JP2012246540A - スパッタリング方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】樹脂基板9などに高屈折率膜15,低屈折率膜16,高屈折率膜17,低屈折率膜18をスパッタする場合に、スパッタの開始前の圧力を10−1Pa台の低真空として、膜応力を引張応力とすることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
例えば、カメラなどのレンズは、従来のガラス材料以外に、ポリカーボネート、アクリルなどの樹脂レンズを用い、反射防止膜をコーティングして使用されている。反射防止膜の材料は、高屈折率材料のNb2O5、Ta2O5などと、低屈折率材料のSiO2などが、真空蒸着により積層成膜されている。
以下、図8を参照しながら、従来の反射防止膜のスパッタ工法について説明する。
S802では、スパッタ開始前の圧力として、反応室内を10−5Pa台の圧力とする。ここで、10−5Pa台とは、1×10−5Pa以上かつ10×10−5Pa未満のことである。
S804では、0.5Pa程度の真空度にスパッタ圧力を調整(調圧)する。
図1は、本発明のスパッタリング方法による酸化膜や窒化膜などの反射防止膜のスパッタ成膜フローチャートである。図2はスパッタリング装置の概略断面図であり、図3は反射防止膜の拡大断面図である。
S102では、スパッタ開始前圧力である10−1Pa台程度の真空度まで真空排気する。ここで、10−1Pa台とは、1×10−1Pa以上かつ10×10−1Pa未満のことである。
S105では、第1DCパルス電源10によりNbカソード4に、2.5W/cm2以上かつ7.5W/cm2未満の電力密度のパルス電圧である低電力を供給し、プラズマを発生させる。そして、NbとO2ガスを反応させることにより、図3に示すように樹脂基板9に1層目のNb2O5膜(1層目高屈折率膜)15をスパッタで形成する。
ここで、以上のようなスパッタ成膜フローチャートで、S105の1層目高屈折率膜スパッタの電力密度を4W/cm2としてNb2O5膜17を15nm形成し、S106の2層目低屈折率膜スパッタの電力密度を4W/cm2としてSiO2膜16を27nm形成し、S107の3層目高屈折率膜スパッタの電力密度を4W/cm2としてNb2O5膜17を118nm形成し、S106の4層目低屈折率膜スパッタの電力密度を4W/cm2としてSiO2膜16を88nm形成し、膜応力を評価した。この時の具体的な条件としては、S102のスパッタ開始前の圧力を3×10−1Paとし、S103の反応室1内部においてスパッタガスであるArガスに対する反応ガスであるO2ガス流量を体積百分率で15%としてガスを導入し、S104のスパッタ圧力を2.5Paとした。
図4の環境試験寿命と膜応力の関係を示すグラフから、80MPaの引張応力では1500時間以上の寿命となることが分かる。前述の考察より、これは、引張応力となることで、応力が吸収され、膜にクラックが発生しなくなるためであると考えられる。具体的には、環境試験で温度が85℃まで上昇したときに樹脂基板9が膨張することで、反射防止膜である高屈折率膜15,低屈折率膜16,高屈折率膜17,低屈折率膜18に応力が加わるが、膜密度が低く、膜が多孔質になっているためであると考えられる。なお、膜密度が低くなるため、膜の屈折率が、従来工法とわずかに変化することもあるが、膜厚を調整することで光学特性は得ることができる。
図5の関係は、スパッタ電力密度を4W/cm2とし、Arガスに対するO2ガス流量が体積百分率で15%として、スパッタ圧力を変化させて、反射防止膜である高屈折率膜15,低屈折率膜16,高屈折率膜17,低屈折率膜18をスパッタ成膜したときの膜応力である。
スパッタ電力密度(w)と膜応力(MPa)の関係を図6に示す。図6は、スパッタ電力密度を変化させて反射防止膜である高屈折率膜15,低屈折率膜16,高屈折率膜17,低屈折率膜18を成膜したときの膜応力である。このときの条件としては、スパッタ圧力を2.5Paとし、Arガスに対するO2ガス流量が体積百分率で15%とした。
スパッタ開始前圧力(Pa)と膜応力(MPa)の関係を図7に示す。図7は、スパッタ圧力を2.5Paとし、Arガスに対するO2ガス流量を体積百分率で15%とし、スパッタ電力密度を4W/cm2として、スパッタ開始前圧力を変化させて反射防止膜である高屈折率膜15,低屈折率膜16,高屈折率膜17,低屈折率膜18を成膜したときの膜応力である。また、図7の横軸は、対数グラフである。
このように、上記の本発明を用いることで、耐熱温度の低い樹脂材料などに、膜応力が大きい膜材料を成膜するときに、膜クラックの発生が少なく、環境試験寿命が大幅に長くできる。
2 Nbターゲット
3 第1磁気回路
4 Nbカソード
5 Siターゲット
6 第2磁気回路
7 Siカソード
8 基板ホルダー
9 樹脂基板
10 第1DCパルス電源
11 第2DCパルス電源
12 真空排気ポンプ
13 ガス供給系
14 調圧弁
15 高屈折率膜
16 低屈折率膜
17 高屈折率膜
18 低屈折率膜
Claims (6)
- アノードとカソードを有し、成膜を受ける樹脂基板が前記アノード側にセットされ、前記カソード側に成膜材料のターゲットがセットされているスパッタリング反応室を真空排気し、
前記スパッタリング反応室にスパッタガスを導入し、
前記スパッタリング反応室を調圧し、
前記カソードに電圧を印加してプラズマを発生させてスパッタリングして前記樹脂基板に膜を成膜するに際し、
前記スパッタリング反応室にスパッタガスを導入する前の工程において、スパッタリング反応室を1.5×10−1Pa以上に真空排気する
スパッタリング方法。 - 前記スパッタリング反応室を2Pa〜3Paに調圧する
請求項1記載のスパッタリング方法。 - 前記カソードに電圧を印加してプラズマを発生させるときのスパッタ電力密度を2.5W/cm2以上かつ7.5W/cm2未満とする
請求項1または請求項2に記載のスパッタリング方法。 - 成膜される膜の膜応力が引張応力になる条件でスパッタリングする
請求項1〜請求項3の何れかに記載のスパッタリング方法。 - スパッタリング材料としてNbターゲットおよびSiターゲットを用い、Nbターゲットをスパッタリングして前記樹脂基板に高屈折率膜であるNb2O5膜を成膜し、Siターゲットをスパッタリングして前記樹脂基板に成膜されている前記Nb2O5膜の上に低屈折率膜であるSiO2膜を成膜する
請求項1〜請求項4の何れかに記載のスパッタリング方法。 - 前記樹脂基板の上に、高屈折率膜、低屈折率膜、前記高屈折率膜、前記低屈折率膜の順に成膜する
請求項1〜請求項5の何れかに記載のスパッタリング方法。
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