JP2002266071A

JP2002266071A - 薄膜形成方法及び薄膜形成装置

Info

Publication number: JP2002266071A
Application number: JP2001065588A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Anzaki; 利明安崎; Kenji Mori; 健次森; Takayuki Toyoshima; 隆之豊島
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2001-03-08
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2002-09-18

Abstract

(57)【要約】【課題】薄膜の厚み方向への屈折率分布が連続的に変
化する光学薄膜を容易に作製することのできるようにし
た。【解決手段】屈折率の異なるターゲット物質５ａ、５
ｂを夫々第１及び第２のマグネトロンカソード４ａ、４
ｂの表面に貼着すると共に、各ターゲット物質の中心間
距離Ｄと、ガラス基板３と前記ターゲット物質５ａ、５
ｂとの離間距離Ｌとの比であるＤ／Ｌ値が、０．２≦Ｄ
／Ｌ≦３となるように第１及び第２のマグネトロンカソ
ード４ａ、４ｂを近接配置し、ガラス基板３が保持され
ている基板ホルダ２を矢印Ａ方向に回転させながら第１
及び第２のマグネトロンカソード４ａ、４ｂを同時にス
パッタリング処理し、屈折率の異なるターゲット物質５
ａ、５ｂ、例えばＳｉＯ₂とＴｉＯ₂とが混在した光学薄
膜（屈折率分布膜）を作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜形成方法及び薄
膜形成装置に関し、より詳しくはディスプレイ等の各種
電子デバイスや光通信システムの光学フィルタ等に適用
される光学薄膜の薄膜形成方法、及び前記光学薄膜の形
成に使用する薄膜形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、波長分割多重伝送方式を採用
した光通信システムでは、波長選択素子としてバンドパ
スフィルタ等の光学フィルタが使用され、例えばバンド
パスフィルタにより選択波長帯域の光を反射させて光通
信を行なっている。

【０００３】ところで、この種の光学フィルタを高屈折
率の薄膜材料と低屈折率の薄膜材料を交互に多数積層さ
せた光学薄膜で構成した場合、光学フィルタの選択波長
帯域以外の波長域でリップルが生じ、該リップルがノイ
ズの発生原因となってＳ／Ｎ比の低下を招く。

【０００４】そこで、屈折率の包絡線が正弦関数状とな
るように屈折率の異なる多数の薄膜材料を積層して多層
膜を形成したマイナスフィルタや、等価膜理論を利用し
高屈折率の薄膜材料と低屈折率の薄膜材料を使用して光
学膜厚ｎｄの不均質な多層膜を形成したマイナスフィル
タが提案されている。

【０００５】ところが、上記マイナスフィルタは、上述
したリップルの発生は抑制することができるものの、前
者のマイナスフィルタは屈折率の異なる多数の薄膜材料
を入手するのが事実上困難であり、また、後者のマイナ
スフィルタのように高屈折率の薄膜材料と低屈折率の薄
膜材料という２種類の薄膜材料で厚み方向に不均質な多
層膜を形成して代用しても所望の特性を得ることはでき
なかった。

【０００６】また、屈折率が連続的に変化するような調
整部を多層膜光学フィルタの空気層側の膜部分に設けた
り、或いは多層膜光学フィルタの略中央部の膜部分に調
整用アポダイゼーション処理を施す技術も提案されてい
るが、斯かる手法によっても十分に満足し得る所望の特
性を備えた光学フィルタを得ることはできなかった。

【０００７】そこで、屈折率を光学薄膜の厚み方向に連
続的に変化させたルゲートフィルタ（Rugate Filter）
の使用が提案されている（小倉繁太郎、唐騏：「光学薄
膜の設計」、OPTRONICS(1999) No.6 pp.142-150；以
下、「第１の従来技術」という）。

【０００８】上記ルゲートフィルタは、屈折率の異なる
２種類の薄膜材料を使用し屈折率が連続的且つ周期的に
変化するようにスパッタリング法により基板上に多層膜
を積層したフィルタであり、上記リップルの発生を極力
抑制することができ、しかも上述したマイナスフィルタ
のように屈折率の異なる多数の薄膜材料を入手する必要
や不均質な多層膜を形成する必要もなく、印加電圧が自
在に可変できるように予めプログラミングしておくだけ
で容易に製造することが可能であるとされている。

【０００９】また、同種の薄膜形成技術としては、二種
以上の異種金属からなる各ターゲット物質をスパッタリ
ングして、基板上に複合金属又は複合金属の不完全反応
物からなる薄膜を形成する技術も提案されている（特開
平１１−２７９７５７号公報；以下、「第２の従来技
術」という）。

【００１０】該第２の従来技術では、マグネトロン・ス
パッタリング・ターゲットの電力制御を適切に制御する
ことにより、各成膜材料の有する屈折率の範囲内で任意
の屈折率からなる薄膜を得ることができる。

【００１１】そして、上記第１及び第２の従来技術で
は、いずれの場合も図１６に示すように、ガラス基板５
２を基板ホルダ５１に保持すると共に、異なるターゲッ
ト物質５３ａ、５３ｂが装着された一対のカソード５７
ａ、５７ｂを該基板ホルダ５１を挟んで対向状に配設
し、基板ホルダ５１を矢印ｕ方向に回転させながらガス
導入口５４からスパッタリングガスを真空室５５内に供
給している。そして、高周波電源（以下、「ＲＦ電源」
という）５６ａ、５６ｂからの電力調整により印加電圧
を制御しながら前記ターゲット物質５３ａ、５３ｂをス
パッタリングし、これにより異なるターゲット物質５３
ａ、５３ｂをガラス基板５２上に交互に積層して多層膜
を形成し、光学薄膜を得ている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
１及び第２の従来技術では、上述したように、対向状に
配設されたカソード５７ａ、５７ｂ上のターゲット物質
５３ａ、５３ｂをスパッタリングしているため、光学薄
膜はターゲット物質５３ａ、５３ｂが交互に積層された
多層膜構造となる。

【００１３】すなわち、上記従来の光学薄膜は多層膜構
造であるため、屈折率の異なる各ターゲット物質５３
ａ、５３ｂへの印加電圧を制御したのみでは薄膜の厚み
方向の屈折率分布を連続的且つ傾斜的なプロファイルと
することができず、局部的な乱れが生じる。このため、
この技術を、例えばマイナスフィルタに適用した場合、
選択波長帯域以外の余分な反射帯ピーク（１高波分）が
出現し、該反射帯ピークがノイズ信号の発生原因となっ
てＳ／Ｎ比が低下するという問題点があった。

【００１４】本発明はこのような問題点に鑑みなされた
ものであって、薄膜の厚み方向への屈折率分布が所望の
傾斜プロファイルを有する光学薄膜を容易に作製するこ
とのできる薄膜形成方法及び薄膜形成装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、薄膜の厚
み方向への屈折率分布が、例えば正弦関数状の周期性を
有する等、屈折率が厚み方向に連続的に変化する光学薄
膜を得るべく鋭意研究したところ、複数のターゲット物
質の中心間距離Ｄと、前記基板と前記ターゲット物質と
の離間距離Ｌとの比Ｄ／Ｌが３以下となるように前記各
マグネトロンカソードを互いに近接配置し、マグネトロ
ンカソードへの印加電圧を制御しながら前記ターゲット
物質にスパッタリング処理を施すことにより、基板上に
は各ターゲット物質が混在した屈折率分布膜が形成さ
れ、これにより、薄膜の厚み方向の屈折率が、例えば正
弦関数状に周期性を有する光学薄膜を容易且つ再現性良
く作製することができるという知見を得た。

【００１６】本発明はこのような知見に基づきなされた
ものであって、本発明に係る薄膜形成方法は、複数のマ
グネトロンカソードの夫々に組成の異なるターゲット物
質を保持し、該ターゲット物質にスパッタリング処理を
施して基板に薄膜を形成する薄膜形成方法において、前
記各ターゲット物質の中心間距離Ｄと、前記基板と前記
ターゲット物質の表面との離間距離Ｌとの比Ｄ／Ｌが３
以下となるように前記各マグネトロンカソードを近接配
置し、前記基板が前記各ターゲット物質の前方を少なく
とも１回通過すると共に、前記薄膜の厚み方向の屈折率
が変化するように前記各マグネトロンカソードへの印加
電圧を制御しながら前記ターゲット物質に同時にスパッ
タリング処理を施し、前記基板上に薄膜を形成すること
を特徴としている。

【００１７】また、成膜速度が低下するのを回避して良
好な生産性を確保するためには、前記比Ｄ／Ｌが０．２
以上となるように前記各マグネトロンカソードを近接配
置することを特徴とするのが好ましい。

【００１８】さらに、本発明の薄膜形成方法は、前記マ
グネトロンカソードを円筒形状に形成すると共に、円筒
形状に形成されたターゲット物質を前記マグネトロンカ
ソードの外周面に密着させることを特徴とするのが好ま
しい。

【００１９】該薄膜形成方法によれば、ターゲット物質
を冷却する構造が簡素化され、冷却効率が高く、また小
さくて厚みのあるマグネットをマグネトロンカソードの
円筒部内に収容することができるので、ターゲット表面
の磁場強度を低下させることなく中心間距離Ｄを小さく
することが可能となり、これにより、比Ｄ／Ｌを容易に
上述した所望値に設定することが可能となる。

【００２０】また、本発明の薄膜形成方法は、前記円筒
形状のマグネトロンカソードを回転させながら前記ター
ゲット物質にスパッタリング処理を施すことを特徴とす
るのが好ましい。

【００２１】すなわち、円筒形状のマグネトロンカソー
ドを回転させながら前記ターゲット物質にスパッタリン
グ処理を施すことにより、ターゲット物質へのスパッタ
リングが局所的に集中して行なわれるの回避することが
でき、したがってターゲットにはスパッタリングによる
窪みが生じることもなく、スパッタリング粒子の放出方
向が一定となり、これにより異なる屈折率を有するター
ゲット物質が再現性良く混合され、基板上には所望の屈
折率分布を有する光学薄膜（屈折率分布膜）を形成する
ことができる。

【００２２】また、本発明に係る薄膜形成装置は、複数
のマグネトロンカソードの夫々に組成率の異なるターゲ
ット物質を保持し、これらターゲット物質にスパッタリ
ング処理を施して基板に薄膜を形成する薄膜形成装置に
おいて、前記各ターゲット物質の中心間距離Ｄと、前記
基板と前記ターゲット物質の表面との離間距離Ｌとの比
Ｄ／Ｌが３以上となるように前記各マグネトロンカソー
ドが近接配置され、かつ、前記基板が前記各ターゲット
物質の前方を少なくとも１回通過する基板稼動手段と、
前記薄膜の厚み方向の屈折率が周期性を有するように前
記各ターゲット物質への印加電圧を制御する電圧制御手
段とを有していることを特徴とし、また、前記比Ｄ／Ｌ
が０．２以上となるように各マグネトロンカソードが互
いに近接配置されていることを特徴とするのが好まし
い。

【００２３】上記構成によれば、薄膜の厚み方向の屈折
率分布が正弦関数状の周期性を有する光学薄膜（屈折率
分布膜）を容易且つ再現性良く作製することができ、し
かも成膜速度の低下が回避され、良好な生産性を確保す
ることができる。

【００２４】また、前記マグネトロンカソードが円筒形
状に形成されると共に、円筒形状に形成されたターゲッ
ト物質が該マグネトロンカソードの外周面に密着されて
いることを特徴とするのが好ましい。

【００２５】上記構成によれば、スパッタリング粒子の
基板上での付着領域をオーバーラップさせることが可能
となり、したがって異なる組成を有するターゲット物質
を再現性良く混合することができ、基板上には所望の屈
折率分布を有する光学薄膜を得ることができる。しか
も、ターゲット表面の磁場強度を低下させることなく中
心間距離Ｄを小さくすることが可能であり、比Ｄ／Ｌを
容易に上述した所望値に設定することができる。

【００２６】また、本発明の薄膜形成装置は、前記マグ
ネトロンカソードが、円筒形状に形成されると共に前記
ターゲット物質と同一材料で構成されていることを特徴
とするのも好ましく、これによりマグネトロンカソード
の表面自体（円筒部）がターゲット物質を兼用すること
ができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
に基づき詳説する。

【００２８】図１は本発明に係る薄膜形成装置としての
マグネトロン・スパッタ装置の一実施の形態を示す内部
構造図であって、装置本体１の略中央部には矢印Ａ方向
に回転する円柱形状の基板ホルダ２が配設され、該基板
ホルダ２の表面には石英ガラス等で形成されたガラス基
板３が保持されている。また、前記基板ホルダ２の周囲
には２個のマグネトロンカソード（第１及び第２のマグ
ネトロンカソード４ａ、４ｂ）が前記基板ホルダ２と同
心円状に近接配置され、かつこれら第１及び第２のマグ
ネトロンカソード４ａ、４ｂの表面には屈折率（組成）
の異なる薄膜材料としての第１及び第２のターゲット物
質５ａ、５ｂ（例えば、ケイ素（Ｓｉ）とチタン（Ｔ
ｉ））が貼着される。

【００２９】また、第１及び第２のマグネトロンカソー
ド４ａ、４ｂにはＭＦ電源７ａ、７ｂ（１０ＫＨｚ〜２
００ＫＨｚのパルス電圧の印加電源）が接続され、さら
に装置本体１の側壁には所定のスパッタリングガスを供
給するためのガス導入口８が設けられ、装置本体１の下
部には排気口９が設けられている。

【００３０】第１及び第２のマグネトロンカソード４
ａ、４ｂは、図２に示すように、円筒形状に形成される
と共に、中空部にはマグネットユニット１２ａ、１２ｂ
が配され、且つ円筒部１０ａ、１０ｂが矢印Ｂ方向に回
転可能とされている。

【００３１】そして、第１及び第２のマグネトロンカソ
ード４ａ、４ｂは、各ターゲット物質５ａ、５ｂの中心
間距離Ｄと、ガラス基板３と前記ターゲット物質５ａ、
５ｂの表面との離間距離Ｌとの比Ｄ／Ｌが、０．２≦Ｄ
／Ｌ≦３となるように近接配置されている。

【００３２】すなわち、前記中心間距離Ｄと前記離間距
離Ｌとの比Ｄ／Ｌが３を超えると第１のマグネトロンカ
ソード４ａと第２のマグネトロンカソード４ｂとの配設
間隔が大きくなり過ぎてガラス基板３上には多層膜構造
の薄膜が形成され、その結果、薄膜の厚み方向の屈折率
分布が所望のプロファイルとはならずに局部的な乱れが
生じ、このため、例えばマイナスフィルタに適用した場
合、選択波長以外の余分な反射帯ピークである第１次高
調波成分が出現し、所望のフィルタ特性を得ることがで
きなくなる虞がある。

【００３３】一方、前記比Ｄ／Ｌを０．２未満に設定す
ると前記離間距離Ｌが大きくなり過ぎ、このためスパッ
タリングされた各ターゲット物質５ａ、５ｂのガラス基
板３への付着効率が悪化し、成膜速度が低下して生産性
低下を招来する。

【００３４】そこで、本実施の形態では比Ｄ／Ｌが０．
２≦Ｄ／Ｌ≦３の範囲内となるように第１及び第２のマ
グネトロンカソード４ａ、４ｂを配設した。

【００３５】尚、マグネットユニット１２ａとマグネッ
トユニット１２ｂとは同一構成とされ、例えば、マグネ
ットユニット１２ａは、図３に示すように、相対する磁
極を対向状として３つのマグネット１３ａ、１４ａ、１
５ａが一定の間隔ｔを有して配され、円筒部１０ａには
上下一対のヨーク１６ａ、１６ａが設けられ、前記マグ
ネット１３ａ、１４ａ、１５ａはこれら上下一対のヨー
ク１６ａ、１６ａに挟着されている。

【００３６】このように構成されたマグネトロン・スパ
ッタ装置においては、マグネットユニット１２ａ、１２
ｂにより各ターゲット物質５ａ、５ｂの表面には直交磁
界が発生する。そして、排気口９に接続された真空ポン
プ（不図示）で装置本体１内を所定圧（例えば、０．０
４Ｐａ）に減圧し、またガス導入口８からスパッタリン
グガス（例えば、アルゴン（Ａｒ）と酸素（Ｏ₂）との
混合ガス）を供給し、さらにＭＦ電源７ａ、７ｂからマ
グネトロンカソード４ａ、４ｂに電力を供給して各ター
ゲット物質５ａ、５ｂに電圧を印加し、グロー放電を生
じさせる。これにより図２の仮想線に示すように、ター
ゲット物質５ａ、５ｂが弾き飛ばされ、基板ホルダ２を
介して矢印Ａ方向に回転しているガラス基板３上には薄
膜が形成される。

【００３７】尚、本実施の形態では第１及び第２のター
ゲット物質５ａ、５ｂへの印加電力がＭＦ電源７ａ、７
ｂの出力を可変することによって制御され、これにより
薄膜の厚み方向への屈折率分布が連続的に変化する光学
薄膜、例えば正弦関数状の周期性を有するような屈折率
分布膜が形成される。

【００３８】すなわち、第１及び第２のターゲット物質
５ａ、５ｂの夫々について予め印加電力に対する成膜速
度を測定して電力−膜厚特性を算出しておき、その後印
加電力を適宜制御しながら第１及び第２のターゲット物
質５ａ、５ｂに対してスパッタリング処理を行なうこと
により、両ターゲット物質５ａ、５ｂの混合度合が適度
に分布した光学薄膜を容易に形成することができる。

【００３９】また、本実施の形態では、上述したように
第１及び第２のマグネトロンカソード４ａ、４ｂが、矩
形形状ではなく円筒形状に形成され、また必要に応じて
該マグネトロンカソード４ａ、４ｂを回転させることが
できる。

【００４０】すなわち、図４に示すような矩形形状のマ
グネトロンカソード４′を使用してターゲット５′にス
パッタリング処理を行うと、図５に示すように、電界と
磁界が直交する各マグネット間の中央部、すなわちマグ
ネット１３′とマグネット１４′との中央部、及びマグ
ネット１４′とマグネット１５′との中央部に放電が集
中し、該中央部が最も顕著にスパッタされる。したがっ
て、長時間スパッタリングすると斯かる放電集中のため
にターゲット物質５ａ、５ｂの表面が不均一にスパッタ
され、窪みＥが形成される。そして、斯かる窪みＥの発
生は、ターゲット物質５ａ、５ｂの利用率を減少させる
と共に、膜厚分布の変動を招来し、所望の屈折率分布膜
を得ることができなくなる虞がある。

【００４１】このようなターゲット物質への不均一なス
パッタリング処理が行われるのを回避するためには、第
１及び第２のマグネトロンカソード４ａ、４ｂを円筒形
状とし、該第１及び第２のマグネトロンカソード４ａ、
４ｂを矢印Ｂ方（図２）に回転させるのが好ましい。

【００４２】また、第１及び第２のマグネトロンカソー
ド４ａ、４ｂを円筒形状とすることにより、矩形形状の
マグネトロンカソード４′に比べ、中心間距離Ｄを小さ
くすることが容易に可能となり、比Ｄ／Ｌを所望値、す
なわち０．２≦Ｄ／Ｌ≦３に設定するのも容易となる。

【００４３】このようにして本実施の形態では、各ター
ゲット物質５ａ、５ｂの混在した薄膜がガラス基板３上
に効率良く形成され、これにより、薄膜の厚み方向の屈
折率が所望のプロファイルを有する光学薄膜を容易且つ
再現性良く製造することができる。

【００４４】しかも、円筒形状のマグネトロンカソード
４ａ、４ｂを回転させながら前記ターゲット物質５ａ、
５ｂにスパッタリング処理を施すことにより、ターゲッ
ト物質５ａ、５ｂにはスパッタリングによる窪みが生じ
るのを回避することができる。したがって、スパッタリ
ング粒子の放出方向が一定となり、異なる屈折率を有す
るターゲット物質５ａ、５ｂが再現性良く混合され、ガ
ラス基板３上には所望の屈折率傾斜を有する光学薄膜、
すなわち屈折率分布膜を形成することができる。

【００４５】尚、本発明は上記実施の形態に限定される
ものではない。上記実施の形態では、第１及び第２のタ
ーゲット物質５ａ、５ｂを第１及び第２のマグネトロン
カソード４ａ、４ｂの表面に貼着しているが、該第１及
び第２のターゲット物質５ａ、５ｂは第１及び第２のマ
グネトロンカソード４ａ、４ｂの表面に密着されていれ
ばよく、例えば貼着する代わりに溶着してもよい。

【００４６】また、上記実施の形態では、第１及び第２
のマグネトロンカソード４ａ、４ｂの表面に第１及び第
２のターゲット物質５ａ、５ｂを密着させているが、第
１及び第２のマグネトロンカソード４ａ、４ｂの円筒部
を第１及び第２のターゲット物質５ａ、５ｂと同一材料
で構成し、第１及び第２のマグネトロンカソード４ａ、
４ｂの円筒部が第１及び第２のターゲット物質５ａ、５
ｂと兼用するようにしてもよく、これにより装置構成の
簡略化を図ることができる。

【００４７】

【実施例】次に、本発明の実施例を具体的に説明する。

【００４８】本発明者らは、まず最初にＳｉ（ケイ素）
をターゲット物質とし真空室内に酸素を供給して反応性
スパッタリングを行ない、ガラス基板上にＳｉＯ₂（二
酸化ケイ素）の単層膜を成膜した。次いで、Ｔｉ（チタ
ン）をターゲット物質とし真空室内に酸素を供給して反
応性スパッタリングを行ない、ガラス基板上にＴｉＯ ₂
（二酸化チタン）の単層膜を成膜した。

【００４９】そして、これら波長λを１０００ｎｍに設
定してエリプソメータでＳｉＯ₂膜とＴｉＯ₂膜の屈折率
を測定したところ、ＳｉＯ₂膜の屈折率ｎ１は１．４
１、ＴｉＯ₂膜の屈折率ｎ２は２．３０であった。

【００５０】次に、ＳｉＯ₂膜及びＴｉＯ₂膜の各単層膜
について、電力−膜厚特性を測定した。

【００５１】図６は電力−膜厚特性を示す特性図であっ
て、横軸が印加電力（Ｗ）、縦軸が成膜速度（ｎｍ／mi
n）を示している。また、図中、●がＳｉＯ₂膜の電力−
膜厚特性を示し、■がＴｉＯ₂膜の電力−膜厚特性を示
している。

【００５２】この図６から明らかなようにＳｉＯ₂膜と
ＴｉＯ₂膜とでは成膜速度が異なるため、同一電力を印
加した場合、ＳｉＯ₂膜とＴｉＯ₂膜とではその膜厚が異
なる。また、膜質種の膜厚と屈折率分布とは比例し、例
えば、膜質組成中、ＳｉＯ₂膜の占める割合が多くなる
と屈折率は小さくなり、膜質組成中、ＳｉＯ₂膜の占め
る割合が少なくなると屈折率は大きくなる。したがっ
て、印加電力を適宜可変に制御することにより、所望の
屈折率分布を有する光学薄膜を製造することが可能とな
る。

【００５３】そして、下記の実施例では、上述したマグ
ネトロンスパッタ装置（図１〜図３参照）において、第
１のターゲット物質５ａとしてＳｉを使用し、第２のタ
ーゲット物質５ｂとしてＴｉを使用し、比Ｄ／Ｌを変
え、上記電力−膜厚特性に基づいて印加電力を制御しな
がらスパッタリング処理を行ない、選択波長λが１００
０ｎｍのバンドパスフィルタを作製し、膜質、屈折率分
布、及びフィルタ特性を測定した。

【００５４】〔実施例１〕本発明者らは、まず、各ター
ゲット物質５ａ、５ｂの中心間距離Ｄを１０ｃｍ、ター
ゲット表面とガラス基板３との離間距離Ｌを１０ｃｍと
なるように第１及び第２のマグネトロンカソード４ａ、
４ｂを配し、比Ｄ／Ｌを「１」に設定した。

【００５５】次いで、石英で形成されたガラス基板３を
基板ホルダ２の外周面に保持する一方、第１及び第２の
マグネトロンカソード４ａ、４ｂの表面に夫々Ｓｉ（第
１のターゲット物質５ａ）及びＴｉ（第２のターゲット
物質５ｂ）を貼着し、スパッタリング処理を行なった。

【００５６】具体的には、装置本体１内を１Ｐａに減圧
してガス導入口８からＡｒとＯ₂の混合比が１：１に調
合されたスパッタリングガスを装置本体１内に供給し、
基板ホルダ２を０．１６ｓ^-1（１０ｒｐｍ）の回転数で
矢印Ａ方向（図１参照）に回転させると共に、ターゲッ
ト物質５ａ、５ｂであるＳｉ及びＴｉに対し周波数１０
０ＫＨｚのパルス電源で上述した電力―膜厚特性に基づ
いて電力を印加し、グロー放電を起こさせてガラス基板
３上にＳｉＯ₂とＴｉＯ₂とが混在した光学薄膜を形成し
た。

【００５７】一方、本発明者らは、別途、ガラス基板上
に上述と同様のスパッタリング処理を行ない、該ガラス
基板上に光学薄膜を形成し、触針式膜厚計を用いる段差
測定法により光学薄膜の膜厚ｄ（堆積量）を測定した。

【００５８】図７は実施例１の膜質特性図であって、横
軸はガラス基板の中央部を「０」とした水平距離長Ｓを
示し、縦軸は膜厚ｄを示している。図中、●はＳｉＯ₂
の膜厚であり、■はＴｉＯ₂の膜厚である。

【００５９】この図７から明らかなように、実施例１で
は比Ｄ／Ｌが「１」であり、「３」より小さく設定され
ているため、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂とが十分に混合した光学
薄膜が形成されていることが認められる。

【００６０】また、図８は実施例１の屈折率分布特性図
であり、横軸は厚み方向の光学膜厚ｎｄ（μｍ）、縦軸
は光学薄膜の屈折率ｎ（−）を示している。

【００６１】この図８から明らかなように、実施例１で
はＳｉＯ₂膜及びＴｉＯ₂膜の電力−膜厚特性にしたがっ
て印加電力を制御することにより、ＳｉＯ₂の屈折率ｎ
１である１．４１とＴｉＯ₂の屈折率ｎ２である２．３
０との間で厚み方向に正弦関数状に周期的に変化した光
学薄膜、すなわち屈折分布膜が得られることが分った。

【００６２】次に、本発明者らは、上記光学薄膜の分光
透過率を測定し、マイナスフィルタとしてのフィルタ特
性を評価した。

【００６３】図９は上記光学薄膜のフィルタ特性であっ
て、横軸は波長λ（ｎｍ）を示し、縦軸は透過率η
（％）を示している。

【００６４】この図９から明らかなように、実施例１は
波長λが９００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲で透過率ηが
略０％となり、斯かる波長帯域で全反射するフィルタ特
性を有している。しかも波長５００ｎｍ付近での透過率
ηも約７０％と高く、選択波長である９００ｎｍ〜１１
００ｎｍ以外に反射帯ピークが生じるのを抑制すること
ができる。すなわち、実施例１の光学薄膜をマイナスフ
ィルタとして使用した場合でもノイズ信号の発生原因と
なる波長５００ｎｍ付近の高調波域でも約７０％の光が
透過するため、Ｓ／Ｎ比の低下を抑制することができ
る。

【００６５】〔実施例２〕次に、本発明者らは、各ター
ゲット物質５ａ、５ｂの中心間距離Ｄを１５ｃｍ、ター
ゲット表面とガラス基板３との離間距離Ｌを５ｃｍとな
るように第１及び第２のマグネトロンカソード４ａ、４
ｂを配し、比Ｄ／Ｌを「３」に設定して実施例１と同様
の手順・方法で光学薄膜を作製した。

【００６６】図１０は実施例２の膜質特性図であって、
横軸はアルミニウム金属板の中央部を「０」とした水平
距離長Ｓを示し、縦軸は膜厚ｄを示している。図中、●
はＳｉＯ₂の膜厚であり、■はＴｉＯ₂の膜厚である。

【００６７】この図１０から明らかなように、実施例２
では比Ｄ／Ｌが「３」であり、実施例１に比べるとＳｉ
Ｏ₂とＴｉＯ₂との混合度合は低下するものの、比較的良
好な混合度合を示している。

【００６８】図１１は実施例２の屈折率分布特性図であ
り、横軸は厚み方向の光学膜厚ｎｄ（μｍ）、縦軸は光
学薄膜の屈折率ｎ（−）を示している。

【００６９】この図１１ら明らかなように、実施例２
は、実施例１と同様、ＳｉＯ₂の屈折率ｎ１である１．
４１とＴｉＯ₂の屈折率ｎ２である２．３０との間で厚
み方向に正弦関数状に周期的に変化した光学薄膜が作製
されている。

【００７０】次に、本発明者らは、上記光学薄膜の分光
透過率を測定し、マイナスフィルタとしてのフィルタ特
性を評価した。

【００７１】図１２は上記光学薄膜のフィルタ特性であ
って、横軸は波長λ（ｎｍ）を示し、縦軸は透過率η
（％）を示している。

【００７２】この図１２から明らかなように、実施例２
は、実施例１と同様、波長λが９００ｎｍ〜１１００ｎ
ｍの範囲で透過率ηが略０％となり、斯かる波長帯域で
全反射するフィルタ特性を有している。またノイズバン
ドである波長５００ｎｍでの透過率ηも実施例１と略同
様、約７０％と高く、選択波長である９００ｎｍ〜１１
００ｎｍ以外に反射帯ピークが生じるのを抑制すること
ができる。すなわち、実施例２の光学薄膜を光通信用光
路でマイナスフィルタとして使用した場合も、実施例１
と同様、ノイズ信号の発生原因となる波長５００ｎｍで
も約７０％の光が透過するため、Ｓ／Ｎ比の低下を抑制
することができる。

【００７３】〔比較例〕次に、本発明者らは、各ターゲ
ット物質５ａ、５ｂの中心間距離Ｄを２５ｃｍ、ターゲ
ット表面とガラス基板３との離間距離Ｌを５ｃｍとなる
ように第１及び第２のマグネトロンカソード４ａ、４ｂ
を配し、比Ｄ／Ｌを「５」に設定して実施例１と同様の
手順・方法で光学薄膜を作製した。

【００７４】図１３は比較例の膜質特性図であって、横
軸はアルミニウム金属板の中央部を「０」とした水平距
離長Ｓを示し、縦軸は膜厚ｄ（堆積量）を示している。
図中、●はＳｉＯ₂の膜厚であり、■はＴｉＯ₂の膜厚で
ある。

【００７５】この図１３から明らかなように、比較例は
比Ｄ／Ｌが「５」と大きく各ターゲット物質が互いに離
れすぎているため、主としてガラス基板３の左方側にＳ
ｉＯ ₂膜が積層され、右方側にＴｉＯ₂膜が積層され、こ
のためＳｉＯ₂とＴｉＯ₂との混合度合が不十分となって
いる。

【００７６】図１４は比較例の屈折率分布特性図であ
り、横軸は厚み方向の光学膜厚ｎｄ（μｍ）、縦軸は光
学薄膜の屈折率ｎ（−）を示している。

【００７７】この図１４から明らかなように、比較例
は、屈折率はＳｉＯ₂の屈折率ｎ１である１．４１とＴ
ｉＯ₂の屈折率ｎ２である２．３０との間で厚み方向に
略周期的に変化しているものの、正弦関数状に傾斜せず
に図中Ｆに示すように局部的な乱れが生じている。

【００７８】図１５は比較例のフィルタ特性であって、
横軸は波長λ（ｎｍ）を示し、縦軸は透過率η（％）を
示している。

【００７９】この図１５から明らかなように、比較例は
波長λが９００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲で透過率ηが
略０％となって斯かる波長帯域で全反射するフィルタ特
性を有するが、ノイズバンドである波長５００ｎｍ付近
での透過率ηが約１５％と低く、選択波長である９００
ｎｍ〜１１００ｎｍ以外に選択波長帯と大差のない反射
帯ピークが生じ、このため、第１次高調波（波長５００
ｎｍ）でも約８５％の光が反射するため、ノイズ信号が
発生してＳ／Ｎ比の低下を招来する虞があることが確認
された。

【００８０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る薄膜形
成方法は、前記各ターゲット物質の中心間距離Ｄと、前
記基板と前記ターゲット物質の表面との離間距離Ｌとの
比Ｄ／Ｌが３以下となるように前記各マグネトロンカソ
ードを近接配置し、前記基板が前記各ターゲット物質の
前方を少なくとも１回通過すると共に、前記薄膜の厚み
方向の屈折率が周期性を有するように前記各マグネトロ
ンカソードへの印加電圧を制御しながら前記ターゲット
物質にスパッタリング処理を施し、前記基板上に薄膜を
形成しているので、薄膜の厚み方向の屈折率が正弦関数
状に周期性を有するなどの屈折率を連続的に変化した光
学薄膜を容易且つ再現性良く作製することができ、光通
信に適したフィルタ特性を有するバンドパスフィルタを
容易に製造することが可能となる。

【００８１】また、比Ｄ／Ｌが０．２以上となるように
前記各マグネトロンカソードを近接配置させることによ
り、マグネトロンカソード及び基板間の離間距離Ｌを適
度に保つことが可能となり、したがって各ターゲット物
質の基板への付着効率が悪化して成膜速度の低下を招来
するのを回避することができ、良好な生産性を確保する
ことができる。

【００８２】前記マグネトロンカソードを円筒形状に形
成すると共に、円筒形状に形成されたターゲット物質を
前記マグネトロンカソードの外周面に密着させることに
より、ターゲット表面の磁場強度を低下させることなく
中心間距離Ｄを小さくすることができ、したがって比Ｄ
／Ｌを容易に上述した所望値に設定することができる。

【００８３】また、前記円筒形状のマグネトロンカソー
ドを回転させながら前記ターゲット物質にスパッタリン
グ処理を施すことにより、ターゲット物質へのスパッタ
リングが均一に行なわれ、その結果スパッタリングによ
る窪みがターゲットに生じることもなく、スパッタリン
グ粒子の放出方向が一定となり、異なる屈折率を有する
ターゲット物質が再現性良く混合され、基板上には所望
の屈折率分布を有する光学薄膜を得ることができる。

【００８４】また、本発明に係る薄膜形成装置によれ
ば、薄膜の厚み方向の屈折率が連続的に変化する光学薄
膜を容易且つ再現性良く作製することができ、さらに前
記マグネトロンカソードが円筒形状に形成されると共
に、円筒形状に形成されたターゲット物質が該マグネト
ロンカソードの外周面に密着されることにより、スパッ
タリング粒子の放出方向を一定とすることができ、した
がって異なる組成を有するターゲット物質を再現性良く
混合することができ、基板上には所望の屈折率分布を有
する光学薄膜を得ることができる。

【００８５】また、前記マグネトロンカソードが、円筒
形状に形成されると共に前記ターゲット物質と同一材料
で構成されることにより、マグネトロンカソードとター
ゲット物質とを兼用することが可能となり、これにより
装置構成の簡略化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る薄膜形成装置としてのマグネトロ
ン・スパッタ装置の一実施の形態を示す概略構造図であ
る。

【図２】上記薄膜形成装置の要部拡大図である。

【図３】図２のＸ−Ｘ断面図である。

【図４】矩形形状のマグネトロンカソードの一例を示す
斜視図である。

【図５】図４のＹ−Ｙ断面図である。

【図６】ターゲット物質の一例であるＳｉＯ₂とＴｉＯ₂
の電力−膜厚特性図である。

【図７】実施例１の膜質特性図である

【図８】実施例１の屈折率分布特性図である。

【図９】実施例１のフィルタ特性図である。

【図１０】実施例２の膜質特性図である

【図１１】実施例２の屈折率分布特性図である。

【図１２】実施例２のフィルタ特性図である。

【図１３】比較例の膜質特性図である

【図１４】比較例の屈折率分布特性図である。

【図１５】比較例のフィルタ特性図である。

【図１６】従来の薄膜形成装置の一例を示す概略構造図
である。

【符号の説明】

３基板（ガラス基板）４ａ第１のマグネトロンカソード４ｂ第２のマグネトロンカソード５ａ第１のターゲット物質５ｂ第２のターゲット物質

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者豊島隆之大阪府大阪市中央区北浜４丁目７番28号日本板硝子株式会社内Ｆターム(参考） 2H048 GA04 GA12 GA32 GA33 GA60 GA62 4K029 AA09 BA46 BA48 BB02 BC07 BD00 CA05 CA06 DC03 DC05 DC13 DC16 DC40 EA09 JA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のマグネトロンカソードの夫々に組
成の異なるターゲット物質を保持し、これらターゲット
物質にスパッタリング処理を施して基板に薄膜を形成す
る薄膜形成方法において、前記各ターゲット物質の中心間距離Ｄと、前記基板と前
記ターゲット物質の表面との離間距離Ｌとの比Ｄ／Ｌが
３以下となるように前記各マグネトロンカソードを近接
配置し、前記基板が前記各ターゲット物質の前方を少なくとも１
回通過すると共に、前記薄膜の厚み方向の屈折率が変化
するように前記各ターゲット物質への印加電力を制御し
ながら該ターゲット物質にスパッタリング処理を施し、
前記基板上に薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成
方法。
【請求項２】前記比Ｄ／Ｌが０．２以上となるように
前記各マグネトロンカソードを近接配置することを特徴
とする請求項１記載の薄膜形成方法。
【請求項３】前記マグネトロンカソードを円筒形状に
形成すると共に、円筒形状に形成されたターゲット物質
を前記マグネトロンカソードの外周面に密着させること
を特徴とする請求項１又は請求項２記載の薄膜形成方
法。
【請求項４】前記円筒形状のマグネトロンカソードを
回転させながら前記ターゲット物質にスパッタリング処
理を施すことを特徴とする請求項３記載の薄膜形成方
法。
【請求項５】複数のマグネトロンカソードの夫々に組
成の異なるターゲット物質を保持し、これらターゲット
物質にスパッタリング処理を施して基板に薄膜を形成す
る薄膜形成装置において、前記各ターゲット物質の中心間距離Ｄと、前記基板と前
記ターゲット物質の表面との離間距離Ｌとの比Ｄ／Ｌが
３以上となるように前記各マグネトロンカソードが近接
配置され、かつ、前記基板が前記各ターゲット物質の前方を少なく
とも１回通過する基板稼動手段と、前記薄膜の厚み方向
の屈折率が周期性を有するように前記各ターゲットへの
印加電圧を制御する電圧制御手段とを有していることを
特徴とする薄膜形成装置。
【請求項６】前記比Ｄ／Ｌが０．２以上となるように
各マグネトロンカソードが近接配置されていることを特
徴とする請求項５記載の薄膜形成装置。
【請求項７】前記マグネトロンカソードが円筒形状に
形成されると共に、円筒形状に形成されたターゲット物
質が該マグネトロンカソードの外周面に密着されている
ことを特徴とする請求項５又は請求項６記載の薄膜形成
装置。
【請求項８】前記マグネトロンカソードが、円筒形状
に形成されると共に前記ターゲット物質と同一材料で構
成されていることを特徴とする請求項５又は請求項６記
載の薄膜形成装置。