JP2005256119A5 - - Google Patents

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成膜装置Deposition equipment

本発明は、成膜装置に関する。   The present invention relates to a film forming apparatus.

従来、光学薄膜用の成膜装置として、主として、真空蒸着装置及びイオンアシスト蒸着装置が用いられている。また近年、光学薄膜を成膜する用途に、イオンプレーティング装置又はスパッタリング装置を用いる試みがなされており、所望の光学特性、緻密性、及び密着性を有する光学薄膜を得ることができるような成膜装置の開発が望まれている。   Conventionally, vacuum deposition devices and ion-assisted deposition devices are mainly used as film forming devices for optical thin films. In recent years, attempts have been made to use an ion plating apparatus or a sputtering apparatus for the purpose of forming an optical thin film, and an optical thin film having desired optical characteristics, denseness, and adhesion can be obtained. Development of membrane devices is desired.

例えば、スパッタリング法を用いた成膜装置としては、図1に示すような成膜装置が開示されている(例えば、特許文献1及び非特許文献1参照)。   For example, as a film forming apparatus using a sputtering method, a film forming apparatus as shown in FIG. 1 is disclosed (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).

図1は、従来のスパッタリング法を用いた成膜装置の概略図であり、成膜装置は、図示していない排気系で内部を排気した真空槽10、真空槽10内に設けられた円筒形の基板ホルダー20、並びに、それぞれ真空槽10の内部に設けられ遮蔽板で区画された第一のターゲット30、第二のターゲット35及び酸化源40を有する。第一のターゲット30及び第二のターゲット35は、それぞれ、互いに異なる金属材料からなる。   FIG. 1 is a schematic view of a film forming apparatus using a conventional sputtering method. The film forming apparatus is a vacuum chamber 10 evacuated inside by an exhaust system (not shown), and a cylindrical shape provided in the vacuum chamber 10. Substrate holder 20, and first target 30, second target 35, and oxidation source 40 that are provided inside vacuum chamber 10 and are partitioned by a shielding plate. The first target 30 and the second target 35 are respectively made of different metal materials.

次に、上記の成膜装置を用いた従来の成膜方法について説明する。基板ホルダー20の外周には、複数の基板50が保持される。次に、基板ホルダー20を回転させ、基板ホルダー20の外周に保持された基板50と第一のターゲット30を対向させる。そして、第一のターゲット30をスパッタリングすることで、第一のターゲット30を構成する金属材料の原子を基板50上に積層し、第一のターゲット30の金属材料からなる薄膜を基板50上に形成する。さらに、基板ホルダー20を回転させ、第一のターゲット30の金属材料からなる薄膜が形成された基板50を酸化源40と対向させる。そして、酸化源40によって酸素又はオゾンのような酸化性ガスのプラズマ発生させ、そのプラズマ中の酸素ラジカルを基板50上に形成された薄膜に反応させて、基板50上に形成された金属薄膜を酸化する。その結果、基板50上に第一のターゲット30の金属が酸化された金属酸化物の薄膜を得ることができる。次に、基板ホルダー20を回転させ、金属酸化物の薄膜が形成された基板50と第二のターゲット35を対向させる。そして、第二のターゲット35をスパッタリングすることで、第二のターゲット35を構成する金属材料の原子を金属酸化物の薄膜上に積層し、第二のターゲット35の金属材料からなる薄膜を金属酸化物の薄膜上に形成する。次に、基板ホルダー20を回転させ、第二のターゲット35の金属材料からなる薄膜が形成された基板50を酸化源40と対向させ、酸化源40から供給される酸素ラジカルによって、第二のターゲット35の金属材料からなる薄膜を酸化する。このような工程を繰り返すことで、基板50上に第一のターゲット30の金属材料を酸化させた金属酸化物の薄膜及び第二のターゲット35の金属材料を酸化させた金属酸化物の薄膜を形成することができる。なお、酸化源40を動作させずに、第一のターゲット30及び/又は第二のターゲット35の金属材料からなる薄膜を形成してもよい。   Next, a conventional film forming method using the film forming apparatus will be described. A plurality of substrates 50 are held on the outer periphery of the substrate holder 20. Next, the substrate holder 20 is rotated so that the substrate 50 held on the outer periphery of the substrate holder 20 and the first target 30 face each other. Then, by sputtering the first target 30, atoms of the metal material constituting the first target 30 are stacked on the substrate 50, and a thin film made of the metal material of the first target 30 is formed on the substrate 50. To do. Further, the substrate holder 20 is rotated so that the substrate 50 on which the thin film made of the metal material of the first target 30 is formed is opposed to the oxidation source 40. Then, a plasma of an oxidizing gas such as oxygen or ozone is generated by the oxidation source 40, and oxygen radicals in the plasma are reacted with the thin film formed on the substrate 50, so that the metal thin film formed on the substrate 50 is formed. Oxidize. As a result, a metal oxide thin film obtained by oxidizing the metal of the first target 30 on the substrate 50 can be obtained. Next, the substrate holder 20 is rotated so that the substrate 50 on which the metal oxide thin film is formed and the second target 35 face each other. Then, by sputtering the second target 35, the atoms of the metal material constituting the second target 35 are stacked on the metal oxide thin film, and the thin film made of the metal material of the second target 35 is metal-oxidized. It is formed on a thin film. Next, the substrate holder 20 is rotated, the substrate 50 on which the thin film made of the metal material of the second target 35 is formed is opposed to the oxidation source 40, and the second target is generated by oxygen radicals supplied from the oxidation source 40. A thin film made of 35 metal materials is oxidized. By repeating these steps, a metal oxide thin film obtained by oxidizing the metal material of the first target 30 and a metal oxide thin film obtained by oxidizing the metal material of the second target 35 are formed on the substrate 50. can do. Note that a thin film made of a metal material of the first target 30 and / or the second target 35 may be formed without operating the oxidation source 40.

上記のような従来の成膜装置によれば、凹凸の無い平面を有する基板上に金属又は金属酸化物の薄膜を形成することはできるが、微細加工によって形成された微細な溝や穴のような凹凸の形状を表面に有する基板に所望の薄膜を形成することは困難である。図2は、従来の成膜装置を用いて表面に凹凸の形状を有する基板上に薄膜が成膜された素子の断面図である。すなわち、図2に示すように、上記の従来の成膜装置を使用して表面に微細な凹凸の形状を有する石英の基板50に、スパッタリング法によって、ターゲットの材料からなる膜110を成膜すると、基板50の凸部に選択的にターゲットの材料が付着する。このため、基板50の凸部においては、ターゲットの材料の膜110が堆積するが、基板50の凹部においては、ターゲットの材料の付着が少ないことに加えて、基板50の凸部に堆積した膜110は、凹部の開口を次第に狭くし、ターゲットの材料が基板50の凹部に付着することを妨害する。その結果、基板50の表面の凹部は、ターゲットの材料で充填されず、基板の凹部に空洞120が形成されてしまう。このような、基板50の凹部に空洞120が形成された素子は、光学素子として欠陥品となってしまう。よって、上記のような従来の成膜装置を用いて、基板50に設けられた微細な溝や穴にターゲットの材料を均一且つ一様に充填することは困難である。   According to the conventional film forming apparatus as described above, a thin film of metal or metal oxide can be formed on a substrate having a flat surface without unevenness, but like a fine groove or hole formed by fine processing. It is difficult to form a desired thin film on a substrate having a rough surface on its surface. FIG. 2 is a cross-sectional view of an element in which a thin film is formed on a substrate having a concavo-convex shape on the surface using a conventional film forming apparatus. That is, as shown in FIG. 2, when a film 110 made of a target material is formed by sputtering on a quartz substrate 50 having a fine uneven surface on the surface using the conventional film forming apparatus described above. The target material selectively adheres to the convex portions of the substrate 50. For this reason, the target material film 110 is deposited on the convex portion of the substrate 50, but in the concave portion of the substrate 50, the target material film adheres less, and the film deposited on the convex portion of the substrate 50. 110 gradually narrows the opening of the recess and prevents the target material from adhering to the recess of the substrate 50. As a result, the concave portion on the surface of the substrate 50 is not filled with the target material, and the cavity 120 is formed in the concave portion of the substrate. Such an element in which the cavity 120 is formed in the concave portion of the substrate 50 becomes a defective product as an optical element. Therefore, it is difficult to uniformly and uniformly fill the fine grooves and holes provided in the substrate 50 with the conventional film forming apparatus as described above.

また、表面に微細な溝や穴が形成されたSi基板の微細な溝や穴に薄膜材料を充填することが可能な半導体製造装置も考案されているが、このような半導体製造装置を用いても、ガラス等の絶縁性の高い基板の表面に形成された微細な溝や穴へ薄膜材料を充填することは困難である。さらに、半導体用の薄膜では問題とならない程度の膜厚の誤差及び基板の面内での膜厚分布が、光学用の薄膜では大きな問題となりうる。特に色合成及び色分離用のダイクロイックフィルター、偏光分離膜、狭帯域波長分離膜、及び多層反射防止膜においては膜厚の誤差及び膜厚分布は、致命的な問題である。上記のような半導体製造装置では、表面に微細な凹凸の形状を有する基板上に光学薄膜に要求される所望の光学膜厚(屈折率と物理的膜厚との積)を達成することは困難である。さらに、任意の光学特性を得るために、光学薄膜の物理的膜厚を制御して、所望の光学膜厚を有する光学薄膜を、表面に微細な凹凸の形状を有する基板上に再現性良く多層に積層することは非常に困難である。すなわち、従来の半導体製造装置を用いて表面に微細な凹凸の形状を有する基板上に多層の光学薄膜を積層させると、基板上に形成及び積層される光学薄膜は、基板の表面における微細な凹凸の形状を反映しない。そして、基板に形成される光学薄膜の物理的膜厚が大きいほど、また、基板に積層させる光学薄膜の数が多いほど、基板に形成又は積層された薄膜の形状は、平坦に近づき、所望の物理的膜厚を有する薄膜を基板に形成する又は積層させることが困難である。よって、所望の光学膜厚を有する薄膜を基板に形成する又は積層させることが困難であるため、所望の屈折率を有する光学素子を得ることも困難になる。   In addition, a semiconductor manufacturing apparatus has been devised that can fill thin grooves and holes in a Si substrate with fine grooves and holes on the surface with a thin film material. However, it is difficult to fill a thin film material into fine grooves and holes formed on the surface of a highly insulating substrate such as glass. Further, the film thickness error and the film thickness distribution in the plane of the substrate, which are not problematic in the semiconductor thin film, can be a serious problem in the optical thin film. In particular, in a dichroic filter for color synthesis and color separation, a polarization separation film, a narrow band wavelength separation film, and a multilayer antireflection film, film thickness errors and film thickness distribution are fatal problems. In the semiconductor manufacturing apparatus as described above, it is difficult to achieve a desired optical film thickness (product of refractive index and physical film thickness) required for an optical thin film on a substrate having a surface with fine irregularities. It is. Furthermore, in order to obtain arbitrary optical characteristics, the physical film thickness of the optical thin film is controlled, and an optical thin film having a desired optical film thickness is multilayered on a substrate having a fine uneven shape on the surface with good reproducibility. It is very difficult to laminate. That is, when a multilayer optical thin film is laminated on a substrate having a fine uneven shape on the surface using a conventional semiconductor manufacturing apparatus, the optical thin film formed and laminated on the substrate has a fine unevenness on the surface of the substrate. Does not reflect the shape of. And as the physical film thickness of the optical thin film formed on the substrate is larger, and as the number of optical thin films to be laminated on the substrate is larger, the shape of the thin film formed or laminated on the substrate becomes closer to flat, It is difficult to form or laminate a thin film having a physical film thickness on a substrate. Therefore, since it is difficult to form or laminate a thin film having a desired optical film thickness on a substrate, it becomes difficult to obtain an optical element having a desired refractive index.

よって、微細加工によって基板の表面に設けられた微細な溝や穴へターゲットの材料を充填することが可能であり、微細な凹凸の形状を有する基板に所望の光学膜厚を有する(多層の)薄膜を形成することが可能である光学薄膜用の成膜装置が望まれている。
特許第3202974号公報 O plus E Vol.26,No.2、2004年2月、P.144−148
Therefore, it is possible to fill the target material into fine grooves and holes provided on the surface of the substrate by microfabrication, and the substrate having a fine uneven shape has a desired optical film thickness (multilayer). A film forming apparatus for an optical thin film capable of forming a thin film is desired.
Japanese Patent No. 3202974 O plus E Vol. 26, no. 2, February 2004, p. 144-148

本発明は、表面に凹凸の形状を有する基板上に堆積する膜の厚さを制御することが可能な成膜装置を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the film-forming apparatus which can control the thickness of the film | membrane deposited on the board | substrate which has an uneven | corrugated shape on the surface.

本発明の一つの態様は、少なくとも一つのターゲットをスパッタリングして、基板に前記ターゲットの材料の薄膜を形成し、前記薄膜と反応するガスの活性種を前記薄膜と反応させて、前記基板に膜を形成する成膜装置において、前記薄膜をエッチングする少なくとも一つのエッチング源を有すると共に前記薄膜と反応するガスの活性種を供給する複数の反応源をさらに有することを特徴とする成膜装置である。In one aspect of the present invention, at least one target is sputtered to form a thin film of the target material on the substrate, and active species of a gas that reacts with the thin film is reacted with the thin film to form a film on the substrate. The film forming apparatus is characterized in that it has at least one etching source for etching the thin film and further has a plurality of reaction sources for supplying active species of gas that reacts with the thin film. .

本発明によれば、表面に凹凸の形状を有する基板上に堆積する膜の厚さを制御することが可能な成膜装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the film-forming apparatus which can control the thickness of the film | membrane deposited on the board | substrate which has an uneven | corrugated shape on the surface can be provided.

次に、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、本発明による成膜装置の概略について図3を用いて説明する。図3は、本発明による成膜装置の概略図である。図3に示すように、本発明による成膜装置は、ターゲットをスパッタリングして、基板にターゲットの材料の薄膜を形成する成膜装置であって、真空槽10、真空槽10内に設けられた円筒形の基板ホルダー20、エッチング源60、及び飛行方向制限手段70、並びに、それぞれ真空槽10の内部に設けられ遮蔽板で区画された第一のターゲット30、第二のターゲット35、反応源40を有する。真空槽10の内部は、図示していない排気系で排気されており、高真空状態に保たれている。円筒形の基板ホルダー20は、所定の回転速度で回転可能であり、基板ホルダー20の外周には、単数又は複数の基板50を保持することができる。   First, an outline of a film forming apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic view of a film forming apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 3, the film forming apparatus according to the present invention is a film forming apparatus that forms a thin film of a target material on a substrate by sputtering a target, and is provided in the vacuum chamber 10 and the vacuum chamber 10. The cylindrical substrate holder 20, the etching source 60, the flight direction limiting means 70, and the first target 30, the second target 35, and the reaction source 40 that are provided inside the vacuum chamber 10 and partitioned by a shielding plate, respectively. Have The inside of the vacuum chamber 10 is exhausted by an exhaust system (not shown) and is kept in a high vacuum state. The cylindrical substrate holder 20 can be rotated at a predetermined rotation speed, and one or a plurality of substrates 50 can be held on the outer periphery of the substrate holder 20.

次に、本発明による成膜装置の動作を説明する。まず、基板ホルダー20の外周に単数又は複数の基板50を保持する。次に、基板50が保持された基板ホルダー20を回転させて、基板50と第一のターゲット30を対向させる。そして、第一のターゲット30をスパッタリングすることで、第一のターゲット30を構成する材料の原子を基板50上に堆積させ、第一のターゲット30の材料からなる薄膜を基板50上に形成する。次に、基板ホルダー20を回転させて、第一のターゲット30の材料からなる薄膜が形成された基板50とエッチング源60を対向させる。そして、エッチング源から放出される高エネルギー粒子により、後述するように、基板50上に形成された第一のターゲット30の材料からなる薄膜の一部分をエッチングする。次に、必要に応じて、基板ホルダー20を回転させて、エッチングされた第一のターゲット30の材料からなる薄膜が形成された基板50と反応源40を対向させる。そして、反応源40から放出されるガスの活性種を、基板50におけるエッチングされた第一のターゲット30の材料からなる薄膜と反応させる。これにより、基板50上に第一のターゲット30の材料とガスの活性種とが反応して得られる生成物の薄膜を形成することができる。次に、必要に応じて、基板ホルダー20を回転させて、薄膜が形成された基板50と第二のターゲット35を対向させる。そして、第二のターゲット35をスパッタリングすることで、第二のターゲット35を構成する材料の原子を基板50上に形成された薄膜に堆積させ、第二のターゲット35の材料からなる薄膜を基板50上に形成された薄膜上に積層する。この場合にも、次に基板ホルダー20を回転させて、第二のターゲット35の材料からなる薄膜が形成された基板50とエッチング源60を対向させる。そして、エッチング源から放出される高エネルギー粒子により、後述するように、基板50上に形成された第二のターゲット35の材料からなる薄膜の一部分をエッチングする。このようにして、ターゲットのスパッタリングによる成膜、エッチング源による成膜された薄膜のエッチング、及び必要に応じて反応源による成膜された薄膜の反応を組み合わせることで、基板ホルダー20に設けられた単数又は複数の基板50上に、第一のターゲット30及び/又は第二のターゲット35の材料からなる薄膜、及び/又は第一のターゲット30及び/又は第二のターゲット35の材料からなる薄膜と反応源から供給されるガスの活性種と反応させて得られる生成物の薄膜を形成する又は積層させることができる。なお、ターゲットのスパッタリングによる成膜、エッチング源による成膜された薄膜のエッチング、及び必要に応じて反応源による成膜された薄膜の反応に関する各工程を繰り返して又は連続的に実施することができる。   Next, the operation of the film forming apparatus according to the present invention will be described. First, one or more substrates 50 are held on the outer periphery of the substrate holder 20. Next, the substrate holder 20 holding the substrate 50 is rotated so that the substrate 50 and the first target 30 face each other. Then, by sputtering the first target 30, atoms of the material constituting the first target 30 are deposited on the substrate 50, and a thin film made of the material of the first target 30 is formed on the substrate 50. Next, the substrate holder 20 is rotated so that the substrate 50 on which the thin film made of the material of the first target 30 is formed and the etching source 60 face each other. Then, a part of the thin film made of the material of the first target 30 formed on the substrate 50 is etched by the high energy particles emitted from the etching source, as will be described later. Next, if necessary, the substrate holder 20 is rotated so that the reaction source 40 faces the substrate 50 on which the thin film made of the material of the etched first target 30 is formed. Then, the active species of the gas released from the reaction source 40 is reacted with the thin film made of the material of the etched first target 30 on the substrate 50. Thereby, a thin film of a product obtained by the reaction between the material of the first target 30 and the active species of gas can be formed on the substrate 50. Next, if necessary, the substrate holder 20 is rotated so that the substrate 50 on which the thin film is formed and the second target 35 are opposed to each other. Then, by sputtering the second target 35, atoms of the material constituting the second target 35 are deposited on the thin film formed on the substrate 50, and a thin film made of the material of the second target 35 is deposited on the substrate 50. Laminate on the thin film formed above. Also in this case, the substrate holder 20 is rotated next so that the substrate 50 on which the thin film made of the material of the second target 35 is formed and the etching source 60 are opposed to each other. Then, a part of the thin film made of the material of the second target 35 formed on the substrate 50 is etched by the high energy particles emitted from the etching source, as will be described later. In this manner, the film formation by sputtering of the target, the etching of the thin film formed by the etching source, and the reaction of the thin film formed by the reaction source as necessary were combined with the substrate holder 20. A thin film made of the material of the first target 30 and / or the second target 35 and / or a thin film made of the material of the first target 30 and / or the second target 35 on one or more substrates 50 A thin film of a product obtained by reacting with an active species of gas supplied from a reaction source can be formed or laminated. In addition, each process regarding the film formation by sputtering of the target, the etching of the thin film formed by the etching source, and the reaction of the thin film formed by the reaction source can be repeatedly or continuously performed as necessary. .

基板の材料は、特に限定されず、基板の材料としては、金属のような導電性材料のみならず、石英ガラスを含むガラス及びプラスチックのような絶縁材料であってもよい。また、薄膜が形成される基板の表面に(溝や穴を含む)微細な凹凸の形状の構造が形成されていてもよいし、薄膜が形成される基板の表面が平坦な平板であってもよい。   The material of the substrate is not particularly limited, and the material of the substrate may be not only a conductive material such as metal but also an insulating material such as glass including quartz glass and plastic. Further, a fine uneven structure (including grooves and holes) may be formed on the surface of the substrate on which the thin film is formed, or even if the surface of the substrate on which the thin film is formed is a flat plate Good.

上記のように、本発明による成膜装置は、基板上に形成された又は積層された薄膜をエッチングするエッチング源を有する。本発明による成膜装置において、エッチング源の数は、単数であっても複数であってもよい。エッチング源は、基板上に形成された又は積層されたターゲットの材料の薄膜をエッチングする高エネルギー粒子を放出する。本発明による成膜装置にエッチング源を設けることにより、表面に凹凸の形状を有する基板上に堆積する膜の厚さを制御することができる。より詳しくは、基板に設けられた微細な溝や穴にターゲットの材料を十分に充填することができる。また、表面に凹凸の形状を有する基板に所望の厚さの膜を形成することができる。すなわち、基板の表面の形状を反映した均一かつ一様な膜を形成することができる。このことより、所望の屈折率を有する薄膜を基板上に形成することができる。加えて、本発明による成膜装置を用いて光学薄膜を備えた光学素子を製作することで、所望の光学膜厚などの光学特性を有する光学素子を高精度に得ることができる。   As described above, the film forming apparatus according to the present invention has an etching source for etching a thin film formed or stacked on a substrate. In the film forming apparatus according to the present invention, the number of etching sources may be singular or plural. The etching source emits high energy particles that etch a thin film of target material formed or stacked on the substrate. By providing an etching source in the film formation apparatus according to the present invention, the thickness of a film deposited on a substrate having an uneven surface can be controlled. More specifically, the target material can be sufficiently filled in fine grooves and holes provided in the substrate. In addition, a film having a desired thickness can be formed on a substrate having an uneven surface. That is, a uniform and uniform film reflecting the shape of the surface of the substrate can be formed. Thus, a thin film having a desired refractive index can be formed on the substrate. In addition, by manufacturing an optical element having an optical thin film using the film forming apparatus according to the present invention, an optical element having optical characteristics such as a desired optical film thickness can be obtained with high accuracy.

次に、本発明による成膜装置におけるエッチング源の機能を図4及び5を用いて説明する。   Next, the function of the etching source in the film forming apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図4は、本発明による成膜装置を用いて表面に凹凸の形状を有する基板上に薄膜が成膜された素子の断面図である。図4に示すような表面に溝及び/又は穴のような凹凸の形状を有する基板50上にターゲットの材料からなる薄膜を形成する場合においては、ターゲットの材料の粒子は、凸部の角を中心に選択的に付着する傾向がある。その結果、本発明におけるエッチング源を使用しない場合には、基板50の凸部の近傍においてはターゲットの材料からなる膜の付着が多くなり、基板50の凹部の底や角などにはターゲットの材料からなる膜の付着が少なくなる。また、基板50の凸部の近傍に形成される膜が、基板50の凹部の底や角などにターゲットの材料の粒子が進入することを妨害する。このため、基板50の表面にターゲットの材料からなる薄膜を形成した際に、図2に示すように、基板50の凹部にターゲットの材料が充填されず、空洞が形成されてしまう。   FIG. 4 is a cross-sectional view of an element in which a thin film is formed on a substrate having an uneven surface by using the film forming apparatus according to the present invention. In the case where a thin film made of a target material is formed on a substrate 50 having irregularities such as grooves and / or holes on the surface as shown in FIG. There is a tendency to adhere selectively to the center. As a result, when the etching source in the present invention is not used, adhesion of a film made of the target material increases in the vicinity of the convex portion of the substrate 50, and the target material is formed on the bottom or corner of the concave portion of the substrate 50. The adhesion of the film made of is reduced. Further, the film formed in the vicinity of the convex portion of the substrate 50 prevents the particles of the target material from entering the bottom or corners of the concave portion of the substrate 50. For this reason, when a thin film made of the target material is formed on the surface of the substrate 50, as shown in FIG. 2, the concave portion of the substrate 50 is not filled with the target material, and a cavity is formed.

ここで、表面に凹凸の形状を有する基板50上にターゲットの材料からなる薄膜を形成する際に、エッチング源から高エネルギー粒子を基板50に堆積される膜に照射する。エッチング源から照射された高エネルギー粒子は、基板50の凸部の角に堆積した膜を中心に選択的にエッチングして除去する傾向がある。すなわち、基板50の凸部の角を中心にターゲットの材料からなる膜の堆積を抑制することができる。さらに、基板50の凸部の角を中心にターゲットの材料からなる膜の堆積が抑制されることで、基板50の凸部の近傍に形成される膜が、基板50の凹部を覆うことを抑制する。そして、基板50の凸部の角を中心に成長するターゲットの材料からなる膜が、基板50の凹部を覆う前に、基板50の凹部にターゲットの材料を充填することができる。一方、エッチング源から照射された高エネルギー粒子は、凹部に進入すると、互いに衝突する傾向が高くなり、凹部に形成された膜をエッチングして除去する確率は低下する。このため、基板50の凹部においては、基板50の凹部に付着したターゲットの材料の膜は、高エネルギー粒子によってあまり除去されずに、ターゲットの材料からなる膜の堆積が進行する。結果として、ターゲットから放出されるターゲットの粒子による成膜とエッチング源から照射される高エネルギー粒子によるエッチングとの頻度を調整することによって、図4に示すように、基板50の表面に設けられた凹部をターゲットの材料で充填すると共に、基板50の表面にターゲットの材料からなる薄膜を形成することができる。   Here, when a thin film made of a target material is formed on the substrate 50 having a concavo-convex shape on the surface, the film deposited on the substrate 50 is irradiated with high energy particles from an etching source. The high energy particles irradiated from the etching source tend to be removed by selectively etching around the film deposited on the corner of the convex portion of the substrate 50. That is, deposition of a film made of the target material around the corner of the convex portion of the substrate 50 can be suppressed. Further, the deposition of the film made of the target material around the corner of the convex portion of the substrate 50 is suppressed, so that the film formed in the vicinity of the convex portion of the substrate 50 is prevented from covering the concave portion of the substrate 50. To do. Then, before the film made of the target material that grows around the corner of the convex portion of the substrate 50 covers the concave portion of the substrate 50, the concave portion of the substrate 50 can be filled with the target material. On the other hand, when the high energy particles irradiated from the etching source enter the recess, they tend to collide with each other, and the probability of etching and removing the film formed in the recess decreases. For this reason, in the concave portion of the substrate 50, the film of the target material adhering to the concave portion of the substrate 50 is not much removed by the high energy particles, and deposition of the film made of the target material proceeds. As a result, by adjusting the frequency of the film formation by the target particles emitted from the target and the etching by the high energy particles irradiated from the etching source, as shown in FIG. The recess can be filled with the target material, and a thin film made of the target material can be formed on the surface of the substrate 50.

上記のエッチングの工程は、例えば、以下に示すように、エッチング源としてイオンビーム源を使用し、高エネルギー粒子としてArガスのプラズマイオンを用い、イオンビーム源の電力、イオンビーム源に供給されるArガスの圧力、Arガスのプラズマイオンを照射する時間を調整することで達成することができる。図4に示すような基板50の表面に設けられた凹部を高屈折率のターゲットの材料で充填すると共に基板50の表面にターゲットの材料からなる薄膜が形成された素子は、後の工程で基板50の表面に形成された薄膜を除去し、基板50の凹部に充填された高屈折率の材料の部分を光導波路として用いることができる。すなわち、図4に示すような素子から、基板に光導波路が設けられた素子を製作することができる。   In the above etching process, for example, as shown below, an ion beam source is used as an etching source, Ar gas plasma ions are used as high energy particles, and power of the ion beam source is supplied to the ion beam source. This can be achieved by adjusting the Ar gas pressure and the Ar gas plasma ion irradiation time. The element in which the concave portion provided on the surface of the substrate 50 as shown in FIG. 4 is filled with the target material having a high refractive index and the thin film made of the target material is formed on the surface of the substrate 50 is formed in a later step. The thin film formed on the surface of the substrate 50 is removed, and the portion of the high refractive index material filled in the concave portion of the substrate 50 can be used as the optical waveguide. That is, an element in which an optical waveguide is provided on a substrate can be manufactured from the element as shown in FIG.

図5は、本発明による成膜装置を用いて表面に微細な凹凸の形状を有する基板上に多層の光学薄膜を積層させた素子の断面図である。図5に示すような表面に例えば断面がV字状の溝のような凹凸の形状を有する基板50上に複数のターゲットの材料からなる多層の薄膜を形成する場合においては、ターゲットの材料の粒子は、凸部の頂点を中心に選択的に付着する傾向がある。その結果、本発明におけるエッチング源を使用しない場合には、基板50の凸部の近傍においてはターゲットの材料からなる膜の付着が多くなり、基板50の凹部の近傍にはターゲットの材料からなる膜の付着が少なくなる。このため、基板50の表面にターゲットの材料からなる薄膜を形成した際に、基板50の凸部近傍ではターゲットの材料からなる薄膜の膜厚が大きく、基板50の凹部近傍ではターゲットの材料からなる薄膜の膜厚が小さくなり、基板に形成又は積層される薄膜の膜厚は、基板の凹凸の形状を反映しなくなる。   FIG. 5 is a cross-sectional view of an element in which a multilayer optical thin film is laminated on a substrate having a fine uneven shape on the surface using the film forming apparatus according to the present invention. In the case where a multilayer thin film made of a plurality of target materials is formed on a substrate 50 having an irregular shape such as a groove having a V-shaped cross section on the surface as shown in FIG. Tends to adhere selectively around the apex of the convex portion. As a result, when the etching source according to the present invention is not used, the film made of the target material increases in the vicinity of the convex portion of the substrate 50, and the film made of the target material in the vicinity of the concave portion of the substrate 50. Less adherence. For this reason, when a thin film made of the target material is formed on the surface of the substrate 50, the thickness of the thin film made of the target material is large in the vicinity of the convex portion of the substrate 50, and the target material is made in the vicinity of the concave portion of the substrate 50. The film thickness of the thin film becomes small, and the film thickness of the thin film formed or laminated on the substrate does not reflect the uneven shape of the substrate.

ここで、表面に凹凸の形状を有する基板50上にターゲットの材料からなる薄膜を形成する際に、エッチング源から高エネルギー粒子を基板50に堆積される膜に照射する。エッチング源から照射された高エネルギー粒子は、基板50の凸部の頂点に堆積した膜を中心に選択的にエッチングして除去する傾向がある。すなわち、基板50の凸部の頂点を中心にターゲットの材料からなる膜の堆積を抑制することができる。一方、エッチング源から照射された高エネルギー粒子は、凹部に形成された膜をエッチングして除去する確率は低い。このため、基板50の凹部においては、基板50の凹部に付着したターゲットの材料の膜は、高エネルギー粒子によってあまり除去されずに、ターゲットの材料からなる膜の堆積が進行する。結果として、ターゲットから放出されるターゲットの粒子による成膜とエッチング源から照射される高エネルギー粒子によるエッチングとの頻度を調整することによって、図5に示すように、基板50の表面に設けられた凹凸の形状を反映したターゲットの材料からなる薄膜を形成することができる。次に、ターゲットの材料を変更してターゲットから放出されるターゲットの粒子による成膜とエッチング源から照射される高エネルギー粒子によるエッチングを行なうことにより、基板50の表面に設けられた凹凸の形状を反映した別のターゲットの材料からなる薄膜を積層させることができる。このようにして、基板に設けられた凹凸の形状を反映した同一の又は異なるターゲットの材料からなる多層の薄膜を基板50上に積層させることができる。なお、エッチング源による薄膜のエッチングの条件を適宜変えることにより、基板の形状と異なる所望の形状(例えば、傾斜角が異なるV字の形状や平坦な形状など)を有する薄膜を基板に堆積させることもできる。   Here, when a thin film made of a target material is formed on the substrate 50 having a concavo-convex shape on the surface, the film deposited on the substrate 50 is irradiated with high energy particles from an etching source. The high energy particles irradiated from the etching source tend to be selectively removed by etching mainly on the film deposited on the apex of the convex portion of the substrate 50. That is, deposition of a film made of the target material around the vertex of the convex portion of the substrate 50 can be suppressed. On the other hand, the high energy particles irradiated from the etching source have a low probability of etching and removing the film formed in the recess. For this reason, in the concave portion of the substrate 50, the film of the target material adhering to the concave portion of the substrate 50 is not much removed by the high energy particles, and deposition of the film made of the target material proceeds. As a result, by adjusting the frequency of the film formation by the target particles emitted from the target and the etching by the high energy particles irradiated from the etching source, it was provided on the surface of the substrate 50 as shown in FIG. A thin film made of a target material reflecting the shape of the unevenness can be formed. Next, by changing the target material and performing film formation with target particles emitted from the target and etching with high energy particles irradiated from the etching source, the shape of the unevenness provided on the surface of the substrate 50 is changed. A thin film made of the material of another target reflected can be laminated. In this manner, a multilayer thin film made of the same or different target material reflecting the shape of the unevenness provided on the substrate can be laminated on the substrate 50. Note that a thin film having a desired shape different from the shape of the substrate (for example, a V shape or a flat shape having a different inclination angle) is deposited on the substrate by appropriately changing the conditions for etching the thin film by the etching source. You can also.

上記のエッチングの工程は、例えば、以下に示すように、エッチング源としてイオンビーム源を使用し、高エネルギー粒子としてArガスのプラズマイオンを用い、イオンビーム源の電力、イオンビーム源に供給されるArガスの圧力、Arガスのプラズマイオンを照射する時間を調整することで達成することができる。   In the above etching process, for example, as shown below, an ion beam source is used as an etching source, Ar gas plasma ions are used as high energy particles, and power of the ion beam source is supplied to the ion beam source. This can be achieved by adjusting the Ar gas pressure and the Ar gas plasma ion irradiation time.

図4に示すように、表面に凹凸を有する基板上に基板の凹凸の形状を反映した多層の薄膜を積層させることによって、任意の偏光の透過特性を有する光学素子を提供することができる。例えば、広い特定の波長の範囲において、偏光の一方の透過率が、その偏光に垂直な他方の偏光の透過率と大きく異なる光学素子を設計することができる。すなわち、広い特定の波長の範囲において、偏光の一方を透過させるが、その偏光に垂直な他方の偏光を透過させない光学素子、光から偏光の一方を分割して取り出す光学素子を提供することができる。図5は、図4に示すような光学素子の偏光の透過特性を示すグラフである。図4に示すような光学素子の図5に示すような偏光の透過特性は、図4における光学素子の基板に積層された薄膜の膜厚などを調整することによって、光学素子を透過する偏光の透過率及び波長の範囲を調整することができる。例えば、S偏光又はP偏光の一方についてのみ、光学素子を透過する偏光の波長範囲を変更することができる。   As shown in FIG. 4, an optical element having a transmission characteristic of arbitrary polarized light can be provided by laminating a multilayer thin film reflecting the shape of the unevenness of the substrate on a substrate having an unevenness on the surface. For example, it is possible to design an optical element in which the transmittance of one polarized light is significantly different from the transmittance of the other polarized light perpendicular to the polarized light in a wide specific wavelength range. That is, it is possible to provide an optical element that transmits one polarized light in a wide specific wavelength range but does not transmit the other polarized light perpendicular to the polarized light, and an optical element that splits and extracts one of the polarized lights from the light. . FIG. 5 is a graph showing the transmission characteristics of polarized light of the optical element as shown in FIG. The transmission characteristics of polarized light as shown in FIG. 5 of the optical element as shown in FIG. 4 can be obtained by adjusting the film thickness of the thin film laminated on the substrate of the optical element in FIG. The range of transmittance and wavelength can be adjusted. For example, the wavelength range of polarized light transmitted through the optical element can be changed only for one of S-polarized light and P-polarized light.

エッチング源は、好ましくは、プラズマイオンのビームを発生させるイオンビーム源である。すなわち、イオンビーム源に供給されるガスを電離して、ガスのプラズマを発生させ、プラズマに電界を印加することで、プラズマ中に存在するガスのイオンを加速して、イオンビームを放出することができる。エッチング源としてのイオンビーム源から放出されるイオンビームを基板上に形成又は積層された薄膜に照射することで、薄膜をエッチングすることができる。エッチング源としてイオンビーム源を用いることで、イオンビーム源によって生成された多数のプラズマイオンを、イオンビームとして、基板に形成又は積層された薄膜の面に対して略垂直に、基板に形成又は積層された薄膜に衝突させることができ、基板に形成又は積層された薄膜をエッチングすることができる。その結果、基板に形成又は積層された薄膜の特定部分を選択的に効率良くエッチングすることができ、表面に微細な凹凸の形状を有する基板上に形成された薄膜の厚さをより容易に制御することができる。イオンビーム源としては、公知のイオン銃が挙げられる。イオン銃においては、イオン銃に供給されるガスに対して電極の間で高い直流電圧を印加して、供給されたガスを電離してガスのプラズマを発生させる。そして、プラズマ中のガスイオンを電極間の電圧によって加速し、ガスイオンをイオンビームとして放出することができる。イオンビーム源は、エッチング源としても反応源としても使用できるため、プラズマイオンを生成するガスを交換するだけで、エッチング源と反応源を交換する作業を必要とせずに、エッチング源又は反応源の機能を選択することができる。   The etching source is preferably an ion beam source that generates a beam of plasma ions. That is, the gas supplied to the ion beam source is ionized to generate a gas plasma, and an electric field is applied to the plasma, thereby accelerating the ions of the gas present in the plasma and releasing the ion beam. Can do. The thin film can be etched by irradiating the thin film formed or laminated on the substrate with an ion beam emitted from an ion beam source as an etching source. By using an ion beam source as an etching source, a large number of plasma ions generated by the ion beam source are formed or stacked on the substrate as an ion beam substantially perpendicular to the surface of the thin film formed or stacked on the substrate. The thin film formed on or stacked on the substrate can be etched. As a result, specific portions of the thin film formed or laminated on the substrate can be selectively and efficiently etched, and the thickness of the thin film formed on the substrate having a fine uneven shape on the surface can be controlled more easily. can do. As the ion beam source, a known ion gun can be used. In the ion gun, a high DC voltage is applied between the electrodes with respect to the gas supplied to the ion gun, and the supplied gas is ionized to generate gas plasma. And the gas ion in plasma can be accelerated by the voltage between electrodes, and a gas ion can be discharge | released as an ion beam. Since the ion beam source can be used as an etching source or a reaction source, only the gas for generating plasma ions is exchanged, and there is no need to exchange the etching source and the reaction source. Function can be selected.

また、エッチング源は、導入されるガスを励起してガスのラジカルを生成させて、それらのラジカルで薄膜をエッチングする電子サイクロトロン共鳴(ECR)イオン源であってもよい。   The etching source may be an electron cyclotron resonance (ECR) ion source that excites the introduced gas to generate gas radicals and etches the thin film with these radicals.

さらに、エッチング源は、薄膜に対する化学反応性の高い反応性イオンを用いて薄膜をエッチングする反応性イオンエッチング(RIE)源であってもよい。   Furthermore, the etching source may be a reactive ion etching (RIE) source that etches the thin film using reactive ions that are highly chemically reactive with the thin film.

また、エッチング源としてのイオンビーム源から放出されるプラズマイオンとしては、希ガス(不活性ガス)、窒素、酸素などのガスのイオンが挙げられる。すなわち、希ガス(不活性ガス)、窒素、酸素などのガスのイオンを得るためには、エッチング源としてのイオンビーム源にそれぞれ希ガス(不活性ガス)、窒素、酸素などを供給すればよい。エッチング源としてのイオンビーム源から放出されるプラズマイオンは、好ましくは、希ガス(不活性ガス)原子のイオンである。エッチング源としてのイオンビーム源から放出されるプラズマイオンとして希ガスのイオンを用いると、希ガスの反応性は低いので、プラズマイオンを照射した薄膜に化学変化を引き起こす可能性が低く、薄膜に対する汚染が少ない。   Further, examples of plasma ions emitted from an ion beam source as an etching source include ions of gases such as a rare gas (inert gas), nitrogen, and oxygen. That is, in order to obtain ions of gases such as rare gas (inert gas), nitrogen, and oxygen, it is only necessary to supply rare gas (inert gas), nitrogen, oxygen, and the like to an ion beam source as an etching source. . The plasma ions emitted from the ion beam source as the etching source are preferably ions of rare gas (inert gas) atoms. When rare gas ions are used as plasma ions emitted from an ion beam source as an etching source, the reactivity of the rare gas is low, so there is little possibility of causing a chemical change in the thin film irradiated with plasma ions, and contamination of the thin film. Less is.

さらに、エッチング源としてのイオンビーム源から放出されるプラズマイオンは、好ましくは、高いスパッタリング収率(一個のプラズマイオンで散乱させることができる膜の原子数)を有するプラズマイオンである。エッチング源としてのイオンビーム源から放出されるプラズマイオンとして高いスパッタリング収率を有するプラズマイオンを用いると、一個のプラズマイオンで多数の薄膜の原子を散乱させることができるため、プラズマイオンによるスパッタリングの効率を向上させることができる。   Furthermore, the plasma ions emitted from the ion beam source as the etching source are preferably plasma ions having a high sputtering yield (the number of atoms of the film that can be scattered by one plasma ion). When plasma ions having a high sputtering yield are used as plasma ions emitted from an ion beam source as an etching source, a large number of thin film atoms can be scattered by one plasma ion, so that the sputtering efficiency by plasma ions is improved. Can be improved.

加えて、エッチング源としてのイオンビーム源から放出される希ガス原子のイオンは、望ましくは、アルゴン原子のイオンである。アルゴン原子のイオン(Arイオン)は、希ガスのイオンであると共にスパッタリング収率も比較的高く、低コストでもある。   In addition, the rare gas atom ions emitted from the ion beam source as the etching source are desirably argon atom ions. Argon ions (Ar ions) are rare gas ions, have a relatively high sputtering yield, and are low in cost.

次に、本発明における成膜装置は、必須ではないが好ましくは、基板に形成された又は積層された薄膜と反応するガスの活性種を供給する反応源を有する。成膜装置に反応源を設けることによって、ターゲットの材料からなる薄膜と反応源から供給されるガスの活性種を反応させて、ターゲットの材料からなる薄膜と反応源から供給されるガスの活性種との化合物の薄膜を形成することができる。反応源としては、供給される酸素ガスの活性種を発生させ、酸素ガスの活性種によって薄膜を酸化する酸化源、及び供給される窒素ガスの活性種を発生させ、窒素ガスの活性種によって薄膜を窒素化する窒化源などが挙げられる。ここで、ガスの活性種とは、ガスの分子の励起状態、ガスの分子が解離したガスの原子(ラジカル)、ガスの電離によって発生したガスの原子又は分子の(陽)イオンを含むものとする。例えば、ターゲットの材料がSi及びTaのような金属であり、反応源に供給されるガスが、酸素である場合には、Si及びTaのような金属が酸素の活性種である酸素ラジカル又は酸素イオンと反応して、SiO及びTaのような金属酸化物の薄膜が形成される。なお、ターゲットの材料の量と反応源に供給するガスの供給量、よってガスの活性種の量との比を調整することで、ターゲットの材料からなる薄膜とガスの活性種との反応によって形成される薄膜の化学種を制御することができる。これにより、ターゲットの材料からなる薄膜とガスの活性種との反応によって形成される薄膜の屈折率を制御することができる。なお、ターゲットの材料からなる薄膜とガスの活性種との反応によって形成される薄膜の屈折率は、ターゲットの材料の量と反応源に供給するガスの供給量との比に対して線形に変化する。例えば、金属Siの薄膜を酸素ラジカルで酸化する場合には、SiとOの組成比を調整することで、薄膜におけるSiとSiOの割合が変動し、薄膜の屈折率を、Siの屈折率3.97とSiOの屈折率1.45との間でSiとOの組成比に対して線形に制御することができる。また、金属Taの薄膜を酸素ラジカルで酸化する場合には、TaとOの組成比を調整することで、薄膜におけるTaとTaの割合が変動し、薄膜の屈折率を、Taの屈折率2.12とTaの屈折率2.05との間でSiとOの組成比に対して線形に制御することができる。なお、上記屈折率は、全て波長587.56nmの光に対する屈折率である。また、Si、SiO、Ta、Taなどの薄膜を積層させることによっても、様々な屈折率の薄膜を形成することができる。 Next, the film forming apparatus of the present invention is not essential, but preferably has a reaction source that supplies active species of gas that reacts with a thin film formed on or stacked on a substrate. By providing a reaction source in the film forming apparatus, a thin film made of the target material reacts with an active species of gas supplied from the reaction source, and a thin film made of the target material and an active species of gas supplied from the reaction source. And a compound thin film can be formed. As a reaction source, an active species of the supplied oxygen gas is generated, an oxidation source that oxidizes the thin film by the active species of the oxygen gas, and an active species of the supplied nitrogen gas is generated, and the thin film is generated by the active species of the nitrogen gas. And a nitriding source for nitriding. Here, the active species of gas include an excited state of gas molecules, gas atoms (radicals) from which gas molecules are dissociated, and gas atoms or molecular (positive) ions generated by gas ionization. For example, when the target material is a metal such as Si and Ta and the gas supplied to the reaction source is oxygen, oxygen radicals or oxygen in which the metal such as Si and Ta is an active species of oxygen Reacting with ions, a thin film of metal oxide such as SiO 2 and Ta 2 O 5 is formed. It is formed by the reaction between the target material thin film and the gas active species by adjusting the ratio of the amount of target material and the amount of gas supplied to the reaction source, and hence the amount of active species of gas. It is possible to control the chemical species of the thin film. Thereby, the refractive index of the thin film formed by the reaction between the thin film made of the target material and the active species of the gas can be controlled. The refractive index of the thin film formed by the reaction between the target material thin film and the active species of the gas changes linearly with respect to the ratio between the amount of the target material and the amount of gas supplied to the reaction source. To do. For example, when a metal Si thin film is oxidized with oxygen radicals, by adjusting the composition ratio of Si and O, the ratio of Si to SiO 2 in the thin film varies, and the refractive index of the thin film is changed to the refractive index of Si. It can be linearly controlled with respect to the composition ratio of Si and O between 3.97 and the refractive index of SiO 2 of 1.45. When the metal Ta thin film is oxidized with oxygen radicals, the ratio of Ta to Ta 2 O 5 in the thin film varies by adjusting the composition ratio of Ta and O, and the refractive index of the thin film It can be controlled linearly with respect to the composition ratio of Si and O between a refractive index of 2.12 and a refractive index of Ta 2 O 5 of 2.05. The above refractive indexes are all refractive indexes with respect to light having a wavelength of 587.56 nm. In addition, thin films having various refractive indexes can be formed by laminating thin films such as Si, SiO 2 , Ta, and Ta 2 O 5 .

反応源には、反応源に供給されるガスを励起する又は電離する(プラズマ)るために、公知の高周波電磁誘導、誘導結合プラズマ(ICP)、電子サイクロトロン共鳴、高周波放電、又は直流放電が用いられる。   As the reaction source, known high frequency electromagnetic induction, inductively coupled plasma (ICP), electron cyclotron resonance, high frequency discharge, or direct current discharge is used to excite or ionize (plasma) the gas supplied to the reaction source. It is done.

また、成膜装置に設けられる反応源の数は、単数でも複数でもよいが、複数であることが好ましい。一般に、基板に形成又は積層された薄膜と反応源から供給されるガスの活性種との反応は、成膜の全工程における律速の工程となる。よって、反応源の数が単数である場合には、ターゲットから基板又は基板に形成若しくは積層された薄膜にターゲットの材料からなる薄膜を堆積させる一つの工程に対して、基板に形成又は積層された薄膜と反応源から供給されるガスの活性種との反応の工程を複数回必要とする、すなわち、基板ホルダーを複数回回転させる必要がある場合もある。これに対して、成膜装置に設けられる反応源の数が、複数であると、ターゲットの材料からなる薄膜を堆積させる一つの工程に対して、複数の反応源から供給されるガスの活性種による反応の一つの工程で、基板に形成又は積層された薄膜と反応源から供給されるガスの活性種との十分な反応を実現することができる。すなわち、基板ホルダーを一回転する間に、ターゲットの材料を堆積させる工程及びターゲットの材料とガスの活性種との十分な反応の工程の両方を実現することができる。   Further, the number of reaction sources provided in the film forming apparatus may be one or more, but is preferably plural. In general, the reaction between the thin film formed or laminated on the substrate and the active species of the gas supplied from the reaction source is a rate-determining step in all the steps of film formation. Therefore, when the number of reaction sources is singular, it is formed or laminated on the substrate for one step of depositing a thin film made of the target material on the thin film formed or laminated on the substrate or the substrate from the target. In some cases, the process of reacting the thin film with the active species of the gas supplied from the reaction source is required a plurality of times, that is, the substrate holder needs to be rotated a plurality of times. On the other hand, when the number of reaction sources provided in the film forming apparatus is plural, the active species of the gas supplied from the plural reaction sources for one step of depositing a thin film made of the target material. In one step of the reaction, a sufficient reaction between the thin film formed or laminated on the substrate and the active species of the gas supplied from the reaction source can be realized. That is, both the step of depositing the target material and the step of sufficient reaction between the target material and the active species of the gas can be realized while the substrate holder is rotated once.

さらに、反応源の少なくとも一つは、好ましくは、プラズマイオンのビームを発生させるイオンビーム源である。反応源としてイオンビーム源を用いることで、イオンビーム源によって生成された多数のプラズマイオンを、イオンビームとして、基板に形成又は積層された薄膜の面に対して略垂直に、基板に形成又は積層された薄膜に衝突させることができ、基板に形成又は積層された薄膜を均一かつ一様に反応源から発生するプラズマイオンと反応させることができ、基板に形成又は積層された薄膜と反応源から発生するプラズマイオンとが反応して得られる生成物の薄膜を均一かつ一様に形成することができる。この場合において、エッチング源もイオンビーム源であるときには、成膜装置に複数のイオンビーム源が設けられ、イオンビーム源の少なくとも一つは、エッチング源であり、他のイオンビーム源は、反応源である。前述のように、複数のイオンビーム源の一部を反応源として利用すると、必要に応じて、イオンビーム源に供給するガスを変更することで、反応源として利用していたイオンビーム源をエッチング源として利用することができる。   Furthermore, at least one of the reaction sources is preferably an ion beam source that generates a beam of plasma ions. By using an ion beam source as a reaction source, a large number of plasma ions generated by the ion beam source are formed or stacked on the substrate as an ion beam substantially perpendicular to the surface of the thin film formed or stacked on the substrate. The thin film formed or laminated on the substrate can be uniformly and uniformly reacted with the plasma ions generated from the reaction source, and the thin film formed on or laminated on the substrate and the reaction source. A thin film of a product obtained by reaction with generated plasma ions can be formed uniformly and uniformly. In this case, when the etching source is also an ion beam source, a plurality of ion beam sources are provided in the film forming apparatus, at least one of the ion beam sources is an etching source, and the other ion beam sources are reaction sources. It is. As described above, when a part of a plurality of ion beam sources is used as a reaction source, the ion beam source used as a reaction source is etched by changing the gas supplied to the ion beam source as necessary. Can be used as a source.

また、上記のエッチング源がイオンビーム源である場合、及び/又は、上記の反応源がイオンビーム源である場合に、本発明による成膜装置は、必須ではないが好ましくは、プラズマイオンが飛行する方向を制限する手段をさらに有する。イオンビーム源から放出されるプラズマイオンが飛行する方向を制限する手段は、イオンビーム源と基板との間に設けられる。プラズマイオンが飛行する方向を制限する手段を成膜装置に設けることによって、イオンビーム源から放出されたプラズマイオンにおいて、イオンビーム源から基板へ向かって直進する速度成分が多いプラズマイオンを選択して、基板又は薄膜に衝突させることができる。その結果、プラズマイオンを基板又は薄膜に略垂直方向に衝突させることができるので、イオンビーム源をエッチング源として用いた場合には、基板又は薄膜に形成又は積層されるターゲット材料の特定部分を選択的に効率良くエッチングし、ターゲット材料の薄膜の厚さを容易に制御することができる。また、イオンビーム源を反応源として用いた場合にも、基板又は薄膜に形成又は積層されるターゲット材料を効率良く、すなわち均一かつ一様にガスの活性種と反応させることができるため、ターゲット材料の薄膜とガスの活性種と生成物の薄膜を容易に形成することができる。プラズマイオンが飛行する方向を制限する手段は、例えば、後述する図7及び図8に示すような飛行方向制限手段であってもよい。   Further, when the etching source is an ion beam source and / or when the reaction source is an ion beam source, the film forming apparatus according to the present invention is not essential, but preferably plasma ions fly. It further has a means to restrict | limit the direction to do. Means for limiting the direction of flight of plasma ions emitted from the ion beam source is provided between the ion beam source and the substrate. By providing the film deposition system with a means to limit the direction in which the plasma ions fly, plasma ions emitted from the ion beam source can be selected from plasma ions having a large velocity component that travels straight from the ion beam source toward the substrate. Can be made to collide with the substrate or the thin film. As a result, plasma ions can collide with the substrate or thin film in a substantially vertical direction, so when an ion beam source is used as an etching source, a specific portion of the target material formed or laminated on the substrate or thin film is selected. Therefore, the thickness of the thin film of the target material can be easily controlled. Further, even when an ion beam source is used as a reaction source, the target material formed or laminated on the substrate or thin film can be reacted efficiently, that is, uniformly and uniformly with the active species of the gas. It is possible to easily form the thin film, the active species of the gas, and the thin film of the product. The means for restricting the direction in which plasma ions fly may be, for example, a flight direction restricting means as shown in FIGS.

さらに、上記のエッチング源がイオンビーム源である場合、及び/又は、上記の反応源がイオンビーム源である場合に、イオンビーム源と基板との間の距離は、好ましくは、プラズマイオンの平均自由工程の1倍以上10倍以下である。具体的には、イオンビーム源と基板との間の距離は、10mm以上500mm以下であることが好ましい。イオンビーム源と基板との間の距離が、プラズマイオンの平均自由工程の1倍未満である、又は10mm未満である場合には、基板に形成又は積層された薄膜に対して略垂直な速度成分を有するプラズマイオンの数が減少し、薄膜のエッチング又は薄膜とプラズマイオンとの反応を制御することが比較的困難になる。一方、イオンビーム源と基板との間の距離が、プラズマイオンの平均自由工程の10倍を超える、又は500mmを超える場合には、薄膜に衝突するプラズマイオンの数が減少し、薄膜のエッチング又は薄膜とプラズマイオンとの反応の効率が低下する。このように、イオンビーム源と基板との距離を従来のスパッタリング法におけるよりも長くすると、イオンビーム源から放出されるプラズマイオンのうち、基板に形成又は積層された薄膜に対して略垂直な速度成分を有するプラズマイオンを、基板に形成又は積層された薄膜に衝突させて、基板に形成又は積層された薄膜をエッチングする又は基板に形成又は積層された薄膜と反応源から発生するプラズマイオンを反応させることができる。その結果、基板に形成又は積層された薄膜の特定部分を選択的に効率良くエッチングすることができ、表面に微細な凹凸の形状を有する基板上に形成された薄膜の厚さをより容易に制御することができる。また、基板に形成又は積層された薄膜を均一かつ一様に反応源から発生するプラズマイオンと反応させることができ、基板に形成又は積層された薄膜と反応源から発生するプラズマイオンとが反応して得られる生成物の薄膜を均一かつ一様に形成することができる。   Further, when the etching source is an ion beam source and / or when the reaction source is an ion beam source, the distance between the ion beam source and the substrate is preferably an average of plasma ions. It is 1 to 10 times the free process. Specifically, the distance between the ion beam source and the substrate is preferably 10 mm or more and 500 mm or less. When the distance between the ion beam source and the substrate is less than 1 time of the mean free path of plasma ions or less than 10 mm, the velocity component substantially perpendicular to the thin film formed or laminated on the substrate This reduces the number of plasma ions having, and makes it relatively difficult to control the etching of the thin film or the reaction between the thin film and the plasma ions. On the other hand, when the distance between the ion beam source and the substrate exceeds 10 times the mean free path of plasma ions, or exceeds 500 mm, the number of plasma ions impinging on the thin film decreases, and etching of the thin film or The efficiency of the reaction between the thin film and plasma ions is reduced. As described above, when the distance between the ion beam source and the substrate is longer than that in the conventional sputtering method, the velocity of the plasma ions emitted from the ion beam source is substantially perpendicular to the thin film formed or stacked on the substrate. A plasma ion having a component is collided with a thin film formed or laminated on a substrate, and the thin film formed or laminated on the substrate is etched, or the thin film formed or laminated on the substrate reacts with plasma ions generated from a reaction source. Can be made. As a result, specific portions of the thin film formed or laminated on the substrate can be selectively and efficiently etched, and the thickness of the thin film formed on the substrate having a fine uneven shape on the surface can be controlled more easily. can do. In addition, the thin film formed or laminated on the substrate can be uniformly and uniformly reacted with plasma ions generated from the reaction source, and the thin film formed or laminated on the substrate reacts with the plasma ions generated from the reaction source. The thin film of the product obtained in this way can be formed uniformly and uniformly.

ターゲットの材料は、公知のスパッタリング法によって、基板又は基板上に形成若しくは積層された薄膜へ堆積される。ターゲットの材料は、特に限定されないが、ターゲットの材料としては、金属及び金属化合物などが挙げられる。   The target material is deposited on the substrate or a thin film formed or laminated on the substrate by a known sputtering method. The target material is not particularly limited, and examples of the target material include metals and metal compounds.

本発明の成膜装置において、ターゲットの材料は、好ましくは、Al、Si、Ti、Cr、Nb、Ta、SiO、Al、TiO、Cr、Nb、及びTaからなる群より選択される一種類又は複数種類の材料である。このようなターゲットの材料を用いることで、従来の成膜装置では形成することができなかった薄膜を、基板又は基板に形成若しくは積層された薄膜に形成することができる。特に、本発明による成膜装置では、Al、Cr、Al、及びCrを含む薄膜を形成することができる。 In the film forming apparatus of the present invention, the target material is preferably Al, Si, Ti, Cr, Nb, Ta, SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , Cr 2 O 3 , Nb 2 O 5 , and One or more types of materials selected from the group consisting of Ta 2 O 5 . By using such a target material, a thin film that cannot be formed by a conventional film formation apparatus can be formed as a substrate or a thin film formed or stacked over the substrate. In particular, in the film forming apparatus according to the present invention, a thin film containing Al, Cr, Al 2 O 3 , and Cr 2 O 3 can be formed.

また、ターゲットの数は、単数であっても複数であってもよい。ターゲットの数が複数である場合には、複数のターゲットによる同時スパッタリングを行なうことができる。
また、ターゲットの数が複数である場合には、ターゲットの材料の種類は、一種類であっても二種類以上であってもよい。しかしながら、ターゲットの数が複数である場合には、複数のターゲットの少なくとも二つは、好ましくは、互いに異なるターゲットの材料を含む。互いに異なるターゲットの材料を含む複数のターゲットを同時スパッタリングすることによって、それらの互いに異なるターゲットの材料が、任意の割合で混合された薄膜を形成することができる。また、互いに異なるターゲットの材料を含む複数のターゲットを同時スパッタリングすることを繰り返すことによって、互いに異なるターゲットの材料の組成比が異なる複数の薄膜を積層させた多層の薄膜を得ることもできる。
Further, the number of targets may be singular or plural. When there are a plurality of targets, simultaneous sputtering with a plurality of targets can be performed.
In addition, when the number of targets is plural, the types of target materials may be one type or two or more types. However, when the number of targets is plural, at least two of the plural targets preferably include different target materials. By simultaneously sputtering a plurality of targets including different target materials, it is possible to form a thin film in which the different target materials are mixed in an arbitrary ratio. In addition, a multilayer thin film in which a plurality of thin films having different composition ratios of different target materials can be obtained by repeating simultaneous sputtering of a plurality of targets including different target materials.

また、ターゲットの少なくとも一つは、複数の種類のターゲット材料を含んでもよい。複数の種類のターゲット材料を含むターゲットを用いると、複数の種類のターゲット材料を含む薄膜を形成することができる。その結果、複数の種類のターゲット材料を含む薄膜と反応源から供給されるガスの活性種とを反応させて、複数の種類のターゲット材料における一部又は全てがガスの活性種と反応して得られる生成物の薄膜を得ることが可能となる。特に、複数の種類のターゲット材料における一部がガスの活性種と反応しやすいために従来に成膜装置では実現できなかった、複数の種類のターゲット材料における全てをガスの活性種と反応させることも可能となってくる。例えば、AlのターゲットとNbのターゲットを用いてAlとNbを堆積させて、これら金属の酸化の工程を行なった場合には、従来の成膜装置では容易に酸化されるAlのみが酸化されてAl及び金属Nbの薄膜が形成されていたが、本発明の成膜装置においてAl及びNbの両方を含むターゲットを用いると、Al及びNbの薄膜を得ることができる。 Further, at least one of the targets may include a plurality of types of target materials. When a target including a plurality of types of target materials is used, a thin film including a plurality of types of target materials can be formed. As a result, a thin film containing a plurality of types of target materials is reacted with active species of gas supplied from a reaction source, and a part or all of the plurality of types of target materials are obtained by reacting with active species of gas. It is possible to obtain a thin film of the resulting product. In particular, a part of a plurality of types of target materials is likely to react with active species of gas, so that all of the plurality of types of target materials can be reacted with active species of gas, which could not be realized with a conventional deposition apparatus. Will also be possible. For example, when Al and Nb are deposited using an Al target and an Nb target and an oxidation process of these metals is performed, only Al that is easily oxidized is oxidized in the conventional film forming apparatus. Although a thin film of Al 2 O 3 and metal Nb has been formed, if a target containing both Al and Nb is used in the film forming apparatus of the present invention, a thin film of Al 2 O 3 and Nb 2 O 5 can be obtained. it can.

また、本発明の成膜装置において、ターゲットと基板との間の距離は、好ましくは、ターゲットの材料の粒子の平均自由工程の1倍以上10倍以下である。具体的には、ターゲットと基板との間の距離は、10mm以上500mm以下であることが好ましい。ターゲットと基板との間の距離が、ターゲットの材料の粒子の平均自由工程の1倍未満である、又は10mm未満である場合には、基板に形成又は積層された薄膜に対して略垂直な速度成分を有するターゲットの材料の粒子の数が減少し、表面に微細な凹凸の形状を有する基板上に所望の厚さの薄膜を形成することが比較的困難になる。一方、ターゲットと基板との間の距離が、ターゲットの材料の粒子の平均自由工程の10倍を超える、又は500mmを超える場合には、薄膜に衝突するターゲットの材料の粒子の数が減少し、基板又は基板に形成された若しくは堆積させた薄膜にターゲットの材料からなる薄膜を形成する効率が低下する。このように、ターゲットと基板との距離を従来のスパッタリング法におけるよりも長くすると、ターゲットから放出されるターゲットの材料の粒子のうち、基板又は基板に形成若しくは積層された薄膜に対して略垂直な速度成分を有するターゲットの材料の粒子を、基板又は基板に形成若しくは積層された薄膜の特定部分に選択的に効率良く衝突及び堆積させることができる。その結果、表面に微細な凹凸の形状を有する基板上に所望の厚さの薄膜を、より容易に形成することができる。   In the film forming apparatus of the present invention, the distance between the target and the substrate is preferably 1 to 10 times the average free path of the target material particles. Specifically, the distance between the target and the substrate is preferably 10 mm or more and 500 mm or less. If the distance between the target and the substrate is less than 1 times the mean free path of the target material particles, or less than 10 mm, the velocity is approximately perpendicular to the thin film formed or laminated on the substrate. The number of particles of the target material having components is reduced, and it becomes relatively difficult to form a thin film having a desired thickness on a substrate having a fine uneven shape on the surface. On the other hand, if the distance between the target and the substrate exceeds 10 times the mean free path of the target material particles, or exceeds 500 mm, the number of target material particles impinging on the thin film decreases, The efficiency of forming a thin film made of the target material on the substrate or a thin film formed on or deposited on the substrate is reduced. As described above, when the distance between the target and the substrate is longer than that in the conventional sputtering method, the target material particles emitted from the target are substantially perpendicular to the substrate or the thin film formed or stacked on the substrate. Particles of the target material having a velocity component can be selectively and efficiently collided and deposited on a substrate or a specific portion of a thin film formed or laminated on the substrate. As a result, a thin film having a desired thickness can be more easily formed on a substrate having a fine uneven shape on the surface.

さらに、本発明の成膜装置において、エッチング源及びターゲットは、好ましくは、略同心円上に配置される。また、エッチング源、ターゲット、及び反応源が、同心円上に配置されていてもよい。特に、エッチング源及び反応源の両方が、イオンビーム源である場合には、エッチング源及び反応源と基板との距離を適切な距離に設定することができるため、エッチング源としての機能と反応源としての機能を交換しても、エッチング源又は反応源と基板との距離を適切な距離に維持することができる。   Furthermore, in the film forming apparatus of the present invention, the etching source and the target are preferably arranged substantially concentrically. In addition, the etching source, the target, and the reaction source may be arranged on concentric circles. In particular, when both the etching source and the reaction source are ion beam sources, the distance between the etching source and the reaction source and the substrate can be set to an appropriate distance. Even if the function is replaced, the distance between the etching source or the reaction source and the substrate can be maintained at an appropriate distance.

本発明の成膜装置は、必須ではないが好ましくは、ターゲットから放出されるターゲットの材料の粒子が飛行する方向を制限する手段をさらに有する。ターゲットから放出されるターゲットの材料の粒子が飛行する方向を制限する手段(以下、飛行方向制限手段と呼ぶことにする)は、ターゲットと基板との間に設けられる。飛行方向制限手段を成膜装置に設けることによって、ターゲットから発散して放出されたターゲットの材料の粒子において、ターゲットから基板へ向かって直進する速度成分が多いターゲット粒子を選択して、基板又は薄膜に衝突させることができる。その結果、基板の表面に設けられた溝又は穴にターゲット粒子が略垂直方向に侵入し、溝又は穴を効率良くターゲットの材料で充填することができる。また、表面に凹凸の形状を有する基板に薄膜を形成する又は積層させる場合にも、ターゲット粒子を基板又は薄膜に略垂直方向に衝突させることができるので、基板又は薄膜に形成又は積層されるターゲット材料の薄膜の厚さを容易に制御することができる。   The film forming apparatus of the present invention is not essential, but preferably further includes means for limiting the direction in which the particles of the target material emitted from the target fly. Means for limiting the direction in which particles of the target material emitted from the target fly (hereinafter referred to as flight direction limiting means) is provided between the target and the substrate. By providing the flight direction limiting means in the film forming apparatus, target particles having a large velocity component that travels straight from the target toward the substrate are selected from the target material particles emitted and emitted from the target. Can collide with. As a result, the target particles enter the grooves or holes provided on the surface of the substrate in a substantially vertical direction, and the grooves or holes can be efficiently filled with the target material. In addition, even when a thin film is formed or laminated on a substrate having an uneven surface, the target particles can collide with the substrate or the thin film in a substantially vertical direction, so that the target formed or laminated on the substrate or the thin film. The thickness of the thin film of material can be easily controlled.

上記の飛行方向制限手段としては、例えば、図7及び図8に示す手段を用いることができる。   As said flight direction restriction | limiting means, the means shown in FIG.7 and FIG.8 can be used, for example.

図7は、本発明による成膜装置に用いられる一つの飛行方向制限手段の断面図である。図7に示すように、飛行方向制限手段70は、例えば、同一の形状を有する複数の平板であり、飛行方向制限手段70を構成する複数の平板は、互いに平行に整列して配置されている。複数の平板の長手方向に沿った二辺は、円筒形の基板ホルダー20の回転軸方向と平行であり、複数の平板の短手方向に沿った二辺は、ターゲットにおけるターゲットが放出される面の法線方向と平行である。また、飛行方向制限手段70は、第一又は第二のターゲット30又は35と基板50との間に設けられる。   FIG. 7 is a cross-sectional view of one flight direction limiting means used in the film forming apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 7, the flight direction limiting means 70 is, for example, a plurality of flat plates having the same shape, and the plurality of flat plates constituting the flight direction limiting means 70 are arranged in parallel with each other. . The two sides along the longitudinal direction of the plurality of flat plates are parallel to the rotational axis direction of the cylindrical substrate holder 20, and the two sides along the short direction of the plurality of flat plates are surfaces from which the target is emitted from the target. It is parallel to the normal direction. Further, the flight direction limiting means 70 is provided between the first or second target 30 or 35 and the substrate 50.

図7に示すような飛行方向制限手段は、ターゲットから放出されるターゲットの材料の粒子の中で、ターゲットの面に略垂直な方向に沿って放出される、すなわち、複数の平板の面に平行な方向に沿って放出されるターゲット粒子を、複数の平板の間隙を通じて通過させて、基板又は基板に形成若しくは積層された薄膜に照射する。一方、ターゲットの面から発散する方向に沿って放出されるターゲットの材料の粒子は、複数の平板の面に衝突して、基板又は基板に形成若しくは積層された薄膜に照射されない。このようにして、基板又は基板に形成若しくは積層された薄膜に対して垂直な速度成分が大きいターゲット粒子を照射することができる。   The flight direction limiting means as shown in FIG. 7 is emitted along a direction substantially perpendicular to the surface of the target among particles of the target material emitted from the target, that is, parallel to the surfaces of a plurality of flat plates. Target particles emitted along a certain direction are passed through a plurality of flat plate gaps to irradiate a substrate or a thin film formed or stacked on the substrate. On the other hand, the particles of the target material emitted along the direction of divergence from the target surface collide with the surfaces of the plurality of flat plates and are not irradiated to the substrate or the thin film formed or laminated on the substrate. In this manner, target particles having a large velocity component perpendicular to the substrate or the thin film formed or laminated on the substrate can be irradiated.

図8は、本発明による成膜装置に用いられる別の飛行方向制限手段の断面図である。図8に示すように、飛行方向制限手段70は、例えば、同一の形状を有する複数の平板であり、飛行方向制限手段70を構成する複数の平板は、互いに平行に整列して配置されている。複数の平板の面における法線方向は、円筒形の基板ホルダー20の回転軸方向と平行であり、複数の平板の短手方向に沿った二辺は、ターゲットにおけるターゲットが放出される面の法線方向と平行である。また、飛行方向制限手段70は、第一又は第二のターゲット30又は35と基板50との間に設けられる。   FIG. 8 is a sectional view of another flight direction limiting means used in the film forming apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 8, the flight direction limiting means 70 is, for example, a plurality of flat plates having the same shape, and the plurality of flat plates constituting the flight direction limiting means 70 are arranged in parallel with each other. . The normal direction in the planes of the plurality of flat plates is parallel to the rotational axis direction of the cylindrical substrate holder 20, and the two sides along the short direction of the plurality of flat plates are the method of the plane from which the target is emitted from the target. Parallel to the line direction. Further, the flight direction limiting means 70 is provided between the first or second target 30 or 35 and the substrate 50.

図8に示すような飛行方向制限手段は、ターゲットから放出されるターゲットの材料の粒子の中で、ターゲットの面に略垂直な方向に沿って放出される、すなわち、複数の平板の面に平行な方向に沿って放出されるターゲット粒子を、複数の平板の間隙を通じて通過させて、基板又は基板に形成若しくは積層された薄膜に照射する。一方、ターゲットの面から発散する方向に沿って放出されるターゲットの材料の粒子は、複数の平板の面に衝突して、基板又は基板に形成若しくは積層された薄膜に照射されない。このようにして、基板又は基板に形成若しくは積層された薄膜に対して垂直な速度成分が大きいターゲット粒子を照射することができる。   The flight direction limiting means as shown in FIG. 8 is emitted along a direction substantially perpendicular to the surface of the target among particles of the target material emitted from the target, that is, parallel to the surfaces of a plurality of flat plates. Target particles emitted along a certain direction are passed through a plurality of flat plate gaps to irradiate a substrate or a thin film formed or stacked on the substrate. On the other hand, the particles of the target material emitted along the direction of divergence from the target surface collide with the surfaces of the plurality of flat plates and are not irradiated to the substrate or the thin film formed or laminated on the substrate. In this manner, target particles having a large velocity component perpendicular to the substrate or the thin film formed or laminated on the substrate can be irradiated.

なお、図7及び図8に示す飛行方向制限手段を組み合わせた格子状の飛行方向制限手段をターゲットと基板の間に設けてもよい。この場合にも、複数の基板の面における法線方向は、ターゲットにおけるターゲットが放出される面の法線方向と垂直である。   Note that a lattice-shaped flight direction limiting unit combining the flight direction limiting units shown in FIGS. 7 and 8 may be provided between the target and the substrate. Also in this case, the normal direction on the surfaces of the plurality of substrates is perpendicular to the normal direction of the surface of the target from which the target is emitted.

図3に示すような成膜装置において、第一のターゲットの材料として金属Siを用い、第二のターゲットとして金属Taを用いた。第一のターゲットと基板との間の最小距離及び第二のターゲットと基板との間の最小距離は、200mmとした。また、第一のターゲットと基板との間及び第二のターゲットと基板との間に飛行方向制限機構を設けた。エッチング源としてArイオンビームを放出する矩形状のイオンビーム源を用いた。また、反応源としては、アンテナが配置された高周波電磁誘導による酸化源を用いた。基板の材料は、石英ガラスであり、この石英ガラス基板には、予め微細加工が施されており、図4に示すような微細な溝が形成されており、溝の幅aは、50nm、溝の深さbは、110nm、凹凸のピッチcは、100nmであった。基板を基板ホルダーに保持して、真空槽を密閉状態とし、排気系を用いて真空槽の内部を1×10−4Pa以下に減圧排気した。次に、基板を保持した基板ホルダーを100回転/分の回転数で回転させた。基板ホルダーの回転開始から成膜終了まで、基板ホルダーを連続で回転をさせた。また、基板ホルダーの回転速度が常に一定の速度になるように、基板ホルダーの回転を制御した。 In the film forming apparatus as shown in FIG. 3, metal Si was used as the material for the first target, and metal Ta was used as the second target. The minimum distance between the first target and the substrate and the minimum distance between the second target and the substrate were 200 mm. In addition, a flight direction limiting mechanism is provided between the first target and the substrate and between the second target and the substrate. A rectangular ion beam source that emits an Ar ion beam was used as an etching source. Further, as a reaction source, an oxidation source by high frequency electromagnetic induction in which an antenna was arranged was used. The material of the substrate is quartz glass, and this quartz glass substrate has been finely processed in advance, and a fine groove as shown in FIG. 4 is formed, and the groove width a is 50 nm. The depth b of the film was 110 nm, and the pitch c of the unevenness was 100 nm. The substrate was held on a substrate holder, the vacuum chamber was sealed, and the inside of the vacuum chamber was evacuated to 1 × 10 −4 Pa or less using an exhaust system. Next, the substrate holder holding the substrate was rotated at 100 rpm. The substrate holder was continuously rotated from the start of rotation of the substrate holder to the end of film formation. In addition, the rotation of the substrate holder was controlled so that the rotation speed of the substrate holder was always constant.

最初にエッチング源に50sccmのArガスを導入し、エッチング源に供給されるArガスの流量及び真空計で示されるArガスの全圧が安定した後に、エッチング源の電極に2.5kwの電力を供給し、Arガスの放電を開始した。続いて、反応源に100sccmの酸素ガスを導入し、反応源に供給される酸素ガスの流量及び酸素ガスの全圧が安定した後、5kWの電力で13.56MHzの高周波(RF波)を酸素ガスに印加して、酸素ガスの放電を開始した。この状態を3分から5分間の間保持し、基板の表面に付着した不純物を除去した。ここで、基板の表面に付着する有機系不純物の除去には、Arガス及び酸素ガスの活性種による不純物の除去が相当の効果を有し、基板に形成される薄膜の密着性を改善する効果を高めることができる。   First, Ar gas of 50 sccm is introduced into the etching source, and after the flow rate of Ar gas supplied to the etching source and the total pressure of Ar gas indicated by the vacuum gauge are stabilized, power of 2.5 kW is applied to the electrode of the etching source. Then, discharge of Ar gas was started. Subsequently, after introducing 100 sccm of oxygen gas into the reaction source and stabilizing the flow rate of oxygen gas supplied to the reaction source and the total pressure of the oxygen gas, a high frequency (RF wave) of 13.56 MHz with oxygen of 5 kW was supplied to the reaction source. Applying to the gas, the discharge of oxygen gas was started. This state was maintained for 3 to 5 minutes to remove impurities attached to the surface of the substrate. Here, the removal of organic impurities adhering to the surface of the substrate has a considerable effect of removing impurities by active species of Ar gas and oxygen gas, and the effect of improving the adhesion of the thin film formed on the substrate Can be increased.

続いて、(1)第一のターゲットの近傍から200sccmのArガスを真空槽に導入し、金属Siの第一のターゲットに7kwの電力を供給して、不純物を除去した基板に対して金属Siのスパッタリングを実施した。これにより、基板の表面上に膜厚の平均値が1Åから2Åまでである金属Siの薄膜を形成した。次に、(2)第二のターゲットの近傍から200sccmのArガスを真空槽に導入し、金属Taの第二のターゲットに4kwの電力を供給して、基板上に形成された金属Siの薄膜に対して金属Taのスパッタリングを実施した。これにより、基板に形成されたSiの薄膜上に膜厚の平均値が1Å以下である金属Taの薄膜を形成した。その結果、基板上に金属Si及び金属Taの混合膜が形成された。次に、(3)反応源に酸素ガスのプラズマを発生させ、基板の表面に形成された金属Si及び金属Taの混合膜に酸素プラズマを反応させて、金属Si及び金属Taの混合膜を酸化し、基板上にSiO及びTaの混合膜を形成した。次に、(4)エッチング源としてのイオンビーム源から放出されるArイオンを基板上に成膜されたSiO及びTaの混合膜に衝突させ、SiO及びTaの混合膜のイオンエッチングを行った。ここで、イオンエッチングのエッチングレートは、SiO及びTaの混合膜に対する成膜速度の10%から30%までの範囲内であった。基板ホルダーが一回転する毎に上記(1)から(4)までの操作を、SiO及びTaの混合膜の膜厚が1800Åになるまで繰り返した。基板上にSiO及びTaの混合膜が形成された素子の断面を電子顕微鏡で観察し、基板上に形成されるSiO及びTaの混合膜の膜厚が成膜の進行によって増加した場合でも、基板に予め設けられた溝に図2に示すような空洞が形成されず、図4に示すように基板に設けられた溝にSiO及びTaの材料が充填された素子が形成されたことを確認した。 Subsequently, (1) Ar gas of 200 sccm is introduced into the vacuum chamber from the vicinity of the first target, 7 kw of electric power is supplied to the first target of metal Si, and metal Si is applied to the substrate from which impurities are removed. Sputtering was performed. Thereby, a thin film of metal Si having an average thickness of 1 to 2 mm was formed on the surface of the substrate. Next, (2) Argon gas of 200 sccm is introduced into the vacuum chamber from the vicinity of the second target, and 4 kW of power is supplied to the second target of metal Ta to form a thin film of metal Si formed on the substrate. A metal Ta was sputtered on the substrate. As a result, a metal Ta thin film having an average thickness of 1 mm or less was formed on the Si thin film formed on the substrate. As a result, a mixed film of metal Si and metal Ta was formed on the substrate. Next, (3) oxygen gas plasma is generated at the reaction source, and oxygen plasma is reacted with the mixed film of metal Si and metal Ta formed on the surface of the substrate to oxidize the mixed film of metal Si and metal Ta. Then, a mixed film of SiO 2 and Ta 2 O 5 was formed on the substrate. Next, (4) Ar ions emitted from an ion beam source as an etching source collide with a mixed film of SiO 2 and Ta 2 O 5 formed on the substrate to mix SiO 2 and Ta 2 O 5 . Ion etching of the film was performed. Here, the etching rate of ion etching was in the range of 10% to 30% of the film formation rate for the mixed film of SiO 2 and Ta 2 O 5 . Every time the substrate holder makes one rotation, the above operations (1) to (4) were repeated until the thickness of the mixed film of SiO 2 and Ta 2 O 5 reached 1800 mm. The cross section of the element in which the mixed film of SiO 2 and Ta 2 O 5 was formed on the substrate was observed with an electron microscope, and the film thickness of the mixed film of SiO 2 and Ta 2 O 5 formed on the substrate was Even when the number increases due to the progress, the cavity as shown in FIG. 2 is not formed in the groove provided in advance in the substrate, and the material of SiO 2 and Ta 2 O 5 is present in the groove provided in the substrate as shown in FIG. It was confirmed that a filled element was formed.

図3に示すような成膜装置において、第一のターゲットの材料として金属Siを用い、第二のターゲットとして金属Taを用いた。第一のターゲットと基板との間の最小距離及び第二のターゲットと基板との間の最小距離は、200mmとした。また、第一のターゲットと基板との間及び第二のターゲットと基板との間に飛行方向制限機構を設けた。エッチング源としてArイオンビームを放出する矩形状のイオンビーム源を用いた。また、反応源としては、酸素イオンビームを放出する、エッチング源と同一の構造を有する矩形状のイオンビーム源を用いた。基板の材料は、石英ガラスであり、この石英ガラス基板には、予め微細加工が施されており、図5に示すような断面がV字状である微細な凹凸形状が形成されており、凸部の頂点又は凹部の底の間における幅dは、200nmであり、凸部の頂点から凹部の底までの深さeは、100nmであった。基板を基板ホルダーに保持して、真空槽を密閉状態とし、排気系を用いて真空槽の内部を1×10−4Pa以下に減圧排気した。次に、基板を保持した基板ホルダーを100回転/分の回転数で回転させた。基板ホルダーの回転開始から成膜終了まで、基板ホルダーを一定の回転速度で回転させ続けた。また、エッチング源及び反応源としてのイオンビーム源における放電も、成膜の開始から終了まで持続させた。 In the film forming apparatus as shown in FIG. 3, metal Si was used as the material for the first target, and metal Ta was used as the second target. The minimum distance between the first target and the substrate and the minimum distance between the second target and the substrate were 200 mm. In addition, a flight direction limiting mechanism is provided between the first target and the substrate and between the second target and the substrate. A rectangular ion beam source that emits an Ar ion beam was used as an etching source. As the reaction source, a rectangular ion beam source that emits an oxygen ion beam and has the same structure as the etching source was used. The material of the substrate is quartz glass, and this quartz glass substrate has been finely processed in advance, and has a fine uneven shape with a V-shaped cross section as shown in FIG. The width d between the top of the part or the bottom of the concave part was 200 nm, and the depth e from the top of the convex part to the bottom of the concave part was 100 nm. The substrate was held on a substrate holder, the vacuum chamber was sealed, and the inside of the vacuum chamber was evacuated to 1 × 10 −4 Pa or less using an exhaust system. Next, the substrate holder holding the substrate was rotated at 100 rpm. From the start of rotation of the substrate holder to the end of film formation, the substrate holder was continuously rotated at a constant rotation speed. Further, the discharge in the ion beam source as the etching source and the reaction source was also continued from the start to the end of the film formation.

実施例1と同様に基板の不純物を除去する工程を実行した。   The step of removing impurities from the substrate was performed as in Example 1.

続いて、(1)第一のターゲットの近傍から200sccmのArガスを真空槽に導入し、金属Siの第一のターゲットに7kwの電力を供給して、不純物を除去した基板に対して金属Siのスパッタリングを実施した。また、反応源としてのイオンビーム源から放出される酸素イオンを基板上に堆積させた金属Siに衝突させた。これにより、基板に堆積した金属Siと酸素イオンを反応させて金属Siを酸化し、基板上にSiOの薄膜を形成した。なお、反応源のイオンビーム源に100sccmの酸素ガスを導入し、反応源に供給される酸素ガスの流量及び真空計で示される酸素ガスの全圧が安定した後に、反応源の電極に2.5kwの電力を供給し、酸素ガスの放電を開始した。さらに、エッチング源としてのイオンビーム源から放出されるArイオンを基板上に成膜されたSiOの薄膜に衝突させ、SiOの薄膜のイオンエッチングを行った。なお、エッチング源に10sccmのArガスを導入し、エッチング源に供給されるArガスの流量及び真空計で示されるArガスの全圧が安定した後に、エッチング源の電極に1.0kwの電力を供給し、Arガスの放電を開始した。結果として、基板の表面上に膜厚が1200ÅのSiOの薄膜を形成した。 Subsequently, (1) Ar gas of 200 sccm is introduced into the vacuum chamber from the vicinity of the first target, 7 kw of electric power is supplied to the first target of metal Si, and metal Si is applied to the substrate from which impurities are removed. Sputtering was performed. In addition, oxygen ions released from an ion beam source as a reaction source collided with metal Si deposited on the substrate. Thus, metal Si deposited on the substrate was reacted with oxygen ions to oxidize the metal Si, thereby forming a thin film of SiO 2 on the substrate. In addition, after introducing 100 sccm of oxygen gas into the ion beam source of the reaction source and stabilizing the flow rate of oxygen gas supplied to the reaction source and the total pressure of oxygen gas indicated by the vacuum gauge, 2. 5 kw of electric power was supplied, and oxygen gas discharge was started. Further, the Ar ions emitted from the ion beam source as an etching source collide with the thin film of SiO 2 deposited on a substrate, was subjected to ion etching of the SiO 2 thin film. After introducing 10 sccm of Ar gas into the etching source and stabilizing the flow rate of Ar gas supplied to the etching source and the total pressure of Ar gas indicated by the vacuum gauge, power of 1.0 kW was applied to the electrode of the etching source. Then, discharge of Ar gas was started. As a result, a thin film of SiO 2 having a thickness of 1200 mm was formed on the surface of the substrate.

次に、(2)第二のターゲットの近傍から200sccmのArガスを真空槽に導入し、金属Taの第二のターゲットに5kwの電力を供給して、不純物を除去した基板に対して金属Taのスパッタリングを実施した。また、反応源としてのイオンビーム源から放出される酸素イオンを基板上に堆積させた金属Taに衝突させた。これにより、基板に堆積した金属Taと酸素イオンを反応させて金属Taを酸化し、基板上にTaの薄膜を形成した。なお、反応源のイオンビーム源に100sccmの酸素ガスを導入し、反応源に供給される酸素ガスの流量及び真空計で示される酸素ガスの全圧が安定した後に、反応源の電極に2.5kwの電力を供給し、酸素ガスの放電を開始した。さらに、エッチング源としてのイオンビーム源から放出されるArイオンを基板上に成膜されたTaの薄膜に衝突させ、Taの薄膜のイオンエッチングを行った。なお、エッチング源に10sccmのArガスを導入し、エッチング源に供給されるArガスの流量及び真空計で示されるArガスの全圧が安定した後に、エッチング源の電極に1.0kwの電力を供給し、Arガスの放電を開始した。結果として、基板の表面上に膜厚が1000ÅのTaの薄膜を形成した。 Next, (2) 200 sccm of Ar gas is introduced into the vacuum chamber from the vicinity of the second target, and 5 kW of electric power is supplied to the second target of the metal Ta to remove the impurities from the metal Ta. Sputtering was performed. In addition, oxygen ions emitted from an ion beam source as a reaction source collided with metal Ta deposited on the substrate. As a result, the metal Ta deposited on the substrate was reacted with oxygen ions to oxidize the metal Ta, and a Ta 2 O 5 thin film was formed on the substrate. In addition, after introducing 100 sccm of oxygen gas into the ion beam source of the reaction source and stabilizing the flow rate of oxygen gas supplied to the reaction source and the total pressure of oxygen gas indicated by the vacuum gauge, 2. 5 kw of electric power was supplied, and oxygen gas discharge was started. Further, the Ar ions emitted from the ion beam source as an etching source collide with the thin film of Ta 2 O 5 which is formed on the substrate was subjected to ion etching of a thin film of Ta 2 O 5. After introducing 10 sccm of Ar gas into the etching source and stabilizing the flow rate of Ar gas supplied to the etching source and the total pressure of Ar gas indicated by the vacuum gauge, power of 1.0 kW was applied to the electrode of the etching source. Then, discharge of Ar gas was started. As a result, a Ta 2 O 5 thin film having a thickness of 1000 mm was formed on the surface of the substrate.

上記(1)及び(2)の工程を交互に40回繰り返し、最後に上記(1)の工程を行った。これにより、図5に示すように、基板上に膜厚が1200ÅのSiOの薄膜及び膜厚が1000ÅのTaの薄膜を交互に積層させた素子が得られた。また、上記(1)及び(2)の工程において、SiO薄膜及びTa薄膜の膜厚に対する制御は、予め測定した金属Si及び金属Taに関するスパッタリングの電力及び時間と薄膜の膜厚との関係に基づいて、金属Si及び金属Taに関するスパッタリングの電力及び時間を管理することによって達成した。その結果、本発明による成膜装置を用いて、基板上に膜厚が1200ÅのSiOの薄膜及び膜厚が1000ÅのTaの薄膜を交互に積層させることで、図6に示すような偏光の透過特性を有する素子が得られた。図6は、本実施例で得られた基板上に膜厚が1200ÅのSiOの薄膜及び膜厚が1000ÅのTaの薄膜を交互に積層させた素子の偏光の透過特性を示すグラフである。なお、図6に示す偏光の透過特性は、得られた光学素子の表面の法線方向に対して45度の入射角でS偏光又はP偏光を入射させた場合の偏光の透過特性である。図6のグラフにおいて、横軸は、波長(nm)を表し、縦軸は、偏光の透過率(%)を表す。また、図6のグラフにおいて、実線は、P偏光成分を表し、点線は、S偏光成分を表す。図6に示すように、得られた素子は、420nmから480nmの波長についてはS偏光の透過率が90%以上であると共にP偏光の透過率が10%以下であり、530nmから590nmの波長についてはP偏光の透過率が90%以上であると共にS偏光の透過率が10%以下であった。すなわち、得られた素子は、420nmから480nmの波長についてはほぼS偏光のみを透過させ、530nmから590nmの波長についてはほぼP偏光のみを透過させる特性を有する。このように、本発明の成膜装置を用いて得られる基板上にSiOの薄膜及びTaの薄膜を交互に積層させることで、広い波長の範囲でS偏光とP偏光の透過率が大きく異なる光学素子を製造することができることが確認された。 The steps (1) and (2) were alternately repeated 40 times, and finally the step (1) was performed. As a result, as shown in FIG. 5, an element was obtained in which a thin film of SiO 2 having a thickness of 1200 及 び and a thin film of Ta 2 O 5 having a thickness of 1000 上 were alternately stacked on the substrate. Further, in the processes (1) and (2), the control over the film thickness of the SiO 2 thin film and the Ta 2 O 5 thin film is performed by measuring the sputtering power and time for the metal Si and metal Ta measured in advance and the film thickness of the thin film. This was achieved by managing the power and time of sputtering for metal Si and metal Ta. As a result, by using the film forming apparatus according to the present invention, an SiO 2 thin film having a thickness of 1200 mm and a Ta 2 O 5 thin film having a thickness of 1000 mm are alternately stacked on the substrate as shown in FIG. As a result, an element having transparent transmission characteristics was obtained. FIG. 6 is a graph showing the polarization transmission characteristics of an element in which a thin film of SiO 2 having a thickness of 1200 mm and a thin film of Ta 2 O 5 having a thickness of 1000 mm are alternately stacked on the substrate obtained in this example. It is. The polarized light transmission characteristics shown in FIG. 6 are polarized light transmission characteristics when S-polarized light or P-polarized light is incident at an incident angle of 45 degrees with respect to the normal direction of the surface of the obtained optical element. In the graph of FIG. 6, the horizontal axis represents wavelength (nm), and the vertical axis represents polarized light transmittance (%). In the graph of FIG. 6, the solid line represents the P-polarized component, and the dotted line represents the S-polarized component. As shown in FIG. 6, in the obtained element, the transmittance of S-polarized light is 90% or more and the transmittance of P-polarized light is 10% or less for wavelengths from 420 nm to 480 nm, and for wavelengths from 530 nm to 590 nm. The transmittance of P-polarized light was 90% or more and the transmittance of S-polarized light was 10% or less. That is, the obtained element has a characteristic of transmitting almost only S-polarized light for wavelengths from 420 nm to 480 nm and transmitting only about P-polarized light for wavelengths from 530 nm to 590 nm. As described above, by alternately laminating the SiO 2 thin film and the Ta 2 O 5 thin film on the substrate obtained by using the film forming apparatus of the present invention, the transmittance of S-polarized light and P-polarized light in a wide wavelength range. It has been confirmed that optical elements having greatly different values can be manufactured.

また、得られた素子の断面を電子顕微鏡で観察し、エッチング源としてのイオンビーム源の電力及びエッチング源に供給されるArガスの流量を最適に制御することによって、基板に多数の薄膜を繰り返し積層しても、基板に設けられた凹凸の形状を反映した多数の薄膜が基板上に積層することができることを確認した。   In addition, by observing the cross-section of the obtained device with an electron microscope and controlling the power of the ion beam source as an etching source and the flow rate of Ar gas supplied to the etching source, a large number of thin films are repeatedly formed on the substrate. It was confirmed that a large number of thin films reflecting the shape of the unevenness provided on the substrate can be stacked on the substrate even when stacked.

以上、本発明の実施例を具体的に説明してきたが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、これら本発明の実施例を、本発明の主旨及び範囲を逸脱することなく、変更又は変形することができる。   Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to these embodiments, and these embodiments of the present invention depart from the spirit and scope of the present invention. And can be changed or modified.

[付記][Appendix]
付記1に記載の発明は、ターゲットをスパッタリングして、基板に前記ターゲットの材料の薄膜を形成する成膜装置において、前記薄膜をエッチングするエッチング源を有することを特徴とする成膜装置である。The invention described in appendix 1 is a film forming apparatus that forms a thin film of the target material on a substrate by sputtering a target, and has an etching source for etching the thin film.

付記2に記載の発明は、付記1に記載の成膜装置において、前記エッチング源は高周波電磁誘導プラズマ、誘導結合型プラズマ、電子サイクロトロン共鳴プラズマ、ヘリコン波励起プラズマであることを特徴とする成膜装置である。The invention described in appendix 2 is the film forming apparatus described in appendix 1, wherein the etching source is high frequency electromagnetic induction plasma, inductively coupled plasma, electron cyclotron resonance plasma, helicon wave excitation plasma. Device.

付記3に記載の発明は、付記1に記載の成膜装置において、前記エッチング源は、プラズマイオンのビームを発生させるイオンビーム源であることを特徴とする成膜装置である。The invention described in Appendix 3 is the film forming apparatus described in Appendix 1, wherein the etching source is an ion beam source that generates a beam of plasma ions.

付記4に記載の発明は、付記3に記載の成膜装置において、前記プラズマイオンは、希ガス原子のイオンであることを特徴とする成膜装置である。The invention described in appendix 4 is the film forming apparatus according to appendix 3, wherein the plasma ions are ions of rare gas atoms.

付記5に記載の発明は、付記4に記載の成膜装置において、前記希ガス原子は、アルゴン原子であることを特徴とする成膜装置である。The invention described in appendix 5 is the film forming apparatus according to appendix 4, wherein the rare gas atom is an argon atom.

付記6に記載の発明は、付記1乃至5のいずれかに記載の成膜装置において、前記薄膜と反応するガスの活性種を供給する反応源をさらに有することを特徴とする成膜装置である。The invention according to appendix 6 is the film forming apparatus according to any one of appendices 1 to 5, further comprising a reaction source for supplying an active species of a gas that reacts with the thin film. .

付記7に記載の発明は、付記6に記載の成膜装置において、前記反応源の数は、複数であることを特徴とする成膜装置である。The invention described in appendix 7 is the film forming apparatus according to appendix 6, wherein the number of the reaction sources is plural.

付記8に記載の発明は、付記6又は7に記載の成膜装置において、前記反応源の少なくとも一つは、プラズマイオンのビームを発生させるイオンビーム源であることを特徴とする成膜装置である。The invention described in appendix 8 is a film forming apparatus according to appendix 6 or 7, wherein at least one of the reaction sources is an ion beam source that generates a beam of plasma ions. is there.

付記9に記載の発明は、付記3、4、5又は8に記載の成膜装置において、前記イオンビーム源と前記基板との間の距離は、前記プラズマイオンの平均自由工程の1倍以上 10倍以下であることを特徴とする成膜装置である。The invention according to appendix 9 is the film forming apparatus according to appendix 3, 4, 5 or 8, wherein the distance between the ion beam source and the substrate is one or more times greater than the mean free path of the plasma ions. The film forming apparatus is characterized in that it is less than double.

付記10に記載の発明は、付記3、4、5又は8に記載の成膜装置において、前記イオンビーム源と前記基板との間の距離は、10mm以上500mm以下であることを特徴とする成膜装置である。The invention according to appendix 10 is characterized in that in the film forming apparatus according to appendix 3, 4, 5 or 8, the distance between the ion beam source and the substrate is 10 mm or more and 500 mm or less. It is a membrane device.

付記11に記載の発明は、付記1乃至10のいずれかに記載の成膜装置において、前記ターゲットから放出される前記ターゲットの材料の粒子が飛行する方向を制限する手段をさらに有することを特徴とする成膜装置である。The invention described in appendix 11 is characterized in that in the film forming apparatus according to any one of appendices 1 to 10, the film forming apparatus further includes means for limiting a direction in which particles of the target material emitted from the target fly. It is a film forming apparatus.

付記12に記載の発明は、付記1乃至11のいずれかに記載の成膜装置において、前記ターゲットと前記基板との間の距離は、前記ターゲットの材料の粒子の平均自由工程の1倍以上10倍以下であることを特徴とする成膜装置である。The invention described in appendix 12 is the film forming apparatus according to any one of appendices 1 to 11, wherein the distance between the target and the substrate is 10 times or more the average free path of the particles of the target material. The film forming apparatus is characterized in that it is less than double.

付記13に記載の発明は、付記1乃至11のいずれかに記載の成膜装置において、前記ターゲットと前記基板との間の距離は、10mm以上500mm以下であることを特徴とする成膜装置である。The invention described in appendix 13 is a film forming apparatus according to any one of appendices 1 to 11, wherein the distance between the target and the substrate is 10 mm or more and 500 mm or less. is there.

付記14に記載の発明は、付記1乃至13のいずれかに記載の成膜装置において、前記エッチング源及び前記ターゲットは、略同心円上に配置されることを特徴とする成膜装置である。The invention described in appendix 14 is the film forming apparatus according to any one of appendices 1 to 13, wherein the etching source and the target are arranged substantially concentrically.

付記15に記載の発明は、付記1乃至14のいずれかに記載の成膜装置において、前記ターゲットの材料は、Al、Si、Ti、Cr、Nb、Ta、SiOThe invention according to appendix 15 is the film forming apparatus according to any one of appendices 1 to 14, wherein the target material is Al, Si, Ti, Cr, Nb, Ta, SiO 2 、Al, Al 2 O 3 、TiOTiO 2 、Cr, Cr 2 O 3 、Nb, Nb 2 O 5 、及びTaAnd Ta 2 O 5 からなる群より選択される一種類又は複数種類の材料であることを特徴とする成膜装置である。The film forming apparatus is characterized by being one or a plurality of types of materials selected from the group consisting of:

付記16に記載の発明は、付記1乃至15のいずれかに記載の成膜装置において、前記ターゲットの数は、複数であり、前記複数のターゲットの少なくとも二つは、互いに異なる前記ターゲットの材料を含むことを特徴とする成膜装置である。The invention according to appendix 16 is the film forming apparatus according to any one of appendices 1 to 15, wherein the number of targets is plural, and at least two of the plural targets are made of different target materials. A film forming apparatus including the film forming device.

付記17に記載の発明は、付記1乃至16のいずれかに記載の成膜装置において、前記ターゲットの少なくとも一つは、複数の種類の前記ターゲットの材料を含むことを特徴とする成膜装置である。The invention according to appendix 17 is the film forming apparatus according to any one of appendices 1 to 16, wherein at least one of the targets includes a plurality of types of target materials. is there.

本発明は、表面に凹凸の形状を有する基板上に堆積する膜の厚さを制御することが可能な成膜装置に適用することができる。   The present invention can be applied to a film forming apparatus capable of controlling the thickness of a film deposited on a substrate having an uneven surface.

従来のスパッタリング法を用いた成膜装置の概略図である。It is the schematic of the film-forming apparatus using the conventional sputtering method. 従来の成膜装置を用いて表面に凹凸の形状を有する基板上に薄膜が成膜された素子の断面図である。It is sectional drawing of the element by which the thin film was formed into a film on the board | substrate which has an uneven | corrugated shape on the surface using the conventional film-forming apparatus. 本発明による成膜装置の概略図である。It is the schematic of the film-forming apparatus by this invention. 本発明による成膜装置を用いて表面に凹凸の形状を有する基板上に薄膜が成膜された素子の断面図である。It is sectional drawing of the element by which the thin film was formed into a film on the board | substrate which has an uneven | corrugated shape on the surface using the film-forming apparatus by this invention. 本発明による成膜装置を用いて表面に微細な凹凸の形状を有する基板上に多層の光学薄膜を積層させた素子の断面図である。It is sectional drawing of the element which laminated | stacked the multilayer optical thin film on the board | substrate which has the shape of a fine unevenness | corrugation on the surface using the film-forming apparatus by this invention. 本発明による成膜装置を用いて表面に微細な凹凸の形状を有する基板上に多層の光学薄膜を積層させた素子の光学特性を示すグラフである。It is a graph which shows the optical characteristic of the element which laminated | stacked the multilayer optical thin film on the board | substrate which has a fine uneven | corrugated shape on the surface using the film-forming apparatus by this invention. 本発明による成膜装置に用いられる一つの飛行方向制限手段の断面図である。It is sectional drawing of one flight direction limiting means used for the film-forming apparatus by this invention. 本発明による成膜装置に用いられる別の飛行方向制限手段の断面図である。It is sectional drawing of another flight direction limiting means used for the film-forming apparatus by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 真空槽
20 基板ホルダー
30 第一のターゲット
35 第二のターゲット
40 反応源(酸化源)
50 基板
60 エッチング源(イオン銃)
70 飛行方向制限手段
110 膜
120 空洞
130 第一の材料の薄膜
140 第二の材料の薄膜
210 ターゲット粒子の直進成分
220 ターゲット粒子の発散成分
a 基板に設けられた溝又は穴の幅
b 基板に設けられた溝又は穴の深さ
c 基板の表面における凹凸のピッチ
d 素子の凸部間の幅
e 素子の凸部の厚さ
10 vacuum chamber 20 substrate holder 30 first target 35 second target 40 reaction source (oxidation source)
50 substrate 60 etching source (ion gun)
70 flight direction limiting means 110 film 120 cavity 130 thin film of first material 140 thin film of second material 210 straight component of target particle 220 divergent component of target particle a width of groove or hole provided in substrate b provided on substrate Depth of groove or hole formed c Pitch of unevenness on substrate surface d Width between convex parts of element e Thickness of convex part of element

Claims (15)

少なくとも一つのターゲットをスパッタリングして、基板に前記ターゲットの材料の薄膜を形成し、前記薄膜と反応するガスの活性種を前記薄膜と反応させて、前記基板に膜を形成する成膜装置において、
前記薄膜をエッチングする少なくとも一つのエッチング源を有すると共に
前記薄膜と反応するガスの活性種を供給する複数の反応源をさらに有する
ことを特徴とする成膜装置。
In a film forming apparatus for forming a film on the substrate by sputtering at least one target, forming a thin film of the target material on the substrate, reacting an active species of a gas that reacts with the thin film with the thin film ,
And having at least one etching sources etching the thin film
A film forming apparatus , further comprising a plurality of reaction sources for supplying active species of a gas that reacts with the thin film.
前記エッチング源は高周波電磁誘導プラズマ、誘導結合型プラズマ、電子サイクロトロン共鳴プラズマ、ヘリコン波励起プラズマであることを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。   2. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the etching source is high frequency electromagnetic induction plasma, inductively coupled plasma, electron cyclotron resonance plasma, or helicon wave excitation plasma. 前記エッチング源は、プラズマイオンのビームを発生させるイオンビーム源であることを特徴とする請求項1又は2に記載の成膜装置。 The etch source is film-forming apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that an ion beam source for generating a beam of plasma ions. 前記プラズマイオンは、希ガス原子のイオンであることを特徴とする請求項3に記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to claim 3, wherein the plasma ions are ions of rare gas atoms. 前記希ガス原子は、アルゴン原子であることを特徴とする請求項4に記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to claim 4, wherein the rare gas atom is an argon atom. 前記反応源の少なくとも一つは、プラズマイオンのビームを発生させるイオンビーム源であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の成膜装置。 It said at least one reaction source, film forming apparatus according to any one of claims 1 to 5, characterized in that an ion beam source for generating a beam of plasma ions. 前記イオンビーム源と前記基板との間の距離は、前記プラズマイオンの平均自由工程の 1倍以上10倍以下であることを特徴とする請求項3乃至6のいずれかに記載の成膜装置。 The distance between the ion beam source and said substrate, the deposition apparatus according to any one of claims 3 to 6, characterized in that said at most 10 times 1 times the mean free path of the plasma ions. 前記イオンビーム源と前記基板との間の距離は、10mm以上500mm以下であることを特徴とする請求項3乃至7のいすれかに記載の成膜装置。 The distance between the ion beam source and said substrate, the deposition apparatus according to any Isure of claims 3 to 7, characterized in that at 10mm or more 500mm or less. 前記ターゲットから放出される前記ターゲットの材料の粒子が飛行する方向を制限する手段をさらに有することを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の成膜装置。 Deposition apparatus of any crab of claims 1 to 8 particles of the material of the target to be released from the target, characterized in that it further comprises means for limiting the direction of flight. 前記ターゲットと前記基板との間の距離は、前記ターゲットの材料の粒子の平均自由工程の1倍以上10倍以下であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の成膜装置。 The distance between the substrate and the target, the film deposition apparatus of any crab of claims 1 to 9, characterized in that not more than 10 times 1 times the mean free path of the particles of the material of said target . 前記ターゲットと前記基板との間の距離は、10mm以上500mm以下であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに成膜装置。 The distance between the substrate and the target are both crab film forming apparatus according to claim 1 to 10, characterized in that at 10mm or more 500mm or less. 前記エッチング源及び前記ターゲットは、略同心円上に配置されることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか記載の成膜装置。 The etching source and the target, the film forming apparatus according to any one of claims 1 to 11, characterized in that it is arranged substantially concentrically. 前記ターゲットの材料は、Al、Si、Ti、Cr、Nb、Ta、SiO、Al、TiO、Cr、Nb、及びTaからなる群より選択される一種類又は複数種類の材料であることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか記載の成膜装置。 The target material is selected from the group consisting of Al, Si, Ti, Cr, Nb, Ta, SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , Cr 2 O 3 , Nb 2 O 5 , and Ta 2 O 5. film forming apparatus according to any one of claims 1 to 12, characterized in that one or more kinds of materials that. 前記ターゲットの数は、複数であり、
前記複数のターゲットの少なくとも二つは、互いに異なる前記ターゲットの材料を含むことを特徴とする請求項1乃至13のいずれか記載の成膜装置。
The number of the targets is plural,
It said plurality of at least two targets, the film formation apparatus according to any one of claims 1 to 13, characterized in that it comprises a material different from the target one another.
前記ターゲットの少なくとも一つは、複数の種類の前記ターゲットの材料を含むことを特徴とする請求項1乃至14のいずれか記載の成膜装置。 At least one film forming apparatus according to any one of claims 1 to 14, characterized in that it comprises a plurality of kinds of material of the target of said target.
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