(57)【要約】【課題】  表面形状を一定として膜材料の継ぎ足し等がなく長寿命化するとともに、スパッタリング時の成膜方向の制約がなく、光吸収のない膜を再現性よく形成できるスパッタリングターゲットを提供すること。【解決手段】  スパッタリングターゲット１は、例えば、直径１００ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤状でＭｇＦ２からなる本体１Ａと、本体１Ａの表面から軸方向外方に高さ３ｍｍ、直径２ｍｍの円柱状に突出して形成された凸部１Ｂとを備えている。凸部１Ｂは、本体１Ａの表面の全面にわたって４ｍｍ周期で配列され、その頂部がターゲット表面１ａとされている。バッキングプレート１０は無酸素銅からなり、カソード電極８上に取り付けられるとともに図示しない配管によって直接水冷されている。  スパッタリングターゲット１とバッキングプレート１０とは、低融点金属であるインジウムを用いてボンディングされている。【選択図】  図２
2005126783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に薄膜を形成するためのスパッタリングターゲットであって、
前記基板に対向する前記スパッタリングターゲットのターゲット表面に複数の凹部或いは凸部の少なくとも一つが形成されていることを特徴とするスパッタリングターゲット。
【請求項２】
前記凹部が溝であることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項３】
前記溝の周期が、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とされ、
前記溝の幅が、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下とされ、
前記溝の深さが、ターゲット厚の０．１倍以上０．８倍以下とされていることを特徴とする請求項２に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項４】
前記溝が、縞状、碁盤目状、輪帯状、渦巻状のうち少なくとも一つの形状若しくは組み合わせにて形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項５】
ターゲット材質が金属フッ化物であることを特徴とする請求項１から４の何れか一つに記載のスパッタリングターゲット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に薄膜を形成するためのスパッタリングに使用されるスパッタリングターゲットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、反射防止膜やハーフミラー、エッジフィルター等の光学薄膜を作成する場合、手法の容易さや成膜速度の速さ等の点から真空蒸着法が標準的に用いられてきた
一方、近年になり、真空蒸着法に比較して自動化・省力化・大面積基板への適用性などの点で有利なスパッタリング法によるコーティング要求が高まってきている。
ここで、スパッタリング法では、膜原料となるスパッタリングターゲットの裏面とバッキングプレートとをインジウム等の低融点金属を用いてボンディングしてターゲット電極を構成して使用する。この際、特に、スパッタリングターゲットの交換を簡便化する目的やターゲット電極の作製コストを低く抑える目的の場合、バッキングプレートにターゲットをネジ止めしてターゲット電極を構成して使用する。
【０００３】
何れのターゲット電極も、スパッタリング中に直接水等で冷却されたバッキングプレートにてスパッタリングターゲットに発生する熱を積極的に逃がしてスパッタリングターゲットの裏面側の温度を低くし、スパッタリングターゲットの温度を制御している。
しかし、光学薄膜として代表的な低屈折率材料であるＭｇＦ２（フッ化マグネシウム）等の金属フッ化物を板状のスパッタリングターゲットとしてスパッタリングした場合、ターゲット表面からガスイオンによってＭｇＦ２が叩き出されるのに十分な温度上昇が得られずに金属のマグネシウム等とフッ素とに解離してしまい、基板上の膜中ではフッ素が不足するため可視光の吸収が生じてしまうという不都合が生じ、スパッタリング法を光学薄膜の成膜に適用する上での障害となっていた。
【０００４】
この可視光で光吸収を生じるという問題を解決するために、膜原料として顆粒状のＭｇＦ２をスパッタリングターゲットとすることによって顆粒特有の熱伝導の悪さ及び顆粒表面周縁部への電場・磁場の集中を利用してターゲット表面の高温化を実現し、膜原料を解離させることなく分子状態のままで基板上に成膜することができる方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平９−３１６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来のスパッタリングターゲットでは、顆粒の大きさ及び形状にバラツキがあるため、スパッタリングターゲット表面の形状を一定に保つことが難しく、バッチ毎の成膜速度、膜厚分布、膜質（屈折率、光吸収等）の再現性を確保することが容易でなかった。
また、スパッタリングターゲットが顆粒であるので、スパッタリングによる顆粒の消耗が早く、顆粒の継ぎ足し・交換といった作業が煩雑に発生してしまう問題があった。
さらに、スパッタリングターゲットが顆粒であるので上向きにしか配置できないといった大きな制約があった。したがって、成膜方向に制約のない、すなわちスパッタアップだけでなくサイドスパッタやスパッタダウンの配置が可能という真空蒸着法に対するスパッタリング法の優位性を損なうものであった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、表面形状を一定として膜材料の継ぎ足し等がなく長寿命化するとともに、スパッタリング時の成膜方向の制約がなく、光吸収のない膜を再現性よく形成できるスパッタリングターゲット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】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係るスパッタリングターゲットは、基板上に薄膜を形成するためのスパッタリングターゲットであって、前記基板に対向する前記スパッタリングターゲットのターゲット表面に複数の凹部或いは凸部の少なくとも一つが形成されていることを特徴とする。
【０００８】
このスパッタリングターゲットは、上記の構成を備えているので、ターゲット表面に凹部がない場合と比べてターゲット表面の表面積を裏面よりも小さくすることができ、ターゲット表面から水冷等された裏面への熱伝導を規制することができる。
また、スパッタリング時に凹部の周縁部或いは凸部に当初から磁場・電場を効果的に集中させて高い密度のガスイオンを発生させることができ、これによる衝撃によって、ターゲット表面の温度上昇を助勢してスパッタ量を増加させ成膜速度を向上させることができる。
一方、予め複数の凹部の周縁部或いは凸部の頂部に磁場・電場を適度に分散させることができ、マグネット近傍の磁場の集中する箇所が選択的にスパッタリングされ、ターゲットの消耗を一気に加速するエロージョン現象を抑えることができる。
【０００９】
また、本発明に係るスパッタリングターゲットは、前記スパッタリングターゲットであって、前記凹部が溝であることを特徴とする。
このスパッタリングターゲットは、上記の構成を備えているので、溝の幅や周期、深さを調整することによってターゲット表面の表面積の大きさを制御することができ、成膜条件の制御性をより高めることができる。
【００１０】
また、本発明に係るスパッタリングターゲットは、前記スパッタリングターゲットであって、前記溝の周期が、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とされ、前記溝の幅が、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下とされ、前記溝の深さが、ターゲット厚の０．１倍以上０．８倍以下とされていることが好ましい。
【００１１】
このスパッタリングターゲットは、上記の構成を備えているので、溝の周期を１ｍｍ未満とし、或いは溝の幅が５ｍｍを越え、若しくは溝深さがターゲット厚の０．８倍を越えるものとしたときに機械的強度を低下させてしまうのを抑えることができる。また、溝の周期が１０ｍｍを越え、或いは溝の幅を０．５ｍｍ未満、若しくは溝深さをターゲット厚の０．１倍未満としたときにターゲット表面と裏面との表面積差が小さくなり温度差が小さくなって熱の伝達経路の規制が不十分となってターゲット表面の温度上昇を十分に確保できない状態を避けることができる。
【００１２】
また、本発明に係るスパッタリングターゲットは、前記スパッタリングターゲットであって、前記溝が、縞状、碁盤目状、輪帯状、渦巻状のうち少なくとも一つの形状若しくは組み合わせにて形成されていることが好ましい。
このスパッタリングターゲットは、上記の構成を備えているので、溝の周縁部への磁場・電場の集中をより効果的に分散でき、エロージョンの形成、進行を緩和させてスパッタリングターゲットの寿命を長くすることができる。
【００１３】
また、本発明に係るスパッタリングターゲットは、前記スパッタリングターゲットであって、ターゲット材質が金属フッ化物であることが好ましい。
このスパッタリングターゲットは、上記の構成を備えているので、光吸収のない金属フッ化膜を基板上に再現性よく形成させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、スパッタリングターゲットを電極にボンディング或いはネジ止めした状態でも、スパッタリング時に表面形状を一定に保つことができ、スパッタリングの際に必要なターゲット表面のみを安定した表面状態で高温にすることができるとともに、寿命を長くすることができる。
したがって、スパッタアップのみならずサイドスパッタやスパッタダウンの配置が可能となり、真空蒸着法に対するスパッタリング法の優位性を損ねずに成膜することができ、バッチ毎の成膜速度、膜厚分布、膜質等の再現性を良好に確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る第１の実施形態について、図１から図３を参照しながら説明する。
本実施形態に係るスパッタリングターゲット１は、基板２上に薄膜２Ａを形成するためのスパッタリングターゲットであって、図１に示すスパッタリング装置３とともに使用される。
このスパッタリング装置３は、真空槽５内の上方に配設されたガラスからなる複数の基板２と、真空槽５の下方で基板２に対向して同一平面上の同一円周上位置に配設されたターゲット電極６と、基板２を保持してターゲット電極６上を通過させる自転自在な基板ホルダ７と、真空槽５の下部に設けられてターゲット電極６を載置するカソード電極８とを備えている。
【００１６】
ターゲット電極６は、スパッタリングターゲット１と、スパッタリングターゲット１を取り付けるバッキングプレート１０とを備えている。
スパッタリングターゲット１は、図２に示すように、例えば、直径１００ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤状でＭｇＦ２からなる本体１Ａと、本体１Ａの表面から軸方向外方に高さ３ｍｍ、直径２ｍｍの円柱状に突出して形成された凸部１Ｂとを備えている。凸部１Ｂは、本体１Ａの表面の全面にわたって４ｍｍ周期で配列され、その頂部がターゲット表面１ａとされている。
【００１７】
バッキングプレート１０は無酸素銅からなり、カソード電極８上に取り付けられるとともに図示しない配管によって直接水冷されている。
スパッタリングターゲット１とバッキングプレート１０とは、低融点金属であるインジウムを用いてボンディングされている。
カソード電極８は、真空槽５の外部に配置されたマッチングボックス１１を介して１３．５６ＭＨｚの高周波電源１２と接続されている。
【００１８】
スパッタリングターゲット１の上方には、スパッタリングターゲット１と基板２との間でスパッタリングされたベーパ状態のＭｇＦ２の上方への飛散を阻止する状態と、飛散させる開放状態とを開閉自在に調整するシャッター１３が設けられている。
真空槽５の側面には、真空槽５内部にスパッタガスを導入するためのガス導入口１５と、真空槽５の内部を観察するための覗き窓１６とが設けられている。
【００１９】
次に、本実施形態に係るスパッタリングターゲット１の使用方法と作用・効果について以下説明する。
まず、基板ホルダ７に基板２を取り付けた後、真空槽５内を１×１０−４Ｐａまで排気する。その後、Ｏ２ガスをガス導入口１５から５×１０−１Ｐａまで導入する。
そして、高周波電源１２から例えば、６００Ｗの電力をカソード電極８に供給させ、シャッター１３を閉じた状態でスパッタリングターゲット１のプレスパッタを開始する。
【００２０】
プラズマが安定した後、ターゲット表面１ａの表面温度が上昇して一定温度で安定するのを待って基板ホルダ７を自転させ、シャッター１３を開くと基板２上の成膜が始まる。  
このとき、凸部１Ｂ頂上の周縁部を中心に磁場・電場が集中するので、凸部１Ｂ近傍に高い密度のガスイオンが発生してターゲット表面１ａを直撃することにより、衝撃がターゲット表面１ａの温度が上昇する。これにともなってスパッタ量が増加し成膜が進む。
こうして、基板２上に薄膜２Ａが形成され、目標とする膜厚となる時間でシャッター１３を閉じて成膜を終了する。
【００２１】
ここで、投入電力値は、以下に示す検討を行い設定している。
まず、高周波電源１２からの投入電力を変化させていき、赤外放射温度計を用いて覗き窓１６からターゲット表面１ａの温度を測定し、図３に示すような測定結果を得ておく。この結果から、ＭｇＦ２を解離させることなく分子状態のままで成膜することができる７００℃以上のターゲット温度を得られる電力として６００Ｗを採用した。
【００２２】
このスパッタリングターゲット１によれば、凸部１Ｂの頂部がターゲット表面１ａとされているので、ターゲット表面１ａの表面積をスパッタリングターゲット１の裏面の表面積よりも小さくすることができ、ターゲット表面１ａから水冷等された裏面への熱伝導を規制して表面温度を高温に維持することができる。
また、スパッタリング時に凸部１Ｂに当初から磁場・電場を効果的に集中させて高い密度のガスイオンを発生させることができ、これによる衝撃によって、ターゲット表面の温度上昇を助勢してスパッタ量を増加させ成膜速度を向上させることができる。
【００２３】
一方、予め複数の凸部１Ｂの頂部に磁場・電場を適度に分散させることができ、マグネット近傍の磁場の集中する箇所が選択的にスパッタリングされ、スパッタリングターゲット１の消耗を一気に加速するエロージョン現象を抑えてこれを緩和させることができる。
したがって、ＭｇＦ２で構成されたスパッタリングターゲットを電極にボンディング或いはネジ止めした状態でも、スパッタリング時に表面形状を一定に保つことができ、スパッタリングの際に必要なターゲット表面のみを安定した表面状態で高温にすることができる。
その結果、スパッタアップのみならずサイドスパッタやスパッタダウンの配置が可能となり、真空蒸着法に対するスパッタリング法の優位性を損ねずに成膜することができ、バッチ毎の成膜速度、膜厚分布、膜質等の再現性を良好に確保することができ、光吸収のない金属フッ化膜を基板上に再現性よく形成させることができる。
【００２４】
次に、第２の実施形態について図４及び図５を参照しながら説明する。
なお、上述した第１の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、第２の実施形態では、基板２に対向するスパッタリングターゲット１７のターゲット表面１７ａの全体に表面から内側３ｍｍの深さまでの複数の溝１８が設けられているとした点である。
スパッタリングターゲット１は、直径１００ｍｍ、厚さ６ｍｍの円盤状とされ、溝１８は溝幅が２ｍｍの断面矩形状に形成され、隣接する溝１８とは周期が４ｍｍとされ、互いの溝１８が直交するようにターゲット表面１７ａの全面に碁盤目状に設けられている。
【００２５】
本実施形態に係るスパッタリングターゲット１７の使用方法と作用・効果については、第１の実施形態と同様であるが、このスパッタリングターゲット１７によれば、溝１８に規則性を持たせているので、溝１８の幅や周期、深さを調整してターゲット表面１７ａの表面積の大きさを制御することができ、成膜条件の制御性をより高めることができる。このとき、溝１８の周縁部への磁場・電場の集中をより効果的に分散でき、エロージョンの形成、進行を緩和させてスパッタリングターゲット１７の寿命を長くすることができる。
【００２６】
また、溝１８の周期を１ｍｍ未満とし、或いは溝１８の幅が５ｍｍを越え、若しくは溝１８の深さがターゲット厚の０．８倍を越えるものとしたときに機械的強度を低下させてしまうのを抑えることができる。さらに、溝１８の周期が１０ｍｍを越え、或いは溝１８の幅を０．５ｍｍ未満、若しくは溝１８の深さをターゲット厚の０．１倍未満としたときにターゲット表面１ａと裏面１ｂとの表面積差が小さくなり熱の伝達経路の規制が不十分となってターゲット表面１７ａの温度上昇を十分に確保できない状態を避けることができる。
【００２７】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、凸部は上記高さ、直径、及び周期に限らず、隣接する凸部の間に空隙が形成されて断熱効果が得られる、例えば、空隙が０．５ｍｍから９．５ｍｍの範囲であれば適宜に寸法設定してもよい。また、溝はターゲット表面の全面にわたって同じ状態で分布されていなくても構わない。
また、凸部形状は、円柱型に限らず、角柱形状であっても構わない。
【００２８】
さらに、溝の形状は、碁盤目状に限られず、図６に示すように縞状の溝２０、図７に示すように輪帯状の溝２１、図８に示すように渦巻状の溝２２、或いはこれらの組み合わせであっても構わない。
また、溝の断面形状は矩形状に限らず、図９に示すように楔状の溝２３、図１０に示すように隅が曲面とされた溝２５とされても構わない。
また、真空槽５内に導入するガスとしてＯ２ガスに限らず、不活性ガス、又は不活性ガスとＮ２或いはＯ２との混合ガスでも構わない。
また、金属フッ化物としては、低屈折率で機械的強度に優れるＭｇＦ２に限らず、ＬｉＦ、ＣａＦ２、ＡｌＦ３、Ｎａ３ＡｌＦ６等でも構わない。
【実施例】
【００２９】
（実施例１）第１の実施形態に係るスパッタリングターゲット１への投入電力を６００Ｗとして成膜したところ、ターゲット表面１ａ温度が図３に示すように７２０℃であった。この状態で繰り返し１０バッチの成膜を行い得られた基板２上の物理的膜厚を測定したところ、すべて１００±３ｎｍの範囲に含まれており、良好な再現性を示した。また、可視域での屈折率は１．３８となって真空蒸着法で得られるものと同等で十分低い値となっていた。さらに、波長域４００ｎｍでの光吸収は０．２％以下という良好な結果となった。
【００３０】
（実施例２）第２の実施形態に係るスパッタリングターゲット１７への投入電力を６００Ｗとして成膜したところ、ターゲット表面１７ａ温度が図３に示すように７５０℃と第１の実施形態に比べて高めであった。この状態で繰り返し１０バッチの成膜を行い得られた基板２上の物理的膜厚を測定したところ、すべて１００±２ｎｍの範囲に含まれており、良好な再現性を示した。また、可視域での屈折率は１．３８となって真空蒸着法で得られるものと同等で十分低い値となっていた。さらに、波長域４００ｎｍでの光吸収は０．２％以下という良好な結果となった。
【００３１】
（比較例１）第２の実施形態に係るスパッタリングターゲット１７の代わりに、図１１に示す従来の板状ターゲット２６を用いて同様の実験を行った。板状ターゲット２６は直径１００ｍｍ、厚さ６ｍｍの円盤状のＭｇＦ２からなっており、バッキングプレート１０に同様にボンディングされている。
本比較例１では、ターゲット表面まで十分に冷却されているため、投入電力を上げていってもターゲット表面温度は、図３に示すように、６１０℃付近で一定のまま上昇しない。すなわち、通常行われるスパッタリングの状態で成膜が進行するため、ターゲット表面からはＭｇとＦとが解離した状態で飛び出し、得られる膜はＦが不足したものとなった。測定の結果、波長４００ｎｍでの光吸収は２０％以上もあった。
成膜速度も実施例２に比べて大幅に遅くなり、１００ｎｍを成膜するのに約１０倍の時間を要していた。
【００３２】
（比較例２）第２の実施形態に係るスパッタリングターゲット１７の代わりに、図１２に示す顆粒状ターゲット２７を用いて同様の実験を行った。顆粒状ターゲット２７は粒径１から５ｍｍのＭｇＦ２顆粒２８を内径１００ｍｍの石英皿３０に入れたもので、バッキングプレート１０の上に載置されている。
上記実施例と同様の条件で実験を行ったところ、図３に示すように、投入電力とターゲット表面温度との関係を得た。顆粒状ターゲットの特徴である表面温度の上昇が観察され、第２の実施形態に係るスパッタリングターゲット１７よりも高めの表面温度を示していた。
【００３３】
ここで、投入電力６００Ｗに対するそれぞれのターゲット表面温度を比較してみると、板状ターゲット２６、スパッタリングターゲット１、スパッタリングターゲット１７、顆粒状ターゲット２７の順で、６１５℃、７２０℃、７５０℃、８３０℃となり、ＭｇＦ２を解離させることなく分子状態のままで成膜することができるターゲット温度７００℃以上を満たしているのは、板状ターゲット２６以外のものとなった。
この投入電力６００Ｗで繰り返し１０バッチの成膜を行い、得られた基板２上の物理的膜厚を測定したところ、１００±８ｎｍの範囲となって本実施形態で得られたスパッタリングターゲットに比べてばらつきがはるかに大きいことが確認された。一方、可視域での屈折率は１．３８となって真空蒸着法で得られるものと同等で十分低い値となっていた。さらに、波長域４００ｎｍでの光吸収は０．２％以下という良好な結果となった。成膜速度は実施例２の場合と比べて約１．３倍と幾分速くなっていた。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るスパッタリングターゲットを用いるスパッタリング装置を示す一部断面を含む概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るスパッタリングターゲットを示す上面斜視図である。
【図３】本発明の第１及び第２の実施形態に係るスパッタリングターゲットのターゲット表面温度と投入電力との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るスパッタリングターゲットを示す正面図である。
【図５】図４のＸ−Ｘ断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係るスパッタリングターゲットを示す正面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係るスパッタリングターゲットを示す正面図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係るスパッタリングターゲットを示す正面図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係るスパッタリングターゲットの溝の近傍を示す断面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係るスパッタリングターゲットの溝の近傍を示す断面図である。
【図１１】比較例における従来のスパッタリングターゲットを示す断面図である。
【図１２】比較例における従来のスパッタリングターゲットを示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１、１７  スパッタリングターゲット
１Ｂ  凸部
２  基板
２Ａ  薄膜
１８、２０、２１、２２、２３、２５  溝
２６  板状ターゲット（スパッタリングターゲット）
２７  顆粒状ターゲット（スパッタリングターゲット）
【図１】
2005126783.tif 000003
【図２】
2005126783.tif 000004
【図３】
2005126783.tif 000005
【図４】
2005126783.tif 000006
【図５】
2005126783.tif 000007
【図６】
2005126783.tif 000008
【図７】
2005126783.tif 000009
【図８】
2005126783.tif 000010
【図９】
2005126783.tif 000011
【図１０】
2005126783.tif 000012
【図１１】
2005126783.tif 000013
【図１２】
2005126783.tif 000014