JP2001140068A - 光学薄膜の成膜方法および成膜装置 - Google Patents
光学薄膜の成膜方法および成膜装置Info
- Publication number
- JP2001140068A JP2001140068A JP32625999A JP32625999A JP2001140068A JP 2001140068 A JP2001140068 A JP 2001140068A JP 32625999 A JP32625999 A JP 32625999A JP 32625999 A JP32625999 A JP 32625999A JP 2001140068 A JP2001140068 A JP 2001140068A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- target
- substrate
- gas
- shield
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 紫外波長領域まで広範囲に低吸収な金属フッ
化物膜等の光学薄膜を成膜する。 【解決手段】 真空槽１０内のターゲットＴと基板Ｗの
間に不導体のメッシュ１６を設けるとともに、ターゲッ
トＴの近傍に発生するプラズマＰの側方を囲むシールド
１７にＤＣバイアスを印加して、プラズマＰ中の二次電
子や、ガスシャワーヘッド１３から供給されるフッ素ガ
ス等の負イオンの運動方向を基板Ｗからそらすことで、
成膜中の光学薄膜に与えるダメージを低減する。
化物膜等の光学薄膜を成膜する。 【解決手段】 真空槽１０内のターゲットＴと基板Ｗの
間に不導体のメッシュ１６を設けるとともに、ターゲッ
トＴの近傍に発生するプラズマＰの側方を囲むシールド
１７にＤＣバイアスを印加して、プラズマＰ中の二次電
子や、ガスシャワーヘッド１３から供給されるフッ素ガ
ス等の負イオンの運動方向を基板Ｗからそらすことで、
成膜中の光学薄膜に与えるダメージを低減する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタリングに
よる光学薄膜の成膜方法および成膜装置に関するもので
ある。
よる光学薄膜の成膜方法および成膜装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来、反射防止膜等の光学薄膜を光学部
品等の基板に成膜する場合、材料を加熱し蒸発させて基
板に付着させる真空蒸着法が主流であった。この真空蒸
着法に対して、スパッタリングによる成膜方法は、自動
化・省力化・大面積基板への適応性、あるいはスパッタ
粒子のエネルギーが蒸着粒子に比べて１〜２桁高いこと
による低温成膜の可能性などの点で有利であることか
ら、近年では、スパッタリングによるコーティングが多
くなっている。
品等の基板に成膜する場合、材料を加熱し蒸発させて基
板に付着させる真空蒸着法が主流であった。この真空蒸
着法に対して、スパッタリングによる成膜方法は、自動
化・省力化・大面積基板への適応性、あるいはスパッタ
粒子のエネルギーが蒸着粒子に比べて１〜２桁高いこと
による低温成膜の可能性などの点で有利であることか
ら、近年では、スパッタリングによるコーティングが多
くなっている。
【０００３】また、光学薄膜を構成する物質としては、
ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 等の金属酸化物の他に、紫外波長
領域においても吸収が低い等の理由からＭｇＦ2 、Ｃａ
Ｆ2等の金属フッ化物が用いられている。
ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 等の金属酸化物の他に、紫外波長
領域においても吸収が低い等の理由からＭｇＦ2 、Ｃａ
Ｆ2等の金属フッ化物が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＭｇＦ
2 やＣａＦ2 等の金属フッ化物は、３００℃程度の基板
加熱を行ないながら真空蒸着する場合には、光吸収が少
なく、機械的強度の高い良質な光学薄膜を得られるのに
対して、スパッタリングでは、反応性ＤＣスパッタリン
グや、ＲＦスパッタリングにフッ素を含有するスパッタ
リングガスを用いた場合であっても、成膜した膜中にフ
ッ素原子が不足することによる光吸収が生じ易いという
未解決の課題がある。
2 やＣａＦ2 等の金属フッ化物は、３００℃程度の基板
加熱を行ないながら真空蒸着する場合には、光吸収が少
なく、機械的強度の高い良質な光学薄膜を得られるのに
対して、スパッタリングでは、反応性ＤＣスパッタリン
グや、ＲＦスパッタリングにフッ素を含有するスパッタ
リングガスを用いた場合であっても、成膜した膜中にフ
ッ素原子が不足することによる光吸収が生じ易いという
未解決の課題がある。
【０００５】例えば、特開平４−２８９１６５号公報に
は、金属フッ化物をスパッタする際のスパッタリングガ
スとして、不活性ガスとフッ素系ガスまたはフッ素原子
含有化合物ガスとの混合ガスを用いることが記載されて
いるが、この方法では可視光波長領域でさえ充分に低吸
収な薄膜が得られないことが確認されている（特開平９
−１０４９７６号公報参照）。
は、金属フッ化物をスパッタする際のスパッタリングガ
スとして、不活性ガスとフッ素系ガスまたはフッ素原子
含有化合物ガスとの混合ガスを用いることが記載されて
いるが、この方法では可視光波長領域でさえ充分に低吸
収な薄膜が得られないことが確認されている（特開平９
−１０４９７６号公報参照）。
【０００６】また、特開平９−１０４９７６号公報には
ターゲットを分子状に近い状態でスパッタする方法が開
示されており、特開平１０−１８３３３２号公報では成
膜プロセス中の水分圧を制御することによって低吸収化
をはかることが報告されているが、これらは、いずれも
可視光波長領域での低吸収化についての成膜方法であ
る。
ターゲットを分子状に近い状態でスパッタする方法が開
示されており、特開平１０−１８３３３２号公報では成
膜プロセス中の水分圧を制御することによって低吸収化
をはかることが報告されているが、これらは、いずれも
可視光波長領域での低吸収化についての成膜方法であ
る。
【０００７】本発明は上記従来の技術の有する未解決の
課題に鑑みてなされたものであり、可視光波長領域から
紫外波長領域まで広い範囲で低吸収である極めて高品質
な金属酸化物膜や金属フッ化物膜を成膜できる光学薄膜
の成膜方法および成膜装置を提供することを目的とする
ものである。
課題に鑑みてなされたものであり、可視光波長領域から
紫外波長領域まで広い範囲で低吸収である極めて高品質
な金属酸化物膜や金属フッ化物膜を成膜できる光学薄膜
の成膜方法および成膜装置を提供することを目的とする
ものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の光学薄膜の成膜方法は、反応室内で、ター
ゲットの近傍にスパッタリングガスを供給し、前記ター
ゲットから発生するスパッタ粒子を基板の近傍に供給さ
れた反応ガスと反応させて光学薄膜を成膜する成膜工程
を有し、前記ターゲットと前記基板の間の空間部の側方
に配設された側方部材にＤＣバイアス電力を供給するこ
とで、前記空間部に発生する二次電子と負イオンの運動
方向を制御することを特徴とする。
めに本発明の光学薄膜の成膜方法は、反応室内で、ター
ゲットの近傍にスパッタリングガスを供給し、前記ター
ゲットから発生するスパッタ粒子を基板の近傍に供給さ
れた反応ガスと反応させて光学薄膜を成膜する成膜工程
を有し、前記ターゲットと前記基板の間の空間部の側方
に配設された側方部材にＤＣバイアス電力を供給するこ
とで、前記空間部に発生する二次電子と負イオンの運動
方向を制御することを特徴とする。
【０００９】ターゲットが、金属ターゲットであるとよ
い。
い。
【００１０】反応ガスが、フッ素ガスを含むガスである
とよい。
とよい。
【００１１】本発明による成膜装置は、反応室内でター
ゲットおよび基板をそれぞれ保持するターゲット保持手
段および基板保持手段と、前記ターゲットの近傍にスパ
ッタリングガスを供給するスパッタリングガス供給手段
と、前記基板の近傍に反応ガスを供給する反応ガス供給
手段と、前記ターゲットと前記基板の間の空間部の側方
に配設された側方部材と、該側方部材にＤＣバイアス電
力を供給するＤＣバイアス電源を有することを特徴す
る。
ゲットおよび基板をそれぞれ保持するターゲット保持手
段および基板保持手段と、前記ターゲットの近傍にスパ
ッタリングガスを供給するスパッタリングガス供給手段
と、前記基板の近傍に反応ガスを供給する反応ガス供給
手段と、前記ターゲットと前記基板の間の空間部の側方
に配設された側方部材と、該側方部材にＤＣバイアス電
力を供給するＤＣバイアス電源を有することを特徴す
る。
【００１２】側方部材の外壁が不導体処理されていると
よい。
よい。
【００１３】ターゲットと基板の間の空間部が、不導体
の有孔仕切板によってプラズマ空間と反応空間に分離さ
れているとよい。
の有孔仕切板によってプラズマ空間と反応空間に分離さ
れているとよい。
【００１４】側方部材が、プラズマ空間を囲むシールド
であるとよい。
であるとよい。
【００１５】
【作用】反応性ＤＣスパッタリングによって成膜される
金属フッ化物等の光学薄膜の光吸収は、成膜中にプラズ
マの二次電子あるいは反応ガスから生じた負イオンがタ
ーゲットにおける陰極電位降下によって加速され、大き
な運動エネルギーで基板に入射して成膜中の膜にダメー
ジを与えることに起因することが判明した。そこで、基
板とターゲットの間の空間部の側方に設けたシールド等
の側方部材にＤＣバイアス電力を供給し、ダメージの原
因となる二次電子や負イオンの運動方向を基板からそら
せることで、特に紫外波長領域における吸収を低減す
る。
金属フッ化物等の光学薄膜の光吸収は、成膜中にプラズ
マの二次電子あるいは反応ガスから生じた負イオンがタ
ーゲットにおける陰極電位降下によって加速され、大き
な運動エネルギーで基板に入射して成膜中の膜にダメー
ジを与えることに起因することが判明した。そこで、基
板とターゲットの間の空間部の側方に設けたシールド等
の側方部材にＤＣバイアス電力を供給し、ダメージの原
因となる二次電子や負イオンの運動方向を基板からそら
せることで、特に紫外波長領域における吸収を低減す
る。
【００１６】反応性ＤＣスパッタリングにおける二次電
子や負イオンによるダメージを低減することで、紫外波
長領域から可視光波長領域まで広範囲に低吸収である高
品質な光学薄膜を実現できる。
子や負イオンによるダメージを低減することで、紫外波
長領域から可視光波長領域まで広範囲に低吸収である高
品質な光学薄膜を実現できる。
【００１７】シールドの外壁が不導体化されていれば、
ＤＣバイアスの効果を長時間安定維持し、低吸収で高性
能な光学薄膜を安定して成膜できるという利点がある。
ＤＣバイアスの効果を長時間安定維持し、低吸収で高性
能な光学薄膜を安定して成膜できるという利点がある。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。
いて説明する。
【００１９】図１は一実施の形態による成膜装置を示す
もので、これは、反応室である真空槽１０の下方に基板
Ｗを保持する基板保持手段が配置され、Ｍｇの金属ター
ゲットであるターゲットＴは、ターゲット保持手段であ
るマグネトロンカソード１１にビス止めされている。マ
グネトロンカソード１１は直流電源１１ａと接続され、
マグネトロンカソード１１の上面には、冷却水１１ｂが
流れている。真空槽１０内には、ターゲットＴの近傍へ
スパッタリングガスを導入するためのスパッタリンクガ
ス供給手段であるガスシャワーヘッド１２と、基板Ｗ側
へ反応ガスを導入するための反応ガス供給手段であるガ
スシャワーヘッド１３が設けられており、これらの導入
口１２ａ，１３ａから真空槽１０内に導入されるガスの
流量はマスフローコントロールシステム１４，１５によ
って制御され、真空槽１０内のガス圧が制御できるよう
になっている。
もので、これは、反応室である真空槽１０の下方に基板
Ｗを保持する基板保持手段が配置され、Ｍｇの金属ター
ゲットであるターゲットＴは、ターゲット保持手段であ
るマグネトロンカソード１１にビス止めされている。マ
グネトロンカソード１１は直流電源１１ａと接続され、
マグネトロンカソード１１の上面には、冷却水１１ｂが
流れている。真空槽１０内には、ターゲットＴの近傍へ
スパッタリングガスを導入するためのスパッタリンクガ
ス供給手段であるガスシャワーヘッド１２と、基板Ｗ側
へ反応ガスを導入するための反応ガス供給手段であるガ
スシャワーヘッド１３が設けられており、これらの導入
口１２ａ，１３ａから真空槽１０内に導入されるガスの
流量はマスフローコントロールシステム１４，１５によ
って制御され、真空槽１０内のガス圧が制御できるよう
になっている。
【００２０】ターゲットＴと基板Ｗの間の空間部には不
導体の有孔仕切板であるメッシュ１６が設けられ、さら
にメッシュ１６の円周から上方に側方部材であるシール
ド１７が配設されている。
導体の有孔仕切板であるメッシュ１６が設けられ、さら
にメッシュ１６の円周から上方に側方部材であるシール
ド１７が配設されている。
【００２１】ターゲットＴと基板Ｗの間の空間部の側方
に配設されたシールド１７の外壁１７ａは、不導体処理
されており、かつ、メッシュ１６に対して着脱自在であ
り、シールド１７の電位はＤＣバイアス電源１８によっ
て制御できるように構成されている。シールド１７と真
空槽１０は絶縁体１９によって絶縁され、基板Ｗとター
ゲットＴの間には開閉自在のシャッタ２０が設けられて
いる。
に配設されたシールド１７の外壁１７ａは、不導体処理
されており、かつ、メッシュ１６に対して着脱自在であ
り、シールド１７の電位はＤＣバイアス電源１８によっ
て制御できるように構成されている。シールド１７と真
空槽１０は絶縁体１９によって絶縁され、基板Ｗとター
ゲットＴの間には開閉自在のシャッタ２０が設けられて
いる。
【００２２】成膜方法は以下の通りである。真空槽１０
を所定の真空度に排気したのち、ガスシャワーヘッド１
２，１３からそれぞれスパッタリングガスとフッ素ガス
等の反応ガスを供給し、直流電源１１ａから直流電力を
マグネトロンカソード１１に供給し、プラズマＰを発生
させる。次いで、ＤＣバイアス電源１８からＤＣバイア
ス電力をシールド１７に供給し、シールド１７の内側に
ＤＣバイアスを印加して、シャッタ２０を開き、成膜を
開始する。
を所定の真空度に排気したのち、ガスシャワーヘッド１
２，１３からそれぞれスパッタリングガスとフッ素ガス
等の反応ガスを供給し、直流電源１１ａから直流電力を
マグネトロンカソード１１に供給し、プラズマＰを発生
させる。次いで、ＤＣバイアス電源１８からＤＣバイア
ス電力をシールド１７に供給し、シールド１７の内側に
ＤＣバイアスを印加して、シャッタ２０を開き、成膜を
開始する。
【００２３】ターゲットＴから発生するスパッタ粒子を
反応ガスと反応させて基板Ｗに付着させる成膜工程にお
いて、プラズマＰ中の二次電子や反応ガスから生じた負
イオンが、ターゲットＴにおける陰極電位降下によって
加速され、大きな運動エネルギーをもって基板Ｗに入射
すると、成膜中の膜にダメージを与え、成膜された光学
薄膜のフッ素原子欠乏等による吸収増加を招き、特に紫
外波長領域において必要な光学特性を得られない。
反応ガスと反応させて基板Ｗに付着させる成膜工程にお
いて、プラズマＰ中の二次電子や反応ガスから生じた負
イオンが、ターゲットＴにおける陰極電位降下によって
加速され、大きな運動エネルギーをもって基板Ｗに入射
すると、成膜中の膜にダメージを与え、成膜された光学
薄膜のフッ素原子欠乏等による吸収増加を招き、特に紫
外波長領域において必要な光学特性を得られない。
【００２４】そこで、プラズマＰを囲むシールド１７に
ＤＣバイアス電源１８から直流電力を印加し、上記の二
次電子や反応ガスの負イオンの運動方向をＤＣバイアス
電位によって制御し、側方へそらすことで、基板Ｗへ与
えるダメージを低減する。
ＤＣバイアス電源１８から直流電力を印加し、上記の二
次電子や反応ガスの負イオンの運動方向をＤＣバイアス
電位によって制御し、側方へそらすことで、基板Ｗへ与
えるダメージを低減する。
【００２５】詳しく説明すると、従来の反応ガスを用い
た反応性ＤＣスパッタリングでは、ターゲット近傍で反
応ガスが負イオン化され、ターゲット電極電位とプラズ
マ電位の電位勾配により加速され基板へ飛び込みダメー
ジの原因になってしまうという欠点があった。また、プ
ラズマ中の二次電子についても負イオンの場合と同様の
ダメージを生じる。
た反応性ＤＣスパッタリングでは、ターゲット近傍で反
応ガスが負イオン化され、ターゲット電極電位とプラズ
マ電位の電位勾配により加速され基板へ飛び込みダメー
ジの原因になってしまうという欠点があった。また、プ
ラズマ中の二次電子についても負イオンの場合と同様の
ダメージを生じる。
【００２６】ここで負イオンは、基板への運動中に気体
分子に散乱され中性化してしまうことはあるが、運動エ
ネルギーは依然大きな状態で維持されておりダメージの
原因となりうる。そこでターゲットと基板間の空間部の
側方に導電性のシールドを設けて、これにＤＣバイアス
（正電位）を印加すると、ターゲット近傍で生じた負イ
オンおよび二次電子は、プラズマの側方に導入された正
のＤＣバイアスとターゲット電位間の電位勾配により加
速される。これによって、負イオンや二次電子の進行方
法を基板への入射方向から側方へそらすことができる。
分子に散乱され中性化してしまうことはあるが、運動エ
ネルギーは依然大きな状態で維持されておりダメージの
原因となりうる。そこでターゲットと基板間の空間部の
側方に導電性のシールドを設けて、これにＤＣバイアス
（正電位）を印加すると、ターゲット近傍で生じた負イ
オンおよび二次電子は、プラズマの側方に導入された正
のＤＣバイアスとターゲット電位間の電位勾配により加
速される。これによって、負イオンや二次電子の進行方
法を基板への入射方向から側方へそらすことができる。
【００２７】その結果、基板に入射してくる負イオンや
二次電子が減少し、光吸収の少ない光学薄膜を成膜する
ことができる。
二次電子が減少し、光吸収の少ない光学薄膜を成膜する
ことができる。
【００２８】この負イオンおよび二次電子の進行方向
は、ターゲットと基板間での電位勾配の空間分布によっ
て決定されるものである。つまり、ターゲットと基板間
の距離や、ＤＣバイアス導入部位（シールド）のサイ
ズ、形状、導入ＤＣバイアスの大きさによって変化する
ものである。そこで、装置の形状、サイズ等に応じて、
シールドヘ導入するＤＣバイアスの大きさを実験または
シミュレーション等により最適化する。
は、ターゲットと基板間での電位勾配の空間分布によっ
て決定されるものである。つまり、ターゲットと基板間
の距離や、ＤＣバイアス導入部位（シールド）のサイ
ズ、形状、導入ＤＣバイアスの大きさによって変化する
ものである。そこで、装置の形状、サイズ等に応じて、
シールドヘ導入するＤＣバイアスの大きさを実験または
シミュレーション等により最適化する。
【００２９】なお、反応ガスとしては、Ｆ2 （フッ素ガ
ス）、Ｆ2 （フッ素ガス）をＡｒ，Ｋｒ，Ｘｅ等で希釈
したもの、あるいはＮＦ3 ，ＣＦ4 ，Ｏ2 等が挙げられ
る。また、二次電子については、すべてのスパッタリン
グ現象で生じるものとする。
ス）、Ｆ2 （フッ素ガス）をＡｒ，Ｋｒ，Ｘｅ等で希釈
したもの、あるいはＮＦ3 ，ＣＦ4 ，Ｏ2 等が挙げられ
る。また、二次電子については、すべてのスパッタリン
グ現象で生じるものとする。
【００３０】さらに、ターゲットと基板間側方のシール
ドは、導電性の材料（例えば、金属）を用いることか
ら、成膜プロセス中に反応ガスによって不導体化されて
しまう。この現象は、シールドの外壁を不導体処理する
とともに、シールドの下方に不導体のメッシュを設け
て、シールドとメッシュによって囲まれたプラズマ空間
にスパッタリングガスのみを導入することによって、反
応ガスを寄せ付けないようにすることで回避できる。
ドは、導電性の材料（例えば、金属）を用いることか
ら、成膜プロセス中に反応ガスによって不導体化されて
しまう。この現象は、シールドの外壁を不導体処理する
とともに、シールドの下方に不導体のメッシュを設け
て、シールドとメッシュによって囲まれたプラズマ空間
にスパッタリングガスのみを導入することによって、反
応ガスを寄せ付けないようにすることで回避できる。
【００３１】反応ガスは、ターゲット、シールド、メッ
シュ等で囲まれたプラズマ空間の外側の反応空間に導入
しなければならない。また、導入するスパッタリングガ
スの流量には、反応ガスの流量に応じて、ターゲット、
シールド、メッシュ等で囲まれた部位すなわちプラズマ
空間を不導体化しないための最適範囲が存在するが、そ
の条件を満たす範囲であれば安定して電位を投入しつづ
けることが可能となり、安定したプロセス条件での成膜
が可能となる。
シュ等で囲まれたプラズマ空間の外側の反応空間に導入
しなければならない。また、導入するスパッタリングガ
スの流量には、反応ガスの流量に応じて、ターゲット、
シールド、メッシュ等で囲まれた部位すなわちプラズマ
空間を不導体化しないための最適範囲が存在するが、そ
の条件を満たす範囲であれば安定して電位を投入しつづ
けることが可能となり、安定したプロセス条件での成膜
が可能となる。
【００３２】なお、平板状のターゲットＴとマグネトロ
ンカソード１１の替わりに、図２に示すように、頂角１
２０°の円錐型構造にしたターゲットＴ1 とマグネトロ
ンカソード３１を用いてもよい。この場合は、ターゲッ
トＴ1 の表面が中央から側方に向かって傾斜する凸形状
であるため、負イオンや二次電子が側方に向かって発生
することから、より一層基板へのダメージを低減し、低
吸収な光学薄膜を得られるという利点が付加される。
ンカソード１１の替わりに、図２に示すように、頂角１
２０°の円錐型構造にしたターゲットＴ1 とマグネトロ
ンカソード３１を用いてもよい。この場合は、ターゲッ
トＴ1 の表面が中央から側方に向かって傾斜する凸形状
であるため、負イオンや二次電子が側方に向かって発生
することから、より一層基板へのダメージを低減し、低
吸収な光学薄膜を得られるという利点が付加される。
【００３３】次に実施例を説明する。
【００３４】（第１実施例）図１の真空槽において、直
径１００ｍｍ厚さ６ｍｍのＭｇのターゲットがマグネト
ロンカソードにビス止めされ、基板とターゲットの間の
距離は１２０ｍｍである。マグネトロンカソードの上面
には、４±１℃に制御された冷却水が流れている。
径１００ｍｍ厚さ６ｍｍのＭｇのターゲットがマグネト
ロンカソードにビス止めされ、基板とターゲットの間の
距離は１２０ｍｍである。マグネトロンカソードの上面
には、４±１℃に制御された冷却水が流れている。
【００３５】また、ターゲットから６０ｍｍ下方に直径
１３０ｍｍで不導体のメッシュが設けられ、さらにメッ
シュの円周から上方にシールドを設けている。メッシュ
の開孔率は５０％であり、シールドの外壁は予め不導体
処理しておく。メッシュとシールドは着脱自在であり、
シールドの電位はＤＣバイアス電源によって制御され
る。直流電源からのターゲットへの投入電力は１５０Ｗ
である。
１３０ｍｍで不導体のメッシュが設けられ、さらにメッ
シュの円周から上方にシールドを設けている。メッシュ
の開孔率は５０％であり、シールドの外壁は予め不導体
処理しておく。メッシュとシールドは着脱自在であり、
シールドの電位はＤＣバイアス電源によって制御され
る。直流電源からのターゲットへの投入電力は１５０Ｗ
である。
【００３６】次に、光学薄膜の成膜手順を説明する。直
径３０ｍｍの石英基板を真空槽内に設置し、シャッタを
閉じて、真空ポンプにより真空槽内を２×１０-5Ｐａま
で排気する。その後、スパッタリングガスとしてＡｒガ
スを、反応ガスとして１０％Ｆ2 ／Ａｒガスを真空槽内
に導入し、ガス圧が２Ｐａになるようにマスフローコン
トロールシステムでガス流量を制御する。
径３０ｍｍの石英基板を真空槽内に設置し、シャッタを
閉じて、真空ポンプにより真空槽内を２×１０-5Ｐａま
で排気する。その後、スパッタリングガスとしてＡｒガ
スを、反応ガスとして１０％Ｆ2 ／Ａｒガスを真空槽内
に導入し、ガス圧が２Ｐａになるようにマスフローコン
トロールシステムでガス流量を制御する。
【００３７】直流電源から直流電力をマグネトロンカソ
ードに供給してプラズマを発生させる。次いで、ＤＣバ
イアス電力をシールドに供給し、シールドの内部を所定
の電位勾配に制御する。このときのシールドへのＤＣバ
イアスは１００Ｖとした。その後、シャッタを開けて成
膜を開始する。膜厚が目標値に達したら、シャッタを閉
め、直流電源を切り成膜を終了した。
ードに供給してプラズマを発生させる。次いで、ＤＣバ
イアス電力をシールドに供給し、シールドの内部を所定
の電位勾配に制御する。このときのシールドへのＤＣバ
イアスは１００Ｖとした。その後、シャッタを開けて成
膜を開始する。膜厚が目標値に達したら、シャッタを閉
め、直流電源を切り成膜を終了した。
【００３８】物理的膜厚は、反射率測定より得られた干
渉のピーク波長を用いて計算により求めた。また吸収率
は、吸収率（％）＝１００−透過率−反射率とし表面の
散乱による損失も吸収率に含め、物理的膜厚１００ｎｍ
に換算した。
渉のピーク波長を用いて計算により求めた。また吸収率
は、吸収率（％）＝１００−透過率−反射率とし表面の
散乱による損失も吸収率に含め、物理的膜厚１００ｎｍ
に換算した。
【００３９】まず、シールドとメッシュが存在する場合
と、存在しない場合の陰極電位降下の時間変化を図３に
示す。図３のグラフからわかるように、ＤＣバイアスの
シールドを施すと陰極電位降下の値が安定し、シールド
等が存在しない場合は、ターゲットのフッ化による陰極
電位降下の値が大きくなってしまう。
と、存在しない場合の陰極電位降下の時間変化を図３に
示す。図３のグラフからわかるように、ＤＣバイアスの
シールドを施すと陰極電位降下の値が安定し、シールド
等が存在しない場合は、ターゲットのフッ化による陰極
電位降下の値が大きくなってしまう。
【００４０】このことから、シールドやメッシュを用い
ることにより、反応ガスとターゲットの反応を抑えると
ともに、負イオンや二次電子の基板への入射エネルギー
を低減し、成膜中のダメージを回避できることが判明し
た。
ることにより、反応ガスとターゲットの反応を抑えると
ともに、負イオンや二次電子の基板への入射エネルギー
を低減し、成膜中のダメージを回避できることが判明し
た。
【００４１】また、直流電源によるターゲットへの投入
電力を９５〜７００Ｗの範囲で、直流電源によるシール
ドへのＤＣバイアスを０〜３００Ｖの範囲で、また、圧
力を０．５〜３Ｐａの範囲で変化させても、真空槽内へ
導入する反応ガスとスパッタリングガスの流量比をマス
フローコントロールシステムで最適化することによっ
て、上記と同様に陰極電位降下の値を小さく安定にでき
る条件が存在した。
電力を９５〜７００Ｗの範囲で、直流電源によるシール
ドへのＤＣバイアスを０〜３００Ｖの範囲で、また、圧
力を０．５〜３Ｐａの範囲で変化させても、真空槽内へ
導入する反応ガスとスパッタリングガスの流量比をマス
フローコントロールシステムで最適化することによっ
て、上記と同様に陰極電位降下の値を小さく安定にでき
る条件が存在した。
【００４２】さらに、メッシュの開孔率、大きさ、形
状、取付位置、およびシールドの外壁の不導体処理の有
無、形状などは、上記したものに限らず、異なる構成を
採用した場合においても同様の結果を得ることが確認で
きた。
状、取付位置、およびシールドの外壁の不導体処理の有
無、形状などは、上記したものに限らず、異なる構成を
採用した場合においても同様の結果を得ることが確認で
きた。
【００４３】次に、シールドへの１００ＶのＤＣバイア
ス投入の有無による、ＭｇＦ2 膜の吸収特性の違いを図
４に示す。図４のグラフからわかるように、シールドへ
のＤＣバイアスを導入しない場合には、２５０〜２６０
ｍｍ付近を中心波長とした吸収をもち、ＤＣバイアスを
導入した際には低吸収なＭｇＦ2 膜が得られた。
ス投入の有無による、ＭｇＦ2 膜の吸収特性の違いを図
４に示す。図４のグラフからわかるように、シールドへ
のＤＣバイアスを導入しない場合には、２５０〜２６０
ｍｍ付近を中心波長とした吸収をもち、ＤＣバイアスを
導入した際には低吸収なＭｇＦ2 膜が得られた。
【００４４】ターゲットへの投入電力、シールドへのＤ
Ｃバイアス、圧力を変化させた場合においても、同様の
結果を得ることができる条件が存在した。
Ｃバイアス、圧力を変化させた場合においても、同様の
結果を得ることができる条件が存在した。
【００４５】本実施の形態において、シールドやメッシ
ュによってターゲット近傍のプラズマ空間を囲み、スパ
ッタリングガスをシールド内に、反応ガスをシールド外
に導入することで、反応ガスを構造的にターゲット近傍
へ寄せ付けないようにすることに加えて、それでもター
ゲット近傍へ流れ込んでしまった反応ガスによる負イオ
ンや二次電子等の運動方向を、シールドにＤＣバイアス
を導入して基板方向からそらすことにより、光学薄膜の
光吸収を紫外波長領域においても大幅に低減できること
が確認できた。
ュによってターゲット近傍のプラズマ空間を囲み、スパ
ッタリングガスをシールド内に、反応ガスをシールド外
に導入することで、反応ガスを構造的にターゲット近傍
へ寄せ付けないようにすることに加えて、それでもター
ゲット近傍へ流れ込んでしまった反応ガスによる負イオ
ンや二次電子等の運動方向を、シールドにＤＣバイアス
を導入して基板方向からそらすことにより、光学薄膜の
光吸収を紫外波長領域においても大幅に低減できること
が確認できた。
【００４６】（第２実施例）図１の装置において、ター
ゲットと基板間の距離を１２０，１８０，２４０ｍｍの
３通りとした。このとき、シールドへのＤＣバイアスを
２５Ｖ間隔で２５〜１２５Ｖまで投入し、各ＤＣバイア
スで成膜を行なった。その他の実験条件は第１実施例と
同様であった。
ゲットと基板間の距離を１２０，１８０，２４０ｍｍの
３通りとした。このとき、シールドへのＤＣバイアスを
２５Ｖ間隔で２５〜１２５Ｖまで投入し、各ＤＣバイア
スで成膜を行なった。その他の実験条件は第１実施例と
同様であった。
【００４７】シールドへの投入ＤＣバイアスと波長２６
０ｎｍ付近での吸収率を０．２％／１００ｎｍを基準と
して判定したものを表１に示す。
０ｎｍ付近での吸収率を０．２％／１００ｎｍを基準と
して判定したものを表１に示す。
【００４８】
【表１】 ○ 吸収率が０．２％／１００ｎｍ以下 × 吸収率が０．２％／１００ｎｍ以上
【００４９】この表は、膜厚１００ｎｍ換算の吸収率が
０．２％を基準として吸収率の大小を比較したものであ
る。ターゲットと基板間の距離が１２０ｍｍのとき、シ
ールドへのＤＣバイアスが１００Ｖ以上でＭｇＦ2 膜の
２５０〜２６０ｎｍ付近を中心波長とした吸収が０．２
％／１００ｎｍより小さくなり、ターゲットと基板間の
距離が１８０ｍｍのとき、シールドへのＤＣバイアスが
７５Ｖ以上でＭｇＦ2膜の２５０〜２６０ｎｍ付近を中
心波長とした吸収が０．２％／１００ｎｍより小さくな
った。また、ターゲットと基板間の距離が２４０ｍｍの
とき、シールドへのＤＣバイアスが５０Ｖ以上でＭｇＦ
2 膜の２５０〜２６０ｎｍ付近を中心波長とした吸収が
０．２％／１００ｎｍより小さくなった。
０．２％を基準として吸収率の大小を比較したものであ
る。ターゲットと基板間の距離が１２０ｍｍのとき、シ
ールドへのＤＣバイアスが１００Ｖ以上でＭｇＦ2 膜の
２５０〜２６０ｎｍ付近を中心波長とした吸収が０．２
％／１００ｎｍより小さくなり、ターゲットと基板間の
距離が１８０ｍｍのとき、シールドへのＤＣバイアスが
７５Ｖ以上でＭｇＦ2膜の２５０〜２６０ｎｍ付近を中
心波長とした吸収が０．２％／１００ｎｍより小さくな
った。また、ターゲットと基板間の距離が２４０ｍｍの
とき、シールドへのＤＣバイアスが５０Ｖ以上でＭｇＦ
2 膜の２５０〜２６０ｎｍ付近を中心波長とした吸収が
０．２％／１００ｎｍより小さくなった。
【００５０】上記の実験結果から、ターゲットと基板間
の距離が大きくなるに従って、シールドへ投入するＤＣ
バイアスが小さくても、負イオンや二次電子が基板に到
達するまでに充分に基板上から外れることが確認され
た。また、装置構造の違いによりプロセス条件も異なる
ことも確認された。
の距離が大きくなるに従って、シールドへ投入するＤＣ
バイアスが小さくても、負イオンや二次電子が基板に到
達するまでに充分に基板上から外れることが確認され
た。また、装置構造の違いによりプロセス条件も異なる
ことも確認された。
【００５１】（第３実施例）図１の装置において、ター
ゲットにＡｌを用いるとともに、ターゲットへの投入電
力は５００Ｗとした以外は、第１実施例と同様の条件で
成膜を行なった。
ゲットにＡｌを用いるとともに、ターゲットへの投入電
力は５００Ｗとした以外は、第１実施例と同様の条件で
成膜を行なった。
【００５２】シールドへの１００ＶのＤＣバイアス投入
の有無による、ＡｌＦ3 膜の吸収特性の違いを図５に示
す。図５のグラフからわかるようにシールドへのＤＣバ
イアスを導入しない場合には、３００ｎｍより短波長領
域で吸収が増大し、ＤＣバイアスを導入した際には短波
長領域まで低吸収なＡｌＦ3 膜が得られた。
の有無による、ＡｌＦ3 膜の吸収特性の違いを図５に示
す。図５のグラフからわかるようにシールドへのＤＣバ
イアスを導入しない場合には、３００ｎｍより短波長領
域で吸収が増大し、ＤＣバイアスを導入した際には短波
長領域まで低吸収なＡｌＦ3 膜が得られた。
【００５３】この実験結果により、ＭｇＦ2 以外のフッ
化物にも同様にシールドとＤＣバイアスの効果が確認さ
れた。
化物にも同様にシールドとＤＣバイアスの効果が確認さ
れた。
【００５４】（第４実施例）図１の装置を用いて、反応
ガスとしてＯ2 ガスを真空槽内に導入し、ガス圧が０．
５Ｐａになるようにマスフローコントロールシステムで
ガスの流量を制御する。ターゲットへの投入電力は２５
０Ｗとした。その他の条件は第２実施例と同様であっ
た。
ガスとしてＯ2 ガスを真空槽内に導入し、ガス圧が０．
５Ｐａになるようにマスフローコントロールシステムで
ガスの流量を制御する。ターゲットへの投入電力は２５
０Ｗとした。その他の条件は第２実施例と同様であっ
た。
【００５５】シールドへの１００ＶのＤＣバイアス投入
の有無による、Ａｌ2 Ｏ3 膜の吸収特性の違いを図６に
示す。図６のグラフからわかるように、シールドへＤＣ
バイアスを導入しない場合には、５００ｎｍより短波長
領域で吸収が増大し、ＤＣバイアスを導入した際には短
波長領域まで低吸収なＡｌ2 Ｏ3 膜が得られた。
の有無による、Ａｌ2 Ｏ3 膜の吸収特性の違いを図６に
示す。図６のグラフからわかるように、シールドへＤＣ
バイアスを導入しない場合には、５００ｎｍより短波長
領域で吸収が増大し、ＤＣバイアスを導入した際には短
波長領域まで低吸収なＡｌ2 Ｏ3 膜が得られた。
【００５６】この実験の結果により、フッ素以外にも酸
素のような負イオンを生成する可能性のある反応ガスを
用いた場合にも、同様にシールドとＤＣバイアスの効果
が確認された。
素のような負イオンを生成する可能性のある反応ガスを
用いた場合にも、同様にシールドとＤＣバイアスの効果
が確認された。
【００５７】
【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、次に記載するような効果を奏する。
で、次に記載するような効果を奏する。
【００５８】反応性ＤＣスパッタリングにおいて、プラ
ズマ中の二次電子や反応ガスから発生する負イオンによ
るダメージを低減し、紫外波長領域から可視光波長領域
まで広範囲に低吸収である高品質な金属フッ化物膜、金
属酸化物膜等を成膜できる。
ズマ中の二次電子や反応ガスから発生する負イオンによ
るダメージを低減し、紫外波長領域から可視光波長領域
まで広範囲に低吸収である高品質な金属フッ化物膜、金
属酸化物膜等を成膜できる。
【図１】一実施の形態による成膜装置を示す概略構成図
である。
である。
【図２】一変形例を示す図である。
【図３】第１実施例のシールドの有無による陰極電位降
下の時間変化を示すグラフである。
下の時間変化を示すグラフである。
【図４】第１実施例において成膜したＭｇＦ2 膜の膜厚
１００ｎｍ換算での分光吸収率を示すグラフである。
１００ｎｍ換算での分光吸収率を示すグラフである。
【図５】第３実施例において成膜したＡｌＦ3 膜の膜厚
１００ｎｍ換算での分光吸収率を示すグラフである。
１００ｎｍ換算での分光吸収率を示すグラフである。
【図６】第４実施例において成膜したＡｌ2 Ｏ3 膜の膜
厚１００ｎｍ換算での分光吸収率を示すグラフである。
厚１００ｎｍ換算での分光吸収率を示すグラフである。
【符号の説明】 Ｔ，Ｔ1 ターゲット Ｗ 基板 １０ 真空槽 １１，３１ マグネトロンカソード １１ａ 直流電源 １２，１３ ガスシャワーヘッド １６ メッシュ １７ シールド １８ ＤＣバイアス電源 １９ 絶縁体 ２０ シャッタ
Claims (9)
- 【請求項１】 反応室内で、ターゲットの近傍にスパッ
タリングガスを供給し、前記ターゲットから発生するス
パッタ粒子を基板の近傍に供給された反応ガスと反応さ
せて光学薄膜を成膜する成膜工程を有し、前記ターゲッ
トと前記基板の間の空間部の側方に配設された側方部材
にＤＣバイアス電力を供給することで、前記空間部に発
生する二次電子と負イオンの運動方向を制御することを
特徴とする光学薄膜の成膜方法。 - 【請求項２】 ターゲットが、金属ターゲットであるこ
とを特徴とする請求項１記載の光学薄膜の成膜方法。 - 【請求項３】 反応ガスが、フッ素ガスを含むガスであ
ることを特徴とする請求項１または２記載の光学薄膜の
成膜方法。 - 【請求項４】 反応室内でターゲットおよび基板をそれ
ぞれ保持するターゲット保持手段および基板保持手段
と、前記ターゲットの近傍にスパッタリングガスを供給
するスパッタリングガス供給手段と、前記基板の近傍に
反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、前記ターゲッ
トと前記基板の間の空間部の側方に配設された側方部材
と、該側方部材にＤＣバイアス電力を供給するＤＣバイ
アス電源を有する成膜装置。 - 【請求項５】 側方部材の外壁が不導体処理されている
ことを特徴とする請求項４記載の成膜装置。 - 【請求項６】 ターゲットと基板の間の空間部が、不導
体の有孔仕切板によってプラズマ空間と反応空間に分離
されていることを特徴とする請求項４または５記載の成
膜装置。 - 【請求項７】 側方部材が、プラズマ空間を囲むシール
ドであることを特徴とする請求項６記載の成膜装置。 - 【請求項８】 有孔仕切板とシールドによって、プラズ
マ空間が包囲されていることを特徴とする請求項７記載
の成膜装置。 - 【請求項９】 ターゲットの表面が、中央から側方に向
かって傾斜する凸形状であることを特徴とする請求項４
ないし８いずれか１項記載の成膜装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32625999A JP2001140068A (ja) | 1999-11-17 | 1999-11-17 | 光学薄膜の成膜方法および成膜装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32625999A JP2001140068A (ja) | 1999-11-17 | 1999-11-17 | 光学薄膜の成膜方法および成膜装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001140068A true JP2001140068A (ja) | 2001-05-22 |
Family
ID=18185780
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32625999A Pending JP2001140068A (ja) | 1999-11-17 | 1999-11-17 | 光学薄膜の成膜方法および成膜装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001140068A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10693013B2 (en) | 2015-04-13 | 2020-06-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method of the same |
-
1999
- 1999-11-17 JP JP32625999A patent/JP2001140068A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10693013B2 (en) | 2015-04-13 | 2020-06-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method of the same |
| US11217703B2 (en) | 2015-04-13 | 2022-01-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method of the same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6458253B2 (en) | Thin film production process and optical device | |
| US6103320A (en) | Method for forming a thin film of a metal compound by vacuum deposition | |
| EP0908531B1 (en) | Apparatus and method for forming a thin film of a compound | |
| JP5698652B2 (ja) | 同軸マイクロ波支援堆積及びエッチングシステム | |
| EP0754777B1 (en) | Process for producing thin film, and thin film formed by the same | |
| EP1350864A2 (en) | Method for forming a thin film of a composite metal compound and apparatus for carrying out the method | |
| TWI539023B (zh) | 具多濺鍍源之反應性濺鍍 | |
| US20130122252A1 (en) | Ion beam deposition of fluorine-based optical films | |
| US20040089535A1 (en) | Process and apparatus for pulsed dc magnetron reactive sputtering of thin film coatings on large substrates using smaller sputter cathodes | |
| US20230228914A1 (en) | Optical device and manufacturing method therefor | |
| US7820018B2 (en) | Process and apparatus for applying optical coatings | |
| JP2001335924A (ja) | スパッタリング装置 | |
| JPH08188873A (ja) | 多層光学フィルムを形成するための方法及び装置 | |
| JP2001140068A (ja) | 光学薄膜の成膜方法および成膜装置 | |
| JP2001207260A (ja) | 成膜方法および成膜装置 | |
| JPH1036962A (ja) | 光学薄膜の製造装置および製造方法 | |
| US20160289819A1 (en) | Hydroxide facilitated optical films | |
| Harada et al. | High rate deposition of TiO2 and SiO2 films by radical beam assisted deposition (RBAD) | |
| JP2878299B2 (ja) | イオンプレーティング方法 | |
| JP2000178714A (ja) | フッ化物薄膜の形成方法、該薄膜を有する光学部材及びスパッタ装置 | |
| KR100779247B1 (ko) | 금속 무늬 판재의 제조 방법 | |
| GB2321063A (en) | Reactive particle beam sputtering | |
| JPH09302463A (ja) | 光学薄膜の製造装置及び製造方法 | |
| Howson | Plasma enhanced reactive sputtering using an unbalanced magnetron | |
| JPH08109471A (ja) | 薄膜の製造方法 |