JPH10287973A

JPH10287973A - スパッタリング装置

Info

Publication number: JPH10287973A
Application number: JP9097526A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Toyohara; 延好豊原; Takeshi Kawamata; 健川俣; Nobuaki Mitamura; 宣明三田村; Hiroshi Ikeda; 浩池田; Tadashi Watanabe; 正渡邊; Norikazu Urata; 憲和浦田; Toshiaki Oimizu; 利明生水
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-04-15
Filing date: 1997-04-15
Publication date: 1998-10-27

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、顆粒状のフッ化マグネシウム等の
ターゲット材料をスパッタリングして基板上に薄膜を形
成するに際し、連続して成膜する薄膜の膜厚や膜品質の
ばらつきを低減でき、工業的に有用なスパッタリング装
置を提供する。【解決手段】顆粒状の成膜材料８をプラズマ中のイオ
ンでスパッタリングして得られたスパッタリング粒子
を、基板２上に積層して薄膜を形成するスパッタリング
装置において、上記基板２と対向させて配置した上記成
膜材料８を収容する皿７と、上記基板２と上記皿７との
間であって上記皿７から少なくとも５０ｍｍ以上離れた
位置に配置され、上記成膜材料８の上記基板２への到達
を所望のタイミングで遮蔽するシャッタ６とを有するこ
とを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタリング法
により薄膜を形成するスパッタリング装置、より詳しく
は、顆粒状のターゲット材料をプラズマ中のイオンでス
パッタリングして薄膜を基板上に形成するスパッタリン
グ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】スパッタリング法によりフッ化マグネシ
ウムの薄膜を基板に形成する技術は、真空蒸着法に比べ
て成膜速度が遅いため工業的に実用化されるに至ってい
なかった。そこで、本願出願人は、特願平７−１８４４
５４号公報において、顆粒状のターゲットを載置した電
極に、交流電力を供給してターゲットの上部にプラズマ
を発生させ、このプラズマ中のイオンにより上記ターゲ
ットの少なくとも表面を加熱ししつつスパッタリングす
ることにより速い速度で成膜する技術を提案した。

【０００３】一方、従来の成膜装置では、基板板上に最
終的に形成される膜の膜厚を均一に保つため、蒸着粒子
あるいはスパッタリング粒子を遮断するシャッタをター
ゲットと基板との間に設け、このシャッタを任意のタイ
ミングで開閉することにより、膜厚の制御を行ってい
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特願平７
−１８４４５４号公報に開示の技術において、成膜速度
を一定に保つために、格別の配慮をすることなくターゲ
ットと基板との間に上記シャッタを設けた場合には、連
続して成膜する複数の基板の膜厚が一定にならず、ま
た、密着性や光吸収等の膜品質にもばらつきが生じると
いう課題があった。

【０００５】そこで本発明は、顆粒状のフッ化マグネシ
ウム等のターゲット材料をスパッタリングして基板上に
薄膜を形成するに際し、連続して成膜する薄膜の膜厚や
膜品質のばらつきを低減でき、工業的に有用なスパッタ
リング装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
顆粒状のターゲット材料をプラズマ中のイオンでスパッ
タリングして得られたスパッタリング粒子を、基板上に
積層して薄膜を形成するスパッタリング装置において、
上記基板と対向させて配置した上記ターゲット材料の収
納手段と、上記基板と上記収納手段との間であって上記
収納手段から少なくとも５０ｍｍ以上離れた位置に配置
され、上記ターゲット材料の上記基板への到達を所望の
タイミングで遮蔽する遮蔽手段とを有することを特徴と
するものである。

【０００７】請求項２記載の発明は、顆粒状のターゲッ
ト材料をプラズマ中のイオンでスパッタリングして、得
られたスパッタリング粒子を基板上に積層して薄膜を形
成するスパッタリング装置において、上記ターゲット材
料を収納可能な減圧室と、この減圧室の減圧状態を維持
しつつ、上記基板を上記減圧室内に出し入れする搬送手
段と、上記減圧室内において上記基板が上記ターゲット
材料に対峙する時間が一定になるように上記搬送手段を
制御する制御手段とを有し、上記減圧室内における上記
基板の上記ターゲット材料からの距離を少なくとも５０
ｍｍ以上に設定したことを特徴とするものである。

【０００８】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載のスパッタリング装置における上記ターゲット材料は
フッ化マグネシウムであることを特徴とするものであ
る。

【０００９】本発明の作用を以下に説明する。請求項１
記載の発明において、ターゲット材料上に発生するプラ
ズマの発生する範囲は、スパッタリングするガスの導入
圧、供給電力等の成膜条件により決定されるが、ターゲ
ット材料からの距離が５０ｍｍ以下の範囲でプラズマが
発生する。プラズマの範囲外であってスパッタリング粒
子の基板への到達を左右する遮蔽手段を、プラズマの範
囲外であってこのターゲット材料より５０ｍｍ以上の距
離を隔てて設置することにより、ターゲット材料をスパ
ッタリングしている正イオンは遮蔽手段に衝突すること
がなく、成膜中のターゲット材料上のプラズマは遮蔽手
段の開閉に拘わらず均衡を保つことができる。これによ
り、連続して成膜する薄膜の膜厚や膜品質のばらつきを
低減できる。特に、好ましくは、７０ｍｍ以上の距離を
取って設置することにより、膜材料をスパッタリングし
ている正イオンは完全に遮蔽手段に衝突することがなく
なる。

【００１０】同様の理由で、基板とターゲット材料との
間に遮蔽手段を設けず、かつ膜厚の制御は所望の膜厚に
達したときに、プラズマを消すことによって行ってもよ
い。更に、請求項２記載の発明のように、上記減圧室内
における上記基板の上記ターゲット材料からの距離を少
なくとも５０ｍｍ以上に設定するとともに、上記基板の
減圧室内の移動速度を制御するなどして上記基板が上記
ターゲット材料に対峙する時間を一定にすることで、タ
ーゲット材料上のプラズマは均衡を保つことができ、連
続して成膜する薄膜の膜厚や膜品質のばらつきを低減で
きる。

【００１１】また、上記ターゲット材料をフッ化マグネ
シウムとすることで、光吸収のないフッ化マグネシウム
を基板上に形成できる。なお、顆粒状のターゲット材料
である顆粒状のフッ化マグネシウムの粒径は、０．１乃
至１０ｍｍであれば、光吸収のないフッ化マグネシウム
膜を高速で形成できる。粒径が１０ｍｍを越えると、空
間ができることから断熱効果が高く、プラズマにさらさ
れる面積が大きくなる反面、成膜レートが安定しない。
粒径が０．１ｍｍ未満であると、スパッタリングの際舞
い上がり、成膜面の汚染の原因となってしまう。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を詳
細に説明する。

【００１３】（実施の形態１）本実施の形態１における
スパッタリング装置を側面より見た状態を図１に、上部
より見た状態を図２に示す。

【００１４】このスパッタリング装置は、上記減圧室と
しての真空槽１を具備し、この真空槽１の上部に基板２
がヤトイ２６に対してセットされ、このヤトイ２６によ
り回転可能に支持されている。また、このスパッタリン
グ装置のカソード（マグネトロンカソード）３は、電源
４に接続されている。電源４は、図示しないがマッチン
グボックスを介して１３．５６ＭＨｚの高周波電力を上
記カソード３に対して供給できる構成となっている。

【００１５】また、カソード３の下部には、温度を一定
に保つための図示しない冷却水が流れるようになってい
る。さらに、上記真空槽１の側面には、ガス導入口５が
設けられている。このガス導入口５には、図示しないが
マスフローコントローラが取り付けられ、これによって
真空槽１内の分圧が任意に調整可能となっている。

【００１６】また、カソード３上には、皿７が載置され
て、この皿７にスパッタリングのターゲット材料となる
成膜材料８を入れる構造になっており、成膜材料８がス
パッタリングされることによって、ヤトイ２６にセット
された基板２の表面に薄膜が形成される構成となってい
る。

【００１７】上記基板２とカソード３との間に、真空槽
１の上部から吊り下げた支持体６ａにより支持された上
記遮蔽手段としてのシャッタ６が設置しており、成膜材
料８の上端とシャッター６との距離は５０ｍｍに設定し
ている。このシャッタ６は、開閉動作によってスパッタ
リングイオンを通過又は遮断し、これにより、基板２上
の膜厚を任意に制御できるようになっている。

【００１８】本実施の形態１では、まず、材質が屈折率
１．５２の光学ガラスレンズからなる基板２を、ヤトイ
２６にセットし、成膜材料８として粒径１乃至２ｍｍの
ＭｇＦ₂（フッ化マグネシウム）顆粒を、石英製の皿７
に入れて直径４インチ（直径約１００ｍｍ）のカソード
３上に載置する。

【００１９】次に、７×１０^-5Ｐａまで真空槽１内を、
バルブ４２を用いて配管している荒引きポンプ４１、及
び高真空ポンプ４０で排気し、その後、第１工程として
Ｏ2ガスをガス導入口５から４×１０^-1Ｐａまで導入す
る。

【００２０】次に、図示しない高周波電源に接続された
電源４から電力を５００Ｗとしてカソード３に供給し、
プラズマを発生させる。ＭｇＦ₂顆粒からなる成膜材料
８は、このプラズマにより加熱され、カソード３の下面
の図示しない冷却水による冷却能と釣り合った温度に保
持されるとともに、スパッタリングされる。ここで、１
分間プレスパッタリングとしてシャッタ６を閉じたまま
プラズマを発生させ、続いて、基板２を回転させ、さら
に、図２に点線の位置で示すシャッタ６を、同図に実線
で示す位置まで５５秒間開け、基板２上に光学的膜厚が
１３０ｎｍとなるようにＭｇＦ₂の膜を形成した後、シ
ャッタ６を元の位置に閉じる。

【００２１】次に、上記基板２を取り出し、基板２上に
得られた膜にセロハンテープを貼り付けた後、９０°方
向に強く引き剥がすといういわゆるテープ剥離試験を実
施したが、剥離は生じなかった。また、アルコールによ
り湿らせたレンズクリーニング用ペーパーで強くこすっ
た後、膜の表面を肉眼にて観察するいわゆる耐擦傷性試
験を実施したところ、傷は全く生じなかった。

【００２２】このようにして得られた膜の分光反射率を
図３に示す。図３から明らかなように、波長５２０ｎｍ
で分光反射率が１．３％以下と優れた特性を有してい
る。また、反射率及び透過率から、吸収率を求めた結果
を図４に示す。図４から明らかなように、４００乃至７
００ｎｍにおいて吸収率が０．６％以下と優れた光学特
性を示した。また、図５に、本実施の形態１における成
膜開始から成膜終了までの時間に対する成膜レートを示
す。図５から明らかなように、２．２７３±０．０１８
ｎｍ／秒と、極めて安定した成膜レートを示した。

【００２３】以上の工程を１０回繰り返し行ったが、全
ての場合にテープ剥離試験、耐擦傷性試験において剥
離、傷は見れらず、分光反射率についても最も反射率の
低くなる波長が５２０±３ｎｍの範囲に入っており、再
現性が得られた。

【００２４】本実施の形態１において、カソード３から
シャッタ６までの距離を７０ｍｍに変えて成膜したとこ
ろ、１０バッチ全てにおいてテープ剥離試験、耐擦傷性
試験において剥離、傷は見られず、分光反射率について
も最も反射率の低くなる波長が５２０±３ｎｍの範囲に
入っており、カソード３からシャッタ６までの距離が５
０ｍｍの場合と同様の結果が得られた。

【００２５】尚、本実施の形態１において、Ｏ₂ガスの
分圧を１×１０^-1Ｐａ乃至２Ｐａに変化させて成膜した
ところ、同様の結果が得られることが分かった。さら
に、高周波電源の周波数１３．５６ＭＨｚを、２７．１
２ＭＨｚ、５０ｋＨｚ等に変更して成膜を試みたとこ
ろ、同様の結果が得られた。

【００２６】また、上記顆粒の粒径は１乃至２ｍｍだけ
に限定されるものではなく、例えば、０．１ｍｍ乃至１
０ｍｍの範囲のものを使用しても、同様の結果が得られ
ることが判明した。また、上記成膜を行う基板２につい
ては、上記のものに限る必要はなく、他の光学ガラス
や、ポリカーボネート、ポリオレフィン等の各種合成樹
脂等、種々の材質の材料でも適用できた。さらに、基板
２の形状についても同様に、上述した場合に限定される
ものではない。

【００２７】（実施の形態２）本実施の形態２で用いる
スパッタリング装置を側面より見た状態を図６に示す。
本実施の形態２における真空槽１３の上方には、自転可
能な基板１４用の基板セット治具５７が設置されてい
る。

【００２８】また、カソード９は、電源１０に接続され
ている。この電源１０は、図示しないマッチングボック
スを介して１３．５６ＭＨｚの高周波電力をカソード９
に対して供給できる構成を有する。また、カソード９の
下部には、温度を一定に保つための図示しない冷却水が
流れている。さらに、真空槽１３の側面には、ガス導入
口１１が設けられている。このガス導入口１１には、図
示しないがマスフローコントローラが取り付けられ、こ
れによって分圧が任意に調整できるようになっている。

【００２９】上記カソード９には、皿１５が載置されて
いる。この皿１５は、成膜材料１６を入れる仕組みにな
っており、成膜材料１６がスパッタリングされることに
よって、基板１４上に薄膜が形成される構成となってい
る。

【００３０】本実施の形態２において、成膜材料１６の
上端から成膜時の基板１４までの距離は５０ｍｍに設定
している。

【００３１】本実施の形態２では、成膜室１３内は常に
高真空に保たれており、予備室１７上部に設けられた図
示しない扉を用いて基板１４の入れ替えを行う構成とな
っている。即ち、まず、ヤトイ２７にセットされた屈折
率１．５２の光学ガラスであるＢＫ７からなる基板１４
を、ゲートバルブ３９で仕切られた予備室１７内にセッ
トし、また、成膜原料１６として粒径１乃至２ｍｍのＭ
ｇＦ₂の顆粒を石英製の皿１５に入れて、直径４インチ
（直径約１００mm）のカソード（マグネトロンカソー
ド）９上に載置する。

【００３２】次に、予備室１７内を荒引きポンプ４５，
及び高真空ポンプ４４により排気した後、ゲートバルブ
３９を開け、真空槽１３及び予備室１７内を７×１０^-5
Ｐａまで図示しない排気ポンプで排気する。さらに、Ｏ
₂ガスをガス導入口１１から４×１０^-1Ｐａまで導入す
る。図示しない高周波電源に接続された電源１０から電
力を５００Ｗとしてカソード９に供給し、プラズマを発
生させる。ＭｇＦ₂顆粒からなる成膜材料１６は、この
プラズマにより加熱され、カソード９の下面の図示しな
い冷却水による冷却能と釣り合った温度に保持されると
ともに、スパッタリングされる。

【００３３】ここで、１分間プレスパッタリングした
後、一度高周波電力を０Ｗまで落とし、モータ２８によ
り駆動される搬送アーム１２により基板１４を搬送し、
ヤトイ２７を基板セット治具５７に取り付けた後回転さ
せ、基板１４がヤトイ２７にセットされた状態でプラズ
マを発生させ、成膜を開始する。５５秒後投入電力を０
Ｗにすることでプラズマを消し、基板１４上に光学的膜
厚が１３０ｎｍとなるようにＭｇＦ₂の膜を形成した。

【００３４】次に、上述した基板１４を取り出し、基板
１４上に得られた膜にセロハンテープを貼り付けた後９
０°方向に強く引き剥がすといういわゆるテープ剥離試
験を実施したが、剥離は生じなかった。また、アルコー
ルにより湿らせたレンズクリーニング用ペーパーで強く
こすった後、膜表面を肉眼にて観察するいわゆる耐擦傷
性試験を実施したところ、傷は全く生じなかった。

【００３５】このようにして得られ膜の分光反射率を図
７に示す。図７から明らかなように、実施の形態１の場
合と同様波長５２０ｎｍで分光反射率が１．３％以下と
優れた特性を有している。また、分光反射率及び透過率
から、求めた吸収率を図８に示す。図８から明らかなよ
うに、４００乃至７００nmにおいて０．５％以下と優れ
た光学特性を示した。図９に本実施の形態２における成
膜開始から成膜終了までの時間に対する成膜レートを示
す。図９から明らかなように２．２７４±０．０１４ｎ
ｍ／秒と、極めて安定した成膜レートを示した。

【００３６】以上の工程を１０回繰り返し行ったが、全
ての場合においてテープ剥離試験、耐擦傷性試験におい
て剥離、傷は見られず、分光反射率についても最も反射
率の低くなる波長が５２０±３ｎｍの範囲に入ってお
り、再現性が得られた。

【００３７】尚、実施の形態１と同様、本実施の形態２
において、Ｏ₂ガスの分圧を１×１０^-1Ｐａ乃至２Ｐａ
に変化させて成膜したところ、同様の結果が得られるこ
とが分かった。

【００３８】さらに、高周波電源の周波数１３．５６Ｍ
Ｈｚを、２７．１２ＭＨｚ、５０ｋＨｚ等に代えて成膜
を試みたところ、同様の結果が得られた。また、顆粒の
粒径は１乃至２ｍｍだけに限定されるものではなく、例
えば、０．１ｍｍ乃至１０ｍｍの範囲のものを使用して
も、同様の結果が得られた。

【００３９】さらに、上記成膜を行う基板１４について
は、上記のものに限る必要はなく、他の光学ガラスや、
ポリカーボネート、ポリオレフィン等の各種合成樹脂
等、種々の材質の材料でも適用できる。基板１４の形状
についても同様になんら限定されるものではない。

【００４０】（実施の形態３乃至実施の形態５）実施の
形態２で使用したスパッタリング装置と同様な成膜装置
において、成膜材料１６の上端から成膜時の基板１４ま
での距離を表１に示すように６０，７０，９０ｍｍと
し、これに伴い成膜時間を６２，７２，１０３秒と変更
することで、実施の形態３乃至５の光学薄膜が得られ
た。

【００４１】これら光学薄膜を実施の形態２と同様にし
て評価した結果は、表１に示すように、反射率のピーク
波長、膜の吸収特性、耐擦傷性試験、テープ剥離試験の
全てについて優れた特性を示す光学薄膜が得られた。

【００４２】

【表１】

【００４３】（実施の形態６）本実施の形態６で用いる
スパッタリング装置を側面より見た状態を図１０に、基
板１９を保持するヤトイ２９を上から見た状態を図１１
に、搬送部分を進行方向後方から見た状態を図１２に示
す。

【００４４】本実施の形態６においては、成膜室１８の
上方、及び搬送部分の予備室７２、排出室７３には基板
１９が搬送されるレール２０が配置され、基板１９がセ
ットされたヤトイ２９は、レール２０上を予備室７２、
排出室７３各々で一定の速度で方向２２に向かって移動
するようになっている。即ち、真空回転モータ５６，６
５，６７によりステンレス製のチェーンベルト５０，６
４，６６に各々駆動力を与え、チェーンベルト５０，６
４，６６によりヤトイ２９が方向２２に駆動される。

【００４５】成膜室１８と、予備室７２，排出室７３
は、各々ゲートバルブ４６，４７で仕切られ、各々荒引
きポンプ４９，６２，５４及び高真空ポンプ４８，６
３，５３により高真空に排気される。ゲートバルブ４
６，４７がそれぞれ開く際には、高真空に達すると共
に、成膜室１８内と同じ真空になるようガス導入口５
８，５９により真空度が調整される。ガス導入口５８，
５９は、以下に述べる成膜室１８のガス導入口２５と同
構造で調整されるようになっている。

【００４６】また、カソード２３は、電源２４に接続さ
れている。電源２４は、図示しないマッチングボックス
を介して１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給できる構
成となっている。

【００４７】上記カソード２３の下部には、温度を一定
に保つための図示しない冷却水が流れている。成膜室１
８の側面には、ガス導入口２５が設けられている。ガス
導入口２５には図示しないマスフローコントローラが取
りつけられ、これによって分圧が任意に調整できるよう
になっている。

【００４８】さらに、カソード２３には、皿２６が載置
され、この皿２６には、成膜材料２７を入れる仕組みに
なっており、成膜材料２７がスパッタリングされること
によって、図１０に示す位置１９Ａから位置１９Ｂまで
移動する間に、基板１９上に薄膜が形成される構成とな
っている。上記成膜材料２７の上端から成膜時の基板１
９までの距離Ｌは５０ｍｍに設定している。

【００４９】本実施の形態６では、屈折率１．５２の光
学ガラス基板１９にＭｇＦ₂を光学膜厚で１３０ｎｍの
厚さに成膜する。まず、膜原料として、粒径１乃至２ｍ
ｍのＭｇＦ₂顆粒からなる成膜材料２７を、石英製で１
００×１５０ｍｍの皿２６に入れて１２０×１７０ｍｍ
のカソード（マグネトロンカソード）２３上に載置す
る。

【００５０】次に、真空槽１８内を１×１０^-4Ｐａまで
ポンプ４９，４８で排気した後、基板１９の搬送を開始
する前に、Ｏ₂ガスをガス導入口２５から４×１０^-1Ｐ
ａまで導入する。

【００５１】基板１９は、大気中において、ゲートバル
ブ６０が開いて真空回転モータ６５及びベルト６４によ
り予備室６２に取り込まれ、予備室７２において排気ポ
ンプ６２，６３により１×１０^-4Ｐａまで排気された
後、Ｏ₂ガスをガス導入口５８から４×１０^-1Ｐａまで
導入する。

【００５２】次に、電源２４より５００Ｗの高周波電力
をカソード２３に供給し、プラズマを発生させる。Ｍｇ
Ｆ₂顆粒からなる成膜材料２７は、このプラズマにより
加熱され、カソード２３の下面の図示しない冷却水によ
る冷却能と釣り合った温度に保持されるとともに、スパ
ッタリングされる。ここで、１分間プレスパッタリング
した後、基板１９を位置１９Ａより搬送を開始する。搬
送スピードは、４ｍｍ／秒で行い、基板１９の先端が位
置１９Ａを通ってから基板１９の末端が位置１９Ｂを抜
けるまでで基板１９上に光学的膜厚が１３０ｎｍとなる
ようにＭｇＦ₂の膜を形成した。

【００５３】本実施の形態６は、基板１９に続いて後続
する基板１９が次々と搬送されることから、材料をセッ
トしてから一度プレスパッタリングを行えば、搬送レー
ル２０上にセットされた基板１９に対して次々と成膜さ
れる。成膜された基板１９は、送り出され、ゲートバル
ブ４７を通り排出室７３に至り、ベントバルブ５５によ
り排出室７３を大気圧にし、ゲートバルブ６１を開いて
真空回転モータ６７により室外に送り出される。室外で
は図示しないモータ及びベルトにより保持され搬送され
る。

【００５４】尚、排出室７３おいては、基板１９を送り
出し後、ゲートバルブ６１を閉じ荒引きポンプ５４，高
真空ポンプ５３により１×１０^-4Ｐａまで排気し、Ｏ₂
ガスをガス導入口５９から４×１０^-1Ｐａまで導入す
る。

【００５５】上述の基板１９を取り出し、得られた膜に
セロハンテープを貼り付けた後、９０°方向に強く引き
剥がすといういわゆるテープ剥離試験を実施したが、剥
離は生じなかった。また、アルコールにより湿らせたレ
ンズクリーニング用ペーパーで強くこすった後、膜表面
を肉眼にて観察するいわゆる耐擦傷性試験を実施したと
ころ、傷は全く生じなかった。

【００５６】本実施の形態６により得られた膜の分光反
射率を図１３に示す。波長５２０ｎｍで反射率が１．３
％以下と優れた特性を有している。また、分光反射率及
び透過率から、吸収率を求めた結果を図１４に示す。４
００乃至７００ｎｍにおいて０．５％以下と優れた光学
特性を示した。さらに、図１５に成膜開始から成膜終了
までの時間に対する成膜レートを示す。図１５から明ら
かなように、２．２７４±０．０１６ｎｍ／秒と、極め
て安定した成膜レートを示した。

【００５７】以上の工程を１０枚の基板１９について繰
り返し行ったが、全てにおいてテープ剥離試験、耐擦傷
性試験において剥離、傷は見られず、分光反射率ついて
も最も反射率の低くなる波長が５２０±３ｎｍの範囲に
入っており、再現性が得られた。

【００５８】尚、実施の形態１と同様、本実施の形態６
において、Ｏ₂ガスの分圧を１×１０^-1Ｐａ乃至２Ｐａ
に変化させて成膜したところ、同様の結果が得られるこ
とが分かった。

【００５９】さらに、高周波電源の周波数１３．５６Ｍ
Ｈｚを、２７．１２ＭＨｚ、５０ｋＨｚ等に代えて成膜
を試みたところ、同様の結果が得られた。また、顆粒の
粒径は１乃至２ｍｍだけに限定される必要はなく、例え
ば、０．１ｍｍ乃至１０ｍｍの範囲のものを使用して
も、同様の結果が得られた。

【００６０】また、上記成膜を行う基板１９について
は、上記の材質、大きさに限る必要はなく、他の光学ガ
ラスや、ポリカーボネート、ポリオレフィン等の各種合
成樹脂等の材質を用いて８０×８０ｍｍの寸法で適用で
きた。さらに、基板１９の形状についても実施の形態１
と同様に、なんら限定されるものではない。

【００６１】（実施の形態７乃至９）実施の形態６で使
用したスパッタリング装置と同様なスパッタリング装置
において、成膜材料２７の上端から成膜時の基板１９ま
での距離を表２に示すように６０，７０，９０ｍｍと
し、これに伴い搬送速度を４．２ｍｍ／秒、４．６ｍｍ
／秒、４．９ｍｍ／秒と変更することで、実施の形態７
乃至９の光学薄膜が得られた。

【００６２】これら光学薄膜を実施の形態６と同様にし
て評価した結果は、表２に示すように、反射率のピーク
波長、膜の吸収特性、耐擦傷性試験、テープ剥離試験の
全てについて優れた特性を示す光学薄膜が得られた。

【００６３】

【表２】

【００６４】（比較例１）本比較例１で用いる装置を、
側面から見た状態を図１６に示す。真空槽３６の上方に
は自転可能なヤトイ３８にセットされた基板３７が設置
されている。また、図１６に示すカソード３０は、電源
３１に接続されている。この電源３１は、図示しないマ
ッチングボックスを介して、１３．５６ＭＨｚの高周波
電力を供給できる構成を有している。

【００６５】また、カソード３０の下部には、温度を一
定に保つための図示しない冷却水が流れている。真空槽
３６の側面には、ガス導入口３２が設けられている。ガ
ス導入口３２は、成膜中のガスの分圧等を任意に調整で
きるようになっている。排気系には、荒引きポンプ６
７、高真空ポンプ６８が設けられている。

【００６６】また、カソード３０には、皿３３が載置さ
れ、この皿３３には、成膜材料３４を入れる仕組みにな
っており、成膜材料３４がスパッタリングされることに
よって、基板２９上に薄膜が形成される構成となってい
る。さらに、基板２９と、カソード３０との間にシャッ
ター３５が真空槽３６の下部より設置しており、成膜材
料３４の上端とシャッター３５との距離は４０ｍｍとし
ている。このシャッター３５の開閉によって任意に膜厚
を制御できるようになっている。

【００６７】実施の形態１と同様の手順で基板３７をセ
ットし、排気、成膜を行い、基板３７上にプレスパッタ
リング時間１分、成膜時間７６秒で１３０ｎｍのＭｇＦ
2 膜を得て、比較例１とする。

【００６８】上記基板３７を取り出し、得られた膜の分
光反射率及び透過率から、吸収率を求めた結果を図１７
に示す。４００乃至７００ｎｍにおいて、０．８％以
上、４００乃至６５０ｎｍにおいては１％以上を示し
た。図１８に、成膜開始から成膜終了までの時間に対す
る成膜レートを示す。成膜直後およそ１．５ｎｍ／秒で
あったのが、徐々に速くなり、２５秒以降になって略
２．２８ｎｍ／秒と、成膜開始後から成膜終了まで不安
定な成膜レートを示した。

【００６９】得られた膜にセロハンテープを貼り付けた
後、９０°方向に強く引き剥がすといういわゆるテープ
剥離試験を実施した結果、剥離は生じなかった。また、
アルコールにより湿らせたレンズクリーニング用ペーパ
ーで強くこすった後、膜表面を肉眼にて観察するいわゆ
る耐擦傷性試験を実施したところ膜剥離が生じた。

【００７０】以上説明した本発明によれば、以下の構成
を付記できる。（１）ターゲット材料に０．１〜１０ｍｍの粒径をなす
顆粒のフッ化マグネシウムを用いたスパッタリング装置
において、ターゲットと基板の間に、ターゲットより５
０ｍｍ以上離れた位置に基板へのターゲット材料の到達
を遮るシャッタを設置することを特徴とするスパッタリ
ング装置。

【００７１】付記１の構成において、ターゲットとなる
膜材料上に発生するプラズマの発生する範囲は、膜材料
をスパッタリングするガスの導入圧、供給電力等の成膜
条件、及びターゲット下の磁力により決定されるが、タ
ーゲット上部からの距離は５０ｍｍ以下でプラズマが発
生する。プラズマの範囲外に膜材料の基板到達を左右す
るシャッタをこの膜材料より５０ｍｍ以上の距離を隔て
て設置することにより、膜材料をスパッタリングしてい
る正イオンはシャッタに衝突することがなく、成膜中の
ターゲット上のプラズマはシャッタの開閉に拘わらず均
衡を保つことができる。

【００７２】尚、膜材料の顆粒の粒径は、０．１乃至１
０ｍｍであれば、光吸収のないフッ化マグネシウム膜を
高速で形成できる。１０ｍｍを越えると、膜材料内に空
間ができることから、断熱効果が高く、プラズマにさら
される面積が大きくなる反面、レートが安定しない。
０．１ｍｍ未満であると、スパッタリングの際、真空槽
内で舞い上がり、コート面の汚染の原因となる。好まし
くは７０ｍｍ以上の距離を取って設置することにより、
膜材料をスパッタリングしている正イオンは完全にシャ
ッタに衝突することがなく、成膜中のターゲット上のプ
ラズマはシャッタの開閉に拘わらず均衡を保つことがで
きる。

【００７３】Ｖｄｃモニタ、シングルプローブ法、分光
計により、ターゲット周辺をモニタすると、５０ｍｍ以
下の距離ではプラズマの特性、すなわち、高周波の状態
（Ｖｄｃモニタによる）、プラズマのイオン密度（シン
グルプローブ法による）、及びプラズマの発光強度（分
光計による）が、シャッタ開閉前後で大きく変化するた
め、得られる膜に光吸収あるいは膜の密度性の低下が生
ずる。

【００７４】（２）ターゲット材料に０．１〜１０ｍｍ
の粒径をなす顆粒のフッ化マグネシウムを用いたスパッ
タリング装置において、ターゲットと基板の間に、基板
へのターゲット材料の到達を遮るものを持たず、基板と
ターゲットの距離が５０ｍｍ以上であることを特徴とす
るスパッタリング装置。

【００７５】（３）ターゲット材料に０．１〜１０ｍｍ
の粒径をなす顆粒のフッ化マグネシウムを用いたスパッ
タリング装置の成膜室のターゲットと基板の間に、ター
ゲットより基板へのターゲット材料の到達を遮るものを
持たず、基板とターゲット材料の距離が５０ｍｍ以上で
ある装置を使用し、膜厚を制御することを特徴とするス
パッタリング方法。

【００７６】（４）成膜室を基板が通過する時間を制御
することにより膜厚を制御することを特徴とする付記３
記載のスパッタリング方法。

【００７７】（５）成膜を開始した後、膜厚が所望の値
に達した後プラズマを消すことを特徴とする付記３記載
のスパッタリング方法。

【００７８】（付記２乃至５記載の構成の作用）シャッ
タを設けないことで、膜原料をスパッタリングしている
正イオンはシャッタに衝突することがなく、成膜中のタ
ーゲット上のプラズマはシャッタの開閉に拘わらず均衡
を保つ。膜厚の制御は、所望の膜厚に達したとき、プラ
ズマを消すことや、成膜室の基板の移動については基板
の成膜室内の移動速度を制御し、成膜室を通過する時間
を制御するという成膜手法を採ることにより行う。安定
した成膜レートのもとで、一定の移動速度で基板を送る
ことにより安定した膜厚でフッ化マグネシウムの膜が得
られる。尚、膜原料の顆粒の粒径は、１０ｍｍ以下であ
れば問題ない。

【００７９】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、以下の効
果を奏する。請求項１記載の発明によれば、成膜中のタ
ーゲット材料上のプラズマは遮蔽手段の開閉に拘わらず
均衡を保つことができ、これにより、連続して成膜する
薄膜の膜厚や膜品質のばらつきを低減できるスパッタリ
ング装置を提供することができる。

【００８０】請求項２記載の発明によれば、ターゲット
材料上のプラズマは均衡を保つことができ、連続して成
膜する薄膜の膜厚や膜品質のばらつきを低減できるスパ
ッタリング装置を提供することができる。

【００８１】請求項３記載の発明によれば、光吸収のな
いフッ化マグネシウムの薄膜を基板上に形成できるスパ
ッタリング装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１のスパッタリング装置の
概略側面図である。

【図２】本発明の実施の形態１のスパッタリング装置の
概略平面図である。

【図３】本実施の形態１により得られる膜の分光反射率
−波長特性を示す図である。

【図４】本実施の形態１により得られる膜の吸収率−波
長特性を示す図である。

【図５】本実施の形態１における成膜レートを示す特性
図である。

【図６】本発明の実施の形態２のスパッタリング装置の
概略側面図である。

【図７】本実施の形態２により得られる膜の分光反射率
−波長特性を示す図である。

【図８】本実施の形態２により得られる膜の吸収率−波
長特性を示す図である。

【図９】本実施の形態２における成膜レートを示す特性
図である。

【図１０】本発明の実施の形態６のスパッタリング装置
の概略側面図である。

【図１１】本発明の実施の形態６のスパッタリング装置
のヤトイを示す平面図である。

【図１２】本発明の実施の形態６のスパッタリング装置
の搬送部分を進行方向後方から見た図である。

【図１３】本実施の形態６により得られる膜の分光反射
率−波長特性を示す図である。

【図１４】本実施の形態６により得られる膜の吸収率−
波長特性を示す図である。

【図１５】本実施の形態６における成膜レートを示す特
性図である。

【図１６】本発明における比較例のスパッタリング装置
の概略側面図である。

【図１７】本発明における比較例の膜の吸収率−波長特
性を示す図である。

【図１８】本発明における比較例の膜の成膜レートを示
す特性図である。

【符号の説明】

１真空槽２基板３カソード４電源５ガス導入口６シャッタ７皿８成膜材料９カソード１０電源１１ガス導入口１２搬送アーム１３真空槽１４基板１５皿１６成膜材料１７予備室１８成膜室１９基板２０レール２３カソード２７ヤトイ２８モータ２９ヤトイ３９ゲートバルブ４０高真空ポンプ４１荒引きポンプ７２予備室７３排出室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者池田浩東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者渡邊正東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者浦田憲和東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者生水利明東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】顆粒状のターゲット材料をプラズマ中の
イオンでスパッタリングして得られたスパッタリング粒
子を、基板上に積層して薄膜を形成するスパッタリング
装置において、上記基板と対向させて配置した上記ターゲット材料の収
納手段と、上記基板と上記収納手段との間であって上記収納手段か
ら少なくとも５０ｍｍ以上離れた位置に配置され、上記
ターゲット材料の上記基板への到達を所望のタイミング
で遮蔽する遮蔽手段と、を有することを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】顆粒状のターゲット材料をプラズマ中の
イオンでスパッタリングして、得られたスパッタリング
粒子を基板上に積層して薄膜を形成するスパッタリング
装置において、上記ターゲット材料を収納可能な減圧室と、この減圧室の減圧状態を維持しつつ、上記基板を上記減
圧室内に出し入れする搬送手段と、上記減圧室内において上記基板が上記ターゲット材料に
対峙する時間が一定になるように上記搬送手段を制御す
る制御手段とを有し、上記減圧室内における上記基板の上記ターゲット材料か
らの距離を少なくとも５０ｍｍ以上に設定したことを特
徴とするスパッタリング装置。
【請求項３】上記ターゲット材料は、フッ化マグネシ
ウムであることを特徴とする請求項１又は２記載のスパ
ッタリング装置。