WO2017104802A1 - スパッタリングターゲット - Google Patents

スパッタリングターゲット Download PDF

Info

Publication number
WO2017104802A1
WO2017104802A1 PCT/JP2016/087545 JP2016087545W WO2017104802A1 WO 2017104802 A1 WO2017104802 A1 WO 2017104802A1 JP 2016087545 W JP2016087545 W JP 2016087545W WO 2017104802 A1 WO2017104802 A1 WO 2017104802A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sputtering target
film
average
less
target
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/087545
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
林　雄二郎
加藤　慎司
Original Assignee
三菱マテリアル株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2016242483A external-priority patent/JP6149999B1/ja
Application filed by 三菱マテリアル株式会社 filed Critical 三菱マテリアル株式会社
Publication of WO2017104802A1 publication Critical patent/WO2017104802A1/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering

Definitions

  • the present invention relates to a sputtering target for forming an oxide film containing Nb and Si.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2015-247832 filed in Japan on December 18, 2015 and Japanese Patent Application No. 2016-24283 filed on December 14, 2016 in Japan, The contents are incorporated here.
  • an antireflection film used for an optical device such as a camera lens
  • a laminated film combining an intermediate refractive index material film and a high refractive index material film or a low refractive index material film is known.
  • an intermediate refractive index material film used in this antireflection film an oxide film containing Nb and Si (hereinafter also referred to as NbSiO film) is known.
  • the NbSiO film is generally formed by a reactive sputtering method using a sputtering target containing Nb and Si.
  • Patent Document 1 as a target for forming an optical thin film having a desired refractive index by a reactive sputtering method, Si is a main component, and at least one of Ta, Nb, Zr, Ti, or Al is used. A component obtained by uniformly mixing and solidifying a component composed of the above element or a compound thereof at a predetermined mixing ratio with respect to the main component is described.
  • This Patent Document 1 includes a target manufactured using Si and Nb as raw materials so that Si is 80 atm% and Nb is 20 atm%, and a target manufactured so that Si is 70 atm% and Nb is 30 atm%. Are listed. In the target described in Patent Document 1, Si and Nb are observed as a structural structure.
  • the NbSiO film is excellent as a material for the intermediate refractive index material film because the refractive index can be easily adjusted by changing the ratio of the contents of Nb and Si.
  • the intermediate refractive index material film used for the antireflection material is required to have a small variation in refractive index within the film surface.
  • the object of the present invention has been made in view of the circumstances described above, and is capable of suppressing the occurrence of abnormal discharge during film formation by reactive sputtering and stably forming an NbSiO film having a small refractive index variation. It is an object of the present invention to provide a sputtering target capable of forming a film.
  • the sputtering target of the present invention includes Nb, Si, and inevitable impurities, the average of the relative density is 90% or more, and the standard deviation of the relative density is 2.5 or less. It is characterized by being.
  • the average of the relative density is as high as 90% or more, and the standard deviation thereof is as low as 2.5% or less, that is, there are few vacancies in the target surface. Occasionally, local abnormal discharge due to vacancies in the target is less likely to occur, and the in-plane refractive index variation of the formed NbSiO film is reduced.
  • the average of the relative density means the average of the relative densities of the test pieces collected from a plurality of locations on the target surface.
  • the average of the relative density is preferably the average of the relative densities of test specimens collected from five or more locations.
  • hole is 10% or less, and the standard deviation is 1.2 or less.
  • the average area ratio of the vacancies is low, and the standard deviation is low, that is, the vacancies existing in the target surface are fine, so that local abnormal discharge due to the vacancies is less likely to occur.
  • the in-plane refractive index variation of the formed NbSiO film is reduced.
  • the average of the hole area ratios means the average of the hole area ratios measured at a plurality of locations on the target surface.
  • the average hole area ratio is preferably the average of the hole area ratios of the test specimens measured at five or more locations on the target surface.
  • the total content of Cu, Ti, and Fe among the inevitable impurities is 300 mass ppm or less.
  • the occurrence of abnormal discharge due to foreign matters containing these elements can be suppressed, and the in-plane refractive index variation is reduced in the formed NbSiO film.
  • the total content of Cu, Ti, and Fe, which are elements that affect the refractive index of the NbSiO film among the inevitable impurities is limited, the deviation of the refractive index from the target value in the formed NbSiO film is limited. Therefore, the variation in refractive index becomes smaller.
  • the total content of Fe, Cr, and Ni among the inevitable impurities is preferably 500 mass ppm or less.
  • the occurrence of abnormal discharge due to foreign matters containing these elements can be suppressed, and the formed NbSiO film has less variation in the in-plane refractive index.
  • Fe, Cr, and Ni are elements that increase the extinction coefficient of the NbSiO film. By limiting the total content of these elements, the formed NbSiO film has a low extinction coefficient. , Light absorption is reduced.
  • the total content of Ti and Zr among the inevitable impurities is preferably 500 ppm by mass or less.
  • the toughness (impact fracture resistance) of the sputtering target is improved.
  • the sputtering target of the present invention preferably has an Nb—Si compound phase composed of a compound of Nb and Si in the target plane.
  • Nb—Si compound phase composed of a compound of Nb and Si in the target plane.
  • the average cutting length of the Nb—Si compound phase is preferably 50 ⁇ m or less.
  • the Nb—Si compound phase is a fine crystal, the target surface becomes dense and it is difficult to form large vacancies, and local abnormal discharge due to the vacancies is less likely to occur.
  • the sputtering target of the present invention may have an Nb phase composed of Nb in the target plane, and the average cut length of this Nb phase is preferably 50 ⁇ m or less.
  • the sputtering target contains a large amount of Nb and the Nb phase is dispersed as fine crystals, an NbSiO film having a relatively high Nb content, that is, a high refractive index is formed with a uniform composition. be able to.
  • the sputtering target of this invention may have Si phase which consists of Si in a target surface, and it is preferable that the average cut length of this Si phase is 50 micrometers or less.
  • the sputtering target contains a large amount of Si and the Si phase is dispersed as fine crystals, an NbSiO film having a relatively low refractive index can be formed with a uniform composition.
  • the molar ratio of Nb to Si is preferably in the range of 5:95 to 80:20. That is, it is preferable that the sputtering target of the present invention satisfies the following formula when the number of moles of Nb is [Nb] and the number of moles of Si is [Si]. 5 ⁇ [Nb] / ([Nb] + [Si]) ⁇ 100 ⁇ 80 In this case, the region of the Nb—Si compound phase in the target surface increases, and the uniformity of the composition in the target surface increases.
  • the molar ratio of Nb to Si may be in the range of 50:50 to 80:20. That is, the sputtering target of the present invention may satisfy the following formula when the number of moles of Nb is [Nb] and the number of moles of Si is [Si]. 50 ⁇ [Nb] / ([Nb] + [Si]) ⁇ 100 ⁇ 80 In this case, the region of the Nb—Si compound phase formed in the target surface is surely increased, the uniformity of the composition in the target surface becomes higher, and the refractive index of the formed NbSiO film is relatively high. Become.
  • the present invention it is possible to provide a sputtering target capable of suppressing the occurrence of abnormal discharge during film formation by reactive sputtering and stably forming an NbSiO film having a small refractive index variation. It becomes.
  • the sputtering target which is one Embodiment of this invention is demonstrated in detail.
  • the sputtering target according to the present embodiment is used when an NbSiO film used for an intermediate refractive index material film of an antireflection film used for an optical device such as a camera lens, a display, or the like is formed by a reactive sputtering method. Can be used.
  • the sputtering target which is this embodiment consists of Nb, Si, and inevitable impurities. More specifically, the sputtering target according to the present embodiment contains only Nb, Si, and inevitable impurities.
  • the sputtering target which is this embodiment can adjust the refractive index of the NbSiO film formed by the reactive sputtering method by appropriately setting the molar ratio of Nb and Si contained in the target.
  • the molar ratio of Nb to Si is preferably in the range of 5:95 to 80:20. That is, when the number of moles of Nb is [Nb] and the number of moles of Si is [Si], it is preferable that the following formula is satisfied. 5 ⁇ [Nb] / ([Nb] + [Si]) ⁇ 100 ⁇ 80
  • the density of the target is increased, and in the NbSiO film formed by the reactive sputtering method from the high-density target, Nb and Si are not easily segregated and the composition tends to be uniform. For this reason, the variation in refractive index of the formed NbSiO film is reduced. Moreover, since Si plays an adhesive role, the strength of the target may be reduced if the Si content is too low. On the other hand, when there is much Si, electrical conductivity is low and it is easy to be charged. That is, if the amount of Si is excessive, charges are likely to concentrate in the target, and abnormal discharge may easily occur during film formation by the reactive sputtering method.
  • the molar ratio of Nb to Si may be in the range of 50:50 to 80:20. In this case, an NbSiO film having a relatively high refractive index can be formed with a uniform composition by reactive sputtering.
  • the total content of Cu, Ti, and Fe is preferably 300 ppm by mass or less. This can suppress the occurrence of abnormal discharge due to the presence of foreign substances containing these elements on the target surface of the sputtering target, and the in-plane refractive index variation is reduced in the formed NbSiO film.
  • Cu, Ti, and Fe are elements that affect the refractive index of the NbSiO film. By limiting the total content of these elements to 300 ppm by mass or less, the formed NbSiO film has a refractive index. Variation is reduced.
  • the total content of Fe, Cr, and Ni is preferably 500 ppm by mass or less. This can suppress the occurrence of abnormal discharge due to the presence of foreign substances containing these elements on the target surface of the sputtering target, and the in-plane refractive index variation is reduced in the formed NbSiO film.
  • Fe, Cr, and Ni are elements that increase the extinction coefficient of the NbSiO film. By limiting the total content of these elements, the formed NbSiO film has a low extinction coefficient. , Light absorption is reduced.
  • the total content of Ti and Zr among the inevitable impurities contained in the sputtering target of the present embodiment is preferably 500 ppm by mass or less. This improves the toughness (impact fracture resistance) of the sputtering target.
  • Elements such as Cu, Ti, Fe, Cr, and Ni are impurities that are easily mixed in the manufacturing process of the sputtering target. Therefore, when manufacturing the sputtering target of the present embodiment, care must be taken not to mix these elements.
  • the total content of Cu, Ti, and Fe and the total content of Fe, Cr, and Ni may each be 20 ppm by mass or more.
  • the contamination of impurities in the manufacturing process is severely restricted, or a high-purity raw material Must be used, which may lead to industrial disadvantages such as high manufacturing costs.
  • the total content of inevitable impurities (elements other than Nb and Si) contained in the target is preferably suppressed to 1000 mass ppm or less, and more preferably 20 mass ppm or more from the viewpoint of the above-described manufacturing costs. .
  • the average of the relative density of the test pieces collected from a plurality of locations on the target surface is 90% or more, and the standard deviation of the relative density is 2.5 or less. If the average of the relative density is less than 90%, abnormal discharge may easily occur during film formation by the reactive sputtering method, and the film formation rate may be slow. When the standard deviation of the relative density exceeds 2.5, the refractive index variation of the NbSiO film formed by the reactive sputtering method may increase.
  • the average relative density is preferably 95% or more. Note that the average of the relative density is preferably 133% or less, and the standard deviation of the relative density is preferably 0 or more.
  • the sputtering target is a rectangular flat plate (length 126 mm ⁇ width 178 mm ⁇ thickness 6 mm), as shown in FIG.
  • a test piece cut out to a length of 30 mm in the lateral direction is prepared.
  • the relative density is obtained, and the average and standard deviation are calculated.
  • the actual density of the test piece is calculated from the size of the test piece measured with a caliper and the weight of the test piece measured with an electronic balance.
  • the theoretical density of the sputtering target is calculated as follows.
  • the molar ratio of Nb when the total number of moles of Nb and Si contained in the target was 100 mol x
  • the molar ratio of (100-x) of Si was 100 mol x
  • the molar ratio of (100-x) of Si was 100 mol x
  • the molar ratio of (100-x) of Si was 100 mol x
  • the molar ratio of (100-x) of Si was 100 mol x
  • the molar ratio of (100-x) of Si was 100 mol x
  • the molar ratio of (100-x) of Si was 100 mol x
  • the molar ratio of (100-x) of Si was 100 mol x
  • the molar ratio of (100-x) of Si was 100 mol x
  • W Nb x ⁇ M Nb / 100
  • W Si (100 ⁇ x) ⁇ M Si / 100
  • the volume V Nb of Nb and the volume V Si of Si are calculated from the following equations.
  • V Nb x ⁇ M Nb / (100 ⁇ ⁇ Nb )
  • V Si (100 ⁇ x) ⁇ M Si / (100 ⁇ ⁇ Si )
  • the theoretical density ⁇ T of the sputtering target is calculated from the following formula from W Nb , W Si , V Nb , and V Si .
  • ⁇ T (W Nb + W Si ) / (V Nb + V Si )
  • the average of the area ratio of the holes at a plurality of locations on the target surface is 10% or less, and the standard deviation of the area ratio of the holes is 1.2 or less.
  • the average of the area ratio of the holes is preferably 0% or more, and the standard deviation of the area ratio of the holes is preferably 0 or more.
  • the sputtering target is a rectangular flat plate (length 126 mm ⁇ width 178 mm ⁇ thickness 6 mm), as shown in FIG. 2, a vertical center line and a horizontal center line are used.
  • a range of 1 mm in the vertical direction and 2 mm in the horizontal direction, centered on the positions (22) and (25) 10 mm in the vertical direction and 10 mm in the horizontal direction from the four corners (21) The area ratio of the existing holes is measured, and the average and standard deviation are calculated.
  • the area ratio of the holes is a percentage of the area of the holes existing in the target surface range, where the measured target surface range (2 mm 2 ) is 100%.
  • the area ratio of the holes is obtained by using image analysis software for the secondary electron image of the target surface taken by a scanning electron microscope (SEM).
  • the sputtering target according to the present embodiment has an Nb—Si compound phase made of a compound containing Nb and Si in the target plane.
  • Nb and Si form an Nb-Si compound phase, there are few single-phase portions of Nb and Si, and there are more regions where both elements exist, so that variation in composition in the target plane is reduced. . Since the variation in the composition in the target surface becomes small, the composition is uniform in the NbSiO film formed by the reactive sputtering method, and the variation in the refractive index in the surface becomes small.
  • the area ratio of the Nb—Si compound phase in the target plane is preferably 1% or more, and more preferably 12% or more and 97% or less.
  • the Nb—Si compound phase preferably has an average cutting length of 50 ⁇ m or less.
  • the average cutting length of the Nb—Si compound phase is as fine as 50 ⁇ m or less, the target surface becomes dense and it is difficult to form large vacancies. Abnormal discharge is less likely to occur.
  • the average cutting length of the Nb—Si compound phase exceeds 50 ⁇ m, the number of abnormal discharges increases, and the in-plane refractive index variation of the NbSiO film formed by the reactive sputtering method may increase.
  • the average cutting length of the Nb—Si compound phase is more preferably 0.5 ⁇ m or more.
  • the average cutting length of the Nb—Si compound phase is measured from the secondary electron image of the target surface photographed in the same manner as the measurement of the area ratio of the holes and the measurement result of the element distribution.
  • a diagonal line is drawn on the secondary electron image.
  • the position of the Nb—Si compound phase photographed in the secondary electron image is identified from the result of the element distribution, and the length of the diagonal line passing through the Nb—Si compound phase and the Nb—Si compound phase passing through the diagonal line are determined.
  • the number is measured using image analysis software.
  • the value obtained by dividing the diagonal line by the total number of times that the Nb-Si compound phase has passed is taken as the cutting length of the Nb-Si compound phase.
  • the cutting length is measured at five locations (21) to (25) shown in FIG. 2, and the average value is calculated as the average cutting length.
  • the sputtering target which is this embodiment may have a Nb phase which consists of Nb in the target surface.
  • the average cutting length of the Nb phase is preferably 50 ⁇ m or less.
  • the average cutting length of the Nb phase is more preferably 0.5 ⁇ m or more.
  • the average cutting length of the Nb phase can be measured in the same manner as in the case of the Nb—Si compound phase.
  • the sputtering target according to the present embodiment may have a Si phase made of Si in the target surface.
  • the average cut length of the Si phase is preferably 50 ⁇ m or less.
  • the average cut length of the Si phase is more preferably 0.5 ⁇ m or more.
  • the average cut length of the Si phase can be measured in the same manner as in the case of the Nb—Si compound phase.
  • the sputtering target according to the present embodiment may have an Nb—Si compound phase alone or may have two or more phases. In the case of having two phases, a combination of an Nb—Si compound phase and an Nb phase or a combination of an Nb—Si compound phase and an Si phase is preferable so that variation in composition is reduced.
  • the sputtering target of this embodiment can be manufactured by, for example, sintering a mixed powder obtained by mixing a single Nb powder and a Si powder and processing the obtained sintered body.
  • the Nb powder preferably has an average particle size in the range of 20 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the Si powder preferably has an average particle diameter in the range of 50 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • a mixing device having a grinding function For mixing the Nb powder and the Si powder, it is preferable to use a mixing device having a grinding function.
  • a mixing device having a pulverizing function for example, a ball mill can be used.
  • a grinding medium for the ball mill it is preferable to use ceramic balls such as ZrO 2 .
  • a mixing device having a pulverization function it is possible to make the particle sizes of both Nb powder and Si powder uniform while mixing so as to have a uniform composition. By aligning the particle sizes of the Nb powder and the Si powder, the density at the time of sintering the mixed powder becomes high, and it becomes possible to obtain a dense sintered body having a large average of relative density and a small standard deviation.
  • the mixing of the Nb powder and the Si powder is preferably performed in an inert gas atmosphere, a vacuum, or a reducing atmosphere so that the surfaces of the Nb powder and the Si powder are not oxidized.
  • the pulverization is preferably performed under the condition that D50 (particle diameter at which the cumulative frequency of particle size distribution is 50%) of the obtained mixed powder is 50 ⁇ m or less.
  • D50 particle diameter at which the cumulative frequency of particle size distribution is 50%
  • the D50 of the mixed powder is preferably 30 ⁇ m or less.
  • the amount of balls filled in the pot is preferably in the range of 0.8 to 1.5 kg in weight of the balls with respect to 1 L of the pod volume.
  • the pulverization time is preferably 3 hours or more.
  • the sintering of the mixed powder is preferably performed by heating in a state where the mixed powder is filled in a mold having a predetermined shape. Sintering of the mixed powder is preferably performed in a vacuum, an inert gas atmosphere, or a reducing atmosphere.
  • the heating temperature is preferably 1200 ° C. or higher. This is because if the heating temperature is below 1200 ° C., it may be difficult to produce a sintered body with insufficient sintering and a relative density exceeding 90%.
  • a pressure sintering method such as a hot press method and a HIP method (hot isostatic pressing method) can be used.
  • the applied pressure is preferably 150 kg / cm 2 or more. This is because when the pressure is less than 150 kg / cm 2 , the applied pressure is insufficient, and it may be difficult to generate a sintered body having a relative density exceeding 90%.
  • the sintered body obtained by sintering the mixed powder can be made into a sputtering target having a predetermined shape by cutting or grinding.
  • the sputtering target obtained as described above is used after being bonded by soldering to a backing plate made of copper, SUS (stainless steel), or other metal (for example, Mo, Ti).
  • An NbSiO film can be obtained by forming a film by reactive sputtering in the presence of oxygen using the sputtering target of this embodiment.
  • the sputtering target of the present embodiment and the substrate are fixed in the chamber of the sputtering apparatus.
  • an NbSiO film is formed on the substrate by applying power while introducing a mixed gas of argon and oxygen.
  • the average refractive index of the NbSiO film obtained using the sputtering target of this embodiment varies depending on the ratio of Nb and Si contained in the NbSiO film, but is generally in the range of 1.4 to 2.3.
  • the standard deviation of the refractive index of the NbSiO film is usually 0.05 or less, preferably 0.02 or less.
  • the average extinction coefficient of the NbSiO film is generally in the range of 1 ⁇ 10 ⁇ 4 or more and 2 ⁇ 10 ⁇ 3 or less.
  • the standard deviation of the extinction coefficient of the NbSiO film is generally 1 ⁇ 10 ⁇ 3 or less.
  • the refractive index and extinction coefficient are measured at five positions (32) to (35) at 10 mm in the vertical direction and 10 mm in the horizontal direction, and the average and standard deviation are calculated. calculate.
  • a refractive index and an extinction coefficient are calculated
  • the sputtering target shown in FIGS. 1 and 2 is a rectangular flat plate
  • the shape of the sputtering target is not particularly limited, and may be a circular flat plate or a cylindrical shape.
  • the sputtering target is measured at five or more positions for characteristics such as the average of relative density and its standard deviation, and the average of hole area ratio and its standard deviation. It is preferable.
  • Nb powder (purity: 3N, average particle size: 30 ⁇ m) and Si powder (purity: 3N, average particle size: 100 ⁇ m) are prepared as raw material powders, and the mixing ratio (molar ratio) shown in Table 1 below is obtained. Each was weighed as follows.
  • the weighed raw material powder was put into a ball mill pot (material: polyethylene). This pot was filled with balls (material: ZrO 2 , particle size: 5 mm) in the filling amount shown in Table 1 below, and the inside of the pot was replaced with Ar gas, and then the pot was covered. Then, the pot was set on a ball mill and pulverized and mixed at a rotation speed of 104 rpm and a mixing time shown in Table 1 below to obtain a mixed powder. The average particle diameter of the obtained mixed powder was measured by the following method. The results are shown in Table 1.
  • ⁇ Measuring method of average particle diameter of mixed powder An appropriate amount of mixed powder was added to an aqueous solution having a sodium hexametaphosphate concentration of 0.2% to prepare a dispersion.
  • the particle size distribution of the mixed powder in this dispersion was measured using a particle size distribution measuring device (Microtrac MT3000 manufactured by Nikkiso Co., Ltd.), and the average particle size was determined.
  • the mixed powder was hot-pressed for 2 hours under the conditions of sintering temperature and sintering pressure shown in Table 1 below to obtain a sintered body having a thickness of 150 mm ⁇ 200 mm ⁇ 7 mm.
  • the obtained sintered body was processed to produce a sputtering target having a thickness of 126 mm ⁇ 178 mm ⁇ 6 mm.
  • Example 10 Example of the present invention, except that 100 mass ppm of Fe powder, Cu powder and Ti powder were added to each of the weighed raw material powders (Nb powder and Si powder) and pulverized and mixed in a ball mill to obtain a mixed powder. In the same manner as in Example 2, a sputtering target was produced.
  • Example of the present invention except that 100 mass ppm of Fe powder, Cr powder and Ni powder were added to the weighed raw material powders (Nb powder and Si powder) and pulverized and mixed in a ball mill to obtain a mixed powder. In the same manner as in Example 2, a sputtering target was produced.
  • Nb powder (purity: 5N, average particle size: 30 ⁇ m) and Si powder (purity: 5N, average particle size: 100 ⁇ m) are prepared as raw material powders, and the mixing ratio (molar ratio) shown in Table 1 below is obtained.
  • a sputtering target was prepared.
  • composition (1) Mb ratio of Nb and Si From the blending ratio of Nb powder and Si powder used as the raw material powder, a molar ratio with the total molar amount of Nb and Si as 100 was calculated. (2) Total content of Fe, Cu, Total content of Fe, Cr, Ni, Total content of Ti, Zr Quantitative analysis of Fe, Ti, Cu, Cr, Ni, Zr was performed by ICP emission analysis. . In addition, as a sample, the raw material powder before mixing and the mixed powder used for preparation of the target were used.
  • test pieces of 30 mm ⁇ 30 mm ⁇ 6 mm were cut out.
  • the relative density of the cut specimens was determined by the method described above, and the average value and standard deviation were calculated.
  • a secondary electron image is taken in a range of 1 mm ⁇ 2 mm at five locations (21) to (25) shown in FIG. 2, and the cutting length of the Nb—Si compound phase and the Nb phase or Si phase is obtained by the above-described method. The average value was calculated.
  • the target was soldered to a copper backing plate.
  • the film formation rate was calculated by forming a film for 500 seconds under the above sputtering conditions, measuring the film thickness of the NbSiO film formed by a level difference measuring machine, and dividing this film thickness by the sputtering time (500 seconds).
  • a glass substrate of 100 mm ⁇ 100 mm was attached to the magnetron sputtering apparatus, and an NbSiO film having a thickness of 450 nm was formed on the glass substrate under the same conditions as the measurement of the film formation rate. Refractive index and extinction coefficient were measured at the five locations (31) to (35) shown in FIG. 3 by the method described above, and the average value and standard deviation were calculated.
  • a spectrophotometer U-4100 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation was used.
  • the sputtering targets of Comparative Examples 1 to 5 in which the average of the relative density and the standard deviation thereof were out of the scope of the present invention had a large number of abnormal discharges during film formation by the reactive sputtering method.
  • the NbSiO film formed using the sputtering target of Comparative Examples 1 and 2 in which the average cut length of the Nb—Si compound phase and the Nb phase is 60 nm or more shows a large value of in-plane refractive index standard deviation. It was.
  • the sputtering targets of Invention Examples 1 to 14 in which the average of the relative density and the standard deviation thereof are within the scope of the present invention have a small number of abnormal discharges during film formation by the reactive sputtering method.
  • the film formation rate also became faster.
  • the in-plane standard deviation of the refractive index was remarkably reduced.
  • the extinction coefficient of the NbSiO films formed using the sputtering targets of Examples 1 to 8 and 10 to 14 of the present invention in which the total content of Fe, Cr and Ni was 500 ppm by mass or less was remarkably reduced.
  • the sputtering targets of Examples 1 to 12 and 14 of the present invention in which the total content of Ti and Zr was 500 ppm by mass or less hardly caused cracks from indentations struck by a Vickers hardness tester, and had toughness (impact (Destruction resistance) improved.
  • the occurrence of abnormal discharge during film formation by reactive sputtering can be suppressed, and an NbSiO film (an oxide film containing Nb and Si) having a small refractive index variation can be stabilized. To form a film.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本発明のスパッタリングターゲットは、ＮｂとＳｉと不可避不純物とを含み、相対密度の平均が９０％以上であって、前記相対密度の標準偏差が２．５以下である。このスパッタリングターゲットは、空孔の面積率の平均が１０％以下であり、前記空孔の面積率の標準偏差が１．２以下であっても良い。

Description

スパッタリングターゲット
　本発明は、ＮｂとＳｉとを含む酸化物の膜を成膜するためのスパッタリングターゲットに関する。
　本願は、２０１５年１２月１８日に日本に出願された特願２０１５－２４７８３２号、および２０１６年１２月１４日に、日本に出願された特願２０１６－２４２４８３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　カメラのレンズなどの光学機器に利用される反射防止膜として、中間屈折率材料膜と高屈折率材料膜もしくは低屈折率材料膜とを組み合わせた積層膜が知られている。この反射防止膜で使用される中間屈折率材料膜としては、ＮｂとＳｉとを含む酸化物の膜（以下、ＮｂＳｉＯ膜ともいう）が知られている。ＮｂＳｉＯ膜は、一般にＮｂとＳｉとを含むスパッタリングターゲットを用いた反応性スパッタ法によって成膜されている。
　特許文献１には、反応性スパッタ法により所望の屈折率を有する光学薄膜を成膜するためのターゲットとして、Ｓｉを主成分元素とし、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉまたはＡｌのうち、少なくとも１種類の元素もしくはその化合物からなる成分を、主成分に対して所定の混合比で一様に混合固化したものが記載されている。この特許文献１には、ＳｉとＮｂとを原料としてＳｉが８０ａｔｍ％、Ｎｂが２０ａｔｍ％となるように作製したターゲットと、Ｓｉが７０ａｔｍ％、Ｎｂが３０ａｔｍ％となるように作製したターゲットとが記載されている。この特許文献１に記載されているターゲットでは、構成組織としてＳｉとＮｂとが観察されている。
特開２００４－６８１０９号公報
　ＮｂＳｉＯ膜は、ＮｂとＳｉの含有量の比率を変えることによって、屈折率を容易に調整することができることから、中間屈折率材料膜の材料として優れている。
　ところで、反射防止材に用いる中間屈折率材料膜は、屈折率の膜面内におけるばらつきが小さいことが必要とされる。
　しかしながら、特許文献１に記載されているように、ＳｉとＮｂとを構成組織として有するターゲットを用いた反応性スパッタ法では、屈折率のばらつきが小さいＮｂＳｉＯ膜を成膜するのは難しい。これは、ＳｉとＮｂとが合金化していないターゲットでは、Ｓｉ相とＮｂ相との間に空孔（ポア）が形成されやすく、その空孔による局所的な異常放電が起こりやすいためであると考えられる。
　本発明の目的は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、反応性スパッタ法による成膜時での異常放電の発生を抑制でき、屈折率のばらつきの小さいＮｂＳｉＯ膜を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を提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するために、本発明のスパッタリングターゲットは、ＮｂとＳｉと不可避不純物とを含み、相対密度の平均が９０％以上であって、前記相対密度の標準偏差が２．５以下であることを特徴としている。
　この構成のスパッタリングターゲットにおいては、相対密度の平均が９０％以上と高く、さらにその標準偏差が２．５％以下と低い、すなわちターゲット面内の空孔が少ないので、反応性スパッタ法による成膜時に、ターゲット内の空孔による局所的な異常放電が起こりにくくなり、成膜されたＮｂＳｉＯ膜は面内の屈折率のばらつきが小さくなる。ここで、相対密度の平均は、ターゲット面の複数個所から採取した試験片の相対密度の平均を意味する。相対密度の平均は、５個所以上から採取した試験片の相対密度の平均であることが好ましい。
　本発明のスパッタリングターゲットにおいては、空孔の面積率の平均が１０％以下であり、その標準偏差が１．２以下であることが好ましい。
　この場合、空孔の面積率の平均が低く、さらにその標準偏差が低い、すなわちターゲット面内に存在している空孔が微細であるので、空孔による局所的な異常放電がさらに起こりにくくなり、成膜されたＮｂＳｉＯ膜は面内の屈折率のばらつきが小さくなる。ここで、空孔の面積率の平均は、ターゲット面の複数個所にて測定した空孔の面積率の平均を意味する。空孔の面積率の平均は、ターゲット面の５個所以上にて測定した試験片の空孔の面積率の平均であることが好ましい。
　本発明のスパッタリングターゲットにおいては、前記不可避不純物のうちＣｕ、Ｔｉ、Ｆｅの合計含有量が３００質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。
　この場合、これらの元素を含む異物に起因した異常放電の発生を抑制することができ、成膜されたＮｂＳｉＯ膜では面内の屈折率のばらつきが小さくなる。また、前記不可避不純物のうちＮｂＳｉＯ膜の屈折率に影響を与える元素であるＣｕ、Ｔｉ、Ｆｅの合計含有量が制限されているので、成膜されたＮｂＳｉＯ膜では屈折率の狙い値からのずれが小さくなるため、屈折率のばらつきがより小さくなる。
　本発明のスパッタリングターゲットにおいては、前記不可避不純物のうちＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉの合計含有量が５００質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。
　この場合、これらの元素を含む異物に起因した異常放電の発生を抑制することができ、成膜されたＮｂＳｉＯ膜は面内の屈折率のばらつきが小さくなる。また、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉは、ＮｂＳｉＯ膜の消衰係数を増加させる元素であることから、これらの元素の合計含有量を制限することによって、成膜されたＮｂＳｉＯ膜は消衰係数が低くなり、光の吸収量が低減する。
　本発明のスパッタリングターゲットにおいては、前記不可避不純物のうちＴｉ、Ｚｒの合計含有量が５００質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。
　この場合、スパッタリングターゲットの靱性（衝撃破壊耐性）が向上する。
　本発明のスパッタリングターゲットは、ターゲット面内にＮｂとＳｉの化合物からなるＮｂ―Ｓｉ化合物相を有することが好ましい。
　この場合、ＮｂとＳｉの単相部分が少なく、両方の元素が存在している領域が多くなるため、ターゲット面内の組成のばらつきが小さくなる。従って、このスパッタリングターゲットを用いて反応性スパッタ法によって成膜されたＮｂＳｉＯ膜は、組成が均一で、面内の屈折率のばらつきが小さくなる。
　上記本スパッタリングターゲットにおいて、前記Ｎｂ―Ｓｉ化合物相の平均切断長さが５０μｍ以下であることが好ましい。
　この場合、Ｎｂ―Ｓｉ化合物相が微細な結晶であるため、ターゲット面が緻密になり、大きな空孔が形成されにくくなるので、空孔による局所的な異常放電が起こりにくくなる。
　本発明のスパッタリングターゲットは、ターゲット面内にＮｂからなるＮｂ相を有していてもよく、このＮｂ相の平均切断長さは５０μｍ以下であることが好ましい。
　この場合、スパッタリングターゲットは、Ｎｂを多く含み、Ｎｂ相が微細な結晶として分散しているため、相対的にＮｂ含有量が多い、即ち屈折率が大きいＮｂＳｉＯ膜を、均一な組成で成膜することができる。
　本発明のスパッタリングターゲットは、ターゲット面内にＳｉからなるＳｉ相を有していてもよく、このＳｉ相の平均切断長さは５０μｍ以下であることが好ましい。
　この場合、スパッタリングターゲットは、Ｓｉを多く含み、Ｓｉ相が微細な結晶として分散しているため、相対的に屈折率が小さいＮｂＳｉＯ膜を、均一な組成で成膜することができる。
　本発明のスパッタリングターゲットにおいては、前記Ｎｂと前記Ｓｉのモル比が、５：９５～８０：２０の範囲にあることが好ましい。すなわち、本発明のスパッタリングターゲットは、Ｎｂのモル数を［Ｎｂ］とし、Ｓｉのモル数を［Ｓｉ］とした場合に、下記の式を満足することが好ましい。
　　５≦［Ｎｂ］／（［Ｎｂ］＋［Ｓｉ］）×１００≦８０
　この場合、ターゲット面内のＮｂ―Ｓｉ化合物相の領域が増え、ターゲット面内の組成の均一性が高くなる。
　本発明のスパッタリングターゲットにおいては、前記Ｎｂと前記Ｓｉのモル比が、５０：５０～８０：２０の範囲にあってもよい。すなわち、本発明のスパッタリングターゲットは、Ｎｂのモル数を［Ｎｂ］とし、Ｓｉのモル数を［Ｓｉ］とした場合に、下記の式を満足していてもよい。
　　５０≦［Ｎｂ］／（［Ｎｂ］＋［Ｓｉ］）×１００≦８０
　この場合、ターゲット面内に形成されるＮｂ－Ｓｉ化合物相の領域が確実に増え、ターゲット面内の組成の均一性がより高くなり、また成膜されたＮｂＳｉＯ膜の屈折率が相対的に高くなる。
　本発明によれば、反応性スパッタ法による成膜時での異常放電の発生を抑制でき、屈折率のばらつきの小さいＮｂＳｉＯ膜を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を提供することが可能となる。
本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲット（矩形の平板）の相対密度の測定に用いる試験片の採取位置を説明する平面図である。 本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲット（矩形の平板）の空孔の面積率の測定範囲を説明する平面図である。 本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲットを用いて製膜したＮｂＳｉＯ膜の屈折率の測定位置を説明する平面図である。
　以下に、本発明の一実施形態であるスパッタリングターゲットについて詳細に説明する。
　本実施形態であるスパッタリングターゲットは、カメラのレンズなどの光学機器、ディスプレイ等に利用される反射防止膜の中間屈折率材料膜などに利用されるＮｂＳｉＯ膜を反応性スパッタ法によって成膜する際に用いることができる。
　本実施形態であるスパッタリングターゲットは、ＮｂとＳｉと不可避不純物とからなる。より詳細には、本実施形態であるスパッタリングターゲットは、ＮｂとＳｉと不可避不純物のみを含有する。
　本実施形態であるスパッタリングターゲットは、そのターゲットに含まれるＮｂとＳｉとのモル比を適宜設定することによって、反応性スパッタ法によって成膜されるＮｂＳｉＯ膜の屈折率を調整することができる。
　ＮｂとＳｉとのモル比は、５：９５～８０：２０の範囲にあることが好ましい。すなわち、Ｎｂのモル数を［Ｎｂ］とし、Ｓｉのモル数を［Ｓｉ］とした場合に、下記の式を満足することが好ましい。
　　５≦［Ｎｂ］／（［Ｎｂ］＋［Ｓｉ］）×１００≦８０
　この場合、ターゲットの密度が高くなり、高密度のターゲットから反応性スパッタ法によって成膜されたＮｂＳｉＯ膜では、ＮｂおよびＳｉが偏析しにくく、組成が均一になりやすい。このため、成膜されたＮｂＳｉＯ膜は屈折率のばらつきが小さくなる。
　また、Ｓｉは接着剤的な役割を果たしているため、Ｓｉの含有量が少なくなりすぎるとターゲットの強度が低下することがある。一方でＳｉが多いと電気伝導度が低く、帯電しやすい。つまり、Ｓｉが多くなりすぎると、ターゲット内に電荷が集中しやすくなり、反応性スパッタ法による成膜時に異常放電が起こりやすくなることがある。
　ＮｂとＳｉとのモル比は、５０：５０～８０：２０の範囲にあってもよい。この場合、反応性スパッタ法によって、相対的に屈折率が高いＮｂＳｉＯ膜を、均一な組成で成膜することができる。
　本実施形態のスパッタリングターゲットに含まれる不可避不純物のうちＣｕ、Ｔｉ、Ｆｅについては、その合計含有量が３００質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。これによって、これらの元素を含む異物がスパッタリングターゲットのターゲット面に存在することによる異常放電の発生を抑制することができ、成膜されたＮｂＳｉＯ膜では面内の屈折率のばらつきが小さくなる。また、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｆｅは、ＮｂＳｉＯ膜の屈折率に影響を与える元素であり、これらの元素の合計含有量を３００質量ｐｐｍ以下に制限することによって、成膜されたＮｂＳｉＯ膜では屈折率のばらつきが小さくなる。
　また、本実施形態のスパッタリングターゲットに含まれる不可避不純物のうちＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉについては、その合計含有量が５００質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。これによって、これらの元素を含む異物がスパッタリングターゲットのターゲット面に存在することによる異常放電の発生を抑制することができ、成膜されたＮｂＳｉＯ膜では面内の屈折率のばらつきが小さくなる。また、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉは、ＮｂＳｉＯ膜の消衰係数を増加させる元素であることから、これらの元素の合計含有量を制限することによって、成膜されたＮｂＳｉＯ膜は消衰係数が低くなり、光の吸収量が低減する。
　さらに、本実施形態のスパッタリングターゲットに含まれる不可避不純物のうちＴｉ、Ｚｒの合計含有量が５００質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。これによって、スパッタリングターゲットの靱性（衝撃破壊耐性）が向上する。
　Ｃｕ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉなどの元素は、スパッタリングターゲットの製造工程で混入しやすい不純物である。従って、本実施形態のスパッタリングターゲットの製造に際してはこれらの元素が混入しないように注意を払う必要がある。なお、本実施形態のスパッタリングターゲットにおいて、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｆｅの合計含有量およびＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉの合計含有量はそれぞれ２０質量ｐｐｍ以上あってもよい。Ｃｕ、Ｔｉ、Ｆｅの合計含有量およびＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉの合計含有量が２０質量ｐｐｍ未満のスパッタリングターゲットを製造する場合は、製造工程での不純物の混入を厳しく制限する、もしくは高純度の原料を使わなくてはならなくなり、製造コストが高くなるなど工業的に不利になるおそれがある。また、ターゲットに含有される不可避不純物（Ｎｂ、Ｓｉ以外の元素）の合計含有量を１０００質量ｐｐｍ以下に抑えることが好ましく、上述の製造コスト等の観点から２０質量ｐｐｍ以上とすることがより好ましい。
　本実施形態であるスパッタリングターゲットは、ターゲット面の複数個所から採取した試験片の相対密度の平均が９０％以上であって、その相対密度の標準偏差が２．５以下とされている。相対密度の平均が９０％未満となると、反応性スパッタ法による成膜時に異常放電が発生しやすくなることがあり、また成膜レートが遅くなることがある。また、相対密度の標準偏差が２．５を超えると、反応性スパッタ法によって成膜されたＮｂＳｉＯ膜の屈折率のばらつきが大きくなることがある。相対密度の平均は９５％以上であることが好ましい。なお、相対密度の平均を１３３％以下とすることが好ましく、相対密度の標準偏差を０以上とすることが好ましい。
　ここで、本実施形態においては、スパッタリングターゲットが矩形の平板（縦１２６ｍｍ×横１７８ｍｍ×厚６ｍｍ）である場合には、図１に示すように、縦方向の中心線と横方向の中心線が交差する位置（１１）を中心として縦方向に３０ｍｍの長さ、横方向に３０ｍｍの長さで切り出した試験片と、４箇所の角部（１２）～（１５）から縦方向に３０ｍｍの長さ、横方向に３０ｍｍの長さで切り出した試験片とを用意する。その５個の試験片（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚６ｍｍ）について、相対密度を求め、その平均と標準偏差を算出する。なお、相対密度は、試験片の密度（実測密度）とスパッタリングターゲットの理論密度とから、下記の式より算出する。
　　相対密度＝実測密度／理論密度×１００
　試験片の実測密度は、ノギスにて測定した試験片の寸法と電子天秤にて測定した試験片の重量とから算出する。
　スパッタリングターゲットの理論密度は、次のようにして算出する。ターゲットに含まれるＮｂとＳｉの合計モル数を１００モルとしたときのＮｂのモル比をｘ、Ｓｉのモル比を（１００－ｘ）、そしてＮｂの原子量をＭＮｂ、Ｓｉの原子量をＭＳｉとしてＮｂの質量ＷＮｂとＳｉの質量ＷＳｉとを下記の式より算出する。
　　ＷＮｂ＝ｘ×ＭＮｂ／１００
　　ＷＳｉ＝（１００－ｘ）×ＭＳｉ／１００
　また、Ｎｂの密度をρＮｂ、Ｓｉの密度をρＳｉとして、Ｎｂの体積ＶＮｂ及びＳｉの体積ＶＳｉを下記の式より算出する。
　　ＶＮｂ＝ｘ×ＭＮｂ／（１００×ρＮｂ）
　　ＶＳｉ＝（１００－ｘ）×ＭＳｉ／（１００×ρＳｉ）
　そして、ＷＮｂ、ＷＳｉ、ＶＮｂ、ＶＳｉからスパッタリングターゲットの理論密度ρＴを、以下の式より算出する。
　　ρＴ＝（ＷＮｂ＋ＷＳｉ）／（ＶＮｂ＋ＶＳｉ）
　本実施形態であるスパッタリングターゲットにおいては、ターゲット面の複数個所における空孔の面積率の平均が１０％以下であり、その空孔の面積率の標準偏差が１．２以下とされている。なお、空孔の面積率の平均を０％以上とすることが好ましく、空孔の面積率の標準偏差を０以上とすることが好ましい。
　ここで、本実施形態においては、スパッタリングターゲットが、矩形の平板（縦１２６ｍｍ×横１７８ｍｍ×厚６ｍｍ）である場合には、図２に示すように、縦方向の中心線と横方向の中心線とが交差する位置（２１）と４箇所の角部から縦方向に１０ｍｍ、横方向に１０ｍｍの位置（２２）～（２５）をそれぞれ中心として、縦方向に１ｍｍ、横方向に２ｍｍの範囲について存在する空孔の面積率を測定し、その平均と標準偏差を算出する。なお、空孔の面積率は、測定したターゲット面の範囲（２ｍｍ２）を１００％として、そのターゲット面の範囲に存在する空孔の面積の百分率である。空孔の面積率は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって撮影されたターゲット面の二次電子像について、画像解析ソフトを用いて求める。
　本実施形態であるスパッタリングターゲットは、ターゲット面内にＮｂとＳｉを含む化合物からなるＮｂ―Ｓｉ化合物相を有している。ＮｂとＳｉとがＮｂ―Ｓｉ化合物相を形成することによって、ＮｂとＳｉの単相部分が少なく、両方の元素が存在している領域が多くなるため、ターゲット面内の組成のばらつきが小さくなる。ターゲット面内の組成のばらつきが小さくなるので、反応性スパッタ法によって成膜されるＮｂＳｉＯ膜では組成が均一となり、面内の屈折率のばらつきが小さくなる。なお、ターゲット面内におけるＮｂ―Ｓｉ化合物相の面積率は１％以上であることが好ましく、１２％以上９７％以下であることがより好ましい。
　Ｎｂ―Ｓｉ化合物相は、平均切断長さが５０μｍ以下であることが好ましい。Ｎｂ―Ｓｉ化合物相の平均切断長さが５０μｍ以下と微細であると、ターゲット面が緻密になり、大きな空孔が形成されにくくなるので、反応性スパッタ法による成膜時に、空孔による局所的な異常放電が起こりにくくなる。一方、Ｎｂ―Ｓｉ化合物相の平均切断長さが５０μｍを超えると、異常放電回数が増え、反応性スパッタ法によって成膜されたＮｂＳｉＯ膜の面内の屈折率のばらつきが大きくなることがある。なお、Ｎｂ―Ｓｉ化合物相の平均切断長さは０．５μｍ以上であることがより好ましい。
　Ｎｂ―Ｓｉ化合物相の平均切断長さは、上記の空孔の面積率の測定と同様にして撮影したターゲット面の二次電子像と、元素分布の測定結果とから測定する。先ず、二次電子像に対角線を引く。次に、元素分布の結果から二次電子像に撮影されたＮｂ―Ｓｉ化合物相の位置を特定し、Ｎｂ―Ｓｉ化合物相を通った対角線の長さと、対角線が通ったＮｂ―Ｓｉ化合物相の数とを画像解析ソフトを用いて測定する。そして、対角線がＮｂ―Ｓｉ化合物相を通った長さの合計を通った回数で除した値を、Ｎｂ―Ｓｉ化合物相の切断長さとする。この切断長さを、図２に示す（２１）～（２５）の５箇所において測定し、その平均値を、平均切断長さとして算出する。
　本実施形態であるスパッタリングターゲットは、ターゲット面内にＮｂからなるＮｂ相を有していてもよい。この場合、Ｎｂ相の平均切断長さは５０μｍ以下であることが好ましい。Ｎｂ相の平均切断長さは０．５μｍ以上であることがより好ましい。
　Ｎｂ相の平均切断長さは、上記のＮｂ―Ｓｉ化合物相の場合と同様にして測定できる。
　本実施形態であるスパッタリングターゲットは、ターゲット面内にＳｉからなるＳｉ相を有していてもよい。この場合、Ｓｉ相の平均切断長さは５０μｍ以下であることが好ましい。Ｓｉ相の平均切断長さは０．５μｍ以上であることがより好ましい。
　Ｓｉ相の平均切断長さは、上記のＮｂ―Ｓｉ化合物相の場合と同様にして測定できる。
　本実施形態であるスパッタリングターゲットは、Ｎｂ―Ｓｉ化合物相を単独で有していてもよいし、二つ以上の相を有していてもよい。二つの相を有する場合は、組成のばらつきが小さくなるようにＮｂ―Ｓｉ化合物相とＮｂ相との組み合わせ、もしくはＮｂ―Ｓｉ化合物相とＳｉ相との組み合わせであることが好ましい。
　次に、本実施形態のスパッタリングターゲットの製造方法について説明する。
　本実施形態のスパッタリングターゲットは、例えば、単体のＮｂ粉末とＳｉ粉末とを混合した混合粉末を焼結させ、得られた焼結体を加工することによって製造することができる。Ｎｂ粉末は平均粒子径が２０μｍ以上１００μｍ以下の範囲にあることが好ましい。Ｓｉ粉末は平均粒子径が５０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲にあることが好ましい。
　Ｎｂ粉末とＳｉ粉末との混合は、粉砕機能を有する混合装置を用いることが好ましい。粉砕機能を有する混合装置としては、例えば、ボールミルを用いることができる。ボールミルの粉砕媒体としては、ＺｒＯ２などのセラミックス製ボールを用いることが好ましい。粉砕機能を有する混合装置を用いることによって、Ｎｂ粉末とＳｉ粉末とを均一な組成となるように混合しながら両者の粒度を揃えることが可能となる。Ｎｂ粉末とＳｉ粉末の粒度を揃えることによって、混合粉末を焼結する際の密度が高くなり、相対密度の平均が大きく、その標準偏差が小さい緻密な焼結体を得ることが可能となる。
　Ｎｂ粉末とＳｉ粉末との混合は、Ｎｂ粉末とＳｉ粉末の表面が酸化しないように、不活性ガス雰囲気中、真空中又は還元雰囲気中で行うことが好ましい。
　粉砕は、得られる混合粉末のＤ５０（粒度分布の累積頻度が５０％となる粒径）が５０μｍ以下となる条件で行うことが好ましい。粉末混合物のＤ５０が大きくなると、得られるターゲットのＮｂ―Ｓｉ化合物相、Ｎｂ相およびＳｉ相の平均切断長さが大きくなりすぎることがある。混合粉末のＤ５０は３０μｍ以下であることが好ましい。混合装置としてボールミルを用いる場合は、ポット（混合容器）へのボールの充填量は、ポッドの容積１Ｌに対して、ボールの重量が０．８～１．５ｋｇの範囲とすることが好ましい。また、粉砕時間（混合時間）は、３時間以上とすることが好ましい。
　混合粉末の焼結は、混合粉末を所定形状のモールド内に充填した状態で、加熱することによって行うことが好ましい。混合粉末の焼結は、真空中又は不活性ガス雰囲気中又は還元雰囲気中で行うことが好ましい。加熱温度は、１２００℃以上とすることが好ましい。加熱温度が１２００℃を下回ると、焼結が不十分で相対密度が９０％を超える焼結体を生成させるのが難しい場合があるためである。混合粉末を焼結させる方法としては、ホットプレス法及びＨＩＰ法（熱間等方加圧式焼結法）などの加圧焼結法を用いることができる。ホットプレス法を用いる場合は、印加圧力は１５０ｋｇ／ｃｍ２以上とすることが好ましい。１５０ｋｇ／ｃｍ２を下回ると、印加圧力が不十分で、相対密度が９０％を超える焼結体を生成させるのが難しい場合があるためである。
　混合粉末の焼結によって得られた焼結体は、切削加工又は研削加工を施すことにより、所定形状のスパッタリングターゲットとすることができる。
　以上のようにして得られたスパッタリングターゲットは、銅又はＳＵＳ（ステンレス）又はその他の金属（例えばＭｏ、Ｔｉ）からなるバッキングプレートにはんだ付けによってボンディングされて使用される。
　次に、本実施形態のスパッタリングターゲットを用いたＮｂＳｉＯ膜の成膜方法について説明する。
　本実施形態のスパッタリングターゲットを用いて、酸素存在下にて反応性スパッタ法により成膜することによって、ＮｂＳｉＯ膜を得ることができる。
　先ず、スパッタ装置のチャンバ内に、本実施形態のスパッタリングターゲットと基板とを固定する。次いで、チャンバ内を減圧した後、アルゴンと酸素の混合ガスを導入しながら、電力を投入することによって基板上にＮｂＳｉＯ膜を成膜する。
　本実施形態のスパッタリングターゲットを用いて得られるＮｂＳｉＯ膜の屈折率の平均は、ＮｂＳｉＯ膜に含まれるＮｂとＳｉとの比率によって異なるが、一般に１．４以上２．３以下の範囲である。ＮｂＳｉＯ膜の屈折率の標準偏差は、通常は０．０５以下、好ましくは０．０２以下である。また、ＮｂＳｉＯ膜の消衰係数の平均は、一般に１×１０-４以上２×１０-３以下の範囲である。ＮｂＳｉＯ膜の消衰係数の標準偏差は、一般に１×１０-３以下である。
　ここで、本実施形態においては、ＮｂＳｉＯ膜を、矩形のガラス基板（縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ）の上に成膜した場合には、図３に示すように、縦方向及び横方向の中心位置（３１）と４箇所の角部のそれぞれから縦方向に１０ｍｍ、横方向に１０ｍｍの位置（３２）～（３５）の５箇所において、屈折率及び消衰係数を測定し、その平均と標準偏差を算出する。なお、屈折率及び消衰係数は、包絡線法を用いて求める。すなわち、分光光度計を用いて、ＮｂＳｉＯ膜の反射率と透過率とを測定し、その反射率と透過率とから算出した。反射率と透過率の測定波長は５５０ｎｍとする。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　例えば、図１、２に示すスパッタリングターゲットは矩形状の平板であるが、スパッタリングターゲットの形状に特に限定はなく、円形状の平板であってもよいし、円筒形状であってもよい。但し、円形状の平板あるいは円筒形状の場合でも、スパッタリングターゲットは、相対密度の平均とその標準偏差、空孔の面積率の平均とその標準偏差などの特性は、５箇所以上の位置で測定することが好ましい。
［スパッタリングターゲットの作製］
（本発明例１～８、比較例１～４）
　原料粉末として、Ｎｂ粉末（純度：３Ｎ、平均粒子径：３０μｍ）とＳｉ粉末（純度：３Ｎ、平均粒子径：１００μｍ）とを用意し、下記の表１に示す配合比（モル比）となるようにそれぞれ秤量した。
　秤量した原料粉末を、ボールミルのポット（材質：ポリエチレン）に投入した。このポットに、ボール（材質：ＺｒＯ２、粒子径：５ｍｍ）を下記の表１に示す充填量にて充填し、ポット内をＡｒガスで置換した後、ポットに蓋をした。そして、ポットをボールミルにセットして、１０４ｒｐｍの回転速度、下記の表１に示す混合時間にて粉砕混合して、混合粉末を得た。
　得られた混合粉末の平均粒子径を下記の方法により測定した。その結果を表１に示す。
＜混合粉末の平均粒子径の測定方法＞
　ヘキサメタリン酸ナトリウム濃度０．２％の水溶液に、混合粉末を適量加えて分散液を調製した。この分散液中の混合粉末の粒度分布を、粒度分布測定装置（日機装株式会社製Ｍｉｃｒｏｔｒａｃ　ＭＴ３０００）を用いて測定し、その平均粒子径を求めた。
　混合粉末を、下記の表１に示す焼結温度と焼結圧力の条件にて２時間ホットプレスして、１５０ｍｍ×２００ｍｍ×７ｍｍ厚の焼結体を得た。得られた焼結体を加工し、１２６ｍｍ×１７８ｍｍ×６ｍｍ厚のスパッタリングターゲットを作製した。
（本発明例９）
　秤量した原料粉末を、振動ミルを用いて３．０時間粉砕混合して混合粉末を得たこと以外は、本発明例２と同様にして、スパッタリングターゲットを作製した。
（本発明例１０）
　秤量した原料粉末（Ｎｂ粉末とＳｉ粉末）に対して、Ｆｅ粉末、Ｃｕ粉末およびＴｉ粉末をそれぞれ１００質量ｐｐｍ加えて、ボールミルにて粉砕混合して混合粉末を得たこと以外は、本発明例２と同様にして、スパッタリングターゲットを作製した。
（本発明例１１）
　秤量した原料粉末（Ｎｂ粉末とＳｉ粉末）に対して、Ｆｅ粉末、Ｃｒ粉末およびＮｉ粉末をそれぞれ１００質量ｐｐｍ加えて、ボールミルにて粉砕混合して混合粉末を得たこと以外は、本発明例２と同様にして、スパッタリングターゲットを作製した。
（本発明例１２）
　秤量した原料粉末（Ｎｂ粉末とＳｉ粉末）に対して、Ｔｉ粉末、およびＺｒ粉末をそれぞれ２００質量ｐｐｍ加えて、ボールミルにて粉砕混合して混合粉末を得たこと以外は、本発明例２と同様にして、スパッタリングターゲットを作製した。
（本発明例１３）
　秤量した原料粉末（Ｎｂ粉末とＳｉ粉末）に対して、Ｔｉ粉末およびＺｒ粉末をそれぞれ２５０質量ｐｐｍ加えて、ボールミルにて粉砕混合して混合粉末を得たこと以外は、本発明例２と同様にして、スパッタリングターゲットを作製した。
（本発明例１４）
　原料粉末として、Ｎｂ粉末（純度：５Ｎ、平均粒子径：３０μｍ）とＳｉ粉末（純度：５Ｎ、平均粒子径：１００μｍ）とを用意し、下記の表１に示す配合比（モル比）となるようにそれぞれ秤量し、それ以外は、本発明例２と同様にして、スパッタリングターゲットを作製した。
（比較例５）
　原料粉末として、ＮｂＳｉ２粉末（純度：３Ｎ、平均粒子径：１０μｍ）とＳｉ粉末（純度：３Ｎ、平均粒子径：１００μｍ）とをモル比で５０：５０となるようにそれぞれ秤量したこと以外は、本発明例１と同様にして、スパッタリングターゲットを作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
［スパッタリングターゲットの評価］
　上記本発明例１～１１及び比較例１～５で得られたスパッタリングターゲットについて、組成（ＮｂとＳｉのモル比、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕの合計含有量、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉの合計含有量、Ｔｉ、Ｚｒの合計含有量）、相対密度の平均とその標準偏差、空孔率の平均とその標準偏差、組織の組成とＮｂ―Ｓｉ化合物相とＮｂ相又はＳｉ相の平均切断長さ、ビッカース測定後の圧痕からの亀裂、反応性スパッタ法による成膜時の成膜レートと異常放電回数、そしてスパッタ法によって得られたＮｂＳｉＯ膜の屈折率及び消衰係数の平均値とその標準偏差を、下記の方法により測定した。その結果を表２と表３に示す。
（組成）
（１）ＮｂとＳｉのモル比
　原料粉末として用いたＮｂ粉末とＳｉ粉末の配合比から、ＮｂとＳｉの合計モル量を１００としたモル比を算出した。
（２）Ｆｅ、Ｃｕの合計含有量、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉの合計含有量、Ｔｉ、Ｚｒの合計含有量
　ＩＣＰ発光分析によって、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｚｒの定量分析を行った。なお、試料としては、秤量し混合前の原料粉とターゲットの作製に使用した混合粉末を用いた。
（相対密度の平均値とその標準偏差）
　図１に示す（１１）～（１５）の５箇所において、３０ｍｍ×３０ｍｍ×６ｍｍの試験片をそれぞれ切り出した。切り出した試験片の相対密度を上述の方法により求め、その平均値と標準偏差を算出した。
（空孔の面積率の平均値とその標準偏差）
　図２に示す（２１）～（２５）の５箇所について１ｍｍ×２ｍｍの範囲で二次電子像を撮影し、空孔の面積率を上述の方法により求め、その平均値と標準偏差とを算出した。
（Ｎｂ―Ｓｉ化合物相とＮｂ相又はＳｉ相の平均切断長さ）
　図２に示す（２１）～（２５）の５箇所について１ｍｍ×２ｍｍの範囲で二次電子像を撮影し、Ｎｂ―Ｓｉ化合物相とＮｂ相又はＳｉ相の切断長さを上述の方法により求め、その平均値を算出した。
（ビッカース測定後の圧痕からの亀裂）
　図２に示す（２１）～（２５）の５箇所についてビッカース硬度計（ＭＶＫ－Ｇ１３）を用いて、ＳＰＥＥＤダイヤル：３（１０μｍ／ｓｅｃ）、荷重：１００ｇの条件で、ダイヤモンドの正四角錐圧子を打ちこんだ。５箇所の正四角錐圧子の圧痕のうち、亀裂が生じた圧痕の数を計測した。ビッカース測定後の圧痕からの亀裂が少ない方が、靭性（衝撃破壊耐性）が高い。
（成膜レート）
　ターゲットを、銅製のバッキングプレートにはんだ付けした。はんだ付けした評価用ターゲットを、マグネトロンスパッタ装置のチャンバに取り付け、１×１０－４Ｐａまで排気した後、ガス圧：０．３Ｐａ、投入電力：パルスＤＣ３００Ｗ（周波数：５０ｋＨｚ）、ターゲット－基板間距離：７０ｍｍ、Ａｒ／Ｏ２比：１．５の条件で、基板上にＮｂＳｉＯ膜を成膜した。成膜レートは、上記のスパッタ条件で５００ｓｅｃ成膜し、段差測定機で成膜されたＮｂＳｉＯ膜の膜厚を測定し、この膜厚をスパッタ時間（５００ｓｅｃ）で割ることで算出した。
（異常放電回数）
　上記成膜レートの測定と同じ条件で１時間連続放電を行い、放電中の異常放電回数を計測した。
（屈折率及び消衰係数の平均値とその標準偏差）
　マグネトロンスパッタ装置に１００ｍｍ×１００ｍｍのガラス基板を取り付け、そのガラス基板の上に、上記成膜レートの測定と同じ条件にて厚さ４５０ｎｍのＮｂＳｉＯ膜を成膜した。
　図３に示す（３１）～（３５）の５箇所について、屈折率及び消衰係数を上述の方法により測定し、その平均値と標準偏差とを算出した。なお、分光光度計（株式会社日立ハイテクノロジーズ製Ｕ－４１００）を用いた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表２の結果から、相対密度の平均とその標準偏差が、本発明の範囲から外れた比較例１～５のスパッタリングターゲットは、反応性スパッタ法による成膜時の異常放電回数が多かった。特に、Ｎｂ―Ｓｉ化合物相及びＮｂ相の平均切断長さが６０ｎｍ以上の比較例１、２のスパッタリングターゲットを用いて成膜したＮｂＳｉＯ膜は、面内の屈折率の標準偏差が大きな値を示した。
　これに対して、相対密度の平均とその標準偏差が、本発明の範囲内とされた本発明例１～１４のスパッタリングターゲットは、反応性スパッタ法による成膜時の異常放電回数が少なく、また成膜レートも速くなった。また、本発明例１～５のスパッタリングターゲットを用いて成膜したＮｂＳｉＯ膜は、面内の屈折率の標準偏差が顕著に低減した。さらに、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉの合計含有量が５００質量ｐｐｍ以下とされた本発明例１～８、１０～１４のスパッタリングターゲットを用いて成膜したＮｂＳｉＯ膜は、消衰係数が顕著に低減した。またさらに、Ｔｉ、Ｚｒの合計含有量が５００質量ｐｐｍ以下とされた本発明例１～１２、１４のスパッタリングターゲットは、ビッカース硬度計によって打ちこまれた圧痕からの亀裂が生じにくく、靭性（衝撃破壊耐性）が向上した。
　本発明のスパッタリングターゲットによれば、反応性スパッタ法による成膜時での異常放電の発生を抑制でき、屈折率のばらつきの小さいＮｂＳｉＯ膜（ＮｂとＳｉとを含む酸化物の膜）を安定して成膜することができる。

Claims (11)

  1. 　ＮｂとＳｉと不可避不純物とを含み、相対密度の平均が９０％以上であって、前記相対密度の標準偏差が２．５以下であることを特徴とするスパッタリングターゲット。
  2. 　空孔の面積率の平均が１０％以下であり、前記空孔の面積率の標準偏差が１．２以下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。
  3. 　前記不可避不純物のうちＣｕ、Ｔｉ、Ｆｅの合計含有量が３００質量ｐｐｍ以下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。
  4. 　前記不可避不純物のうちＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉの合計含有量が５００質量ｐｐｍ以下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。
  5. 　前記不可避不純物のうちＴｉ、Ｚｒの合計含有量が５００質量ｐｐｍ以下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。
  6. 　ターゲット面内にＮｂとＳｉの化合物からなるＮｂ―Ｓｉ化合物相を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット。
  7. 　前記Ｎｂ―Ｓｉ化合物相の平均切断長さが５０μｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載のスパッタリングターゲット。
  8. 　さらに、ターゲット面内にＮｂからなるＮｂ相を有し、前記Ｎｂ相の平均切断長さが５０μｍ以下であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のスパッタリングターゲット。
  9. 　さらに、ターゲット面内にＳｉからなるＳｉ相を有し、前記Ｓｉ相の平均切断長さが５０μｍ以下であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のスパッタリングターゲット。
  10. 　前記Ｎｂと前記Ｓｉのモル比が、５：９５～８０：２０の範囲にあることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット。
  11. 　前記Ｎｂと前記Ｓｉのモル比が、５０：５０～８０：２０の範囲にあることを特徴とする請求項１０に記載のスパッタリングターゲット。
PCT/JP2016/087545 2015-12-18 2016-12-16 スパッタリングターゲット WO2017104802A1 (ja)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015247832 2015-12-18
JP2015-247832 2015-12-18
JP2016-242483 2016-12-14
JP2016242483A JP6149999B1 (ja) 2015-12-18 2016-12-14 スパッタリングターゲット

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017104802A1 true WO2017104802A1 (ja) 2017-06-22

Family

ID=59056697

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2016/087545 WO2017104802A1 (ja) 2015-12-18 2016-12-16 スパッタリングターゲット

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2017104802A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10193659A (ja) * 1997-01-10 1998-07-28 Tdk Corp 高熱効率サーマルヘッド
JP2004068109A (ja) * 2002-08-08 2004-03-04 Nippon Sheet Glass Co Ltd 反応性スパッタリング用ターゲットおよびそれを用いて成膜した光学薄膜
JP2005220428A (ja) * 2004-02-09 2005-08-18 Toshiba Corp スパッタリングターゲットおよびそれを用いた酸化膜の製造方法
JP2007095177A (ja) * 2005-09-29 2007-04-12 Nec Corp 光学的情報記録媒体及びその製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10193659A (ja) * 1997-01-10 1998-07-28 Tdk Corp 高熱効率サーマルヘッド
JP2004068109A (ja) * 2002-08-08 2004-03-04 Nippon Sheet Glass Co Ltd 反応性スパッタリング用ターゲットおよびそれを用いて成膜した光学薄膜
JP2005220428A (ja) * 2004-02-09 2005-08-18 Toshiba Corp スパッタリングターゲットおよびそれを用いた酸化膜の製造方法
JP2007095177A (ja) * 2005-09-29 2007-04-12 Nec Corp 光学的情報記録媒体及びその製造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6511056B2 (ja) Ｗ−Ｎｉスパッタリングターゲット
WO2014132746A1 (ja) ＦｅＰｔ－Ｃ系スパッタリングターゲット及びその製造方法
WO2017043117A1 (ja) オキシフッ化イットリウム、安定化オキシフッ化イットリウム製造用原料粉末及び安定化オキシフッ化イットリウムの製造方法
TW201817903A (zh) 硫族化合物濺鍍靶及其製造方法
WO2018207770A1 (ja) ＣｕＮｉ合金スパッタリングターゲットおよびＣｕＮｉ合金粉末
JP7081394B2 (ja) スパッタリングターゲット及びスパッタリングターゲットの製造方法
JP6149999B1 (ja) スパッタリングターゲット
WO2019187329A1 (ja) タングステンシリサイドターゲット部材及びその製造方法、並びにタングステンシリサイド膜の製造方法
JP6005767B2 (ja) 磁性記録媒体用スパッタリングターゲット
WO2017179278A1 (ja) 酸化物焼結体およびスパッタリングターゲット、並びにそれらの製造方法
JP2006225696A (ja) スパッタリングターゲット、高屈折率膜とその製造方法、およびそれを用いた反射防止膜とディスプレイ装置
WO2017104802A1 (ja) スパッタリングターゲット
WO2016056441A1 (ja) Ｗ－Ｔｉスパッタリングターゲット
WO2020053973A1 (ja) 強磁性材スパッタリングターゲット
TWI683018B (zh) Izo靶材及其製造方法
JP6728094B2 (ja) 強磁性材スパッタリングターゲット
JP2016223012A (ja) スパッタリングターゲット
WO2019054489A1 (ja) スパッタリングターゲット
JP2021127494A (ja) Ｃｒ−Ａｌ合金スパッタリングターゲット
JP6553755B2 (ja) 磁気記録媒体用スパッタリングターゲット及び磁性薄膜
WO2019187269A1 (ja) 酸化物焼結体、スパッタリングターゲットおよび透明導電膜
JP7020123B2 (ja) スパッタリングターゲット
TWI680198B (zh) 強磁性材料濺射靶及其製造方法與磁記錄膜的製造方法
WO2021171748A1 (ja) スパッタリングターゲット
WO2021241522A1 (ja) 金属－Ｓｉ系粉末、その製造方法、並びに金属－Ｓｉ系焼結体、スパッタリングターゲット及び金属－Ｓｉ系薄膜の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16875776

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16875776

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1