65●新規高屈折率膜用スパッタリングターゲットの開発
アドバンストマテリアル研究所 新規ターゲットグループ
アドバンストマテリアル研究所 ターゲットプロセスグループ

原原
伊藤

浩之
慎一
謙一のうち、高屈折率膜の成膜はスパッタ法、塗布法など1．はじめにがある。スパッタ法は膜厚が均一であり、かつ高性能近年、スマートフォン等で利用されるタッチパネルな膜が得られるため、主要な成膜法となっている。スの市場は拡大しており、2019 年には 2012 年と比較しパッタ法で高屈折率膜を成膜する場合、（a）メタルター

1）て 2 倍程度になると予想されている 。スマートフォ

ゲットを DC スパッタ法で反応ガスを加えて成膜するンなどのモバイル端末の普及に伴い、屋内外問わず、方法、（b）酸化物ターゲットを RF スパッタ法または様々な環境での使用頻度が増え外光による画面の反射DC スパッタ法で成膜する方法で行われている。しかが問題となってきている。そこで、端末メーカーは画し、（a）は成膜レートが安定しないため、所定の膜厚面の反射を防止するために反射防止膜を採用しつつあを成膜するのが困難であり、（b）は高屈折材料としてる。

使用される代表的な材料である TiO2、Nb2O5 は結合エ

図 1 に反射防止膜の原理を示す。以下、反射防止膜の仕組みを簡潔に説明する。反射防止膜付きの基材にネルギーが大きくスパッタ率 2）が低いため、成膜レートが小さく、生産性が悪いという課題がある。

光を入射すると、反射防止膜の表面で反射される光（表このような課題を解決するために、我々は、現行よ面反射光）と反射防止膜と基板の界面で反射される光りも高速成膜が可能であり、十分に高い屈折率と高い（界面反射光）の二つの反射光が存在する。この二つ可視透過性を両立可能な新規高屈折率膜用ターゲットの反射光は下記式を満たす時に波長が逆位相となり打材料（以下、新規開発材料）の開発を行った。本稿でち消しあい反射光が 0％となる。

は、新たに開発した高屈折率膜用ターゲットの成膜特2n1 ＝ n0 × n2 （1）性及び膜特性を中心に紹介する。

n1 × d1 ＝ λ /4（2）n0：空気の屈折率、n1：反射防止膜の屈折率

2．新規開発材料の特徴

n2：基板の屈折率、d1：反射防止膜の膜厚［1］成膜特性反射防止膜には屈折率を調製した光学膜が使用さ成膜レートは高屈折率膜用材料として一般的に用いれ、ナノメートル単位で所定の膜厚に成膜することでられているホットプレス法による還元 Nb2O5 ターゲッ反射防止膜として機能させている。

トに比較して 20％以上高い成膜レートを開発品の目光学膜には低屈折率膜や高屈折率膜が用いられ、そ標に設定した。
表面反射光

界面反射光
（逆位相）

空気（n0）
d1 反射防止膜（n1）
基板（n2）

図１

反射防止膜の原理図TOSOH Research & Technology Review Vol.60（2016）66［2］膜特性（1）成膜レート
還元 Nb2O5 と新規開発材料の成膜レートを比較し新規開発材料で得られる膜の特性として、屈折率はた。成膜は、室温にて DC マグネトロンスパッタ法で市場要求がある 2.0 以上、透過率は還元 Nb2O5 と同程行い、スパッタガスは Ar と O2 を使用した。図 2 に酸度以上で、電気特性は絶縁性を示す膜特性を目標に設

素分圧を変化させた時の還元 Nb2O5 と新規開発材料の定した。成膜は、室温にて DC マグネトロンスパッタ成膜レートを示す。新規開発材料は還元 Nb2O5 に比べ、法で行い、スパッタガスは Ar と O2 を使用し、膜厚はスパッタ率が高く同じ酸素分圧で成膜レートが高い。

80nm で、厚さ 0.7mm の無アルカリガラス基板上に成また、表 1 に各酸素分圧時の成膜レートおよび波膜した。

長 550nm における可視透過率を示す。還元 Nb2O5 は十分に高い透過性の膜が得られる酸素分圧（以下、最（1）屈折率（n）、消衰係数（k）

適酸素分圧）は 3％程度必要となる。一方、新規開発新規開発材料、還元 Nb2O5 の各最適酸素分圧におけ材料は還元処理を行っていないにも関わらず DC 放電る膜の屈折率、消衰係数の波長変化を図 3、図 4 に示す。

が可能であり、最適酸素分圧は 1％程度である。各材

新規開発材料の 550nm における屈折率は 2.13 であり、料の最適酸素分圧での成膜レートを比較すると新規開消衰係数は 0 であった。

発材料は還元 Nb2O5 と比較して 30 − 50％高い成膜レートが得られ、高速成膜が可能であることが示唆された。

（2）透過率、反射率、吸収率
新規開発材料、還元 Nb2O5 の各最適酸素分圧における透過スペクトル、反射スペクトル、吸収スペクト

15

新規開発材料ルを図 5 に示す。なお、スペクトルは基板を含めた透還元 Nb2O5過率で、膜厚は 80nm である。一般的な可視光波長（38013− 780nm）において、新規開発材料、還元 Nb2O5 共に11可視光平均透過率は 74.8％であり、新規開発材料は還元 Nb2O5 と同等の光学特性である。

973.302468

図２n2.7

新規開発材料の成膜レート

還元 Nb2O510.80.62.10.4

1.90.220001000

400600800
Wave length［nm］

新規開発膜の屈折率、消衰係数

図３016.1

560.7

14.073

1.3

13.573

313.3

74

2.7
2.50.8

2.3

0.6

2.1

0.4

1.90.2512.1

74011.8

471.3

11.1

66

39.07257.4

725.47110：最適酸素分圧条件

3.3

1.63.1nk2.9n

新規開発材料

透過率
酸素分圧
成膜レート
（at550nm）
O2 ／ Ar［nm ／ min］［％］［％］

1.22.3

新規開発膜の酸素分圧に対する成膜レート及び透過率

ターゲット材

1.42.51.7

表１nk

2.9

O2 ／ Ar［％］
新規開発材料：最適酸素分圧 O2 ／ Ar＝1.3％、成膜レート 13.5nm ／ min
還元 Nb2O5：最適酸素分圧 O2 ／ Ar＝3％、成膜レート 9nm ／ min

1.63.110

1.7k5200

図４400600
800
Wave length［nm］

1.41.21k

Deposition Rate［nm ／ min］

1701000

還元 Nb2O5 膜の屈折率、消衰係数

1009080706050403020100

新規開発材料還元 Nb2O5

Reflectace［％］

Transmittance［％］

1009080706050403020100

第 60 巻（2016）

新規開発材料還元 Nb2O5200400600800
Wave Length［nm］

図５1000200400600800
Wave Length［nm］

1009080706050403020100新規開発材料
還元 Nb2O51000200

新規開発膜の透過スペクトル、反射スペクトル、吸収スペクトル

また、新規開発材料はバンドギャップ由来の、紫外光領域における吸収端位置は低波長側にシフトしており、バンド吸収に起因する色味については還元 Nb2O5よりも優利である。
（3）膜抵抗新規開発材料の最適酸素分圧における膜抵抗は 109
Ω・cm 以上であり、絶縁膜として十分機能する。
上記（1）、（2）、（3）より高屈折率膜として、十分に機能することが期待される。

3．まとめ
我々は、光学デバイスに用いられる新たな高屈折率用スパッタリングターゲット材料を開発した。このターゲット材料の成膜レートは、現在広く用いられている還元 Nb2O5 と比較して、30 − 50％高い成膜レートである。さらに、このターゲット材料を用いて作製した薄膜は、屈折率が 2 以上であり、光学特性も可視光領域において還元 Nb2O5 と同等の高い透過率を示した。
以上のような特性を有する高屈折率膜を作製可能な新規開発ターゲットは、光学デバイスの生産性の向上が期待される材料である。

参考文献
１）富士キメラ総研、2014 年エレクトロニクス高分
子材料の現状と将来展望、45（2014）
２）N.Laegreid and G.K.Wehner,J.Appl.Phys.32 365（1961）

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Absorptance［％］

東ソー研究・技術報告

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600
800
Wave Length［nm］

1000