JP2005060789A - Sputtering target for forming oxide film and manufacturing method of oxide film using the same - Google Patents
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Abstract
【課題】光学薄膜に好適な金属酸化膜をスパッタ成膜するにあたって、金属酸化膜の成膜速度の低下を抑制することによって、金属酸化膜ひいては光学薄膜等の生産効率を高めることを可能にした酸化膜形成用スパッタリングターゲットを提供する。
【解決手段】Ta、Nb、Ti、Zr、Hf、Al、Y、Si、MgおよびCaから選ばれる少なくとも1種の元素の酸化膜形成用スパッタリングターゲットである。このような酸化膜形成用スパッタリングターゲットは、上記した元素と1〜50質量%の範囲の炭素とから実質的に構成されている。
【選択図】なしWhen a metal oxide film suitable for an optical thin film is formed by sputtering, it is possible to increase the production efficiency of the metal oxide film, and thus the optical thin film, by suppressing a decrease in the deposition rate of the metal oxide film. A sputtering target for forming an oxide film is provided.
A sputtering target for forming an oxide film of at least one element selected from Ta, Nb, Ti, Zr, Hf, Al, Y, Si, Mg, and Ca. Such a sputtering target for forming an oxide film is substantially composed of the above-described elements and carbon in the range of 1 to 50% by mass.
[Selection figure] None
Description
本発明は、例えば反射防止膜のような光学薄膜の形成に好適に用いられる酸化膜形成用スパッタリングターゲットとそれを用いた酸化膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a sputtering target for forming an oxide film suitably used for forming an optical thin film such as an antireflection film, and a method for producing an oxide film using the sputtering target.
ディスプレイ装置としては陰極線管(CRT)を使用した装置が広く使用されてきたが、CRTはある程度以上の設置スペースが必要とされることから、軽量・薄型のディスプレイ装置として液晶表示装置が急速に普及している。液晶表示装置は携帯電話やPDA等の表示部、パソコン用モニタ、家庭用テレビを始めとする各種家電製品等に使用されている。また、自発光タイプのディスプレス装置としては、プラズマディスプレイパネル(PDP)が実用化されている。さらに、電界放出型冷陰極等の電子放出素子を用いた表示装置、いわゆる電界放出型表示装置(FED)の実用化も進められている。 As a display device, a device using a cathode ray tube (CRT) has been widely used. However, since a CRT requires a certain installation space, a liquid crystal display device is rapidly spread as a lightweight and thin display device. doing. Liquid crystal display devices are used in various home appliances such as display units such as mobile phones and PDAs, monitors for personal computers, and home televisions. As a self-luminous display device, a plasma display panel (PDP) has been put into practical use. Furthermore, a display device using an electron-emitting device such as a field emission cold cathode, that is, a so-called field emission display device (FED) has been put into practical use.
上述したような各種のディスプレイ装置には、当然ながら見やすさが第一に要求される。このため、コントラストの低下要因となる背景の映り込みを防止するために、画面の表面反射を抑制する必要がある。そこで、ディスプレイ装置の表面には一般に反射防止処理が施されている。反射防止膜は高低の屈折率の異なる薄膜を光学設計により交互に積層することで、反射光を干渉させて反射率を減衰させるものである。このような反射防止膜の成膜方法としては主に蒸着法やゾル・ゲル法が採用されてきたが、最近では生産能力と膜厚の制御性の観点からスパッタリング法が採用され始めている。 Naturally, various display devices as described above are required to be easy to see. For this reason, it is necessary to suppress the surface reflection of the screen in order to prevent the reflection of the background, which causes a decrease in contrast. Therefore, the surface of the display device is generally subjected to antireflection treatment. The anti-reflection film is formed by alternately laminating thin films with different refractive indexes, depending on the optical design, to interfere with the reflected light and attenuate the reflectance. As a method for forming such an antireflection film, a vapor deposition method or a sol-gel method has been mainly employed. Recently, however, a sputtering method has begun to be employed from the viewpoint of productivity and film thickness controllability.
反射防止膜の構成材料には、高屈折率膜としてTa、Nb、Ti、Zr、Hf等の酸化膜が、また低屈折率膜としてSiの酸化膜が主に用いられている(例えば特許文献1や特許文献2等参照)。これら金属酸化膜の成膜方法としては、(1)金属ターゲット(NbターゲットやSiターゲット等)を用いて、ArとO2の混合ガス雰囲気中で反応性スパッタして酸化膜を成膜する方法、(2)金属酸化物ターゲット(NbO2ターゲットやSiO2ターゲット等)を用いて、Ar雰囲気中もしくはArとO2の混合ガス雰囲気中でスパッタして酸化膜を成膜する方法、等が知られている。 As a constituent material of the antireflection film, an oxide film such as Ta, Nb, Ti, Zr, and Hf is mainly used as a high refractive index film, and an Si oxide film is mainly used as a low refractive index film (for example, Patent Documents). 1 and Patent Document 2). As a method of forming these metal oxide films, (1) a method of forming an oxide film by reactive sputtering in a mixed gas atmosphere of Ar and O 2 using a metal target (Nb target, Si target, etc.) (2) A method of forming an oxide film by sputtering in an Ar atmosphere or a mixed gas atmosphere of Ar and O 2 using a metal oxide target (NbO 2 target, SiO 2 target, etc.) is known. It has been.
しかしながら、上述した(1)金属ターゲットおよび(2)金属酸化物ターゲットのいずれを用いた成膜方法においても、スパッタ成膜工程中におけるターゲット表面の酸化が成膜速度を低下させることが問題になっている。このターゲット表面の酸化に起因する成膜速度の低下は、金属酸化膜ひいては反射防止膜などの生産効率の低下要因となっている。特に、金属ターゲットは成膜コストの低減(装置コストの低減や成膜効率の向上等)が図れると共に、大面積への成膜等に有利なDCスパッタが適用できるという利点を有する反面、スパッタ成膜時におけるターゲット表面の酸化による成膜速度の低下が著しいという問題を有している。 However, in the film forming method using any of the above-mentioned (1) metal target and (2) metal oxide target, the problem is that oxidation of the target surface during the sputter film forming process reduces the film forming speed. ing. The decrease in the film formation rate due to the oxidation of the target surface is a factor in decreasing the production efficiency of the metal oxide film and, in turn, the antireflection film. In particular, a metal target can reduce film formation costs (reduction of equipment cost and improvement of film formation efficiency, etc.) and can be applied to DC sputtering which is advantageous for film formation over a large area. There is a problem that the film formation rate is significantly reduced due to oxidation of the target surface during film formation.
上述したように、従来の金属ターゲット(Taターゲット、Nbターゲット、Siターゲット等)を用いた酸化膜の成膜工程においては、ターゲット表面の酸化による成膜速度の低下が著しく、これが金属酸化膜の生産効率の低下要因になっている。金属酸化膜は例えば反射防止機能、波長分波機能、波長合成機能等を有する光学薄膜として使用されており、特に反射防止膜を適用するディスプレイ装置等の分野は大量生産が必要とされることから、金属酸化膜の生産性を高めることが強く求められている。 As described above, in an oxide film forming process using a conventional metal target (Ta target, Nb target, Si target, etc.), the film forming rate is significantly reduced due to oxidation of the target surface. This has been a factor in reducing production efficiency. The metal oxide film is used as an optical thin film having, for example, an antireflection function, a wavelength demultiplexing function, a wavelength synthesizing function, and the like, and particularly in the field of display devices to which the antireflection film is applied, mass production is required. There is a strong demand to increase the productivity of metal oxide films.
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、反射防止機能、波長分波機能、波長合成機能等を有する光学薄膜に好適な金属酸化膜をスパッタ成膜するにあたって、金属酸化膜の成膜速度の低下を抑制することによって、金属酸化膜ひいては光学薄膜等の生産効率を高めることを可能にした酸化膜形成用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を提供することを目的としている。 The present invention has been made in order to cope with such problems. In sputter deposition of a metal oxide film suitable for an optical thin film having an antireflection function, a wavelength demultiplexing function, a wavelength synthesis function, and the like, a metal oxide film is formed. The present invention provides a sputtering target for forming an oxide film, which can increase the production efficiency of a metal oxide film, and thus an optical thin film, and a method for producing an oxide film using the same, by suppressing a decrease in the film formation rate of It is aimed.
本発明の酸化膜形成用スパッタリングターゲットは、Ta、Nb、Ti、Zr、Hf、Al、Y、Si、MgおよびCaから選ばれる少なくとも1種の元素の酸化膜形成用スパッタリングターゲットであって、前記元素と、1〜50質量%の範囲の炭素とから実質的になることを特徴としている。 The sputtering target for forming an oxide film of the present invention is a sputtering target for forming an oxide film of at least one element selected from Ta, Nb, Ti, Zr, Hf, Al, Y, Si, Mg and Ca, It is characterized by substantially consisting of an element and carbon in the range of 1 to 50% by mass.
また、本発明の酸化膜の製造方法は、Ta、Nb、Ti、Zr、Hf、Al、Y、Si、MgおよびCaから選ばれる少なくとも1種の元素の酸化膜を形成するにあたって、上記した本発明の酸化膜形成用スパッタリングターゲットを用いて、酸素を含む雰囲気中でスパッタ成膜する工程を具備することを特徴としている。 The method for producing an oxide film according to the present invention includes the above-described method for forming an oxide film of at least one element selected from Ta, Nb, Ti, Zr, Hf, Al, Y, Si, Mg, and Ca. Using the sputtering target for forming an oxide film of the invention, the method includes a step of performing a sputter film formation in an atmosphere containing oxygen.
本発明においては、Ta、Nb、Ti、Zr、Hf、Al、Y、Si、MgおよびCaから選ばれる少なくとも1種の金属元素(ここではSiを含めて金属元素と称する)の酸化膜を形成する際に用いられるスパッタリングターゲット中に、1〜50質量%の範囲の炭素を含有させている。上記した金属元素で構成したスパッタリングターゲット中に炭素を含有させることによって、酸素を含有する雰囲気中でのスパッタ成膜時に炭素が酸素と優先的に反応する。このため、ターゲット表面における金属酸化物の生成が抑制されることから、酸化膜の成膜速度を高めることが可能となる。 In the present invention, an oxide film of at least one metal element selected from Ta, Nb, Ti, Zr, Hf, Al, Y, Si, Mg and Ca (herein referred to as a metal element including Si) is formed. In the sputtering target used when performing, carbon of 1-50 mass% is contained. By including carbon in the sputtering target composed of the above metal element, carbon preferentially reacts with oxygen during sputtering film formation in an atmosphere containing oxygen. For this reason, since the production | generation of the metal oxide in the target surface is suppressed, it becomes possible to raise the film-forming speed | rate of an oxide film.
本発明の酸化膜形成用スパッタリングターゲットによれば、ターゲット中に含まれる炭素に基づいて、金属酸化膜の成膜速度を高めることができる。このようなスパッタリングターゲットを用いた酸化膜の製造方法によれば、光学薄膜もしくはその構成膜等に好適な金属酸化膜の生産効率を高めることが可能となる。 According to the sputtering target for forming an oxide film of the present invention, the deposition rate of the metal oxide film can be increased based on the carbon contained in the target. According to the oxide film manufacturing method using such a sputtering target, it is possible to increase the production efficiency of a metal oxide film suitable for an optical thin film or a constituent film thereof.
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
本発明の一実施形態による酸化膜形成用スパッタリングターゲットは、Ta、Nb、Ti、Zr、Hf、Al、Y、Si、MgおよびCaから選ばれる少なくとも1種の金属元素(ここではSiを含めて金属元素と称する)の酸化膜を形成する際に用いられるターゲットであって、ターゲットを主として構成する上記元素(上記した金属元素)と1〜50質量%の範囲の炭素とから実質的に構成されている。
Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.
The sputtering target for forming an oxide film according to an embodiment of the present invention includes at least one metal element selected from Ta, Nb, Ti, Zr, Hf, Al, Y, Si, Mg, and Ca (here, including Si). A target used when forming an oxide film of a metal element), which is substantially composed of the element (the metal element described above) mainly constituting the target and carbon in the range of 1 to 50% by mass. ing.
このようなスパッタリングターゲットは、例えば反射防止機能、波長分波機能、波長合成機能等を有する光学薄膜もしくはその構成膜として好適な金属酸化膜の形成等に使用されるものである。反射防止機能を有する光学薄膜としては、高屈折率膜と低屈折率膜とを光学設計に基づいて交互に積層した多層膜が挙げられる。このような反射防止膜の構成膜において、Ta、Nb、Ti、Zr、Hfの酸化物膜は高屈折率膜として利用され、またSi、Al、Y、Mg、Caの酸化物膜は低屈折率膜として利用される。 Such a sputtering target is used, for example, for forming an optical thin film having an antireflection function, a wavelength demultiplexing function, a wavelength synthesizing function, or the like or a metal oxide film suitable as a constituent film thereof. Examples of the optical thin film having an antireflection function include a multilayer film in which high refractive index films and low refractive index films are alternately laminated based on the optical design. In the constituent films of such an antireflection film, oxide films of Ta, Nb, Ti, Zr, and Hf are used as high refractive index films, and oxide films of Si, Al, Y, Mg, and Ca are low refractive. Used as a rate film.
酸化膜形成用スパッタリングターゲットの主構成材料となる金属材には、光学薄膜等としての用途を考慮して、例えば純度が99%以上の金属材、すなわちTa、Nb、Ti、Zr、Hf、Al、Y、Si、MgおよびCaから選ばれる少なくとも1種の金属材を使用することが好ましい。ここで言う純度とは、主構成元素としての金属元素以外の不純物元素、例えばFe、Ni、Cr、Cu、Na、K等の元素の各含有量(質量%)の合計量を100%から引いた値を示すものである。 In consideration of the use as an optical thin film or the like, for example, a metal material having a purity of 99% or more, that is, Ta, Nb, Ti, Zr, Hf, Al is used as the metal material that is the main constituent material of the oxide film forming sputtering target. It is preferable to use at least one metal material selected from Y, Si, Mg and Ca. The purity mentioned here refers to subtracting the total content (mass%) of impurity elements other than metal elements as main constituent elements, for example, elements such as Fe, Ni, Cr, Cu, Na, and K, from 100%. Value.
スパッタリングターゲットとしての純度、すなわち主構成元素としての金属元素と炭素以外の不純物元素の含有量を100%から引いた値に基づく純度も99%以上であることが好ましい。実用的には、不純物元素量が0.01〜1質量%(主構成元素としての金属元素と炭素の純度が99〜99.99%)の範囲のスパッタリングターゲットを用いることが好ましい。なお、不純物としてFe、Ni、Cr、Cu、Na、Kを挙げたのは、これら元素は原料粉末や製造工程中に不可避的に含まれるもの、あるいは光学薄膜中に含まれると悪影響を与える元素であるからである。言い換えれば、これら元素以外の不純物は原料や工程中に不可避的に含まれる量が極少量であるため、実用的には無視することできる。 The purity as a sputtering target, that is, the purity based on a value obtained by subtracting the content of a metal element as a main constituent element and an impurity element other than carbon from 100% is also preferably 99% or more. Practically, it is preferable to use a sputtering target having an impurity element amount in the range of 0.01 to 1% by mass (the purity of the metal element and carbon as main constituent elements is 99 to 99.99%). It should be noted that Fe, Ni, Cr, Cu, Na, and K are cited as impurities because these elements are inevitably included in the raw material powder and the manufacturing process, or elements that have an adverse effect when included in the optical thin film. Because. In other words, impurities other than these elements are unavoidably contained in raw materials and processes, and thus can be ignored practically.
上述したようなスパッタリングターゲットを用いて、例えばArとO2の混合ガス雰囲気中で反応性スパッタを実施することによって、光学薄膜やその構成膜等に好適な金属酸化膜が得られる。この際、所定量の炭素を含有するスパッタリングターゲットを用いることで、従来の金属元素単体で構成したスパッタリングターゲットに比べて成膜速度を向上させることができる。従来の金属元素単体で構成したスパッタリングターゲットを用いて反応性スパッタを実施した場合、スパッタ雰囲気中に含まれる酸素がターゲット表面を酸化させ、この酸化物の生成が成膜速度を低下させていたものである。 A metal oxide film suitable for an optical thin film, a constituent film thereof, or the like can be obtained by performing reactive sputtering, for example, in a mixed gas atmosphere of Ar and O 2 using the sputtering target as described above. At this time, by using a sputtering target containing a predetermined amount of carbon, the deposition rate can be improved as compared with a sputtering target composed of a conventional simple metal element. When reactive sputtering is performed using a conventional sputtering target composed of a single metal element, oxygen contained in the sputtering atmosphere oxidizes the target surface, and the generation of this oxide reduces the deposition rate. It is.
これに対して、本発明のスパッタリングターゲットは1〜50質量%の範囲の炭素を含有するため、このターゲット中の炭素がスパッタ雰囲気中の酸素と優先的に反応する。炭素と反応した酸素は、例えばCOやCO2となって雰囲気中に揮散する。あるいは、ターゲット表面に生成した酸化物をCOやCO2として揮散させることで、ターゲット表面の酸化物を除去することができる。さらに、ターゲット表面には通常非エロージョン領域が存在し、その部分にスパッタ粒子(酸化物粒子)の再付着が生じるが、この再付着物についてもターゲット中の炭素と反応させることで除去ないしは低減することができる。 On the other hand, since the sputtering target of the present invention contains carbon in the range of 1 to 50% by mass, carbon in the target reacts preferentially with oxygen in the sputtering atmosphere. Oxygen that has reacted with carbon is volatilized into the atmosphere, for example, as CO or CO 2 . Alternatively, the oxide on the target surface can be removed as CO or CO 2 to remove the oxide on the target surface. Furthermore, a non-erosion region usually exists on the target surface, and sputtered particles (oxide particles) are reattached there, and this reattached matter is also removed or reduced by reacting with carbon in the target. be able to.
このように、ターゲット中の炭素を酸素と優先的に反応させることで、ターゲット表面にはミクロに見ると非酸化部が現出する。この非酸化部(メタル面)にArイオンが衝突することで、メタル状態でのスパッタ蒸発が起こる。このようなメタル状態でのスパッタを実現することによって、従来の金属元素単体で構成したスパッタリングターゲットに比べて成膜速度を向上させることが可能となる。もちろん、スパッタされた金属の原子もしくは原子集団は基板に到達する過程で酸化されるため、所望の金属酸化物(Ta、Nb、Ti、Zr、Hf、Al、Y、Si、MgおよびCaから選ばれる少なくとも1種の金属酸化物)の膜を得ることができる。 Thus, by preferentially reacting the carbon in the target with oxygen, a non-oxidized portion appears on the target surface when viewed microscopically. When Ar ions collide with the non-oxidized portion (metal surface), sputter evaporation in a metal state occurs. By realizing sputtering in such a metal state, it is possible to improve the deposition rate as compared with a sputtering target composed of a conventional simple metal element. Of course, since the sputtered metal atoms or atomic groups are oxidized in the process of reaching the substrate, a desired metal oxide (Ta, Nb, Ti, Zr, Hf, Al, Y, Si, Mg and Ca are selected. A film of at least one metal oxide) can be obtained.
さらに、スパッタリングターゲットの非エロージョン領域に堆積した再付着物は、スパッタ成膜した膜中にパーティクルとして混入したり、また異常放電等を引き起こすおそれがあるが、ターゲット中の炭素でスパッタ粒子の再付着を抑制することで、パーティクルの混入や異常放電等に起因する不良発生率を低減することができる。このように、炭素を含有する酸化膜形成用スパッタリングターゲットを用いることによって、金属酸化膜の成膜速度を高めることが可能となり、さらに膜不良の発生率も低減することができる。 In addition, the reattachment deposited in the non-erosion region of the sputtering target may be mixed as particles in the sputtered film or cause abnormal discharge. By suppressing this, it is possible to reduce the rate of occurrence of defects due to particle mixing, abnormal discharge, or the like. As described above, by using the sputtering target for forming an oxide film containing carbon, it is possible to increase the deposition rate of the metal oxide film, and further reduce the incidence of film defects.
上述したように、酸化膜形成用スパッタリングターゲット中に含まれる炭素は、Ta、Nb、Ti、Zr、Hf、Al、Y、Si、MgおよびCaから選ばれる少なくとも1種の酸化膜を反応性スパッタで成膜する際の成膜速度の向上に寄与する。このような成膜速度の向上効果を得る上で、スパッタリングターゲットは炭素を1質量%以上の範囲で含有するものとする。炭素含有量が1質量%未満であると、炭素によるターゲット表面の酸化物の生成抑制効果や除去効果を安定して得ることができない。成膜速度の向上効果等をより効果的に得るために、スパッタリングターゲットの炭素含有量は10質量%以上とすることが好ましい。 As described above, carbon contained in the sputtering target for forming an oxide film is formed by reactive sputtering of at least one oxide film selected from Ta, Nb, Ti, Zr, Hf, Al, Y, Si, Mg, and Ca. This contributes to the improvement of the film forming speed when forming the film. In order to obtain such an effect of improving the film formation rate, the sputtering target shall contain carbon in the range of 1% by mass or more. When the carbon content is less than 1% by mass, it is not possible to stably obtain the effect of suppressing the formation and removal of oxides on the target surface by carbon. In order to obtain the effect of improving the deposition rate more effectively, the carbon content of the sputtering target is preferably 10% by mass or more.
一方、酸化膜形成用スパッタリングターゲット中の炭素含有量が多すぎると、成膜した酸化膜中に含まれる炭素量が増加し、反射防止膜等の光学薄膜としての特性が低下する。例えば、反射防止膜の高屈折率膜および低屈折率膜のいずれにおいても、金属酸化膜中の炭素量が多くなりすぎると屈折率が低下する。このようなことから、スパッタリングターゲットは炭素を50質量%以下の範囲で含有するものとする。金属酸化膜の光学薄膜等としての特性をより高めるために、スパッタリングターゲットの炭素含有量は40質量%以下とすることが好ましい。 On the other hand, when there is too much carbon content in the sputtering target for forming an oxide film, the amount of carbon contained in the formed oxide film increases, and the characteristics as an optical thin film such as an antireflection film deteriorate. For example, in both the high-refractive index film and the low-refractive index film of the antireflection film, the refractive index decreases when the amount of carbon in the metal oxide film becomes excessive. For this reason, the sputtering target is assumed to contain carbon in a range of 50% by mass or less. In order to further improve the properties of the metal oxide film as an optical thin film, the carbon content of the sputtering target is preferably 40% by mass or less.
また、炭素はスパッタリングターゲットの導電性の向上(抵抗率の低下)に対しても効果を発揮し、これによってDCスパッタへの適合性を高めることができる。例えば、Siターゲットの場合を考えると、Si元素単独のスパッタリングターゲットでは抵抗率が高すぎて、DCスパッタを適用した際に放電が不安定となるため、十分な成膜精度や成膜効率等を得ることができない。このようなSiターゲットに1〜50質量%の範囲の炭素を含有させることによって、導電性が向上してDCスパッタを適用することが可能となる。Si以外の金属ターゲットについても、導電性の向上によるDCスパッタへの適合性やDCスパッタ時の成膜効率等を高めることができる。 Carbon also has an effect on improving the conductivity (decrease in resistivity) of the sputtering target, thereby improving the suitability for DC sputtering. For example, considering the case of a Si target, the resistivity of a sputtering target made of a single Si element is too high, and the discharge becomes unstable when DC sputtering is applied. Can't get. By including carbon in the range of 1 to 50% by mass in such a Si target, the conductivity is improved and DC sputtering can be applied. Also for metal targets other than Si, suitability for DC sputtering by improving conductivity, film formation efficiency during DC sputtering, and the like can be increased.
酸化膜形成用スパッタリングターゲットを構成する素材(ターゲット素材)には、上記した金属元素と炭素との混合物の焼結材を適用することが好ましい。ターゲット素材としては焼結材以外に溶解材も知られているが、焼結ターゲットは製造コストが安価であることに加えて、炭素含有量の制御性に優れるというような利点を有する。さらに、焼結ターゲットは無配向状態もしくはそれに近い状態を有するターゲット面が得られることから、特定の結晶面が配向したターゲット面に起因する経時的な成膜速度の低下や膜厚のばらつき等も抑制することが可能となる。 As a material (target material) constituting the oxide film forming sputtering target, it is preferable to apply a sintered material of a mixture of the above-described metal element and carbon. In addition to the sintered material, a melting material is also known as the target material. However, the sintered target has an advantage that it has excellent controllability of the carbon content in addition to its low manufacturing cost. Furthermore, since the target surface having a non-oriented state or a state close to it can be obtained for the sintered target, there is also a decrease in deposition rate over time and variations in film thickness due to the target surface with a specific crystal plane oriented. It becomes possible to suppress.
このような点から、スパッタリングターゲットには焼結ターゲットを適用することが好ましい。特に、TaやNb等の高融点金属を適用する場合には、安価で高性能のターゲットが得られやすい焼結材を使用することが好ましい。さらに、Siターゲットには一般に単結晶材が使用されているが、Siターゲットに関しても焼結材を使用することで成膜速度の向上等を図ることができる。また、所定量の炭素を含むSiターゲットはDCスパッタの適用が可能となり、このような点からも成膜コストの低減を図ることが可能となる。 From such points, it is preferable to apply a sintered target to the sputtering target. In particular, when a refractory metal such as Ta or Nb is applied, it is preferable to use a sintered material that is easy to obtain an inexpensive and high-performance target. Furthermore, although a single crystal material is generally used for the Si target, the film forming rate can be improved by using a sintered material for the Si target. In addition, the Si target containing a predetermined amount of carbon can be applied with DC sputtering, and from this point, the film formation cost can be reduced.
また、酸化膜形成用スパッタリングターゲットを構成する焼結材(焼結ターゲット)の相対密度は50%以上であることが好ましい。スパッタリングターゲットの相対密度が低すぎると、相対的に増加する空孔内までスパッタ成膜時に酸化してしまい、炭素含有ターゲットであっても酸化物の生成抑制効果や除去効果を十分に発揮することができず、これによって成膜速度の低下を招くことになる。焼結ターゲットの相対密度は70%以上であることがより好ましく、さらには80%以上であることが望ましい。ただし、相対密度が高すぎても成膜速度が低下する場合があるため、スパッタリングターゲットの相対密度は95%以下、さらには90%以下であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the relative density of the sintered material (sintering target) which comprises the sputtering target for oxide film formation is 50% or more. If the relative density of the sputtering target is too low, it will oxidize into the relatively increasing vacancies at the time of sputtering film formation, and even if it is a carbon-containing target, it will fully exhibit the oxide generation suppression effect and removal effect As a result, the film formation rate is reduced. The relative density of the sintered target is more preferably 70% or more, and further preferably 80% or more. However, since the film formation rate may decrease even if the relative density is too high, the relative density of the sputtering target is preferably 95% or less, and more preferably 90% or less.
上述したような酸化膜形成用スパッタリングターゲットは、以下に示すような焼結法を適用して作製することが好ましい。まず、前述したような純度を有する金属粉末(Ta、Nb、Ti、Zr、Hf、Al、Y、Si、MgおよびCaから選ばれる少なくとも1種の金属粉末)と炭素粉末とを、所望の割合で混合して原料粉末を調整する。原料粉末は金属粉末とその炭化物粉末との混合物であってもよいし、また金属粉末と焼成により炭素を生じる有機樹脂との混合物等であってもよい。原料粉末の調整時には、金属元素と炭素との均一な混合状態が得られるように、各出発原料を十分に混合することが好ましい。 The above-described sputtering target for forming an oxide film is preferably produced by applying a sintering method as described below. First, a metal powder (at least one metal powder selected from Ta, Nb, Ti, Zr, Hf, Al, Y, Si, Mg, and Ca) having a purity as described above and a carbon powder at a desired ratio To adjust the raw material powder. The raw material powder may be a mixture of a metal powder and its carbide powder, or a mixture of a metal powder and an organic resin that generates carbon by firing. When preparing the raw material powder, it is preferable to sufficiently mix the starting materials so that a uniform mixed state of the metal element and carbon can be obtained.
次に、上記した原料粉末(混合粉末)をホットプレス法、HIP法、常圧焼結法等の公知の焼結法で焼結してターゲット素材を作製する。具体的には、原料粉末を所望のターゲット形状に応じた成形型(例えばカーボン型)内に充填する。成形型内に充填された原料粉末は、使用した金属粉末の焼結温度まで昇温されて、例えばホットプレスにより加圧焼結される。このようにして得た加圧焼結体には、必要に応じてHIP処理を施してもよい。また、通常の加圧成形とHIPとの組合せ、CIPと常圧焼結との組合せ等、種々の焼結法を適用することができる。 Next, the above-mentioned raw material powder (mixed powder) is sintered by a known sintering method such as a hot press method, an HIP method, or an atmospheric pressure sintering method to produce a target material. Specifically, the raw material powder is filled into a mold (for example, a carbon mold) according to a desired target shape. The raw material powder filled in the mold is heated to the sintering temperature of the metal powder used, and is pressure sintered by, for example, hot pressing. The pressure-sintered body thus obtained may be subjected to HIP treatment as necessary. Various sintering methods such as a combination of normal pressure molding and HIP, a combination of CIP and atmospheric pressure sintering, and the like can be applied.
ホットプレス時の焼結温度は、適用した金属元素の融点の1/2以上の温度とすることが好ましく、さらには融点の2/3以上の温度とすることがより好ましい。また、焼結時間は3時間以上とすることが好ましく、さらには5時間以上とすることがより好ましい。さらに、焼結時の圧力は20MPa以上とすることが好ましい。焼結条件がこれらの条件から外れると焼結の進行が不足し、所望密度のターゲット素材が得られないおそれがある。焼結時の雰囲気は真空雰囲気やAr等の不活性雰囲気とすることが好ましい。真空雰囲気を適用する場合には1×10-3Pa以下とすることが好ましい。このような真空中で焼結を実施することによって、NaやK等の不純物を十分に除去することができる。 The sintering temperature at the time of hot pressing is preferably a temperature that is 1/2 or more of the melting point of the applied metal element, and more preferably 2/3 or more of the melting point. Further, the sintering time is preferably 3 hours or more, and more preferably 5 hours or more. Furthermore, the pressure during sintering is preferably 20 MPa or more. If the sintering conditions deviate from these conditions, the progress of the sintering may be insufficient, and a target material having a desired density may not be obtained. The atmosphere during sintering is preferably a vacuum atmosphere or an inert atmosphere such as Ar. When a vacuum atmosphere is applied, the pressure is preferably 1 × 10 −3 Pa or less. By carrying out sintering in such a vacuum, impurities such as Na and K can be sufficiently removed.
上述したような焼結工程を適用して作製したターゲット素材(焼結材)を、所定の形状に機械加工した後、例えばAlやCuからなるバッキングプレートと接合することによって、目的とするスパッタリングターゲット(炭素含有スパッタリングターゲット)が得られる。バッキングプレートとの接合には、一般的な拡散接合やソルダー接合を適用することができる。ソルダー接合を適用する場合には、公知のIn系やSn系の接合材を介してバッキングプレートと接合する。 A target material (sintered material) produced by applying the sintering process as described above is machined into a predetermined shape, and then joined to a backing plate made of, for example, Al or Cu, thereby forming a target sputtering target. (Carbon-containing sputtering target) is obtained. General diffusion bonding or solder bonding can be applied to the bonding with the backing plate. When applying solder joint, it joins with a backing plate via the well-known In type or Sn type joining material.
本発明の酸化膜形成用スパッタリングターゲットは、上述したように反射防止機能、波長分波機能、波長合成機能等を有する光学薄膜もしくはその構成膜として好適な金属酸化膜、例えばTaOx膜、NbOx膜、TiOx膜、ZrOx膜、HfOx膜、AlOx膜、YOx膜、SiOx膜、MgOx膜、CaOx膜(xはそれぞれ基本的には化学量論組成比に基づく値であるが、それらから外れた値であってもよい)、あるいはこれらの複合酸化膜の形成等に好適に使用されるものである。 As described above, the sputtering target for forming an oxide film of the present invention is an optical thin film having an antireflection function, a wavelength demultiplexing function, a wavelength synthesizing function, or the like, or a metal oxide film suitable as a constituent film thereof, such as a TaO x film or NbO x. Film, TiO x film, ZrO x film, HfO x film, AlO x film, YO x film, SiO x film, MgO x film, CaO x film (x is basically a value based on the stoichiometric composition ratio. However, it may be a value that deviates from these), or is preferably used for forming these composite oxide films.
このような金属酸化膜は、炭素含有の酸化膜形成用スパッタリングターゲットを用いて、例えばArとO2の混合ガスのような酸素含有雰囲気中で反応性スパッタを行うことにより得ることができる。なお、得られる金属酸化膜はあまり炭素を含まないことが好ましいが、目的とする光学薄膜等の特性に影響を与えない範囲であれば炭素を含んでいてもよい。また、金属酸化膜はDCスパッタを適用して成膜することで、成膜コストの低減や成膜効率の向上等を図ることができるが、RFスパッタの適用を除外するものではない。 Such a metal oxide film can be obtained by performing reactive sputtering in an oxygen-containing atmosphere such as a mixed gas of Ar and O 2 using a carbon-containing sputtering target for forming an oxide film. Although the obtained metal oxide film preferably does not contain much carbon, it may contain carbon as long as it does not affect the properties of the target optical thin film or the like. In addition, the metal oxide film can be formed by applying DC sputtering, thereby reducing the film formation cost and improving the film formation efficiency. However, application of RF sputtering is not excluded.
次に、本発明の具体的な実施例およびその評価結果について述べる。 Next, specific examples of the present invention and evaluation results thereof will be described.
実施例1、比較例1
まず、純度が3NのTa粉末と炭素粉末とを用意し、これらをターゲット中の炭素含有量が表1に示す値となるようにそれぞれ混合した。Ta粉末と炭素粉末との混合は、それぞれボールミルを用いて6時間以上実施した。次に、これら混合粉末をカーボン型内に充填してホットプレス装置にセットし、表1に示す焼結温度および焼結時間でそれぞれ加圧焼結した。焼結時の圧力は20MPaとし、また焼結雰囲気は1×10-3Pa以下の真空雰囲気とした。
Example 1 and Comparative Example 1
First, Ta powder having a purity of 3N and carbon powder were prepared, and these were mixed so that the carbon content in the target was the value shown in Table 1. The mixing of the Ta powder and the carbon powder was carried out for 6 hours or more using a ball mill. Next, these mixed powders were filled in a carbon mold, set in a hot press apparatus, and pressure sintered at the sintering temperature and sintering time shown in Table 1, respectively. The pressure during sintering was 20 MPa, and the sintering atmosphere was a vacuum atmosphere of 1 × 10 −3 Pa or less.
このようにして得たターゲット素材(Taと炭素との混合焼結体)を、それぞれ直径500mm×厚さ5mmの形状に機械加工した後、Cu製バッキングプレートにろう付け接合することによって、目的とする酸化膜形成用スパッタリングターゲットをそれぞれ得た。表1中の比較例1によるスパッタリングターゲットは、炭素含有量を本発明の範囲外とする以外は同様にして作製したものである。なお、各スパッタリングターゲットの密度(アルキメデス法により測定)は表1に示す通りであった。 The target material (mixed sintered body of Ta and carbon) thus obtained was machined into a shape of 500 mm in diameter and 5 mm in thickness, and then brazed and joined to a Cu backing plate. A sputtering target for forming an oxide film was obtained. The sputtering target according to Comparative Example 1 in Table 1 was produced in the same manner except that the carbon content was outside the scope of the present invention. The density of each sputtering target (measured by the Archimedes method) was as shown in Table 1.
次に、上述した実施例1および比較例1による各スパッタリングターゲット(Taと炭素との混合物からなるスパッタリングターゲット)を用いて、スパッタ方式:マグネトロンスパッタ、DC出力:2kW、Ar:50sccm、O2:10sccm、スパッタ圧:5Pa、スパッタ時間:300secの条件下で、それぞれガラス基板(BK-7)上にTa酸化膜(TaOx膜)を成膜した。得られた酸化膜の膜厚を測定し、これを成膜時間で割ることで成膜速度(nm/sec)を求めた。また、各Ta酸化膜の屈折率を測定した。これらの測定・評価結果を表1に併せて示す。 Next, using each sputtering target (sputtering target made of a mixture of Ta and carbon) according to Example 1 and Comparative Example 1 described above, sputtering method: magnetron sputtering, DC output: 2 kW, Ar: 50 sccm, O 2 : A Ta oxide film (TaO x film) was formed on the glass substrate (BK-7) under the conditions of 10 sccm, sputtering pressure: 5 Pa, and sputtering time: 300 sec. The film thickness of the obtained oxide film was measured, and this was divided by the film formation time to obtain the film formation rate (nm / sec). Further, the refractive index of each Ta oxide film was measured. These measurement and evaluation results are also shown in Table 1.
表1から明らかなように、所定量の炭素を含有するTaターゲットは、Ta単体のターゲットに比べて成膜速度が向上していることが分かる。ただし、所定量の炭素を含有するTaターゲットであっても、相対密度が低すぎると成膜速度が低下してしまうため、ターゲットの相対密度は50%以上とすることが好ましい。一方、Taターゲットの炭素含有量が多すぎる(炭素含有量>50質量%)と、得られるTa酸化膜の屈折率が低下し、光学薄膜(例えば反射防止膜の高屈折率膜)としての特性が劣化してしまう。 As is clear from Table 1, it can be seen that the Ta target containing a predetermined amount of carbon has an improved deposition rate compared to the Ta target alone. However, even if it is a Ta target containing a predetermined amount of carbon, if the relative density is too low, the film formation rate will decrease, so the relative density of the target is preferably 50% or more. On the other hand, if the Ta target has too much carbon content (carbon content> 50% by mass), the refractive index of the resulting Ta oxide film decreases, and the characteristics as an optical thin film (for example, a high refractive index film of an antireflection film). Will deteriorate.
実施例2、比較例2
まず、純度が3NのTa粉末とTaC粉末とを用意し、これらをターゲット中の炭素含有量が表2に示す値となるようにそれぞれ混合した。Ta粉末とTaC粉末との混合は、それぞれボールミルを用いて6時間以上実施した。次に、これら混合粉末をカーボン型内に充填してホットプレス装置にセットし、表2に示す焼結温度および焼結時間でそれぞれ加圧焼結した。焼結時の圧力は20MPaとし、また焼結雰囲気は1×10-3Pa以下の真空雰囲気とした。
Example 2 and Comparative Example 2
First, Ta powder having a purity of 3N and TaC powder were prepared, and these were mixed so that the carbon content in the target was a value shown in Table 2. The mixing of the Ta powder and the TaC powder was carried out for 6 hours or more using a ball mill. Next, these mixed powders were filled in a carbon mold, set in a hot press apparatus, and pressure sintered at the sintering temperature and sintering time shown in Table 2, respectively. The pressure during sintering was 20 MPa, and the sintering atmosphere was a vacuum atmosphere of 1 × 10 −3 Pa or less.
このようにして得たターゲット素材(Taと炭素との混合焼結体)を、それぞれ直径500mm×厚さ5mmの形状に機械加工した後、Cu製バッキングプレートにろう付け接合することによって、目的とする酸化膜形成用スパッタリングターゲットをそれぞれ得た。表2中の比較例2によるスパッタリングターゲットは、炭素含有量を本発明の範囲外とする以外は同様にして作製したものである。なお、各スパッタリングターゲットの密度(アルキメデス法により測定)は表2に示す通りであった。 The target material (mixed sintered body of Ta and carbon) thus obtained was machined into a shape of 500 mm in diameter and 5 mm in thickness, and then brazed and joined to a Cu backing plate. A sputtering target for forming an oxide film was obtained. The sputtering target according to Comparative Example 2 in Table 2 was produced in the same manner except that the carbon content was outside the scope of the present invention. The density of each sputtering target (measured by Archimedes method) was as shown in Table 2.
次に、上述した実施例2および比較例2による各スパッタリングターゲット(Taと炭素との混合物からなるスパッタリングターゲット)を用いて、スパッタ方式:マグネトロンスパッタ、DC出力:2kW、Ar:50sccm、O2:10sccm、スパッタ圧:5Pa、スパッタ時間:300secの条件下で、それぞれガラス基板(BK-7)上にTa酸化膜(TaOx膜)を成膜した。得られた酸化膜の膜厚を測定し、これを成膜時間で割ることで成膜速度(nm/sec)を求めた。また、各Ta酸化膜の屈折率を測定した。これらの測定・評価結果を表2に併せて示す。 Next, using each sputtering target (sputtering target made of a mixture of Ta and carbon) according to Example 2 and Comparative Example 2 described above, sputtering method: magnetron sputtering, DC output: 2 kW, Ar: 50 sccm, O 2 : A Ta oxide film (TaO x film) was formed on the glass substrate (BK-7) under the conditions of 10 sccm, sputtering pressure: 5 Pa, and sputtering time: 300 sec. The film thickness of the obtained oxide film was measured, and this was divided by the film formation time to obtain the film formation rate (nm / sec). Further, the refractive index of each Ta oxide film was measured. These measurement and evaluation results are also shown in Table 2.
実施例3、比較例3
まず、純度が3NのNba粉末と炭素粉末とを用意し、これらをターゲット中の炭素含有量が表3に示す値となるようにそれぞれ混合した。Nb粉末と炭素粉末との混合は、それぞれボールミルを用いて6時間以上実施した。次に、これら混合粉末をカーボン型内に充填してホットプレス装置にセットし、表3に示す焼結温度および焼結時間でそれぞれ加圧焼結した。焼結時の圧力は20MPaとし、また焼結雰囲気は1×10-3Pa以下の真空雰囲気とした。
Example 3 and Comparative Example 3
First, Nba powder and carbon powder having a purity of 3N were prepared, and these were mixed so that the carbon content in the target was the value shown in Table 3. The mixing of the Nb powder and the carbon powder was performed for 6 hours or more using a ball mill. Next, these mixed powders were filled in a carbon mold, set in a hot press apparatus, and subjected to pressure sintering at the sintering temperature and sintering time shown in Table 3, respectively. The pressure during sintering was 20 MPa, and the sintering atmosphere was a vacuum atmosphere of 1 × 10 −3 Pa or less.
このようにして得たターゲット素材(Nbと炭素との混合焼結体)を、それぞれ直径500mm×厚さ5mmの形状に機械加工した後、Cu製バッキングプレートにろう付け接合することによって、目的とする酸化膜形成用スパッタリングターゲットをそれぞれ得た。表3中の比較例3によるスパッタリングターゲットは、炭素含有量を本発明の範囲外とする以外は同様にして作製したものである。なお、各スパッタリングターゲットの密度(アルキメデス法により測定)は表3に示す通りであった。 The target material (mixed sintered body of Nb and carbon) thus obtained was machined into a shape of 500 mm in diameter and 5 mm in thickness, and then brazed and joined to a Cu backing plate. A sputtering target for forming an oxide film was obtained. The sputtering target according to Comparative Example 3 in Table 3 was prepared in the same manner except that the carbon content was outside the scope of the present invention. The density of each sputtering target (measured by Archimedes method) was as shown in Table 3.
次に、上述した実施例3および比較例3による各スパッタリングターゲット(Nbと炭素との混合物からなるスパッタリングターゲット)を用いて、スパッタ方式:マグネトロンスパッタ、DC出力:2kW、Ar:50sccm、O2:10sccm、スパッタ圧:5Pa、スパッタ時間:300secの条件下で、それぞれガラス基板(BK-7)上にNb酸化膜(NbOx膜)を成膜した。得られた酸化膜の膜厚を測定し、これを成膜時間で割ることで成膜速度(nm/sec)を求めた。また、各Nb酸化膜の屈折率を測定した。これらの測定・評価結果を表3に併せて示す。 Next, using each sputtering target (sputtering target made of a mixture of Nb and carbon) according to Example 3 and Comparative Example 3 described above, sputtering method: magnetron sputtering, DC output: 2 kW, Ar: 50 sccm, O 2 : An Nb oxide film (NbO x film) was formed on the glass substrate (BK-7) under the conditions of 10 sccm, sputtering pressure: 5 Pa, and sputtering time: 300 sec. The film thickness of the obtained oxide film was measured, and this was divided by the film formation time to obtain the film formation rate (nm / sec). Further, the refractive index of each Nb oxide film was measured. These measurement / evaluation results are also shown in Table 3.
表3から明らかなように、所定量の炭素を含有するNbターゲットは、Nb単体のターゲットに比べて成膜速度が向上していることが分かる。ただし、所定量の炭素を含有するNbターゲットであっても、相対密度が低すぎると成膜速度が低下してしまうため、ターゲットの相対密度は50%以上とすることが好ましい。一方、Nbターゲットの炭素含有量が多すぎる(炭素含有量>50質量%)と、得られるNb酸化膜の屈折率が低下し、光学薄膜(例えば反射防止膜の高屈折率膜)としての特性が劣化してしまう。 As is clear from Table 3, it can be seen that the Nb target containing a predetermined amount of carbon has an improved film forming rate as compared with the Nb target alone. However, even in the case of an Nb target containing a predetermined amount of carbon, if the relative density is too low, the film formation rate is lowered. Therefore, the relative density of the target is preferably 50% or more. On the other hand, if the Nb target has too much carbon content (carbon content> 50% by mass), the refractive index of the obtained Nb oxide film decreases, and the characteristics as an optical thin film (for example, a high refractive index film of an antireflection film). Will deteriorate.
実施例4、比較例4
まず、純度が3NのNb粉末とNbC粉末とを用意し、これらをターゲット中の炭素含有量が表2に示す値となるようにそれぞれ混合した。Nb粉末とNbC粉末との混合は、それぞれボールミルを用いて6時間以上実施した。次に、これら混合粉末をカーボン型内に充填してホットプレス装置にセットし、表4に示す焼結温度および焼結時間でそれぞれ加圧焼結した。焼結時の圧力は20MPaとし、また焼結雰囲気は1×10-3Pa以下の真空雰囲気とした。
Example 4 and Comparative Example 4
First, Nb powder and NbC powder having a purity of 3N were prepared, and these were mixed so that the carbon content in the target was a value shown in Table 2. The mixing of the Nb powder and the NbC powder was carried out for 6 hours or more using a ball mill. Next, these mixed powders were filled into a carbon mold, set in a hot press apparatus, and pressure sintered at the sintering temperature and sintering time shown in Table 4, respectively. The pressure during sintering was 20 MPa, and the sintering atmosphere was a vacuum atmosphere of 1 × 10 −3 Pa or less.
このようにして得たターゲット素材(Taと炭素との混合焼結体)を、それぞれ直径500mm×厚さ5mmの形状に機械加工した後、Cu製バッキングプレートにろう付け接合することによって、目的とする酸化膜形成用スパッタリングターゲットをそれぞれ得た。表4中の比較例4によるスパッタリングターゲットは、炭素含有量を本発明の範囲外とする以外は同様にして作製したものである。なお、各スパッタリングターゲットの密度(アルキメデス法により測定)は表4に示す通りであった。 The target material (mixed sintered body of Ta and carbon) thus obtained was machined into a shape of 500 mm in diameter and 5 mm in thickness, and then brazed and joined to a Cu backing plate. A sputtering target for forming an oxide film was obtained. The sputtering target according to Comparative Example 4 in Table 4 was produced in the same manner except that the carbon content was outside the scope of the present invention. In addition, the density (measured by Archimedes method) of each sputtering target was as shown in Table 4.
次に、上述した実施例4および比較例4による各スパッタリングターゲット(Nbと炭素との混合物からなるスパッタリングターゲット)を用いて、スパッタ方式:マグネトロンスパッタ、DC出力:2kW、Ar:50sccm、O2:10sccm、スパッタ圧:5Pa、スパッタ時間:300secの条件下で、それぞれガラス基板(BK-7)上にNb酸化膜(NbOx膜)を成膜した。得られた酸化膜の膜厚を測定し、これを成膜時間で割ることで成膜速度(nm/sec)を求めた。また、各Nb酸化膜の屈折率を測定した。これらの測定・評価結果を表4に併せて示す。 Next, using each sputtering target (sputtering target made of a mixture of Nb and carbon) according to Example 4 and Comparative Example 4 described above, sputtering method: magnetron sputtering, DC output: 2 kW, Ar: 50 sccm, O 2 : An Nb oxide film (NbO x film) was formed on the glass substrate (BK-7) under the conditions of 10 sccm, sputtering pressure: 5 Pa, and sputtering time: 300 sec. The film thickness of the obtained oxide film was measured, and this was divided by the film formation time to obtain the film formation rate (nm / sec). Further, the refractive index of each Nb oxide film was measured. These measurement / evaluation results are also shown in Table 4.
実施例5、比較例5
まず、純度が3NのSi粉末と炭素粉末とを用意し、これらをターゲット中の炭素含有量が表5に示す値となるようにそれぞれ混合した。Si粉末と炭素粉末との混合は、それぞれボールミルを用いて6時間以上実施した。次に、これら混合粉末をカーボン型内に充填してホットプレス装置にセットし、表5に示す焼結温度および焼結時間でそれぞれ加圧焼結した。焼結時の圧力は20MPaとし、また焼結雰囲気は1×10-3Pa以下の真空雰囲気とした。
Example 5, Comparative Example 5
First, Si powder having a purity of 3N and carbon powder were prepared, and these were mixed so that the carbon content in the target was a value shown in Table 5. Mixing of the Si powder and the carbon powder was performed for 6 hours or more using a ball mill. Next, these mixed powders were filled in a carbon mold, set in a hot press apparatus, and sintered under pressure at the sintering temperature and sintering time shown in Table 5, respectively. The pressure during sintering was 20 MPa, and the sintering atmosphere was a vacuum atmosphere of 1 × 10 −3 Pa or less.
このようにして得たターゲット素材(Siと炭素との混合焼結体)を、それぞれ直径500mm×厚さ5mmの形状に機械加工した後、Cu製バッキングプレートにろう付け接合することによって、目的とする酸化膜形成用スパッタリングターゲットをそれぞれ得た。表5中の比較例5によるスパッタリングターゲットは、炭素含有量を本発明の範囲外とする以外は同様にして作製したものである。なお、各スパッタリングターゲットの密度(アルキメデス法により測定)は表5に示す通りであった。 The target material (mixed sintered body of Si and carbon) thus obtained was machined into a shape of 500 mm in diameter and 5 mm in thickness, and then brazed and joined to a Cu backing plate. A sputtering target for forming an oxide film was obtained. The sputtering target according to Comparative Example 5 in Table 5 was produced in the same manner except that the carbon content was outside the scope of the present invention. In addition, the density (measured by Archimedes method) of each sputtering target was as shown in Table 5.
次に、上述した実施例5および比較例5による各スパッタリングターゲット(Siと炭素との混合物からなるスパッタリングターゲット)を用いて、スパッタ方式:マグネトロンスパッタ、DC出力:2kW、Ar:50sccm、O2:10sccm、スパッタ圧:5Pa、スパッタ時間:300secの条件下で、それぞれガラス基板(BK-7)上にSi酸化膜(SiOx膜)を成膜した。得られた酸化膜の膜厚を測定し、これを成膜時間で割ることで成膜速度(nm/sec)を求めた。また、各Si酸化膜の屈折率を測定した。これらの測定・評価結果を表5に併せて示す。 Next, using each sputtering target (sputtering target made of a mixture of Si and carbon) according to Example 5 and Comparative Example 5 described above, sputtering method: magnetron sputtering, DC output: 2 kW, Ar: 50 sccm, O 2 : A Si oxide film (SiO x film) was formed on the glass substrate (BK-7) under the conditions of 10 sccm, sputtering pressure: 5 Pa, and sputtering time: 300 sec. The film thickness of the obtained oxide film was measured, and this was divided by the film formation time to obtain the film formation rate (nm / sec). Moreover, the refractive index of each Si oxide film was measured. These measurement and evaluation results are also shown in Table 5.
表5から明らかなように、所定量の炭素を含有するSiターゲットは、DCスパッタを良好に適用することができ、かつSi単体のターゲットに比べて成膜速度が向上していることが分かる。ただし、所定量の炭素を含有するSiターゲットであっても、相対密度が低すぎると成膜速度が低下してしまうため、ターゲットの相対密度は50%以上とすることが好ましい。一方、Siターゲットの炭素含有量が多すぎる(炭素含有量>50質量%)と、Si酸化膜の屈折率が低下し、光学薄膜(例えば反射防止膜の低屈折率膜)としての特性が低下してしまう。 As is apparent from Table 5, it can be seen that the Si target containing a predetermined amount of carbon can be applied with DC sputtering well, and the film formation rate is improved as compared with the target of Si alone. However, even if it is a Si target containing a predetermined amount of carbon, if the relative density is too low, the film formation rate is lowered, so the relative density of the target is preferably 50% or more. On the other hand, when the carbon content of the Si target is too high (carbon content> 50 mass%), the refractive index of the Si oxide film decreases and the characteristics as an optical thin film (for example, a low refractive index film of an antireflection film) decrease. Resulting in.
実施例6、比較例6
まず、純度が3NのSi粉末とSiC粉末とを用意し、これらをターゲット中の炭素含有量が表6に示す値となるようにそれぞれ混合した。Si粉末とSiC粉末との混合は、それぞれボールミルを用いて6時間以上実施した。次に、これら混合粉末をカーボン型内に充填してホットプレス装置にセットし、表6に示す焼結温度および焼結時間でそれぞれ加圧焼結した。焼結時の圧力は20MPaとし、また焼結雰囲気は1×10-3Pa以下の真空雰囲気とした。
Example 6 and Comparative Example 6
First, Si powder and SiC powder with a purity of 3N were prepared, and these were mixed so that the carbon content in the target would be the value shown in Table 6. The mixing of the Si powder and the SiC powder was performed for 6 hours or more using a ball mill. Next, these mixed powders were filled into a carbon mold, set in a hot press apparatus, and pressure-sintered at the sintering temperature and sintering time shown in Table 6, respectively. The pressure during sintering was 20 MPa, and the sintering atmosphere was a vacuum atmosphere of 1 × 10 −3 Pa or less.
このようにして得たターゲット素材(Siと炭素との混合焼結体)を、それぞれ直径500mm×厚さ5mmの形状に機械加工した後、Cu製バッキングプレートにろう付け接合することによって、目的とする酸化膜形成用スパッタリングターゲットをそれぞれ得た。表6中の比較例6によるスパッタリングターゲットは、炭素含有量を本発明の範囲外とする以外は同様にして作製したものである。なお、各スパッタリングターゲットの密度(アルキメデス法により測定)は表6に示す通りであった。 The target material (mixed sintered body of Si and carbon) thus obtained was machined into a shape of 500 mm in diameter and 5 mm in thickness, and then brazed and joined to a Cu backing plate. A sputtering target for forming an oxide film was obtained. The sputtering target according to Comparative Example 6 in Table 6 was produced in the same manner except that the carbon content was outside the scope of the present invention. In addition, the density (measured by Archimedes method) of each sputtering target was as shown in Table 6.
次に、上述した実施例6および比較例6による各スパッタリングターゲット(Siと炭素との混合物からなるスパッタリングターゲット)を用いて、スパッタ方式:マグネトロンスパッタ、DC出力:2kW、Ar:50sccm、O2:10sccm、スパッタ圧:5Pa、スパッタ時間:300secの条件下で、それぞれガラス基板(BK-7)上にSi酸化膜(SiOx膜)を成膜した。得られた酸化膜の膜厚を測定し、これを成膜時間で割ることで成膜速度(nm/sec)を求めた。また、各Si酸化膜の屈折率を測定した。これらの測定・評価結果を表6に併せて示す。 Next, using the sputtering targets (sputtering targets made of a mixture of Si and carbon) according to Example 6 and Comparative Example 6 described above, sputtering method: magnetron sputtering, DC output: 2 kW, Ar: 50 sccm, O 2 : A Si oxide film (SiO x film) was formed on the glass substrate (BK-7) under the conditions of 10 sccm, sputtering pressure: 5 Pa, and sputtering time: 300 sec. The film thickness of the obtained oxide film was measured, and this was divided by the film formation time to obtain the film formation rate (nm / sec). Moreover, the refractive index of each Si oxide film was measured. These measurement and evaluation results are also shown in Table 6.
Claims (7)
前記元素と、1〜50質量%の範囲の炭素とから実質的になることを特徴とする酸化膜形成用スパッタリングターゲット。 A sputtering target for forming an oxide film of at least one element selected from Ta, Nb, Ti, Zr, Hf, Al, Y, Si, Mg and Ca,
A sputtering target for forming an oxide film, characterized by substantially consisting of the element and carbon in the range of 1 to 50% by mass.
前記ターゲットは前記炭素を10〜40質量%の範囲で含有することを特徴とする酸化膜形成用スパッタリングターゲット。 The sputtering target according to claim 1, wherein
The said target contains the said carbon in 10-40 mass%, The sputtering target for oxide film formation characterized by the above-mentioned.
相対密度が50%以上の焼結材を具備することを特徴とする酸化膜形成用スパッタリングターゲット。 In the sputtering target for forming an oxide film according to claim 1 or 2,
A sputtering target for forming an oxide film, comprising a sintered material having a relative density of 50% or more.
光学薄膜の形成用ターゲットとして用いられることを特徴とする酸化膜形成用スパッタリングターゲット。 In the sputtering target according to any one of claims 1 to 3,
A sputtering target for forming an oxide film, which is used as a target for forming an optical thin film.
請求項1ないし請求項3のいずれか1項記載の酸化膜形成用スパッタリングターゲットを用いて、酸素を含む雰囲気中でスパッタ成膜する工程を具備することを特徴とする酸化膜の製造方法。 In forming an oxide film of at least one element selected from Ta, Nb, Ti, Zr, Hf, Al, Y, Si, Mg and Ca,
A method for producing an oxide film, comprising the step of performing sputtering film formation in an atmosphere containing oxygen using the oxide film-forming sputtering target according to any one of claims 1 to 3.
前記酸化膜は光学薄膜であることを特徴とする酸化膜の製造方法。 In the manufacturing method of the oxide film according to claim 5,
The method of manufacturing an oxide film, wherein the oxide film is an optical thin film.
前記酸化膜は反射防止膜の構成膜であることを特徴とする酸化膜の製造方法。 In the manufacturing method of the oxide film according to claim 5,
The method of manufacturing an oxide film, wherein the oxide film is a constituent film of an antireflection film.
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