JPH01119664A - スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はスパッタリング装置に関する。スパッタリング
は各種部材の表面被覆のための成膜に広く利用されてお
り、たとえば直接光学面を形成する高精度光学素子成形
のための型部材の成形面の表面被覆に利用される。

［従来の技術及びそのｌＦ！１題点］ 従来、成膜法としてスパッタリング法が広く利用されて
いる。そして、近年スパッタリング法を用いて光学素子
成形用型部材の成形面に表面被覆層を形成することが提
案されている。

一般に、レンズ、プリズム、ミラー及びフィルタ等の光
学素子は、ガラス等の素材を研削して外形を所望の形状
とした後に、機能面即ち光が透過及び／または反射する
面を研摩して光学面とすることにより製造されている。

しかして１以上の様な光学素子の製造においては、研削
及び研摩により所望の表面精度（即ち表面形状及び表面
粗さ等の精度）を得るためには。

熟練した作業者が相当の時間加工を行なうことが必要で
あった。また、ａ艶面が非球面である光学素子を製造す
る場合には、−層高度な研削及び研摩の技術が要求され
且つ加工時間も長くならざるを得なかった。

そこで、最近では、上記の様な伝統的な光学素子製造方
法に代って、所定の表面精度を有する成形用金型内に光
学素子材料を収容して加熱しながら加圧することにより
プレス成形にて直ちに機能面を含む全体的形状を形成す
る方法が行なわれる様になってきている。これによれば
１機能面が非球面である場合でさえも比較的簡単且つ短
時間で光学素子を製造することができる。この様なプレ
ス成形法は光学素子の連続製造に適する。

以上の様なプレス成形において使用される型部材に要求
される性質としては、十分な硬度、良好な耐熱性、良好
な鏡面加工性及び成形時において光学素子材料と融着を
起さないこと等があげられる。

従来、この様なプレス成形用型部材としては金属やセラ
ミックスが提案されているが、近年、型部材に要求され
る特性が次第に高くなるにつれて、型母材の成形面に炭
化物や窒化物等の被覆層を形成することが提案されるに
至っている。これらの被覆層の成膜をスパッタリング法
を用いて行なうには、いわゆる反応性スパッタリングが
用いられる。即ち、スパッタリングターゲットに不活性
ガスイオンを衝突させてターゲット原子を飛び出させる
とともに炭素含有ガスや窒素含有ガスをイオン化させ、
該イオンをスパッタされたターゲット原子と反応させて
反応生成物たる炭化物や窒化物を基材表面に堆積させる
のである。

しかして、従来の反応性スパッタリング装置においては
、反応ガスがスパッタリングターゲットの表面まで拡散
するので、基材近傍の反応ガス濃度が比較的低くなり、
このため該基材近傍で形成される反応生成物は比較的反
応ガス成分の含有率が小さくターゲット成分が大きなも
のとなり、反応ガス含有率の大きな被覆層を得るのが困
難である。また、反応ガスがスパッタリングターゲット
の表面まで拡散するので、該ターゲットの表面近傍のプ
ラズマ中において反応生成物が形成され該反応生成物が
ターゲット表面に付着してタープ。

トを覆うので、スパッタリングの効率が低下するととも
に、表面電気抵抗が大きくなりアーク放電が発生してタ
ーゲットから大径の粒子が飛び出して基材に付着するこ
とがあり基材表面に堆積したＳ膜の表面粗さを十分に小
さくすることが困難である。

このため、従来のスパッタリング装置を用いて光学素子
成形用型部材の被覆層を形成すると、所ヤの組成で良好
な表面精度の被覆層を形成することが困難であり、この
ため該型部材を用いて繰返し成形を行なうと表面精度が
比較的早く劣化しがちであるという問題点があった。

そこで、本発明は、上記従来技術に鑑み、表面精度が良
好で所望の組成を有する堆ＩＩｉ膜を良好な効率で形成
することのできるスパッタリング装置を提供することを
目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によれば１以上の如き目的を達成するものとして
、 スパッタリングターゲットの表面に全体的に分布したス
パッタリングガス吐出開口が設けられていることを特徴
とする。スパッタリング装置。

が提供される。

［実施例］ 以下１図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説明
する。

第１図は本発明によるスパッタリング装置の第１の実施
例を示す概略構成図である０本実施例は基材として光学
素子成形用型母材を用い、該型母材の成形面に窒化タン
タルの被覆層を形成する場合のものである。

図において、２は真空槽である。該真空槽には排気口４
が接続されており、該排気口は不図示の減圧源を含む排
気系に接続されている。真空槽２内の上部にはヒータ６
が配置されており、８はその電源である。該ヒータ６の
下方に基材支持体１０が配置されており、該支持体には
成膜面を下向きにして基材（型母材）１２が支持される
。１４は該基材に対しバイアス電圧を印加するためのバ
イアス電源である。

基材支持体１０の下方には反応ガス吐出パイプ１６の吐
出開口が位置している。該反応ガス吐出パイプは真空４
１！２外の不図示の反応ガス（窒素ガス、アンモニアガ
ス）供給源に接続されている。

また、基材１２の下方にはグロー放電発生用のコイル１
８が配置されており、２０はその電源であり、２２は整
合回路である。

上記真空槽２内の下部にはカソード電極２４が配置され
ており、該電極上にはスパッタリングターゲット（タン
タル）２６が配置されている。

カソード電極２４には電源２８がｔＩｉ統されている。

３０はスパッタリングターゲット２６と上記基材支持体
ｌＯとを結ぶ位置に配置されたシャッタであり、該シャ
ッタは真空槽２外の不図示の駆動装置により駆動せしめ
られ、ターゲット２６と基材支持体１０との間の経路を
適時遮断することができる。

本実施例においては、スパッタリングのための不活性ガ
ス（アルゴンガス）は上記スパッタリングターゲット２
６の表面に形成された吐出開口３２から真空Ｗ１２内に
供給される。３４は該吐出開口に対しスパッタリングガ
スを供給するためのパイプであり、該パイプは不図示の
ガス供給源に接続されている。

第２図は上記スパッタリングターゲット２６の平面図で
ある。

図示される様に、ターゲット２６は多数のブロックから
なり、隣接ブロック間がスリット状の反応ガス吐出開口
３２とされている。該スリットの幅Ｗはたとえば０．１
〜５．０ｍｍであり、ターゲットの各ブロックの１辺の
長さＬはたとえば５〜Ｓｏｗｍである。

以上の様な本実施例の装置によれば、スパッタリングタ
ーゲット２６の表面に全体的に分布している吐出開口か
らスパッタリングガスな吐出させているので、該ターゲ
ット２６の表面近傍には反応ガスが接近できず、このた
め基材近傍に十分に高い濃度の反応ガスを存在させ且つ
該ガスを効率的にイオン化させて良好な反応効率を実現
することができるとともに、十分に高い窒素含有率の堆
積膜を得ることができる。また１本実施例装置によれば
、ターゲット２６の表面に反応ガスが接近できないので
、該ターゲットの表面に反応生成物たる窒化タンタルが
堆積することがなく、このためスパッタ効率を十分に高
く維持することができ且つアーク放電を生ずることがな
く該ターゲット２６から大径粒子が飛び出して基材面に
付着して表面粗さを低下させる様なこともない。

第３図は上記実施例におけるスパッタリングターゲット
２６の他の例を示す平面図である。

本例においては、ターゲット２６に縦横Ｌ′のピッチで
配列された直径ｄの小孔が反応ガス吐出開口３３とされ
ている。該小孔径ｄはたとえば０．１〜５．０ｍｍであ
り、該小孔配列ピッチＬ２はたとえば５〜５０ｍｍであ
る。

第４図は本発明によるスパッタリング装置の第２の実施
例を示す概略構成図である。本図において、上記第１図
におけると同様の部材には同一の符号が付されている。

本実施例は、磁界発生用コイル３６及びその電源３８を
有する点のみ上記第１実施例と異なる。

該コイルは基材１２の下方に図示される上下方向の磁界
Ｈを生ぜしめることができる。

本実施例によれば、上記第１実施例と同様の効果の他に
、基材１２の近傍に形成される反応ガスプラズマを収束
させることができ、イオン化率を向上させて反応を促進
することができる。更に。

反応ガスプラズマを収束させることができるので、基板
支持体ｌＯ等へのプラズマ放電の広がりを防ぐことがで
きる。

る。

以下１本発明装置を用いて光学素子成形用型部材を製造
し更に該型部材を用いてガラス成形を行なった実施例を
示す、尚、同時に比較例をも示す。

学　　　　　　部　の製　　び光１−　　形のｌ亙１： 上記第１図の装置を用いて、第５図に示される様な光学
素子成形用型部材を製造した。第５図において、１２は
を母材であり、１３は該型母材の成形面上に形成された
窒化タンタル被ＷＩＰ＋である。

先ず、超硬合金［ＷＣ（９０％）　＋Ｃｏ　（１０％）
］からなる型母材材料を切削加工し、次いで成形光学素
子の機能面（光学面）に対応する成形面を所望の表面精
度に加工した。を母材の成形面は凹面であり、先ずダイ
ヤモンド砥石による研削で所望の曲率に加工し、次いで
粒径１ｐｍのダイヤモンドパウダーを用いた研摩を行な
い、ニュートンリング１木程度の表面形状精度及びＲｍ
ａｘＯ，０２ＩＬｍ程度の表面粗さ精度に仕上げた。

該型母材１２の成形面に、第１図の装置を用いてスパッ
タリングにより窒化タンタル層１３を成膜した。

窒化タンタル層の形成時には、所定の精度に仕上げられ
た型母材１２を有機溶剤で洗浄した後に型母材支持体ｌ
Ｏにより支持した０次に、真空槽２内を所定の真空度ま
で排気し、パイプ３４からアルゴンガスを導入し、高周
波電源２０によりコイル１８に高周波電圧を印加してグ
ロー放電を発生させ、更にバイアス電源１４により型母
材１２に負の電圧を印加して、アルゴンイオンによる型
母材１２のスパッタクリーニングを行なった。その後、
電源２８よりカソード電極２４に高周波の電圧を印加し
て該タンクルターゲット２６の近傍にアルゴンのグロー
放電を発生させて、タンタルターゲットにアルゴンイオ
ンの衝撃を与え、同時に上記パイプ１６から窒素ガス及
びアンモニアガスを導入し且つ電源２０によりコイル１
８に高周波電圧を印加して窒素プラズマを形成し、バイ
アス電源１４により型母材１２に負のバイアス電圧を印
加して、上記窒素プラズマ中の窒素イオンを型母材１２
の方へと引き込むことにより、タンタルの反応性スパッ
タリングを行なった。これにより、型母材１２の表面に
厚さ約１＃Ｌｍの窒化タンタル層１３が形成された。こ
の際の成膜速度は約０．０４ｐｍ／分であり、堆積膜面
には大径粒子は認られなかった。

また、比較のために、上記と同様にして得られた型母材
１２の成形面に第６図で示されるスパッタリング装置を
用いて厚さ約ＩＩＬｍの窒化タンタル層１３を形成した
。第６図において、上記第１図におけると同様の部材に
は同一の符号が付されている０図示される様に、アルゴ
ンガスはパイプ４０の先端から横向きに吐出せしめられ
る。尚、スパッタリングターゲット２７は通常の板状体
である。この際の成膜速度は約０．０１．Ｂｍ／分であ
り、塩ｍ膜面には１〜３ｇｍ径の大径粒子が認られた。

次に１以上の様にして製造された型部材を用いて、光学
ガラスのプレス成形を行なった。

第７図はプレス成形に用いた装置を示す断面図である。

図において、ｌｏｔは密閉容器であり、１０２はその蓋
であり、１０３，１０４は光学素子（両凸レンズ）を成
形するための上記型部材であり、１０３は上型部材であ
り、１０４は下型部材である。１０５は上型押えであり
、１０６は調型部材であり、１０７は型ホルダーであり
、１０８はヒーターであり、１０９は下型突き上げ棒で
あり、１１Ｏは該棒を駆動させるエアーシリンダーであ
る。１１１は油回転ポンプであり、１１２゜１１３．１
１４はバルブであり、１１５は窒素ガス導入パイプであ
り、１１６はバルブであり、ｌ１７は排出パイプであり
、１１８はバルブであり、１１９は温度センサーであり
、１２０は水冷パイプであり、１２１は密閉容器１０１
の台である。

フリント系光学ガラス（Ｓ　Ｆ　１４．軟化点５ｐ＝５
８６℃、ガラス転移点Ｔｇ＝４８５℃）を所定重量の球
形状として成形のためのブランクを作成した。

密閉容器１０１の蓋１０２を開き、上型部材１０３及び
上型押え１０５を取外して下型部材１０４Ｊ：、に上記
ブランクを載せて、上型部材１０３及び上型押え１０５
を取付けた。更にＭ２Ｏ３を閉じてから、水冷パイプ１
２０に水を流し、ヒーター１０ｇに通電した。この時、
窒素ガス用バルブ１１６．バルブ１１８及び排気系バル
ブ１１２．１１３，１１４を閉じておいた０次に、油回
転ポンプ１１１を作動させ、バルブ１１２を開き、容器
１０１内を排気した。容器１０１内の圧力が１Ｏ−２Ｔ
ｏｒｒ以下となった後に、バルブ１１２を閉じ、バルブ
１１６，１１８を開いて窒素ガスをボンベから密閉容器
１０１内へと導入した。所定温度になった後にエアーシ
リンダー１１Ｏを作動させて１０Ｋｇ／ｃｍ２の圧力で
５分間プレス成形を行なった。加圧力を除去し、約り℃
／分の速度でガラス転移点以下になるまで冷却し、その
後２０℃／分以上の速度で冷却を行ない、温度が２００
℃以下に下った後に、バルブ１１６．１１８を閉じ、リ
ークバルブ１１３を開いて密閉容器１０１内に空気を導
入した０次に、蓋１０２を開き、上型部材１０３及び上
型押え１０５を取外して成形済光学素子を取出した。

第８図はプレス成形時のガラスの温度変化を示す図であ
る。

以上の様なプレス成形を同一型部材を用いて１５０００
回鰻返した。その際の型部材１０３，１０４の成形面の
表面粗さ及び成形された光学素子の光学面の表面粗さに
ついて第１表に示す、尚。

Ｎｏ、ｌは上記第１図の本発明装置で製造された型部材
を用いた場合であり、Ｎｏ、２は上記第６図の装置で製
造された型部材を用いた場合である。

第　　１　　表 上記Ｎｏ、ｌ及びＮｏ、２に関する１５０００回のプレ
ス後の型部材の成形面の走査型電子顕微鏡写真（倍率３
４５０倍）を参考写真！及び参考写真２に示す、参考写
真ｌはＮｏ、ｌのものであり、表面欠陥は殆どない、一
方、参考写真２はＮｏ、２のものであり、表面には欠陥
としての融着ガラスが白点状に現れている。

第１表及び参考写真から、１５０００回程度のプレス後
においてはＮｏ、ｌの方が優れていることが分る。これ
は、Ｎｏ、１の方が型部材被覆層の窒素含有率が高く、
成形時におけるガラスとの反応が生じにくいためである
と考えられる。

上記実施例ではスパッタリングターゲットとしてタンタ
ルを例示したが、その他チタン、モリブデン、タングス
テン、ホウ素、クロム、ハフニウム等の適宜のターゲッ
トを用いることができる。

また、上記実施例では反応性ガスとして窒素ガス及びア
ンモニアガスを例示したが、その他の窒素含有ガス更に
は炭素含有ガス等の適宜の反応性ガスを用いることもで
きる。

［発明の効果］ 以上の様な本発明によれば、スパッタリングターゲット
の表面に全体的に分布したスパッタリングガス吐出開口
を設けたので、該吐出口からスパッタリングガスを吐出
させることにより、ターゲットの表面近傍には反応ガス
が接近できず、このため基材近傍に十分に高い゛濃度の
反応ガスを存在させ且つ該ガスを効率的にイオン化させ
て良好な反応効率を実現することができるとともに、十
分に高い反応ガス成分含有率の塩ｍ膜を得ることができ
る。

また、本発明によれば、ターゲットの表面近傍に反応ガ
スが接近できないので、該ターゲットの表面に反応生成
物が堆積することがなく、このためスパッタ効率を十分
に高く維持することができ且つアーク放電を生ずること
がなく該ターゲットから大径粒−子が飛び出して基材面
に付着して表面粗さを低下させる様なこともない。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第４図は本発明によるスパッタリング装置を
示す概略構成図である。 第２図及び第３図はスパッタリングターゲットの平面図
である。 第５図は光学素子成形用型部材の断面概略図である。 第６図はスパッタリング装置の概略構成図である。 第７図は光学素子のプレス成形に用いた装置を示す断面
図である。 第８図は光学素子のプレス成形時のガラスの温度変化を
示す図である。 ２：真空槽、　　　６：ヒータ。 ｌＯ：基材支持体、　　　１２：基材。 ２４：カソード電極、 ２６：スパッタリングターゲット、 ３２　、３３　：反応ガス吐出開口。 代理人　　弁理士　　山　下　穣　子 弟２図 第３図 Ｉ′ 第８図 力り圧 ＩＱ　　　　２０　　　３０　　４０　　５０　　６０
　　　７０　　　８０時　朋（剣

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）スパッタリングターゲットの表面に全体的に分布
   したスパッタリングガス吐出開口が設けられていること
   を特徴とする、スパッタリング装置。
2. （２）堆積膜形成の行なわれる基材面の近傍に反応ガス
   を吐出させる手段と該ガスをイオン化させる手段と備え
   ている、特許請求の範囲第１項のスパッタリング装置。