(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタリング材料がＭｇＦ２であり、該スパッタリング材料と前記スパッタリング材料を載置するバッキングプレートとの間に断熱手段を設け、該断熱手段がＺｒＯ２，ＴｉＯ２，Ｔａ２Ｏ５，ＨｆＯ２，ＣｅＯ２，ＷＯ３の何れかからなるプレートであることを特徴とするスパッタリング用ターゲット装置。
【請求項２】
スパッタリング材料がＭｇＦ２であり、該スパッタリング材料と前記スパッタリング材料を載置するバッキングプレートとの間に断熱手段を設け、該断熱手段がＺｒＯ２，ＴｉＯ２，Ｔａ２Ｏ５，ＨｆＯ２，ＣｅＯ２，ＷＯ３の何れかからなるプレートであり、前記スパッタリング材料を高温に保持しつつ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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタリングに用いるスパッタリング用ターゲット装置及びそのスパッタリング用ターゲット装置を用いたスパッタリング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レンズ、プリズムなどへの反射防止膜や、ハーフミラー、エッジフィルターなどへの光学薄膜を形成する場合、手法の容易さや成膜速度の速さなどの点から真空蒸着法が多く用いられてきた。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の要求が高まってきた。しかし、スパッタリング法は真空蒸着法と比較して成膜速度が遅いという点で工業的な普及がやや遅れがちであった。特に低屈折率膜の代表であるＭｇＦ2 をスパッタリング法により成膜すると光吸収が出やすいこともあって、スパッタリング法による光学薄膜の形成が普及しにくかった。
【０００３】
スパッタリング法の作業速度を向上させる試みとして、ターゲット本体の交換を可能な限り迅速に実施することができるターゲット陰極装置が、特開平６−２５６９４１号公報に開示されている。この技術について図４を用いて説明する。
【０００４】
図４には、互いに平行に配置された２つのターゲット本体１０１を有しているいわゆるＨＬＫターゲットが、横断面図で示されている。プレート状に構成されたターゲット本体１０１は、爪状条片１０２′，１０２″によって残りのターゲット保持装置に固定されている。それぞれ外側の爪状条片１０２′は、上から挿入されたねじによって、残りのターゲット保持装置と解離可能に結合されており、したがって固定ねじを緩めることによって、爪状条片１０２′を外すことができる。爪状条片１０２′，１０２″によるターゲット本体１０１の固定は次のように、すなわち、爪状条片の階段状のサイド区分がそれぞれ、ターゲット本体１０１の側部における同様に階段状に構成された突出部に接触し、該突出部に対して、ねじの圧着力によって下方に向けられた圧着力が生ぜしめられるように、行われる。
【０００５】
ターゲット本体１０１はその下面で全面的に分割ダイヤフラム１０３に接触しており、この場合ターゲット本体１０１と分割ダイヤフラム１０３とが相対的にまったく動かないように接触していることはない。すなわち分割ダイヤフラム１０３は、熱膨張に基づいてある程度の範囲内でターゲット本体１０１に対して運動することができる。
【０００６】
分割ダイヤフラム１０３は、装置のターゲット本体１の下において一体的に全面にわたって延在している。そして分割ダイヤフラム１０３には複数の孔が設けられており、これらの孔を貫いてそれぞれ中央及び縁部範囲において、爪状条片のための固定ねじを挿入することができる。分割ダイヤフラム１０３の厚さは有利には次のように、すなわち、分割ダイヤフラムの固定弾性度がターゲット本体１０１のいかなる熱膨張をも可能にし、そして常に直接ターゲット本体１０１の下面に接触しているように、寸法設定されている。分割ダイヤフラム１０３は、全ターゲット装置の左側及び右側においてそれぞれ、固定条片１０４′によって残りの装置に対して固定される。
【０００７】
ターゲット本体１０１を固定するための爪状条片１０２′と固定条片１０４′とは空間的に互いに隔てられている。固定条片１０４′は下から長いねじ１１０を用いてその下面を引き付けられ、これによって分割ダイヤフラム１０３は固定条片１０４′と、パン１０５として構成された下面との間においてプレスされる。中央範囲には同様に複数の固定条片１０４″が設けられており、これらの固定条片１０４″は爪状条片１０２″と一緒に、上から挿入可能なねじ１０９によって固定可能である。
【０００８】
上に述べた固定処置によって、分割ダイヤフラムは上からパン１０５に押し付けられ、このパン１０５はその縁部範囲にシール部材１０６を有しており、このシール部材１０６は、パン１０５によって形成された冷却通路１０７内における冷却液の流出を阻止する。この場合冷却通路１０７は、分割ダイヤフラムの下面の可能な限り大きな部分が冷却液と接触するように、構成されている。図４において斜線で示されたパン１０５の下には、磁石装置１０８が設けられており、この磁石装置１０８は有利にはパンの下において次のように、すなわち磁極がパンによって覆われるように、設けられている。磁石と冷却液との直接的な接触は、この装置によって完全に回避されている。
【０００９】
したがってターゲット本体の交換のために必要なことは、爪状条片１０２′の縁部範囲において上から挿入されたねじ、つまり爪状条片１０２′だけを開放するねじを緩めることだけである。中央の爪状条片１０２″のためのねじを緩めるもしくは外すことによってターゲット本体１０１を装置から取り外すことができ、しかもこの際に、少なくとも外側の固定条片１０４′によってパン１０５と堅く結合されている分割ダイヤフラム１０３が解離することはない。そして新たなターゲット本体１０１の挿入は逆の順序で行われる。
【００１０】
ターゲット本体のための固定装置と分割ダイヤフラムのための固定装置とが分けられていることによって、迅速かつきれいなターゲット交換が可能であり、このようなターゲット交換は、特に生産向上における運転において有利である。冷却回路系において場合によっては生じることのある非シール性の問題は、この配置形式において回避されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記従来技術においては、ターゲットの交換による生産性の向上の効果はあるものの、成膜速度そのものについては、とくに、誘電体のターゲットを用いた場合、通常の真空蒸着法に比べて成膜速度が遅いという問題点があり、このためスパッタリング法の実用化の障害となっていた。
【００１２】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、請求項１に係る発明の目的は、誘電体などの光学薄膜を速い成膜速度でスパッタリング法により形成するためのスパッタリング用ターゲット装置を提供することである。請求項２に係る発明の目的は、上記スパッタリング用ターゲット装置を用いたスパッタリング方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、スパッタリング用ターゲット装置において、スパッタリング材料と該スパッタリング材料を載置するバッキングプレートとの間に断熱手段を設けたことを特徴とする。スパッタリング材料としてはＭｇＦ２を使用する。また、前記断熱手段は、ＺｒＯ２，ＴｉＯ２，Ｔａ２Ｏ５，ＨｆＯ２，ＣｅＯ２，ＷＯ３の何れかからなるプレートである。
請求項２に係る発明は、スパッタリング方法において、スパッタリング材料と該スパッタリング材料を載置するバッキングプレートとの間に断熱手段を設け、該断熱手段がＺｒＯ２，ＴｉＯ２，Ｔａ２Ｏ５，ＨｆＯ２，ＣｅＯ２，ＷＯ３の何れかからなるプレートであり、前記スパッタリング材料を高温に保持しつつスパッタリングを行うことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
通常、マグネトロンスパッタリングに用いるターゲット装置では、スパッタリング材料とバッキングプレートとをインジウムなどの低融点金属を用いてボンディングし、ターゲット装置を構成する。また、従来技術で示したようなスパッタリング材料の交換を簡便化する目的や、ターゲット装置のコストを低く押さえる目的で、バッキングプレートにスパッタリング材料をネジ止めする場合もある。これらの場合では、いずれもバッキングプレートとスパッタリング材料との間の熱伝導を良くし、直接水冷されたバッキングプレートにスパッタリング中に発生する熱を積極的に逃がすことによって、スパッタリング材料の温度を低くするような構造をとっている。
【００１５】
しかしながら、スパッタリング材料の温度は高い方が成膜速度は速くなる。すなわち、スパッタリング材料の熱をバッキングプレートから逃がすことは、発生したエネルギーを逃がしてしまう結果となり、成膜速度を下げることとなる。本発明では、スパッタリング材料とバッキングプレートとの間に断熱手段を設けることにより、スパッタリング材料の温度を高く保ったままスパッタリングを行うことを可能にした。すなわち、スパッタリング材料の温度を高温に保つことにより、成膜速度の速い領域でのスパッタリングを可能にした。
【００１６】
なお参考として、断熱手段を空間とすることによって、スパッタリング材料とバッキングプレートとの熱伝導を遮断し、非常に簡単な構成でこのターゲット装置を構成することとができる。
【００１７】
さらに、スパッタリング材料として、ＭｇＦ2 を使用することにより、約１．３８という非常に低い屈折率の光学薄膜をスパッタリング法により成膜することを可能にした。
【００１８】
【第１の参考例】
発明の実施の形態の説明に先立って、参考例について説明する。図１〜図２は発明の実施の形態を示し、図１はターゲット装置の縦断面図、図２はスパッタリング法に用いる成膜装置の概略構成図である。
【００１９】
第１の参考例では、図１において、スパッタリング材料１は、直径１００ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板状のＡｌからなっている。バッキングプレート２は無酸素銅からなり、スパッタリング材料１との間にプレート３を介装し、スパッタリング用ターゲット装置１３を構成した。プレート３は、断熱効果を有するＺｒＯ2 からなり、断熱性を向上させるため、多孔質のものを用いた。プレート３とバッキングプレート２との間の熱伝導を良好にするため、低融点金属であるインジュウムを用いてボンディングを施している。スパッタリング材料１とプレート３とはボンディングせず、プレート３の上にスパッタリング材料１を載置する構造とした。
【００２０】
図２において、スパッタリング用ターゲット装置１３は、真空槽１１の下部に配設され、スパッタリング用電源１６と接続されている。スパッタリング用ターゲット装置１３の上方には、開閉自在なシャッター１８が配設されている。真空槽１１の上部には、基板１２が自転自在に配設されている。真空槽１１の側面には、ガス導入口１７があり、ガラスやポリカーボネイト樹脂などからなる基板１２を加熱することなく、１×１０-4Ｐａ程度まで、真空槽１１内を排気する。その後、ガス導入口１７から所定の圧力まで所定のガスを導入する。電源１６から電力をスパッタリング用ターゲット装置１３に供給し、プラズマを発生させる。このプラズマにより、スパッタリング材料１は、６５０℃以上に加熱されるとともに、スパッタリングされる。ここで、基板１２を自転させ、シャッター１８を開けると、基板１２上に膜が形成される。
【００２１】
上述の成膜装置により、スパッタリング用ターゲット装置１３を用いて、直流マグネトロンスパッタリングを行ったところ、導入ガス圧（Ａｒガス）１Ｐａ、ターゲット基板間距離１００ｍｍ、１ｋＷの出力という条件で、成膜速度３００ｎｍ／ｓｅｃを得た。通常のスパッタリング用ターゲット装置（Ａｌからなるスパッタリング材料とバッキングプレートとをボンディングしたターゲット装置）を用いて、上述の成膜装置および成膜条件（導入ガス圧、基板距離、投入電力など）で成膜した場合に比較して約１００倍の成膜速度が得られた。また、反射率も、５０ｎｍの膜厚で可視域（波長４００〜７００ｎｍの領域）での反射率が９０％以上と、通常のターゲット装置を用いた場合と同等の反射率が得られた。
【００２２】
第１の参考例によれば、従来より非常に速い成膜速度で、反射率の良好なミラーを得ることができる。
【００２３】
第１の参考例のプレートの材料を、ＺｒＯ2 に替えて、ＨｆＯ2 を用いても同様の作用効果を得ることができる。
【００２４】
【第２の参考例】第２の参考例では、第１の参考例のスパッタリング材料１のＡｌに替えて、ＳｉＯ2 を用いてスパッタリング用ターゲット装置を構成した。その他の構成は第１の参考例と同様なので、図と説明を省略する。
【００２５】
本参考例のスパッタリング用ターゲット装置を用いて、高周波マグネトロンスパッタリングを行ったところ、導入ガス圧（Ａｒガス）１Ｐａ、ターゲット基板間距離１００ｍｍ、投入電力１ｋＷの出力という条件で、成膜速度４０ｎｍ／ｓｅｃを得た。通常のスパッタリング用ターゲット装置（ＳｉＯ2 からなるスパッタリング材料とバッキングプレートとをボンディングしたターゲット装置）を用いて、上述の成膜装置および成膜条件で成膜した場合に比較して約３０倍の成膜速度が得られた。また、波長４００〜７００ｎｍの領域での屈折率が１．８と、通常のスパッタリング用ターゲット装置を用いた場合と同等の光学特性がえられた。本発明の実施の形態によれば、速い成膜速度で光学性能の良好な光学素子を得ることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】発明の実施の形態では、第１の参考例のスパッタリング材料１のＡｌに替えて、ＭｇＦ2 を用いてスパッタリング用ターゲット装置を構成した。その他の構成は第１の参考例と同様なので、図と説明を省略する。
【００２７】
本発明の実施の形態のスパッタリング用ターゲット装置を用いて、高周波マグネトロンスパッタリングを行ったところ、導入ガス圧（Ｏ2 ガス）Ｏ．１Ｐａ、ターゲット基板間距離１００ｍｍ、投入電力１ｋＷの出力という条件で、成膜速度３０ｎｍ／ｓｅｃを得た。通常のスパッタリング用ターゲット装置（ＭｇＦ2 からなるスパッタリング材料とバッキングプレートとをボンディングしたターゲット装置）を用いて、上述の成膜装置および成膜条件で成膜した場合に比較して約３０倍の成膜速度が得られた。
【００２８】
しかも、通常のスパッタリング用ターゲット装置を用いた場合には、波長４００ｎｍでの光損失が、物理的膜厚１００ｎｍ当たり２．１％も存在したのに比べ、本発明の実施の形態のスパッタリング用ターゲット装置を用いて成膜を行った場合は、可視域での屈折率は１．３８、波長４００ｎｍでの光損失は膜厚１００ｎｍ当たりわずか０．２％以下という良好な値となり、これまで光損失の多さから実用化が困難であったスパッタリング法によるＭｇＦ2 膜の光学薄膜への適用も可能となった。
【００２９】
【第３の参考例】第３の参考例では、第１の参考例のＺｒＯ2 またはＨｆＯ2 からなるプレート３に替えて、図３に示すように、ＭｇＦ2 からなるスパッタリング材料４の底面に凹部４ａを設けて、バッキングプレート２との間に密閉空間を形成している。スパッタリング材料４をバッキングプレート２上に直接載置することにより、その間に密閉空間を形成して、互いの接触面積を少なくし、断熱効果を得ている。この密閉空間は、外部に連通する空間であってもよく、スパッタリング材料４の底面に十文字状に溝を設けて、４隅で支持するようにしてもよい。その他の構成は発明の第１の実施の形態と同様なので、図と説明を省略する。
【００３０】
本参考例のスパッタリング用ターゲット装置を用いて、発明の実施の形態と同様の成膜条件で、高周波マグネトロンスパッタリングを行ったところ、成膜速度２５ｎｍ／ｓｅｃを得た。通常のスパッタリング用ターゲット装置（ＭｇＦ2 からなるスパッタリング材料とバッキングプレートとをボンディングしたターゲット装置）を用いて、上述の成膜装置および成膜条件で成膜した場合に比較して約２５倍の成膜速度が得られた。また、得られた膜も、発明の実施の形態と同様の光学特性を有し、光学薄膜としての適用が可能であった。
【００３１】
本参考例によれば、速い成膜速度に加え、スパッタリング用ターゲット装置の構成を簡単にすることができる。
【００３２】
【第４の参考例】第４の参考例では、第１の参考例のＺｒＯ2 またはＨｆＯ2 からなるプレート３の材料をＳｉＯ2 に替え、プレート３の上に、３〜５ｍｍの粒度のＭｇＦ2 顆粒を均一に載置し、スパッタリング用ターゲット装置を構成した。その他の構成は第１の参考例と同様なので、図と説明を省略する。
【００３３】
本参考例のスパッタリング用ターゲット装置を用いて、発明の実施の形態と同様の成膜条件で、高周波マグネトロンスパッタリングを行ったところ、成膜速度６５ｎｍ／ｓｅｃを得た。通常のスパッタリング用ターゲット装置（ＭｇＦ2 からなるスパッタリング材料とバッキングプレートとをボンディングしたターゲット装置）を用いて、上述の成膜装置および成膜条件で成膜した場合に比較して約６５倍の成膜速度が得られた。また、得られた膜も、発明の第１の実施の形態と同様の光学特性を有し、光学薄膜としての適用が可能であった。
【００３４】
【第５の参考例】第５の参考例では、発明の実施の形態のスパッタリング材料１のＭｇＦ2 に替えて、ＺｒＯ2 を用いてスパッタリング用ターゲット装置を構成した。その他の構成は第１の参考例と同様なので、図と説明を省略する。
【００３５】
本参考例のスパッタリング用ターゲット装置を用いて、高周波マグネトロンスパッタリングを行ったところ、導入ガス圧（Ａｒガス）０．０５Ｐａ、ターゲット基板間距離１００ｍｍ、投入電力１ｋＷの出力という条件で、成膜速度１０ｎｍ／ｓｅｃを得た。通常のスパッタリング用ターゲット装置（ＺｒＯ2 からなるスパッタリング材料とバッキングプレートとをボンディングしたターゲット装置）を用いて、上述の成膜装置および成膜条件で成膜した場合に比較して約８倍の成膜速度が得られた。
【００３６】
また、本発明の実施の形態のＺｒＯ2 をＴｉＯ2 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，ＳｉＯ2 ，ＨｆＯ2 ，ＣｅＯ2 ，ＷＯ3 など、ほかの酸化物に置き換えても同様の効果が得られた。
【００３７】
なお、本発明においては、請求項１の引用項として、以下の請求項を立てることができる。
（１）前記断熱手段が、多孔質部材であることを特徴とする請求項１記載のスパッタリング用ターゲット装置。
（２）前記断熱手段が、セラミック部材であることを特徴とする請求項１記載のスパッタリング用ターゲット装置。
（３）前記スパッタリング材料がＭｇＦ2 であることを特徴とする請求項１記載のスパッタリング用ターゲット装置。
上記引用項の効果は、請求項１の効果に加え、以下の通りである。
１）断熱手段を多孔質部材とすることにより、断熱効果を向上させる。
２）断熱手段をセラミック部材とすることにより、断熱性を確実にする。
３）スパッタリング材料をＭｇＦ2 とすることにより、光学設計の自由度を拡大させる。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、誘電体などの光学薄膜を非常に速い成膜速度で形成でき、また、簡単な構成のスパッタリング用ターゲット装置を提供できる。請求項２に係る発明によれば、速い成膜速度により誘電体などの光学薄膜を形成することができるスパッタリング方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態のターゲット装置の縦断面図である。
【図２】発明の実施の形態のスパッタリング法に用いる成膜装置の概略構成図である。
【図３】参考例の形態のターゲット装置の縦断面図である。
【図４】従来技術のターゲット装置の横断面図である。
【図１】
0003790903.tif 000002
【図２】
0003790903.tif 000003
【図３】
0003790903.tif 000004
【図４】
0003790903.tif 000005