JP5347542B2 - 酸化物誘電体膜の製造方法とデユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＳｉＣとＳｉを主成分とする成膜材料をスパッタリングターゲットとして用い、かつ、定電力制御されたスパッタ電源からカソードに電力を供給すると共に、酸素ガスをスパッタリング室内に導入して、ＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜から成る酸化物誘電体膜を製造する方法とこの方法に用いられるデユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置に係り、特に、ＳｉＣｙＯｘ膜で構成される酸化物誘電体膜の消衰係数を一定に制御できる酸化物誘電体膜の製造方法とデユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置の改良に関するものである。

ＳｉＣとＳｉを主成分とする成膜材料をスパッタリングターゲット（以下、ＳｉＣターゲットと略称する場合がある）として用いた場合、上記ＳｉＣターゲットが割れ難くかつその熱伝導が高いことから、スパッタリング装置のカソードに対し大きなパワーを投入できるため、ＳｉＣｙＯｘ膜の高速成膜が可能であることが知られている。

そして、スパッタリングターゲットとその製造方法等に係る発明が開示された特許文献１に、ＳｉＣターゲットはＤＣ（直流）マグネトロンスパッタリングが可能であると記載されている。

また、反射防止膜、近赤外線カットフィルター、バンドパスフィルターとこれ等製造方法等に係る発明が開示された特許文献２−４には、カソードを２つ並べて交互に電圧を印加するデユアルカソードマグネトロンスパッタリング法によりＳｉＣターゲットの成膜が可能であると記載されている。そして、ＳｉＣターゲットを用いてＳｉＣｙＯｘ膜を成膜するには、アルゴンガスによるスパッタリング成膜中に、膜を酸化させるための酸素ガスをスパッタリング室内に導入する必要がある。また、酸素ガスを十分に導入するとＣはほとんど排気され、ＳｉＯ_２に極めて近い透明膜になることが記載されている。

更に、フィルムの搬送手段がロール・トゥ・ロール方式で構成されたスパッタリングロールコータに係る発明が開示された特許文献５には、成膜直後における光学薄膜の透過率を測定する光学モニターシステムが記載されている。尚、上記搬送手段がロール・トゥ・ロール方式で構成されたスパッタリングロールコータによる成膜法は、巻出軸に巻回された長さ数十ｍ以上の長尺フィルムを、キャンロールを介し巻取軸に巻取りながら連続してスパッタリング成膜を行う方法であるため、切断されたシート状のフィルムを順次入れ換えながら成膜を行うバッチ式のスパッタリング法と較べて生産性が高い利点を有している。また、上記キャンロールが水冷キャンロールで構成される場合、水冷キャンロールに巻き付けられた状態で長尺フィルム上にスパッタリング成膜が行なわれるため、長尺フィルムへの熱ダメージが少なくなるという更なる利点を有している。

国際公開ＷＯ０１／０２７３４５号公報 特開２００３−１２１６０５号公報 特開２００３−１２１６３６号公報 特開２００３−１２１６３９号公報 特開２００８−６９３７８号公報

ところで、上記ＳｉＣターゲットを用いて成膜されたＳｉＣｙＯｘ膜の光学的利用方法に関し、可視波長域で完全に透明であることを必要とせず、若干着色されたＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜の酸素欠損による分光吸収特性を積極的に利用する場合がある。

このような利用方法の場合、ＳｉＣターゲットを用いて成膜されるＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜の消衰係数を常に同じにする必要があるため、上記ＳｉＣｙＯｘ膜のスパッタリング成膜時にスパッタリング室内に導入する酸素ガス流量を一定に制御して、ＳｉＣｙＯｘ膜に含まれる酸素量が常に同じになるような方法を、通常、採っていた。

しかし、ＳｉＣターゲットの状態（ターゲットの表面状態、エロージョンの形成状態）や真空状態に依存して、上記ＳｉＣｙＯｘ膜に含まれる酸素量を常に同じに制御することは実際上困難なため、スパッタリング室内に導入する酸素ガス流量を一定に制御しながらスパッタリング成膜を行なっても、ＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜の消衰係数を常に一定にすることは難しかった。特に、スパッタリング成膜が長時間に亘る上述のスパッタリングロールコータによる成膜では、ＳｉＣｙＯｘ膜の消衰係数を一定に制御することは極めて難しかった。

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、その課題とするところは、ＳｉＣターゲットを用いて得られるＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜の消衰係数を要求値に制御することができると共に、スパッタリング成膜が長時間に亘るスパッタリングロールコータにおいても上記ＳｉＣｙＯｘ膜の消衰係数を要求値に制御できる酸化物誘電体膜の製造方法を提供し、合せてこの製造方法に用いられるデユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置を提供することにある。

そこで、酸素ガス流量を一定に制御する従前の方法とは異なる方法を開発するため、本発明者は、デユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置を用いて以下のような実験を試みた。まず、デユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置のデユアルカソードに供給するＭＦ（中間周波数）電源の電力を一定に制御（定電力制御）し、成膜材料として上記ＳｉＣターゲットを用いると共に、スパッタリング室内に導入する酸素ガス流量を個々に変化させながら、ロール・トゥ・ロール方式で搬送されるＰＥＴフィルムに対し、ＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜のスパッタリング成膜を試みた。尚、スパッタリング室内に導入する酸素ガス流量を増加させるとターゲット表面の酸化部分が増し、二次電子放出率が増加して系のインピーダンスが下がる。定電力制御ではカソード電圧の低下はカソード電流の増加で補われる。従って、カソード電圧は導入した酸素量と反比例する。

そして、個々に設定した酸素ガス流量の実験条件毎に、スパッタリング成膜時におけるカソード電圧、カソード電流、および、波長５５０ｎｍでの透過率（ＳｉＣｙＯｘ膜の透過率は、以下に示すように消衰係数の指数関数の逆数に比例する関係にある。すなわち、透過光量＝入射光量×ｅ^−αｘ、但し、α＝４πｋ／λ、ｘ：光路長、α：吸収係数、ｋ：消衰係数、λ：入射波長）をそれぞれ測定し、図２のグラフ図に示すような結果を得た。尚、ＳｉＣターゲットの使用初期と末期（すなわち、スパッタリング成膜の初期と末期）においては、波長５５０ｎｍにおける透過率とカソード電圧との関係が刻々と変化して不安定な状況にあることが確認されたため、図２のグラフ図は、ＳｉＣターゲットの使用初期と末期を除いたスパッタリング成膜安定期におけるカソード電圧、カソード電流、波長５５０ｎｍにおける透過率をそれぞれプロットして求められている。また、図３のグラフ図は、酸素導入量（ｓｃｃｍ）が横軸に設定された図２のデータに基づき、カソード電圧を横軸に変換して再度プロットし直したものであり、また、図４のグラフ図は、酸素導入量（ｓｃｃｍ）が横軸に設定された図２のデータに基づき、波長５５０ｎｍにおける透過率を横軸に変換して再度プロットし直したものである。

そして、図４のグラフ図に示された「波長５５０ｎｍにおける透過率」と「カソード電圧、カソード電流、酸素ガス導入量」の関係に基づき、カソード電圧を制御パラメータに選んでＳｉＣｙＯｘ膜の消衰係数が一定に制御される方法について実験を試みた。

すなわち、成膜されるＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜の波長５５０ｎｍにおける透過率が８０％になるようにカソード電圧を制御して実験を試みたところ、スパッタリング成膜の初期と末期を除いたＳｉＣターゲットの使用時間においては図５のグラフ図に示すように上記透過率とカソード電圧との関係が安定していて制御が容易であったが、ＳｉＣターゲットの使用初期と末期の時間においては図５のグラフ図に示すように上記透過率とカソード電圧との関係が刻々と変化して不安定な状況にあるため制御が困難であることが判った。従って、カソード電圧を制御パラメータに選んでＳｉＣｙＯｘ膜の消衰係数を制御する方法は、酸素ガス流量を一定に制御する従前の方法と同様、好ましくないことが確認された。すなわち、ＳｉＣターゲットを用いる場合、成膜されるＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜の消衰係数を要求値に保つためには、カソード電圧を制御パラメータとする上記方法は不十分であり、成膜直後におけるＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜の透過率をリアルタイムで測定し、図４のグラフ図に示された「波長５５０ｎｍにおける透過率」と「酸素ガス導入量」の関係に基づいて酸素ガス導入量を逐次制御する方法が好ましいことを見出すに至った。本発明はこのような技術的発見に基づき完成されている。

すなわち、請求項１に係る発明は、
デユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置のスパッタリング室内に設けられかつ巻出軸に巻回された長尺フィルムをキャンロールを介して巻取軸に巻取るロール・トゥ・ロール方式のフィルム搬送手段により搬送されるフィルムの片面に、ＳｉＣとＳｉを主成分とする成膜材料を用い、スパッタ電源からデユアルカソードに対して定電力制御された電力を供給すると共に、スパッタリング室内に酸素ガスを導入して、ＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜により構成された酸化物誘電体膜を成膜する酸化物誘電体膜の製造方法において、
上記デユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置には、成膜されるＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜の目標透過率に対応した酸素ガス流量のＰＩＤ制御若しくはＰＩ制御を行う調節計と、成膜直後における上記ＳｉＣｙＯｘ膜の透過光量を測定してＳｉＣｙＯｘ膜の透過率を算出する透過率モニター手段が設けられ、透過率モニター手段で測定された透過率のデータを上記調節計に入力して、連続して成膜されるＳｉＣｙＯｘ膜の透過率が目標透過率と等しくなるように酸素ガス流量のＰＩＤ制御若しくはＰＩ制御を行うことにより、ＳｉＣｙＯｘ膜により構成された酸化物誘電体膜の消衰係数が一定となるようにしたことを特徴とし、
［但し、ＳｉＣｙＯｘ膜の透過率と消衰係数は、透過光量＝入射光量×ｅ ^−αｘ の関係を満たし、α＝４πｋ／λ、ｘ：光路長、α：吸収係数、ｋ：消衰係数、λ：入射波長とする］
また、請求項２に係る発明は、
請求項１に記載の発明に係る酸化物誘電体膜の製造方法において、
上記ＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜の波長５５０ｎｍにおける消衰係数が０．００５〜０．０５に制御されていることを特徴とする。

次に、請求項３に係る発明は、
スパッタリング室内に設けられかつ巻出軸に巻回された長尺フィルムをキャンロールを介して巻取軸に巻取るロール・トゥ・ロール方式のフィルム搬送手段により搬送されるフィルムの片面に、ＳｉＣとＳｉを主成分とする成膜材料を用い、スパッタ電源からデユアルカソードに対して定電力制御された電力を供給すると共に、スパッタリング室内に酸素ガスを導入して、ＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜を成膜するデユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置において、
成膜されるＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜の目標透過率に対応した酸素ガス流量のＰＩＤ制御若しくはＰＩ制御信号を出力する調節計と、コントロールユニットを介し上記調節計から出力されるＰＩＤ制御若しくはＰＩ制御信号が入力されて酸素ガス流量を制御する酸素マスフローコントローラと、成膜直後における上記ＳｉＣｙＯｘ膜の透過光量を測定してＳｉＣｙＯｘ膜の透過率を算出しこの透過率のデータを上記調節計へ出力する透過率モニター手段とを備え、上記調節計に入力された透過率モニター手段からの透過率のデータに基づき、連続して成膜されるＳｉＣｙＯｘ膜の透過率が目標透過率と等しくなるように酸素ガス流量のＰＩＤ制御若しくはＰＩ制御を行うことにより、ＳｉＣｙＯｘ膜の消衰係数が一定となるようにしたことを特徴とする。
［但し、ＳｉＣｙＯｘ膜の透過率と消衰係数は、透過光量＝入射光量×ｅ ^−αｘ の関係を満たし、α＝４πｋ／λ、ｘ：光路長、α：吸収係数、ｋ：消衰係数、λ：入射波長とする］

デユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置を用いた請求項１〜２に記載の発明に係る酸化物誘電体膜の製造方法によれば、
上記デユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置には、成膜されるＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜の目標透過率に対応した酸素ガス流量のＰＩＤ制御若しくはＰＩ制御を行う調節計と、成膜直後における上記ＳｉＣｙＯｘ膜の透過光量を測定してＳｉＣｙＯｘ膜の透過率を算出する透過率モニター手段が設けられ、透過率モニター手段で測定された透過率のデータを上記調節計に入力して、連続して成膜されるＳｉＣｙＯｘ膜の透過率が目標透過率と等しくなるように酸素ガス流量のＰＩＤ制御若しくはＰＩ制御を行うことにより、ＳｉＣｙＯｘ膜により構成された酸化物誘電体膜の消衰係数が一定となるようにしたことを特徴としている。
［但し、ＳｉＣｙＯｘ膜の透過率と消衰係数は、透過光量＝入射光量×ｅ ^−αｘ の関係を満たし、α＝４πｋ／λ、ｘ：光路長、α：吸収係数、ｋ：消衰係数、λ：入射波長とする］

従って、ＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜の透過率と上述した関係にある消衰係数を要求値に制御できると共に、スパッタリング成膜が長時間に亘るスパッタリングロールコータにおいても上記ＳｉＣｙＯｘ膜の消衰係数を要求値に制御することが可能となる。

また、請求項３に記載の発明に係るデユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置によれば、
成膜されるＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜の目標透過率に対応した酸素ガス流量のＰＩＤ制御若しくはＰＩ制御信号を出力する調節計と、コントロールユニットを介し上記調節計から出力されるＰＩＤ制御若しくはＰＩ制御信号が入力されて酸素ガス流量を制御する酸素マスフローコントローラと、成膜直後における上記ＳｉＣｙＯｘ膜の透過光量を測定してＳｉＣｙＯｘ膜の透過率を算出しこの透過率のデータを上記調節計へ出力する透過率モニター手段とを備え、上記調節計に入力された透過率モニター手段からの透過率のデータに基づき、連続して成膜されるＳｉＣｙＯｘ膜の透過率が目標透過率と等しくなるように酸素ガス流量のＰＩＤ制御若しくはＰＩ制御を行うことにより、ＳｉＣｙＯｘ膜の消衰係数が一定となるようになっているため、
［但し、ＳｉＣｙＯｘ膜の透過率と消衰係数は、透過光量＝入射光量×ｅ ^−αｘ の関係を満たし、α＝４πｋ／λ、ｘ：光路長、α：吸収係数、ｋ：消衰係数、λ：入射波長とする］
このデユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置を用いて成膜されたＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜の透過率と上述した関係にある消衰係数を要求値に制御することが可能となる。

本発明に係るデユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置の概略構成を示す説明図。 デユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置を用いた実験により求められた「酸素導入量（ｓｃｃｍ）」と、「カソード電流、カソード電圧、波長５５０ｎｍにおける透過率」との関係を示すグラフ図。 酸素導入量（ｓｃｃｍ）が横軸に設定された図２のグラフ図を、カソード電圧を横軸に変換して得られたグラフ図。 酸素導入量（ｓｃｃｍ）が横軸に設定された図２のグラフ図を、波長５５０ｎｍにおける透過率を横軸に変換して得られたグラフ図。 ＳｉＣターゲット使用時間（時間）と、成膜直後におけるＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜の透過率が８０％になるカソード電圧変動（任意単位）との関係を示すグラフ図。 実施例に係る酸化物誘電体膜の製造方法において求められたＳｉＣターゲット使用時間（時間）と、成膜直後におけるＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜の透過率（目標透過率８０％）との関係を示すグラフ図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

まず、本発明に係るデユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置は、図１に示すようにデユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置本体５０と、このデユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置本体５０に設けられかつ酸素ガス流量のＰＩＤ制御若しくはＰＩ制御信号を出力する調節計１４と、コントロールユニット１５を介し上記調節計１４から出力されるＰＩＤ制御若しくはＰＩ制御信号が入力されてガス導入機構１３の酸素ガス流量を制御する酸素マスフローコントローラ１２と、成膜直後におけるＳｉＣｙＯｘ膜の透過光量を測定してＳｉＣｙＯｘ膜の透過率を算出しこの透過率のデータを上記調節計１４へ出力する透過率モニター手段１００とでその主要部が構成されている。

そして、上記デユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置本体５０は、スパッタリング室５１と、このスパッタリング室５１内に設けられかつ長尺フィルム２０を搬送するフィルム搬送手段６と、同じくスパッタリング室５１内に設けられかつスパッタリング室５１外のスパッタ電源（ＭＦ電源）１７から定電力制御された電力が供給される２つのデユアルカソードマグネトロンカソード１を備え、かつ、上記フィルム搬送手段６は、巻回された長尺フィルム２０を巻き出す巻出ロール（巻出軸）２と、巻出ロール（巻出軸）２から巻き出された長尺フィルム２０を巻取る巻取ロール（巻取軸）３と、これ等巻出ロール２と巻取ロール３間の搬送路中に設けられかつ上記長尺フィルム２０が巻き付けられる水冷キャンロール５と、上記巻出ロール２と水冷キャンロール５間の搬送路中および水冷キャンロール５と巻取ロール３間の搬送路中にそれぞれ設けられたガイドロール４とでその主要部が構成されている。

また、上記巻出ロール２と巻取ロール３はパウダークラッチ等により張力バランスが保たれており、水冷キャンロール５が回転することにより、長尺フィルム２０が矢印で示す回転方向へ搬送される。また、２つのデユアルカソードマグネトロンカソード１は上記水冷キャンロール５に対向する位置に配置され、２つのデユアルカソードマグネトロンカソード１に対して、スパッタ電源（ＭＦ電源）１７から交互にパルス電圧（パルス電力）が印加されるようになっている。そして、反応性スパッタリング、特に、酸素導入を行うスパッタリングでは、スパッタリング表面に形成された薄い酸化膜を除去することができ、高速成膜に適している。尚、本発明に係るデユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置では、より好ましい真空度でのプラズマ放電にも対応させるためターゲット下面側に磁石を配置したマグネトロンスパッタリング法が採用されており、磁石の配置により、長尺フィルム２０に直接プラズマを照射することも、あるいは、照射しないようにすることも設定可能である。また、ターゲットに印加する印加電力の周波数は４０〜１００ｋＨｚであるＭＦ（中間周波数）電源を用いることが好ましい。

また、上記透過率モニター手段１００は、図１に示すようにスパッタリング室５１の外に設けられた光源１６と、この光源１６からの光を上記ガイドロール４と巻取ロール３間の搬送路近傍に配置された光照射部８へ導くための光ファイバー７と、ガイドロール４と巻取ロール３間を搬送される長尺フィルム２０を挟んで光照射部８の反対側に配置されかつ長尺フィルム２０を透過した光照射部８からの光を受光する受光部９と、受光部９で受光された光を分光器内蔵の透過率モニター１１へ導くための光ファイバー１０を備えており、透過率モニター１１において上記受光部９からの透過光量に基づき長尺フィルム２０にスパッタリング成膜されたＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜の透過率を算出してこの透過率を上記調節計１４へ出力するように構成されている。尚、上記光源１６にはハロゲンランプ等が適用され、長時間の使用により光量が変動しないように、光量が一定になるような光源電圧フィードバック機能を有している。

ところで、通常、空気あるいは真空中の透過率を１００％とするが、フィルム搬送手段がロール・トゥ・ロール方式で構成されたスパッタリングロールコータによる成膜方法では、透過率を測定する光照射部８と受光部９の間には常にフィルムが存在するため、成膜前においてフィルムが存在する状態で各波長の透過率を測定して１００％の相対透過率のベースラインとして取り込んでいる。また、成膜前のＰＥＴフィルムの場合、可視波長域（４００〜７００ｎｍ）における空気中での絶対透過率は約９０％なので、透過率モニター１１で測定した相対透過率に９０％を乗じて絶対透過率に換算することもできる。

また、上記透過率モニター１１から成膜直後におけるＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜の透過率データが順次入力される調節計（ループコントローラとも称する）１４は、シーケンサやパソコンにより入力された目標透過率を基準とし、透過率モニター１１から順次入力される透過率データと基準となる上記目標透過率とを比較し、かつ、透過率データが目標透過率と等しくなるようにコントロールユニット１５を介しガス導入機構１３の酸素ガス流量を制御する酸素マスフローコントローラ１２へ酸素ガス流量のＰＩＤ制御若しくはＰＩ制御信号が出力されるように構成されている。

従って、ＳｉＣターゲットの状態（表面状態、エロージョンの形成状態）に関わらず、ＳｉＣターゲットを用いて得られるＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜の透過率を目標透過率に合わせることができるため、透過率と上述した関係にあるＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜の消衰係数が常に同じになるようにすることが可能となり、スパッタリング成膜が長時間に亘るスパッタリングロールコータにおいてもＳｉＣｙＯｘ膜の消衰係数を要求値に制御することが可能となる。

尚、透過率モニター１１から調節計１４に順次入力される透過率データは、電圧変換（例えば、透過率０％−１００％を１−５Ｖに変換）して入力される。また、調節計１４、酸素マスフローコントローラ１２、酸素マスフローコントローラ１２のコントロールユニット１５の信号電圧は、信号変換器（入力機器と出力機器の電圧範囲を合わせるために電圧を変換する機器）により適合されている。透過率の設定値は上述したようにパソコンあるいはシーケンサから調節計に入力することができる。また、調節計１４では、透過率および透過率設定値の信号入力に対して平均化処理を行い、ノイズによる誤動作を回避することが好ましい。

また、スパッタリング時に必要なアルゴンガスは上記ガス導入機構１３より適量導入され、また、酸素ガスの供給量については上述したように酸素マスフローコントローラ１２により適正量が供給されるように制御されている。また、酸素ガスの導入箇所については、制御のレスポンスを敏感にさせるためデユアルカソード１のすぐ近くに取り付ける（酸素マスフローコントローラ１２からデュアルカソード１までの配管距離を短くする）ことが好ましく、磁界の影響を受け易い電磁バルブよりは磁界の影響を受け難いピエゾバルブを使用することが望ましい。尚、ピエゾバルブは構造上、完全に酸素流量を全閉することができないので、開閉専用の電磁バルブと兼用することがより好ましい。

また、水冷キャンロール５は、スパッタリング時における長尺フィルム２０への熱的ダメージを防ぐため水冷制御（５〜６０℃）されている。成膜速度を高めるためにカソード電力は電源容量の限界値付近まで印加するので、水冷キャンロール５が水冷されていないと長尺フィルム２０は熱的ダメージよってシワやウネリが発生する恐れがある。また、超尺フィルム２０を真空排気すると、その表面および内部から水分が多量に排出されるため、真空ポンプにはターボ分子ポンプに加え、水分の排気に適したクライオコイルやクライオパネルと兼用することが望ましい。

ａ）スパッタリングターゲット
本発明において適用されるスパッタリングターゲットはＳｉＣとＳｉを主成分とする成膜材料であることを要する。ＳｉＣとＳｉを主成分とするＳｉＣターゲットは、Ｓｉ結晶ターゲットに比較して熱伝導が良いため大電力を投入できるばかりか、結晶ではなくセラミックスのため劈開性がなく割れる（欠ける）心配がほとんどない。

ｂ）ＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜
本発明により得られるＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜において、炭素（Ｃ）量は０＜ｙ≦０．１であることが必要で、炭素（Ｃ）が含まれないと硬度と透湿性に劣り、炭素（Ｃ）量が０．１を超えると酸素（Ｏ）量が１．５より少なくなってしまう。また、酸素（Ｏ）量は１．５＜ｘ＜２であることが必要で、酸素（Ｏ）量が１．５よりも少ないと酸素欠陥により膜は濃い褐色となり、透過率モニターによる透過率測定が困難になり、酸素（Ｏ）量が２以上であると完全に透明膜となり、透過率モニターによる制御ができず（酸素を増加しても、これ以上透過率は増加しない）、透湿性にも劣るため好ましくない。

次に、本発明の実施例について具体的に説明する。

成膜材料としてＳｉＣターゲットを用い、スパッタリング室内に導入する酸素ガス流量を個々に変化させながら、デユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置によりＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜を成膜する実験を行なった。

尚、デユアルカソードマグネトロンスパッタリングは定電力制御（カソード電力を一定にする制御）を行い、カソード電力７５００Ｗで実験を行った。

そして、個々に設定した酸素ガス流量の実験条件毎に、スパッタリング成膜時におけるカソード電圧、カソード電流、および、波長５５０ｎｍでの透過率（ＳｉＣｙＯｘ膜の透過率は上述したように消衰係数の指数関数の逆数に比例する関係にある）をそれぞれ測定して図２のグラフ図に示すような結果を得ると共に、図２のグラフ図に基づき図４のグラフ図を得た。

ＭＦ電源（アドバンスド・テクノロジー社製）は、カソード電力（＝カソード電圧×カソード電流）制御を行っているので、ＳｉＣｙＯｘ膜の透過率を増加させると、酸素流量が増加して、カソード電流が増加し、カソード電圧が低下する。

そして、図４のグラフ図から、ＳｉＣｙＯｘ膜の設定透過率に対し、酸素導入量、カソード電流とカソード電圧は単純な比例関係にあるように見えるが、比例係数はＳｉＣターゲットの使用時間に伴うターゲット状態（表面状態、エロージョンの形成状態）により変化してしまうことが分かった。

ＳｉＣターゲットを用いたデユアルカソードマグネトロンスパッタリング法によりＳｉＣｙＯｘ膜を成膜した直後において、波長５５０ｎｍにおけるＳｉＣｙＯｘ膜の透過率が８０％になるようにした調整した時の「ＳｉＣターゲット使用時間」によるカソード電圧の変化を図５に示す。

そして、図５のグラフ図から、ＳｉＣターゲットの使用期間の初期と終期にカソード電圧が安定しない領域が存在し、カソード電圧を一定に設定しても、常に同一の透過率を有するＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜が得られないことが分かる。

そこで、図１に示す本発明のデユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置を用い、かつ、成膜するＳｉＣｙＯｘ膜の目標透過率を８０％として調節計１４にデータ入力すると共に、ＳｉＣターゲットを用いた本発明のデユアルカソードマグネトロンスパッタリング法によりＰＥＴフィルム上への成膜を試みた。

そして、図１に示すデユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置においては、成膜されるＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜の目標透過率に対応した酸素ガス流量のＰＩＤ制御若しくはＰＩ制御信号を出力する上記調節計１４と、コントロールユニット１５を介し上記調節計１４から出力されるＰＩＤ制御若しくはＰＩ制御信号が入力されて酸素ガス流量を制御する酸素マスフローコントローラ１２と、成膜直後におけるＳｉＣｙＯｘ膜の透過光量を測定してＳｉＣｙＯｘ膜の透過率を算出しこの透過率のデータを上記調節計１４へ出力する透過率モニター手段１００を備えており、調節計１４に入力された透過率モニター手段１００からの透過率のデータに基づき、連続して成膜されるＳｉＣｙＯｘ膜の透過率が目標透過率（８０％）と等しくなるように酸素ガス流量のＰＩＤ制御若しくはＰＩ制御を行うようになっているため、常に同一の透過率を有するＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜を成膜することができる。

尚、図１に示すデユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置を用いてスパッタ成膜したときの、実際のＳｉＣターゲット使用時間による波長５５０ｎｍにおける透過率変化を調べたところ、図６のグラフ図に示す結果が得られた。

そして、図６のグラフ図から、ＳｉＣターゲットの使用時間全期間に亘り透過率が安定したＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜を得ることができることが確認された。すなわち、ＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜に含まれる酸素量を制御できることが確認された。

本発明に係る酸化物誘電体膜の製造方法によれば、ＳｉＣとＳｉを主成分とする成膜材料をスパッタリングターゲット（ＳｉＣターゲット）としたデユアルカソードマグネトロンスパッタリング法によりＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜の消衰係数を一定に制御することができるため、高速成膜が可能なＳｉＣターゲットの産業分野での応用を広げられる産業上の利用可能性を有している。

１ デユアルカソードマグネトロンカソード
２ 巻出ロール
３ 巻取ロール
４ ガイドロール
５ 水冷キャンロール
６ フィルム搬送手段
７ 光ファイバー
８ 光照射部
９ 受光部
１０ 光ファイバー
１１ 透過率モニター
１２ マスフローコントローラ
１３ ガス導入機構
１４ 調節計
１５ コントロールユニット
１６ 光源
１７ スパッタ電源（ＭＦ電源）
２０ フィルム
５０ デユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置本体
５１ スパッタリング室
１００ 透過率モニター手段

Claims (3)

1. デユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置のスパッタリング室内に設けられかつ巻出軸に巻回された長尺フィルムをキャンロールを介して巻取軸に巻取るロール・トゥ・ロール方式のフィルム搬送手段により搬送されるフィルムの片面に、ＳｉＣとＳｉを主成分とする成膜材料を用い、スパッタ電源からデユアルカソードに対して定電力制御された電力を供給すると共に、スパッタリング室内に酸素ガスを導入して、ＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜により構成された酸化物誘電体膜を成膜する酸化物誘電体膜の製造方法において、
   上記デユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置には、成膜されるＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜の目標透過率に対応した酸素ガス流量のＰＩＤ制御若しくはＰＩ制御を行う調節計と、成膜直後における上記ＳｉＣｙＯｘ膜の透過光量を測定してＳｉＣｙＯｘ膜の透過率を算出する透過率モニター手段が設けられ、透過率モニター手段で測定された透過率のデータを上記調節計に入力して、連続して成膜されるＳｉＣｙＯｘ膜の透過率が目標透過率と等しくなるように酸素ガス流量のＰＩＤ制御若しくはＰＩ制御を行うことにより、ＳｉＣｙＯｘ膜により構成された酸化物誘電体膜の消衰係数が一定となるようにしたことを特徴とする酸化物誘電体膜の製造方法。
   ［但し、ＳｉＣｙＯｘ膜の透過率と消衰係数は、透過光量＝入射光量×ｅ ^−αｘ の関係を満たし、α＝４πｋ／λ、ｘ：光路長、α：吸収係数、ｋ：消衰係数、λ：入射波長とする］
2. 上記ＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜の波長５５０ｎｍにおける消衰係数が０．００５〜０．０５に制御されていることを特徴とする請求項１に記載の酸化物誘電体膜の製造方法。
3. スパッタリング室内に設けられかつ巻出軸に巻回された長尺フィルムをキャンロールを介して巻取軸に巻取るロール・トゥ・ロール方式のフィルム搬送手段により搬送されるフィルムの片面に、ＳｉＣとＳｉを主成分とする成膜材料を用い、スパッタ電源からデユアルカソードに対して定電力制御された電力を供給すると共に、スパッタリング室内に酸素ガスを導入して、ＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜を成膜するデユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置において、
   成膜されるＳｉＣｙＯｘ（但し、０＜ｙ≦０．１、１．５＜ｘ＜２）膜の目標透過率に対応した酸素ガス流量のＰＩＤ制御若しくはＰＩ制御信号を出力する調節計と、コントロールユニットを介し上記調節計から出力されるＰＩＤ制御若しくはＰＩ制御信号が入力されて酸素ガス流量を制御する酸素マスフローコントローラと、成膜直後における上記ＳｉＣｙＯｘ膜の透過光量を測定してＳｉＣｙＯｘ膜の透過率を算出しこの透過率のデータを上記調節計へ出力する透過率モニター手段とを備え、上記調節計に入力された透過率モニター手段からの透過率のデータに基づき、連続して成膜されるＳｉＣｙＯｘ膜の透過率が目標透過率と等しくなるように酸素ガス流量のＰＩＤ制御若しくはＰＩ制御を行うことにより、ＳｉＣｙＯｘ膜の消衰係数が一定となるようにしたことを特徴とするデユアルカソードマグネトロンスパッタリング装置。
   ［但し、ＳｉＣｙＯｘ膜の透過率と消衰係数は、透過光量＝入射光量×ｅ ^−αｘ の関係を満たし、α＝４πｋ／λ、ｘ：光路長、α：吸収係数、ｋ：消衰係数、λ：入射波長とする］

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