JP2006111919A - 成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 組成が均一で優れた特性の弗化マグネシウム膜を形成でき、耐熱性の低い基板にも弗化マグネシウム膜を形成でき、他の材料との混合膜模も容易に形成すること。
【解決手段】 真空槽１０内に配置された基板２上に膜を成膜する成膜方法であって、少なくともマグネシウム或いは弗化マグネシウムからなるターゲット３をスパッタすることで、該ターゲットの材料を基板２上に堆積させる堆積工程と、基板２に弗素系ガスを導入する工程、又は、基板２に対して弗素系イオンを照射する工程のうち少なくともどちらか一方を行うことで、基板２上に堆積したターゲット材料を弗化する弗化工程とを備え、堆積工程と弗化工程とを順次繰り返すことで、少なくとも弗化マグネシウム層を１層形成する成膜方法を提供する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、反射防止膜や反射膜や光学フィルタ等の光学薄膜の成膜方法に関する。

これまで、低屈折率光学材料である弗化マグネシウムは、一般的に蒸着法により成膜されてきた。近年、光学膜がスパッタにより成膜されるようになったが、弗化マグネシウムを一般的なスパッタにより成膜すると、弗素の乖離が発生する。そのため吸収が多い膜が形成されてしまい、光学膜としての利用が困難であった。
これに対して、特許文献１に記載されている金属弗化物膜の形成方法によると、金属ターゲットをＤＣスパッタした後、基板加熱及び弗素ガス導入を行うことにより、金属弗化物膜を形成している。
特開平７−１９７２５１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されている方法では、まず、ある程度の膜厚の金属膜、或いは金属弗化物膜を基板上に形成（実施例では１１０ｎｍ）する工程と、その後、基板を加熱する工程と弗素ガスを導入して弗化させる工程とを設けている。この方法によると、最表面に近い部分では十分な弗化が生じる。しかしながら、深さ方向において、弗化の割合が低下して、組成が不均一になり易いという懸念がある。そのため、近年要求されている高精度な光学特性では問題となる。
また、加熱する工程を利用しているので、プラスチック等耐熱性の低い基板には適用できないという問題があった。

また、近年、混合膜により任意の屈折率を有する膜を形成して、これまでにない特性を有した光学膜を形成するというニーズがあるが、上記特許文献１に記載されている方法では、まず所望の膜厚の弗化マグネシウム膜を形成してから弗化させているので、その状態からさらに別の材質のものとの混合物を容易に形成することは不可能である。

この発明は、上記課題を考慮してなされたものであり、その目的は、組成が均一で優れた特性の弗化マグネシウム膜を形成でき、耐熱性の低い基板にも弗化マグネシウム膜を形成でき、他の材料との混合膜模も容易に形成できる弗化マグネシウム膜の成膜方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
請求項１に係る発明は、真空槽内に配置された基板上に膜を成膜する成膜方法であって、少なくともマグネシウム或いは弗化マグネシウムからなるターゲットをスパッタすることで、該ターゲットの材料を前記基板上に堆積させる堆積工程と、前記基板に弗素系ガスを導入する工程、又は、前記基板に対して弗素系イオンを照射する工程のうち少なくともどちらか一方を行うことで、前記基板上に堆積したターゲット材料を弗化する弗化工程とを備え、前記堆積工程と前記弗化工程とを順次繰り返すことで、少なくとも弗化マグネシウム層を１層形成する成膜方法を提供する。

この発明に係る成膜方法においては、少なくともマグネシウム或いは弗化マグネシウムからなるターゲットと、弗素系ガスを導入する或いは弗素系イオンを照射する工程（機構）とを有している。
まず、マグネシウム或いは弗化マグネシウムからなるターゲットをスパッタして基板上にマグネシウム膜或いは弗化マグネシウム膜を形成する堆積工程を行う。膜厚としては、１ｎｍ以下といった極薄い膜である。１ｎｍ以上でも不可能ではないが、膜厚が厚くなるにつれて弗化に時間がかかったり、不均質になりやすくなるといった現象が発生する。
続いて、上記弗素系ガスを導入或いは上記弗素系イオンを照射して、基板上に形成したマグネシウム膜或いは弗化マグネシウム膜を弗化する弗化工程を行う。極薄い膜であるので、加熱なしで容易に弗化できる。こうした成膜と弗化の工程とを順次繰り返し行い、所望の膜厚になるまで実施して基板上に弗化マグネシウム膜を成膜する方法である。

本発明では、このようにして形成された弗化マグネシウム膜を少なくとも１層含み、弗化マグネシウム層形成の前後に、他の手法により膜を形成するか、或いは、他の手法による膜と繰り返し成膜する等の多層構成の膜を形成可能とする成膜方法である。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の成膜方法において、前記ターゲットを前記真空槽内と断熱して配置する配置工程を備えている成膜方法を提供する。

この発明に係る成膜方法においては、少なくとも弗化マグネシウムからなるターゲットと、弗素系ガスを導入或いは弗素系イオンを照射する工程（機構）とを有している。そして、弗化マグネシウムのターゲットは、弗化マグネシウムからなるターゲットと、バッキングプレートとの間に断熱部材を有する構造をなす配置工程とを有している。
まず、弗化マグネシウムからなるターゲットを、酸素を含むガスでスパッタして基板上に弗化マグネシウム膜を形成する堆積工程を行う。膜厚としては、１ｎｍ以下といった極薄い膜である。１ｎｍ以上でも不可能ではないが、膜厚が厚くなるにつれて弗化に時間がかかったり、不均質になりやすくなるといった現象が発生する。
続いて、上記弗素系ガスを導入或いは上記弗素系イオンを照射して、基板上に形成した弗化マグネシウム膜を弗化する弗化工程を行う。極薄い膜であるので、加熱なしで容易に弗化できる。こうした成膜と弗化の工程とを順次繰り返し行い、所望の膜厚になるまで実施して基板上に弗化マグネシウム膜を成膜する方法である。

本発明では、弗化マグネシウムからなるターゲットと、バッキングプレートとの間に断熱部材を有する構成が特徴である。断熱材によってスパッタにおいて弗化マグネシウムターゲット表面を高温に保つことができる。

本発明では、このようにして形成された弗化マグネシウム層を少なくとも１層含み、上記弗化マグネシウム層形成の前後に、他の手法により膜を形成、或いは、他の手法のよる膜と繰り返し成膜する等の多層構成の膜を形成可能とする成膜方法である。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の成膜方法において、前記ターゲットとは材料の異なる第２のターゲットをスパッタすることで、該第２のターゲットの材料から形成される膜を前記基板上に堆積させる第２の堆積工程を備えている成膜方法を提供する。

この発明に係る成膜方法においては、少なくともマグネシウム或いは弗化マグネシウムからなるターゲットと、弗素系ガスを導入或いは弗素系イオンを照射する工程（機構）と、他の材料からなる第２のターゲットとを有している。第２のターゲットとしては、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、ＡＬ、ＡＬ_２Ｏ_３、Ｓｉ、ＳｉＯ_２、ＬａＦ_３、ＡＬＦ_３、ＳｍＦ_３、ＣｅＦ_３等からなるターゲット、或いは、それらの混合物ターゲットがある。
まず、マグネシウム或いは弗化マグネシウムからなるターゲットをスパッタして基板上にマグネシウム膜或いは弗化マグネシウム膜を形成する堆積工程を行う。膜厚としては、１ｎｍ以下といった極薄い膜である。１ｎｍ以上でも不可能ではないが、膜厚が厚くなるにつれて弗化に時間がかかったり、不均質になりやすくなるといった現象が発生する。
続いて、上記弗素系ガスを導入或いは上記弗素系イオンを照射して、基板上に形成したマグネシウム膜或いは弗化マグネシウム膜を弗化する弗化工程を行う。極薄い膜であるので、加熱なしで容易に弗化できる。こうした成膜と弗化の工程とを順次繰り返し行い、所望の膜厚になるまで実施して基板上に弗化マグネシウム膜を成膜する。

その後、第２のターゲットをスパッタして、基板上に第２のターゲットの材料からなる膜の形成を行う第２の堆積工程を行う。第２のターゲットにおいては、極薄い膜を順次繰り返すことによって成膜しても良いし、連続して成膜しても良い。また、反応性スパッタによりターゲット材料とは組成の異なる膜を形成することも可能である。
なお、他の材料からなる第３のターゲットを配置して、同様にして第３のターゲットをスパッタしてなる層を加えた多層膜の成膜も容易である。また、第２のターゲットと第３のターゲットとの混合膜を形成することも容易である。

本発明では、このようにして形成された弗化マグネシウム層を少なくとも１層含み、上記弗化マグネシウム層形成の前後に、他の手法により膜を形成、或いは、他の手法による膜と繰り返し成膜する等の多層構成の膜を形成する成膜方法である。

請求項４に係る発明は、真空槽内に配置された基板上に膜を成膜する成膜方法であって、少なくともマグネシウム或いは弗化マグネシウムからなるターゲットをスパッタすることで、該ターゲットの材料を前記基板上に堆積させる堆積工程と、前記基板に弗素系ガスを導入する工程、又は、前記基板に対して弗素系イオンを照射する工程のうち少なくともどちらか一方を行うことで、前記基板上に堆積したターゲット材料を弗化する弗化工程と、前記ターゲットとは材料の異なる第２のターゲットをスパッタすることで、該第２のターゲットの材料から形成される膜を前記基板上に堆積させる第２の堆積工程とを備え、前記堆積工程と前記第２の堆積工程と前記弗化工程とを順次繰り返すことで、少なくとも弗化マグネシウムの混合物層を１層形成する成膜方法を提供する。

この発明に係る成膜方法においては、少なくとも弗化マグネシウムからなるターゲットと、弗素系ガスを導入或いは弗素系イオンを照射する工程（機構）と、弗化マグネシウムからなるターゲットと独立に基板に成膜することが可能な第２のターゲットとを有してる。
第２のターゲットとしては、例えば、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２等、或いは、それらの混合物といった高屈折率材料からなっている。なお、上記弗化マグネシウムのターゲットは、弗化マグネシウムからなるターゲットと、バッキングプレートとの間に断熱部材を有する構造であっても構わない。
まず、上記弗化マグネシウムからなるターゲットをスパッタして、基板上に弗化マグネシウム膜を形成する堆積工程を行う。膜厚としては、１ｎｍ以下といった極薄い膜である。１ｎｍ以上でも不可能ではないが、膜厚が厚くなるにつれて弗化に時間がかかったり、不均質になりやすくなるといった現象が発生する。

続いて、弗素系ガスを導入する或いは弗素系イオンを照射して、基板上に形成した弗化マグネシウム膜を弗化する弗化工程を行う。極薄い膜であるので、加熱なしで容易に弗化できる。そして、さらに第２のターゲットをスパッタして基板上に第２のターゲットから膜を形成する第２の堆積工程を行い基板上に成膜する。第２のターゲットをスパッタして形成される膜は、やはり膜厚が１ｎｍ以下といった極薄い膜であり、層を形成する前の状態であり、弗化マグネシウムとの混合膜といえる状態である。
このようにして極薄い弗化マグネシウム膜との混合膜を形成する。こうした工程を順次繰り返し行い、所望の膜厚になるまで実施して基板上に弗化マグネシウム膜との混合膜を成膜する方法である。

本発明では、このようにして形成された弗化マグネシウム層の混合物膜を少なくとも１層含み、弗化マグネシウム混合物膜形成の前後に、他の手法により膜を形成、或いは、他の手法による膜と繰り返し成膜する等多層構成の膜を形成可能とする成膜方法である。

本発明に係る成膜方法によれば、弗化マグネシウム膜の成膜と弗化の工程を順次繰り返し行うことにより、光学薄膜として組成が均一な弗化マグネシウム膜をスパッタにより形成することができる。
また、基板の加熱を用いないので、プラスチック等耐熱性の低い基板にも良好な弗化マグネシウム膜をスパッタにより形成することができる。
また、他の高屈折率材料ターゲットによる成膜と弗化マグネシウム膜成膜とを順次成膜を繰り返して、容易混合膜をスパッタで形成することができる。

次に、本発明係る成膜方法の第１実施形態を、図１から図３を参照して説明する。
本実施形態の成膜方法は、薄膜成膜装置１を利用して基板２上に膜を成膜する方法であって、少なくともマグネシウム或いは弗化マグネシウムからなる弗化マグネシウムターゲット（ターゲット）３をスパッタすることで、該弗化マグネシウムターゲット３の材料を基板２上に堆積させる堆積工程と、基板２に弗素系ガスを導入する工程、又は、基板２に対して弗素系イオンを照射する工程のうち少なくともどちらか一方を行うことで、基板２上に堆積したターゲット材料を弗化する弗化工程とを備え、堆積工程と弗化工程とを順次繰り返すことで、少なくとも弗化マグネシウム層を１層形成する方法である。

また、本実施形態の成膜方法は、上記弗化マグネシウムターゲット３とは材料の異なるＴｉＯ_２ターゲット（第２のターゲット）４及びＡＬターゲット（第２のターゲット）５をスパッタすることで、これら各ターゲットの材料から形成される膜を基板２上に堆積させる第２の堆積工程を備えている。
また、上記堆積工程と上記第２の堆積工程と上記弗化工程とを順次繰り返すことで、少なくとも弗化マグネシウムの混合物膜を１層形成することも可能である。
上述した各工程は、後に詳細に説明する。

上記薄膜成膜装置１は、図１及び図２に示すように、チャンバー（真空槽）１０の内部に上記弗化マグネシウムターゲット３、上記ＴｉＯ_２ターゲット４及び上記ＡＬターゲット５が、それぞれバッキングプレート１１、バッキングプレート１２、バッキングプレート（不図示）上に設置され、そしてイオンガン１３が設置され、防着板１４によってそれぞれ仕切られている。
この防着板１４は、図３に示すように、側面防着板１４ａ及び上部防着板１４ｂからなっていて、側面防着板１４ａは弗化マグネシウムターゲット３、ＴｉＯ_２ターゲット４、ＡＬターゲット５及びイオンガン１３をそれぞれ空間的に仕切っている。具体的には、側面防着板１４ａがチャンバー１０の底面及び側壁に隙間なく接合され、上部防着板１４ｂがチャンバー１０の側壁に隙間なく接合されている。

また、上部防着板１４ｂには、弗化マグネシウムターゲット３、ＴｉＯ_２ターゲット４、ＡＬターゲット５及びイオンガン１３の上部に位置する部分に、それぞれ開口部１５ａ、開口部１５ｂ、開口部１５ｃ、開口部１５ｄの円状の４つの開口部１５がある。被成膜対象物である上記基板２は、これを保持するホルダ１６に搭載されていて、ホルダ１６は回転板１７に搭載されている。回転板１７は、上部防着板１４ｂの上方にあり、上部より支持されていて、チャンバー１０の中心を同軸に矢印Ａの方向に回転する機構（不図示）が設けられている。
なお、回転板１７と上部防着板１４ｂとの距離は、回転中の衝突防止のために５ｍｍ程度あって、弗化マグネシウムターゲット３、ＴｉＯ_２ターゲット４、ＡＬターゲット５及びイオンガン１３の空間は完全に独立していない。しかしながら、後述するように個別のガス導入量を設定することにより、概ね独立した雰囲気をつくりだすことができる。

また、弗化マグネシウムターゲット３、ＴｉＯ_２ターゲット４、ＡＬターゲット５及びイオンガン１３は、チャンバー１０の中心と同心円上に位置していて、回転板１７の回転動作により基板２が、弗化マグネシウムターゲット３、ＴｉＯ_２ターゲット４、ＡＬターゲット５及びイオンガン１３の略中心部上方を回動する位置関係になっている。
弗化マグネシウムターゲット３、ＴｉＯ_２ターゲット４、ＡＬターゲット５及びイオンガン１３には、それぞれ電力を印加する電源２０、電源２１、電源（不図示）、電源２２がチャンバー１０の外に配備され、それぞれ電気的に接続されている。

また、図２に示すように、弗化マグネシウムターゲット３側のチャンバー１０の中心側には、アルゴンガス供給管２５及び酸素ガス供給管２６がある。同様に、ＴｉＯ_２ターゲット４側のチャンバー１０の中心側には、アルゴンガス供給管２７及び酸素ガス供給管２８がある。また、同様に、ＡＬターゲット５側のチャンバー１０の中心側には、アルゴンガス供給管（不図示）及び酸素ガス供給管（不図示）がある。それぞれのガス配管からスパッタの際のスパッタガスや反応ガスを供給することができる。

また、図２に示すように、弗化マグネシウムターゲット３の上方には、シャッター３０が配置されている。シャッター３０には、開口部と遮蔽部が設けられている。そして、遮蔽部で、弗化マグネシウムターゲット３の上方を覆うようになっている。そして、シャッター３０は、弗化マグネシウムターゲット３の上方で回動して、成膜時に、開口部をフッ化マグネシウムターゲット３の上方に位置する。これにより、弗化マグネシウムターゲット３の上面を開放する。
同様に、ＴｉＯ_２ターゲット４の上方には、シャッター３１が配置されている。シャッター３１には、開口部と遮蔽部が設けられている。そして、遮蔽部で、ＴｉＯ_２ターゲット４の上方を覆うようになっている。そして、シャッター３１は、ＴｉＯ_２ターゲット４の上方で回動して、成膜時に、開口部をＴｉＯ_２ターゲット４の上方に位置する。これにより、ＴｉＯ_２ターゲット４の上面を開放する。

また、同様に、ＡＬターゲット５の上方には、シャッター（不図示）が配置されている。このシャッターには、開口部と遮蔽部が設けられている。そして、遮蔽部で、ＡＬターゲット５の上方を覆うようになっている。そして、シャッターは、ＡＬターゲット５の上方で回動して、成膜時に、開口部をＡＬターゲット５の上方に位置する。これにより、ＡＬターゲット５の上面を開放する。
更に、同様に、イオンガン１３の上方には、シャッター（不図示）が配置されている。
このシャッターには、開口部と遮蔽部が設けられている。そして、遮蔽部で、イオンガン
１３の上方を覆うようになっている。そして、シャッターは、イオンガン１３の上方で回
動して、成膜時に、開口部をイオンガン１３の上方に位置する。これにより、イオンガン
１３の上面を開放する。

弗化マグネシウムターゲット３、ＴｉＯ_２ターゲット４、ＡＬターゲット５及びイオンガン１３が設置されている各領域それぞれのチャンバー１０側壁には、真空計３５、真空計３６、真空計（不図示）、真空計（不図示）が設置されていて、各領域内の真空度を計測することができる。チャンバー１０の外部には、チャンバー１０内部を真空引きするための粗引きポンプ３７と高真空ポンプ３８が設けられていて、配管がチャンバー１０に接続されている。

このように構成された薄膜成膜装置１により、基板２に成膜を行う場合について以下に説明する。
まず、ガラスからなる基板２をホルダ１６に搭載して、ホルダ１６を回転板１７に取り付ける。粗引きポンプ３７及び高真空ポンプ３８を動作させて、チャンバー１０内部が所定の圧力（例えば、８×１０^−５Ｐａ）になるまで真空引きする。このとき、各シャッターは、閉じた状態である。次に、回転する機構（不図示）により、回転板１７を矢印Ａの方向に毎分８０回転させる。なお、５０回転以上の速さで回転させることにより、複数の材料を利用した場合、複数の材料を混合させた状態で、基板２上にこれらを堆積させることができる。即ち、複数の材料が、それぞれ個別の層として堆積することがない。よって、複数の材料からなる混合膜を、形成することができる。

その後、弗化マグネシウム成膜の準備として、真空計３５において、５×１０^−１Ｐａになるように、アルゴンガス供給管２５からアルゴンガスを導入する。続いて、電源２０より４００Ｗの高周波電力を印加して、弗化マグネシウムターゲット３上にプラズマを発生させる。シャッター３０を閉めたまま、その状態を３分維持して、弗化マグネシウムターゲット３にクリーニングスパッタを実施する。
一方、イオンガン１３には、内部に弗素系ガスを導入し、電源２２より１３．５６ＭＨｚ、３５０Ｗの高周波電力を印加して、弗素イオンの照射を開始する。

そして、シャッター３０及びイオンガン１３の上方に配されたシャッター（不図示）を、不図示の駆動装置で動作させ、同時に開ける。これにより、弗化マグネシウムターゲット３からプラズマによって弾き飛ばされた弗化マグネシウムが開口部１５ａを通過して、回転中の基板２表面に到達して弗化マグネシウムが堆積し（堆積工程）、その後、イオンガン１３から放出された弗素イオンが回転中の基板２表面に到達して、基板２を弗化させる（弗化工程）。
こうして、弗化マグネシウムの堆積と弗化とを繰り返し、基板２上に弗化マグネシウム膜が形成される。所定時間終了後、シャッター３０及びイオンガン１３の上方に配されたシャッター（不図示）を閉じ、アルゴンガス導入を終了することにより、成膜が終了する。このようにして、弗化マグネシウム層が形成された基板２が得られる。

なお、本実施形態の成膜方法は、上述した単層膜に限らない。例えば、基板２に弗化マグネシウム膜を形成した後、真空計３６において８×１０^−１Ｐａになるように、ＴｉＯ_２ターゲット４側のアルゴンガス供給管２７からアルゴンガスを導入し、さらに、真空計３６において９×１０^−１Ｐａになるように、酸素ガス供給管２８から酸素ガスを導入する。続いて、電源２１より５００ＷのＲＦ電力を印加して、ＴｉＯ_２ターゲット４上にプラズマを発生させる。シャッター３１を閉めたまま、その状態で２分維持して、ＴｉＯ_２ターゲット４にクリーニングスパッタを実施する。それからシャッター３１を開けて、ＴｉＯ_２ターゲット４からプラズマによって弾き飛ばされたＴｉＯ_２が開口部１５ｂを通過して、回転中の基板２表面に到達してＴｉＯ_２が堆積する（第２の堆積工程）。

こうして、基板２上にＴｉＯ_２膜が形成される。所定時間終了後、シャッター３１を閉じ、アルゴンガス及び酸素ガスの供給を終了することにより、成膜が終了する。そのようにして、基板２上に弗化マグネシウム膜とＴｉＯ_２膜からなる２層膜が得られる。
なお、このような工程を繰り返すことによって、弗化マグネシウムとＴｉＯ_２膜からなる多層膜を容易に形成することができる。

また、ＡＬターゲット５を用いて、真空計（不図示）において５×１０^−１Ｐａになるように、アルゴンガス供給管（不図示）からアルゴンガスを導入し、真空計（不図示）において８×１０^−１Ｐａになるように、酸素ガス供給管２８から酸素ガスを導入する。そして、電源（不図示）より４５０ＷのＤＣ電力を印加して、ＡＬターゲット５上にプラズマを形成する。そして、シャッター（不図示）を閉めたまま３分間維持して、ＡＬターゲット５上にクリーニングスパッタを実施する。

それからシャッター（不図示）を開ける。このとき、プラズマによってＡＬターゲット５から、ＡＬが弾き飛ばされている。この弾き飛ばされたＡＬが、開口部１５ｃを通過して、酸素ガスと反応しながら回転中の基板２表面に到達する。この結果、基板２の表面に、ＡＬ_２Ｏ_３が堆積する。こうして、基板２上に低屈折率の弗化マグネシウムや高屈折率のＴｉＯ_２だけでなく、中間屈折率のＡＬ_２Ｏ_３からなる多層膜も形成することができる。

さらにいえば、弗化マグネシウムターゲット３をスパッタして、弗素イオンを照射して基板２上に弗化マグネシウム膜を形成する工程（堆積工程）と、ＴｉＯ_２ターゲット４をスパッタして、基板２上にＴｉＯ_２膜を形成する工程（第２の堆積工程）とを同時に行うことにより、基板２上に弗化マグネシウムとＴｉＯ_２からなる混合膜を形成することができる。この場合、印加する電力や導入するガス量を変化させることにより、弗化マグネシウムとＴｉＯ_２との混合割合を変化させることができる。これにより、弗化マグネシウムの屈折率１．３８からＴｉＯ_２の屈折率２．３までの間の屈折率を有する膜（混合物層）を基板２上に形成することができる。
なお、酸素を含むガスでスパッタを行うと、弗素の乖離を抑えることができる。そのため、吸収の少ない膜を、基板上に形成することができる。即ち、効率が良くなり、成膜速度を速くすることができる。

次に、本発明に係る成膜方法の第２実施形態を、図１及び図３から図５を参照して以下に説明する。
本実施形態の成膜方法は、弗化マグネシウムターゲット３をチャンバー１０内と断熱して配置する配置工程を備えている。これについては、後に詳細に説明する。

本実施形態の薄膜成膜装置１は、図１及び図４に示すように、チャンバー１０の内部に弗化マグネシウムターゲット３、ＴｉＯ_２ターゲット４、ＡＬターゲット５及びイオンガン１３が設置され、防着板１４によってそれぞれ仕切られている。そして、本実施形態では、図４に示すように、弗化マグネシウムターゲット３は断熱板４０を介してバッキングプレート１１上に設置されている。また、ＴｉＯ_２ターゲット４及びＡＬターゲット５は、それぞれバッキングプレート１２及びバッキングプレート（不図示）上に設置されている。

防着板１４は、図３に示すように、側面防着板１４ａ及び上部防着板１４ｂからなっていて、側面防着板１４ａは弗化マグネシウムターゲット３、ＴｉＯ_２ターゲット４、ＡＬターゲット５及びイオンガン１３をそれぞれ空間的に仕切っている。
具体的には、側面防着板１４ａは、チャンバー１０の底面及び側面に隙間がなく接合され、上部防着板１４ｂは、チャンバー１０の側壁に隙間なく接合されている。また、上部防着板１４ｂには、弗化マグネシウムターゲット３、ＴｉＯ_２ターゲット４、ＡＬターゲット５及びイオンガン１３の上部に位置する部分にそれぞれ開口部１５ａ、開口部１５ｂ、開口部１５ｃ、開口部１５ｄの円状の４つの開口部１５がある。

被成膜対象物である基板２は、これを保持するホルダ１６に搭載されていて、ホルダ１６は回転板１７に搭載されている。回転板１７は、上部防着板１４ｂの上方にあり、上部より支持されていて、チャンバー１０の中心を同軸に矢印Ａの方向に回転する機構（不図示）が設けられている。
なお、回転板１７と上部防着板１４ｂとの距離は、回転中の衝突防止のために５ｍｍ程度あって、弗化マグネシウムターゲット３、ＴｉＯ_２ターゲット４、ＡＬターゲット５及びイオンガン１３の空間は完全に独立していない。しかしながら、後述するように個別のガス導入量を設定することにより、概ね独立した雰囲気をつくりだすことができる。
また、弗化マグネシウムターゲット３、ＴｉＯ_２ターゲット４、ＡＬターゲット５及びイオンガン１３は、チャンバー１０の中心と同心円上に位置していて、回転板１７の回転動作により基板２が弗化マグネシウムターゲット３、ＴｉＯ_２ターゲット４、ＡＬターゲット５及びイオンガン１３の略中心上方を回動する位置関係になっている。

弗化マグネシウムターゲット３、ＴｉＯ_２ターゲット４、ＡＬターゲット５及びイオンガン１３には、それぞれ電力を印加する電源２０、電源２１、電源（不図示）、電源２２がチャンバー１０の外に配備され、それぞれ電気的に接続されている。また、図４に示すように、弗化マグネシウムターゲット３側のチャンバー１０の中心側には、アルゴンガス供給管２５及び酸素ガス供給管２８がある。同様に、ＴｉＯ_２ターゲット４側のチャンバー１０の中心側には、アルゴンガス供給管２７及び酸素ガス供給管２８がある。また同様に、ＡＬターゲット５側のチャンバー１０の中心側には、アルゴンガス供給管（不図示）及び酸素ガス供給管（不図示）がある。それぞれのガス配管からスパッタの際のスパッタガスや反応ガスを供給することができる。

また、図４に示すように、弗化マグネシウムターゲット３の上方には、シャッター３０があり、弗化マグネシウムターゲット３の上方を覆うようになっていて、成膜時には弗化マグネシウムターゲット３の上方から回動して弗化マグネシウムターゲット３の上面を開放する機構になっている。同様に、ＴｉＯ_２ターゲット４の上方には、シャッター３１があり、ＴｉＯ_２ターゲット４の上方を覆うようになっていて、成膜時にはＴｉＯ_２ターゲット４の上方から回動してＴｉＯ_２ターゲット４の上面を開放する機構になっている。
また、同様に、ＡＬターゲット５の上方には、シャッター（不図示）があり、ＡＬターゲット５の上方を覆うようになっていて、成膜時にはＡＬターゲット５の上方から回動してＡＬターゲット５の上面を開放する機構になっている。
更に同様に、イオンガン１３の上方には、シャッター（不図示）があり、イオンガン１３の上方を覆うようになっていて、成膜時にはイオンガン１３の上方から回動してイオガンの上面を開放する機構になっている。

弗化マグネシウムターゲット３、ＴｉＯ_２ターゲット４、ＡＬターゲット５及びイオンガン１３が設置されている各領域それぞれのチャンバー１０側壁には、真空計３５、真空計３６、真空計（不図示）、真空計（不図示）が設置されていて、各領域内の真空度を計測することができる。チャンバー１０の外部には、チャンバー１０内部を真空引きするための粗引きポンプ３７と高真空ポンプ３８とが設けられていて、配管がチャンバー１０に接続されている。

また、本実施形態の薄膜成膜装置１には、図４及び図５に示すように、弗化マグネシウムターゲット３及びシャッター３０の上方で、開口部１５ａの下方に開口部調節機構５０が設置されていて、スパッタによりターゲット材料が通過可能な開口部５１を備える一対の遮蔽板５２ａ、５２ｂと、開口部５１の開口面積を可変に設定可能な駆動機構５３とを備えている。
また、ＴｉＯ_２ターゲット４、シャッター３１の上方で、開口部１５ｂの下方に開口部調節機構６０が設置されていて、スパッタにより各ターゲット材料が通過可能な開口部６１を備える一対の遮蔽板６２ａ、６２ｂと開口部６１の開口面積を可変に設定可能な駆動機構６３とを備えている。
そして、ＡＬターゲット５、シャッター（不図示）の上方で、開口部１５ｃの下方に開口部調節機構（不図示）が設置されていて、スパッタにより各ターゲット材料が通過可能な開口部（不図示）を備える一対の遮蔽板（不図示）と、開口部（不図示）の開口面積を可変に設定可能な駆動機構（不図示）とを備えている。

図５において、２つの矢印Ｂは成膜時の回転により、それぞれのターゲット及び開口部調節機構５０、６０上を基板２が通過するときの軌跡を示している。図５に示すように、開口部調節機構５０は、一対の遮蔽板５２ａ、５２ｂをお互いに近接又は離間可能に相対移動させる駆動機構５３を有している。駆動機構５３は、図５に示すように、一対の遮蔽板５２ａ、５２ｂの一端部を取り付けて、それぞれ直線運動可能にするガイド部材５４ａ、５４ｂと、ボールネジ５５ａ、５５ｂを所定の速度で回転駆動させるサーボモータ５６ａ、５６ｂとを備えている。
また、駆動機構５３は、一対の遮蔽板５２ａ、５２ｂの閉口位置を確認する位置センサー５７を備えている。これら位置センサー５７は、一対の遮蔽板５２ａ、５２ｂの一端部に設けられた突起５８と閉口状態の際に接触して各遮蔽板５２ａ、５２ｂの当該位置を原点位置として電気的に検出するものである。

同様に、開口部調節機構６０においても、一対の遮蔽板６２ａ、６２ｂをお互いに近接又は離間可能に相対移動させる駆動機構６３を有している。駆動機構６３は、図５に示すように、一対の遮蔽板６２ａ、６２ｂの一端部を取り付けて、それぞれ直線運動可能にするガイド部材６４ａ、６４ｂと、ボールネジ６５ａ、６５ｂを所定の速度で回転駆動させるサーボモータ６６ａ、６６ｂとを備えている。
また、駆動機構６３は、一対の遮蔽板６２ａ、６２ｂの閉口位置を確認する位置センサー６７を備えている。これら位置センサー６７は、一対の遮蔽板６２ａ、６２ｂの一端部に設けられた突起６８と閉口状態の際に接触して各遮蔽板６２ａ、６２ｂの当該位置を原点位置として電気的に検出するものである。

さらに同様に、ＡＬターゲット５の上方に配された開口部調節機構（不図示）において、一対の遮蔽板（不図示）をお互いに近接又は離間可能に相対移動させる駆動機構（不図示）を有している。駆動機構（不図示）は、図５に示す駆動機構５３と同様に一対の遮蔽板（不図示）の一端部を取り付けて、それぞれ直線運動可能にするガイド部材（不図示）と、ボールネジ（不図示）を所定の速度で回転駆動させるサーボモータ（不図示）とを備えている。
また、駆動機構（不図示）は、一対の遮蔽板（不図示）の閉口位置を確認する位置センサー（不図示）を備えている。これら位置センサー（不図示）は、一対の遮蔽板（不図示）の一端部に設けられた突起（不図示）と閉口状態の際に接触して各遮蔽板（不図示）の当該位置を原点位置として電気的に検出するものである。

このように構成された薄膜成膜装置１により、基板２上に成膜を行う場合について、以下に説明する。
まず、ガラスからなる基板２をホルダ１６に搭載して、ホルダ１６を回転板１７に取り付ける。粗引きポンプ３７及び高真空ポンプ３８を動作させて、チャンバー１０内部が所定の圧力（例えば、６×１０^−５Ｐａ）になるまで、真空引きをする。このとき、各シャッターは閉じた状態である。
次に、回転する機構（不図示）により、回転板１７を矢印Ａの方向に毎分１００回転させる。なお、５０回転以上の速さで回転させることにより、複数の材料を利用した場合、層として堆積させることなく、混合して基板２上に堆積させることができる。

その後、弗化マグネシウム成膜の準備として、酸素ガス供給管２６から酸素ガスを真空計３５において、６×１０^−５Ｐａになるように導入する。続いて、電源２０より４５０Ｗの交流電力を印加して、弗化マグネシウムターゲット３上にプラズマを発生させる。シャッター３０を閉めたまま、その状態を３分維持して、弗化マグネシウムターゲット３にクリーニングスパッタを実施する。
一方、イオンガン１３には内部より弗素系ガスを導入しながら、電源２２より１３．５６ＭＨｚ、３５０Ｗの高周波電力を印加して、弗素イオンの照射を開始する。

そして、シャッター３０及びイオンガン１３の上方に配されたシャッター（不図示）を、不図示の駆動装置を動作させて同時に開ける。これにより、弗化マグネシウムターゲット３からプラズマによって弾き飛ばされた弗化マグネシウムが、開口部１５ａを通過して、回転中の基板２表面に到達して弗化マグネシウムが堆積し（堆積工程）、その後イオンガン１３から放出された弗素イオンが回転中の基板２表面に到達して、基板２を弗化させる（弗化工程）。
こうして、弗化マグネシウムの堆積と弗化とを繰り返し、基板２上に弗化マグネシウム膜が形成される。所定時間終了後、シャッター３０及びイオンガン１３の上方に配されたシャッター（不図示）を閉じ、酸素ガス導入を終了することにより、成膜が終了して、弗化マグネシウム層が形成された基板２が得られる。

本実施形態においては、弗化マグネシウムターゲット３とバッキングプレート１１との間に断熱板４０が設けられていて（配置工程）、弗化マグネシウムターゲット３の表面温度は高い状態に保たれる。これにより、弗化マグネシウムターゲット３の表面において、熱エネルギーによって蒸着にあたるエネルギーを照射した場合の加熱状態と似た状態となり、それによって、弗化マグネシウムが飛散している。プラズマによるスパッタと合わせて、多くの弗化マグネシウムが飛散することにより成膜速度が向上する。
また、他の効果として、通常のスパッタだけによる飛散よりも弗素の乖離が少なくなるという特徴があり、そのため吸収が少なくなるので、より良質な光学特性が得られる。

なお、本実施形態の成膜方法は、上記の単層膜に限られない。例えば、基板２に弗化マグネシウム膜を形成した後、ＴｉＯ_２ターゲット４側のアルゴンガス供給管２７からアルゴンガスを真空計３６において９×１０^−１Ｐａになるように導入し、さらに酸素ガス供給管２８から酸素ガスを導入して真空計３６において９．５×１０^−１Ｐａになるように導入する。
続いて、電源２１より５００Ｗの電力を印加して、ＴｉＯ_２ターゲット４上にプラズマを発生させる。シャッター３１を閉めたまま、その状態で２分維持して、ＴｉＯ_２ターゲット４にクリーニングスパッタを実施する。それからシャッター３１を開けて、ＴｉＯ_２ターゲット４からプラズマによって弾き飛ばされたＴｉＯ_２が開口部１５ｂを通過して、回転中の基板２表面に到達してＴｉＯ_２が堆積する（第２の堆積工程）。
こうして、基板２上にＴｉＯ_２膜が形成される。所定時間終了後、シャッター３１を閉じ、アルゴンガス及び酸素ガスの供給を終了することにより、成膜が終了する。そのようにして、基板２上に、弗化マグネシウム膜とＴｉＯ_２膜とからなる２層膜が得られる。

なお、このような工程を繰り返すことによって、弗化マグネシウムとＴｉＯ_２からなる多層膜を容易に形成することができる。また、ＡＬターゲット５を用いて、アルゴンガス供給管（不図示）から真空計（不図示）において６．５×１０^−１Ｐａになるようにアルゴンガスを導入し、酸素ガス供給管（不図示）から真空計（不図示）において９．５×１０^−１Ｐａになるように酸素ガスを導入し、電源（不図示）より４００ＷのＤＣ電力を印加して、ＡＬターゲット５上にプラズマを形成して、シャッター（不図示）を閉めたまま３分維持して、ＡＬターゲット５にクリーニングスパッタを実施する。
それから、シャッター（不図示）を開けて、ＡＬターゲット５からプラズマによって弾き飛ばされたＡＬが開口部１５ｃを通過して、酸素ガスと反応しながら回転中の基板２表面に到達してＡＬ_２Ｏ_３が堆積する（第２の堆積工程）。こうして、基板２上に弗化マグネシウムやＴｉＯ_２だけでなく、ＡＬ_２Ｏ_３からなる膜も形成することができる。

さらにいえば、弗化マグネシウムターゲット３をスパッタして、弗素イオンを照射して基板２上に弗化マグネシウム膜を形成する工程（堆積工程）と、ＴｉＯ_２ターゲット４をスパッタして、基板２上にＴｉＯ_２膜を形成する工程（第２の堆積工程）とを同時に行うことにより、基板２上に弗化マグネシウムとＴｉＯ_２からなる混合膜を形成することができる。この場合、印加する電力や導入するガス量を変化させることにより、弗化マグネシウムとＴｉＯ_２との混合割合を変化させることができる。

本実施形態においては、弗化マグネシウムターゲット３上の開口部５１及びＴｉＯ_２ターゲット４上の開口部６１を調整することにより、より簡易に混合割合を調整することができる。開口部５１は所定の幅となるようにサーボモータ５６ａ、５６ｂをそれぞれ駆動してボールネジ５５ａ、５５ｂを回転させて、ガイド部材５４ａ、５４ｂに沿って一対の遮蔽板５２ａ、５２ｂをそれぞれ直線運動させる。このとき、開口部５１の開口面積の確認は、上記原点位置に対して駆動した各サーボモータ５６ａ、５６ｂの駆動量により図示しないエンコーダで位置確認しながら行う。

本実施形態では、開口幅をかえることにより、成膜速度をリニアに制御することができる。比較として、ガス条件調整して成膜速度を制御する方法の場合、ガス条件と成膜速度とがリニアな関係でなかったり、少なからず隣のターゲットのガス条件を変化させてしまい、隣のターゲットの条件を改めて設定する必要があるといったところがある。
また、印加条件を調整して、成膜速度を制御する場合、印加条件と成膜速度とがリニアな関係にある領域がそれほど広いわけでなく、印加を上げているうちに急に成膜速度が上がったり、また、印加を下げているとプラズマが不安定になったりする。
本実施形態のように、ガス条件も含めて安定したプラズマの状態を維持したまま開口幅を変更することだけで成膜速度を変更することができるので、容易に条件設定ができ、混合膜を成膜する場合、容易に安定した混合割合の成膜を実施することができる。
これにより、弗化マグネシウムの屈折率１．３８からＴｉＯ_２の屈折率２．３までの間の任意の屈折率を有する膜を基板２上に容易に安定して形成することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

本発明に係る第１実施形態の成膜方法で利用する薄膜成膜装置を、各ターゲットの上方から見た図である。 図１に示す薄膜成膜装置の側方断面図である。 図１及び図２に示す薄膜成膜装置の防着板の斜視図である。 本発明に係る第２実施形態の成膜方法で利用する薄膜成膜装置の側方断面図である。 図４に示す薄膜成膜装置の開口部調節機構を上方から見た図である。

符号の説明

１ 薄膜成膜装置
２ 基板
３ 弗化マグネシウムターゲット（ターゲット）
４ ＴｉＯ_２ターゲット（第２のターゲット）
５ ＡＬターゲット（第２のターゲット）
１０ チャンバー（真空槽）

Claims (4)

1. 真空槽内に配置された基板上に膜を成膜する成膜方法であって、
   少なくともマグネシウム或いは弗化マグネシウムからなるターゲットをスパッタすることで、該ターゲットの材料を前記基板上に堆積させる堆積工程と、
   前記基板に弗素系ガスを導入する工程、又は、前記基板に対して弗素系イオンを照射する工程のうち少なくともどちらか一方を行うことで、前記基板上に堆積したターゲット材料を弗化する弗化工程とを備え、
   前記堆積工程と前記弗化工程とを順次繰り返すことで、少なくとも弗化マグネシウム層を１層形成することを特徴とする成膜方法。
2. 請求項１記載の成膜方法において、
   前記ターゲットを前記真空槽内と断熱して配置する配置工程を備えていることを特徴とする成膜方法。
3. 請求項１又は２記載の成膜方法において、
   前記ターゲットとは材料の異なる第２のターゲットをスパッタすることで、該第２のターゲットの材料から形成される膜を前記基板上に堆積させる第２の堆積工程を備えていることを特徴とする成膜方法。
4. 真空槽内に配置された基板上に膜を成膜する成膜方法であって、
   少なくともマグネシウム或いは弗化マグネシウムからなるターゲットをスパッタすることで、該ターゲットの材料を前記基板上に堆積させる堆積工程と、
   前記基板に弗素系ガスを導入する工程、又は、前記基板に対して弗素系イオンを照射する工程のうち少なくともどちらか一方を行うことで、前記基板上に堆積したターゲット材料を弗化する弗化工程と、
   前記ターゲットとは材料の異なる第２のターゲットをスパッタすることで、該第２のターゲットの材料から形成される膜を前記基板上に堆積させる第２の堆積工程とを備え、
   前記堆積工程と前記第２の堆積工程と前記弗化工程とを順次繰り返すことで、少なくとも弗化マグネシウムの混合物層を１層形成することを特徴とする成膜方法。
   
   
   

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