JP2005126783A - Sputtering target - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a sputtering target used for sputtering for forming a thin film on a substrate.
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。
Conventionally, when forming optical thin films such as antireflection films, half mirrors, and edge filters, the vacuum deposition method has been used as a standard from the standpoints of ease of technique and film formation speed. The demand for coating by sputtering, which is advantageous in terms of automation, labor saving, and applicability to large-area substrates, is increasing compared to vacuum deposition.
Here, in the sputtering method, a target electrode is configured and used by bonding a back surface of a sputtering target serving as a film material and a backing plate using a low melting point metal such as indium. At this time, in particular, for the purpose of simplifying the replacement of the sputtering target or for the purpose of keeping the production cost of the target electrode low, the target electrode is configured and used by screwing the target onto the backing plate.
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。
Both target electrodes positively release heat generated in the sputtering target with a backing plate cooled directly with water during sputtering to lower the temperature on the back side of the sputtering target and control the temperature of the sputtering target. ing.
However, when a metal fluoride such as MgF 2 (magnesium fluoride), which is a typical low refractive index material as an optical thin film, is sputtered as a plate-like sputtering target, MgF 2 is knocked out from the target surface by gas ions. In spite of the fact that the temperature is not sufficiently increased, the metal dissociates into magnesium and the like and fluorine, and the film on the substrate is inadequate to absorb visible light due to insufficient fluorine. This has been an obstacle to application to the formation of optical thin films.
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。）。
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。
However, since the conventional sputtering target has variations in the size and shape of the granules, it is difficult to keep the shape of the surface of the sputtering target constant, and the deposition rate, film thickness distribution, film quality (refractive index, It was not easy to ensure the reproducibility of light absorption).
Further, since the sputtering target is a granule, there is a problem that the consumption of the granule by sputtering is quick, and the operation of adding and exchanging the granule is complicated.
Furthermore, since the sputtering target is a granule, there is a great restriction that it can be arranged only upward. Therefore, the superiority of the sputtering method over the vacuum deposition method in which the film forming direction is not restricted, that is, not only sputtering up but also side sputtering and sputtering down can be arranged is impaired.
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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to extend the life by keeping the surface shape constant, without adding film material, etc., and without restrictions on the film forming direction at the time of sputtering. It is an object to provide a sputtering target that can be formed with good reproducibility.
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。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The sputtering target according to the present invention is a sputtering target for forming a thin film on a substrate, and at least one of a plurality of concave portions or convex portions is formed on the target surface of the sputtering target facing the substrate. It is characterized by.
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。
Since this sputtering target has the above-described configuration, the surface area of the target surface can be made smaller than that of the back surface compared to the case where there are no recesses on the target surface, and heat conduction from the target surface to the back surface that is water-cooled or the like. Can be regulated.
In addition, high-density gas ions can be generated by effectively concentrating the magnetic field / electric field from the beginning on the peripheral edge or convex part of the concave part at the time of sputtering, and the impact by this helps to increase the temperature of the target surface. The amount of sputtering can be increased and the film formation rate can be improved.
On the other hand, the magnetic field and electric field can be appropriately dispersed in advance on the peripheral edge of the plurality of concave portions or the top of the convex portions, and the erosion that accelerates the consumption of the target at a stretch by selectively spattering the magnetic field in the vicinity of the magnet. The phenomenon can be suppressed.
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。
The sputtering target according to the present invention is the sputtering target, wherein the concave portion is a groove.
Since this sputtering target has the above-described configuration, the size of the surface area of the target surface can be controlled by adjusting the width, period, and depth of the groove, and the controllability of film forming conditions is further improved. be able to.
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。 The sputtering target according to the present invention is the sputtering target, wherein a period of the groove is 1 mm to 10 mm, a width of the groove is 0.5 mm to 5 mm, and the depth of the groove. However, it is preferable that the thickness is 0.1 to 0.8 times the target thickness.
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。 Since this sputtering target has the above configuration, when the groove period is less than 1 mm, the groove width exceeds 5 mm, or the groove depth exceeds 0.8 times the target thickness. Decreasing the mechanical strength can be suppressed. In addition, when the groove period exceeds 10 mm, the groove width is less than 0.5 mm, or the groove depth is less than 0.1 times the target thickness, the surface area difference between the target surface and the back surface is reduced, resulting in a temperature difference. As a result, the regulation of the heat transfer path becomes insufficient and the temperature rise on the target surface cannot be secured sufficiently.
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。
Moreover, the sputtering target according to the present invention is the sputtering target, wherein the groove is preferably formed in at least one shape or combination of a stripe shape, a grid shape, a ring shape, and a spiral shape. .
Since this sputtering target has the above-described configuration, it is possible to more effectively disperse the concentration of the magnetic field and electric field on the peripheral edge of the groove, and to reduce the formation and progress of erosion, thereby extending the lifetime of the sputtering target. Can do.
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。
Moreover, the sputtering target according to the present invention is the sputtering target, and the target material is preferably a metal fluoride.
Since this sputtering target has the above-described configuration, a metal fluoride film without light absorption can be formed on the substrate with good reproducibility.
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。
According to the present invention, even when the sputtering target is bonded or screwed to the electrode, the surface shape can be kept constant at the time of sputtering, and only the target surface necessary at the time of sputtering is kept at a high temperature in a stable surface state. And can extend the life.
Therefore, it is possible to arrange not only sputter up but also side spatter and sputter down, and it is possible to form a film without impairing the superiority of the sputtering method over the vacuum deposition method. Etc. can be ensured satisfactorily.
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。
A first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS.
A sputtering target 1 according to this embodiment is a sputtering target for forming a thin film 2A on a substrate 2, and is used together with the sputtering apparatus 3 shown in FIG.
The sputtering apparatus 3 includes a plurality of substrates 2 made of glass disposed above the inside of the vacuum chamber 5 and disposed at the same circumferential position on the same plane so as to face the substrate 2 below the vacuum chamber 5. The target electrode 6 is provided, a freely rotatable substrate holder 7 that holds the substrate 2 and passes over the target electrode 6, and a cathode electrode 8 that is provided below the vacuum chamber 5 and on which the target electrode 6 is placed. ing.
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。
The target electrode 6 includes a sputtering target 1 and a backing plate 10 to which the sputtering target 1 is attached.
As shown in FIG. 2, the sputtering target 1 includes, for example, a disk-shaped main body 1A made of MgF 2 having a diameter of 100 mm and a thickness of 3 mm, and a circle having a height of 3 mm and a diameter of 2 mm from the surface of the main body 1 A in the axial direction. And a convex portion 1B formed so as to protrude in a columnar shape. The convex portions 1B are arranged in a cycle of 4 mm over the entire surface of the main body 1A, and the top portion is the target surface 1a.
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。
The backing plate 10 is made of oxygen-free copper, is mounted on the cathode electrode 8, and is directly water-cooled by a pipe (not shown).
The sputtering target 1 and the backing plate 10 are bonded using indium, which is a low melting point metal.
The cathode electrode 8 is connected to a 13.56 MHz high-frequency power source 12 via a matching box 11 disposed outside the vacuum chamber 5.
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。
Above the sputtering target 1, a shutter 13 that adjusts the state in which the vaporized MgF 2 sputtered between the sputtering target 1 and the substrate 2 is prevented from scattering upward and the open state in which the sputtering is performed is openable and closable. Is provided.
On the side surface of the vacuum chamber 5, a gas introduction port 15 for introducing a sputtering gas into the vacuum chamber 5 and a viewing window 16 for observing the inside of the vacuum chamber 5 are provided.
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。
Next, the method of using the sputtering target 1 according to the present embodiment and the operation / effect will be described below.
First, after the substrate 2 is attached to the substrate holder 7, the inside of the vacuum chamber 5 is evacuated to 1 × 10 −4 Pa. Thereafter, O 2 gas is introduced from the gas inlet 15 to 5 × 10 −1 Pa.
Then, for example, power of 600 W is supplied from the high-frequency power source 12 to the cathode electrode 8, and pre-sputtering of the sputtering target 1 is started with the shutter 13 closed.
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。
After the plasma is stabilized, the substrate holder 7 is rotated after the surface temperature of the target surface 1a rises and stabilizes at a constant temperature, and when the shutter 13 is opened, film formation on the substrate 2 starts.
At this time, since the magnetic field / electric field concentrates around the peripheral edge on the top of the convex portion 1B, high density gas ions are generated in the vicinity of the convex portion 1B and directly hit the target surface 1a. The temperature rises. As a result, the amount of sputtering increases and film formation proceeds.
Thus, the thin film 2A is formed on the substrate 2, and the shutter 13 is closed at the time when the target film thickness is reached, and the film formation is completed.
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。
Here, the input power value is set by the following examination.
First, the input power from the high-frequency power source 12 is changed, the temperature of the target surface 1a is measured from the viewing window 16 using an infrared radiation thermometer, and a measurement result as shown in FIG. 3 is obtained. From this result, 600 W was adopted as the electric power for obtaining a target temperature of 700 ° C. or higher that allows film formation in a molecular state without dissociating MgF 2 .
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。
According to this sputtering target 1, since the top part of the convex part 1B is made into the target surface 1a, the surface area of the target surface 1a can be made smaller than the surface area of the back surface of the sputtering target 1, and water cooling etc. are carried out from the target surface 1a. The surface temperature can be maintained at a high temperature by regulating the heat conduction to the rear surface.
In addition, high density gas ions can be generated by effectively concentrating the magnetic field and electric field from the beginning on the convex portion 1B during sputtering, and the impact thereby increases the temperature of the target surface and increases the amount of sputtering. The film formation rate can be improved.
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。
On the other hand, the magnetic field and electric field can be appropriately dispersed on the tops of the plurality of convex portions 1B in advance, and the portion where the magnetic field in the vicinity of the magnet is concentrated is selectively sputtered to accelerate the erosion phenomenon that accelerates the exhaustion of the sputtering target 1 at a stretch. This can be mitigated.
Therefore, even when a sputtering target composed of MgF 2 is bonded or screwed to the electrode, the surface shape can be kept constant during sputtering, and only the target surface necessary for sputtering can be kept at a high temperature in a stable surface state. can do.
As a result, it is possible to arrange not only sputter up but also side spatter and sputter down, and it is possible to form a film without impairing the superiority of the sputtering method over the vacuum deposition method. The reproducibility of the film quality and the like can be ensured satisfactorily, and a metal fluoride film having no light absorption can be formed on the substrate with good reproducibility.
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。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to 1st Embodiment mentioned above, and description is abbreviate | omitted.
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that, in the second embodiment, a plurality of grooves extending from the surface to a depth of 3 mm inside from the entire target surface 17a of the sputtering target 17 facing the substrate 2. 18 is provided.
The sputtering target 1 has a disk shape with a diameter of 100 mm and a thickness of 6 mm, the groove 18 is formed in a rectangular cross section with a groove width of 2 mm, a period of 4 mm between adjacent grooves 18, and the grooves 18 are orthogonal to each other. Thus, the entire target surface 17a is provided in a grid pattern.
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。 Although the usage method, operation, and effect of the sputtering target 17 according to the present embodiment are the same as those of the first embodiment, according to the sputtering target 17, the grooves 18 have regularity. The surface area of the target surface 17a can be controlled by adjusting the width, period, and depth of the film 18, and the controllability of the film forming conditions can be further improved. At this time, the concentration of the magnetic field / electric field on the peripheral edge of the groove 18 can be more effectively dispersed, and the lifetime and life of the sputtering target 17 can be extended by reducing the formation and progression of erosion.
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。 Further, when the period of the groove 18 is less than 1 mm, the width of the groove 18 exceeds 5 mm, or the depth of the groove 18 exceeds 0.8 times the target thickness, the mechanical strength is lowered. Can be suppressed. Further, the surface area of the target surface 1a and the back surface 1b when the period of the groove 18 exceeds 10 mm, the width of the groove 18 is less than 0.5 mm, or the depth of the groove 18 is less than 0.1 times the target thickness. It is possible to avoid a state in which the difference becomes small and the restriction of the heat transfer path becomes insufficient and the temperature rise of the target surface 17a cannot be sufficiently secured.
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。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the protrusions are not limited to the height, diameter, and period described above, and a gap is formed between adjacent protrusions to obtain a heat insulating effect. For example, the gap is in the range of 0.5 mm to 9.5 mm. If necessary, the dimensions may be set appropriately. Further, the grooves may not be distributed in the same state over the entire surface of the target.
Further, the convex shape is not limited to the cylindrical shape, and may be a prismatic shape.
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。
Furthermore, the shape of the groove is not limited to a grid pattern, but a striped groove 20 as shown in FIG. 6, a ring-shaped groove 21 as shown in FIG. 7, a spiral groove 22 as shown in FIG. Alternatively, a combination thereof may be used.
Further, the cross-sectional shape of the groove is not limited to a rectangular shape, but may be a wedge-shaped groove 23 as shown in FIG. 9 or a groove 25 having a curved corner as shown in FIG.
Further, the gas introduced into the vacuum chamber 5 is not limited to O 2 gas, but may be inert gas or a mixed gas of inert gas and N 2 or O 2 .
The metal fluoride is not limited to MgF 2 having a low refractive index and excellent mechanical strength, but may be LiF, CaF 2 , AlF 3 , Na 3 AlF 6, or the like.
（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。 Example 1 When a film was formed with an input power of 600 W applied to the sputtering target 1 according to the first embodiment, the temperature of the target surface 1a was 720 ° C. as shown in FIG. When the physical film thickness on the substrate 2 obtained by repeatedly forming 10 batches of film in this state was measured, it was all included in the range of 100 ± 3 nm and showed good reproducibility. In addition, the refractive index in the visible region was 1.38, which was the same as that obtained by the vacuum vapor deposition method and a sufficiently low value. Furthermore, the light absorption in a wavelength range of 400 nm was a good result of 0.2% or less.
（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。 (Example 2) When a film was formed with an input power to the sputtering target 17 of 600 W according to the second embodiment, the temperature of the target surface 17a was 750 ° C., which is higher than that of the first embodiment, as shown in FIG. Met. When the physical film thickness on the substrate 2 obtained by repeatedly forming 10 batches of film in this state was measured, it was all included in the range of 100 ± 2 nm and showed good reproducibility. In addition, the refractive index in the visible region was 1.38, which was the same as that obtained by the vacuum vapor deposition method and a sufficiently low value. Furthermore, the light absorption in a wavelength range of 400 nm was a good result of 0.2% or less.
（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。
(Comparative Example 1) A similar experiment was conducted using a conventional plate target 26 shown in FIG. 11 instead of the sputtering target 17 according to the second embodiment. The plate target 26 is made of disk-shaped MgF 2 having a diameter of 100 mm and a thickness of 6 mm, and is similarly bonded to the backing plate 10.
In this comparative example 1, since the target surface is sufficiently cooled, the target surface temperature remains constant at around 610 ° C. as shown in FIG. 3 even if the input power is increased. That is, since film formation progresses in the state of sputtering performed normally, Mg and F jump out from the target surface in a dissociated state, and the resulting film is insufficient in F. As a result of the measurement, the light absorption at a wavelength of 400 nm was 20% or more.
The deposition rate was also significantly slower than in Example 2, and it took about ten times longer to deposit 100 nm.
（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。
Comparative Example 2 A similar experiment was performed using a granular target 27 shown in FIG. 12 instead of the sputtering target 17 according to the second embodiment. The granular target 27 is a MgF 2 granule 28 having a particle diameter of 1 to 5 mm placed in a quartz dish 30 having an inner diameter of 100 mm, and is placed on the backing plate 10.
When an experiment was performed under the same conditions as in the above example, a relationship between input power and target surface temperature was obtained as shown in FIG. An increase in the surface temperature, which is a feature of the granular target, was observed, indicating a higher surface temperature than the sputtering target 17 according to the second embodiment.
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。
Here, when comparing the target surface temperatures with respect to the input power of 600 W, the plate-like target 26, the sputtering target 1, the sputtering target 17, and the granular target 27 in this order, 615 ° C., 720 ° C., 750 ° C., 830 It became other than the plate-like target 26 that the target temperature of 700 ° C. or higher at which the film could be formed in the molecular state without dissociating MgF 2 was satisfied.
When 10 batches of films were repeatedly formed at this input power of 600 W and the physical film thickness on the obtained substrate 2 was measured, it was in the range of 100 ± 8 nm compared to the sputtering target obtained in this embodiment. It was confirmed that the variation was much larger. On the other hand, the refractive index in the visible region was 1.38, which was the same as that obtained by the vacuum vapor deposition method and a sufficiently low value. Furthermore, the light absorption in a wavelength range of 400 nm was a good result of 0.2% or less. The film formation rate was about 1.3 times as high as that in Example 2, which was somewhat faster.
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）
1, 17 Sputtering target 1B Convex part 2 Substrate 2A Thin film 18, 20, 21, 22, 23, 25 Groove 26 Plate target (sputtering target)
27 Granular target (sputtering target)
Claims (5)
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。 A sputtering target for forming a thin film on a substrate,
At least one of a plurality of concave portions or convex portions is formed on a target surface of the sputtering target facing the substrate.
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。 The period of the groove is 1 mm or more and 10 mm or less,
The width of the groove is 0.5 mm or more and 5 mm or less,
The depth of the said groove | channel is 0.1 times or more and 0.8 times or less of target thickness, The sputtering target of Claim 2 characterized by the above-mentioned.
The sputtering target according to any one of claims 1 to 4, wherein the target material is a metal fluoride.
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