률이 다른 박막을 광학 설계에 의해 교대로 적층함으로써 반사광을 간섭시켜 반사율을 감쇠시키는 것이다. 이러한 반사 방지막의 성막 방법으로서는 주로 증착법이나 졸ㆍ겔법이 채용되어 왔지만, 최근에는 생산 능력과 막 두께의 제어성의 관점으로부터 스퍼터링법이 채용되기 시작하고 있다.

반사 방지막의 구성 재료에는 고굴절률막으로서 Ta, Nb, Ti, Zr, Hf 등의 산화막이, 저굴절률막으로서 Si의 산화막이 주로 이용되고 있다(예를 들어 특허 문헌 1 내지 3 등 참조). Si 산화막의 성막 방법으로서는, (1) Si 타깃을 이용하여 Ar과 O₂의 혼합 가스 분위기 속에서 반응성 스퍼터하는 방법, (2) Si 타깃을 이용하여 형성한 Si막을 플라즈마 산화하는 방법, 3) SiO_x 타깃을 이용하여 스퍼터 성막하는 방법 등이 알려져 있다. 일반적으로는 (1)과 (2)의 성막 방법이 채용되고 있고, 용해법으로 제작된 단결정 또는 다결정의 Si 타깃이 이용되고 있다.

그런데, 반사 방지막용 박막 등의 광학 박막에 있어서는, 특히 굴절률이 중요해진다. 게다가, 반사 방지막을 적용하는 디스플레이 장치, 또는 휴대 전화, 자동차, 건축 재료 등의 분야는 대량 생산이 필요하게 되기 때문에, 동일 레벨의 굴절률을 갖는 박막을 효율적이고 또한 안정적으로 형성하는 것이 요구되고 있다. 여기서, 박막의 굴절률은 그 막 두께에 강하게 의존하기 때문에, 스퍼터링법으로 반사 방지막용 박막을 형성하는 공정에 있어서는 막 두께의 안정성을 높일 필요가 있다. 특히, 스퍼터링 타깃의 라이펜드 근처까지 박막의 막 두께의 편차를 억제하는 것이 중요해진다.

종래의 Si 타깃을 이용한 Si 산화막의 형성 공정에 있어서도, 박막의 막 두께를 관리하기 위해 성막 속도의 제어 등이 행해지고 있다. 그러나, 종래의 용해재로 이루어지는 Si 타깃에서는 라이펜드에 가까워짐에 따라서 성막 속도가 내려가는 경향이 있다. 이러한 성막 속도의 변화에 수반하여 막 두께의 면내 분포에 편차가 생긴다. 박막의 굴절률은 그 막 두께에 강하게 의존하기 때문에, 막 두께의 면내 성분에 편차가 생기면 반사 방지 효과의 균일성이 손상되게 된다. 이와 같이, 종래의 Si 타깃을 이용하여 성막한 Si 산화막은 반사 방지막의 특성의 저하나 불균일화 등의 요인이 되고 있다.

또한, 종래의 용해재로 이루어지는 Si 타깃은 Si 산화막의 성막 속도 자체가 느리다는 문제를 갖고 있다. 성막 속도는 Si 산화막 나아가서는 반사 방지막 등의 생산 비용에 직접적으로 영향을 미친다. 덧붙여, 종래의 용해재로 이루어지는 Si 타깃은 사용 빈도가 낮은 단계, 예를 들어 Si 타깃의 두께에 대한 침식 깊이가 1/4에 만족되지 않는 단계에서 깨어짐이 생기기 쉽다는 문제를 갖고 있다. 이러한 성막 속도의 지연이나 Si 타깃의 조기의 깨어짐은 Si 산화막의 성막 비용이나 불량 발생율의 증가 요인이 되고 있다.

특허 문헌 1 : 국제 공개 제97/08359호 팜플렛

특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 평11-171596호 공보

특허 문헌 3 : 일본 특허 공개 제2002-338354호 공보

본 발명의 목적은 Si 산화막의 막 두께 특성 등의 향상을 도모하는 동시에, 성막 비용이나 불량 발생율의 저감 등을 도모하는 것을 가능하게 한 스퍼터링 타깃을 제공하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은, 그와 같은 스퍼터링 타깃을 이용함으로써 성막 비용 및 불량 발생율의 저감을 도모하는 동시에 막 두께 분포나 막 특성 등을 균일화하는 것을 가능하게 한 Si 산화막의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 제1 스퍼터링 타깃은 Si로 실질적으로 이루어진 스퍼터링 타깃이며, 상기 타깃의 스퍼터면의 결정면 방위를 X선 회절법으로 측정하였을 때의 Si의 (111)면의 피크 강도(I₍₁₁₁₎)와 (220)면의 피크 강도(I₍₂₂₀₎)의 비율(I₍₁₁₁₎/I₍₂₂₀₎)이 1.8 ± 0.3의 범위인 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 제2 스퍼터링 타깃은 Si로 실질적으로 이루어진 스퍼터링 타깃이며, 비커스 경도로 Hv 300 이상 Hv 800 이하인 범위의 경도를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 제3 스퍼터링 타깃은 Si로 실질적으로 이루어진 스퍼터링 타깃이며, 상대 밀도가 70 ％ 이상 95 ％ 이하인 범위의 Si 소결재를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 제4 스퍼터링 타깃은 Si로 실질적으로 이루어진 스퍼터링 타깃이며, 산소 함유량이 0.01 ％ 이상 1 질량 ％ 이하의 범위인 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 Si 산화막의 제조 방법은 상술한 본 발명의 스퍼터링 타깃을 이용하여, 산소를 포함하는 분위기 속에서 스퍼터 성막하여 Si 산화막을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 설명한다. 본 발명의 일실시 형태에 의한 스퍼터링 타깃은 실질적으로 Si로 이루어진다. 본 실시 형태의 스퍼터링 타깃(Si 타깃)은, 예를 들어 반사 방지 기능, 파장 분리 기능 및 파장 합성 기능 등을 갖는 광학 박막 혹은 그 구성막으로서 적절한 Si 산화막(SiO₂막 등)의 형성 등에 사용되는 것이다. 반사 방지 기능을 갖는 광학 박막으로서는, 고굴절률막과 저굴절률막을 광학 설계를 기초로 하여 교대로 적층한 다층막을 들 수 있다. 반사 방지막의 구성막에 있어서, Si 산화막은 저굴절률막으로서 이용되는 것이다.

이러한 스퍼터링 타깃(Si 타깃)에 있어서, 스퍼터면은 Si의 결정 방위 비율이 이하와 같이 제어되어 있다. 즉, 스퍼터면의 결정면 방위를 X선 회절법으로 측정하였을 때, Si의 (111)면의 피크 강도(I₍₁₁₁₎)와 (220)면의 피크 강도(I₍₂₂₀₎)의 비율(I₍₁₁₁₎/I₍₂₂₀₎)이 1.8 ± 0.3의 범위가 되도록 스퍼터면의 결정 방위 비율이 제어되어 있다. 여기서, Si의 (111)면과 (220)면은 JCPDS 카드에 기재되어 있는 Si의 결정면 방위의 중에서 높은 피크 강도를 나타내는 결정면이다. 예를 들어, 단결정 Si는 (111) 배향하는 것이 일반적이다.

Si의 (111)면과 (220)면의 피크 강도비(I₍₁₁₁₎/I₍₂₂₀₎)가 1.8 ± 0.3의 범위라 함은, 이하에 상세하게 서술하는 바와 같이 스퍼터면의 결정면 방위가 실질적으로 무배향의 상태(랜덤의 상태)인 것을 나타내는 것이다. 이러한 스퍼터면의 Si의 결정 방위 제어(랜덤화)를 기초로 하여, 스퍼터 성막한 막의 막 면내에 있어서의 막 두께의 편차를 저감시키는 것이 가능해진다. 또한, 스퍼터 성막시의 성막 속도의 편차, 또는 성막 속도에 의존하는 막 두께의 편차를 저감시킬 수 있다.

즉, 종래의 용해재에 의한 Si 타깃은 단결정재뿐만 아니라, 다결정재라도 (111)면에 배향하고 있는 것이 일반적이다. 이 경우의 (111)면과 (220)면의 피크 강도비(I₍₁₁₁₎/I₍₂₂₀₎)는 5.5 ± 1.2 정도가 된다. 또한, 각종 스퍼터링 타깃으로서 소결재를 적용하는 것이 행해지고 있다. 그러나, 이 경우에는 상대 밀도가 99 ％ 이상인 고밀도재, 즉 용해재에 가까운 밀도를 갖는 소결재를 이용하는 것이 일반적이다. 이러한 고밀도의 소결재를 Si 타깃에 적용한 경우, 용해재에 비해 (111)배향성이 저하되지만, 그래도 피크 강도비(I₍₁₁₁₎/I₍₂₂₀₎)는 4.5 ± 1.2 정도가 된다.

특정한 결정면[예를 들어 (111)면]에 대한 배향성이 강한 Si 타깃을 이용하여 스퍼터 성막을 실시한 경우, 막 두께의 면내 성분에 편차가 생기기 쉬운 것이 확인되어 있다. 즉, 스퍼터 입자의 방출 각도는 결정면에 따라 다르다. 이로 인해, 특정한 결정면으로의 배향성이 강한 Si 타깃을 이용하면 스퍼터 입자가 특정의 비상 각도(비상 방향)를 갖게 된다. 따라서, 스퍼터 성막한 막의 면내 위치에 의해 스퍼터 입자의 퇴적 정도에 차가 생긴다. 또한, 특정면에 배향한 Si 타깃을 이용하여 계속해서 성막을 해 가면, 침식부가 경사를 두고 깎이기 때문에 스퍼터 입자는 서서히 광범위하게 비산하게 된다. 이는 성막 속도의 저하 요인이 된다.

이들이 스퍼터막의 막 면내에 있어서의 막 두께의 편차, 또한 막 두께의 시간의 흐름에 따른 편차의 원인으로 판단된다. 예를 들어, 종래의 용해재로 이루어지는 Si 타깃을 이용한 경우의 막 두께의 면내 편차는 5 ％ 정도이다. 또한, 고밀도 소결재로 이루어지는 Si 타깃을 이용한 경우에 있어서도, 막 두께의 면내 편차는 4 ％ 정도가 된다. 이러한 점으로부터, 막 두께의 면내 편차나 시간의 흐름에 따른 편차를 저감시키기 위해서는 Si 타깃의 스퍼터면을 특정면에 배향시키지 않는 것, 즉 집합 조직으로 하지 않는 것이 중요해진다. 이에 의해, 스퍼터 입자의 비상 방향(비상 각도)이 특정 방향으로 치우치는 것을 개선할 수 있다. 또한, 스퍼터 입자의 비산 각도가 시간의 흐름에 따라 확대되는 것을 억제하는 것이 가능해진다.

그래서, 본 실시 형태의 스퍼터링 타깃(Si 타깃)은 스퍼터면의 결정 방향 비율을 (111)면의 피크 강도와 (220)면의 피크 강도를 기준으로 하여, 이들 결정면의 피크 강도비(I₍₁₁₁₎/I₍₂₂₀₎)를 1.8 ± 0.3의 범위로 제어하고 있다. 여기서, Si의 무배향 상태를 나타내는 Si 분말의 X선 회절 결과(JCPDS 카드에 의함)에 있어서, (111)면과 (220)면의 피크 강도비(I₍₁₁₁₎/I₍₂₂₀₎)는 1.8이고, 이 상태에 근사시킴으로써 무배향 상태에 가까운 스퍼터면을 실현할 수 있다.

스퍼터면의 피크 강도비(I₍₁₁₁₎/I₍₂₂₀₎)가 1.8 ± 0.3(1.5 내지 2.1)인 범위의 Si 타깃에 따르면, 스퍼터 입자의 비상 각도(비상 방향)가 랜덤에 가까운 상태가 되기 때문에 스퍼터막의 막 두께의 면내 편차나 시간의 흐름에 따른 편차를 저감시킬 수 있다. 예를 들어, 막 두께의 면내 편차가 1 ％ 이하인 스퍼터막(Si 산화막 등)을 실현하는 것이 가능해진다. 피크 강도비(I₍₁₁₁₎/I₍₂₂₀₎)가 1.5 미만 혹은 2.1을 넘는 경우에는 스퍼터 입자의 비상 방향으로 치우침이 생기거나, 또한 스퍼터 입자의 비산 각도가 시간의 흐름에 따라 확대되기 때문에 스퍼터막의 막 두께의 면내 편차나 시간의 흐름에 따른 편차가 증가한다. 스퍼터면의 피크 강도비(I₍₁₁₁₎/I₍₂₂₀₎)는 1.8 ± 0.2의 범위인 것이 보다 바람직하고, 또한 바람직하게는 1.8 ± 0.1의 범위이다.

또한, 스퍼터면의 피크 강도비(I₍₁₁₁₎/I₍₂₂₀₎)는 스퍼터면의 X선 회절 패턴으로부터 (111)면 및 (220)면의 피크 강도를 구하고, 이들 피크 강도의 비율을 나타내는 것이다. 피크 강도비는 이하와 같이 하여 구하는 것으로 한다. 예를 들어, 타깃이 원반형인 경우, 타깃의 중심부(1 군데), 중심부를 통해 원주를 균등하게 분할한 4개의 직선 상의 중심부로부터 50 ％의 거리의 각 위치(합계 8 군데), 및 중심부로부터 90 ％의 거리의 각 위치(합계 8 군데)의 합계 17 군데로부터 각각 시험편을 채취한다. 이들 17개의 시험편의 X선 회절 패턴으로부터 피크 강도비를 각각 구한다. 이들 피크 강도비의 평균치를, 본 발명에 있어서의 피크 강도비(I₍₁₁₁₎/I₍₂₂₀₎)로 한다.

또한, 각 시험편의 X선 회절은 시험편의 표면을 #120으로부터 연마를 행하고, #4000으로 마무리한 표면에 대해 XRD 장치(리가꾸사제 RAD-B)를 이용하여 실시하는 것으로 한다. 구체적인 X선 회절의 측정 조건은, 예를 들어 X선 : Cu-κα1, 측정 각도 : 30°내지 110°, 관 전압 : 50 V, 관 전류 : 100A, 스캔 속도 : 5° /min, 스캔 스텝 : 0.05°, 발산 슬릿 : 1 deg, 산란 슬릿 : 1 deg, 수광 슬릿 : 0.15 ㎜, 주사 모드 : 연속, 주사축 : 2θ/θ, 오프셋 : 0°, 고정각 : 0°, 고니오미터 : 종형 고니오미터 2축으로 한다.

상술한 바와 같은 피크 강도비(I₍₁₁₁₎/I₍₂₂₀₎)를 갖는 스퍼터면을 실현하는 데에 있어서, 스퍼터링 타깃은 상대 밀도가 70 ％ 내지 95 ％인 범위의 Si 소결재로 구성하는 것이 바람직하다. Si 타깃을 구성하는 Si 소결재를 상대 밀도가 95 ％를 넘는 상태까지 고밀도화하면, 그 과정에서 특정한 결정면에 배향하기 쉬워진다. 한편, Si 소결재의 상대 밀도가 70 ％ 미만에서는 소결재의 강도가 부족하여, 타깃 형상으로 가공할 때 깨어짐이나 결여 등이 생기기 쉬워진다. 이는 Si 타깃의 제조 비용의 증대 요인이 된다.

또한, 상대 밀도가 70 ％ 내지 95 ％인 범위의 Si 소결재를 구비하는 스퍼터링 타깃은 스퍼터시 성막 속도의 향상에도 기여한다. 즉, 비교적 상대 밀도가 낮은 Si 타깃에 따르면, 타깃 표면의 외관상의 표면적이 증대되기 때문에 Ar 이온 등에 의해 스퍼터되는 면적이 커진다. 그 결과로서 스퍼터시의 성막 속도를 높일 수 있다. 특히, Si 타깃에 의한 산소의 트랩이 성막 속도 저하의 하나의 요인으로 판단되기 때문에, 스퍼터되는 면적을 증대시킴으로써 Si 산화막의 성막 속도를 보다 효과적으로 높일 수 있다.

Si 타깃의 상대 밀도가 95 ％를 넘는 경우에는 스퍼터 면적의 증대에 의한 성막 속도의 향상 효과를 충분히 얻을 수 없다. 또한, 종래의 용해재에 의한 Si 타깃은 단결정재 및 다결정재 중 어느 하나에 있어서도 상대 밀도가 약 100 ％이고, 이것이 성막 속도의 지연 중 하나의 요인으로 판단된다. 각종 스퍼터링 타깃으로서 소결재를 적용하는 것이 행해지고 있다. 이 경우에는 상대 밀도가, 예를 들어 99 ％ 이상의 고밀도재, 즉 용해재에 가까운 밀도를 갖는 소결재를 이용하는 것이 일반적이다. 따라서, 종래의 소결재로 이루어지는 스퍼터링 타깃에 있어서는, 용해재 타깃과 마찬가지로 타깃의 고밀도화가 성막 속도의 저하 요인이 되어 있었던 것으로 판단된다.

한편, Si 타깃의 상대 밀도가 70 ％ 미만인 경우에는 강도가 부족할 뿐만 아니라, 미립자나 먼지 등의 발생도 많아져 Si 산화막의 품질 저하 등을 초래할 우려가 있다. Si 타깃의 상대 밀도는 80 내지 95 ％의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다. 이러한 상대 밀도를 갖는 Si 타깃을 이용함으로써, 성막 속도의 향상을 도모하는 동시에 고품질의 Si 산화막을 재현성 좋게 얻을 수 있다. Si 타깃의 상대 밀도는 90 ％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 이에 의해 Si 산화막의 막 두께나 품질 등의 특성을 향상시킬 수 있다.

Si 타깃의 상대 밀도에 관해서는 성막 속도를 타깃 전체로서 균일하게 높이는 동시에, 스퍼터막(예를 들어 Si 산화막)의 막 두께 분포의 균일성 등을 향상시키는 데에 있어서, 타깃 전체로서의 상대 밀도의 편차를 낮게 억제하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, Si 타깃 전체로서의 상대 밀도의 편차를 30 ％ 이내로 하는 것이 바람직하다. 이러한 상대 밀도의 편차가 Si 타깃을 이용함으로써 타깃 전체의 성막 속도를 보다 균일하게 높이는 것이 가능해진다. 이는 스퍼터막(예를 들어 Si 산화막)의 막 면내에 있어서의 막 두께 분포의 균일성의 향상에 기여한다. Si 타깃 전체로서의 상대 밀도의 편차는 10 ％ 이내로 하는 것이 보다 바람직하다.

또한, Si 타깃의 상대 밀도 및 그 편차는 이하와 같이 하여 구한 값을 나타내는 것으로 한다. 예를 들어, Si 타깃이 원반형인 경우, 피크 강도비를 측정할 때와 마찬가지로 하여 타깃의 각 부(합계 17 군데)로부터 각각 시험편을 채취한다. 이들 17개의 시험편의 상대 밀도를 측정하고, 이들 측정치의 평균치를 Si 타깃의 상대 밀도로 한다. 또한, 상대 밀도의 편차는 각 시험편의 상대 밀도(각 측정치)의 최대치와 최소치로부터 [{(최대치 － 최소치)/(최대치 ＋ 최소치)} × 100(％)]의 식을 기초로 하여 구하는 것으로 한다. 각 시험편의 상대 밀도는 아르키메데스법에 의해 측정하는 것으로 한다.

상술한 바와 같은 Si 소결재로 이루어지는 스퍼터링 타깃은 적절한 경도를 갖는다. 구체적으로는, 비커스 경도가 Hv 300 내지 Hv 800인 범위의 Si 타깃을 실현할 수 있다. 이러한 경도를 기초로 하여 사용 빈도가 낮은 단계에서의 Si 타깃의 깨어짐 등을 방지하는 것이 가능해진다. Si 타깃의 비커스 경도가 Hv 800을 넘으면 타깃 내부에서 열응력을 완화할 수 없고, 사용 빈도가 낮은 단계(예를 들어 Si 타깃의 두께에 대한 침식 깊이가 1/4에 만족되지 않는 단계)에서 깨어짐 등이 생긴다. 한편, Si 타깃의 비커스 경도가 Hv 300 미만이면, 예를 들어 타깃 형상으로 가공할 때 깨어짐이나 결여 등이 생기기 쉬워진다.

Si 소결재로 이루어지는 스퍼터링 타깃의 경도는 비커스 경도로 Hv 400 내지 Hv 600의 범위인 것이 보다 바람직하다. 또한, 스퍼터링 타깃의 경도의 균일성을 높이는 것도 중요하고, 이로 인해 타깃 전체로서의 경도(비커스 경도)의 편차는 30 ％ 이내로 하는 것이 바람직하다. 비커스 경도의 편차가 크면 Si 타깃 내부의 열응력이 불균일해지기 쉽고, 이에 의해 타깃에 깨어짐 등이 생기기 쉬워진다. Si 타깃 전체로서의 비커스 경도의 편차는 10 ％ 이내인 것이 보다 바람직하다.

상술한 바와 같은 경도를 갖는 Si 타깃은 타깃 소재로서 Si 소결재를 사용하는 동시에, 그 밀도를 적절한 범위로 제어함으로써 얻을 수 있다. Si 소결재를 제조할 때 원료 분말로서의 Si 분말의 순도나 입자 직경, Si 분말을 소결할 때의 조건, 구체적으로는 소결법, 소결 온도, 소결 시간, 소결시의 압력 등을 적절하게 선택 내지는 설정한다. 이와 같이, Si 소결재의 제조 조건을 제어함으로써, Si 소결재 나아가서는 그것을 이용한 Si 타깃의 경도를 원하는 값으로 제어할 수 있다.

또한, Si 타깃의 경도(비커스 경도) 및 그 편차는 이하와 같이 하여 구한 값을 나타내는 것으로 한다. 예를 들어, 타깃이 원반형인 경우, 전술한 피크 강도비와 마찬가지로 17 군데로부터 각각 시험편을 채취한다. 이들 17개의 시험편의 비커스 경도를 측정하고, 이들 측정치의 평균치를 Si 타깃의 비커스 경도로 한다. 또한, 비커스 경도의 편차는 각 시험편의 비커스 경도(각 측정치)의 최대치와 최소치로부터, [{(최대치 － 최소치)/(최대치 ＋ 최소치)} × 100(％)]의 식을 기초로 하여 구하는 것으로 한다. 시험편의 비커스 경도는 각 시험편의 표면을 경면 연마(예를 들어 #1000까지 연마 ＋ 버프 연마)하고, 이 경면에 대해 비커스 압흔 시험기(시마즈제 HMV200)를 이용하여 하중 200 g(하중 부하 시간 10 sec)을 부하하여 측정한다.

본 실시 형태의 스퍼터링 타깃(Si 타깃)은, 또한 0.01 내지 1 질량 ％인 범위의 산소를 함유하는 것이 바람직하다. 이러한 양의 산소를 함유하는 Si 타깃에 따르면, 그것을 이용하여 Si 산화막을 성막할 때, Si 타깃에 트랩되는 스퍼터 분위기 속의 산소량이 저감된다. 이로 인해, 반응성 스퍼터에 기여하는 산소 플라즈마 이온이 많아진다. 따라서, 스퍼터 성막할 때의 성막 속도, 특히 Si 산화막의 성막 속도를 향상시킬 수 있다.

즉, Si 타깃의 산소 함유량이 0.01 질량 ％ 미만이면 성막시에 Si 타깃에 스퍼터 분위기 속의 산소가 트랩되고, 이에 의해 반응성 스퍼터에 기여하는 산소 플라즈마 이온이 저하된다. 이로 인해, 특히 Si 산화막을 성막할 때의 성막 속도가 저하된다. 또한, 종래의 용해재에 의한 Si 타깃은 산소 함유량이 낮고, 이것도 성막 속도를 저하시키는 하나의 요인이 되어 있었던 것으로 판단된다. 한편, Si 타깃의 산소 함유량이 1 질량 ％를 넘으면 Si 타깃의 비저항이 커지고, 예를 들어 DC 스퍼터를 실시하였을 때 이상 방전 등이 생기기 쉬워진다. 또한, 스퍼터 성막이 가능하였다고 해도 Si 산화막의 품질 저하 등을 초래할 우려가 크다. Si 타깃의 산소 함유량은 0.1 ％ 내지 0.5 질량 ％의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다.

Si 타깃의 산소 함유량에 관해서는 성막 속도를 타깃 전체로서 균일하게 높이는 동시에, 스퍼터막(예를 들어 Si 산화막)의 막 두께 분포의 균일성을 향상시키는 데에 있어서, 타깃 전체로서의 산소 함유량의 편차를 낮게 억제하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, Si 타깃 전체로서의 산소 함유량의 편차를 30 ％ 이내로 하는 것이 바람직하다. 이러한 산소 함유량의 편차가 작은 Si 타깃을 이용함으로써 타깃 전체의 성막 속도를 보다 균일하게 높이는 것이 가능해진다. 이것은 스퍼터막(예를 들어 Si 산화막)의 막 면내에 있어서의 막 두께 분포의 균일성의 향상에 기여한다. Si 타깃 전체로서의 산소 함유량의 편차는 10 ％ 이내로 하는 것이 보다 바람직하다.

또한, Si 타깃의 산소 함유량 및 그 편차는 이하와 같이 하여 구한 값을 나타내는 것으로 한다. 예를 들어, 타깃이 원반형인 경우, 피크 강도비를 측정할 때와 마찬가지로 하여 타깃의 각 부(합계 17 군데)로부터 각각 시험편을 채취한다. 이들 17개의 시험편의 산소 함유량을 측정하고, 이들 측정치의 평균치를 Si 타깃의 산소 함유량으로 한다. 또한, 산소 함유량의 편차는 각 시험편의 산소 함유량(각 측정치)의 최대치와 최소치로부터 [{(최대치 － 최소치)/(최대치 ＋ 최소치)} × 100(％)]의 식을 기초로 하여 구하는 것으로 한다. 각 시험편의 산소 함유량은 불활성 가스 용해ㆍ적외선 흡수법으로 측정하는 것으로 한다.

상술한 바와 같은 산소 함유량을 갖는 Si 타깃은 타깃 소재로서 Si 소결재를 사용함으로써 얻을 수 있다. 그리고, Si 소결재를 제조할 때 원료 분말로서의 Si 분말의 순도나 입자 직경, Si 분말을 소결할 때의 조건, 구체적으로는 소결법, 소결 온도, 소결 시간, 소결시의 압력 등을 적절하게 선택 내지는 설정함으로써, Si 소결재 나아가서는 그것을 이용한 Si 타깃의 산소 함유량을 원하는 값으로 제어할 수 있다. 또한, 산소 함유량을 원하는 범위로 제어하는 데에 있어서, 소결 온도로 본 소결을 행하기 전에 적절한 양의 산소를 포함하는 분위기 속에서 열처리(가소)하는 것도 유효하다.

스퍼터링 타깃을 구성하는 Si재로는 반사 방지막(저굴절률막) 등의 사용 용도를 고려하여, 예를 들어 순도가 99 ％ 이상의 Si재를 사용하는 것이 바람직하다. 여기서 말하는 순도라 함은, Si 이외의 불순물 원소, 예를 들어 Fe, Ni, Cr, Al, Cu, Na, K 등의 원소의 각 함유량(질량 ％)의 합계량을 100 ％로부터 뺀 값을 나타내는 것이다. 이러한 불순물 원소의 함유량은 1 질량 ％ 이하, 즉 Si의 순도는 99 ％ 이상인 것이 바람직하다. 또한, Si 타깃 중 불순물 원소량이 0.5 질량 ％ 이하, 즉 Si의 순도가 99.5 ％ 이상인 것이 보다 바람직하다.

실용적으로는, 타깃 중 불순물 원소량이 0.01 ％ 내지 1 질량 ％(Si의 순도가 99 ％ 내지 99.99 ％)인 범위의 Si재를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 불순물로서 Fe, Ni, Cr, Al, Cu, Na, K 등을 예로 든 것은, 이들 원소는 Si 원료 분말이나 제조 공정 중에 불가피하게 포함되는 것, 혹은 반사 방지막 중에 포함되면 악영향을 부여하는 원소이기 때문이다. 바꾸어 말하면, 이들 불순물 원소 이외의 불순물은 원료나 공정 중에 불가피하게 포함되는 양이 극소량이기 때문에 실용적으로는 무시할 수 있다. 또한, 측정 방법에는 ICP 분석법 등의 공지의 방법이 적용된다.

상술한 실시 형태의 스퍼터링 타깃(Si 타깃)은 이하와 같이 하여 얻을 수 있다. 즉, 우선 상기한 바와 같은 순도를 갖는 Si 분말을 원하는 타깃 형상에 따른 성형형(예를 들어 카본형) 내에 충전한다. 이때, Si 분말의 입자 직경은 목적으로 하는 Si 타깃의 구성에 따라서 적절하게 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 스퍼터면을 무배향 상태로 하기 위해서는, 예를 들어 입자 직경이 150 ㎛ 이하인 미분말과 입자 직경이 300 ㎛ 이상인 조분말을, 질량비로 70 : 30 내지 80 : 20(＝ Si 미분말 : Si 조분말)인 범위에서 혼합한 Si 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 혼합 Si 분말을 이용함으로써 소결시의 배향을 억제할 수 있다.

또한, 상대 밀도나 비커스 경도를 제어한 Si 타깃을 얻기 위해서는, 평균 입자 직경이 200 ㎛ 이하인 Si 분말, 또한 평균 입자 직경이 100 ㎛ 이하인 Si 분말을 사용하는 것이 바람직하다. Si 분말의 입자 직경은 75 내지 100 ㎛의 범위인 것이 바람직하다. 산소 함유량을 제어하는 경우도 마찬가지이다. 또한, 상대 밀도의 편차를 저감시키는 데에 있어서, 성형형 내에 Si 분말을 충전한 후에 진동 등을 가하여 충전 밀도 및 그 균일성을 높이는 것도 유효하다. Si 타깃의 산소 함유량이나 그 편차를 제어하기 위해 적절한 양의 산소를 함유하는 Si 분말을 사용해도 좋다.

성형형 내에 충전된 Si 분말은 소결 온도까지 승온되고, 예를 들어 핫프레스(HP)나 HIP에 의해 가압 소결된다. 또한, 조건에 따라서는 상압 소결이나 분위기 가압 소결 등을 적용해도 좋다. 핫프레스나 HIP로 Si 분말을 소결하는 데 있어서, 스퍼터면의 배향을 억제하기 위해 미리 10 ㎫ 정도의 압력을 부가한 상태로 가열하는 것이 바람직하다. 이는 Si 분말이 갖는 방향에 변화를 부여하지 않기 때문이다.

또한, 산소 함유량을 원하는 범위로 제어하는 데 있어서, 소결 온도로 본 소결을 행하기 전에 적절한 양의 산소를 포함하는 분위기 속에서 열처리(가소)하는 것도 유효하다. 산소를 함유시키기 위한 열처리 공정은, 예를 들어 500 ℃의 온도 에서 1 내지 5시간 정도의 조건으로 실시하는 것이 바람직하다. 비커스 경도의 향상에 대해서는 탈가스 처리가 유효하다. 비커스 경도의 향상과 동시에 산소 함유량을 제어하기 위해서는, 탈가스를 위한 열처리의 후기에 적절한 양의 산소를 열처리 분위기 속으로 도입하는 것이 바람직하다.

Si 분말의 소결은 800 내지 1300 ℃인 범위, 또한 800 내지 1100 ℃인 범위인 온도로 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 소결 온도에 의한 유지 시간은 2시간 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이 후, 가압력을 제거하여 실온까지 냉각한다. 스퍼터면을 무배향 상태로 하기 위해서는, 냉각 속도는 30 ℃/min 이하로 하는 것이 바람직하다. 소결 후의 냉각 속도를 30 ℃/min 이하로 함으로써, 가압 소결시에 생긴 결정 방향(특정한 결정 방향)을 완화하여 랜덤의 상태를 보다 재현성 좋게 얻을 수 있다.

상술한 바와 같은 소결 공정을 적용하여 제작한 타깃 소재(Si 소결재)를 소정인 형상으로 기계 가공하고, 또한 예를 들어 Al이나 Cu로 이루어지는 배킹 플레이트와 접합함으로써, 목적으로 하는 스퍼터링 타깃(Si 타깃)을 얻을 수 있다. 배킹 플레이트와의 접합에는 일반적인 확산 접합이나 솔더 접합이 적용된다. 솔더 접합을 적용하는 경우에는, 공지의 In계나 Sn계의 접합재를 통하여 배킹 플레이트와 접합한다. 또한, 확산 접합의 온도는 600 ℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 실시 형태의 스퍼터링 타깃(Si 타깃)은, 상술한 바와 같이 반사 방지막 등의 광학 박막에 적용되는 Si 산화막(SiO₂막)의 성막에 적절하게 사용되는 것이다. SiO_x막은 Si 타깃을 이용하여, 예를 들어 Ar과 O₂의 혼합 가스 중에서 반응성 스퍼터함으로써 얻을 수 있다. 또한, Si 타깃을 이용하여 Si막을 스퍼터 성막하고, 이에 플라즈마 산화 처리를 실시하여 SiO_x막을 형성할 수도 있다.

SiO_x막을 성막하는 데 있어서, 본 실시 형태의 Si 타깃에 따르면 막 두께의 면내의 편차나 시간의 흐름에 따른 편차를 저감시킬 수 있기 때문에, 고품질의 SiO_x막을 재현성 좋게 얻는 것이 가능해진다. 이는 반사 방지막 등의 광학 박막의 품질 향상에 크게 기여하는 것이다. 또한, Si 타깃의 사용 빈도의 증가나 SiO_x막의 성막 속도의 향상 등을 도모할 수 있다. 이에 의해, 반사 방지막 등의 광학 박막의 생산성이나 품질을 향상시키는 것이 가능해진다.

다음에, 본 발명의 구체적인 실시예 및 그 평가 결과에 대해 서술한다.

(제1 내지 제3 실시예)

우선, 붕소 도프한 순도 3N의 Si 분말을 준비하고, 이 Si 분말을 입자 직경 150 ㎛ 이하인 미분말과 입자 직경 300 ㎛ 이상인 조분말로 분급하였다. 이들 Si 미분말과 Si 조분말을 질량비로 70 : 30(제1 실시예), 75 : 25(제2 실시예), 80 : 20(제3 실시예)의 비율로 각각 혼합(볼밀로 2시간)하였다. 각 Si 분말을 카본형 내에 충전하여 핫프레스(HP) 장치에 세트하였다. 10 ㎫의 압력을 초기 상태로부터 인가하고, Ar 분위기 속에서 800 ℃(제1 실시예), 900 ℃(제2 실시예), 1000 ℃(제3 실시예)로 3시간 유지하여 소결하였다. 이 후, 압력을 제거하여 실온까지 10 ℃ /min의 속도로 냉각하였다.

이렇게 하여 얻은 각 타깃 소재(Si 소결체)의 상대 밀도(아르키메데스법에 의해 측정)는 제1 실시예가 75 ％, 제2 실시예가 86 ％, 제3 실시예가 93 ％이었다. 이들 각 타깃 소재를 직경 300 ㎜ × 두께 5 ㎜인 형상으로 기계 가공한 후, Cu제 배킹 플레이트에 납땜 접합함으로써 3 종류의 Si 스퍼터링 타깃을 제작하였다. 이들 Si 타깃의 스퍼터면의 X선 회절을 전술한 방법에 따라서 실시한 바, 스퍼터면의 Si의 (111)면과 (220)면의 피크 강도비(I₍₁₁₁₎/I₍₂₂₀₎)는 제1 실시예가 1.5, 제2 실시예가 1.8, 제3 실시예가 2.1이었다. 이러한 Si 타깃을 후술하는 특성 평가에 이바지하였다.

(제4 내지 제6 실시예)

붕소 도프한 순도 3N의 Si 분말을 준비하고, 이 Si 분말을 입자 직경 150 ㎛ 이하인 미분말과 입자 직경 300 ㎛ 이상인 조분말로 분급하였다. 이들 Si 미분말과 Si 조분말을 질량비로 70 : 30의 비율로 혼합(볼밀로 2시간)하였다. 이러한 Si 분말을 캡슐에 충전하여 진공 밀봉한 후, HIP 장치에 세트하였다. 초기 상태로부터 80 ㎫(제1 실시예), 100 ㎫(제2 실시예), 120 ㎫(제3 실시예)의 압력을 각각 인가하고, Ar 분위기 속에서 700 ℃ × 3 hr(제1 실시예), 800 ℃ × 5 hr(제2 실시예), 900 ℃ × 2.5 hr(제3 실시예)의 조건으로 각각 HIP 처리(소결)하였다. 이 후, 압력을 제거하여 실온까지 20 ℃/min의 속도로 냉각하였다.

이렇게 하여 얻은 각 타깃 소재(Si 소결체)의 상대 밀도는 제4 실시예가 78 ％, 제5 실시예가 88 ％, 제6 실시예가 94 ％이었다. 이들 각 타깃 소재를 직경 300 ㎜ × 두께 5 ㎜인 형상으로 기계 가공한 후, Cu제 배킹 플레이트에 납땜 접합함으로써 3 종류의 Si 스퍼터링 타깃을 제작하였다. 이들 Si 타깃의 스퍼터면의 X선 회절을 전술한 방법에 따라서 실시한 바, 스퍼터면의 Si의 (111)면과 (220)면의 피크 강도비(I₍₁₁₁₎/I₍₂₂₀₎)는 제4 실시예가 1.55, 제2 실시예가 1.82, 제3 실시예가 2.05이었다. 이러한 각 Si 타깃을 후술하는 특성 평가에 이바지하였다.

(제1 내지 제3 비교예)

입자 직경 150 ㎛ 이하(제1 비교예), 입자 직경 150 내지 300 ㎛(제2 비교예), 입자 직경 300 ㎛ 이상(제3 비교예)인 붕소 도프한 순도 3N의 Si 분말을 각각 준비하였다. 이들 각 Si 분말을 카본형 내에 충전하여 핫프레스 장치에 세트하였다. 5 ㎫의 압력을 초기 상태로부터 인가하고, Ar 분위기 속에서 900 ℃의 온도로 각각 3시간 유지하여 소결하였다. 이 후, 압력을 제거하여 실온까지 냉각하였다.

이렇게 하여 얻은 각 타깃 소재(Si 소결재)를 직경 300 ㎜ × 두께 5 ㎜인 형상으로 기계 가공한 후, Cu제 배킹 플레이트에 납땜 접합함으로써 3 종류의 Si 스퍼터링 타깃을 제작하였다. 이들 Si 타깃의 상대 밀도는 제1 비교예가 73 ％, 제2 비교예가 82 ％, 제3 비교예가 90 ％였지만, 스퍼터면의 피크 강도비(I₍₁₁₁₎/I₍₂₂₀₎)는 제1 비교예가 4.2, 제2 비교예가 3.9, 제3 비교예가 3.8이었다. 이러한 각 Si 타깃을 후술하는 특성 평가에 이바지하였다.

(제4 내지 제6 비교예)

입자 직경 150 ㎛ 이하(제4 비교예), 입자 직경 150 내지 300 ㎛(제5 비교예), 입자 직경 300 ㎛ 이상(제6 비교예)인 붕소 도프한 순도 3N의 Si 분말을 각각 준비하였다. 이들 각 Si 분말을 캡슐에 충전하여 진공 밀봉한 후, HIP 장치에 세트하였다. 초기 상태로부터 150 ㎫의 압력을 각각 인가하고, Ar 분위기 속에서 1200 ℃ × 3 hr(제4 비교예), 1300 ℃ × 5 hr(제5 비교예), 1250 ℃ × 2.5 hr(제6 비교예)의 조건으로 각각 HIP 처리하였다. 이 후, 압력을 제거하여 실온까지 냉각하였다.

이렇게 하여 얻은 각 타깃 소재(Si 소결체)를 직경 300 ㎜ × 두께 5 ㎜인 형상으로 기계 가공한 후, Cu제 배킹 플레이트에 납땜 접합함으로써 3 종류의 Si 스퍼터링 타깃을 제작하였다. 이들 Si 타깃의 상대 밀도는 제4 비교예가 96.5 ％, 제5 비교예가 98 ％, 제6 비교예가 99.5 ％이고, 또한 스퍼터면의 피크 강도비 (I₍₁₁₁₎/I₍₂₂₀₎)는 제4 비교예가 4.5, 제5 비교예가 3.9, 제6 비교예가 5.5이었다. 이러한 각 Si 타깃을 후술하는 특성 평가에 이바지하였다.

(제7 비교예)

이미 시판된 용해재로 이루어지는 다결정 Si 타깃을 준비하였다. 이 다결정 Si 타깃의 스퍼터면의 피크 강도비 (I₍₁₁₁₎/I₍₂₂₀₎)는 5.5이었다. 이러한 Si 타깃을 후술하는 특성 평가에 이바지하였다.

다음에, 상술한 제1 내지 제6 실시예 및 제1 내지 제7 비교예의 각 Si 스퍼터링 타깃을 이용하여, 스퍼터 방식 : 마그네트론 스퍼터, 출력 DC : 2 ㎾, 배압 : 1 × 10^-5 ㎩, Ar : 5 ㎩, O₂ : 0.5 ㎩, 스퍼터 시간 : 60 min의 조건 하에서 각각 8 인치의 유리 기판 상에 Si 산화막(SiO₂막)을 성막하였다. 이러한 Si 산화막의 성막 공정에 있어서, 적산 전력이 1 ㎾h, 100 ㎾h, 500 ㎾h가 된 시점의 Si 산화막의 면내 막 두께 분포를 측정하였다. 이들 측정 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, Si 산화막의 면내 막 두께 분포는 유리 기판의 직경에 대해 단부로부터 5 ㎜ 간격으로 막 두께를 측정하여 이들 각 측정치로부터 최대치와 최소치를 구하고, 그 최대치와 최소치로부터 [{(최대치 － 최소치)/(최대치 ＋ 최소치)} × 100(％)]의 식을 기초로 하여 산출하였다.

[표 1]

	소결법	Si 원재분 * (질량비)	Si 타깃		Si 산화막의 막 두께 분포(％)
	소결법	Si 원재분 * (질량비)	상대 밀도 (％)	(111)/(220) 강도비(％)	1 ㎾h 후	100 ㎾h 후	500 ㎾h 후
제1 실시예	HP	미분말 : 조분말 = 70 : 30	75	1.5	0.38	0.41	0.40
제2 실시예	HP	미분말 : 조분말 = 75 : 25	86	1.8	0.33	0.35	0.33
제3 실시예	HP	미분말 : 조분말 = 80 : 20	93	2.1	0.36	0.38	0.37
제4 실시예	HIP	미분말 : 조분말 = 70 : 30	78	1.55	0.39	0.39	0.40
제5 실시예	HIP	미분말 : 조분말 = 75 : 25	88	1.82	0.31	0.31	0.32
제6 실시예	HIP	미분말 : 조분말 = 80 : 20	94	2.05	0.42	0.45	0.44
제1 비교예	HP	미분말 = 100	73	4.2	4.5	4.6	4.6
제2 비교예	HP	150 내지 300 ㎛ = 100	82	3.9	4.3	4.3	4.2
제3 비교예	HP	조분말 = 100	90	3.8	4.4	4.2	4.1
제4 비교예	HIP	미분말 = 100	96.5	4.5	4.8	4.8	4.9
제5 비교예	HIP	150 내지 300 ㎛ = 100	98	3.9	4.1	3.8	3.8
제6 비교예	HIP	조분말 = 100	99.5	4.3	4.8	4.8	4.8
제7 비교예	용해재(다결정 Si)		100	5.5	5.6	5.3	5.5

표 1로부터 명백한 바와 같이, 제1 내지 제6 실시예의 각 Si 스퍼터링 타깃은 Si 산화막의 막 면내에 있어서의 막 두께 분포의 편차가 작은 것을 알 수 있다. 또한, 그와 같은 막 두께 분포의 균일성이 우수한 Si 산화막을 성막 초기로부터 라이펜드 근처까지 안정적으로 얻는 것이 가능한 것을 알 수 있다. 한편, 제1 내지 제7 비교예에 의한 Si 스퍼터링 타깃을 이용한 경우에는, 모두 막 면내에 있어서의 막 두께 분포의 편차가 큰 Si 산화막밖에 얻어지고 있지 않다.

(제7 내지 제12 실시예)

입자 직경이 75 내지 100 ㎛인 붕소 도프한 순도 3N의 Si 분말을 준비하였다. 이 Si 분말을 카본형 내에 충전하여 핫프레스(HP) 장치에 세트하고, 1 × 10^-3 ㎩의 진공 속에서 800 ℃(제7 실시예), 900 ℃(제8 실시예), 1000 ℃(제9 실시예), 1100 ℃(제10 실시예), 1200 ℃(제11 실시예), 1300 ℃(제12 실시예)로 각각 5시간 유지하여 소결하였다. 소결시의 압력은 25 ㎫로 하였다.

이렇게 하여 얻은 각 타깃 소재(Si 소결체)를 직경 50 ㎜ × 두께 5 ㎜인 형상으로 기계 가공한 후, Cu제 배킹 플레이트에 납땜 접합함으로써 6 종류의 Si 스퍼터링 타깃을 제작하였다. 이러한 각 Si 타깃의 비커스 경도와 그 편차를 전술한 방법에 따라서 측정하였다. 측정 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다. 이러한 각 Si 타깃을 후술하는 특성 평가에 이바지하였다.

(제13 실시예)

입자 직경이 200 ㎛ 이하인 붕소 도프한 순도 3N의 Si 분말을 카본형 내에 충전하여 핫프레스(HP) 장치에 세트하였다. 그리고, 1 × 10^-3 ㎩의 진공 속에서 1300 ℃로 5시간 유지하여 소결하였다. 소결시의 압력은 25 ㎫로 하였다. 이렇게 하여 얻은 타깃 소재(Si 소결체)를 직경 50 ㎜ × 두께 5 ㎜인 형상으로 기계 가공한 후, Cu제 배킹 플레이트에 납땜 접합함으로써 Si 스퍼터링 타깃을 제작하였다. 이 Si 타깃의 비커스 경도와 그 편차는 표 2에 나타낸 바와 같다. 이러한 Si 타깃을 후술하는 특성 평가에 이바지하였다.

(제14 내지 제16 실시예)

입자 직경이 75 내지 100 ㎛인 붕소 도프한 순도 3N의 Si 분말을 캡슐에 충전하여 진공 밀봉한 후에 HIP 장치에 세트하고, Ar 분위기 속에서 1100 ℃(제14 실시예), 1200 ℃(제15 실시예), 1300 ℃(제16 실시예)의 조건으로 각각 HIP 처리(소결)하였다. HIP 처리시의 압력은 100 ㎫로 하였다. 이렇게 하여 얻은 각 타깃 소재(Si 소결체)를 직경 50 ㎜ × 두께 5 ㎜인 형상으로 기계 가공한 후, Cu제 배킹 플레이트에 납땜 접합함으로써 3 종류의 Si 스퍼터링 타깃을 제작하였다. 각 Si 타깃의 비커스 경도와 그 편차는 표 2에 나타낸 바와 같다. 이러한 각 Si 타깃을 후술하는 특성 평가에 이바지하였다.

(제17 내지 제19 실시예)

입자 직경이 200 ㎛ 이하인 붕소 도프한 순도 3N의 Si 분말을 캡슐에 충전하여 진공 밀봉한 후에 HIP 장치에 세트하였다. 그리고, Ar 분위기 속에서 1100 ℃(제17 실시예), 1200 ℃(제18 실시예), 1300 ℃(제19 실시예)의 조건으로 각각 HIP 처리(소결)하였다. HIP 처리시의 압력은 100 ㎫로 하였다. 이렇게 하여 얻은 각 타깃 소재(Si 소결체)를 직경 50 ㎜ × 두께 5 ㎜인 형상으로 기계 가공한 후, Cu제 배킹 플레이트에 납땜 접합함으로써 3 종류의 Si 스퍼터링 타깃을 제작하였다. 각 Si 타깃의 비커스 경도와 그 편차는 표 2에 나타낸 바와 같다. 이러한 각 Si 타깃을 후술하는 특성 평가에 이바지하였다.

(제8 및 제9 비교예)

입자 직경이 75 내지 100 ㎛인 붕소 도프한 순도 3N의 Si 분말을 카본형 내에 충전하여 핫프레스(HP) 장치에 세트하고, 1 × 10^-3 ㎩의 진공 속에서 500 ℃(제8 비교예), 700 ℃(제9 비교예)로 각각 5시간 유지하여 소결하였다. 소결시의 압력은 25 ㎫로 하였다. 이렇게 하여 얻은 각 타깃 소재(Si 소결체)를 타깃 형상으로 기계 가공한 바, 모두 가공중에 깨어짐이 생겨 타깃으로서 사용할 수 없었다.

(제10 및 제11 비교예)

이미 시판된 용해재로 이루어지는 다결정 Si 타깃(제10 비교예) 및 단결정 Si 타깃(제11 비교예)을 준비하였다. 이들 용해재 타깃의 비커스 경도는 다결정 Si 타깃(제10 비교예)이 Hv 1109, 단결정 Si 타깃(제11 비교예)이 Hv 907이었다. 이들 Si 타깃을 후술하는 특성 평가에 이바지하였다.

다음에, 상술한 제7 내지 제19 실시예 및 제10 내지 제11 비교예의 각 Si 스퍼터링 타깃을 이용하여, 스퍼터 방식 : 마그네트론 스퍼터, 출력 DC : 1 ㎾, 스퍼 터압 : 5 ㎩ : 50 sccm, O₂ : 10 sccm의 조건 하에서 각각 유리 기판 상에 Si 산화막(SiO₂막)을 성막하였다. 이러한 Si 산화막의 성막 공정을 연속하여 행하여 Si 타깃에 깨어짐이 생긴 시점에서 침식 깊이를 측정하였다. 그 측정 결과를 표 2에 나타낸다.

[표 2]

	제조 조건			Si 타깃		최대 침식 깊이(㎛)
	제조 조건			비커스 경도
	소결법	Si 원료 재분의 입자 직경 (㎛)	소결 온도	평균치(Hv)	편차(％)
제7 실시예	HP	75 내지 100	800	342	16	2.4
제8 실시예	HP	75 내지 100	900	409	15	2.5
제9 실시예	HP	75 내지 100	1000	498	13	2.6
제10 실시예	HP	75 내지 100	1100	522	11	2.7
제11 실시예	HP	75 내지 100	1200	572	10	2.6
제12 실시예	HP	75 내지 100	1300	602	7	2.2
제13 실시예	HP	200 이하	1300	580	34	1.7
제14 실시예	HIP	75 내지 100	1100	591	9	2.7
제15 실시예	HIP	75 내지 100	1200	613	8	2.3
제16 실시예	HIP	75 내지 100	1300	730	7	2.2
제17 실시예	HIP	200 이하	1100	578	36	1.8
제18 실시예	HIP	200 이하	1200	602	34	1.5
제19 실시예	HIP	200 이하	1300	708	34	1.6
제8 비교예	HP	75 내지 100	500	152	13	－*
제9 비교예	HP	75 내지 100	700	234	10	－*
제10 비교예	용해재(다결정 Si)			1109	39	0.9
제11 비교예	용해재(단결정 Si)			907	10	1.1

* 가공 중에 깨어짐 발생

표 2로부터 명백한 바와 같이, 제10 및 제11 비교예의 각 Si 스퍼터링 타깃은 깨어짐이 비교적 조기에 생기고 있다(침식 깊이가 얕음). 이에 대해, 제7 내지 제19 실시예의 각 Si 스퍼터링 타깃은 사용 빈도가 높여지고 있는 것이 침식 깊이로부터 알 수 있다. 특히, 비커스 경도가 Hv 300 내지 800의 범위인 동시에, 비커스 경도의 편차가 30 ％ 이내의 Si 스퍼터링 타깃(제7 내지 제12 실시예 및 제14 내지 제16 실시예)은 깨어짐이 생긴 시점의 침식 깊이가 깊고, 장기 수명화가 달성되고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 제7 내지 제19 실시예의 각 Si 스퍼터링 타깃은 모두 상대 밀도가 70 내지 95 ％인 범위의 Si 소결재를 사용한 것이다.

(제20 실시예)

입자 직경이 75 내지 100 ㎛인 범위의 Si 분말(순도 4N)을 준비하고, 이 Si 분말을 카본형 내에 충전하였다. 이때, 카본형에 진동을 가함으로써 Si 분말의 충전 밀도를 높이는 동시에 충전 밀도의 균일화를 도모하였다. 이것을 핫프레스(HP) 장치에 세트하고, 1 × 10^-3 ㎩의 진공 분위기 속에서 25 ㎫의 압력을 인가하면서 900 ℃ × 5시간의 조건으로 소결하였다. 이 후, 압력을 제거하여 실온까지 냉각하였다.

이렇게 하여 얻은 타깃 소재(Si 소결재)를 직경 50 ㎜ × 두께 5 ㎜인 형상으로 기계 가공한 후, Cu제 배킹 플레이트에 납땜 접합함으로써 Si 스퍼터링 타깃을 제작하였다. 이 Si 스퍼터링 타깃의 상대 밀도와 그 편차를 전술한 방법에 따라서 측정한 바, 상대 밀도는 72 ％, 그 편차는 12 ％이었다. 이러한 Si 타깃을 후술하는 특성 평가에 이바지하였다.

(제21 내지 제25 실시예)

상기한 제20 실시예에 있어서, 소결시의 조건(소결법, 소결 온도, 소결 시간)을 각각 표 3에 나타내는 조건으로 변경하는 이외에는, 제20 실시예와 마찬가지로 하여 타깃 소재(Si 소결체)를 제작하였다. 이들 각 타깃 소재(Si 소결체)를 이용하여, 각각 제20 실시예와 마찬가지로 하여 Si 스퍼터링 타깃을 제작하였다. 각 Si 스퍼터링 타깃의 상대 밀도와 그 편차는 표 3에 나타낸 바와 같다. 이러한 각 Si 스퍼터링 타깃을 후술하는 특성 평가에 이바지하였다.

(제12 내지 제15 비교예)

상기한 제20 실시예에 있어서, Si 분말의 입자 직경이나 소결시의 조건(소결법, 소결 온도, 소결 시간)을 각각 표 3에 나타내는 조건으로 변경하는 이외에는, 제20 실시예와 마찬가지로 하여 타깃 소재(Si 소결체)를 제작하였다. 이들 각 타깃 소재(Si 소결체)를 이용하여, 각각 제20 실시예와 마찬가지로 하여 Si 스퍼터링 타깃을 제작하였다. 각 Si 스퍼터링 타깃의 상대 밀도와 그 편차는 표 3에 나타낸 바와 같다. 이러한 각 Si 스퍼터링 타깃을 후술하는 특성 평가에 이바지하였다.

다음에, 상술한 제20 내지 제25 실시예, 제10 및 제11 비교예(이미 시판된 다결정 Si 타깃와 단결정 Si 타깃) 및 제12 내지 제16 비교예의 각 Si 스퍼터링 타깃을 이용하여, 이하의 조건으로 Si 산화막(SiO₂막)을 스퍼터 성막하였다. 스퍼터 성막에는 DC 스퍼터를 적용하고, 스퍼터 조건은 스퍼터 가스 : Ar ＝ 50 sccm ＋ O₂ ＝ 10 sccm, 스퍼터압 : 5 ㎩, 출력 : 100 W, 스퍼터 시간 : 600 sec로 하였다. 이러한 조건 하에서 유리 기판 상에 Si 산화막(SiO₂막)을 성막하였다. 각 Si 산화막의 막 두께를 단차계로 측정하고, 각 막 두께를 성막 시간(600 sec)으로 나누어 성막 속도(㎚/min)를 구하였다. 그 결과를 표 3에 더불어 나타낸다.

[표 3]

		Si 타깃의 제조 조건				타깃 밀도		성막 비율 (㎚/min)
		제법	분말 입자 직경(㎛)	소결 온도(℃)	소결 시간(hr)	상대 밀도(％)	편차(％)	성막 비율 (㎚/min)
실시예	20	HP	75 내지 100	900	5	72	12	25
	21	HP	75 내지 100	1000	5	76	6	23
	22	HP	75 내지 100	1100	5	81	4	22
	23	HP	75 내지 100	1200	5	84	2	21
	24	HP	75 내지 100	1300	5	83	5	19
	25	HIP	75 내지 100	1100	5	85	3	30
비교예	10	용해재(다결정 Si)				100	2	10
	11	용해재(단결정 Si)				100	1	14
	12	HP	75 내지 100	500	5	43	13	(깨어짐 발생)
	13	HP	75 내지 100	700	5	48	12	(깨어짐 발생)
	14	HP	75 내지 100	800	1	53	34	(깨어짐 발생)
	15	HIP	＜ 100	1300	5	99	32	13

(제26 및 제27 실시예)

상기한 제20 실시예에 있어서, Si 분말의 입자 직경을 표 4에 나타내는 조건으로 변경하는 이외에는, 제20 실시예와 마찬가지로 하여 타깃 소재(Si 소결체)를 제작하였다. 이들 각 타깃 소재(Si 소결체)를 이용하여, 각각 제20 실시예와 마찬가지로 하여 Si 스퍼터링 타깃을 제작하였다. 이들 Si 스퍼터링 타깃의 산소 함유량과 그 편차를 전술한 방법에 따라서 측정하였다. 그 결과는 표 4에 나타낸 바와 같다. 또한, 각 Si 스퍼터링 타깃의 상대 밀도는 72 ％, 76 ％이었다. 이러한 각 Si 스퍼터링 타깃을 후술하는 특성 평가에 이바지하였다.

(제28 내지 제30 실시예)

표 4에 나타내는 입자 직경을 갖는 각 Si 분말을 카본형 내에 충전하고, 진공 분위기 속에서 표 4에 나타내는 조건 하에서 각각 가소 공정을 실시하였다. 이 후, 25 ㎫의 압력을 인가하면서 800 내지 1200 ℃ × 5시간의 조건으로 소결(HP 소결)하였다. 이 후, 압력을 제거하여 실온까지 냉각하였다. 이렇게 하여 얻은 각 타깃 소재(Si 소결체)를 이용하여, 각각 제20 실시예와 마찬가지로 하여 Si 스퍼터링 타깃을 제작하였다. 이들 Si 스퍼터링 타깃의 산소 함유량과 그 편차를 전술한 방법에 따라서 측정하였다. 그 결과는 표 4에 나타낸 바와 같다. 이러한 각 Si 스퍼터링 타깃을 후술하는 특성 평가에 이바지하였다.

(제16 내지 제20 비교예)

상기한 제28 실시예에 있어서, Si 분말의 입자 직경이나 가소 공정의 조건(가소 온도, 가소 시간)을 각각 표 4에 나타내는 조건으로 변경하는 이외에는, 제28 실시예와 마찬가지로 하여 타깃 소재(Si 소결체)를 제작하였다. 이들 각 타깃 소재(Si 소결재)를 이용하여, 각각 제20 실시예와 마찬가지로 하여 Si 스퍼터링 타깃을 제작하였다. 각 Si 스퍼터링 타깃의 산소 함유량과 그 편차는 표 4에 나타낸 바와 같다. 이러한 각 Si 스퍼터링 타깃을 후술하는 특성 평가에 이바지하였다.

다음에, 상술한 제26 내지 제 30 실시예, 제10 내지 제11 비교예 및 제16 내지 제20 비교예의 각 Si 스퍼터링 타깃을 이용하여, 각각 제20 실시예와 동일 조건 하에서 유리 기판 상에 Si 산화막(SiO₂막)을 성막하였다. 이러한 Si 산화막의 성막 속도를 제20 실시예와 마찬가지로 하여 측정 및 평가하였다. 그 결과를 표 4에 더 불어 나타낸다.

[표 4]

		Si 타깃의 제조 조건				산소 함유 상태		성막 비율 (㎚/min)
		제법	분말 입자 직경(㎛)	가소 온도(℃)	가소 시간(hr)	산소량 (질량 ％)	편차(％)	성막 비율 (㎚/min)
실시예	26	HP	75 내지 150	없음	－	0.03	6	18
	27	HP	45 내지 75	없음	－	0.06	5	19
	28	HP	150 내지 200	500	5	0.39	13	23
	29	HP	75 내지 150	500	5	0.42	4	24
	30	HP	45 내지 75	500	5	0.45	3	24
비교예	10	용해재(다결정 Si)				＜ 0.001	2	10
	11	용해재(단결정 Si)				＜ 0.001	2	14
	16	HP	＜ 150	700	1	1.65	34	(이상 방전)
	17	HP	＜ 75	700	1	2.03	37	(이상 방전)
	18	HP	＜ 45	700	1	2.42	39	(이상 방전)
	19	HP	75 내지 150	700	5	1.87	14	(이상 방전)
	20	HP	45 내지 75	700	5	2.07	13	(이상 방전)

표 4로부터 명백해진 바와 같이, 제26 내지 제30 실시예의 각 Si 스퍼터링 타깃은 산소 함유량을 제어하고 있기 때문에 Si 산화막의 성막 속도가 향상되고 있는 것을 알 수 있다.

본 발명의 스퍼터링 타깃은 스퍼터면의 결정 방향이나 상대 밀도, 경도, 산소 함유량 등의 구성을 제어하고 있기 때문에, 성막한 막의 막 두께 특성의 향상 및 성막 비용이나 불량 발생율의 저감 등을 도모할 수 있다. 이러한 스퍼터링 타깃을 이용함으로써 성막 비용 및 불량 발생율의 저감을 도모하는 동시에, 막 두께 분포나 막 특성 등을 균일화한 Si 산화막을 재현성 좋게 얻는 것이 가능해진다. 이들은, 예를 들어 광학 박막의 비용 삭감이나 특성 향상 등에 크게 기여하는 것이다.

Claims

Si 및 1 질량% 이하의 불순물 원소로 이루어진 스퍼터링 타깃이며,

상기 타깃의 스퍼터면의 결정면 방위를 X선 회절법으로 측정하였을 때의 Si의 (111)면의 피크 강도(I₍₁₁₁₎)와 (220)면의 피크 강도(I₍₂₂₀₎)의 비율(I₍₁₁₁₎/I₍₂₂₀₎)이 1.8 ± 0.3의 범위인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃.
제1항에 있어서, 상대 밀도가 70 ％ 이상 95 ％ 이하 범위의 Si 소결재를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃.
제1항에 있어서, 비커스 경도로 Hv 300 이상 Hv 800 이하인 범위의 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃.
삭제
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제3항에 있어서, 타깃 전체적으로 상기 비커스 경도의 편차가 30 ％ 이내인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃.
삭제
제1항에 있어서,

산소 함유량이 0.01 질량％ 이상 1 질량％ 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃.
삭제
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제1항에 있어서, 상기 불순물 원소는 Fe, Ni, Cr, Al, Cu, Na 및 K로부터 선택되는 하나 이상의 원소로 이루어진 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃.
제1항 내지 제3항, 제6항, 제8항 또는 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 산화막 형성용 타깃인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃.
제1항 내지 제3항, 제6항, 제8항 또는 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 광학 박막 형성용 타깃으로서 이용되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃.
제1항 내지 제3항, 제6항, 제8항 또는 제14항 중 어느 한 항에 기재된 스퍼터링 타깃을 이용하여, 산소를 포함하는 분위기 중에서 스퍼터성막하여 Si 산화막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 Si 산화막의 제조 방법.
제17항에 있어서, 상기 Si 산화막은 광학 박막인 것을 특징으로 하는 Si 산화막의 제조 방법.