JPH0941132A

JPH0941132A - スパッタリング用ターゲット装置とスパッタリング方法

Info

Publication number: JPH0941132A
Application number: JP7198602A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ikeda; 浩池田; Takeshi Kawamata; 健川俣; Norikazu Urata; 憲和浦田; Nobuaki Mitamura; 宣明三田村; Nobuyoshi Toyohara; 延好豊原; Kazunari Tokuda; 一成徳田; Yoshiki Nitta; 佳樹新田; Toshiaki Oimizu; 利明生水
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-08-03
Filing date: 1995-08-03
Publication date: 1997-02-10
Anticipated expiration: 2015-08-03
Also published as: JP3790903B2

Abstract

(57)【要約】【課題】誘電体などの光学薄膜を速い成膜速度でスパ
ッタリング法により形成するためのスパッタリング用タ
ーゲット装置を提供する。【解決手段】スパッタリング用ターゲット装置におい
て、スパッタリング材料１と該スパッタリング材料１を
載置するバッキングプレート２との間に断熱手段３を設
けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタリングに
用いるターゲット装置とそのターゲット装置を用いたス
パッタリング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、レンズ、プリズムなどへの反射防
止膜や、ハーフミラー、エッジフィルターなどへの光学
薄膜を形成する場合、手法の容易さや成膜速度の速さな
どの点から真空蒸着法が多く用いられてきた。一方、近
年になり、真空蒸着法に比較して、自動化、省力化、大
面積基板への適用性などの点で有利なスパッタリング法
によるコーティングの要求が高まってきた。しかし、ス
パッタリング法は真空蒸着法と比較して成膜速度が遅い
という点で工業的な普及がやや遅れがちであった。特に
低屈折率膜の代表であるＭｇＦ₂をスパッタリング法に
より成膜すると光吸収が出やすいこともあって、スパッ
タリング法による光学薄膜の形成が普及しにくかった。

【０００３】スパッタリング法の作業速度を向上させる
試みとして、ターゲット本体の交換を可能な限り迅速に
実施することができるターゲット陰極装置が、特開平６
−２５６９４１号公報に開示されている。この技術につ
いて図４を用いて説明する。

【０００４】図４には、互いに平行に配置された２つの
ターゲット本体１０１を有しているいわゆるＨＬＫター
ゲットが、横断面図で示されている。プレート状に構成
されたターゲット本体１０１は、爪状条片１０２′，１
０２″によって残りのターゲット保持装置に固定されて
いる。それぞれ外側の爪状条片１０２′は、上から挿入
されたねじによって、残りのターゲット保持装置と解離
可能に結合されていおり、したがって固定ねじを緩める
ことによって、爪状条片１０２′を外すことができる。
爪状条片１０２′，１０２″によるターゲット本体１０
１の固定は次のように、すなわち、爪状条片の階段状の
サイド区分がそれぞれ、ターゲット本体１０１の側部に
おける同様に階段状に構成された突出部に接触し、該突
出部に対して、ねじの圧着力によって下方に向けられた
圧着力が生ぜしめられるように、行われる。

【０００５】ターゲット本体１０１はその下面で全面的
に分割ダイヤフラム１０３に接触しており、この場合タ
ーゲット本体１０１と分割ダイヤフラム１０３とが相対
的にまったく動かないように接触していることはない。
すなわち分割ダイヤフラム１０３は、熱膨張に基づいて
ある程度の範囲内でターゲット本体１０１に対して運動
することができる。

【０００６】分割ダイヤフラム１０３は、装置のターゲ
ット本体１の下において一体的に全面にわたって延在し
ている。そして分割ダイヤフラム１０３には複数の孔が
設けられており、これらの孔を貫いてそれぞれ中央及び
縁部範囲において、爪状条片のための固定ねじを挿入す
ることができる。分割ダイヤフラム１０３の厚さは有利
には次のように、すなわち、分割ダイヤフラムの固定弾
性度がターゲット本体１０１のいかなる熱膨張をも可能
にし、そして常に直接ターゲット本体１０１の下面に接
触しているように、寸法設定されている。分割ダイヤフ
ラム１０３は、全ターゲット装置の左側及び右側におい
てそれぞれ、固定条片１０４′によって残りの装置に対
して固定される。

【０００７】ターゲット本体１０１を固定するための爪
状条片１０２′と固定条片１０４′とは空間的に互いに
隔てられている。固定条片１０４′は下から長いねじ１
１０を用いてその下面を引き付けられ、これによって分
割ダイヤフラム１０３は固定条片１０４′と、パン１０
５として構成された下面との間においてプレスされる。
中央範囲には同様に複数の固定条片１０４″が設けられ
ており、これらの固定条片１０４″は爪状条片１０２″
と一緒に、上から挿入可能なねじ１０９によって固定可
能である。

【０００８】上に述べた固定処置によって、分割ダイヤ
フラムは上からパン１０５に押し付けられ、このパン１
０５はその縁部範囲にシール部材１０６を有しており、
このシール部材１０６は、パン１０５によって形成され
た冷却通路１０７内における冷却液の流出を阻止する。
この場合冷却通路１０７は、分割ダイヤフラムの下面の
可能な限り大きな部分が冷却液と接触するように、構成
されている。図４において斜線で示されたパン１０５の
下には、磁石装置１０８が設けられており、この磁石装
置１０８は有利にはパンの下において次のように、すな
わち磁極がパンによって覆われるように、設けられてい
る。磁石と冷却液との直接的な接触は、この装置によっ
て完全に回避されている。

【０００９】したがってターゲット本体の交換のために
必要なことは、爪状条片１０２′の縁部範囲において上
から挿入されたねじ、つまり爪状条片１０２′だけを開
放するねじを緩めることだけである。中央の爪状条片１
０２″のためのねじを緩めるもしくは外すことによって
ターゲット本体１０１を装置から取り外すことができ、
しかもこの際に、少なくとも外側の固定条片１０４′に
よってパン１０５と堅く結合されている分割ダイヤフラ
ム１０３が解離することはない。そして新たなターゲッ
ト本体１０１の挿入は逆の順序で行われる。

【００１０】ターゲット本体のための固定装置と分割ダ
イヤフラムのための固定装置とが分けられていることに
よって、迅速かつきれいなターゲット交換が可能であ
り、このようなターゲット交換は、特に生産向上におけ
る運転において有利である。冷却回路系において場合に
よっては生じることのある非シール性の問題は、この配
置形式において回避されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記従来技
術においては、ターゲットの交換による生産性の向上の
効果はあるものの、成膜速度そのものについては、とく
に、誘電体のターゲットを用いた場合、通常の真空蒸着
法に比べて成膜速度が遅いという問題点があり、このた
めスパッタリング法の実用化の障害となっていた。

【００１２】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであり、請求項１または２に係る発明の目的
は、誘電体などの光学薄膜を速い成膜速度でスパッタリ
ング法により形成するためのスパッタリング用ターゲッ
ト装置を提供することである。請求項３に係る発明の目
的は、上記スパッタリング用ターゲット装置を用いたス
パッタリング方法を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１または２に係る発明は、スパッタリング用
ターゲット装置において、スパッタリング材料と該スパ
ッタリング材料を載置するバッキングプレートとの間に
断熱手段を設けたことを特徴とする。請求項３に係る発
明は、スパッタリング方法において、スパッタリング材
料と該スパッタリング材料を載置するバッキングプレー
トとの間に断熱手段を設け、前記スパッタリング材料を
高温に保持しつつスパッタリングを行うことを特徴とす
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】通常、マグネトロンスパッタリン
グに用いるターゲット装置では、スパッタリング材料と
バッキンッグプレートとをインジウムなどの低融点金属
を用いてボンディングし、ターゲット装置を構成する。
また、従来技術で示したようなスパッタリング材料の交
換を簡便化する目的や、ターゲット装置のコストを低く
押さえる目的で、バッキングプレートにスパッタリング
材料をネジ止めする場合もある。これらの場合では、い
ずれもバッキングプレートとスパッタリング材料との間
の熱伝導を良くし、直接水冷されたバッキングプレート
にスパッタリング中に発生する熱を積極的に逃がすこと
によって、スパッタリング材料の温度を低くするような
構造をとっている。

【００１５】しかしながら、スパッタリング材料の温度
は高い方が成膜速度は速くなる。すなわち、スパッタリ
ング材料の熱をバッキンッグプレートから逃がすこと
は、発生したエネルギーを逃がしてしまう結果となり、
成膜速度を下げることとなる。本発明では、スパッタリ
ング材料とバッキングプレートとの間に断熱手段を設け
ることにより、スパッタリング材料の温度を高く保った
ままスパッタリングを行うことを可能にした。すなわ
ち、スパッタリング材料の温度を高温に保つことによ
り、成膜速度の速い領域でのスパッタリングを可能にし
た。

【００１６】また、断熱手段を空間とすることによっ
て、スパッタリング材料とバッキングプレートとの熱伝
導を遮断し、非常に簡単な構成でこのターゲット装置を
構成することとした。

【００１７】さらに、スパッタリング材料として、Ｍｇ
Ｆ₂を使用することにより、約１．３８という非常に低
い屈折率の光学薄膜をスパッタリング法により成膜する
ことを可能にした。

【００１８】

【発明の第１の実施の形態】図１〜図２は発明の第１の
実施の形態を示し、図１はターゲット装置の縦断面図、
図２はスパッタリング法に用いる成膜装置の概略構成図
である。

【００１９】図１において、スパッタリング材料１は、
直径１００ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板状のＡｌからなって
いる。バッキングプレート２は無酸素銅からなり、スパ
ッタリング材料１との間にプレート３を介装し、スパッ
タリング用ターゲット装置１３を構成した。プレート３
は、断熱効果を有するＺｒＯ₂からなり、断熱性を向上
させるため、多孔質のものを用いた。プレート３とバッ
キングプレート２との間の熱伝導を良好にするため、低
融点金属であるインジュウムを用いてボンディングを施
している。スパッタリング材料１とプレート３とはボン
ディングせず、プレート３の上にスパッタリング材料１
を載置する構造とした。

【００２０】図２において、スパッタリング用ターゲッ
ト装置１３は、真空槽１１の下部に配設され、スパッタ
リング用電源１６と接続されている。スパッタリング用
ターゲット装置１３の上方には、開閉自在なシャッター
１８が配設されている。真空槽１１の上部には、基板１
２が自転自在に配設されている。真空槽１１の側面に
は、ガス導入口１７があり、ガラスやポリカーボネイト
樹脂などからなる基板１２を加熱することなく、１×１
０^-4Ｐａ程度まで、真空槽１１内を排気する。その後、
ガス導入口１７から所定の圧力まで所定のガスを導入す
る。電源１６から電力をスパッタリング用ターゲット装
置１３に供給し、プラズマを発生させる。このプラズマ
により、スパッタリング材料１は、６５０℃以上に加熱
されるとともに、スパッタリングされる。ここで、基板
１２を自転させ、シャッター１８を開けると、基板１２
上に膜が形成される。

【００２１】上述の成膜装置により、スパッタリング用
ターゲット装置１３を用いて、直流マグネトロンスパッ
タリングを行ったところ、導入ガス圧（Ａｒガス）１Ｐ
ａ、ターゲット基板間距離１００ｍｍ、１ｋＷの出力と
いう条件で、成膜速度３００ｎｍ／ｓｅｃを得た。通常
のスパッタリング用ターゲット装置（Ａｌからなるスパ
ッタリング材料とバッキングプレートとをボンディング
したターゲット装置）を用いて、上述の成膜装置および
成膜条件（導入ガス圧、基板距離、投入電力など）で成
膜した場合に比較して約１００倍の成膜速度が得られ
た。また、反射率も、５０ｎｍの膜厚で可視域（波長４
００〜７００ｎｍの領域）での反射率が９０％以上と、
通常のターゲット装置を用いた場合と同等の反射率が得
られた。

【００２２】本発明の実施の形態によれば、従来より非
常に速い成膜速度で、反射率の良好なミラーを得ること
ができる。

【００２３】本発明の実施の形態のプレートの材料を、
ＺｒＯ₂に替えて、ＨｆＯ₂を用いても同様の作用効果
を得ることができる。

【００２４】

【発明の第２の実施の形態】発明の第２の実施の形態で
は、発明の第１の実施の形態のスパッタリング材料１の
Ａｌに替えて、ＳｉＯ₂を用いてスパッタリング用ター
ゲット装置を構成した。その他の構成は発明の第１の実
施の形態と同様なので、図と説明を省略する。

【００２５】本発明の実施の形態のスパッタリング用タ
ーゲット装置を用いて、高周波マグネトロンスパッタリ
ングを行ったところ、導入ガス圧（Ａｒガス）１Ｐａ、
ターゲット基板間距離１００ｍｍ、投入電力１ｋＷの出
力という条件で、成膜速度４０ｎｍ／ｓｅｃを得た。通
常のスパッタリング用ターゲット装置（ＳｉＯ₂からな
るスパッタリング材料とバッキングプレートとをボンデ
ィングしたターゲット装置）を用いて、上述の成膜装置
および成膜条件で成膜した場合に比較して約３０倍の成
膜速度が得られた。また、波長４００〜７００ｎｍの領
域での屈折率が１．８と、通常のスパッタリング用ター
ゲット装置を用いた場合んと同等の光学特性がえられ
た。本発明の実施の形態によれば、速い成膜速度で光学
性能の良好な光学素子を得ることができる。

【００２６】

【発明の第３の実施の形態】発明の第３の実施の形態で
は、発明の第１の実施の形態のスパッタリング材料１の
Ａｌに替えて、ＭｇＦ₂を用いてスパッタリング用ター
ゲット装置を構成した。その他の構成は発明の第１の実
施の形態と同様なので、図と説明を省略する。

【００２７】本発明の実施の形態のスパッタリング用タ
ーゲット装置を用いて、高周波マグネトロンスパッタリ
ングを行ったところ、導入ガス圧（Ｏ₂ガス）Ｏ．１Ｐ
ａ、ターゲット基板間距離１００ｍｍ、投入電力１ｋＷ
の出力という条件で、成膜速度３０ｎｍ／ｓｅｃを得
た。通常のスパッタリング用ターゲット装置（ＭｇＦ₂
からなるスパッタリング材料とバッキングプレートとを
ボンディングしたターゲット装置）を用いて、上述の成
膜装置および成膜条件で成膜した場合に比較して約３０
倍の成膜速度が得られた。

【００２８】しかも、通常のスパッタリング用ターゲッ
ト装置を用いた場合には、波長４００ｎｍでの光損失
が、物理的膜厚１００ｎｍ当たり２．１％も存在したの
に比べ、本発明の実施の形態のスパッタリング用ターゲ
ット装置を用いて成膜を行った場合は、可視域での屈折
率は１．３８、波長４００ｎｍでの光損失は膜厚１００
ｎｍ当たりわずか０．２％以下という良好な値となり、
これまで光損失の多さから実用化が困難であったスパッ
タリング法によるＭｇＦ₂膜の光学薄膜への適用も可能
となった。

【００２９】

【発明の第４の実施の形態】発明の第４の実施の形態で
は、発明の第１の実施の形態のＺｒＯ₂またはＨｆＯ₂
からなるプレート３に替えて、図３に示すように、Ｍｇ
Ｆ₂からなるスパッタリング材料４の底面に凹部４ａを
設けて、バッキングプレート２との間に密閉空間を形成
している。スパッタリング材料４をバッキングプレート
２上に直接載置することにより、その間に密閉空間を形
成して、互いの接触面積を少なくし、断熱効果を得てい
る。この密閉空間は、外部に連通する空間であってもよ
く、スパッタリング材料４の底面に十文字状に溝を設け
て、４隅で支持するようにしてもよい。その他の構成は
発明の第１の実施の形態と同様なので、図と説明を省略
する。

【００３０】本発明の実施の形態のスパッタリング用タ
ーゲット装置を用いて、発明の第３の実施の形態と同様
の成膜条件で、高周波マグネトロンスパッタリングを行
ったところ、成膜速度２５ｎｍ／ｓｅｃを得た。通常の
スパッタリング用ターゲット装置（ＭｇＦ₂からなるス
パッタリング材料とバッキングプレートとをボンディン
グしたターゲット装置）を用いて、上述の成膜装置およ
び成膜条件で成膜した場合に比較して約２５倍の成膜速
度が得られた。また、得られた膜も、発明の第３の実施
の形態と同様の光学特性を有し、光学薄膜としての適用
が可能であった。

【００３１】本発明の実施の形態によれば、速い成膜速
度に加え、スパッタリング用ターゲット装置の構成を簡
単にすることができる。

【００３２】

【発明の第５の実施の形態】発明の第５の実施の形態で
は、発明の第１の実施の形態のＺｒＯ₂またはＨｆＯ₂
からなるプレート３の材料をＳｉＯ₂に替え、プレート
３の上に、３〜５ｍｍの粒度のＭｇＦ₂顆粒を均一に載
置し、スパッタリング用ターゲット装置を構成した。そ
の他の構成は発明の第１の実施の形態と同様なので、図
と説明を省略する。

【００３３】本発明の実施の形態のスパッタリング用タ
ーゲット装置を用いて、発明の第３の実施の形態と同様
の成膜条件で、高周波マグネトロンスパッタリングを行
ったところ、成膜速度６５ｎｍ／ｓｅｃを得た。通常の
スパッタリング用ターゲット装置（ＭｇＦ₂からなるス
パッタリング材料とバッキングプレートとをボンディン
グしたターゲット装置）を用いて、上述の成膜装置およ
び成膜条件で成膜した場合に比較して約６５倍の成膜速
度が得られた。また、得られた膜も、発明の第３の実施
の形態と同様の光学特性を有し、光学薄膜としての適用
が可能であった。

【００３４】

【発明の第６の実施の形態】発明の第６の実施の形態で
は、発明の第３の実施の形態のスパッタリング材料１の
ＭｇＦ₂に替えて、ＺｒＯ₂を用いてスパッタリング用
ターゲット装置を構成した。その他の構成は発明の第１
の実施の形態と同様なので、図と説明を省略する。

【００３５】本発明の実施の形態のスパッタリング用タ
ーゲット装置を用いて、高周波マグネトロンスパッタリ
ングを行ったところ、導入ガス圧（Ａｒガス）０．０５
Ｐａ、ターゲット基板間距離１００ｍｍ、投入電力１ｋ
Ｗの出力という条件で、成膜速度１０ｎｍ／ｓｅｃを得
た。通常のスパッタリング用ターゲット装置（ＺｒＯ ₂
からなるスパッタリング材料とバッキングプレートとを
ボンディングしたターゲット装置）を用いて、上述の成
膜装置および成膜条件で成膜した場合に比較して約８倍
の成膜速度が得られた。

【００３６】また、本発明の実施の形態のＺｒＯ₂をＴ
ｉＯ₂，Ｔａ₂Ｏ₅，ＳｉＯ₂，ＨｆＯ₂，ＣｅＯ₂，
ＷＯ₃など、ほかの酸化物に置き換えても同様の効果が
得られた。

【００３７】なお、本発明においては、請求項１の引用
項として、以下の請求項を立てることができる。（１）前記断熱手段が、多孔質部材であることを特徴と
する請求項１記載のスパッタリング用ターゲット装置。（２）前記断熱手段が、セラミック部材であることを特
徴とする請求項１記載のスパッタリング用ターゲット装
置。（３）前記スパッタリング材料がＭｇＦ₂であることを
特徴とする請求項１記載のスパッタリング用ターゲット
装置。上記引用項の効果は、請求項１の効果に加え、以下の通
りである。１）断熱手段を多孔質部材とすることにより、断熱効果
を向上させる。２）断熱手段をセラミック部材とすることにより、断熱
性を確実にする。３）スパッタリング材料をＭｇＦ₂とすることにより、
光学設計の自由度を拡大させる。

【００３８】

【発明の効果】請求項１または２に係る発明によれば、
誘電体などの光学薄膜を非常に速い成膜速度でスパッタ
リング法により形成することができる。請求項２に係る
発明によれば、上記効果に加え、スパッタリング用ター
ゲット装置を、簡単な構成とすることができる。請求項
３に係る発明によれば、速い成膜速度により誘電体など
の光学薄膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の第１の実施の形態のターゲット装置の縦
断面図である。

【図２】発明の第１の実施の形態のスパッタリング法に
用いる成膜装置の概略構成図である。

【図３】発明の第４の実施の形態のターゲット装置の縦
断面図である。

【図４】従来技術のターゲット装置の横断面図である。

【符号の説明】

１スパッタリング材料２バッキングプレート３プレート

───────────────────────────────────────────────────── 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)発明者徳田一成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)発明者新田佳樹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

【特許請求の範囲】

【請求項１】スパッタリング材料と該スパッタリング
材料を載置するバッキングプレートとの間に断熱手段を
設けたことを特徴とするスパッタリング用ターゲット装
置。
【請求項２】前記断熱手段が、空間であることを特徴
とする請求項１記載のスパッタリング用ターゲット装
置。
【請求項３】スパッタリング材料と該スパッタリング
材料を載置するバッキングプレートとの間に断熱手段を
設け、前記スパッタリング材料を高温に保持しつつスパ
ッタリングを行うことを特徴とするスパッタリング方
法。