JPH116059A - スパッタリングターゲット及び薄膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＭｇＦ₂ をスパッタリングして形成する薄膜
を安定させる。 【解決手段】 各粒子の最大長さのばらつきが±５０％
以内である顆粒状のフッ化マグネシウム又は、最大径と
最小径との差が最大径に対して５０％以下であり、且つ
最大径のばらつきが±８０％以内である顆粒状のフッ化
マグネシウムをターゲットとして、スパッタリングす
る。ターゲットの粒径が揃い、ターゲットの表面温度、
温度分布が安定するため、安定した薄膜とすることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光吸収が少ないＭ
ｇＦ₂ （フッ化マグネシウム）薄膜をスパッタリング法
により安定して形成するためのスパッタリングターゲッ
トと、フッ化マグネシウム薄膜を形成する薄膜の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来よりフッ化マグネシウムは化学的に
安定で、絶縁性に優れているうえに、他の物質では得ら
れにくい低屈折率であるところから、光学膜を形成する
のに当たって欠かすことのできない材料とされてきた。
ところが、フッ化マグネシウムの薄膜を通常のスパッタ
リング法により形成した場合、可視域において大きな光
の吸収が発生する難点を有している。

【０００３】このような可視域における光の吸収は、プ
ラズマ中のフッ素（Ｆ）イオンが基板ホルダ側に励起さ
れる負のプラズマポテンシャルにより反発するため、薄
膜内に取り込まれるＦの重量が不足したり、プラズマ中
での水の解離により励起された酸素（Ｏ）イオンとマグ
ネシウム（Ｍｇ）イオンとの酸化反応により酸化マグネ
シウム（ＭｇＯ）が形成されることが主な原因である。
このため、可視域における光吸収を抑制する方法が種々
開発されている。

【０００４】例えば、特開平４−２２３４０１号公報で
は、ターゲット中にＳｉを混ぜている。又、特開平４−
２８９１６５号公報では、フッ素ガスまたはフッ素含有
化合物ガスをスパッタ時にアシストしている。これらの
方法では、膜自身の光吸収をなくす、或いは小さくする
ことができる。

【０００５】これらの方法とは別個に、本発明者らは、
スパッタリングに際して、ＭｇＦ₂を顆粒状とし、この
顆粒状のＭｇＦ₂ をターゲットとして用いる方法が有効
であることを確認している。ターゲットを顆粒状にする
ことにより、ターゲットの温度上昇を促し、スパッタの
衝撃によりＭｇＦ₂ 分子の分子内の結合が切断される確
率を最小とするものである。これにより光の吸収の発生
を抑制することができ、光吸収のないＭｇＦ₂ 薄膜を形
成することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら特開平４
−２２３４０１号公報や特開平４−２８９１６５号公報
に開示されている方法では、実用的に十分な成膜速度を
得ることができない問題がある。これに対し、顆粒状の
ＭｇＦ₂ ターゲットを用いる方法では、実用的に十分な
成膜速度が得られるが、以下のような問題点を別に有し
ている。

【０００７】顆粒状のＭｇＦ₂ ターゲットは、ターゲッ
ト表面の温度が上がりすぎると、形成される膜の耐久性
が低下する一方、低すぎると可視光の吸収が発生してい
る。このため、ターゲット表面の温度が安定し、その分
布も均一となることが安定した成膜を行うための必須条
件である。しかしながら、ターゲットの表面温度及び温
度分布はプラズマの影響の結果として表れるものであ
り、ターゲット表面の温度とその分布を外部から制御し
て安定させることは容易ではない。

【０００８】本発明は、このような問題点に考慮してな
されたものであり、表面温度及び温度分布を安定させる
ことができ、結果として透明で耐久性の高いＭｇＦ₂ 膜
をスパッタリング法により安定して成膜することができ
るスパッタリングターゲット及び薄膜の製造方法を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の本発明のスパッタリングターゲットは、
スパッタリング法によりフッ化マグネシウム薄膜を形成
するためのスパッタリングターゲットであって、各粒子
の最大長さのばらつきが±５０％以内である顆粒状のフ
ッ化マグネシウムが膜材料となっていることを特徴とす
る。

【００１０】請求項２の発明のスパッタリングターゲッ
トは、スパッタリング法によりフッ化マグネシウム薄膜
を形成するためのスパッタリングターゲットであって、
最大径と最小径との差が最大径に対して５０％以下であ
り、且つ最大径のばらつきが±８０％以内である顆粒状
のフッ化マグネシウムが膜材料となっていることを特徴
とする。

【００１１】請求項３の発明の薄膜の製造方法は、以上
の請求項１又は２記載のスパッタリングターゲットをス
パッタリングしてフッ化マグネシウム薄膜を形成するこ
とを特徴とする。

【００１２】既述したように、形成される膜の品質と顆
粒状のターゲットの温度との間には高い相関々係がある
ため、透明で耐久性の高いＭｇＦ₂ 膜を形成するために
は、ターゲット温度を安定させる必要がある。

【００１３】本発明者らが数多くの実験を行った結果、
ターゲット表面の温度上昇の速度と顆粒状ターゲットの
粒径との間には、粒径が大きいと温度上昇が遅く、小さ
いと温度上昇が早くなる相関々係があることが明らかと
なった。これは主に粒径の違いに起因した各粒子の熱容
量の相違のためであると考えられる。このことから、粒
径を揃えて粒子の熱容量を安定させると、ターゲットの
温度上昇速度を安定させることができるという知見を得
た。この知見に基づき、本発明者らは、顆粒状ターゲッ
トの粒径を揃えることが、ターゲットの温度上昇速度を
一定化させ、ターゲット表面の温度を安定させることに
有効であることを更なる実験により確認した。

【００１４】顆粒状ＭｇＦ₂ の各粒子の形状や大きさ
は、理想的には径の等しい球体であることが望まれる。
しかし、形状、大きさにある程度のばらつきがあって
も、実際には、実用上十分なターゲット温度の安定性が
得られ、安定した成膜が可能であることが実験的に判明
した。球体に近い形状の顆粒状材料の入手性は非常に悪
く、形状を規定しない顆粒状材料は、入手性が良い反
面、ある程度以上の粒径のばらつきがある。これらのこ
とを合わせて考慮し、本発明者らは、粒径及び形状のば
らつきをある一定範囲内とした材料を使用することが実
用上、最も有利であると判断した。

【００１５】顆粒状のＭｇＦ₂ の大きさの管理は、各粒
子の最大長さを基準として行うと有利である。顆粒状の
ＭｇＦ₂ を篩にかけることで、各粒子の最大長さが所定
値よりも大きいか又は小さい顆粒を容易に得ることがで
きるからである。

【００１６】本発明者らは、数多くの実験の中で材料の
粒径または形状についてのばらつきが以下に示す範囲よ
りも小さい場合には、ターゲット表面の温度が安定し、
最終的に得られる膜の品質が実用上、有効な程度に安定
することを確認した。ここで、「膜の品質が実用上有効
な程度に安定する」とは、膜に光の吸収が発生したり、
膜の強度が実用上十分でない場合があるなど、一回の成
膜内での成膜速度分布、膜質の安定のみならず、複数の
成膜における成膜速度、膜質のばらつきが実用的に問題
が発生する場合以外のことである。

【００１７】粒径又は形状のばらつきの具体的な値とし
ては、形状としての顆粒状を考慮しないで、粒径の管理
を粒子の最大長さによってのみによりで行った場合、顆
粒状ＭｇＦ₂ の各粒子の最大長さのばらつきを±５０％
以内とすることにより、ターゲット表面の温度が安定
し、最終的に得られる膜の品質が実用上有効な程度に安
定する。

【００１８】また、顆粒の最大長さに加え、顆粒の形状
についても考慮した場合の値は、顆粒状であるＭｇＦ₂
の各粒子の最大径と最小径の差が最大径に対して５０％
以下であり、且つ最大径のばらつきが±８０％以内であ
る。最大径と最小径の差が最大径に対して５０％以下の
場合は、顆粒の形状が球体に近くなり、各粒子が有して
いる熱容量の差が小さくなると共に、各粒子が相互に接
触する接触面の大きさが安定するため、顆粒状ＭｇＦ₂
ターゲットの温度が安定し易くなる。

【００１９】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）図１はＭｇＦ₂ 薄膜を成膜するための
スパッタ装置の成膜系の構成を示す。電極としてのマグ
ネトロンスパッタリングカソード１上には、スパッタリ
ング材料としての顆粒状のＭｇＦ₂ がガラス製の皿に載
せられて設置されている。このマグネトロンスパッタリ
ングカソード１及びターゲット材料２の周囲には、ター
ゲットシールド３が配置されている。このターゲットシ
ールド３は常に電位がグラウンドレベルとなっている。
ターゲットシールド３の上方には、開閉制御されたシャ
ッター４が配置されている。

【００２０】成膜を行うガラス基板５は、基板ホルダー
６により保持される。基板ホルダー６の回転中心は、マ
グネトロンスパッタリングカソード１の直上に位置せ
ず、偏心した位置にある。成膜中はこの基板ホルダー６
が回転する。この回転と、マグネトロンスパッタリング
カソード１からの偏心とにより、膜をガラス基板５上に
均一に成膜することができる。以上のマグネトロンスパ
ッタリングカソード１、ターゲット材料２、ターゲット
シールド３、シャッター４、ガラス基板５及び基板ホル
ダー６は真空槽８内に配置されて成膜が行われる。

【００２１】次に、この装置を使用した成膜を説明す
る。ターゲット材料である顆粒状のＭｇＦ₂ は、１〜２
ｍｍの粒径となっており、１ｍｍ間隔の網を有した篩
（（株）オプトロン社製）にかけ、篩に残ったものを成
膜に使用した。

【００２２】表面が清浄なガラス基板５を、基板ホルダ
６に取り付ける。その後、直ちに真空槽８内を排気す
る。１０^-4Ｐａ以上の真空度となったとき、基板ホルダ
ー６を回転させると同時に、真空槽１０内にＯ₂ ガスを
導入し、０．４Ｐａの圧力とする。

【００２３】そして、真空槽１０内の圧力が安定した状
態で、カソード１にＲＦ電力を印加して、ターゲット材
料２の上にプラズマを発生させる。このときシャッター
４は閉じており、いわゆるプレスパッタの状態となる。
通常のプレスパッタは、ターゲット表面の酸化物などを
除去して、スパッタを安定させることを主な目的として
行うが、この実施の形態では、この目的の他に、スパッ
タ時にターゲット材料２が分子または分子群の状態で跳
び易いようにターゲット２の温度を上昇させることをも
目的としている。

【００２４】ターゲット２の温度が上昇し、プラズマの
状態が安定した時点でシャッター４を開ける。物理的膜
厚が１００ｎｍとなる時間が経過した時点で、再びシャ
ッター４を閉める。このような操作では、あらかじめ成
膜速度を計測し、シャッター４を開ける時間で膜厚を制
御するものである。

【００２５】シャッター４を閉めてから、カソード１に
印加していたＲＦ電圧を徐々に落とし、プラズマを消失
させる。又、基板ホルダー６の回転も同時に止め、真空
槽８をリークする。取り出したガラス基板上に形成され
た膜の物理的膜厚を、段差計により測定したところ、１
０５ｎｍであった。同様の実験を１０回繰り返したとこ
ろ、成膜される膜の物理的膜厚は９６ｎｍ〜１１１ｎｍ
の間でばらついた。これらの得られた膜には可視光で吸
収がなく（４００ｎｍで０．６％以下）、擦傷性も実用
十分な程度の強度があった。ここでいう「実用十分」と
は、ＩＳＯ国際規格（ＩＳＯ／ＤＩＳ ９２１１−３）
で定められた光学コーティング耐環境性試験の区分Ｃの
試験で合格となったことを指す。

【００２６】ＭｇＦ₂ 単結晶を最も大きな粒子、最大長
さが４ｍｍ以下程度にまで粉砕した粒子をターゲットと
して用いた場合の同様の実験（１０回繰り返し）では、
物理的膜厚のばらつきが５５〜３００ｎｍと大きい。得
られる膜の中には、可視光で吸収が認められる（４００
ｎｍで２．４％の吸収）ものや、擦傷性試験で十分な強
度が得られないものが含まれた。

【００２７】このように、この実施の形態では、粒径を
１〜２ｍｍに揃えたことにより、成膜速度の安定性が大
きく向上し、また、膜質についても安定している。

【００２８】（実施の形態２及び３）この実施の形態で
は、顆粒状ターゲットに含まれる顆粒の形状・大きさを
除き、スパッタリング装置の構成は実施の形態１と同様
である。表１は、実施の形態２、３及び比較例１におけ
る顆粒状の形状、大きさを示す。比較例１においては、
実施の形態２、３における顆粒の双方を含むものであ
る。

【００２９】

【表１】

【００３０】これらの実施の形態２、３および比較例１
では、プレスパッタ時間、スパッタ時間を除き、成膜条
件は実施の形態１と同様である。スパッタ時間は、それ
ぞれの条件においてあらかじめ成膜速度を測定し、物理
的膜厚で略１００ｎｍとなるようにあらかじめ決定し
た。

【００３１】表２は１０回成膜した場合のプレスパッタ
時間、成膜速度のばらつき、光吸収及び耐擦傷性を示
す。実施の形態２、３を比較した場合、実施の形態２の
方が顆粒が小さいため、ターゲットの温度上昇に要する
時間が短く、プレスパッタ時間が短くなっている。成膜
速度、膜質のばらつきについては、実施の形態２、３で
はすべて良品が得られているのに対し、比較例１では不
良品を含んでいる。

【００３２】

【表２】

【００３３】実施の形態２、３では、顆粒状のターゲッ
トの最大長さのばらつきが、±５０％以内であり、１０
回の成膜の中で、全数が良品であるのに対し、この範囲
を超える比較例１では、成膜速度のばらつきが非常に大
きく、膜質も安定せず、不良を含んでいる。従って、顆
粒の大きさを揃えることにより成膜速度、膜質を安定さ
せることができている。

【００３４】（実施の形態４、５）この実施の形態にお
いて、顆粒状ターゲットに含まれる顆粒の形状・大きさ
を除き、スパッタリング装置の構成は実施の形態１と同
様である。表３は、実施の形態４、５における顆粒の形
状・大きさである。形状の選別は、立方体の場合、最大
径と最小径の差が最大径に大して約４２％であることを
考慮し、目視で行った。

【００３５】表４は、実施の形態４、５によって成膜す
る条件及び成膜特性を示す。プレスパッタ時間、スパッ
タ時間を除き、実施の形態１と同様である。スパッタ時
間は、それぞれの条件において、あらかじめ成膜速度を
測定し、物理的膜厚でほぼ１００ｎｍとなるように決定
した。実施の形態４、５における成膜の結果、共に得ら
れた膜はすべて良品であった。

【００３６】

【表３】

【００３７】

【表４】

【００３８】表４から顆粒状のターゲットの最大長さの
ばらつきが、±５０％以内である実施の形態４において
は、最大径と最小径の差が最大径に対して５０％以下と
したことで、実施の形態２と比較して明らかに成膜速度
が安定している。

【００３９】又、顆粒状のターゲットの最大長さのばら
つきが、±８０％以内である実施の形態５においては、
実施の形態３程度の成膜速度の安定性を示したのに加え
て、１０回の成膜の中で全数良品が得られた。比較例１
では、成膜速度のばらつきが非常に大きく、膜質も安定
せず不良を含んでいるのに対し、最大径と最小径の差が
最大径に対して５０％以下としているため、成膜速度、
膜質共に大きく安定している。以上の結果として、顆粒
状ターゲットの最大長さのばらつきを±８０％以内とし
ても、成膜が実用上十分な程度に安定した。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、顆粒状ＭｇＦ₂ の各粒子の最大長さのばらつき
を±５０％以内とすることにより、ターゲット表面の温
度が安定し、作製する薄膜の品質が安定する。

【００４１】請求項２の発明によれば、ＭｇＦ₂ の各粒
子の最大径と最小径の差が最大径に対して５０％以下で
あり、且つ最大径のばらつきが±８０％以内となってい
るため、顆粒の形状が球体に近くなり、各粒子が有して
いる熱容量の差が小さくなり、ターゲットの温度が安定
する。

【００４２】請求項３の発明によれば、薄膜を製造する
際に生じる膜質と成膜速度のばらつきを押さえることが
可能となり、透明で耐久性の高いＭｇＦ₂ 薄膜を安定し
て作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用されるスパッタリング装置の断面
図である。

【符号の説明】

１ マグネトロンスパッタリングカソード ２ ターゲット ３ ターゲットシールド ４ シャッター ５ ガラス基板 ６ 基板ホルダー ８ 真空槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三田村 宣明 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 豊原 延好 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 高尾 潔 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 生水 利明 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スパッタリング法によりフッ化マグネシ
   ウム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、 各粒子の最大長さのばらつきが±５０％以内である顆粒
   状のフッ化マグネシウムが膜材料となっていることを特
   徴とするスパッタリングターゲット。
2. 【請求項２】 スパッタリング法によりフッ化マグネシ
   ウム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、 最大径と最小径との差が最大径に対して５０％以下であ
   り、且つ最大径のばらつきが±８０％以内である顆粒状
   のフッ化マグネシウムが膜材料となっていることを特徴
   とするスパッタリングターゲット。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のスパッタリングタ
   ーゲットをスパッタリングしてフッ化マグネシウム薄膜
   を形成することを特徴とする薄膜の製造方法。