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JP5665112B2 - Sputter deposition method - Google Patents

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JP5665112B2
JP5665112B2 JP2010074977A JP2010074977A JP5665112B2 JP 5665112 B2 JP5665112 B2 JP 5665112B2 JP 2010074977 A JP2010074977 A JP 2010074977A JP 2010074977 A JP2010074977 A JP 2010074977A JP 5665112 B2 JP5665112 B2 JP 5665112B2
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Description

本発明は、スパッタ成膜方法に関し、特に、LaB膜のスパッタ成膜方法に関する。 The present invention relates to a sputter film forming method, and more particularly to a LaB 6 film sputter film forming method.

一般に、この種のLaB膜は、低い仕事関数を有し、高い電子放出効率を有しているため、種々の光源の陰極体の電極材料として使用されている。 In general, this type of LaB 6 film has a low work function and a high electron emission efficiency, and is therefore used as an electrode material for the cathode body of various light sources.

このようなLaB膜を陰極体材料として用いたプラズマディスプレイ用放電陰極装置が特許文献1に記載されている。特許文献1に記載された放電陰極装置は、ガラス基板上に、下地電極として形成されたアルミニウム層と、アルミニウム層上に形成されたLaB層を有している。特許文献1では、アルミニウム層をスパッタリング法、真空蒸着法、或いはイオンプレーティング法により、所定温度に保たれたガラス基板上に形成し、他方、LaB層をアルミニウム層上にスパッタリング法等により形成している。 Patent Document 1 describes a discharge cathode device for a plasma display using such a LaB 6 film as a cathode body material. The discharge cathode device described in Patent Document 1 has an aluminum layer formed as a base electrode on a glass substrate and a LaB 6 layer formed on the aluminum layer. In Patent Document 1, an aluminum layer is formed on a glass substrate kept at a predetermined temperature by a sputtering method, a vacuum deposition method, or an ion plating method, while a LaB 6 layer is formed on the aluminum layer by a sputtering method or the like. doing.

このように、特許文献1は、LaB層をスパッタリング法により形成することを開示しているが、平坦なガラス基板にアルミニウム層及びLaB層をスパッタリングにより形成することを前提としている。このため、特許文献1の技術は、複雑な形状、例えば、凹凸のある円筒状カップ形状を有する冷陰極体等には適用できない。また、特許文献1は、ガラス基板以外の材料に、アルミニウムを介することなく、LaB層を密着性良く形成することについて開示していない。更に、特許文献1は、円筒状カップ形状の冷陰極体における電子放出効率を向上させることについても指摘していない。 Thus, Patent Document 1 discloses the formation by sputtering LaB 6 layer, it is assumed that the formation by sputtering an aluminum layer and LaB 6 layer on a flat glass substrate. For this reason, the technique of Patent Document 1 cannot be applied to a cold cathode body having a complicated shape, for example, an uneven cylindrical cup shape. Further, Patent Document 1, a material other than glass substrate, without using aluminum, does not disclose the adhesion good form LaB 6 layers. Furthermore, patent document 1 does not point out improving the electron emission efficiency in the cold cathode body having a cylindrical cup shape.

特開平5−250994号公報JP-A-5-250994 WO/2009/035074WO / 2009/035074

本発明者等は、特許文献2において、回転マグネット型マグネトロンスパッタ装置を用いて、希土類元素のホウ化物の膜をタングステン又はモリブデン等の電極部材上にスパッタにより形成することを提案した。   The present inventors have proposed in Patent Document 2 that a rare-earth element boride film is formed on an electrode member such as tungsten or molybdenum by sputtering using a rotating magnet type magnetron sputtering apparatus.

具体的に云えば、特許文献2は、回転マグネット型マグネトロンスパッタ装置を使用して、タングステン又はモリブデンを主成分とする円筒状カップ形状の陰極部材に、希土類元素のホウ化物(特に、LaB、LaB)の膜を形成する陰極体の製造方法を開示している。この場合、回転マグネット型マグネトロンスパッタ装置は、ターゲットとして、LaBを主成分とする焼結体を用いる共に、当該ターゲットと対向して、円筒状カップ形状の陰極部材を搭載した陰極体製造用治具を処理室内に配置しておき、この状態で回転磁石群を回転させることにより、ターゲット上の磁場パターンを回転磁石軸方向に移動させている。これによって、ターゲット上のプラズマ領域を時間と共に、回転軸方向に連続的に移動させ、プラズマ領域によってターゲットを連続的にスパッタして、処理室内の陰極部材上に、LaB膜を連続的に形成できる。即ち、特許文献2では、陰極体製造治具に搭載された円筒状カップ形状の陰極部材上に、LaB膜を成膜することができる。回転マグネット型マグネトロンスパッタ装置によるLaB膜の成膜は、処理室内に、アルゴンプラズマを発生させた状態で、LaBを含むターゲットをスパッタリングすることによって行われている。 More specifically, Patent Document 2 uses a rotating magnet type magnetron sputtering apparatus to apply a rare earth element boride (particularly LaB 4) to a cylindrical cup-shaped cathode member mainly composed of tungsten or molybdenum. A method for producing a cathode body for forming a LaB 6 ) film is disclosed. In this case, the rotating magnet type magnetron sputtering apparatus uses a sintered body mainly composed of LaB 6 as a target, and is a cathode body manufacturing jig equipped with a cylindrical cup-shaped cathode member facing the target. The tool is placed in the processing chamber, and the magnetic field pattern on the target is moved in the direction of the rotating magnet axis by rotating the rotating magnet group in this state. As a result, the plasma region on the target is continuously moved in the direction of the rotation axis with time, and the target is continuously sputtered by the plasma region to continuously form a LaB 6 film on the cathode member in the processing chamber. it can. That is, in Patent Document 2, a LaB 6 film can be formed on a cylindrical cup-shaped cathode member mounted on a cathode body manufacturing jig. The LaB 6 film is formed by the rotating magnet type magnetron sputtering apparatus by sputtering a target containing LaB 6 in a state where argon plasma is generated in the processing chamber.

また、特許文献2は、スパッタリングによるLaB膜の最適条件を検証するために、配向性(XRD測定)及び抵抗率の測定を行っている。即ち、LaB膜のスパッタリングによる成膜条件として、成膜前に、90mTorr(12Pa)、RF300Wのアルゴン(Ar)プラズマで電極材表面をクリーニングした後、処理室の圧力を20mTorr(2.7Pa)付近(Arプラズマで電子温度1.9eV程度、イオン照射エネルギー10eV程度)でスパッタリングを行い、比抵抗が最小となることが記載されている。 Further, Patent Document 2 measures the orientation (XRD measurement) and resistivity in order to verify the optimum conditions of the LaB 6 film by sputtering. That is, as a film forming condition by sputtering of the LaB 6 film, the surface of the electrode material is cleaned with argon (Ar) plasma of 90 mTorr (12 Pa) and RF 300 W before film formation, and then the pressure in the processing chamber is set to 20 mTorr (2.7 Pa) It is described that sputtering is performed in the vicinity (Ar plasma with an electron temperature of about 1.9 eV, ion irradiation energy of about 10 eV), and the specific resistance is minimized.

成膜されたLaB膜をXRD測定した結果、回転マグネット型マグネトロンスパッタ装置によってスパッタ成膜されたLaB膜は、膜質が優れていることが記載されている。 The deposited LaB 6 film results of XRD measurement of, LaB 6 film by sputtering by rotary magnet type magnetron sputtering apparatus, it is described that the film quality is excellent.

更に、LaB膜における結晶面(100)のピーク強度およびシート抵抗の圧力依存性についても検討がなされている。即ち、規格化イオン照射量(Ar+/LaB)を1程度から20程度まで変化させたときの結晶面(100)ピーク強度とシート抵抗の変化が、RF−DC結合放電により、イオン照射エネルギーを10eV程度以下に抑えて規格化イオン照射量を5〜17程度まで増加させると、抵抗は下がり(比抵抗値で、300〜400μΩcm)、結晶性も向上することが指摘されている。 Further, the pressure dependence of the crystal plane (100) peak intensity and the sheet resistance in the LaB 6 film has been studied. That is, when the normalized ion irradiation amount (Ar + / LaB 6 ) is changed from about 1 to about 20, the change in the crystal plane (100) peak intensity and the sheet resistance is caused by the ion-irradiation energy by the RF-DC coupled discharge. It has been pointed out that when the normalized ion irradiation dose is increased to about 5 to 17 while being suppressed to about 10 eV or less, the resistance is lowered (specific resistance is 300 to 400 μΩcm) and the crystallinity is also improved.

しかしながら、本発明者等の研究によれば、円筒状カップ形状の陰極部材がタングステンによって形成されている場合、LaB膜の結晶性を更に改善する必要があり、LaB膜の剥離も生じることが判明した。 However, according to the study by the present inventors, if the cathode member of cylindrical cup shape is formed by the tungsten, it is necessary to improve further the crystallinity of the LaB 6 film, causing peeling of the LaB 6 film There was found.

本発明の目的は、結晶性を更に改善できると共に、剥離も少ないLaB膜の成膜方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a method for forming a LaB 6 film that can further improve crystallinity and also has less peeling.

本発明者等の知見によれば、スパッタリングをアルゴン(Ar)のみを含む雰囲気で行った場合、LaB膜が剥離し易くなり、且つ、LaB膜の結晶性も悪くなることが判明した。 According to the knowledge of the present inventors, it has been found that when sputtering is performed in an atmosphere containing only argon (Ar), the LaB 6 film is easily peeled off and the crystallinity of the LaB 6 film is also deteriorated.

上記した知見に基づき、本発明者等は、雰囲気に窒素ガス(N)を添加することにより、LaB膜の結晶性を改善できることを見出した。 Based on the above findings, the present inventors have found that the crystallinity of the LaB 6 film can be improved by adding nitrogen gas (N 2 ) to the atmosphere.

即ち、本発明の第1の態様によれば、LaBターゲットを用意し、窒素ガスを添加した雰囲気で前記LaBターゲットをスパッタして、LaB膜を基体上に成膜することを特徴とするスパッタ成膜方法が得られる。 That is, according to the first aspect of the present invention, a LaB 6 target is prepared, and the LaB 6 target is sputtered in an atmosphere to which nitrogen gas is added to form a LaB 6 film on a substrate. A sputter film forming method is obtained.

本発明の第2の態様によれば、第1の態様において、前記基体は、タングステン又はモリブデンと希土類元素の酸化物を含む材料によって形成されていることを特徴とするスパッタ成膜方法が得られる。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a sputtering film forming method according to the first aspect, wherein the substrate is formed of a material containing tungsten or molybdenum and an oxide of a rare earth element. .

本発明の第3の態様によれば、第2の態様において、前記希土類元素の酸化物は、La、ThO、及び、Yからなる群から選択された少なくとも一つの酸化物であることを特徴とするスパッタ成膜方法が得られる。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the rare earth element oxide is at least one oxide selected from the group consisting of La 2 O 3 , ThO 2 , and Y 2 O 3. Thus, a sputter film forming method characterized by being a product can be obtained.

本発明によれば、窒素を含むと共に、円筒状カップ形状の基体に対して結晶性に優れ、且つ、剥離の少ないLaB膜を成膜できる製造方法が得られる。 According to the present invention, there can be obtained a production method capable of forming a LaB 6 film containing nitrogen and having excellent crystallinity and little peeling with respect to a cylindrical cup-shaped substrate.

本発明に使用される回転マグネット式マグネトロンスパッタ装置を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the rotating magnet type magnetron sputtering device used for this invention. 図1に示されたマグネトロンスパッタ装置を用いて成膜されたLaB膜を有する陰極体を説明する断面図である。It is a cross-sectional view illustrating a cathode body having the formed LaB 6 film using a magnetron sputtering apparatus shown in FIG. (A)〜(D)は本発明の一実施例に係るプロセスを順に説明するための概略図である。(A)-(D) are the schematic for demonstrating in order the process which concerns on one Example of this invention. 本発明の一実施例に係るスパッタ成膜方法によって得られたLaB膜の分析結果を説明するグラフである。Is a graph illustrating the analysis result of the obtained LaB 6 film by sputtering method according to an embodiment of the present invention.

図1は、本発明に係るLaB膜スパッタ成膜に使用される回転マグネット式マグネトロンスパッタ装置の一例を示す図であり、図2は、本発明に係るスパッタ成膜方法を用いて、陰極体を製造する場合を説明するための図である。 FIG. 1 is a diagram showing an example of a rotating magnet type magnetron sputtering apparatus used for LaB 6 film sputtering film formation according to the present invention, and FIG. 2 shows a cathode body using the sputtering film formation method according to the present invention. It is a figure for demonstrating the case where it manufactures.

図1に示された回転マグネット式マグネトロンスパッタ装置は、ターゲット1、多角形形状(例えば、正16角形形状)の柱状回転軸2、柱状回転軸2の表面に螺旋状に貼り付けた複数の螺旋状板磁石群を含む回転磁石群3、回転磁石群3を囲むように、当該回転磁石群3の外周に配置した固定外周板磁石4、固定外周板磁石4に対して、ターゲット1とは反対側に設けられた外周常磁性体5を備えている。更に、ターゲット1には、バッキングプレート6が接着され、柱状回転軸2及び螺旋状板磁石群3のターゲット1側以外の部分は常磁性体15によって覆われ、更に、常磁性体15はハウジング7によって覆われている。   The rotating magnet type magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 1 includes a target 1, a polygonal shape (for example, a regular hexagonal shape) columnar rotating shaft 2, and a plurality of spirals attached spirally to the surface of the columnar rotating shaft 2. In contrast to the target 1 with respect to the fixed outer peripheral plate magnet 4 and the fixed outer peripheral plate magnet 4 arranged on the outer periphery of the rotating magnet group 3 so as to surround the rotating magnet group 3 and the rotating magnet group 3. An outer peripheral paramagnetic member 5 is provided on the side. Further, a backing plate 6 is bonded to the target 1, and portions other than the columnar rotating shaft 2 and the spiral plate magnet group 3 other than the target 1 side are covered with a paramagnetic material 15. Covered by.

固定外周板磁石4は、ターゲット1から見ると、螺旋状板磁石群によって構成された回転磁石群3を囲んだ構造をなし、ここでは、ターゲット2の側がS極となるように磁化されている。固定外周板磁石4と、螺旋状板磁石群の各板磁石はNd -Fe-B系焼結磁石によって形成されている。   When viewed from the target 1, the fixed outer peripheral plate magnet 4 has a structure surrounding the rotating magnet group 3 constituted by a spiral plate magnet group, and is magnetized so that the side of the target 2 becomes an S pole. . The fixed outer peripheral plate magnet 4 and each plate magnet of the spiral plate magnet group are formed of Nd—Fe—B based sintered magnets.

更に、図示された処理室内の空間11には、プラズマ遮蔽部材16が設けられている。また、図示された例では、被処理基体として陰極体製造用治具19がターゲット2に対向するように設置されている。陰極体製造用治具19には、円筒状カップ形状の陰極部材30が複数取り付けられている。   Further, a plasma shielding member 16 is provided in the space 11 in the illustrated processing chamber. Further, in the illustrated example, a cathode body manufacturing jig 19 is installed as a substrate to be processed so as to face the target 2. A plurality of cylindrical cup-shaped cathode members 30 are attached to the cathode body manufacturing jig 19.

プラズマ遮蔽部材16は柱状回転軸2の軸方向に延在し、ターゲット1を陰極製造用治具19に対して開口するスリット18を規定している。プラズマ遮蔽部材16によって遮蔽されていない領域(即ち、スリット18によってターゲット1に対して開口された領域)は、磁場強度が強く高密度で低電子温度のプラズマが生成され、陰極製造用治具19に設けられた陰極部材30にチャージアップダメージやイオン照射ダメージが入らない領域であり、且つ、同時に成膜レートが速い領域である。この領域以外の領域をプラズマ遮蔽部材16によって遮蔽することで、成膜レートを実質的に落とすことなくダメージの入らない成膜が可能である。   The plasma shielding member 16 extends in the axial direction of the columnar rotating shaft 2 and defines a slit 18 that opens the target 1 with respect to the cathode manufacturing jig 19. In a region that is not shielded by the plasma shielding member 16 (that is, a region that is opened with respect to the target 1 by the slit 18), a high-density, low-electron temperature plasma is generated with a strong magnetic field strength, and a cathode manufacturing jig 19 This is a region where no charge-up damage or ion irradiation damage is applied to the cathode member 30 provided at the same time, and at the same time a region where the film formation rate is fast. By shielding the region other than this region with the plasma shielding member 16, it is possible to perform film formation without damage without substantially reducing the film formation rate.

また、バッキングプレート6には冷媒を通す冷媒通路8が形成されており、ハウジング7と処理室を形成する外壁14との間には、絶縁材9が設けられている。ハウジング7に接続されたフィーダ線12は、カバー13を介して外部に引き出されている。フィーダ線12には、DC電源、RF電源、及び、整合器(図示せず)が接続されている。   The backing plate 6 is formed with a refrigerant passage 8 through which a refrigerant passes, and an insulating material 9 is provided between the housing 7 and the outer wall 14 forming the processing chamber. The feeder line 12 connected to the housing 7 is drawn to the outside through the cover 13. A DC power source, an RF power source, and a matching unit (not shown) are connected to the feeder line 12.

この構成では、DC電源及びRF電源から、整合器、フィーダ線12及びハウジングを介してバッキングプレート6及びターゲット1へプラズマ励起電力が供給され、ターゲット1表面にプラズマが励起される。DC電力のみ、若しくは、RF電力のみでもプラズマの励起は可能であるが、膜質制御性や成膜速度制御性から、両方印加することが望ましい。また、RF電力の周波数は、通常数100kHzから数100MHzの間から選ばれるが、プラズマの高密度低電子温度化という点から高い周波数が望ましく、本実施例においては13.56MHzの周波数を使用している。   In this configuration, plasma excitation power is supplied from the DC power source and the RF power source to the backing plate 6 and the target 1 through the matching unit, the feeder line 12 and the housing, and the plasma is excited on the surface of the target 1. Plasma excitation is possible only with DC power or RF power alone, but it is desirable to apply both from the viewpoint of film quality controllability and film formation rate controllability. The frequency of the RF power is usually selected from several hundred kHz to several hundred MHz. However, a high frequency is desirable from the viewpoint of high density and low electron temperature of the plasma. In this embodiment, a frequency of 13.56 MHz is used. ing.

図1に示すように、処理室内の空間11内に設置された陰極体製造用治具19には、陰極部材を形成する円筒状カップ30が基体として複数個取り付けられている。   As shown in FIG. 1, a plurality of cylindrical cups 30 forming a cathode member are attached to a cathode body manufacturing jig 19 installed in a space 11 in a processing chamber as a base.

図2をも参照すると、陰極体製造用治具19は円筒状カップ30を支持する複数個の支持部32を有している。ここで、円筒状カップ30は、体積比で4%〜6%の酸化ランタン(La)を含むタングステンによって形成されている。図2に示されているように、円筒状カップ30は、円筒状電極部301と、当該円筒状電極部301の底部中央から、円筒状電極部301とは反対方向に引き出されたリード部302とを備え、この例の場合、円筒状電極部301とリード部302とは、例えば、MIM(Metal Injection Molding)等により一体化成形されているものとする。 Referring also to FIG. 2, the cathode body manufacturing jig 19 has a plurality of support portions 32 that support the cylindrical cup 30. Here, the cylindrical cup 30 is formed of tungsten containing 4% to 6% lanthanum oxide (La 2 O 3 ) by volume ratio. As shown in FIG. 2, the cylindrical cup 30 includes a cylindrical electrode portion 301 and a lead portion 302 that is pulled out from the center of the bottom of the cylindrical electrode portion 301 in a direction opposite to the cylindrical electrode portion 301. In this example, it is assumed that the cylindrical electrode portion 301 and the lead portion 302 are integrally formed by, for example, MIM (Metal Injection Molding) or the like.

陰極体製造用治具19の支持部32は、円筒状カップ30の円筒状電極部301を受け入れる大きさの開口部を規定する受容部321、受容部321よりも小径の孔を規定する鍔部322、及び、受容部321と鍔部322との間を接続する傾斜部323とを有している。図示されているように、円筒状電極部301は陰極体製造治具19の支持部32に挿入位置づけられている。即ち、円筒状電極部301のリード部302は陰極体製造治具19の鍔部322を通過し、円筒状電極部301の外側端部は陰極体製造治具19の傾斜部323に接触している。   The support part 32 of the cathode body manufacturing jig 19 includes a receiving part 321 that defines an opening having a size for receiving the cylindrical electrode part 301 of the cylindrical cup 30, and a flange part that defines a hole having a smaller diameter than the receiving part 321. 322 and an inclined portion 323 that connects the receiving portion 321 and the flange portion 322. As illustrated, the cylindrical electrode portion 301 is inserted into the support portion 32 of the cathode body manufacturing jig 19. That is, the lead portion 302 of the cylindrical electrode portion 301 passes through the flange portion 322 of the cathode body manufacturing jig 19, and the outer end portion of the cylindrical electrode portion 301 contacts the inclined portion 323 of the cathode body manufacturing jig 19. Yes.

ここで、図示された円筒状カップ30は、内径1.4mm、外径1.7mm、長さ4.2mmの円筒状電極部301を有している。一方、円筒状カップ30のリード部302の長さはたとえば1.0mm程度に短くしてもよい。   Here, the illustrated cylindrical cup 30 has a cylindrical electrode portion 301 having an inner diameter of 1.4 mm, an outer diameter of 1.7 mm, and a length of 4.2 mm. On the other hand, the length of the lead portion 302 of the cylindrical cup 30 may be shortened to about 1.0 mm, for example.

この例では、熱伝導性の良い耐火性金属であるタングステンに、仕事関数が2.8〜4.2eVと小さいLaを混合することによって円筒状カップ30を形成している。タングステンを使用することによって、円筒状カップ30に生じた熱を効率よく排出でき、また、仕事関数の小さい酸化ランタンを混合することによって、当該円筒状カップ30自体からも電子を放出することができる。尚、円筒状カップ30を形成する熱伝導性の高い金属として、タングステンの代わりに、モリブデン(Mo)を使用しても良い。 In this example, the cylindrical cup 30 is formed by mixing La 2 O 3 having a work function as small as 2.8 to 4.2 eV with tungsten, which is a refractory metal having good thermal conductivity. By using tungsten, heat generated in the cylindrical cup 30 can be efficiently discharged, and by mixing lanthanum oxide having a small work function, electrons can also be emitted from the cylindrical cup 30 itself. . Note that molybdenum (Mo) may be used in place of tungsten as a metal having high thermal conductivity for forming the cylindrical cup 30.

ここで、円筒状カップ30の製造方法について具体的に説明する。まず、Laを体積比で3%含有するタングステン合金粉末と、樹脂粉末と混合した。樹脂粉末としてはスチレンを使用し、タングステン合金粉末とスチレンとの混合比は体積比で0.5:1であった。次に、焼結助剤としてNiを微量添加してペレットを得た。このようにして得られたペレットを用いて、円筒状カップ形状の金型に、150℃の温度で射出成形(MIM)を行なうことによって、カップ形状の成形品を作製する。作製された成形品を水素雰囲気中で加熱することによって脱脂して、円筒状カップ30を得た。 Here, the manufacturing method of the cylindrical cup 30 is demonstrated concretely. First, a tungsten alloy powder containing 3% La 2 O 3 by volume and a resin powder were mixed. Styrene was used as the resin powder, and the mixing ratio of the tungsten alloy powder and styrene was 0.5: 1 by volume. Next, a small amount of Ni was added as a sintering aid to obtain pellets. A cup-shaped molded product is produced by performing injection molding (MIM) on a cylindrical cup-shaped mold at a temperature of 150 ° C. using the pellets thus obtained. The produced molded product was degreased by heating in a hydrogen atmosphere to obtain a cylindrical cup 30.

このようにして得られた円筒状カップ30を図1及び2に示された陰極製造用治具19に取り付け、ターゲット1としてLaB焼結体がセットされたマグネトロンスパッタ装置の処理室11に搬入した。 The cylindrical cup 30 thus obtained is attached to the cathode manufacturing jig 19 shown in FIGS. 1 and 2, and is carried into the processing chamber 11 of the magnetron sputtering apparatus in which a LaB 6 sintered body is set as the target 1. did.

ターゲット1としてLaB焼結体を用いた。LaB焼結体としては、窒素を微量含有するものを使用してもよい。 A LaB 6 sintered body was used as the target 1. As the LaB 6 sintered body, one containing a slight amount of nitrogen may be used.

上記したターゲット1と、円筒状カップ30を搭載した陰極製造用治具19とを対向した位置に移動させた後、処理室内11にアルゴン(Ar)に加えて、窒素ガス(N)を導入して20mTorr(2.7Pa)程度の圧力にし、陰極製造用治具19の温度を300℃まで加熱して、スパッタリングを行なった。 After moving the above-described target 1 and the cathode manufacturing jig 19 on which the cylindrical cup 30 is mounted, nitrogen gas (N 2 ) is introduced into the processing chamber 11 in addition to argon (Ar). Then, the pressure was set to about 20 mTorr (2.7 Pa) and the temperature of the cathode manufacturing jig 19 was heated to 300 ° C. to perform sputtering.

スパッタリングの結果得られた円筒状カップ30が図2に示されている。   A cylindrical cup 30 obtained as a result of sputtering is shown in FIG.

図2において、円筒状電極部302の深さと内径との比であるアスペクト比が1の領域には、厚いLaB膜341が形成され、陰極製造用治具19でより下側に位置する部分には、薄いLaB膜342が形成されている。更に、円筒状電極部302の内部底面には、非常に薄いLaB膜(底面LaB膜)343が形成されている。 In FIG. 2, a thick LaB 6 film 341 is formed in a region having an aspect ratio of 1 which is a ratio between the depth and the inner diameter of the cylindrical electrode portion 302, and is a lower portion of the cathode manufacturing jig 19. A thin LaB 6 film 342 is formed. Furthermore, a very thin LaB 6 film (bottom LaB 6 film) 343 is formed on the inner bottom surface of the cylindrical electrode portion 302.

図示された例では、厚いLaB膜341、薄いLaB膜342、及び、底面LaB膜343は、それぞれ300nm、60nm、及び10nmであった。 In the illustrated example, the thick LaB 6 film 341, the thin LaB 6 film 342, and the bottom LaB 6 film 343 were 300 nm, 60 nm, and 10 nm, respectively.

窒素含有雰囲気で、タングステンを主成分とする円筒状カップ30上に形成されたLaB膜は、窒素ガスを含有しない雰囲気で形成されたLaB膜に比較して結晶性において優れていることが確認された。 The LaB 6 film formed on the cylindrical cup 30 containing tungsten as a main component in a nitrogen-containing atmosphere is superior in crystallinity compared to the LaB 6 film formed in an atmosphere not containing nitrogen gas. confirmed.

次に、図3を参照して、本発明の一実施例によるプロセスを説明する。ここでは、図1に示された回転マグネット式マグネトロンスパッタ装置を用いた場合のプロセスについて説明する。   The process according to one embodiment of the present invention will now be described with reference to FIG. Here, the process when the rotating magnet type magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 1 is used will be described.

まず、図3に模式的に示された回転マグネット式マグネトロンスパッタ装置の処理室11内に、基体(ここでは、陰極製造用治具19に取り付けられた円筒状カップ30)を導入し(図3(A))、円筒状カップ30の表面を成膜前にクリーニングする。この場合、図3(B)に示すように、基体をターゲットと対向する位置まで移動させ、例えば、Arプラズマで90mTorr(12Pa)、RF300Wでプラズマクリーニングを行い、処理室11内をAr雰囲気に切換えてクリーニングを終了する(図3(C))。   First, a substrate (here, a cylindrical cup 30 attached to a cathode manufacturing jig 19) is introduced into the processing chamber 11 of the rotating magnet type magnetron sputtering apparatus schematically shown in FIG. 3 (FIG. 3). (A)) The surface of the cylindrical cup 30 is cleaned before film formation. In this case, as shown in FIG. 3B, the substrate is moved to a position facing the target, for example, 90 mTorr (12 Pa) with Ar plasma and plasma cleaning with RF 300 W are performed, and the inside of the processing chamber 11 is switched to an Ar atmosphere. Then, the cleaning is finished (FIG. 3C).

次に、図3(D)に示すように、回転マグネット式マグネトロンスパッタ装置の処理室11内に、窒素ガス(N2)を添加したアルゴン(Ar)を導入した状態で、LaBターゲットを用いてスパッタリングを行い、LaB膜の成膜を行う。この結果、基体(ここでは、円筒状カップを取り付けた陰極製造用治具)19の表面に窒素を含有したLaB6膜が成膜された。尚、このときの処理室11の圧力は50mTorr程度であり、圧力が高い程、LaB膜の結晶性が改善された。また、スパッタリング中、99.95体積%でアルゴンガスが、0.05体積%で窒素ガスが供給され、合計の流量は2000sccmであった。尚、窒素ガスの流量割合は、1体積%でもよく、0.01〜5体積%の範囲が望ましい。特に0.05〜1体積%が好ましい。スパッタのためのRF電力は800W、ターゲットにはDC300Vを印加した。 Next, as shown in FIG. 3D, a LaB 6 target is used with argon (Ar) added with nitrogen gas (N 2) introduced into the processing chamber 11 of the rotating magnet type magnetron sputtering apparatus. Sputtering is performed to form a LaB 6 film. As a result, a LaB6 film containing nitrogen was formed on the surface of the substrate (here, a cathode manufacturing jig with a cylindrical cup attached) 19. Note that the pressure in the processing chamber 11 at this time is about 50 mTorr, and the crystallinity of the LaB 6 film was improved as the pressure was increased. Further, during sputtering, 99.95% by volume of argon gas and 0.05% by volume of nitrogen gas were supplied, and the total flow rate was 2000 sccm. The flow rate of nitrogen gas may be 1% by volume, and is preferably in the range of 0.01-5% by volume. 0.05-1 volume% is especially preferable. The RF power for sputtering was 800 W, and DC 300 V was applied to the target.

LaB膜をスパッタ成膜した後、アニールするのが好ましい。アニール温度は400℃〜1000℃が好ましい。アニール時間は30分以上、3時間以下であればよい。アニールの雰囲気は不活性ガスがよい。 It is preferable to anneal after forming the LaB 6 film by sputtering. The annealing temperature is preferably 400 ° C to 1000 ° C. The annealing time may be 30 minutes or more and 3 hours or less. The atmosphere of annealing is preferably an inert gas.

図4を参照すると、窒素ガス含有雰囲気で形成されたLaB膜をXRDによって分析した結果が示されている。図4からも明らかな通り、窒素ガス含有雰囲気で形成されたLaB膜は(100)結晶面における結晶性が窒素ガスを含有しない雰囲気で形成されたLaB膜に比較して極めて良いことが分る。 Referring to FIG. 4, the result of analyzing the LaB 6 film formed in the nitrogen gas-containing atmosphere by XRD is shown. As is clear from FIG. 4, the LaB 6 film formed in the nitrogen gas-containing atmosphere is extremely good in terms of crystallinity in the (100) crystal plane compared to the LaB 6 film formed in the atmosphere not containing nitrogen gas. I understand.

更に、タングステンに対する密着性においても、窒素ガス含有雰囲気で形成されたLaB膜は窒素ガスを含有しない雰囲気で形成されたLaB膜よりも優れていることが判明した。 Further, also in adhesion to tungsten, LaB 6 film formed by a nitrogen gas-containing atmosphere has been found to be superior LaB 6 film formed in an atmosphere containing no nitrogen gas.

上に述べた実施例では、円筒状カップによって形成される基体として、Laを体積比で4−6%含むタングステン材料にLaB膜を成膜する場合について説明したが、本発明は何らこれに限定されることなく、種々の変形が可能である。 In the embodiment described above, the case where a LaB 6 film is formed on a tungsten material containing 4 to 6% by volume of La 2 O 3 as a base formed by a cylindrical cup has been described. Without being limited to this, various modifications are possible.

例えば、基体として、タングステン、モリブデン、シリコン、樹脂、ガラス、酸化珪素を使用しても、同様に、希土類元素のホウ化物を形成することができる。基体の形状についても、カップ状に限られず、平面状その他任意の形状のものを用いることができる。   For example, even when tungsten, molybdenum, silicon, resin, glass, or silicon oxide is used as the substrate, a rare earth element boride can be formed in the same manner. The shape of the substrate is not limited to the cup shape, and a flat shape or any other shape can be used.

また、基体として使用されるタングステン又はモリブデンには、ランタンオキサイドが含まれても良いし、或いは、La、ThO、及び、Yからなる群から選択された少なくとも一つが含まれていても良い。 The tungsten or molybdenum used as the substrate may contain lanthanum oxide, or at least one selected from the group consisting of La 2 O 3 , ThO 2 , and Y 2 O 3. It may be.

更に、成膜される希土類元素のホウ化物としては、LaBのほか、LaB、YbB、GaB、及び、CeBからなる群から選択された少なくとも一つのホウ化物であっても良い。 Furthermore, as the boride of a rare earth element to be formed, addition of LaB 6, LaB 4, YbB 6 , GaB 6, and may be at least one boride selected from the group consisting of CeB 6.

また窒素ガスを添加する雰囲気は、Arガスの代わりにKrやXe等の他の希ガス、またはこれらの混合ガスであってもよい。   Further, the atmosphere in which the nitrogen gas is added may be another rare gas such as Kr or Xe, or a mixed gas thereof, instead of the Ar gas.

以下、本発明の実施例を列挙しておく。   Examples of the present invention are listed below.

本発明の一実施例では、LaBターゲットを用意し、窒素ガスを添加した雰囲気で前記LaBターゲットをスパッタして、LaB膜を基体上に成膜することを特徴とするスパッタ成膜方法が得られる。 In one embodiment of the present invention, a LaB 6 target is prepared, and the LaB 6 target is sputtered in an atmosphere to which nitrogen gas is added to form a LaB 6 film on a substrate. Is obtained.

本発明の他の実施例では、前記窒素ガス添加雰囲気で、前記基体上に成膜された前記LaB膜は、前記窒素ガスを添加しない雰囲気で成膜されたLaB膜に比較して、高い結晶性を示すことを特徴とするスパッタ成膜方法が得られる。 In another embodiment of the present invention, the LaB 6 film formed on the substrate in the nitrogen gas addition atmosphere is compared with the LaB 6 film formed in an atmosphere without addition of the nitrogen gas, A sputter deposition method characterized by high crystallinity is obtained.

本発明の他の実施例では、前記基体をプラズマクリーニングした後、前記LaB膜を成膜することを特徴とするスパッタ成膜方法が得られる。 In another embodiment of the present invention, there is obtained a sputtering film forming method characterized in that the LaB 6 film is formed after the substrate is plasma-cleaned.

本発明の他の実施例では、前記雰囲気は窒素ガスを添加した希ガスからなることを特徴とするスパッタ成膜方法が得られる。   In another embodiment of the present invention, there is obtained a sputtering film forming method characterized in that the atmosphere is made of a rare gas to which nitrogen gas is added.

本発明の他の実施例では、前記窒素ガスの添加量は0.01〜5体積%、好ましくは0.05〜1体積%、であることを特徴とするスパッタ成膜方法が得られる。   In another embodiment of the present invention, there is obtained a sputter deposition method characterized in that the amount of nitrogen gas added is 0.01 to 5% by volume, preferably 0.05 to 1% by volume.

本発明の他の実施例では、前記基体は、タングステン、モリブデン、シリコン、樹脂、ガラス、及び酸化珪素のいずれか一つによって形成されていることを特徴とするスパッタ成膜方法が得られる。   In another embodiment of the present invention, there is obtained a sputter deposition method characterized in that the substrate is formed of any one of tungsten, molybdenum, silicon, resin, glass, and silicon oxide.

本発明の更に他の実施例では、前記タングステン又はモリブデンには、希土類元素の酸化物が含有されていることを特徴とするスパッタ成膜方法が得られる。   In still another embodiment of the present invention, there is obtained a sputter deposition method characterized in that the tungsten or molybdenum contains an oxide of a rare earth element.

本発明の他の実施例では、前記希土類元素の酸化物は、La、ThO、及び、Yからなる群から選択された少なくとも一つの酸化物であることを特徴とするスパッタ成膜方法が得られる。 In another embodiment of the present invention, the oxide of the rare earth element is at least one oxide selected from the group consisting of La 2 O 3 , ThO 2 , and Y 2 O 3. A sputter deposition method is obtained.

本発明の更に他の実施例では、円筒状カップ形状の陰極部材と、当該陰極部材の前記円筒状カップ部分に形成された窒素を含有する希土類元素のホウ化物膜とを有することを特徴とする陰極体が得られる。   Still another embodiment of the present invention is characterized by having a cylindrical cup-shaped cathode member and a rare earth element boride film containing nitrogen formed in the cylindrical cup portion of the cathode member. A cathode body is obtained.

本発明の他の実施例では、前記希土類元素のホウ化物膜は、LaB、LaB、YbB、GaB、及び、CeBからなる群から選択された少なくとも一つのホウ化物であることを特徴とする陰極体が得られる。 In another embodiment of the present invention, the rare earth element boride film is at least one boride selected from the group consisting of LaB 4 , LaB 6 , YbB 6 , GaB 6 , and CeB 6. A characteristic cathode body is obtained.

本発明の更に他の実施例では、上記した陰極体を含む蛍光管が得られる。   In still another embodiment of the present invention, a fluorescent tube including the above-described cathode body is obtained.

本発明は、液晶表示装置のバックライト光源として用いられている冷陰極蛍光管の冷陰極体として使用できる。   The present invention can be used as a cold cathode body of a cold cathode fluorescent tube used as a backlight light source of a liquid crystal display device.

1 ターゲット
2 柱状回転軸
3 回転磁石群
4 固定外周磁石
5 外周常磁性体
6 バッキングプレート
7 ハウジング
8 冷媒通路
9 絶縁材
11 処理室内の空間
12 フィーダ線
13 カバー
14 外壁
15 常磁性体
16 プラズマ遮蔽部材
18 スリット
19 陰極体製造用治具
30 円筒状カップ
301 円筒状電極部
302 リード部
321 受容部
322 鍔部
323 傾斜部
341 厚いLaB
342 薄いLaB
343 底面LaB
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Target 2 Columnar rotating shaft 3 Rotating magnet group 4 Fixed outer periphery magnet 5 Outer periphery paramagnetic body 6 Backing plate 7 Housing 8 Refrigerant passage 9 Insulating material 11 Space in processing chamber 12 Feeder wire 13 Cover 14 Outer wall 15 Paramagnetic body 16 Plasma shielding member 18 Slit 19 Cathode body manufacturing jig 30 Cylindrical cup 301 Cylindrical electrode part 302 Lead part 321 Receiving part 322 Gutter part 323 Inclined part 341 Thick LaB 6 film 342 Thin LaB 6 film 343 Bottom LaB 6 film

Claims (5)

LaBターゲットを用意し、窒素ガスを0.01〜5体積%添加した希ガス雰囲気で前記LaBターゲットをスパッタして、窒素ガスを添加しない希ガス雰囲気でスバッタした場合に比較して結晶性の優れたLaB膜を基体上に成膜することを特徴とするスパッタ成膜方法。 Compared with the case where a LaB 6 target is prepared, the LaB 6 target is sputtered in a rare gas atmosphere to which nitrogen gas is added in an amount of 0.01 to 5% by volume, and is sputtered in a rare gas atmosphere to which no nitrogen gas is added. A sputter film forming method characterized by forming a LaB 6 film excellent in the above on a substrate. 請求項1において、前記基体は、タングステン又はモリブデンと希土類元素の酸化物を含む材料によって形成されていることを特徴とするスパッタ成膜方法。   2. The sputter deposition method according to claim 1, wherein the substrate is formed of a material containing tungsten or molybdenum and an oxide of a rare earth element. 請求項2において、前記希土類元素の酸化物は、La、ThO、及び、Yからなる群から選択された少なくとも一つの酸化物であることを特徴とするスパッタ成膜方法。 3. The sputter deposition method according to claim 2, wherein the rare earth element oxide is at least one oxide selected from the group consisting of La 2 O 3 , ThO 2 , and Y 2 O 3. . 請求項1〜3の一において、前記希ガス雰囲気は窒素ガスを添加したArガス、Krガス、Xeガス、又はこれらの混合ガスからなることを特徴とするスパッタ成膜方法。 4. The sputter deposition method according to claim 1, wherein the rare gas atmosphere is made of Ar gas, Kr gas, Xe gas, or a mixed gas thereof to which nitrogen gas is added. 請求項1〜の一において、前記窒素ガスを添加した前記希ガスはアルゴンであることを特徴とするスパッタ成膜方法。 In one of claims 1-3, sputtering method, characterized in that the rare gas added to the nitrogen gas is argon.
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