JP2004250784A - Sputtering system, mixed film produced by the system, and multilayer film including the mixed film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学素子用の誘電体薄膜の製造に主として用いられるスパッタ装置、そのスパッタ装置により製造される混合膜、およびその混合膜を含む多層膜に関する。 The present invention relates to a sputtering apparatus mainly used for manufacturing a dielectric thin film for an optical element, a mixed film manufactured by the sputtering apparatus, and a multilayer film including the mixed film.
従来、光学素子用の誘電体薄膜に用いられる多層膜を製造する方法として、電子ビーム蒸着が多く用いられてきた。最近では、膜厚制御の精度が高く、かつ膜を安定的に形成できるスパッタ法の利用が増えてきている。 Conventionally, electron beam evaporation has been widely used as a method for producing a multilayer film used for a dielectric thin film for an optical element. Recently, there is an increasing use of sputtering methods with high accuracy of film thickness control and stable film formation.
前記多層膜の材料としては、SiO2、Ta2O5、TiO2などの酸化物が広く利用されているが、従来のスパッタ法では、これらの酸化物のスパッタイールドが小さく成膜速度が低いため生産性が低いという問題があった。また、酸化物ターゲットは絶縁性であるため、高周波スパッタ法を用いる必要がある。しかし、高周波スパッタ法は装置コストが割高であり、かつ成膜速度が低いため生産性が低いという問題があった。 As the material for the multilayer film, oxides such as SiO 2 , Ta 2 O 5 , and TiO 2 are widely used. However, in the conventional sputtering method, the sputtering yield of these oxides is small and the film formation rate is low. Therefore, there was a problem that productivity was low. In addition, since the oxide target is insulative, it is necessary to use a high-frequency sputtering method. However, the high-frequency sputtering method has problems that the apparatus cost is high and the productivity is low because the film forming speed is low.
成膜速度を高くするためには、スパッタ速度の速い直流(DC)スパッタ法を利用することが考えられる。酸化物膜を形成するためには、成膜速度の観点から、金属ターゲットや不完全酸化物のターゲット(酸素が化学量論比より欠損したターゲット)と酸素ガスとを用いて成膜を行うDC反応性スパッタ法を利用できる。しかし、この場合には、成膜中にターゲット表面が酸素ガスにより酸化されて絶縁体となり、成膜速度が大きく低下したり放電が不安定化したりするため、放電状態を精度よく制御してターゲット表面を一定に保つ必要があった。 In order to increase the deposition rate, it is conceivable to use a direct current (DC) sputtering method having a high sputtering rate. In order to form an oxide film, from the viewpoint of film formation speed, DC is formed using a metal target or an incomplete oxide target (a target in which oxygen is lost from the stoichiometric ratio) and oxygen gas. Reactive sputtering can be used. However, in this case, the target surface is oxidized by oxygen gas during the film formation to become an insulator, and the film formation speed is greatly reduced or the discharge becomes unstable. It was necessary to keep the surface constant.
上記問題を解決するために、直流(AC)電源を用い1対のカソードに交互に放電電圧を供給してターゲット上への電荷蓄積を防いで放電の安定化とスパッタ速度の増大を図る、いわゆるダブルマグネトロンスパッタ法やツインマグネトロンスパッタ法が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。 In order to solve the above-mentioned problem, a discharge voltage is alternately supplied to a pair of cathodes using a direct current (AC) power source to prevent charge accumulation on the target, thereby stabilizing discharge and increasing the sputtering rate. A double magnetron sputtering method and a twin magnetron sputtering method are disclosed (for example, refer to Patent Document 1).
また、酸素ガスの代わりにプラズマを用いて酸化物膜を形成する方法も開示されている(例えば、特許文献2参照。)。しかし、特許文献2に記載されている方法では、ターゲット部とプラズマ供給部とが相互に区画されておらず、放電が結合しているため、成膜中にターゲット表面が酸素ガスにより絶縁体化し、成膜速度が大きく低下する問題を完全には解決できない。 In addition, a method of forming an oxide film using plasma instead of oxygen gas is also disclosed (see, for example, Patent Document 2). However, in the method described in Patent Document 2, since the target unit and the plasma supply unit are not partitioned from each other and the discharge is combined, the target surface is insulated by oxygen gas during film formation. The problem that the film forming speed is greatly reduced cannot be completely solved.
また、近年の光学素子、特に光通信に用いられる種々のフィルタや発光素子などは、従来と比較して一段と高機能化が要求されている。例えば、薄膜干渉フィルタにおいては、通常、高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層したものが主として用いられるが、高屈折率膜と低屈折率膜とのみを交互に積層したのでは、フィルタ特性(例えば、屈折率の波長依存性)にリップルが発生するという問題が生じる。この問題を解決するために、高屈折率膜の屈折率と低屈折率膜の屈折率との中間の屈折率を有する中間層を、多層膜中に複数層積層することが提案されている。この中間層を設けることにより、リップルを大幅に低減させたり全体の層数を減少させたりすることができる。しかし、上記中間層を製造するためには、高屈折率膜や低屈折率膜とは異なる屈折率を有する第3の材料をターゲットとして用いる必要があり、3種類のターゲットを取り付ける必要性から、装置が大型化し、コストアップが問題となる。 Further, recent optical elements, in particular, various filters and light emitting elements used for optical communication, are required to have higher functions than conventional ones. For example, in a thin-film interference filter, generally, a high-refractive index film and a low-refractive index film alternately stacked are mainly used, but only a high-refractive index film and a low-refractive index film are stacked alternately. The problem is that ripples occur in the filter characteristics (for example, the wavelength dependence of the refractive index). In order to solve this problem, it has been proposed to stack a plurality of intermediate layers having a refractive index intermediate between the refractive index of the high refractive index film and the refractive index of the low refractive index film in the multilayer film. By providing this intermediate layer, it is possible to significantly reduce ripples and reduce the total number of layers. However, in order to manufacture the intermediate layer, it is necessary to use a third material having a refractive index different from that of the high refractive index film and the low refractive index film as a target, and from the necessity of attaching three types of targets, The size of the apparatus becomes large, and cost increases become a problem.
上記問題を解決するために、高屈折率材料と低屈折率材料とを混合した混合膜を、中間層としての所望の屈折率を呈するように成膜できれば、中間層を成膜するためのターゲットが不要となり、コストが削減できる。また、前記中間層を複数層積層することにより、少ない層数で要求される高度な光学特性を有する多層膜を製造でき、生産性が向上する。 In order to solve the above problem, if a mixed film in which a high refractive index material and a low refractive index material are mixed can be formed so as to exhibit a desired refractive index as an intermediate layer, a target for forming the intermediate layer Can be eliminated, and the cost can be reduced. Further, by laminating a plurality of the intermediate layers, a multilayer film having advanced optical characteristics required with a small number of layers can be manufactured, and productivity is improved.
例えば、前記混合膜を成膜する方法として、適当な2種のターゲットを限られた領域で同時に放電させ、この2種の材料を混合させて混合膜を形成する、いわゆるコスパッタ法が知られている(例えば、非特許文献1参照。)。しかし、屈折率の異なる材料をコスパッタ法により同時に両ターゲットを放電させて混合膜を形成しようとすると、両ターゲットの間でのクロスコンタミネーションにより膜組成の再現性が悪くなったりする問題があったり、両ターゲット材料に対して、安定で高速のスパッタを行うことができる共通の条件がいつも存在するとは言えず、放電の安定性および歩留まりの点で量産には問題があった。 For example, as a method for forming the mixed film, a so-called co-sputtering method is known in which appropriate two types of targets are discharged simultaneously in a limited region and the two types of materials are mixed to form a mixed film. (For example, see Non-Patent Document 1). However, if a mixture film is formed by simultaneously discharging both targets with different refractive indexes by the co-sputtering method, there is a problem that the reproducibility of the film composition is deteriorated due to cross-contamination between the two targets. However, it cannot be said that there is always a common condition for carrying out stable and high-speed sputtering for both target materials, and there has been a problem in mass production in terms of discharge stability and yield.
また、放電の安定化と成膜速度の高速化のために、ダブルマグネトロンスパッタ法やツインマグネトロンスパッタ法を用いたコスパッタ法を用いることもできる。しかし、このコスパッタ法でも、複数の異なる材質のターゲットに対して安定な放電条件および高い成膜速度を同一の真空槽内で、かつ同時に実現させる必要があるが、このような条件は必ずしも存在するとは限らず、また個々のターゲットに対する最適条件からは外れるため、再現性よく成膜を行うことは困難であった。 In addition, a co-sputtering method using a double magnetron sputtering method or a twin magnetron sputtering method can also be used in order to stabilize the discharge and increase the deposition rate. However, even in this co-sputtering method, it is necessary to realize a stable discharge condition and a high film formation rate for a plurality of different material targets in the same vacuum chamber at the same time, but such a condition does not necessarily exist. However, it is difficult to form a film with good reproducibility because it is not optimal for each target.
また、成膜速度を高めるために、最初に金属の1原子層程度の薄い膜をスパッタ法により成膜して、これを物理的に離間した酸素ガスプラズマにより効率よく酸化して酸化物を形成するいわゆるメタモード法またはラディカルアシストスパッタ法といわれる高速の混合膜の製造方法が開示されている(例えば、特許文献3または5参照。)。 In addition, in order to increase the deposition rate, a thin film of about one atomic layer of metal is first formed by sputtering, and this is efficiently oxidized by physically separated oxygen gas plasma to form an oxide. A high-speed mixed film manufacturing method called a so-called metamode method or radical assist sputtering method is disclosed (see, for example, Patent Document 3 or 5).
このメタモード法またはラディカルアシストスパッタ法を用いる場合のスパッタ装置を、図3を用いて説明する。図3は、特許文献3に記載されたスパッタ装置の構成を示した平面模式図であり、このスパッタ装置300は、真空槽101内に、円筒状の基板ホルダ109と基板ホルダ109の外周面上に設けられた基板110とを有し、各基板110が基板ホルダ109の中心軸を回転中心として回転可能に支持された構造からなる。
A sputtering apparatus in the case of using this meta mode method or radical assist sputtering method will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic plan view showing the configuration of the sputtering apparatus described in Patent Document 3. This sputtering
真空槽101の内部には、第1カソード121および第1カソード121の前に設置された第1ターゲット131からなる第1スパッタ源135と、第2カソード122および第2カソード122の内方に設置された第2ターゲット132からなる第2スパッタ源136と、両スパッタ源135・136に離間してプラズマ発生器151とが設置されている。また、第1スパッタ源135および第2スパッタ源136の成膜方向には、成膜を開始・停止させるための第1シャッタ141および第シャッタ142が設けられている。さらに、真空槽101内には、各スパッタ源とプラズマ発生器とを分離させるための仕切り板(遮蔽板)171および172が設けられている。
Inside the
図3のスパッタ装置300により混合膜を成膜する場合には、第1スパッタ源135および第2スパッタ源136により金属が混合した膜を基板上に形成させた後、プラズマ発生器51により形成された反応性ガス、例えば酸素ラジカルとこの金属が混合した膜とを反応させて酸化物膜を形成させる必要がある。
When the mixed film is formed by the
しかし、金属の酸化の度合いは金属材料の反応性に依存するところが大きく、反応性ガスとの反応性が大きく異なる2種の金属を酸化させて酸化物混合膜を製造する場合には、材料の選択に対する制約が大きい。すなわち、反応性の高い金属は充分に酸化されて、化学量論比を有する完全酸化物になるが、反応性の低い金属は充分に酸化されずに一部還元状態のまま残り、両者それぞれが同時に化学量論的に完全な組成からなる酸化物混合膜とすることは困難であった。このため、形成される酸化物混合膜が消衰係数の大きい吸収のある膜になったり、混合比から予想される屈折率が大きく設計値から外れたり、または両金属を完全に酸化させるために成膜速度が低下したりする問題があった。 However, the degree of oxidation of the metal largely depends on the reactivity of the metal material. When an oxide mixed film is produced by oxidizing two kinds of metals that are greatly different in reactivity with the reactive gas, There are large restrictions on selection. That is, a highly reactive metal is sufficiently oxidized to become a complete oxide having a stoichiometric ratio, while a less reactive metal is not sufficiently oxidized and remains partially reduced. At the same time, it was difficult to obtain an oxide mixed film having a stoichiometrically complete composition. For this reason, the formed oxide mixed film becomes an absorption film having a large extinction coefficient, the refractive index expected from the mixing ratio is large and deviates from the design value, or both metals are completely oxidized. There has been a problem that the film formation rate is reduced.
また、ドラム型の回転筒の周りに基板を設置し、そのドラムを回転させつつ、2つのターゲットと1つの酸化源を用いて酸化物多層膜を形成する装置が開示されている(例えば、特許文献4参照。)。しかし、この方法でも、特許文献3に記載の方法と比較して、酸化反応に主としてイオンを利用するという違いはあるが、両ターゲット材料の間で反応性に差があるという点で、特許文献3に記載の方法と同様の問題を抱えている。 In addition, an apparatus is disclosed in which a substrate is installed around a drum-type rotating cylinder, and an oxide multilayer film is formed using two targets and one oxidation source while rotating the drum (for example, a patent). Reference 4). However, even in this method, compared to the method described in Patent Document 3, although there is a difference that ions are mainly used for the oxidation reaction, there is a difference in reactivity between the two target materials. 3 has the same problem as the method described in 3.
本発明は、成膜速度を低下させることなく、化学量論的に完全な組成を有し、かつ設計値と合致した屈折率を有する混合膜を製造するスパッタ装置、前記スパッタ装置より製造される混合膜、および前記混合膜を含み、設計値と合致した特性、例えば反射性能を有する多層膜を提供することを目的とする。 The present invention is manufactured from a sputtering apparatus for manufacturing a mixed film having a stoichiometrically perfect composition and a refractive index that matches a design value without reducing the film forming speed, and the sputtering apparatus. It is an object of the present invention to provide a mixed film and a multilayer film including the mixed film and having characteristics matching a design value, for example, reflection performance.
本発明は、真空槽内に、回転可能に支持された円筒状の基板ホルダと、前記基板ホルダの外周面上に装着された基板とを有するスパッタ装置であって、前記真空槽内に、前記基板上に成膜するための第1の成膜エリアおよび第2の成膜エリアを有し、前記第1の成膜エリアには、第1のカソードおよび前記第1のカソードに保持された第1のターゲットからなる第1のスパッタ源と、前記第1のスパッタ源に隣接する第1のプラズマ発生器とを有し、前記第2の成膜エリアには、第2のカソードおよび前記第2のカソードに保持された第2のターゲットからなる第2のスパッタ源と、前記第2のスパッタ源に隣接する第2のプラズマ発生器とを有し、前記第1のスパッタ源と前記第1のプラズマ発生器とは物理的に離間し、かつ前記第2のスパッタ源と前記第2のプラズマ発生器とは物理的に離間していることを特徴とするスパッタ装置を提供する。 The present invention is a sputtering apparatus having a cylindrical substrate holder rotatably supported in a vacuum chamber, and a substrate mounted on an outer peripheral surface of the substrate holder, wherein the vacuum chamber includes the There are a first film formation area and a second film formation area for forming a film on a substrate, and the first film formation area includes a first cathode and a first cathode held by the first cathode. A first sputtering source composed of one target and a first plasma generator adjacent to the first sputtering source. The second film formation area includes a second cathode and the second sputtering source. And a second plasma generator adjacent to the second sputtering source, the first sputtering source, and the first sputtering source. The second generator is physically separated from the plasma generator and is To provide a sputtering device, characterized in that Tsu is data source and said second plasma generators are physically separated.
また、本発明は、真空槽内に、回転可能に支持された円盤状の基板ホルダと、前記基板ホルダの円盤上に装着された基板とを有するスパッタ装置であって、前記真空槽内に、前記基板上に成膜するための第1の成膜エリアおよび第2の成膜エリアを有し、前記第1の成膜エリアには、第1のカソードおよび前記第1のカソードに保持された第1のターゲットからなる第1のスパッタ源と、前記第1のスパッタ源に隣接する第1のプラズマ発生器とを有し、前記第2の成膜エリアには、第2のカソードおよび前記第2のカソードに保持された第2のターゲットからなる第2のスパッタ源と、前記第2のスパッタ源に隣接する第2のプラズマ発生器とを有し、前記第1のスパッタ源と前記第1のプラズマ発生器とは物理的に離間し、かつ前記第2のスパッタ源と前記第2のプラズマ発生器とは物理的に離間していることを特徴とするスパッタ装置を提供する。 Further, the present invention is a sputtering apparatus having a disk-shaped substrate holder rotatably supported in a vacuum chamber, and a substrate mounted on the disk of the substrate holder, the vacuum chamber, A first film formation area and a second film formation area for forming a film on the substrate are provided, and the first film formation area is held by the first cathode and the first cathode. A first sputtering source including a first target; and a first plasma generator adjacent to the first sputtering source. The second deposition area includes a second cathode and the first sputtering source. A second sputtering source comprising a second target held by two cathodes, and a second plasma generator adjacent to the second sputtering source, the first sputtering source and the first sputtering source. Physically separated from the plasma generator and the second That is physically separated from the sputtering source and said second plasma generator to provide a sputtering apparatus according to claim.
また、本発明は、前記スパッタ装置を用いて、前記基板上に、下記の操作を繰り返すことにより製造される混合膜を提供する。
前記第1の成膜エリアにおいて、前記第1のスパッタ源において前記第1のターゲット材料である導電性材料がスパッタ成膜され、成膜された膜が前記第1のプラズマ発生器により反応され、ついで前記第2の成膜エリアにおいて前記第2のスパッタ源において前記第2のターゲット材料である導電性材料がスパッタ成膜され、成膜された膜が前記第2のプラズマ発生器により反応されること。
Moreover, this invention provides the mixed film manufactured by repeating the following operation on the said board | substrate using the said sputtering device.
In the first film formation area, a conductive material that is the first target material is formed by sputtering in the first sputtering source, and the formed film is reacted by the first plasma generator, Next, in the second film formation area, a conductive material as the second target material is formed by sputtering in the second sputtering source, and the formed film is reacted by the second plasma generator. about.
また、本発明は、前記混合膜を含む多層膜を提供する。 The present invention also provides a multilayer film including the mixed film.
本発明のスパッタ装置を用いることにより、成膜速度を落とすことなく、化学量論的に完全な組成を有し、設計値と合致した屈折率を有する混合膜を形成することができ、この混合膜を積層することにより、設計値に合致した特性を有する高性能な多層膜、特に光学多層膜を製造することができる。 By using the sputtering apparatus of the present invention, a mixed film having a stoichiometrically complete composition and a refractive index that matches the design value can be formed without reducing the film formation speed. By laminating the films, it is possible to produce a high-performance multilayer film, particularly an optical multilayer film, having characteristics that match the design values.
以下、添付図面に従って本発明のスパッタ装置、前記スパッタ装置により製造される混合膜および前記混合膜を含む多層膜の好ましい実施形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a sputtering apparatus of the present invention, a mixed film produced by the sputtering apparatus, and a multilayer film including the mixed film will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明の実施形態に係るスパッタ装置の構成を示す平面模式図であり、図2は本発明の別の実施形態に係るスパッタ装置の構成を示す平面模式図である。 FIG. 1 is a schematic plan view showing a configuration of a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic plan view showing a configuration of a sputtering apparatus according to another embodiment of the present invention.
図1に示したスパッタ装置100は、真空槽1内に、円筒状の基板ホルダ9と基板ホルダ9の外周面上に設けられた基板10とを有し、各基板10が基板ホルダ9の中心軸を回転中心として回転可能に支持された構造からなるスパッタ装置である。
A
反応室となる真空槽1は、図示しない排気用ポンプと連結され、真空槽1を排気用ポンプによって吸引することによりスパッタに必要な低圧を得ることができる。また、真空槽1は、図示しないスパッタガスを供給するためのガス供給手段やローディング用ドアが設けられている。 A vacuum chamber 1 serving as a reaction chamber is connected to an exhaust pump (not shown), and a low pressure necessary for sputtering can be obtained by sucking the vacuum chamber 1 with an exhaust pump. Further, the vacuum chamber 1 is provided with a gas supply means for supplying a sputtering gas (not shown) and a loading door.
図1に示したように、基板ホルダ9は図示しない回転駆動装置により一定速度(例えば、100rpm)で矢印方向に回転する。真空槽1の内部には、第1の成膜エリアAと第2の成膜エリアBとがあり、基板ホルダ9が回転することにより各々異なった種類の膜を基板10上に成膜できるようになっている。例えば、第1の成膜エリアAで低屈折率膜を成膜し、第2の成膜エリアBで高屈折率膜を成膜できる。
As shown in FIG. 1, the
第1の成膜エリアAには、第1のカソード21および第1のカソード21に保持された第1のターゲット31からなる第1のスパッタ源35と、第1のスパッタ源35に隣接してマイクロ波電力によって駆動される第1のプラズマ発生器51とが設置されている。前記第1のカソード21は、AC電源またはDCパルス電源で1対のカソードに交互に放電電圧を供給してターゲット上への電荷蓄積を防いで放電の安定化とスパッタ速度の増大を図る、いわゆるダブルマグネトロンカソードであってもよい。また、プラズマ発生器に用いられるプラズマ発生のためのマイクロ波放電としては、放電密度の高いマイクロ波放電であるECR放電を用いたり、また、マイクロ波放電の替わりに誘電結合または容量結合型の高周波放電を用いたりできる。
In the first film-forming area A, a
この第1の成膜エリアAにおいては、基板ホルダ9が回転することにより、まず、第1のスパッタ源35で第1のターゲット31の材料が基板上に成膜され、次いで、成膜された膜が隣接する第1のプラズマ発生器51により反応されることにより誘電体膜を形成する。
In the first film formation area A, the
第1のスパッタ源35と第1のプラズマ発生器51とは、隣接はしているものの、物理的に離間(分離)していること(相互に区画されていること)が必要である。隣接とは、完全に隣り合っていることを意味するものではなく、成膜に影響する装置が間に設置されていないことを意味する。また、物理的な離間とは、第1のプラズマ発生器51から発生した反応性ガスが第1のターゲット31の放電に影響を与えるほどは拡散せず、安定的にスパッタ成膜が可能であるように離れて配置していることを意味する。そのためには、後述するような仕切り板61、雰囲気分離カバー71や排気ポート81等の分離手段を設けることが好ましい。
Although the
第1のスパッタ源35と第1のプラズマ発生器51との間には仕切り板61が設置されており、第1のプラズマ発生器51より分解発生した反応性ガスが第1のターゲット31の表面を汚染し、絶縁化することを防止している。また、第1のプラズマ発生器51と真空槽1との間には雰囲気分離カバー71が設置されており、第1のプラズマ発生器51より分解発生した反応性ガスによる真空槽1内の汚染を防止している。また、第1のプラズマ発生器51の後部には排気ポート81が設置されており、第1のプラズマ発生器51より分解発生した反応性ガスを効果的に排気することにより真空槽1内の汚染を防止している。また、仕切り板61および雰囲気分離カバー71は、スパッタ放電とプラズマ放電との間の電気的な干渉による放電の不安定化を抑制する効果もある。
A
図1においては、真空槽1内の第1の成膜エリアAとは離れた位置に第2の成膜エリアBが設置されており、第1の成膜エリアAと同様に、第2のカソード22および第2のターゲット32からなる第2のスパッタ源36、第2のシャッタ42、第2のプラズマ発生器52、仕切り板62、雰囲気分離カバ−72、排気ポート82が設置されている。また、第1のスパッタ源35と同様、第2のスパッタ源36と第2のプラズマ発生器52とは、相互に区画されていることが必要である。
In FIG. 1, a second film formation area B is installed at a position away from the first film formation area A in the vacuum chamber 1, and the second film formation area A is the same as the first film formation area A. A
なお、図1では、円筒形状を有する基板ホルダ9の外周部に複数枚の基板10が装着される例を示した。しかし、基板の直径または一辺の長さが6インチ(152.4mm)を超える大型基板が用いられる場合には、図2に示すような円盤状の基板ホルダ9を用い、基板10を基板ホルダ9の円盤上に装着させることが、成膜された膜の膜厚や膜質の安定性の観点から好ましい。
FIG. 1 shows an example in which a plurality of
また、図4および図5は、それぞれ、図1および図2の本発明の別の実施形態に係るスパッタ装置の構成を示す平面模式図である。図4および図5においては、図1および図2の仕切り板61、62を、それぞれ仕切り空間63、64とした場合である。このような構成とすることで、より確実に、第1のスパッタ源35と第1のプラズマ発生器51とを相互に区画することができ、かつ第2のスパッタ源36と第2のプラズマ発生器52とを相互に区画することが可能である。
4 and 5 are schematic plan views showing the configuration of the sputtering apparatus according to another embodiment of the present invention of FIGS. 1 and 2, respectively. 4 and 5, the
次に、図1または図2の成膜装置を用いて相対的に低い屈折率を有する誘電体膜(以下、L膜という。)を成膜する場合について説明する。ここで誘電体膜とは、酸化物膜、窒化物膜、酸窒化物膜、フッ化物膜などを意味する。L膜としては、具体的には、SiO2、SiNxOy(x<y)などが挙げられる。また、スパッタ成膜するターゲット材料としてはDCスパッタが可能な導電性材料を用いることが成膜速度の点から好ましく、具体的には、Siや酸素欠損型の材料であるSiOxなどが挙げられる。ここでは、まずSiO2膜を単層で図1のスパッタ装置100を用いてL膜を成膜する場合について説明する。
Next, a case where a dielectric film having a relatively low refractive index (hereinafter referred to as an L film) is formed using the film forming apparatus of FIG. 1 or FIG. Here, the dielectric film means an oxide film, a nitride film, an oxynitride film, a fluoride film, or the like. Specific examples of the L film include SiO 2 and SiN x O y (x <y). Further, it is preferable to use a conductive material capable of DC sputtering as a target material for sputtering film formation from the viewpoint of film formation speed, and specifically, Si or SiO x which is an oxygen deficient material can be used. . Here, first description will be given of a case where the SiO 2 film by using the
図1において、第1のターゲット31にSi(Bドープの導電性結晶)ターゲットを設置する。基板ホルダ9に基板10を装着し、真空槽1内を10−4Pa以下に高真空排気する。ついで、基板ホルダ9を所定の回転数、例えば100rpmに保持し、第1のシャッタ41を閉じたままArガスを導入し、第1のカソード21にDC電力を供給し、第1のターゲット31のプレスパッタを開始する。前記回転数は成膜速度の観点からできるだけ高い方が好ましいが、機械的な信頼性の点で100〜300rpmであることが好ましい。ついで、第1のシャッタ41を閉じたまま第1のプラズマ発生器51に酸素ガスを導入した後、マイクロ波放電の一種であるECR放電により酸素ガスプラズマを発生させた後、第1のシャッタ41を開け、基板10上に酸素ガスプラズマを拡散させる。これらの前準備により、Siターゲットの表面のコンディショニング(クリーニングと安定化)と反応性ガスによる基板の洗浄(主に有機物の除去)とを同時に行うことができる。
In FIG. 1, a Si (B-doped conductive crystal) target is set on a
Siターゲットの放電電流および電圧が一定となり、ターゲット表面が安定したところで、基板ホルダ9を図1または図2の矢印方向に回転させたまま、第1のシャッタ41を開け、基板10上にスパッタ成膜を開始する。まず、第1のターゲット材料であるSi金属膜がスパッタ成膜され、その後第1のプラズマ発生器51から発生した酸素ガスプラズマによりSi金属膜が酸化され、上記成膜および酸化が交互に行われることによって、基板10上にL膜であるSiO2膜が積層される。このSiO2膜の膜厚が所定の膜厚になったところでシャッタ41を閉じ成膜を停止する。
When the discharge current and voltage of the Si target are constant and the target surface is stabilized, the
1度(1回転)にスパッタ成膜されるSi金属層の厚さは、第1のプラズマ発生器51における酸化反応を完全に進行させる観点から、ほぼ1原子層程度以内となるように第1のカソード21に供給する電力および基板ホルダ9の回転数を設定する。例えば、Si金属膜であれば、1原子層とは1.5オングストローム程度の厚さであり、第1のカソード21に供給する電力は1〜10(W/cm2)である。このとき、第1のプラズマ発生器51で生成される酸素プラズマの密度は、酸化反応を完全に進行させて化学量論的に完全な組成を有する酸化物膜を得るためには高い方がよいが、隣接する第1のターゲット21表面への反応性ガス(酸素)汚染を防いで安定なスパッタ放電を得るためには、低く抑えたほうがよい。よって、使用する酸素ガス流量およびプラズマ発生のためのマイクロ波や高周波のパワーは、膜質と成膜速度とのバランスにより実験的に決めることが好ましい。
The thickness of the Si metal layer formed by sputtering at a time (one rotation) is approximately 1 atomic layer or less from the viewpoint of allowing the oxidation reaction in the
プラズマ発生器で分解発生する励起酸素といった反応性ガスの拡散・汚染による隣接ターゲット表面の絶縁体化と、その結果として発生する放電の不安定化とを抑制する方法として、本発明においては、第1のプラズマ源35と第1のプラズマ発生器51との間を仕切り板61により仕切る方法が用いられている。また、第1のプラズマ発生器51と真空槽1との間には雰囲気分離カバー71が設置されており、第1のプラズマ発生器51より分解発生した反応性ガスの拡散を防止している。さらに、第1のプラズマ発生器51の後部には排気ポート81が設置されており、第1のプラズマ発生器51より分解発生した反応性ガスを効果的に排気することにより反応性ガスの拡散を防止している。また、AC放電を利用するいわゆるダブルマグネトロン法やツインマグネトロン法を利用することにより、反応性ガスの拡散による影響を最小限に抑えることが可能となる。
In the present invention, as a method for suppressing insulation of an adjacent target surface due to diffusion / contamination of a reactive gas such as excited oxygen decomposed and generated in the plasma generator and instability of the resulting discharge, A method of partitioning between the
前記反応性ガスの種類としては、酸化や窒化を効率よくかつ精度よく行うことができる点、反応により形成される誘電体の光学特性を良好にできる点で、酸素、窒素、二酸化炭素、二酸化窒素、アンモニア、水、水素などが好適に用いられる。 Examples of the reactive gas include oxygen, nitrogen, carbon dioxide, and nitrogen dioxide in that oxidation and nitridation can be performed efficiently and accurately, and the optical characteristics of the dielectric formed by the reaction can be improved. , Ammonia, water, hydrogen and the like are preferably used.
次に、図1または図2の成膜装置を用いて相対的に高い屈折率を有する誘電体膜(以下、H膜という。)を成膜する方法について説明する。H膜としては、具体的には、TiO2、Ta2O5、Nb2O3、Hf2O5、ZrO2、Y2O3、ZnO、CeO2などが挙げられる。また、誘電体膜を形成するためにスパッタ成膜するターゲット材料としては導電性材料を用いることが成膜速度の点から好ましく、具体的には、Ti、Ta、Nb、Hf、Zr、Y、Zn、Ceや酸素欠損型の材料であるTiOxなどが挙げられる。そして、前述したようなSiO2膜と同様な方法を用いてTiO2膜を単層で成膜することができる。 Next, a method of forming a dielectric film (hereinafter referred to as “H film”) having a relatively high refractive index using the film forming apparatus of FIG. 1 or FIG. 2 will be described. Specific examples of the H film include TiO 2 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 3 , Hf 2 O 5 , ZrO 2 , Y 2 O 3 , ZnO, and CeO 2 . In addition, it is preferable to use a conductive material as a target material to be sputtered to form the dielectric film from the viewpoint of film formation speed. Specifically, Ti, Ta, Nb, Hf, Zr, Y, Examples thereof include Zn, Ce, and TiO x which is an oxygen-deficient material. The TiO 2 film can be formed as a single layer using the same method as that for the SiO 2 film as described above.
すなわち、図1において、第2のターゲット32に金属Tiターゲットを設置する。基板ホルダ9に基板10を装着し、真空槽1内を10−4Pa以下に高真空排気する。基板ホルダ9を所定の回転数、例えば100rpmに保持し、第2のシャッタ42を閉じたままArガスを導入し、第2のカソード22にDC電力を供給し、第2のターゲット32のプレスパッタを開始する。前記回転数は成膜速度の観点からできるだけ高い方が好ましいが、機械的な信頼性の点で、100〜300rpmであることが好ましい。ついで、第2のシャッタ42を閉じたまま第2のプラズマ発生器52に酸素ガスを導入した後、マイクロ波電力を加えて酸素ガスプラズマを発生させ、第2のシャッタ42を開け、基板10上に酸素ガスプラズマを拡散させる。これらの前準備により、Tiターゲットの表面のコンディショニング(クリーニングと安定化)と反応性ガスによる基板の洗浄(主に有機物の除去)とを同時に行うことができる。
That is, in FIG. 1, a metal Ti target is installed on the
Tiターゲットの放電電流および電圧が一定となり、ターゲット表面が安定したところで、基板ホルダ9を図1または図2の矢印方向に回転させたまま、第2のシャッタ42を開け、基板10上にスパッタ成膜を開始する。まず、第2のターゲット材料であるTi金属膜がスパッタ成膜され、その後第2のプラズマ発生器52から発生した酸素ガスプラズマによりTi金属膜の酸化反応が進行し、上記成膜および酸化が交互に行われることによって、基板10上にH膜であるTiO2膜が積層される。このTiO2膜の膜厚が所定の膜厚になったところで第2のシャッタ42を閉じ成膜を停止する。
When the discharge current and voltage of the Ti target are constant and the target surface is stabilized, the
H膜であってもL膜のときと同様に、第2のプラズマ発生器52における酸化反応が完全に進行できるように、1度(1回転)にスパッタ成膜される金属Ti層の厚さは、ほぼ1原子層程度以内となるように第2のカソード22に供給する電力および回転ホルダ9の回転数を設定する。例えば、金属Tiであれば、1原子層とは1オングストローム程度であり、第1のカソード21に供給する電力は0.5〜5(W/cm2)である。
Even in the case of the H film, the thickness of the metal Ti layer formed by sputtering once (one rotation) so that the oxidation reaction in the
さらに、図1または図2の成膜装置を用いてL膜とH膜との混合膜(以下、M膜という。)であるSiO2−TiO2混合膜を成膜する場合について説明する。まず、第1のターゲット31にL膜の材料となるSi(Bドープの導電性結晶)金属ターゲットを設置し、第2のターゲット32にH膜の材料となるTi金属ターゲットを設置する。基板ホルダ9に基板10を装着し、真空槽1内を10−4Pa以下に高真空排気する。ついで、基板ホルダ9を所定の回転数、例えば100rpmに保持し、第1のシャッタ41および第2のシャッタ42を閉じたままArガスを導入し、第1のカソード21および第2のカソード22に電力を供給し、プレスパッタを開始する。ついで、第1のシャッタ41および第2のシャッタ42を閉じたまま第1のプラズマ発生器51および第2のプラズマ発生器52に酸素ガスを導入した後、マイクロ波電力を加えて酸素ガスプラズマを発生させ、基板10上に拡散させる。
Further, a case where a SiO 2 —TiO 2 mixed film that is a mixed film of an L film and an H film (hereinafter referred to as an M film) is formed using the film forming apparatus of FIG. 1 or FIG. 2 will be described. First, an Si (B-doped conductive crystal) metal target that is an L film material is installed on the
両ターゲットの放電電流および電圧が一定となり、両ターゲット表面が安定したところで、基板ホルダ9を図1または図2の矢印方向に回転させたまま、第1のシャッタ41および第2のシャッタ42を同時に開け、基板10上にスパッタ成膜を開始する。なお、成膜開始直後の混合膜の組成比のズレを防ぐために、シャッター41と42が同時に開き、上記2つのシャッタは連動して動く一体物となっていることが好ましい。また、上記2つのシャッタは、第1カソードと第2カソードに対して同じ開度をもって開閉することが好ましい。このように2つのシャッタが開いて成膜が開始すると、まず、第1のターゲット材料であるSi金属膜がスパッタ成膜され、その後第1のプラズマ発生器51によりSi金属膜が酸化され、基板10上にL膜であるSiO2膜が1層成膜される。このとき、第1のプラズマ発生器51における酸化反応によりSi金属が完全に酸化されるようにプラズマ密度の調整を行う。続いて、第2のターゲット材料であるTi金属膜がスパッタ成膜され、その後第2のプラズマ発生器52によりTi金属膜が酸化され、SiO2膜上にH膜であるTiO2膜が1層成膜される。このとき、第2のプラズマ発生器51における酸化反応によりTi金属が完全に酸化されるようにプラズマ密度の調整を行う。上記SiO2膜の成膜・酸化およびTiO2膜の成膜・酸化が基板ホルダ9の回転により交互に行われることによって、2種の酸化物が混合し、基板10上にM膜であるSiO2−TiO2混合膜が成膜される。このとき、TiO2膜およびSiO2膜の各々の1層の膜厚は、問題とする光の波長に比べてはるかに薄く、その厚さは1原子層程度であるため、TiO2膜およびSiO2膜が積層されていくことによりTiO2原子およびSiO2原子が均等に混合し、原子レベルで均一な2つの化学量論的に完全な組成を有する酸化物が混合したSiO2−TiO2混合膜が形成される。また、この混合膜の屈折率は、両者の混合比(組成比)によって決まる値とほぼ一致する。
When the discharge current and voltage of both targets are constant and the surfaces of both targets are stabilized, the
このとき、第1のカソード21および第2のカソード22に供給する電力の比を相対的に変化させることにより、両者の混合比(組成比)を制御できる。また、両者の混合比を変更することにより、任意の屈折率を持つM膜を成膜することができる。例えば、L膜がSiO2膜(屈折率:1.46)、H膜がTiO2膜(屈折率:2.36)、M膜がSiO2−TiO2混合膜である場合であって、真空槽1内の設置条件が第1の成膜エリアAと第2の成膜エリアBとで同じである場合、第1のカソード21(Si)および第2のカソード22(Ti)に供給する電力の比を1:1(電力の比とは、電力の絶対値の比を意味するものではなく、単膜を形成する場合の電力を1とした場合の電力の比を表す。以下同じ。)程度とすることにより、屈折率が1.91の膜を形成できる。また、第1のカソード21(Si)および第2のカソード22(Ti)に供給する電力の比を3:1程度とすることにより、屈折率が1.69の膜を形成できる。前記電力の比は装置の特性などより、実験的に決定される。
At this time, the mixing ratio (composition ratio) of both can be controlled by relatively changing the ratio of the power supplied to the
また、H膜、L膜およびM膜を基板上に積層することにより、所望の光学特性を有する混合膜を含む多層膜を形成することができる。H膜およびL膜が交互に積層された多層膜中に中間層であるM膜を設けることにより、リップルを消失させたり全体の層数を減少させたりすることができる。また、高屈折率材料と低屈折率材料とを混合したM膜を、中間層としての所望の屈折率を呈するように成膜できれば、中間層を成膜するためのターゲットが不要となり、作業の煩雑さが軽減されるとともに、コスト削減が可能となる。また、前記中間層を複数層積層することにより、少ない層数で要求される高度な光学特性を有する多層膜を製造でき、大幅な生産性の向上が実現できる。 In addition, a multilayer film including a mixed film having desired optical characteristics can be formed by stacking the H film, the L film, and the M film on the substrate. By providing the M film as the intermediate layer in the multilayer film in which the H film and the L film are alternately stacked, the ripple can be eliminated or the total number of layers can be reduced. Further, if an M film in which a high refractive index material and a low refractive index material are mixed can be formed so as to exhibit a desired refractive index as an intermediate layer, a target for forming the intermediate layer becomes unnecessary, and the work The complexity is reduced and the cost can be reduced. Further, by laminating a plurality of the intermediate layers, it is possible to manufacture a multilayer film having advanced optical characteristics required with a small number of layers, and a significant improvement in productivity can be realized.
本発明のスパッタ装置は、プラズマ源およびプラズマ発生器を有するスパッタエリアを2つ有している。このスパッタエリアの数は、2つに限ったものではなく、3つ以上であってもよく、3つ以上のスパッタエリアを有するスパッタ装置および当該装置を用いて製造された混合膜も本発明に含まれる。 The sputtering apparatus of the present invention has two sputtering areas each having a plasma source and a plasma generator. The number of the sputter areas is not limited to two, but may be three or more, and a sputter apparatus having three or more sputter areas and a mixed film manufactured using the apparatus are also included in the present invention. included.
本発明の方法により成膜された膜は化学量論的に完全な組成を有するため、所望の性能を有する設計どおりの多層膜を製造することも容易となる。例えば、ガラス基板上にM1膜、M2膜(Mn膜(n=自然数)とは、屈折率の異なる中間膜を示す。)、H膜、L膜と順に積層したルゲートフィルタなどが混合膜を有する多層膜の具体例として挙げられる。 Since the film formed by the method of the present invention has a stoichiometrically complete composition, it is easy to produce a multilayer film as designed having desired performance. For example, M 1 film on a glass substrate, M 2 film (The M n film (n = natural number),. That show different intermediate film refractive index), H film or rugate filters laminated on L film and the forward A specific example of a multilayer film having a mixed film is given.
本発明に用いられる基板は、特に限定されず、ガラス基板、石英基板などが好ましく用いられる。ガラス基板の厚さは、強度の点で0.5〜2mmであることが好ましい。また、本発明のスパッタ装置を用いる場合、大きな面積を有する基板と、小さい面積を有する基板とで基板ホルダーの形状を最適化して、生産性を向上させることができる。大きい面積を有する基板の場合は、図2に記載のとおり基板ホルダーを平面型にすることが好ましい。基板上に堆積すべき材料は、飛来する方向に依存して膜質の異方性を有する場合があるが、平面型にすると、そのような異方性をさけることができ好ましい。基板の面積は、基板が円形である場合、直径で127〜203.2mmであることが好ましい。 The substrate used in the present invention is not particularly limited, and a glass substrate, a quartz substrate and the like are preferably used. The thickness of the glass substrate is preferably 0.5 to 2 mm in terms of strength. In addition, when the sputtering apparatus of the present invention is used, productivity can be improved by optimizing the shape of the substrate holder with a substrate having a large area and a substrate having a small area. In the case of a substrate having a large area, the substrate holder is preferably a flat type as shown in FIG. The material to be deposited on the substrate may have a film quality anisotropy depending on the flying direction, but a plane type is preferable because such anisotropy can be avoided. When the substrate is circular, the area of the substrate is preferably 127 to 203.2 mm in diameter.
本発明における多層膜付き基板(多層膜素子)は、ディスプレイ、プロジェクタ、照明器具、各種カメラレンズ用の部品等の用途に使用される低反射膜、エッジフィルタ(赤外線反射フィルタ、紫外線反射フィルタ、赤外紫外線反射フィルタ、可視光反射フィルタ等)、偏光フィルタなどに有用である。特に、ルゲートフィルタは、リップルの少ないスムーズで急峻な周波数依存性を示し、設計の自由度が高いため、透過光または反射光の波長を選択できる光学多層膜干渉フィルタとして有用である。 The substrate with a multilayer film (multilayer film element) in the present invention is a low reflection film, edge filter (infrared reflection filter, ultraviolet reflection filter, red, etc.) used for applications such as displays, projectors, lighting equipment, and various camera lens components. It is useful for external ultraviolet reflection filters, visible light reflection filters, etc.), polarizing filters, and the like. In particular, the rugate filter exhibits a smooth and steep frequency dependence with little ripple, and has a high degree of freedom in design, so that it is useful as an optical multilayer interference filter capable of selecting the wavelength of transmitted light or reflected light.
また、本発明によれば、混合膜として、通常のスパッタ装置では900℃以上の高温が必要とされる結晶性の複酸化物膜を、低温でかつ結晶性よく作成することができる。複酸化物材料として2種の金属を用いる例として、LiNbO4やBaTiO4などが挙げられるが、これらは構成する金属元素がそれぞれ交互に配置されたような構造を有している。よって、約1原子層という非常に薄い層を1層ずつ積層していくような本発明のスパッタ装置を用いることで、低温で欠陥の少ない結晶性のよい膜を作成することができる。 In addition, according to the present invention, as the mixed film, a crystalline double oxide film that requires a high temperature of 900 ° C. or higher in a normal sputtering apparatus can be formed at a low temperature and with good crystallinity. Examples of using two kinds of metals as the double oxide material include LiNbO 4 and BaTiO 4. These have a structure in which the constituent metal elements are alternately arranged. Therefore, by using the sputtering apparatus of the present invention in which very thin layers of about one atomic layer are stacked one by one, a film having good crystallinity with few defects can be formed at a low temperature.
また、本発明によれば、複酸化物材料として3種の金属を用いる例として、YBa2Cu3Ox(X=6〜7。)が挙げられる。この材料は高温超伝導膜に有用であるが、この高温超伝導膜も、本発明のスパッタ装置を用いることで、低温形成が可能であり、かつ元素間の組成比が設計どおり揃った膜を形成できる。 Further, according to the present invention, as an example of using three types of the metal as a complex oxide material, YBa 2 Cu 3 O x ( X = 6~7.) And the like. Although this material is useful for high-temperature superconducting films, this high-temperature superconducting film can also be formed at a low temperature by using the sputtering apparatus of the present invention, and a film with a composition ratio between elements aligned as designed. Can be formed.
以下に実施例を用いて、本発明について詳細に説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。
下記の構造を有する4層AR膜を後述する方法で成膜し、評価する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to this.
A four-layer AR film having the following structure is formed by a method described later and evaluated.
1)4層AR膜の構造
4層AR膜の構造:ガラス基板/M1膜/M2膜/H膜/L膜
ここでガラス基板、M1膜、M2膜、H膜、L膜とは下記のとおりであり、膜厚は光学的膜厚を示す。
(a)ガラス基板:BK7(商品名:ホウケイ酸ガラス)、屈折率:=1.52、大きさ:直径125mm×厚さ0.525mm
(b)M1膜:SiO2とTiO2との混合膜、屈折率=1.69、膜厚=106nm
(c)M2膜:SiO2とTiO2との混合膜、屈折率=1.91、膜厚=95nm
(d)H膜:TiO2膜、屈折率=2.36、膜厚=122nm
(e)L膜:SiO2膜、屈折率=1.46、膜厚=94nm
また、上記構造を有する反射防止膜は、各膜が化学量論的に完全な酸化物であれば、光学的な計算より波長450〜700nmの可視光全領域にわたって反射率が0.5%以内になることが分かっている。
1) Structure of 4-layer AR film Structure of 4-layer AR film: Glass substrate / M 1 film / M 2 film / H film / L film Here, glass substrate, M 1 film, M 2 film, H film, L film Is as follows, and the film thickness indicates the optical film thickness.
(A) Glass substrate: BK7 (trade name: borosilicate glass), refractive index: = 1.52, size: diameter 125 mm × thickness 0.525 mm
(B) M 1 film: mixed film of SiO 2 and TiO 2 , refractive index = 1.69, film thickness = 106 nm
(C) M 2 film: mixed film of SiO 2 and TiO 2 , refractive index = 1.91, film thickness = 95 nm
(D) H film: TiO 2 film, refractive index = 2.36, film thickness = 122 nm
(E) L film: SiO 2 film, refractive index = 1.46, film thickness = 94 nm
In addition, the antireflection film having the above structure has a reflectance within 0.5% over the entire visible light wavelength range of 450 to 700 nm based on optical calculation if each film is a stoichiometrically perfect oxide. I know that
2)例1(実施例)
図1に示すスパッタ装置を用いて4層AR膜を成膜する。まず、第1のターゲット31にSi(Bドープの導電性結晶)ターゲットを設置し、第2のターゲット32に金属Tiのターゲットを設置する。基板ホルダ9にガラス基板10を装着し、真空槽1内を5×10−5Paに高真空排気する。ついで、基板ホルダ9を100rpmで回転させ、第1のシャッタ41および第2のシャッタ42を閉じたままArガスを50sccm導入し、プレスパッタを開始する(SiターゲットおよびTiターゲットへ供給する電力の比は3:1。)。ついで、第1のシャッタ41および第2のシャッタ42を閉じたまま第1のプラズマ発生器51および第2のプラズマ発生器52に酸素ガスをそれぞれ100sccm導入した後、第1のプラズマ発生器51および第2のプラズマ発生器52にマイクロ波電力を加えて酸素ガスプラズマを発生させ、基板10上に拡散させる。このときの真空槽1内の圧力は0.3Paである。
2) Example 1 (Example)
A four-layer AR film is formed using the sputtering apparatus shown in FIG. First, a Si (B-doped conductive crystal) target is installed on the
両ターゲットの放電電流および電圧が一定となり、両ターゲット表面が安定したところで、基板ホルダ9を図1の矢印方向に回転させたまま、第1のシャッタ41および第2のシャッタ42を開け、ガラス基板上にスパッタ成膜を開始する。まず、第1のターゲット材料であるSi金属を基板上にスパッタ成膜し、その後第1のプラズマ発生器51においてSi金属を酸化し、ガラス基板上にL膜であるSiO2膜を成膜する。続いて、第2のターゲット材料であるTi金属をスパッタ成膜し、その後第2のプラズマ発生器52においてTi金属を酸化し、H膜であるTiO2膜をSiO2膜上に積層する。このとき、各膜の膜厚は1原子層程度の非常に薄い膜であるため、原子レベルで均一な2つの酸化物からなるSiO2−TiO2混合膜を形成することができる。膜厚が106nmに達するまでスパッタ成膜を継続し、106nmに達したところで、第1のシャッタ41および第2のシャッタ42を閉め、M1膜の成膜を停止する。
When the discharge current and voltage of both targets are constant and the surfaces of both targets are stabilized, the
ついで、第1のカソード21の電力および第2のカソード22の電力を変更し(SiターゲットとTiターゲットへ供給する電力の比は1:1。)、第1のシャッタ41および第2のシャッタ42を開け、M2膜の成膜を開始する。M2膜の場合でも、M1膜と同様に、各膜の膜厚は1原子層程度の非常に薄い膜であるため、原子レベルで均一な2つの酸化物からなるSiO2−TiO2混合膜を形成することができる。膜厚が95nmに達するところで、第1のシャッタ41および第2のシャッタ42を閉め、M2膜の成膜を停止する。
Next, the power of the
次に、第1のシャッタ41を閉めたまま、第2のシャッタ42を開け、H膜の成膜を開始する。膜厚が122nmに達するところで、第2のシャッタ42を閉め、H膜の成膜を停止する。
Next, the
最後に、第2のシャッタ42を閉めたまま、第1のシャッタ41を開け、L膜の成膜を開始する。膜厚が94nmに達するところで、第1のシャッタ41を閉め、L膜の成膜を停止する。以上の方法により、4層AR膜が製造される。
Finally, with the
3)例2(比較例)
図3に示すスパッタ装置を用いて4層AR膜を成膜する。まず、第1のターゲット131にSi(Bドープの導電性結晶)ターゲットを設置し、第2のターゲット132に金属Tiのターゲットを設置する。基板ホルダ109にガラス基板110を装着し、真空槽101内を10−5Paに高真空排気する。ついで、基板ホルダ109を100rpmで回転させ、第1のシャッタ141および第2のシャッタ142を閉じたままプレスパッタを開始する(SiターゲットとTiターゲットへ供給する電力の比は3:1。)。ついで、第1のシャッタ141および第2のシャッタ142を閉じたままプラズマ発生器151にマイクロ波電力を加えてECR放電により酸素ガスプラズマを発生させ、基板110上に拡散させる。
3) Example 2 (comparative example)
A four-layer AR film is formed using the sputtering apparatus shown in FIG. First, a Si (B-doped conductive crystal) target is installed on the
両ターゲットの放電電流および電圧が一定となり、両ターゲット表面が一定となったところで、基板ホルダ109を図3の矢印方向に回転させたまま、第1のシャッタ141および第2のシャッタ142を開け、ガラス基板110上にスパッタ成膜を開始する。まず、第1のターゲット材料であるSi金属を基板上にスパッタ成膜し、その後第2のターゲット材料であるTi金属をスパッタ成膜し、その後プラズマ発生器においてSi金属およびTi金属を酸化させ、SiO2−TiO2混合膜を成膜する。膜厚が106nmに達するところで、第1のシャッタ141および第2のシャッタ142を閉め、M1膜の成膜を停止する。
When the discharge current and voltage of both targets become constant and the surfaces of both targets become constant, the
ついで、第1のカソード121の電力および第2のカソード122の電力を変更し(SiターゲットとTiターゲットへ供給する電力の比は1:1。)、第1のシャッタ141および第2のシャッタ142を開け、M2膜の成膜を開始する。膜厚が95nmに達するところで、第1のシャッタ141および第2のシャッタ142を閉め、M2膜の成膜を停止する。
Next, the power of the
次に、第1のシャッタ141を閉めたまま、第2のシャッタ142を開け、H膜の成膜を開始する。膜厚が122nmに達するところで、第2のシャッタ142を閉め、H膜の成膜を停止する。
Next, with the
最後に、第2のシャッタ142を閉めたまま、第1のシャッタ141を開け、L膜の成膜を開始する。膜厚が94nmに達するところで、第1のシャッタ141を閉め、L膜の成膜を停止する。以上の方法により、4層AR膜が製造される。
Finally, with the
4)4層AR膜評価
例1および例2により製造された4層AR膜付きガラス基板の反射率を分光光度計(日立製作所製:U4000)により測定する。
4) Four-layer AR film evaluation The reflectance of the glass substrate with the four-layer AR film produced in Example 1 and Example 2 is measured with a spectrophotometer (manufactured by Hitachi, Ltd .: U4000).
その結果、例1の4層AR膜付きガラス基板の可視光反射率は0.4%と設計値と同等であるのに対し、例2の4層AR膜付きガラス基板の可視光反射率は、酸化が不十分であり膜が吸収膜となっているため、設計値と大きく差を生じており、設計値どおりのAR膜が製造されていないことが確認される。 As a result, the visible light reflectance of the glass substrate with the 4-layer AR film of Example 1 is 0.4%, which is equivalent to the design value, whereas the visible light reflectance of the glass substrate with the 4-layer AR film of Example 2 is Since the oxidation is inadequate and the film is an absorption film, there is a large difference from the design value, and it is confirmed that the AR film as designed is not manufactured.
本発明のスパッタ装置は、成膜速度を落とすことなく、化学量論的に完全な組成を有し、設計値と合致した屈折率を有する混合膜を形成することができるため、ルゲートフィルタ等の形成に有用である。 Since the sputtering apparatus of the present invention can form a mixed film having a stoichiometrically complete composition and a refractive index that matches the design value without reducing the film formation rate, a Lugate filter, etc. It is useful for the formation of
1、101:真空槽
9、109:基板ホルダ
10、110:基板
21、121:第1のカソード
22、122:第2のカソード
31、131:第1のターゲット
32、132:第2のターゲット
35、135:第1のスパッタ源
36、136:第2のスパッタ源
41、141:第1のシャッタ
42、142:第2のシャッタ
51:第1のプラズマ発生器
52:第2のプラズマ発生器
151:プラズマ発生器
61、62:仕切り板
63、64:仕切り空間
71、72、171、172:雰囲気分離カバー
81、82、83、84、181、182:排気ポート
A:第1の成膜エリア
B:第2の成膜エリア
100、200、300、400、500:スパッタ装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101:
Claims (7)
前記真空槽内に、前記基板上に成膜するための第1成膜エリアおよび第2成膜エリアを有し、第1成膜エリアには、第1カソードおよび第1カソードに保持された第1ターゲットからなる第1スパッタ源と、第1スパッタ源に隣り合う第1プラズマ発生器とを有し、第2成膜エリアには、第2カソードおよび第2カソードに保持された第2ターゲットからなる第2スパッタ源と、第2スパッタ源に隣り合う第2プラズマ発生器とを有し、
第1スパッタ源と第1プラズマ発生器とは相互に区画され、かつ第2スパッタ源と第2プラズマ発生器とは相互に区画されていることを特徴とするスパッタ装置。 A sputtering apparatus having a cylindrical substrate holder rotatably supported in a vacuum chamber, and a substrate mounted on the outer peripheral surface of the substrate holder,
The vacuum chamber has a first film formation area and a second film formation area for forming a film on the substrate, and the first film formation area includes a first cathode and a first cathode held by the first cathode. A first sputtering source composed of one target and a first plasma generator adjacent to the first sputtering source, and the second film formation area includes a second cathode and a second target held by the second cathode. A second sputtering source, and a second plasma generator adjacent to the second sputtering source,
A sputtering apparatus, wherein the first sputtering source and the first plasma generator are partitioned from each other, and the second sputtering source and the second plasma generator are partitioned from each other.
前記真空槽内に、前記基板上に成膜するための第1成膜エリアおよび第2成膜エリアを有し、第1成膜エリアには、第1カソードおよび第1カソードに保持された第1ターゲットからなる第1スパッタ源と、第1スパッタ源に隣り合う第1プラズマ発生器とを有し、第2成膜エリアには、第2カソードおよび第2カソードに保持された第2ターゲットからなる第2スパッタ源と、第2スパッタ源に隣り合う第2プラズマ発生器とを有し、
第1スパッタ源と第1プラズマ発生器とは相互に区画され、かつ第2スパッタ源と第2プラズマ発生器とは相互に区画されていることを特徴とするスパッタ装置。 A sputtering apparatus having a disk-shaped substrate holder rotatably supported in a vacuum chamber, and a substrate mounted on the disk of the substrate holder,
The vacuum chamber has a first film formation area and a second film formation area for forming a film on the substrate, and the first film formation area includes a first cathode and a first cathode held by the first cathode. A first sputtering source composed of one target and a first plasma generator adjacent to the first sputtering source, and the second film formation area includes a second cathode and a second target held by the second cathode. A second sputtering source, and a second plasma generator adjacent to the second sputtering source,
A sputtering apparatus, wherein the first sputtering source and the first plasma generator are partitioned from each other, and the second sputtering source and the second plasma generator are partitioned from each other.
第1スパッタ源において第1ターゲットを構成する材料である導電性材料がスパッタ成膜され、成膜された膜が第1プラズマ発生器により反応せしめられ、ついで第2スパッタ源において第2ターゲット材料を格子する導電性材料がスパッタ成膜され、成膜された膜が第2プラズマ発生器により反応せしめられること。 A mixed film produced by repeating the following operation on the substrate using the sputtering apparatus according to claim 1.
A conductive material, which is a material constituting the first target, is formed by sputtering in the first sputtering source, the formed film is reacted by the first plasma generator, and then the second target material is applied in the second sputtering source. A conductive material to be latticed is formed by sputtering, and the formed film is reacted by the second plasma generator.
A multilayer film comprising the mixed film according to claim 6.
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