JPH0480362A - Method and apparatus for producing thin film - Google Patents

Method and apparatus for producing thin film

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JPH0480362A
JPH0480362A JP2191528A JP19152890A JPH0480362A JP H0480362 A JPH0480362 A JP H0480362A JP 2191528 A JP2191528 A JP 2191528A JP 19152890 A JP19152890 A JP 19152890A JP H0480362 A JPH0480362 A JP H0480362A
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JP
Japan
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substrate
thin film
target
ion source
ion
Prior art date
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Application number
JP2191528A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeru Nakamura
茂 中村
Takeshi Hojo
武 北條
Fumio Kimijima
君島 文雄
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Ulvac Inc
Tokyo Keiki Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
Tokimec Inc
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To produce a high efficiency thin optical film minimal in surface scattering and light absorption by irradiating a target and a substrate with ion beams from a first and a second electron resonance ion source, respectively. CONSTITUTION:A substrate 5 is attached to a substrate holder 4, and the inside of a vacuum treatment chamber 1 is regurated to the prescribed pressure. Subsequently, O2 gas is supplied to an ion source 8 for irradiating a target 6 with a sputtering ion beam 7 and also O2 gas is supplied to an ion source 10 for irradiating the substrate 5 with an assistant ion beam 9, and then microwaves are applied to the ion sources 8, 10 to ignite plasma. Successively, Ar gas is allowed to flow into electron sources 11a, 11b, from which electrons are emitted. Then, voltage is impressed on an extraction electrode in the ion source 8 to extract an O2 ion beam, and simultaneously, voltage is impressed on an extraction electrode in the ion source 10 to extract an O2 ion beam, by which film formation is started.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、薄膜製造方法および製造装置に関し、特に、
リングレーザジャイロ用ミラー等に用い(れる低損失光
学薄膜を製造するために好適な薄膜製造方法および製造
装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a thin film manufacturing method and a manufacturing apparatus, and in particular,
The present invention relates to a method and apparatus for producing a thin film suitable for producing a low-loss optical thin film used in mirrors for ring laser gyros and the like.

[従来の技術〕 光学薄膜の製造に好適な従来の薄膜製造装置を、第2図
を用いて説明する。
[Prior Art] A conventional thin film manufacturing apparatus suitable for manufacturing optical thin films will be described with reference to FIG.

第2図は、従来技術の電子ビーム加熱に用いる真空蒸着
装置を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a conventional vacuum evaporation apparatus used for electron beam heating.

同図に示すように、この電子ビーム蒸着装置21は、真
空容器22と、その真空容器22内に配置された基板ホ
ルダ25と、その基板ホルダ25に対向して配置された
ルツボ28と、その真空容器22に酸素ガスを供給する
酸素ガス導入部23と、この真空容器22内を真空にす
る真空排気装置24とを備えて構成される。
As shown in the figure, this electron beam evaporation apparatus 21 includes a vacuum vessel 22, a substrate holder 25 disposed within the vacuum vessel 22, a crucible 28 disposed opposite the substrate holder 25, and a crucible 28 disposed opposite the substrate holder 25. The device includes an oxygen gas introducing section 23 that supplies oxygen gas to the vacuum container 22, and a vacuum evacuation device 24 that evacuates the inside of the vacuum container 22.

なお、図示してないが、ルツボ28に隠れた部分には電
子ビーム発生装置が配置され、また、この電子ビーム発
生装置から発生した電子ビームを、矢印Xの方向に曲げ
て、試料27に照射する磁場発生手段も配置されている
に の電子ビーム蒸着装置21を用いて、光学薄膜を製造す
るには、電子ビーム発生装置から発生した電子ビームを
、磁場発生手段を用いて曲げて、ルツボ28内の試料2
7に照射し、試料27を加熱・蒸発させ、その蒸気を基
板上に輸送して、凝縮・析出させることにより行なう。
Although not shown, an electron beam generator is arranged in a hidden part of the crucible 28, and the electron beam generated from this electron beam generator is bent in the direction of arrow X and irradiated onto the sample 27. In order to manufacture an optical thin film using the electron beam evaporation apparatus 21 in which a magnetic field generation means is also arranged, the electron beam generated from the electron beam generation apparatus is bent using the magnetic field generation means and placed in the crucible 28. Sample 2 inside
The sample 27 is heated and evaporated, and the vapor is transported onto the substrate where it is condensed and precipitated.

高反射率の薄膜を基板上に形成するには、試料27とし
て、高屈折率物質と低屈折物質とを用い、これらを、そ
れぞれ、光の波長の四分の−に相当する厚さだけ、交互
に、基板上に堆積することにより行なう。
In order to form a thin film with a high reflectance on a substrate, a high refractive index material and a low refractive index material are used as the sample 27, and each is coated with a thickness corresponding to a quarter of the wavelength of light. This is done by alternately depositing on the substrate.

上記のように、高屈折率物質と低屈折物質とを。As mentioned above, a high refractive index material and a low refractive index material.

それぞれ、光の波長の四分の−に相当する厚さだけ、交
互に、基板上に堆積させると高反射率の薄膜が得られる
ことは、周知事項である。
It is well known that thin films of high reflectance can be obtained by alternately depositing each of them on a substrate to a thickness corresponding to a quarter of the wavelength of light.

一般に、高屈折率物質としては、二酸化チタン(TiO
2)または五酸化タンタル(Ta20.)、低屈折率物
質としては、二酸化シリコン(Sin2)が用いられる
Generally, titanium dioxide (TiO
2) or tantalum pentoxide (Ta20.), silicon dioxide (Sin2) is used as the low refractive index material.

上記電子ビーム加熱を用いた真空蒸着法により基板上に
形成された薄膜は、その内部に空孔が多く存在するので
、水分の侵入等により膜としての安定性に欠ける。また
、空孔をできるかぎり少なくするために基板の温度を上
げるので、結晶性を示す薄膜が得られる。
A thin film formed on a substrate by the vacuum evaporation method using electron beam heating described above has many pores inside, and therefore lacks stability as a film due to moisture intrusion and the like. Furthermore, since the temperature of the substrate is raised to reduce the number of pores as much as possible, a thin film exhibiting crystallinity can be obtained.

また、電子ビーム加熱を用いた真空蒸着法で製造したレ
ーザミラーを、リングレーザジャイロのレーザミラーと
して用いた場合においては、レーザミラー内の膜に結晶
が存在するので、レーザミラーからの後方散乱光を原因
とする、ロックイン現象と呼ばれるリングレーザジャイ
ロ特有の誤差が大きくなり、満足できるミラー性能を得
られないという問題がある。
Furthermore, when a laser mirror manufactured by a vacuum evaporation method using electron beam heating is used as a laser mirror for a ring laser gyro, there are crystals in the film inside the laser mirror, so backscattered light from the laser mirror is There is a problem in that an error peculiar to ring laser gyros called a lock-in phenomenon caused by this becomes large, making it impossible to obtain satisfactory mirror performance.

上記の問題点である後方散乱光を少くするために、次に
示すイオンビームスパッタ技術が用いられている。
In order to reduce backscattered light, which is the problem described above, the following ion beam sputtering technique is used.

この従来技術は、特公昭59−41511号公報に記載
されている技術である。
This conventional technique is a technique described in Japanese Patent Publication No. 59-41511.

第3図は、従来技術のイオンビームスパッタに用いるイ
オンビームスパッタ装置31を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an ion beam sputtering apparatus 31 used in conventional ion beam sputtering.

同図に示すように、この装置の構造は、ガス導入管35
を備えた真空処理室32内に、低屈折率膜を形成するタ
ーゲットおよび高屈折率膜を形成するターゲットなどの
2種以上のターゲットA。
As shown in the figure, the structure of this device consists of a gas introduction pipe 35
Two or more types of targets A, such as a target for forming a low refractive index film and a target for forming a high refractive index film, are placed in the vacuum processing chamber 32 equipped with the following.

B、C,Dを保持するターゲットホルダ33を設け、こ
れらのターゲットA、B、C,Dに向けてアルゴン等の
希ガスイオンビームを照射する、通常カフマン型と呼ば
れるフィラメントを用いたイオン源36とが設けられ、
このターゲットホルダ33を臨む位置に基板ホルダ34
が設けられた構造となっている。
An ion source 36 using a filament, usually called a Kafman type, is provided with a target holder 33 that holds targets A, B, C, and D, and irradiates a rare gas ion beam such as argon toward these targets A, B, C, and D. and
A substrate holder 34 is placed at a position facing this target holder 33.
The structure is equipped with

特公昭59−41511号公報の記載によれば、この装
置を用いることにより、イオンビームによって、高屈折
率膜用材料および低屈折率膜用材料である複数のターゲ
ットからスパッタされた粒子が、基板上で化学量論的組
成の薄膜を形成するように、ガス導入管35から酸素ガ
スが導入され、その結果、化学量論的組成の薄膜が基板
上に堆積するとなっている。
According to the description in Japanese Patent Publication No. 59-41511, by using this device, particles sputtered from a plurality of targets, which are high refractive index film materials and low refractive index film materials, can be sputtered onto a substrate using an ion beam. Oxygen gas is introduced from the gas introduction pipe 35 so as to form a thin film with a stoichiometric composition on the substrate, and as a result, a thin film with a stoichiometric composition is deposited on the substrate.

この装置は、目的とする厚さである四分の一波長厚の膜
が基板上に堆積すると、ターゲットホルダ33が回転し
、別のターゲットがイオンビームによりスパッタされ、
低屈折率材料と高屈折率材料の層が、交互に、基板上に
堆積し、この結果、高反射率薄膜が基板上に形成される
ようになっている。
In this device, when a film of a quarter wavelength, which is the desired thickness, is deposited on a substrate, the target holder 33 is rotated, and another target is sputtered by an ion beam.
Alternating layers of low refractive index material and high refractive index material are deposited on the substrate such that a high reflectance thin film is formed on the substrate.

[発明が解決しようとする課題] イオンビームスパッタ法は、後方散乱光の少ないレーザ
ミラーを製造するには一応有効な方法であることが判明
しているが、より一層の低散乱ミラーの要求や、高性能
光学薄膜の具備すべきもう一つの重要な性能である、光
の低吸収性能を満足するに至っていない。
[Problems to be Solved by the Invention] Ion beam sputtering has been found to be an effective method for manufacturing laser mirrors with less backscattered light, but there are demands for even lower scattering mirrors. However, the low light absorption performance, which is another important performance that a high-performance optical thin film should have, has not yet been achieved.

上記従来技術のイオンビームスパッタ装置は、イオンビ
ームを用いてターゲットをスパッタするとともに、真空
処理室内に酸素ガスを導入することだけで、二酸化シリ
コン、二酸化チタンなどの膜を基板上に堆積させている
The above-mentioned conventional ion beam sputtering equipment sputters a target using an ion beam and deposits films of silicon dioxide, titanium dioxide, etc. on a substrate simply by introducing oxygen gas into a vacuum processing chamber. .

この方法では、スパッタ粒子の酸素成分が不足するので
、化学量論的組成の薄膜とはならない場合が多く、この
ため、散乱特性に限界があり、かつ、光吸収のある光学
膜が形成される可能性が高いという問題がある。
This method often results in a thin film with a stoichiometric composition due to the lack of oxygen in the sputtered particles, resulting in the formation of an optical film with limited scattering properties and light absorption. The problem is that it is highly possible.

また、上記従来技術に係る装置を用いた場合において、
ターゲットとしてシリコン、チタン等の純金属を用いた
ときは、酸化反応を促進するために、多量の酸素ガスを
導入するので、上記のターゲット表面に酸化膜が形成さ
れる。その結果、成膜速度が極端に低下するので、所望
の膜厚を得るのに長時間を要し、生産性が低下するとと
もに、イオン源のフィラメントの焼損が生じるので、装
置の長時間作動が困難になるなど、実用性が乏しくなっ
てしまう不都合がある。
Furthermore, when using the device according to the above-mentioned prior art,
When a pure metal such as silicon or titanium is used as a target, a large amount of oxygen gas is introduced to promote the oxidation reaction, so that an oxide film is formed on the target surface. As a result, the film formation rate is extremely reduced, so it takes a long time to obtain the desired film thickness, which reduces productivity and burns out the filament of the ion source, making it difficult to operate the device for long periods of time. However, there are disadvantages such as difficulty and impracticality.

また、フィラメントの材質が光学膜中に微量ながら混入
し、その結果、光が吸収される問題もある。
There is also the problem that the material of the filament mixes into the optical film in small amounts, resulting in light absorption.

本発明は、光学部品の表面散乱を減少させ、後方散乱が
少なく、また、光吸収の少ない高性能光学薄膜を製造す
る技術を提供するとともに、長時間稼動可能な薄膜製造
技術を提供することを目的とする。
The present invention provides a technology for manufacturing a high-performance optical thin film that reduces surface scattering of optical components, has little backscattering, and has low light absorption, and also provides a thin film manufacturing technology that can be operated for a long time. purpose.

[課題を解決するための手段] 本発明の目的は、内部を真空排気可能な容器と、この容
器内に配置されるターゲットホルダと、このターゲット
ホルダに支持されるターゲットに向かってイオンビーム
を照射可能な第1のECR(電子共鳴)イオン源と、こ
の容器内に上記ターゲットホルダと対向して配置可能な
基板ホルダと、この基板ホルダに支持される基板に向か
ってイオンビームを照射可能な第2のECRイオン源と
を備えて構成される薄膜製造装置により達成することが
できる。
[Means for Solving the Problems] An object of the present invention is to provide a container whose interior can be evacuated, a target holder disposed within the container, and a method for irradiating an ion beam toward a target supported by the target holder. a first possible ECR (electron resonance) ion source, a substrate holder that can be placed in the container opposite the target holder, and a first ECR (electronic resonance) ion source that can irradiate an ion beam toward a substrate supported by the substrate holder. This can be achieved by a thin film manufacturing apparatus configured with two ECR ion sources.

また、夕、−ゲットに対して、第1のイオン源からイオ
ンビームを照射するとともに、基板に対して、第2のイ
オン源から酸素イオンビームを照射して、基板上にター
ゲット物質の酸化物を成膜する薄膜製造方法によって達
成できる。
In the evening, the target is irradiated with an ion beam from the first ion source, and the substrate is irradiated with an oxygen ion beam from the second ion source to form an oxide of the target material on the substrate. This can be achieved by a thin film manufacturing method that forms a film.

[作 用コ 光学薄膜として必要な材質は、二酸化シリコン(Sin
2)、二酸化チタン(Tie、)などの酸化物であるの
で、ターゲットの材料としては、通常、これら酸化物を
形成する基物質であるシリコン、チタン等の純金属を用
いる。
[Function] The material required for the optical thin film is silicon dioxide (Sin
2) Since the target material is an oxide such as titanium dioxide (Tie), pure metal such as silicon or titanium, which is a base material for forming these oxides, is usually used as the target material.

まず、容器内を真空に排気した後、第1のイオン源から
ターゲットに向けてイオンビームを照射する。
First, after evacuating the inside of the container, an ion beam is irradiated from the first ion source toward the target.

イオンビームの照射により、ターゲットからスパッタさ
れた材料が基板上に堆積する。
Irradiation with the ion beam causes material sputtered from the target to be deposited on the substrate.

この基板上への堆積中に、第2のイオン源から、酸素イ
オンビームを基板に向は照射すると、主に、基板上にお
いて、第2のイオン源からの酸素イオン、および酸素ラ
ジカルと、純金属ターゲットからスパッタされて飛来す
るチタン・シリコンなどの金属粒子とが化学反応し、基
板上に酸化物の薄膜が形成される。
During the deposition on the substrate, when the substrate is irradiated with an oxygen ion beam from the second ion source, oxygen ions from the second ion source and oxygen radicals and pure Metal particles such as titanium and silicon that are sputtered from a metal target chemically react to form a thin oxide film on the substrate.

また、冷却水を用いて、膜堆積中に、基板を冷却すれば
、その温度上昇が防止されるので、基板上に堆積する膜
は結晶化せずに、アモルファス状態の膜となる。
Further, if the substrate is cooled using cooling water during film deposition, the temperature rise is prevented, so that the film deposited on the substrate does not crystallize and becomes an amorphous film.

また、第1のイオン源からのイオンビームを酸素イオン
ビームとすれば、ターゲット上でターゲットを酸化させ
たり、また、スパッタ粒子そのものを酸化物にすること
ができるので、第2のイオン源からの酸素イオンビーム
の作用である、主に、基板上で酸化反応をおこし、酸化
物薄膜を堆積するという作用を補助し、化学量論的組成
の優れた酸化物薄膜が形成される。
Furthermore, if the ion beam from the first ion source is an oxygen ion beam, the target can be oxidized on the target, and the sputtered particles themselves can be made into oxides, so the ion beam from the second ion source can be The action of the oxygen ion beam is to mainly cause an oxidation reaction on the substrate and to assist in the action of depositing an oxide thin film, thereby forming an oxide thin film with an excellent stoichiometric composition.

[実施例コ 本発明の実施例を、第1図を用いて説明する。[Example code] An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

第1図は、本実施例に係る薄膜製造装置を示す断面図で
ある。
FIG. 1 is a sectional view showing a thin film manufacturing apparatus according to this embodiment.

本実施例の薄膜製造装置は、大別して、高真空に保持し
て成膜を行なう真空処理室1などの容器と、この真空処
理室1内を高真空度にする真空排気手段(図示せず)と
、この真空処理室1内に配置されたターゲット6にスパ
ッタ用イオンビーム7を照射するための第1のECRイ
オン源などのスパッタ用イオン源8と、この真空処理室
1内に配置された基板5にアシスト用イオンビーム9を
照射するための第2のECRイオン源などのアシスト用
イオン源10と、基板およびターゲットのそれぞれに電
子ビームを照射する電子源11a。
The thin film manufacturing apparatus of this embodiment is roughly divided into a container such as a vacuum processing chamber 1 which is maintained at a high vacuum and performs film formation, and an evacuation means (not shown) that maintains the inside of the vacuum processing chamber 1 at a high degree of vacuum. ), a sputtering ion source 8 such as a first ECR ion source for irradiating a sputtering ion beam 7 to a target 6 arranged in this vacuum processing chamber 1, and a sputtering ion source 8 arranged in this vacuum processing chamber 1. an assist ion source 10 such as a second ECR ion source for irradiating the assist ion beam 9 onto the substrate 5; and an electron source 11a that irradiates the substrate and the target with an electron beam.

11bなどの電子ビーム発生手段と、を備えて構成され
る。
11b, etc., and an electron beam generating means such as 11b.

また、上記2つのECRイオン源8,10は、公知のも
のを用いることができる。
Further, as the two ECR ion sources 8 and 10, known ones can be used.

基板5は、基板ホルダ4に取付けられる。The substrate 5 is attached to the substrate holder 4.

この基板ホルダ4は、外部モータ2により、回転自在で
あり、さらに、基板を冷却するための冷却水の通路3を
有する。
This substrate holder 4 is rotatable by an external motor 2 and further has a cooling water passage 3 for cooling the substrate.

また、真空処理室1の外部からの操作により、上記ター
ゲットホルダ12は、紙面と直交する方向に、移動でき
るようになっており、移動軸方向に2種類の金属ターゲ
ット6を並列に配置でき、それぞれのターゲットをイオ
ンビームの照射位置に移動できる。
Further, the target holder 12 can be moved in a direction perpendicular to the plane of the paper by operation from outside the vacuum processing chamber 1, and two types of metal targets 6 can be arranged in parallel in the direction of the movement axis. Each target can be moved to the ion beam irradiation position.

スパッタ用イオン源8には、ガス導入口17が接続され
ており、このガス導入口17には、マスフローコントロ
ーラを介して、Arガスソース19と、化学反応性の大
きい02ガスソース15とが接続されている。さらに、
これらのガスをプラズマ化するための、マイクロ波電源
が接続されている(図示せず)。
A gas inlet 17 is connected to the sputtering ion source 8, and an Ar gas source 19 and a highly chemically reactive 02 gas source 15 are connected to the gas inlet 17 via a mass flow controller. has been done. moreover,
A microwave power source is connected to convert these gases into plasma (not shown).

アシスト用イオン源10には、ガス導入口16が接続さ
れており、このガス導入口16には、マスフローコント
ローラを介して、02ガスソース18が接続されている
。さらに、これらのガスをプラズマ化するための、マイ
クロ波電源が接続されている(図示せず)。
A gas inlet 16 is connected to the assist ion source 10, and an 02 gas source 18 is connected to the gas inlet 16 via a mass flow controller. Furthermore, a microwave power source is connected (not shown) for converting these gases into plasma.

なお、真空処理室1のサイズは、400φ×450L程
度であり、到達圧力は、lXl0−’〜lXl0−’T
orrである。
The size of the vacuum processing chamber 1 is approximately 400φ x 450L, and the ultimate pressure is lXl0-' to lXl0-'T.
It is orr.

次に、本実施例の薄膜製造装置の運転方法およびこれを
用いた薄膜の製造方法について説明する。
Next, a method of operating the thin film manufacturing apparatus of this embodiment and a method of manufacturing a thin film using the same will be explained.

まず、洗浄済の基板5を、基板ホルダ4に取付ける。First, the cleaned substrate 5 is attached to the substrate holder 4.

次に、真空排気手段を用いて、真空処理室1内の圧力を
約5X10−@Torr以下にする。
Next, the pressure inside the vacuum processing chamber 1 is reduced to about 5×10 −@Torr or less using a vacuum evacuation means.

次に、2つのECRイオン源8,10を起動するために
、次の操作を行なう。
Next, in order to start up the two ECR ion sources 8 and 10, the following operation is performed.

スパッタ用イオン源8に02ガスを供給する。02 gas is supplied to the sputtering ion source 8.

この場合、02ガスの供給量は、イオン電流が20mA
以上となる量とする。この量は、メインガンが安定に動
作しているときは、約33CCMである。
In this case, the supply amount of 02 gas is such that the ion current is 20 mA.
The amount shall be equal to or more than that. This amount is approximately 33 CCM when the main gun is operating stably.

ただし、供給ガスは、100%02ガス、100%Ar
ガス、または、02ガスとArガスとの混合ガスの3種
類のガスのうち、いずれかを使用することができ、本実
施例においては、100%02ガスを用いた。
However, the supplied gas is 100% 02 gas, 100% Ar
Any one of three types of gas can be used: gas or a mixed gas of 02 gas and Ar gas, and in this example, 100% 02 gas was used.

次に、アシスト用イオン源10に、02ガスを供給する
Next, 02 gas is supplied to the assist ion source 10.

この場合、02ガスの供給量は、イオン電流が4mA以
上となる量とする。この量は、アシストガンが安定に動
作しているときは、約25CCMである。
In this case, the amount of 02 gas supplied is such that the ionic current is 4 mA or more. This amount is approximately 25 CCM when the assist gun is operating stably.

次に、2つのイオン源8,10に、マイクロ波を投入し
、プラズマを点火する。
Next, microwaves are applied to the two ion sources 8 and 10 to ignite plasma.

次に、2つの電子源11a、llbに、Arガスを約4
8CCM流す。
Next, approximately 4 mL of Ar gas is applied to the two electron sources 11a and llb.
Stream 8CCM.

なお、2つの電子源11a、llbは、それぞれ、ター
ゲットおよび基板のチャージアップ防止のために使用す
る。
Note that the two electron sources 11a and llb are used to prevent charge-up of the target and the substrate, respectively.

次に、2つの電子源11a、llbから、電子を放出す
るす。
Next, electrons are emitted from the two electron sources 11a and llb.

スパッタ用イオン源8の引出し電極に、電圧(約800
V)を印加し、02イオンビーム(約20mA)を引出
す。
A voltage (approximately 800
V) is applied to extract the 02 ion beam (approximately 20 mA).

同時に、アシスト用イオン源10の引出し電極に、電圧
(約100V)を印加し、02イオンビーム(約4mA
)を引出すことにより成膜を開始する。
At the same time, a voltage (approximately 100 V) is applied to the extraction electrode of the assist ion source 10, and the 02 ion beam (approximately 4 mA
) by pulling out the film.

なお、ターゲットとしては、SiとTiの2種類の金属
を用い、これらを交互にターゲットとして、目的とする
交互多層薄膜を作成する。
Note that two types of metals, Si and Ti, are used as targets, and these are used alternately as targets to create the desired alternating multilayer thin film.

次に、上記ECRイオン源10からのイオンビームが本
実施例に好適な理由を、第4図を用いて説明する。
Next, the reason why the ion beam from the ECR ion source 10 is suitable for this embodiment will be explained with reference to FIG.

同図は、ECRイオン源からのイオン種を分析した周知
の実験データの一例を示すグラフであり、縦軸はイオン
電流値を示し、横軸はm/eを示す。
This figure is a graph showing an example of well-known experimental data obtained by analyzing ion species from an ECR ion source, where the vertical axis shows the ion current value and the horizontal axis shows m/e.

同図に示すように、ECRイオン源からのイオンビーム
は、0などのラジカルイオン源が多く、化学反応を促進
するイオン源としては好適であることがわかる。
As shown in the figure, the ion beam from the ECR ion source contains many radical ion sources, such as 0, and is suitable as an ion source for promoting chemical reactions.

次に、電子源11a、llbの作用について説明する。Next, the operation of the electron sources 11a and llb will be explained.

基板5上に形成される薄膜は二酸化シリコンなどの絶縁
物であり、薄膜形成中において、この薄膜と同じ組成の
絶縁物薄膜がターゲット6上に形成されることが多い。
The thin film formed on the substrate 5 is an insulating material such as silicon dioxide, and during thin film formation, an insulating thin film having the same composition as this thin film is often formed on the target 6.

この結果、基板5上や、ターゲット6上に電荷が蓄積さ
れ、異常放電が生じ、形成中の薄膜が損傷する場合があ
る。
As a result, charges may be accumulated on the substrate 5 and the target 6, causing abnormal discharge and damaging the thin film being formed.

上記現象を防止するため、真空処理室1内の基板5とタ
ーゲット6の少なくとも一方に向けて電子ビームを照射
できる電子源11a、llbを設け、これらの電子源1
1a、llbから照射される電子ビーム13.14によ
って、基板5やターゲット6め電荷を中和し、異常放電
を防止するようにしている。
In order to prevent the above phenomenon, electron sources 11a and llb capable of irradiating an electron beam toward at least one of the substrate 5 and the target 6 in the vacuum processing chamber 1 are provided.
Electron beams 13 and 14 irradiated from 1a and 1b neutralize charges on the substrate 5 and target 6 to prevent abnormal discharge.

なお、基板5上に形成される薄膜がM縁性でない場合な
どは、上記電子源11a、11.bは、必要ない。
Note that in cases where the thin film formed on the substrate 5 is not M-edge, the electron sources 11a, 11. b is not necessary.

次に、冷却水通路3の作用について説明する。Next, the function of the cooling water passage 3 will be explained.

成膜中のイオンビーム9の照射およびターゲット6を照
射するイオンビーム7からの熱により、基板ホルダー4
に取り付けられた基板5は加熱される。この加熱を防ぐ
ため、冷却水通路3に冷却水を流がし、基板5を冷却す
る。
Due to the irradiation of the ion beam 9 during film formation and the heat from the ion beam 7 that irradiates the target 6, the substrate holder 4
The substrate 5 attached to is heated. In order to prevent this heating, cooling water is allowed to flow through the cooling water passage 3 to cool the substrate 5.

次に、本実施例における成膜のメカニズムについて説明
する。
Next, the mechanism of film formation in this example will be explained.

本実施例においては、この真空処理室1内に、基板5に
向けてイオンビーム、例えば、酸素イオンビームを照射
する第2のECRイオン源1oを設けている。
In this embodiment, a second ECR ion source 1o is provided in the vacuum processing chamber 1 for irradiating an ion beam, for example, an oxygen ion beam, toward the substrate 5.

これにより、この第2のECRイオン源10からの酸素
イオンと酸素ラジカルとを用いて、第1のECRイオン
源8からのイオンビーム照射によりスパッタされるター
ゲット6の材料を、主に、基板5上で化学反応させ、基
板5上にターゲット6の材料の酸化物の薄膜を形成させ
る。
Thereby, using the oxygen ions and oxygen radicals from the second ECR ion source 10, the material of the target 6 sputtered by the ion beam irradiation from the first ECR ion source 8 is mainly sputtered onto the substrate 5. A chemical reaction is caused above to form a thin film of oxide of the material of the target 6 on the substrate 5.

すなわち、第2のECRイオン源10から一定エネルギ
の酸素イオンビームを基板5に照射することにより、基
板5の表面近傍のみに酸素イオン、酸素ラジカルが局在
し、基板5に飛来するスパっ夕粒子と、酸素イオン、酸
素ラジカルとを基板E上で十分化学反応させ、化学量論
的組成の酸化牛薄膜を、冷却水により冷却された基板5
の表面番、形成させるものである。
That is, by irradiating the substrate 5 with an oxygen ion beam of constant energy from the second ECR ion source 10, oxygen ions and oxygen radicals are localized only in the vicinity of the surface of the substrate 5, and the spatter particles flying to the substrate 5 are reduced. The particles, oxygen ions, and oxygen radicals are sufficiently chemically reacted on the substrate E, and the oxidized cow thin film having a stoichiometric composition is formed on the substrate 5, which is cooled with cooling water.
The surface number is what is formed.

本実施例によれば、基板5に向けて酸素イオンビームを
照射する第2のECRイオン源10を、ターゲット6用
のイオン源8とは別個に設けたCで、スパッタされた粒
子が、主に基板5上で、/j応性の強い酸素イオンおよ
び酸素ラジカルと化1反応し、正確な化学量論的組成の
酸化物薄膜力illられる。
According to this embodiment, the second ECR ion source 10 that irradiates the oxygen ion beam toward the substrate 5 is provided separately from the ion source 8 for the target 6, and the sputtered particles are mainly Then, on the substrate 5, chemical reaction occurs with strongly reactive oxygen ions and oxygen radicals, forming an oxide thin film having a precise stoichiometric composition.

また、第2イオン源10からの酸素イオンおよび酸素ラ
ジカルは、基板5の近傍に局在し、真空処理室1内に拡
散することが少ないので、従来の真空処理室内全体を酸
素ガス雰囲気にする場合よりも、低いガス圧力で成膜で
きる。
In addition, the oxygen ions and oxygen radicals from the second ion source 10 are localized near the substrate 5 and are less likely to diffuse into the vacuum processing chamber 1, so the entire vacuum processing chamber is made into an oxygen gas atmosphere in the conventional vacuum processing chamber. Films can be formed at lower gas pressures than in the case of conventional methods.

また、第1のイオン源8としてもECRイオン源を用い
たので、真空処理室1内の酸素によるイオン源フィラメ
ントの破損を防止でき、長期間の4゜ 連続運転が可能となる。
Further, since an ECR ion source is used as the first ion source 8, damage to the ion source filament due to oxygen in the vacuum processing chamber 1 can be prevented, and continuous operation at 4° for a long period of time becomes possible.

また、第1のイオン源8から酸素イオンビームをターゲ
ット6に照射することも可能であるので、ターゲット6
上での酸化反応も期待できる。
Furthermore, since it is also possible to irradiate the target 6 with an oxygen ion beam from the first ion source 8, the target 6
The oxidation reaction above can also be expected.

また、基板5を冷却水を用いて冷却するので、基板5上
に形成される膜が、アモルファス状態にできる。
Furthermore, since the substrate 5 is cooled using cooling water, the film formed on the substrate 5 can be in an amorphous state.

また、薄膜形成中に、電子線源11a、llbから、基
板5上やターゲット6上へ電子を照射することにより、
基板5上やターゲット6上の電荷が中和され、チャージ
アップによる異状放電が防止でき、異状放電による薄膜
表面の損傷を防止できる。
Moreover, by irradiating electrons onto the substrate 5 and the target 6 from the electron beam sources 11a and llb during thin film formation,
The charges on the substrate 5 and the target 6 are neutralized, and abnormal discharge due to charge-up can be prevented, and damage to the thin film surface due to abnormal discharge can be prevented.

[発明の効果] 以上詳細に説明したように、本発明によれば、光学部品
の表面散乱を減少させ、後方散乱が少なく、また、光吸
収の少ない高性能光学薄膜を製造でき、長時間稼動可能
な薄膜製造装置を提供できるという効果がある。
[Effects of the Invention] As described in detail above, according to the present invention, a high-performance optical thin film that reduces surface scattering of optical components, has little backscattering, and has little light absorption can be manufactured, and can be operated for a long time. This has the advantage that it is possible to provide a thin film manufacturing apparatus that is capable of producing thin films.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例の光学薄膜製造装置を示す断
面図、第2図は従来技術の電子ビーム加熱に用いる真空
蒸着装置を示す断面図、第3図は従来技術のイオンビー
ムスパッタに用いるイオンビームスパッタ装置を示す断
面図、第4図はECRイオン源からのイオン種を分析し
た周知の実験データの一例を示すグラフである。 1・・・真空処理室、2・・・モータ、3・・・冷却水
通路、4・・・基板ホルダ、5・・・基板、6・・・タ
ーゲット、8・・・スパッタ用イオン源、10・・・ア
シスト用イオン源、lla、b・・・電子源、21・・
・電子ビーム蒸着装置、31・・・イオンビームスパッ
タ装置。
[Brief Description of the Drawings] Fig. 1 is a sectional view showing an optical thin film manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a sectional view showing a conventional vacuum evaporation apparatus used for electron beam heating, and Fig. 3 4 is a cross-sectional view showing an ion beam sputtering apparatus used in conventional ion beam sputtering, and FIG. 4 is a graph showing an example of well-known experimental data obtained by analyzing ion species from an ECR ion source. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Vacuum processing chamber, 2... Motor, 3... Cooling water passage, 4... Substrate holder, 5... Substrate, 6... Target, 8... Ion source for sputtering, 10... Assist ion source, lla, b... Electron source, 21...
- Electron beam evaporation device, 31... Ion beam sputtering device.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.内部を真空排気可能な容器と、この容器内に配置さ
れるターゲットホルダと、このターゲットホルダに支持
されるターゲットに向かってイオンビームを照射可能な
第1のECR(電子共鳴)イオン源と、この容器内に上
記ターゲットホルダと対向して配置可能な基板ホルダと
、この基板ホルダに支持される基板に向かってイオンビ
ームを照射可能な第2のECRイオン源とを備えて構成
されることを特徴とする薄膜製造装置。
1. a container whose interior can be evacuated; a target holder disposed within the container; a first ECR (electron resonance) ion source capable of irradiating an ion beam toward a target supported by the target holder; A substrate holder that can be placed in a container to face the target holder, and a second ECR ion source that can irradiate an ion beam toward a substrate supported by the substrate holder. thin film manufacturing equipment.
2.上記第2のECRイオン源は、化学反応性の大きい
イオンビームを放射可能であることを特徴とする請求項
1記載の薄膜製造装置。
2. 2. The thin film manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the second ECR ion source is capable of emitting an ion beam with high chemical reactivity.
3.上記容器内に配置される基板ホルダに支持される基
板、およびターゲットホルダに支持されるターゲットの
少なくとも一方に対して、電子ビームを照射可能な電子
ビーム発生手段を設けたことを特徴とする請求項1記載
の薄膜製造装置。
3. Claim characterized in that an electron beam generating means capable of irradiating an electron beam onto at least one of a substrate supported by a substrate holder arranged in the container and a target supported by a target holder is provided. 1. The thin film manufacturing apparatus according to 1.
4.上記第1のECRイオン源は、化学反応性の大きい
イオンビームを放射可能であることを特徴とする請求項
1記載の薄膜製造装置。
4. 2. The thin film manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the first ECR ion source is capable of emitting an ion beam with high chemical reactivity.
5.上記真空容器内に配置される上記基板ホルダに取付
けられる基板の温度上昇を防ぐための冷却装置を、該基
板近傍に位置するように設けることを特徴とする請求項
1記載の薄膜製造装置。
5. 2. The thin film manufacturing apparatus according to claim 1, further comprising a cooling device located near the substrate to prevent a rise in temperature of the substrate attached to the substrate holder disposed in the vacuum container.
6.薄膜が光学薄膜である請求項1,2,3,4または
5記載の光学薄膜製造装置。
6. 6. The optical thin film manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the thin film is an optical thin film.
7.真空容器内で、ターゲットをスパッタして、基板上
に薄膜を製造する方法において、ターゲットに対して、
第1のイオン源からイオンビームを照射するとともに、
基板に対して、第2のイオン源から酸素イオンビームを
照射して、基板上にターゲット物質の酸化物を成膜する
ことを特徴とする薄膜製造方法。
7. In a method for manufacturing a thin film on a substrate by sputtering a target in a vacuum container, the target is
While irradiating an ion beam from the first ion source,
A method for manufacturing a thin film, comprising irradiating the substrate with an oxygen ion beam from a second ion source to form an oxide of a target material on the substrate.
8.真空容器内で、ターゲットをスパッタして、基板上
に薄膜を製造する方法において、第1のイオン源から、
複数のターゲットに対して、交互に、イオンビームを照
射するとともに、第2のイオン源から酸素イオンビーム
を基板上に照射して、基板上に、複数のターゲット物質
の酸化物を層状に成膜することを特徴とする多層薄膜製
造方法。
8. In a method for manufacturing a thin film on a substrate by sputtering a target in a vacuum container, from a first ion source,
Alternately irradiating multiple targets with ion beams and irradiating the substrate with an oxygen ion beam from a second ion source to form a layered film of oxides of multiple target materials on the substrate. A multilayer thin film manufacturing method characterized by:
9.電子ビームを、基板およびターゲットの少なくとも
一方に照射する工程を含んで構成されることを特徴とす
る請求項7または8記載の薄膜製造方法。
9. 9. The thin film manufacturing method according to claim 7, further comprising the step of irradiating at least one of a substrate and a target with an electron beam.
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