JPH09104976A - Formation of optical thin film and device therefor - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は反射防止膜等の光学
薄膜をスパッタリング法によって成膜する方法及びこの
方法に使用される成膜装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming an optical thin film such as an anti-reflection film by a sputtering method and a film forming apparatus used for the method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】反射防止膜などの光学薄膜を光学部品等
の基板に成膜する場合、材料を加熱し蒸発させて基板に
付着させる真空蒸着法が従来、主に使われてきた。この
真空蒸着法に対して、スパッタリング法は自動化・省力
化・大面積基板への適用性、あるいはスパッタ粒子のエ
ネルギーが蒸着粒子に比べて１〜２桁高いことによる低
温成膜の可能性などの点で有利であり、このため近年、
スパッタリング法によるコーティングが多く行われてい
る。2. Description of the Related Art When an optical thin film such as an anti-reflection film is formed on a substrate such as an optical component, a vacuum evaporation method of heating, evaporating, and attaching the material to the substrate has been mainly used. In contrast to this vacuum evaporation method, the sputtering method is automated, labor-saving, applicable to large-area substrates, and the possibility of low-temperature film formation due to the energy of sputtered particles being one to two orders of magnitude higher than that of evaporated particles. This is advantageous in that
Coating by the sputtering method is often performed.
【０００３】ところで、反射防止膜を構成する物質とし
ては、ＳｉＯ2 やＺｒＯ2 などの金属酸化物の他に、屈
折率が低いなどの理由により、ＣａＦ2 やＭｇＦ2 など
の金属フッ化物がしばしば用いられている。ところが、
ＣａＦ2 やＭｇＦ2 などの金属フッ化物は３００℃程度
の基板加熱を行いながら真空蒸着することによって、光
吸収が少なく、機械的強度の高い良質な薄膜となるのに
対し、スパッタリング法に用いる場合には、スパッタリ
ングの際にフッ素が金属フッ化物から解離し易く、これ
により成膜した膜に可視域の光吸収が生じ易いという問
題がある。[0003] By the way, as materials constituting the antireflection film, metal fluorides such as CaF 2 and MgF 2 are often used in addition to metal oxides such as SiO 2 and ZrO 2 because of their low refractive index. Used. However,
When metal fluorides such as CaF 2 and MgF 2 are vacuum-deposited while heating the substrate at about 300 ° C., a thin film of good quality with low light absorption and high mechanical strength can be obtained. However, there is a problem that fluorine is easily dissociated from the metal fluoride during sputtering, and thus the film formed is likely to absorb light in the visible region.
【０００４】そこで従来、スパッタガスとしてフッ素を
含有するガスを用いることにより、解離したフッ素を補
充する技術が開発されている。その一例として、特開平
４−２８９１６５号公報には、金属フッ化物をスパッタ
する際に、スパッタガスとして不活性ガスとフッ素ガス
またはフッ素含有化合物ガスとの混合ガスを用いること
が記載されている。Therefore, conventionally, a technique has been developed for replenishing dissociated fluorine by using a gas containing fluorine as the sputtering gas. As one example thereof, Japanese Patent Laid-Open No. 4-289165 discloses that a mixed gas of an inert gas and a fluorine gas or a fluorine-containing compound gas is used as a sputtering gas when sputtering a metal fluoride.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら特開平４
−２８９１６５号公報等の従来技術で成膜したＭｇＦ2
等の金属フッ化物の薄膜は目視では透明であるが、分光
光度計で測定したところ、可視域での光吸収が充分少な
いものではなく、反射防止膜としての機能を充分に有す
るものではなかった。又、補充するフッ素ガスやフッ素
含有化合物ガスなどのフッ素系ガスは、腐食性が極めて
高い特性を有し、この腐食性によって装置に使用されて
いる真空チャンバーやポンプ、真空油などを劣化させる
問題を有している。さらに人体にも有害で、特別な排ガ
ス処理装置が必要となるなど、生産性、安全性の点でも
問題点がある。[Patent Document 1] Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
MgF 2 formed by a conventional technique such as Japanese Patent Publication No. 289165
Thin films of metal fluorides such as are visually transparent, but when measured by a spectrophotometer, light absorption in the visible region is not sufficiently small, and they do not have sufficient functions as an antireflection film. . Further, the fluorine-based gas such as the fluorine gas or the fluorine-containing compound gas to be replenished has a very high corrosive property, and this corrosive property deteriorates the vacuum chamber, pump, vacuum oil, etc. used in the device. have. Further, it is harmful to the human body and requires a special exhaust gas treatment device, which causes problems in productivity and safety.
【０００６】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、ＭｇＦ2 等の金属フッ化物を用いスパ
ッタリング法で成膜するのに際して、光吸収が少なく、
しかも機械的強度を有し、さらには腐食性で有害なフッ
素系等のガスを補充することなく成膜することができる
光学薄膜の成膜方法を提供することを目的とする。又、
本発明はこの方法を好適に実施できる成膜装置を提供す
ることを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and when a metal fluoride such as MgF 2 is used to form a film by a sputtering method, light absorption is small,
Moreover, it is an object of the present invention to provide a method for forming an optical thin film which has mechanical strength and can be formed without supplementing corrosive and harmful gases such as fluorine-based gas. or,
An object of the present invention is to provide a film forming apparatus which can suitably carry out this method.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する請求
項１の光学薄膜の成膜方法は、少なくとも金属フッ化物
を含む材料をターゲットとし、放電ガスを成膜室に導入
しながら高周波電力をターゲットに投入してプラズマを
発生させ、スパッタリングするのに際し、プラズマ中の
金属を含む分子又は原子の発光強度を監視し、この監視
結果をフィードバックパラメータとして前記高周波電力
又は／及び前記ガス圧を変化させて飛散粒子の状態と成
膜速度を制御し成膜することを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for forming an optical thin film, wherein a material containing at least a metal fluoride is used as a target, and a high frequency power is supplied while introducing a discharge gas into a film forming chamber. When the target is charged to generate plasma and sputtering is performed, the emission intensity of molecules or atoms containing a metal in the plasma is monitored, and the high-frequency power or / and the gas pressure are changed by using the monitoring result as a feedback parameter. It is characterized in that the state of scattered particles and the film formation rate are controlled to form a film.
【０００８】ここで使用される金属フッ化物としては、
ＭｇＦ2 を始めとして、ＡｌＦ3 、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｃ
ａＦ2 、ＳｒＦ2 、ＢａＦ2 、ＣｅＦ3 、ＮｄＦ3 、Ｌ
ａＦ 3 、ＳｍＦ3 、Ｎａ3 ＡｌＦ6 、Ｎａ5 ＡｌＦ14等
の内の一種又は２種以上を選択することができる。The metal fluoride used here is
MgFTwoStarting with, AlFThree, LiF, NaF, C
aFTwo, SrFTwo, BaFTwo, CeFThree, NdFThree, L
aF Three, SmFThree, NaThreeAlF6, NaFiveAlF14etc
It is possible to select one or more of the above.
【０００９】一般に、通常のスパッタリング法では、水
冷されたバッキングプレートに結合された板状の金属フ
ッ化物、例えばＭｇＦ2 をターゲットとしてＡｒなどの
希ガスを含むガス中でスパッタリングするが、この場合
のプラズマの発光を分光してスペクトルとすると、図１
のように放電ガス（Ａｒ）以外ではＭｇ原子（２８５ｎ
ｍ付近や５１８ｎｍ付近）の発光しか観察できない。こ
れは、プラズマ中に存在して飛散する粒子が主にＭｇ原
子であることを示しており、放電ガスのイオンがターゲ
ットに衝突した際に、ターゲットであるＭｇＦ2 がＭｇ
とＦとに解離してスパッタされていることを示唆してい
る。このような状態で成膜された膜はＦが不足し、化学
量論比から外れた状態となり、光吸収が生じる。この解
離したＦを補充するため、従来ではフッ素系ガスを成膜
室内に導入している。Generally, in the usual sputtering method, a plate-shaped metal fluoride, for example, MgF 2 bonded to a water-cooled backing plate is used as a target for sputtering in a gas containing a rare gas such as Ar. Fig. 1 shows the spectrum of plasma emission.
Except for the discharge gas (Ar), Mg atoms (285 n
m or around 518 nm). This indicates that particles scattered in the plasma are mainly Mg atoms. When ions of the discharge gas collide with the target, the target MgF 2
And F are dissociated and suggested to be sputtered. The film formed in such a state lacks F, becomes out of the stoichiometric ratio, and causes light absorption. In order to supplement the dissociated F, a fluorine-based gas is conventionally introduced into the film forming chamber.
【００１０】本発明者らがターゲットの形態や放電ガス
の種類、ガス圧力、投入電力など種々の条件を変えて実
験を行い、鋭意研究を重ねた結果、条件によっては図２
のようにプラズマ中にＭｇ原子の他にＭｇＦ分子の発光
（３９５ｎｍ付近）が観察できることを見いだした。こ
のようにＭｇＦ分子の発光があるということは、飛散す
る粒子にＭｇＦ2 分子があることを示している。ＭｇＦ
分子の発光強度が強くなる。すなわちＭｇＦ2 分子の状
態で飛散する確率が高くなると、Ｆが解離することが少
なくなり、結果として成膜される膜の光吸収が少なくな
る。The present inventors conducted experiments by changing various conditions such as the shape of the target, the type of discharge gas, the gas pressure, and the input power, and as a result of earnest research, the results shown in FIG.
As described above, it was found that, in addition to Mg atoms, the emission of MgF molecules (near 395 nm) can be observed in the plasma. The fact that MgF molecules emit light indicates that MgF 2 molecules are present in the scattered particles. MgF
The emission intensity of the molecule becomes stronger. That is, when the probability of scattering in the state of MgF 2 molecules is increased, F is less dissociated, and as a result, the light absorption of the formed film is reduced.
【００１１】このＭｇＦ分子の発光が出現する条件は、
一義的に規定できないが、例えばＭｇＦ2 の顆粒状材料
や熱的に断熱されたＭｇＦ2 の板状材料などをターゲッ
トとし、Ｏ2 やＨ2 Ｏ、あるいはＮ2 ガスなどを放電ガ
スに用いて、ガス圧力を０．０５〜５Ｐａ程度に保ち、
２Ｗ／ｃｍ2 程度以上の高周波電力を投入したときなど
によく発光が現れることを見いだした。このようにＭｇ
Ｆ分子の発光が現れる条件では、ターゲットの温度が７
００℃程度以上の高温になっていることが赤外放射温度
計により確認されている。これらのことから、ＭｇＦ2
分子の状態で飛散するのは、ＭｇＦ2 の材料が高温に加
熱され、分子の状態で蒸発するか、しないかの状態の時
に、放電ガスイオンによりたたかれて（スパッタされ
て）飛散したためであると考えられる。The conditions under which the luminescence of this MgF molecule appears are as follows:
Can not be uniquely defined, for example, the targeting of MgF 2 granular material and thermally insulated MgF 2 of sheet material, with O 2 and H 2 O, or N 2 gas or the like to the discharge gas , Keep the gas pressure at around 0.05-5Pa,
It was found that light emission often appears when a high frequency power of about 2 W / cm 2 or more is applied. In this way Mg
Under the condition that emission of F molecule appears, the temperature of the target is 7
It has been confirmed by an infrared radiation thermometer that the temperature is about 00 ° C or higher. From these things, MgF 2
The molecules are scattered because the MgF 2 material is heated to a high temperature and evaporated (sputtered) by discharge gas ions when the molecules are evaporated or not evaporated in the molecular state. It is believed that there is.
【００１２】しかし、ＭｇＦ分子の発光強度が強ければ
良いという訳ではなく、Ｍｇ原子の発光に比べてＭｇＦ
分子の発光強度が高くなりすぎると、膜の光吸収は少な
くなるけれども、基板加熱を行わない場合、膜の機械的
強度が低くなり易いことがわかった。このような条件で
は、ターゲットの温度が１０００℃程度以上に高くなっ
ていることが赤外放射温度計により確認されている。こ
のことから、こうした条件ではＭｇＦ2 がスパッタされ
るよりも分子の状態で蒸発する確率が高くなり、飛散す
る蒸発粒子のエネルギーがスパッタ粒子に比べて１〜２
桁程度低くなってしまうために、真空蒸着と同様に基板
の加熱を行わないかぎり、得られる膜の機械的強度が低
くなってしまうと考えられる。However, it is not necessary that the luminescence intensity of the MgF molecule is high, and the luminescence intensity of the MgF molecule is higher than that of the Mg atom.
It has been found that when the emission intensity of the molecule becomes too high, the light absorption of the film decreases, but when the substrate is not heated, the mechanical strength of the film tends to decrease. Under such conditions, it has been confirmed by an infrared radiation thermometer that the temperature of the target has risen to about 1000 ° C. or higher. From this, under these conditions, the probability of evaporation of MgF 2 in a molecular state is higher than that of sputtered MgF 2 , and the energy of scattered vaporized particles is 1 to 2 as compared with sputtered particles.
It is considered that the mechanical strength of the obtained film becomes low unless the substrate is heated, as in the case of vacuum deposition, because the film becomes lower by several orders of magnitude.
【００１３】以上のことから、光吸収が少なく、且つ基
板加熱を行わなくても機械的強度が高いＭｇＦ2 膜を得
るためには、Ｍｇ原子の発光強度に対するＭｇＦ分子の
発光強度をある一定の範囲に保ちながら成膜を行う必要
がある。Ｍｇ原子の発光強度に対するＭｇＦ分子の発光
強度は、既述したようにターゲットの形態、放電ガスの
種類、ガス圧力、投入電力などの条件によって変わる
が、この発光強度を成膜時に積極的に制御するという観
点では、投入電力、またはガス圧力を制御することが望
ましい。From the above, in order to obtain a MgF 2 film that has low light absorption and high mechanical strength without heating the substrate, the emission intensity of MgF molecules relative to the emission intensity of Mg atoms should be constant. It is necessary to form a film while maintaining the range. The emission intensity of MgF molecules with respect to the emission intensity of Mg atoms varies depending on conditions such as the shape of the target, the type of discharge gas, the gas pressure, and the input power as described above, but this emission intensity is positively controlled during film formation. From the viewpoint of controlling the power consumption, it is desirable to control the input power or the gas pressure.
【００１４】図３は投入電力を変えた時のプラズマの発
光スペクトルの変化を示す。投入電力によってスペクト
ルの形態が変化し、投入電力が高くなるに従い、Ｍｇ原
子に比べてＭｇＦ分子の発光が強くなっていることが判
る。これに対して、放電ガスの圧力を変える場合におい
ては、ガス圧を高くすると、Ｍｇ原子の発光に比べて、
ＭｇＦ分子の発光強度が大きくなり、膜の光吸収が少な
くなるが、機械的強度が低下する傾向にあり、逆に、ガ
ス圧を低くすると、ＭｇＦ分子の発光強度が弱くなり、
膜の機械的強度が向上するが、膜の光吸収が高くなる傾
向にある。FIG. 3 shows changes in the emission spectrum of plasma when the input power is changed. It can be seen that the morphology of the spectrum changes depending on the applied power, and as the applied power increases, the emission of MgF molecules becomes stronger than that of Mg atoms. On the other hand, when the pressure of the discharge gas is changed, if the gas pressure is increased, as compared with the emission of Mg atoms,
The emission intensity of the MgF molecules increases and the light absorption of the film decreases, but the mechanical strength tends to decrease. Conversely, when the gas pressure is lowered, the emission intensity of the MgF molecules decreases.
Although the mechanical strength of the film is improved, the light absorption of the film tends to be high.
【００１５】以上のような本発明は、プラズマ中の金属
を含む分子または原子の発光強度をフィードバックパラ
メータとして監視しながら、投入する高周波電力又は／
及び放電ガスの圧力を変化させているので、金属フッ化
物が分子の状態でスパッタされるように制御しながら薄
膜を成膜でき、光吸収が少なく、且つ基板加熱を行わな
くても機械的強度の高い光学薄膜を得ることが可能とな
る。また、フッ素の解離が少ないので、有害なフッ素系
ガスを用いる必要もなく、低温で成膜可能であることか
ら生産性、安全性も高い。According to the present invention as described above, the high frequency power or / or the high frequency power to be applied is monitored while monitoring the emission intensity of the molecule or atom containing the metal in the plasma as the feedback parameter.
Also, since the pressure of the discharge gas is changed, it is possible to form a thin film while controlling so that the metal fluoride is sputtered in the molecular state, light absorption is low, and mechanical strength is obtained without heating the substrate. It is possible to obtain an optical thin film with high efficiency. In addition, since the dissociation of fluorine is small, it is not necessary to use a harmful fluorine-based gas, and since film formation can be performed at low temperature, productivity and safety are high.
【００１６】又、図３から明らかなように、投入電力が
変化するに従い、ＭｇＦ分子およびＭｇ原子の発光強度
が変化している。これは、プラズマ中のＭｇＦ分子ある
いはＭｇ原子の存在量、すなわち基板に向かって飛散す
る粒子の量（成膜速度）が変化していることを示唆して
いる。例として図４にＭｇＦ分子およびＭｇ原子の発光
強度と膜の成膜速度との関係を示すが、ＭｇＦ分子およ
びＭｇ原子の発光強度と膜の成膜速度に相関が認められ
る。このように、プラズマ中における少なくとも金属を
含む分子または原子の発光強度を監視することにより、
成膜速度が監視でき、この発光強度をフィードバックパ
ラメータとして、投入電力、またはガス圧力を変化させ
ることにより、膜の成膜速度を制御しながら光学薄膜を
成膜することが可能となる。Further, as is apparent from FIG. 3, the emission intensity of MgF molecules and Mg atoms changes as the applied power changes. This suggests that the amount of MgF molecules or Mg atoms present in the plasma, that is, the amount of particles scattered toward the substrate (film formation rate) is changing. As an example, FIG. 4 shows the relationship between the emission intensity of MgF molecules and Mg atoms and the film formation rate of the film. A correlation is recognized between the emission intensity of MgF molecules and Mg atoms and the film formation rate of the film. In this way, by monitoring the emission intensity of molecules or atoms containing at least a metal in plasma,
The film forming rate can be monitored, and by changing the input power or the gas pressure using the emission intensity as a feedback parameter, it becomes possible to form an optical thin film while controlling the film forming rate.
【００１７】請求項２の成膜装置は、少なくとも金属フ
ッ化物を含む材料からなるターゲットと、放電ガスを成
膜室に導入するガス導入手段と、高周波電力をターゲッ
トに投入してプラズマを発生させるプラズマ発生手段
と、プラズマ中における金属を含む分子または原子の発
光強度を監視する監視手段と、この監視手段からの前記
発光強度に基づいて前記ターゲットへの高周波電力又は
／及び放電ガスの圧力を制御する制御手段とを備えてい
ることを特徴とする。According to another aspect of the film forming apparatus of the present invention, a target made of a material containing at least a metal fluoride, gas introducing means for introducing a discharge gas into the film forming chamber, and high frequency power is supplied to the target to generate plasma. Plasma generation means, monitoring means for monitoring the emission intensity of molecules or atoms containing metal in plasma, and control of high frequency power to the target and / or pressure of discharge gas based on the emission intensity from the monitoring means And a control means for controlling the operation.
【００１８】このような成膜装置は、プラズマ中におけ
る少なくとも金属を含む分子または原子の発光強度を監
視する監視手段と、この発光強度を投入電力、またはガ
ス圧力にフィードバックをさせる制御手段とを有してる
ので、金属フッ化物、例えばＭｇＦ2 分子の状態でスパ
ッタされるように制御しながら膜を成膜できる。このた
め光吸収が少なく、且つ基板加熱を行わなくても機械的
強度の高い光学薄膜を生産性良く安全に得ることが可能
であると同時に、成膜速度を制御しながら成膜すること
ができるため、所望の膜厚の光学薄膜とすることが可能
となる。Such a film forming apparatus has a monitoring means for monitoring the emission intensity of molecules or atoms containing at least a metal in plasma, and a control means for feeding back the emission intensity to the input power or the gas pressure. Therefore, the film can be formed while controlling the sputtering so that the metal fluoride, for example, MgF 2 molecule is sputtered. For this reason, it is possible to obtain an optical thin film with low light absorption and high mechanical strength with high productivity without heating the substrate, and at the same time, it is possible to form a film while controlling the film formation rate. Therefore, an optical thin film having a desired film thickness can be obtained.
【００１９】[0019]
（実施の形態１）図５は成膜装置を示す。同図におい
て、１は成膜室としての真空槽であり、内部にはターゲ
ット３が上面に充填された状態の石英製の皿４が配置さ
れている。この皿４は直径４インチ程度のマグネトロン
カソード５に載置されており、カソード５はスパッタリ
ング用高周波電源６に接続されている。ターゲット３と
しては、粒径０．５〜１ｍｍの顆粒状のＭｇＦ2 が使用
される。(Embodiment 1) FIG. 5 shows a film forming apparatus. In the figure, reference numeral 1 is a vacuum chamber as a film forming chamber, inside of which a quartz dish 4 in which a target 3 is filled on the upper surface is arranged. The dish 4 is mounted on a magnetron cathode 5 having a diameter of about 4 inches, and the cathode 5 is connected to a high frequency power source 6 for sputtering. As the target 3, granular MgF 2 having a particle size of 0.5 to 1 mm is used.
【００２０】真空槽１の上方には光学薄膜を成膜するた
めの基板２が配置される。この基板２は回転可能に真空
槽１内に設けられるものである。この基板２とターゲッ
ト３との間にはシャッター１４が設けられている。この
シャッター１４はシャッター開閉装置１５によって回転
駆動されることで、ターゲット３及び基板２の間に進退
して、これらの間を開閉する。A substrate 2 for forming an optical thin film is arranged above the vacuum chamber 1. The substrate 2 is rotatably provided in the vacuum chamber 1. A shutter 14 is provided between the substrate 2 and the target 3. The shutter 14 is rotationally driven by the shutter opening / closing device 15 to move back and forth between the target 3 and the substrate 2 to open and close between them.
【００２１】また、真空槽１の側面には、放電ガスの導
入口７が挿入されている。この導入口７からの放電ガス
はマスフローコントローラ８によって、その流量が制御
され、これにより真空室１内の放電ガスのガス圧が制御
される。さらに、真空槽１の側面には、ガイド通路１６
が延びており、このガイド通路１６の終端に石英製の監
視窓１１が取り付けられている。この監視窓１１は真空
槽１内で発生したプラズマ９からの発光が通過し、監視
窓１１を通過した光は分光器１２に取り込まれるように
なっている。分光器１２はプラズマ９内の金属分子又は
原子の発光強度を検出するものである。A discharge gas inlet 7 is inserted into the side surface of the vacuum chamber 1. The flow rate of the discharge gas from the inlet 7 is controlled by the mass flow controller 8, and thus the gas pressure of the discharge gas in the vacuum chamber 1 is controlled. Further, the guide passage 16 is provided on the side surface of the vacuum chamber 1.
The quartz monitoring window 11 is attached to the end of the guide passage 16. Light emitted from the plasma 9 generated in the vacuum chamber 1 passes through the monitoring window 11, and the light passing through the monitoring window 11 is taken into the spectroscope 12. The spectroscope 12 detects the emission intensity of metal molecules or atoms in the plasma 9.
【００２２】図５において、１３は制御手段としての制
御回路装置である。この制御回路装置１３は分光器１２
が検出したプラズマ９中の金属分子又は原子の発光強度
が入力され、この入力によってスパッタリング用高周波
電源６又は／及びマスフローコントローラ８を制御す
る。これによりターゲット３に投入される高周波電圧又
は／及び真空槽１内の放電ガスの圧力圧が制御される。
なお、この制御回路装置１３はシャッター開閉装置１５
の制御をも行うものである。In FIG. 5, reference numeral 13 is a control circuit device as a control means. This control circuit device 13 is a spectroscope 12
The light emission intensity of the metal molecules or atoms in the plasma 9 detected by is input, and the high frequency power source for sputtering 6 and / or the mass flow controller 8 is controlled by this input. Thereby, the high frequency voltage applied to the target 3 and / or the pressure of the discharge gas in the vacuum chamber 1 is controlled.
The control circuit device 13 includes a shutter opening / closing device 15
Is also controlled.
【００２３】上記構成において、基板２として屈折率
１．５２のＢＫ７からなる光学ガラスを用い、この基板
２を真空槽１内にセットすると共に、ＭｇＦ2 からなる
ターゲット３が充填された皿４をマグネトロンカソード
５上に載置し、この状態で真空ポンプ（図示省略）によ
り真空槽１内を１×１０-4Ｐａの真空度まで排気する。
このとき基板１２の加熱を行わなかった。その後、放電
ガスとしてのＯ2 ガスをマスフローコントローラ８によ
り流量を制御しながら、ガス導入口７から真空室１内に
導入し、真空室１内を４×１０-1Ｐａの真空度とした。In the above-mentioned structure, an optical glass made of BK7 having a refractive index of 1.52 is used as the substrate 2, the substrate 2 is set in the vacuum chamber 1, and the dish 4 filled with the target 3 made of MgF 2 is placed. It is placed on the magnetron cathode 5, and in this state, the vacuum chamber 1 is evacuated to a vacuum degree of 1 × 10 −4 Pa by a vacuum pump (not shown).
At this time, the substrate 12 was not heated. After that, O 2 gas as a discharge gas was introduced into the vacuum chamber 1 through the gas inlet 7 while controlling the flow rate by the mass flow controller 8, and the inside of the vacuum chamber 1 was set to a vacuum degree of 4 × 10 −1 Pa.
【００２４】この状態で高周波電源６から高周波電力を
マグネトロンカソード５に投入して、プラズマ９を発生
させた。このプラズマ９により、ＭｇＦ2 ターゲット３
が加熱され、同時にプラズマ９中の放電ガスのイオンに
より、スパッタリングされて飛散する。In this state, high frequency power was supplied from the high frequency power supply 6 to the magnetron cathode 5 to generate plasma 9. The plasma 9 allows the MgF 2 target 3
Is heated, and at the same time, is sputtered and scattered by the ions of the discharge gas in the plasma 9.
【００２５】一方、プラズマ９からの発光は波長２００
〜２０００ｎｍ程度の波長光を透過する監視窓１１を通
過し、真空槽１外に設置された分光器１２に取り込まれ
る。この分光器１２は波長２２０〜８００ｎｍの範囲の
光を分光し、ラインセンサーにより瞬時にそれぞれの波
長の相対強度を測定する。ここで監視窓１１はガイド通
路１６によってターゲット３から充分に離れているた
め、飛散した粒子が監視窓１１に付着して発光強度に影
響を与えることを無視することができる。On the other hand, the light emitted from the plasma 9 has a wavelength of 200
The light passes through a monitoring window 11 that transmits light having a wavelength of about 2000 nm, and is taken into a spectroscope 12 installed outside the vacuum chamber 1. The spectroscope 12 disperses light having a wavelength in the range of 220 to 800 nm, and instantaneously measures the relative intensity of each wavelength using a line sensor. Here, since the monitoring window 11 is sufficiently separated from the target 3 by the guide passage 16, it can be ignored that the scattered particles adhere to the monitoring window 11 and affect the emission intensity.
【００２６】この実施の形態では、プラズマ９からの発
光を分光器１２によって分光して得たスペクトルの発光
強度が図６のようになるように、高周波電力を上昇さ
せ、さらにそのスペクトルが一定となるように、制御回
路装置１３により高周波電力を制御した。このときの高
周波電力は４５０〜５００Ｗ程度であった。In this embodiment, the high frequency power is increased and the spectrum is kept constant so that the emission intensity of the spectrum obtained by dispersing the light emitted from the plasma 9 by the spectroscope 12 becomes as shown in FIG. The control circuit device 13 controlled the high-frequency power so that The high frequency power at this time was about 450 to 500W.
【００２７】次に、基板２を回転させ、シャッター開閉
装置１５によってシャッター１４を開き、基板２上にＭ
ｇＦ2 膜を成膜した。スペクトル強度は図６のとき、実
験から求めたＭｇＦ2 の成膜速度は４００ｎｍ／分程度
であることが予め、判明しているので、ＭｇＦ2 膜の膜
厚を物理的膜厚にして１００ｎｍとするために、１５秒
間でシャッター１４を閉じた。加えて、スペクトル強度
から成膜速度を算出し、所望の膜厚となるようにシャッ
ター１４の開放時間を制御した。Next, the substrate 2 is rotated, the shutter 14 is opened by the shutter opening / closing device 15, and the M is placed on the substrate 2.
A gF 2 film was formed. When the spectral intensity of FIG. 6, it pre-deposition rate of MgF 2 obtained from experiments is about 400 nm / min, since it has been found, and 100nm and the thickness of the MgF 2 film physical thickness To do this, the shutter 14 was closed for 15 seconds. In addition, the film formation rate was calculated from the spectral intensity, and the opening time of the shutter 14 was controlled so that the desired film thickness was obtained.
【００２８】以上のようにして成膜されたＭｇＦ2 膜の
屈折率は１．３８と真空蒸着法で成膜したものと同等に
低く、しかも光学膜厚も１３８ｎｍ（これは１００ｎｍ
の物理的膜厚に相当する。）程度となっていた。図７は
このＭｇＦ2 膜の分光反射特性を示し、波長４３０ｎｍ
〜６５０ｎｍの範囲で反射率が２％以下であり、可視域
の反射防止膜として極めて有効であった。又、可視域
（波長４００〜７００ｎｍ）での光吸収も０．５％以下
と真空蒸着法で得た膜と同等に少なく、光学的になんら
問題はなかった。さらには基板２の加熱を行っていない
にも関わらず、密着性、擦傷性等の膜の機械的強度も充
分に高いものであった。The MgF 2 film formed as described above has a refractive index of 1.38, which is as low as that formed by the vacuum evaporation method, and has an optical film thickness of 138 nm (which is 100 nm).
Corresponding to the physical film thickness of. ) Was about. FIG. 7 shows the spectral reflection characteristics of this MgF 2 film, which has a wavelength of 430 nm.
The reflectance was 2% or less in the range of up to 650 nm, and it was extremely effective as an antireflection film in the visible region. Further, the light absorption in the visible region (wavelength 400 to 700 nm) was 0.5% or less, which was as small as that of the film obtained by the vacuum deposition method, and there was no optical problem. Furthermore, despite the fact that the substrate 2 was not heated, the mechanical strength of the film such as adhesion and abrasion was sufficiently high.
【００２９】なお、この実施の形態では、ＭｇＦ2 以外
の金属フッ化物であるＡｌＦ3 、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｃａ
Ｆ2 、ＳｒＦ2 、ＢａＦ2 、ＣｅＦ3 、ＮｄＦ3 、Ｌａ
Ｆ3、ＳｍＦ3 、Ｎａ3 ＡｌＦ6 、Ｎａ5 ＡｌＦ14を用
いて成膜しても同様な効果を得ることができた。さら
に、単層の反射防止膜としたが、ＴｉＯ2 、Ｔａ2 Ｏ5
等の他の高屈折率の酸化物からなる薄膜と組み合わせた
多層膜としても良く、これにより反射防止膜以外のエッ
ジフィルターやビームスプリッター等の光学部品を作製
することができる。In this embodiment, AlF 3 , LiF, NaF and Ca which are metal fluorides other than MgF 2 are used.
F 2 , SrF 2 , BaF 2 , CeF 3 , NdF 3 , La
A similar effect could be obtained even when a film was formed using F 3 , SmF 3 , Na 3 AlF 6 , and Na 5 AlF 14 . Furthermore, a single-layer antireflection film is used, but TiO 2 , Ta 2 O 5
It may be a multilayer film in combination with other thin films made of oxides having a high refractive index, such that an optical component such as an edge filter or a beam splitter other than the antireflection film can be manufactured.
【００３０】（実施の形態２）この実施の形態では、Ｍ
ｇＦ2 をターゲット３として図５に示す成膜装置を用い
て成膜するが、基板２としてアモルファスポリオレフィ
ンからなるプラスチックを使用した。放電ガスとしてＯ
2 ガスをガス導入口７から導入して真空槽１内を５×１
０-1Ｐａの真空度とし、マグネトロンカソード５に５０
０Ｗの高周波電力を投入してプラズマ９を発生させた。(Embodiment 2) In this embodiment, M
A film is formed using gF 2 as a target 3 using the film forming apparatus shown in FIG. 5, but a plastic made of amorphous polyolefin is used as the substrate 2. O as discharge gas
2 gas is introduced from the gas inlet 7 and the inside of the vacuum chamber 1 is 5 × 1
The degree of vacuum is 0 -1 Pa and the magnetron cathode 5 is 50
A high frequency power of 0 W was applied to generate plasma 9.
【００３１】そしてプラズマ９からの発光を分光器１２
によって分光し、得られたスペクトルの発光強度が図６
のようになるように、Ｏ2 ガスの流量を制御回路装置１
３によって制御した。この結果、真空槽１内のガス圧力
は３〜７×１０-1Ｐａ程度の真空度となった。また、ス
ペクトル強度が図６のとき、ＭｇＦ2 の成膜速度は４０
０ｎｍ／分程度になることから、制御回路装置１３によ
り１５秒間でシャッター１４を閉じ、ＭｇＦ2 膜の膜厚
を物理的膜厚にして１００ｎｍとした。The light emitted from the plasma 9 is analyzed by the spectroscope 12
The luminescence intensity of the obtained spectrum is shown in FIG.
Control circuit device 1 so that the flow rate of O 2 gas becomes
Controlled by 3. As a result, the gas pressure in the vacuum chamber 1 became a vacuum degree of about 3 to 7 × 10 −1 Pa. Further, when the spectrum intensity is as shown in FIG. 6, the MgF 2 film formation rate is 40%.
Since it was about 0 nm / minute, the shutter 14 was closed by the control circuit device 13 for 15 seconds, and the film thickness of the MgF 2 film was set to 100 nm as the physical film thickness.
【００３２】以上のようにして得られたＭｇＦ2 膜は、
実施の形態１と同様に、屈折率が低く、可視域での光吸
収が少なく、可視域の反射防止膜として極めて有効であ
った。また、密着性、擦傷性等の膜の機械的強度も実用
上、充分に高かった。The MgF 2 film obtained as described above is
Similar to the first embodiment, the refractive index was low, light absorption in the visible region was small, and it was extremely effective as an antireflection film in the visible region. In addition, the mechanical strength of the film, such as adhesion and scratch resistance, was sufficiently high in practical use.
【００３３】（比較例）この比較例においても、ＭｇＦ
2 をターゲット3 とし、図５の成膜装置を使用して成膜
した。実施の形態１と同様に、真空槽１内のＯ2 ガスの
圧力を４×１０ -1Ｐａの真空度としたが、プラズマ９の
スペクトルの発光強度を高周波電力にフィードバックせ
ずに、高周波電力を５００Ｗに固定した。このときスペ
クトル９の発光強度は経時的に不安定であり、成膜速度
が５０〜７００ｎｍ／分と安定せず、しかも膜の光吸収
が若干増えたり、膜の機械的強度が若干劣化するなど、
再現性に乏しかった。(Comparative Example) Also in this comparative example, MgF
TwoTargetThreeAnd film formation using the film forming apparatus of FIG.
did. O in the vacuum chamber 1 is the same as in the first embodiment.TwoGas
Pressure is 4 × 10 -1Although the vacuum degree was Pa,
The emission intensity of the spectrum is fed back to the high frequency power.
However, the high frequency power was fixed to 500 W. At this time
The luminous intensity of the cuttle 9 is unstable over time,
Is not stable at 50 to 700 nm / min, and the film absorbs light.
Is slightly increased, the mechanical strength of the film is slightly degraded, etc.
The reproducibility was poor.
【００３４】この比較例では、スペクトルの発光強度が
図８のようになるように、制御回路装置１３によって高
周波電力を制御した。この制御で得られた膜の機械的強
度は実用上充分であったが、波長４００ｎｍでの光吸収
が４％以上あり、反射防止膜としての実用性に問題があ
った。一方、スペクトルの発光強度が図９のようになる
ように、制御回路装置１３で高周波電力を制御したとこ
ろ、成膜された膜は可視域での光吸収が０．５％以下と
少なかったが、基板２の加熱を行わない限り、膜の機械
的強度が不十分で、実用性に問題があった。In this comparative example, the control circuit device 13 controlled the high frequency power so that the emission intensity of the spectrum was as shown in FIG. The mechanical strength of the film obtained by this control was practically sufficient, but the absorption of light at a wavelength of 400 nm was 4% or more, and there was a problem in practicality as an antireflection film. On the other hand, when the high frequency power was controlled by the control circuit device 13 so that the emission intensity of the spectrum was as shown in FIG. 9, the formed film showed a small light absorption of 0.5% or less in the visible region. However, unless the substrate 2 is heated, the mechanical strength of the film is insufficient and there is a problem in practicality.
【００３５】[0035]
【発明の効果】請求項１の成膜方法は、高周波電力によ
って発生するプラズマ中の金属を含む分子又は原子の発
光強度を監視し、この監視結果をフィードバックパラメ
ータとして高周波電力又は／及び放電ガスの圧力を制御
するため、光吸収が少なく、機械的強度が大きな光学薄
膜を形成することができる。According to the film forming method of the present invention, the emission intensity of the molecule or atom containing metal in the plasma generated by the high frequency power is monitored, and the monitoring result is used as a feedback parameter for the high frequency power and / or the discharge gas. Since the pressure is controlled, it is possible to form an optical thin film that absorbs little light and has high mechanical strength.
【００３６】請求項２の成膜装置は、プラズマ中の金属
の分子又は原子の発光強度を監視する監視手段と、この
監視手段からの発光強度に基づいてターゲットへの高周
波電力又は／及び放電ガスの圧力を制御する制御手段と
を備えているため、光吸収が少なく、機械的強度が大き
な光学薄膜を形成する上述した成膜方法を好適に実施す
ることができる。According to a second aspect of the film forming apparatus, a monitoring means for monitoring the emission intensity of metal molecules or atoms in the plasma, and the high frequency power or / and the discharge gas to the target based on the emission intensity from the monitoring means. Since the control means for controlling the pressure is provided, the above-described film forming method for forming an optical thin film that absorbs little light and has high mechanical strength can be suitably implemented.
【図１】スパッタリング時に発生するプラズマのスペク
トルの特性図である。FIG. 1 is a characteristic diagram of a spectrum of plasma generated during sputtering.
【図２】ＭｇＦ分子の発光を示すスペクトルの特性図で
ある。FIG. 2 is a characteristic chart of a spectrum showing the emission of MgF molecules.
【図３】高周波電力を変化させたときのプラズマの特性
図である。FIG. 3 is a characteristic diagram of plasma when the high frequency power is changed.
【図４】プラズマの発光スペクトル強度と成膜速度との
関係を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the emission spectrum intensity of plasma and the film formation rate.
【図５】成膜装置の構成を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a film forming apparatus.
【図６】高周波電力を制御するためのスペクトルの発光
強度の特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram of emission intensity of a spectrum for controlling high frequency power.
【図７】反射防止膜の分光反射率特性図である。FIG. 7 is a spectral reflectance characteristic diagram of an antireflection film.
【図８】高周波電力を制御するためのスペクトルの発光
強度の特性図である。FIG. 8 is a characteristic diagram of emission intensity of a spectrum for controlling high frequency power.
【図９】高周波電力を制御するためのスペクトルの発光
強度の特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram of emission intensity of a spectrum for controlling high frequency power.
１ 真空槽 ２ 基板 ３ ターゲット ５ マグネトロンカソード ６ 高周波電源 ９ プラズマ １２ 分光器 １３ 制御回路装置 1 vacuum chamber 2 substrate 3 target 5 magnetron cathode 6 high frequency power supply 9 plasma 12 spectroscope 13 control circuit device
Claims (2)
ーゲットとし、放電ガスを成膜室に導入しながら高周波
電力をターゲットに投入してプラズマを発生させ、スパ
ッタリングするのに際し、プラズマ中の金属を含む分子
又は原子の発光強度を監視し、この監視結果をフィード
バックパラメータとして前記高周波電力又は／及び前記
放電ガスの圧力を制御して飛散粒子の状態と成膜速度を
制御し成膜することを特徴とする光学薄膜の成膜方法。1. A material containing at least a metal fluoride is used as a target, and a high frequency power is applied to the target while introducing a discharge gas into a film forming chamber to generate plasma, and the metal in the plasma is contained during sputtering. It is characterized in that the emission intensity of molecules or atoms is monitored, and the high-frequency power or / and the pressure of the discharge gas is controlled by using the monitoring result as a feedback parameter to control the state of the scattered particles and the film-forming speed to perform film formation. A method for forming an optical thin film.
なるターゲットと、放電ガスを成膜室に導入するガス導
入手段と、高周波電力をターゲットに投入してプラズマ
を発生させるプラズマ発生手段と、プラズマ中における
金属を含む分子または原子の発光強度を監視する監視手
段と、この監視手段からの前記発光強度に基づいて前記
ターゲットへの高周波電力又は／及び放電ガスの圧力を
制御する制御手段とを備えていることを特徴とする光学
薄膜の成膜装置。2. A target made of a material containing at least a metal fluoride, a gas introducing means for introducing a discharge gas into the film forming chamber, a plasma generating means for applying a high frequency power to the target to generate plasma, and The monitoring means for monitoring the emission intensity of the metal-containing molecule or atom in the above, and the control means for controlling the high frequency power to the target or / and the pressure of the discharge gas based on the emission intensity from the monitoring means. An optical thin film forming apparatus characterized in that
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7260115A JPH09104976A (en) | 1995-10-06 | 1995-10-06 | Formation of optical thin film and device therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7260115A JPH09104976A (en) | 1995-10-06 | 1995-10-06 | Formation of optical thin film and device therefor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09104976A true JPH09104976A (en) | 1997-04-22 |
Family
ID=17343499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7260115A Withdrawn JPH09104976A (en) | 1995-10-06 | 1995-10-06 | Formation of optical thin film and device therefor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09104976A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009041091A (en) * | 2007-08-10 | 2009-02-26 | Olympus Corp | Film deposition method and film deposition system |
-
1995
- 1995-10-06 JP JP7260115A patent/JPH09104976A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2009041091A (en) * | 2007-08-10 | 2009-02-26 | Olympus Corp | Film deposition method and film deposition system |
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