(57)【要約】      （修正有）【課題】成膜速度を向上させて金属酸化物薄膜を容易に成膜することができる分割型複合スパッタリングターゲットおよびそれを用いたスパッタリング成膜方法を提供する。【解決手段】金属１３と金属１３の金属酸化物１４を含有し、金属１３からなる部分と金属１３の金属酸化物１４からなる部分が分割された形態で存在する分割型複合スパッタリングターゲット１６を用い、真空室内に不活性ガスと酸素ガスを導入して、成膜中に分割型複合スパッタリングターゲット１６の金属１３からなる部分と金属酸化物１４からなる部分の成膜速度比を段階的または連続的に変化させる。【選択図】図３
2015034313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属と前記金属の金属酸化物を含有し、前記金属からなる部分と前記金属酸化物からなる部分が分割された形態で存在することを特徴とする分割型複合スパッタリングターゲット。
【請求項２】
前記金属がＮｂであり、前記金属酸化物がＮｂ酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の分割型複合スパッタリングターゲット。
【請求項３】
前記金属からなる部分（Ａ）と前記金属の金属酸化物からなる部分（Ｂ）の割合が面積比率（［Ｂ／（Ａ＋Ｂ）］×１００）で８％以上５０％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の分割型複合スパッタリングターゲット。
【請求項４】
前記分割型複合スパッタリングターゲットが平板円形形状からなり、金属からなる部分（Ａ）と前記金属の金属酸化物からなる部分（Ｂ）が円形平面内に扇形に分割された形態で存在する請求項１乃至３のいずれかの項に記載の分割型複合スパッタリングターゲット。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の分割型複合スパッタリングターゲットを用いた成膜方法であって、真空室内に不活性ガスと酸素ガスを導入して、成膜中に前記分割型複合スパッタリングターゲットの金属からなる部分と金属酸化物からなる部分の成膜速度比を段階的または連続的に変化させることを特徴とするスパッタリング成膜方法。
【請求項６】
前記成膜中に前記分割型複合スパッタリングターゲットへ電力および磁力を供給することを特徴とする請求項５に記載のスパッタリング成膜方法。
【請求項７】
前記成膜速度比を、前記分割型複合スパッタリングターゲットへ供給する印加電力を周期的に変化させて制御することを特徴とする請求項５または６に記載のスパッタリング成膜方法。
【請求項８】
前記成膜速度比を、前記分割型複合スパッタリングターゲットへ供給する磁力を磁石の駆動により変化させて制御することを特徴とする請求項５または６に記載のスパッタリング成膜方法。
【請求項９】
前記分割型複合スパッタリングターゲットに磁力を供給する磁石が回転駆動することを特徴とする請求項８に記載のスパッタリング成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分割型複合スパッタリングターゲットおよびスパッタリング成膜方法に関し、特にスパッタリング法を用いた真空成膜室内で行う金属酸化物薄膜の成膜方法およびその成膜方法において使用する分割型複合スパッタリングターゲットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カメラ用レンズやフラットパネルディスプレイなど光学素子、光学材料の表面反射を防ぐため、反射防止膜が広く使用されている。前記反射防止膜として、屈折率の異なる２種類の薄膜（高屈折率薄膜と低屈折率薄膜）が積層された多層型の反射防止膜が知られている。このうち前記高屈折率薄膜の形成材料としては、一般的に、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタンなどの金属酸化物の薄膜が使用されている。
【０００３】
前記高屈折率薄膜として使用されている金属酸化物の成膜方法としては、膜厚や屈折率の制御性の高さからスパッタリング法が普及している。金属酸化物薄膜のスパッタリング法は、真空排気された成膜室内に材料源となる金属ターゲットを用いて、スパッタリングのためのＡｒ、Ｘｅなどの不活性ガスと金属ターゲットから飛来する金属粒子と反応する酸素ガスを成膜室内に導入して、被成膜対象となる基板やフィルムなどに金属酸化物薄膜を形成する。
【０００４】
スパッタリングによる金属酸化物薄膜の成膜方法は、成膜室内に導入する酸素量を金属酸化物が形成できる十分な流量で供給さえすれば、安定した光学特性を持った金属酸化物薄膜を形成可能である。金属酸化物薄膜は、スパッタリング法で安定成膜が可能であり、広く普及しているが、コスト、生産性の面でさらなる成膜速度の高速化が求められている。
【０００５】
酸素ガスを導入するスパッタ法においては、ある酸素導入量で急激に成膜速度が変化することが知られている。図１は、金属酸化物の成膜の際に供給する酸素ガス量と成膜速度の関係を示す説明図である。例えば、図１のグラフに示すように、ある範囲の酸素導入量に対して成膜速度が急激に変化する遷移領域（同図においてＢ領域）、前記範囲を超える酸素導入量に対して成膜速度が、略一定（同図においてＡ領域）となる酸化物領域が存在する。このため、Ｂ領域の条件下で形成された薄膜は、例えば、膜厚や光学特性（可視光領域での吸収の有無など）にバラツキが生じるという問題がある。したがって、単に酸素導入量を調整するのみである従来法では、成膜速度は遅いが、酸素導入量の変動によって成膜速度や光学特性があまり変化しない酸化物領域であるＡ領域の条件下で、金属酸化物薄膜を形成する必要があった。
【０００６】
そこで金属酸化物薄膜の成膜高速化の方法として、プラズマエミッションモニタリング（ＰＥＭ）法により酸素や窒素などの反応性ガスの導入量を調整し、前記ニオブ金属のプラズマ発光強度を制御する（例えば特許文献１）方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４４８８５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示されているＰＥＭ法により、遷移領域を利用することができるため成膜速度を高速化できる。しかし、ＰＥＭ法では成膜中のプラズマ発光をモニターするセンサーと分光器が必要であるため、成膜装置が複雑化、高価になってしまう点が課題である。
【０００９】
さらにＰＥＭ法はプラズマ発光の強度から酸素流量を調整するが、実際に成膜室でそのガス流量の調整時に必ず遅延があるため、成膜の開始時や短時間成膜の場合に成膜の安定性が確保できない点に課題がある。
【００１０】
本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、成膜速度を向上させて金属酸化物薄膜を容易に成膜することができる分割型複合スパッタリングターゲットおよびそれを用いたスパッタリング成膜方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決する分割型複合スパッタリングターゲットは、金属と前記金属の金属酸化物を含有し、前記金属からなる部分と前記金属の金属酸化物からなる部分が分割された形態で存在することを特徴とする。
【００１２】
上記の課題を解決するスパッタリング成膜方法は、上記の分割型複合スパッタリングターゲットを用いた成膜方法であって、真空室内に不活性ガスと酸素ガスを導入して、成膜中に前記分割型複合スパッタリングターゲットの金属からなる部分と金属酸化物からなる部分の成膜速度比を段階的または連続的に変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、成膜速度を向上させて金属酸化物薄膜を容易に成膜することができる分割型複合スパッタリングターゲットおよびそれを用いたスパッタリング成膜方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】金属酸化物の成膜の際に供給する酸素ガス量と成膜速度の関係を示す説明図である。
【図２】本発明のスパッタリング成膜方法の一実施形態に使用する装置の説明図である。
【図３】本発明の分割型複合スパッタリングターゲットの一実施形態を示す説明図である。
【図４】本発明のスパッタリング成膜方法の成膜時間に対する電力変化の概略を示す説明図である。
【図５】本発明のスパッタリング成膜方法の他の実施形態に使用する装置の説明図である。
【図６】本発明の分割型複合スパッタリングターゲットの他の実施形態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る分割型複合スパッタリングターゲットは、金属と前記金属の金属酸化物を含有し、前記金属からなる部分（以降、金属部分とも記す。）と前記金属の金属酸化物からなる部分（以降、金属酸化物部分とも記す。）が分割された形態で存在することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の分割型複合スパッタリングターゲット（以降、分割型複合ターゲットとも記す。）は、１枚のスパッタリングターゲット内に前記金属部分と前記金属酸化物部分が分割された形態で共存することを特徴とする。また、本発明の分割型複合スパッタリングターゲットにより、１枚のターゲット内に金属部分と金属酸化物部分を分離した状態を提供できるため金属部分と金属酸化物部分の成膜速度比の制御が容易になり、成膜速度を向上させることができる。
【００１７】
本発明に係るスパッタリング成膜方法は、１枚以上の上記の分割型複合スパッタリングターゲットを用いた成膜方法であって、真空室内に不活性ガスと酸素ガスを導入して、成膜中に前記分割型複合スパッタリングターゲットの金属からなる部分と金属酸化物からなる部分の成膜速度比を段階的または連続的に変化させることを特徴とする。
【００１８】
本発明の成膜方法によって、ターゲットの金属部分と金属酸化物部分の成膜速度比を段階的、または連続的に可変することで、成膜装置を複雑化せず成膜速度を向上させることができる。
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図２および図５は、本発明の各実施形態に係るスパッタリング成膜方法に使用する概略装置構成を示す説明図である。図３は、図２に示した成膜装置で使用した分割型複合スパッタリングターゲットの概略図である。
【００２０】
本発明のスパッタリング成膜方法は金属と金属酸化物を同時にスパッタリングを行う。酸素ガスを導入するスパッタリングにおいて、金属ターゲットは図１に示したように酸素流量によって、酸素が十分量供給されるＡの酸化物領域と、酸素が領域Ａに比べて少ないＢの遷移領域がある。
【００２１】
この２つの異なる状態が存在するのは、ターゲットの表面の金属が不活性ガスによるスパッタリングにより放出されて新たな金属面が表面に出てくる速度と、真空室内に導入された酸素ガスによるターゲット金属面の酸化の速度のバランスにより、十分酸素量が多いＡの状態では酸素量が変動してもターゲット表面状態が酸化されやすい状態のままで成膜速度も安定している。一方、酸素量がやや少ないＢの状態では、Ｂの状態の中で酸素が多くターゲット表面状態が酸化されやすい成膜速度が遅い状態と、Ｂの状態の中で酸素が少なくターゲット表面に金属面が出やすい成膜速度が速い状態が、酸素量の変動に対して敏感に変化するためＡの状態よりＢの状態はターゲット表面状態および成膜速度が不安定になる。そのため、金属ターゲットは酸素量によって、成膜速度が遅いが安定している酸化物領域Ａと成膜速度が速いが不安定な遷移領域Ｂが存在する。
【００２２】
金属ターゲットに対して、金属酸化物ターゲットは既に金属酸化物によってターゲット材料が構成されているために金属ターゲットのようにターゲット表面に新たな金属面が出てこないため遷移領域は存在せず、酸化物領域のみが存在する。
【００２３】
本発明は、このように酸素流量によって成膜速度、安定性の状態が異なる金属ターゲットと、酸素流量によって成膜速度、安定性の状態が変わらない金属酸化物ターゲットを同時に使用して成膜を行う。さらに、ターゲットの金属部分と金属酸化物部分の成膜速度比を成膜中に変えることで、金属ターゲットの成膜速度が速い遷移領域を間欠的に安定化利用することが可能になるため、成膜中の成膜速度を向上させることができる。
【００２４】
また、本発明の実施形態では、１つのターゲットの中に金属と金属酸化物を共存させた分割型複合ターゲットを用いている。従来の他の型の複合ターゲットとして２成分またはそれ以上の成分を均一に分散させる分散型ターゲットが一般的には使われている。この金属と金属酸化物の分散型ターゲットでスパッタリングを行うと金属が優先的にスパッタされてしまい、本発明の目指す金属部分と金属酸化物部分の成膜レート比を制御することが困難ため、従来の分散型ターゲットは本発明とは相違する。
【００２５】
本発明における、金属と前記金属の金属酸化物を含有し、前記金属からなる部分と前記金属の金属酸化物からなる部分が分割された形態で存在する分割型複合スパッタリングターゲットの具体例としては、金属がＮｂ−金属酸化物がＮｂ酸化物、金属がＴａ−金属酸化物がＴａ酸化物、金属がＴｉ−金属酸化物がＴｉ酸化物、金属がＺｒ−金属酸化物がＺｒ酸化物、等が挙げられる。なお、金属と前記金属の金属酸化物における金属とは、上記のＮｂ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒの他に、Ｈｆ、Ａｌ，Ｙ，Ｓｉ，Ｍｇ等が挙げられる。
【００２６】
前記金属からなる部分（Ａ）と前記金属の金属酸化物からなる部分（Ｂ）の割合が、面積比率（［Ｂ／（Ａ＋Ｂ）］×１００）で８％以上５０％以下、好ましくは８％以上２５％以下であることが望ましい。
【００２７】
前記分割型複合スパッタリングターゲットが平板円形形状からなり、金属からなる部分（Ａ）と前記金属の金属酸化物からなる部分（Ｂ）が円形平面内に扇形に分割された形態で存在することが好ましい。本発明では１つのターゲット内に金属部分、金属酸化物部分を扇形に領域を分割したターゲットを使用しているが、分割の形態は扇形に限ったものではなく、金属部分と金属酸化物部分の領域が分割がされた形態であればその形態を問わない。
【００２８】
本発明では１つのターゲット内に金属と、金属酸化物を分割したターゲットを使用しているが、複数ターゲットで、金属と金属酸化物の成膜レート比を成膜中に制御してもよい。
【００２９】
本発明のターゲット内に金属部分、金属酸化物部分を有する分割型複合スパッタリングターゲットの製造方法は、一般的なターゲット製造方法である焼結法や溶解法により、金属部分と金属酸化物部分をそれぞれ製造した後、所望の寸法に加工した後に接合することにより得ることができる。
【実施例】
【００３０】
以下、詳細な実施形態として２つの実施形態となる成膜方法を示す。
【００３１】
［第１実施形態］
図２は、本発明の各実施形態に係る成膜方法を実行した概略装置構成を示す説明図である。図２において、ポンプ１０により真空排気された成膜を行う真空室５内に薄膜の材料源として、直流電源６に接続されたターゲット１およびターゲット背面に磁力を供給するマグネット１２が配置されている。外部からはスパッタリングに必要な不活性ガスおよび反応性ガス等のガス７が真空室５内に開閉可能なバルブ９を経由して導入される。導入するガス９はマスフローコントローラ８により導入量を調整可能になっている。また、薄膜の被成膜対象物として、基板２および基板２を保持する基板ホルダー３および基板ホルダーを回転する基板回転軸４が真空室内に設置されている。
【００３２】
図３に成膜に使用したターゲット１を示す。ターゲットは金属部分１３と同種の金属の金属酸化物１４から構成されており、それぞれの部分が分離された形で構成された分割型複合ターゲット１６である。分割型複合ターゲット１６は平板円形形状からなり、金属部分と金属酸化物部分が円形平面内に扇形に分割された形態で存在する。本発明の実施例では、扇形のターゲットの金属としてＮｂを、金属酸化物としてＮｂ２Ｏ４．８３を使用した。１５は金属酸化物（Ｎｂ２Ｏ４．８３）部分の頂角である。
【００３３】
本発明のスパッタリング成膜方法は、図３に示した分割型複合ターゲットを、図２に示した成膜装置のターゲットとして設置し、外部から不活性ガス、反応性ガスとして酸素を導入し、ターゲットに直流電源により電力を印加してスパッタリングを行い成膜を行う。
【００３４】
不活性ガスとしては、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒなど一般的にスパッタリングで使われているガスを使用する。本発明の実施例では不活性ガスとしてはＡｒを使用した。
【００３５】
本第１実施形態の成膜方法は、真空室内に導入する不活性ガスと酸素の流量は一定とする。成膜中に分割型複合ターゲットへ電力および磁力を供給する。成膜速度比を分割型複合ターゲットへ供給する印加電力を周期的に変化させて制御することを特徴とする。
【００３６】
ターゲットへの印加電力は、成膜時間中に強弱を繰り返し成膜する。例えば、１ＫＷと２ＫＷというように強弱の設定電力を繰り返し行うという方法である。電力の強弱の変化は段階的または連続的に行う。
【００３７】
本第１実施形態について実験結果を挙げて説明する。
【００３８】
（実施例１）
基板２として直径３０ｍｍ厚さ２ｍｍの合成石英のガラスを使用して、基板上にＮｂ２Ｏ５をスパッタリング法により成膜した。成膜は金属としてＮｂと金属酸化物としてＮｂ２Ｏ４．８３の分割型複合ターゲット１６にＤＣ電源を用いて１ＫＷと２ＫＷを段階的に印加した。ガス７はＡｒ７０ｓｃｃｍ、Ｏ２４２ｓｃｃｍをマスフローコントローラーにより設定して流量が一定となるよう導入して行った。
【００３９】
基板２はターゲット中心からターゲット面の法線方向に７０ｍｍ離れたところに配置、基板ホルダー３の回転数を３０ｒｐｍとして基板回転を行いながら成膜を行った。
ターゲットは図３に示した平板円形形状で円形面内を扇形でＮｂとＮｂ２Ｏ４．８３が分割された形態とした。ターゲットの円形面内のうち、Ｎｂ２Ｏ４．８３が占める扇形の面積比が８％とした。
【００４０】
図４は、本実施形態のスパッタリング成膜方法の成膜時間に対する電力変化の概略を示す説明図である。電力１ＫＷと２ＫＷが周期的に変化する方法とした。この時、１周期あたりの１ＫＷの成膜時間をｔ１、１周期あたりの２ＫＷの成膜時間をｔ２とした。以下の表１に示すような、ｔ１とｔ２を変えた成膜条件（１−１から１−８）でＮｂ２Ｏ５を成膜した。各条件で成膜した薄膜の膜厚と成膜時間から成膜速度を求めた。また、ターゲットへ供給するマグネットの磁力の強さは、ターゲット表面直上で４００ガウスである。
【００４１】
【表１】
2015034313.tif 000003
【００４２】
（実施例２）
実施例１と同様の成膜装置を用いて、基板として直径３０ｍｍ厚さ２ｍｍの合成石英のガラスを使用して、基板上にＮｂ２Ｏ５をスパッタリング法により成膜した。成膜は金属としてＮｂと金属酸化物としてＮｂ２Ｏ４．８３の分割型複合ターゲットにＤＣ電源を用いて１ＫＷと２ＫＷを段階的に印加し、ガスはＡｒ７０ｓｃｃｍ、Ｏ２４２ｓｃｃｍをマスフローコントローラーにより設定して流量が一定となるよう導入して行った。
【００４３】
基板はターゲット中心からターゲット面の法線方向に７０ｍｍ離れたところに配置、基板ホルダーの回転数を３０ｒｐｍとして基板回転を行いながら成膜を行った。
【００４４】
ターゲットは図３に示した平板円形形状で円形面内を扇形でＮｂとＮｂ２Ｏ４．８３が分割された形態とした。ターゲットの円形面内のうち、Ｎｂ２Ｏ４．８３が占める扇形の面積比が２５％とした。
【００４５】
成膜中の電力変化の概略図を図４に示した。電力１ＫＷと２ＫＷが周期的に変化する方法とした。この時、１周期あたりの１ＫＷの成膜時間をｔ１、２ＫＷの成膜時間をｔ２とした。表２に示すような、ｔ１とｔ２を変えた成膜条件（２−１から２−８）でＮｂ２Ｏ５を成膜した。各条件で成膜した薄膜の膜厚と成膜時間から成膜速度を求めた。
【００４６】
【表２】
2015034313.tif 000004
【００４７】
（実施例３）
実施例１と同様の成膜装置を用いて、基板として直径３０ｍｍ厚さ２ｍｍの合成石英のガラスを使用して、基板上にＮｂ２Ｏ５をスパッタリング法により成膜した。成膜は金属としてＮｂと金属酸化物としてＮｂ２Ｏ４．８３の分割型複合ターゲットにＤＣ電源を用いて１ＫＷと２ＫＷを段階的に印加し、ガスはＡｒ７０ｓｃｃｍ、Ｏ２４２ｓｃｃｍをマスフローコントローラーにより設定して流量が一定となるよう導入して行った。
【００４８】
基板はターゲット中心からターゲット面の法線方向に７０ｍｍ離れたところに配置、基板ホルダーの回転数を３０ｒｐｍとして基板回転を行いながら成膜を行った。
【００４９】
ターゲットは図３に示した平板円形形状で円形面内を扇形でＮｂとＮｂ２Ｏ４．８３が分割された形態とした。ターゲットの円形面内のうち、Ｎｂ２Ｏ４．８３が占める扇形の面積比が５０％とした。
【００５０】
成膜中の電力変化の概略図を図４に示した。電力１ＫＷと２ＫＷが周期的に変化する方法とした。この時、１周期あたりの１ＫＷの成膜時間をｔ１、２ＫＷの成膜時間をｔ２とした。表３に示すような、ｔ１とｔ２を変えた成膜条件（３−１から３−８）でＮｂ２Ｏ５を成膜した。各条件で成膜した薄膜の膜厚と成膜時間から成膜速度を求めた。
【００５１】
【表３】
2015034313.tif 000005
【００５２】
（比較例１）
実施例１と同様の成膜装置で、一般的に使われる金属Ｎｂターゲットを使用し、ターゲットにＤＣ電源を用いて２ＫＷを電力一定で印加し、ガスはＡｒ７０ｓｃｃｍ、Ｏ２をマスフローコントローラーにより設定して流量が一定となるよう導入して行った。酸素流量は図１に示した酸素流量と成膜速度の関係から薄膜が十分酸化可能かつ安定成膜が可能な酸化物領域、図中のＢ領域でできるだけ酸素流量が少ない４６ｓｃｃｍとした。基板は実施例１と同じ配置でターゲット中心からターゲット面の法線方向に７０ｍｍ離れたところに配置、基板ホルダーの回転数を３０ｒｐｍとして基板回転を行いながら成膜を行った。
【００５３】
成膜した膜厚と成膜速度から成膜速度を求めたところ、３３．０ｎｍ／ｍｉｎであった。
【００５４】
実施例１から３と比較例１を比較すると、実施例１から３では、ｔ１とｔ２の比率はｔ１／ｔ２がおよそ１以下で、ターゲット内のＮｂ２Ｏ４．８３が占める扇形の面積比が８％から５０％の範囲で従来方法の比較例１より成膜速度が向上していることが判明した。
【００５５】
本実施形態１の動作原理は、酸素流量一定の成膜工程でターゲットへの印加電力２ＫＷの時に金属部分について酸素流量を遷移領域の酸素流量に設定しておく。実施例１では酸素流量４２ｓｃｃｍを供給しているが、この流量は安定成膜できない遷移領域の酸素流量であるが、３０秒程度の短時間の成膜は可能である。
【００５６】
実施例１の電力２ＫＷの成膜のあと、電力１ＫＷの成膜のときにはターゲットのＮｂ部分から放出するＮｂ金属粒子量が電力２ＫＷの時に比べて、減少するためＮｂ２Ｏ５膜を形成するのに必要な酸素消費量は減少するため電力２ＫＷではターゲットのＮｂ部分は遷移領域で成膜していたが電力１ＫＷでは酸化物領域の成膜となる。また、ターゲットのＮｂ部分に隣接するＮｂ２Ｏ４．８３部分のスパッタリングによりターゲットのＮｂ部分のごく近傍へターゲットのＮｂ２Ｏ４．８３部分から酸素供給が行われるため、電力１ＫＷの成膜の間にターゲットのＮｂ部分の表面酸化が進行しやすくなる。そのため、再び電力２ＫＷでの遷移領域成膜が可能である。
【００５７】
つまり、本実施形態１は金属と金属酸化物の成膜速度比を電力調整により成膜中に強弱変化させることにより、従来方法の電力一定の成膜方法に比べて成膜速度が向上する成膜方法である。
【００５８】
［第２実施形態］
図５は、本発明の各実施形態に係る成膜方法を実行した概略装置構成を示す説明図である。
【００５９】
図２とほぼ同様の成膜装置であるが、ターゲットに磁力を供給するマグネットを支持するマグネットプレートの回転軸を有する点のみが異なる。本各実施形態では、成膜中に分割型複合ターゲットへ電力および磁力を供給し、成膜速度比を、前記分割型複合ターゲットへ供給する磁力を磁石の駆動により変化させて制御することを特徴とする。また、分割型複合ターゲットに磁力を供給する磁石が回転駆動することを特徴とする。
【００６０】
図５において、ポンプ３０により真空排気された成膜を行う真空室２５内に薄膜の材料源として、直流電源２６に接続されたターゲット２１およびターゲット背面に磁力を供給するマグネット３２が回転可能なマグネットプレート３１上に配置されている。外部からはスパッタリングに必要な不活性ガスおよび反応性ガス等のガス２７が真空室２５内に開閉可能なバルブ２９を経由して導入される。導入するガス２７はマスフローコントローラ２８により導入量を調整可能になっている。また、薄膜の被成膜対象物として、基板２２および基板を保持する基板ホルダー２３および基板ホルダーを回転する基板回転軸２４が真空室内に設置されている。
【００６１】
図６に成膜に使用したターゲット２１を示す。ターゲットは金属部分１３と同種の金属の金属酸化物１５から構成されており、それぞれの部分が分離された形で構成された分割型の複合ターゲットである。本発明の実施例では、扇形のターゲットの金属としてＮｂを、金属酸化物としてＮｂ２Ｏ４．８３を使用した。
【００６２】
本発明の成膜方法は、図３に示した分割型複合ターゲットを図５に示した成膜装置のターゲットとして設置し、外部から不活性ガスとしてＡｒ、反応性ガスとして酸素を導入し、ターゲットに直流電源により電力を印加してスパッタリングを行い成膜を行った。
【００６３】
本第２実施形態の成膜方法は、真空室内に導入する不活性ガスと酸素の流量は一定とする。ターゲット２１への印加電力は、成膜時間中、一定である。ターゲット直下に配置されたマグネット４１はマグネットプレート４０の回転軸により成膜中回転駆動する。
【００６４】
ＮｂとＮｂ２Ｏ４．８３の分割型複合ターゲットの直下で、図６に示すようにマグネット４１が回転している。マグネット回転式のスパッタリング用カソードはマグネット固定式に比べてターゲットの利用効率を向上させる目的で市販されているような一般的な技術である。本発明では、分割型複合ターゲットと回転式マグネットを新たに組み合わせることにより、図６に示すように、マグネット回転の位置により、ＮｂとＮｂ２Ｏ４．８３の成膜速度比を変えるものである。
【００６５】
ターゲットはマグネットが直下にあり磁力が供給されている場所のみがスパッタリングされる。そのため、分割型複合ターゲットではＮｂ２Ｏ４．８３部分の直下をマグネットが通過するときにのみ間欠的にＮｂ２Ｏ４．８３がスパッタリングされる。そのため、成膜時間中にＮｂとＮｂ２Ｏ４．８３の成膜速度比が周期的に変化する。図６（ａ）は金属酸化物Ｎｂ２Ｏ４．８３部分の直下にマグネット４１が重なる場合、図６（ｂ）は金属酸化物Ｎｂ２Ｏ４．８３部分の直下にマグネット４１が重ならない場合を示す。
【００６６】
ターゲット近傍には外部からの酸素ガス供給に加えて、ターゲットのＮｂ２Ｏ４．８３から酸素が間欠的に供給される。そのため、外部から供給する酸素供給量は金属Ｎｂにとって、遷移領域のやや少ない酸素流量でも安定して成膜が可能となる。
【００６７】
本第２実施形態について実験結果を挙げて説明する。
【００６８】
（実施例４−１）
基板として直径３０ｍｍ厚さ２ｍｍの合成石英のガラスを使用して、基板上にＮｂ２Ｏ５をスパッタリング法により成膜した。成膜は金属としてＮｂと金属酸化物としてＮｂ２Ｏ４．８３の分割型複合ターゲットにＤＣ電源を用いて１ＫＷを一定印加し、ガスはＡｒ７０ｓｃｃｍ、Ｏ２２０ｓｃｃｍをマスフローコントローラーにより設定して流量が一定となるよう導入して行った。
【００６９】
基板はターゲット中心からターゲット面の法線方向に７０ｍｍ離れたところに配置、基板ホルダーの回転数を３７ｒｐｍとして基板回転を行い、マグネットプレートは１００ｒｐｍで回転させながら成膜を行った。ターゲットへ供給するマグネットの磁力の強さは、ターゲット表面直上で４００ガウスである。
【００７０】
ターゲットは図３に示した平板円形形状で円形面内を扇形でＮｂとＮｂ２Ｏ４．８３が分割された形態とした。ターゲットの円形面内のうち、Ｎｂ２Ｏ４．８３が占める扇形の頂角が３０度、Ｎｂは３３０度とした。
【００７１】
成膜した薄膜の膜厚と成膜時間から成膜速度を求めたところ、成膜速度は５０．５ｎｍ／ｍｉｎであった。
【００７２】
（比較例２）
実施例４−１と同様の成膜装置で、一般的に使われる金属Ｎｂターゲットを使用し、ターゲットにＤＣ電源を用いて１ＫＷを電力一定で印加し、ガスはＡｒ７０ｓｃｃｍ、Ｏ２をマスフローコントローラーにより設定して流量が一定となるよう導入して行った。酸素流量は図１に示した酸素流量と成膜速度の関係から薄膜が十分酸化可能かつ安定成膜が可能な酸化物領域、図１中のＡ領域でできるだけ酸素流量が少ない２４ｓｃｃｍとした。基板は実施例４−１と同じ配置でターゲット中心からターゲット面の法線方向に７０ｍｍ離れたところに配置、基板ホルダーの回転数を３７ｒｐｍとして基板回転を行い、マグネットプレートの回転を１００ｒｐｍとして成膜を行った。
【００７３】
成膜した膜厚と成膜速度から成膜速度を求めたところ、１７．５ｎｍ／ｍｉｎであった。
【００７４】
実施例４−１と比較例２を比較すると、ターゲットへの印加電力は同じ１ＫＷであるが、成膜速度が向上していることが判明した。
【００７５】
（実施例４−２）
実施例４−１と同様の成膜装置を用いて、同様のターゲットは図３に示した平板円形形状で円形面内を扇形でＮｂとＮｂ２Ｏ４．８３が分割された形態でターゲットの円形面内のうち、Ｎｂ２Ｏ４．８３が占める扇形の頂角が４５度、Ｎｂは３１５度とした。Ｎｂ２Ｏ５をスパッタリング法により成膜して、成膜レートを求めたところ４７．０ｎｍ／ｍｉｎであった。
【００７６】
（実施例４−３）
実施例４−１と同様の成膜装置を用いて、ターゲットは図３に示した平板円形形状で円形面内を扇形でＮｂとＮｂ２Ｏ４．８３が分割された形態でターゲットの円形面内のうち、Ｎｂ２Ｏ４．８３が占める扇形の頂角が９０度、Ｎｂは２７０度とした。Ｎｂ２Ｏ５をスパッタリング法により成膜して、成膜レートを求めたところ３６．４ｎｍ／ｍｉｎであった。実施例４−１、４−２、４−３、比較例２の実験結果を表４に示した。
【００７７】
【表４】
2015034313.tif 000006
【００７８】
表４に示すように本実施例４−１、４−２、４−３は全て比較例２に比べて、成膜レートが向上することが判明した。実施例の中でも実施例４−１はＮｂ２Ｏ４．８３の面積比が最も狭く、Ｎｂ成膜の割合が比較的多い場合に成膜レートが特に速かった。
【００７９】
つまり、本実施形態４−１、４−２、４−３は分割型複合ターゲットと回転駆動式のマグネットを組み合わせることでターゲット面内の金属と金属酸化物の成膜速度比を成膜中に周期的に変化させることにより、従来の成膜方法に比べて成膜速度が向上する成膜方法であることが認められる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明のスパッタリング成膜方法は、成膜速度を向上させて金属酸化物薄膜を容易に成膜することができるので、カメラ用レンズやフラットパネルディスプレイなど光学素子、光学材料の反射防止膜形成のためのスパッタリング成膜装置、反射防止膜以外にもミラー、フィルターなどの光学薄膜や、機械強度や環境耐久向上のための保護膜などの用途で金属酸化物薄膜を形成するスパッタリング成膜装置全般に利用することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１  ターゲット
２  基板
３  基板ホルダー
４  基板回転軸
５  真空室
６  直流電源
７  ガス
８  マスフローコントローラ
９  バルブ
１０  ポンプ
１１  マグネットプレート
１２  マグネット
１３  金属（Ｎｂ）
１４  金属酸化物（Ｎｂ２Ｏ４．８３）
１５  金属酸化物（Ｎｂ２Ｏ４．８３）部分の頂角
１６  分割型複合ターゲット
ｔ１  １ＫＷ成膜の１周期の成膜時間
ｔ２  ２ＫＷ成膜の１周期の成膜時間
２１  ターゲット
２２  基板
２３  基板ホルダー
２４  基板回転軸
２５  真空室
２６  直流電源
２７  ガス
２８  マスフローコントローラ
２９  バルブ
３０  ポンプ
３１  マグネットプレート
３２  マグネット
３３  マグネットプレート回転軸
４０  マグネットプレート
４１  マグネット
【図１】
2015034313.tif 000007
【図２】
2015034313.tif 000008
【図３】
2015034313.tif 000009
【図４】
2015034313.tif 000010
【図５】
2015034313.tif 000011
【図６】
2015034313.tif 000012