JPH11279757A - 複合金属の化合物薄膜形成方法及びその薄膜形成装置 - Google Patents
複合金属の化合物薄膜形成方法及びその薄膜形成装置Info
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- JPH11279757A JPH11279757A JP10098246A JP9824698A JPH11279757A JP H11279757 A JPH11279757 A JP H11279757A JP 10098246 A JP10098246 A JP 10098246A JP 9824698 A JP9824698 A JP 9824698A JP H11279757 A JPH11279757 A JP H11279757A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明の目的は、光学薄膜を形成する
とき、屈折率を任意に制御可能で超薄膜に対して酸化・
窒化・弗化等の反応を行いながら成膜することが可能で
あり、光学特性や力学特性等が安定した金属化合物薄膜
を、基板温度を高くすることなく、かつ高速に形成する
ことのできる複合金属の化合物薄膜形成方法及びその装
置を提供する。 【解決手段】 複合金属化合物の薄膜形成方法は、そ
れぞれに独立した少なくとも二種以上の異種金属からな
る各ターゲット２９，４９をスパッタリングして、基板
上へ、複合金属ないし複合金属の不完全反応物からなる
超薄膜を形成する工程と、この形成された超薄膜に電気
的に中性な反応性ガスの活性種を照射し、上記超薄膜と
反応性ガスの活性種とを反応させて複合金属の化合物に
変換する工程と、これら超薄膜を形成する工程と複合金
属の化合物に変換する工程を順次繰返し、所望の膜厚の
複合金属の化合物薄膜を基板に形成する。
とき、屈折率を任意に制御可能で超薄膜に対して酸化・
窒化・弗化等の反応を行いながら成膜することが可能で
あり、光学特性や力学特性等が安定した金属化合物薄膜
を、基板温度を高くすることなく、かつ高速に形成する
ことのできる複合金属の化合物薄膜形成方法及びその装
置を提供する。 【解決手段】 複合金属化合物の薄膜形成方法は、そ
れぞれに独立した少なくとも二種以上の異種金属からな
る各ターゲット２９，４９をスパッタリングして、基板
上へ、複合金属ないし複合金属の不完全反応物からなる
超薄膜を形成する工程と、この形成された超薄膜に電気
的に中性な反応性ガスの活性種を照射し、上記超薄膜と
反応性ガスの活性種とを反応させて複合金属の化合物に
変換する工程と、これら超薄膜を形成する工程と複合金
属の化合物に変換する工程を順次繰返し、所望の膜厚の
複合金属の化合物薄膜を基板に形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複合金属の化合物
薄膜形成方法及びその薄膜形成装置に係り、特にスパッ
タリングで基板に安定しかつ高速で金属化合物薄膜を形
成する複合金属の化合物薄膜形成方法及びそれに使用さ
れる複合金属化合物の薄膜形成装置に関するものであ
る。
薄膜形成方法及びその薄膜形成装置に係り、特にスパッ
タリングで基板に安定しかつ高速で金属化合物薄膜を形
成する複合金属の化合物薄膜形成方法及びそれに使用さ
れる複合金属化合物の薄膜形成装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来から、光学薄膜を利用する様々な製
品群において、既存の蒸着材料を使用するだけでは、そ
の製品群の要求する性能を十分満足することは非常に困
難であった。つまりある製品群に対して要求された光学
分光特性を設計するために、自然界の中の限られた物質
で光学薄膜を設計するのが非常に難しいという問題があ
った。
品群において、既存の蒸着材料を使用するだけでは、そ
の製品群の要求する性能を十分満足することは非常に困
難であった。つまりある製品群に対して要求された光学
分光特性を設計するために、自然界の中の限られた物質
で光学薄膜を設計するのが非常に難しいという問題があ
った。
【０００３】例えば、ワイドバンド反射防止膜を構成す
るためには、自然界の中にほとんど存在しない中間屈折
率（１．４６〜２．２０の間）を有する材料が必要であ
る。
るためには、自然界の中にほとんど存在しない中間屈折
率（１．４６〜２．２０の間）を有する材料が必要であ
る。
【０００４】つまり、ガラスを例にすると、ガラスの反
射率を可視光領域全般で低い反射率にするためには、一
般的に、１．４６〜２．２０の範囲の中間屈折率と称さ
れる屈折率を有する蒸着材料が必要とされる。この中間
屈折率を有する材料は種類が限られており、また任意に
屈折率を選択することはできないという問題がある。そ
のため代替技術として、上記中間屈折率を得るために、
以下の技術が知られている。
射率を可視光領域全般で低い反射率にするためには、一
般的に、１．４６〜２．２０の範囲の中間屈折率と称さ
れる屈折率を有する蒸着材料が必要とされる。この中間
屈折率を有する材料は種類が限られており、また任意に
屈折率を選択することはできないという問題がある。そ
のため代替技術として、上記中間屈折率を得るために、
以下の技術が知られている。
【０００５】すなわち、低屈折材料｛例えばＳｉＯ2
（屈折率：１．４６）｝と高屈折材料｛例えばＴｉＯ2
（屈折率２．３５）｝を、それぞれ別の蒸発源から同時
に蒸発させ、その混合比によって中間屈折率（１．４６
〜２．４０）を得る技術、低屈折材料と高屈折材料を
混合し１つの蒸発源から同時に蒸発させ、その混合比に
よって中間屈折率を得る技術、低屈折材料と高屈折材
料の組み合わせにより等価的に中間屈折率を得る等価膜
技術、スパッタリングにおいて複合ターゲット材料を
用いる技術、等である。
（屈折率：１．４６）｝と高屈折材料｛例えばＴｉＯ2
（屈折率２．３５）｝を、それぞれ別の蒸発源から同時
に蒸発させ、その混合比によって中間屈折率（１．４６
〜２．４０）を得る技術、低屈折材料と高屈折材料を
混合し１つの蒸発源から同時に蒸発させ、その混合比に
よって中間屈折率を得る技術、低屈折材料と高屈折材
料の組み合わせにより等価的に中間屈折率を得る等価膜
技術、スパッタリングにおいて複合ターゲット材料を
用いる技術、等である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記の各技術を
実現するには、次で述べるような不都合がある。すなわ
ち、前記した低屈折材料｛例えばＳｉＯ2（屈折率：
１．４６）｝と高屈折材料｛例えばＴｉＯ2（屈折率
２．３５）｝を、それぞれ別の蒸発源から同時に蒸発さ
せ、その混合比によって中間屈折率（１．４６〜２．４
０）を得る技術では、２つの蒸発源の成膜速度を同時に
制御し、安定的に成膜することが困難であり、再現性を
良くして任意の屈折率を得ることが困難という不都合が
ある。
実現するには、次で述べるような不都合がある。すなわ
ち、前記した低屈折材料｛例えばＳｉＯ2（屈折率：
１．４６）｝と高屈折材料｛例えばＴｉＯ2（屈折率
２．３５）｝を、それぞれ別の蒸発源から同時に蒸発さ
せ、その混合比によって中間屈折率（１．４６〜２．４
０）を得る技術では、２つの蒸発源の成膜速度を同時に
制御し、安定的に成膜することが困難であり、再現性を
良くして任意の屈折率を得ることが困難という不都合が
ある。
【０００７】また、低屈折材料と高屈折材料を混合し１
つの蒸発源から同時に蒸発させ、その混合比によって中
間屈折率を得る技術においては、一般的に低屈折材料と
高屈折材料の融点・蒸気圧の違いにより長い間蒸発させ
ると屈折率が変化してしまい所望の屈折率を安定して得
ることが困難という不都合がある。
つの蒸発源から同時に蒸発させ、その混合比によって中
間屈折率を得る技術においては、一般的に低屈折材料と
高屈折材料の融点・蒸気圧の違いにより長い間蒸発させ
ると屈折率が変化してしまい所望の屈折率を安定して得
ることが困難という不都合がある。
【０００８】さらに、低屈折材料と高屈折材料の組み合
わせによる等価膜により中間屈折率を得る技術は、屈折
率によりごく薄い層が必要となり、膜厚制御が困難であ
り、その上、制御が複雑になるという不都合がある。
わせによる等価膜により中間屈折率を得る技術は、屈折
率によりごく薄い層が必要となり、膜厚制御が困難であ
り、その上、制御が複雑になるという不都合がある。
【０００９】以上のように、従来技術では、高く且つ安
定性のある蒸着レート、広い屈折率変化範囲、簡単な制
御システムを同時に満足することができないという不都
合があった。
定性のある蒸着レート、広い屈折率変化範囲、簡単な制
御システムを同時に満足することができないという不都
合があった。
【００１０】本発明は、上記従来技術の不都合を解決す
るためになされたもので、本発明の目的は、光学薄膜を
形成するとき、屈折率を任意に制御可能で超薄膜に対し
て酸化・窒化・弗化等の反応を行いながら成膜すること
が可能であり、光学特性や力学特性等が安定した金属化
合物薄膜を、基板温度を高くすることなく、かつ高速に
形成することのできる複合金属の化合物薄膜形成方法及
びその装置の提供にある。
るためになされたもので、本発明の目的は、光学薄膜を
形成するとき、屈折率を任意に制御可能で超薄膜に対し
て酸化・窒化・弗化等の反応を行いながら成膜すること
が可能であり、光学特性や力学特性等が安定した金属化
合物薄膜を、基板温度を高くすることなく、かつ高速に
形成することのできる複合金属の化合物薄膜形成方法及
びその装置の提供にある。
【００１１】本発明の他の目的は、広い屈折率変化範囲
を簡単な制御システムで得ることが可能な複合金属の化
合物薄膜形成方法及びその装置の提供にある。
を簡単な制御システムで得ることが可能な複合金属の化
合物薄膜形成方法及びその装置の提供にある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題は特許請求の範
囲に記載された技術的手段において解決される。なお、
本明細書において、「超薄膜」とは、超薄膜が複数回堆
積されて最終的な薄膜となることから、この最終的な薄
膜との混同を防止するために用いた用語であり、最終的
な薄膜よりも十分に薄いという意味である。また「活性
種」とはラジカル、励起状態のラジカル、原子、分子な
どをいい、「ラジカル」とは、遊離基（ｒａｔｉｃａ
ｌ）であり、一個以上の不対電子を有する原子又は分子
であり、「励起状態（ｅｘｃｉｔｅ ｓｔａｔｅ）」と
は、エネルギーの最も低い安定な基底状態に対して、そ
れよりもエネルギーの高い状態をいうものである。
囲に記載された技術的手段において解決される。なお、
本明細書において、「超薄膜」とは、超薄膜が複数回堆
積されて最終的な薄膜となることから、この最終的な薄
膜との混同を防止するために用いた用語であり、最終的
な薄膜よりも十分に薄いという意味である。また「活性
種」とはラジカル、励起状態のラジカル、原子、分子な
どをいい、「ラジカル」とは、遊離基（ｒａｔｉｃａ
ｌ）であり、一個以上の不対電子を有する原子又は分子
であり、「励起状態（ｅｘｃｉｔｅ ｓｔａｔｅ）」と
は、エネルギーの最も低い安定な基底状態に対して、そ
れよりもエネルギーの高い状態をいうものである。
【００１３】上記課題は、請求項１の発明である複合金
属化合物の薄膜形成方法によれば、それぞれに独立した
少なくとも二種以上の異種金属からなる各ターゲットを
スパッタリングして、基板上へ、複合金属ないし複合金
属の不完全反応物からなる超薄膜を形成する工程と、該
形成された超薄膜に電気的に中性な反応性ガスの活性種
を照射し、上記超薄膜と反応性ガスの活性種とを反応さ
せて複合金属の化合物に変換する工程と、これら超薄膜
を形成する工程と複合金属の化合物に変換する工程を順
次繰返し、所望の膜厚の複合金属の化合物薄膜を基板に
形成すること、によって解決される。
属化合物の薄膜形成方法によれば、それぞれに独立した
少なくとも二種以上の異種金属からなる各ターゲットを
スパッタリングして、基板上へ、複合金属ないし複合金
属の不完全反応物からなる超薄膜を形成する工程と、該
形成された超薄膜に電気的に中性な反応性ガスの活性種
を照射し、上記超薄膜と反応性ガスの活性種とを反応さ
せて複合金属の化合物に変換する工程と、これら超薄膜
を形成する工程と複合金属の化合物に変換する工程を順
次繰返し、所望の膜厚の複合金属の化合物薄膜を基板に
形成すること、によって解決される。
【００１４】また上記課題は、請求項５の発明である複
合金属化合物の薄膜形成装置によれば、動作ガスを導入
し、それぞれに独立した少なくとも二種以上の異種金属
からなる各ターゲットをスパッタリングして、基板上
に、金属ないし金属の不完全反応物からなる超薄膜を形
成する工程を行う成膜プロセス室と、該成膜プロセス室
で形成された超薄膜に電気的に中性な反応性ガスの活性
種を照射し、前記超薄膜と反応性ガスの活性種とを反応
せしめ金属化合物に変換する工程を行う反応プロセス室
と、該反応プロセス室と前記成膜プロセス室とを遮蔽板
によって空間的、圧力的に分離する分離手段と、を備
え、前記分離手段により前記成膜プロセス室の動作ガス
に前記反応性ガスが混合されることを防止して、安定な
成膜プロセスと反応プロセスを逐次的に繰返し、所望膜
厚の複合金属の化合物薄膜を基板に形成すること、によ
って解決される。
合金属化合物の薄膜形成装置によれば、動作ガスを導入
し、それぞれに独立した少なくとも二種以上の異種金属
からなる各ターゲットをスパッタリングして、基板上
に、金属ないし金属の不完全反応物からなる超薄膜を形
成する工程を行う成膜プロセス室と、該成膜プロセス室
で形成された超薄膜に電気的に中性な反応性ガスの活性
種を照射し、前記超薄膜と反応性ガスの活性種とを反応
せしめ金属化合物に変換する工程を行う反応プロセス室
と、該反応プロセス室と前記成膜プロセス室とを遮蔽板
によって空間的、圧力的に分離する分離手段と、を備
え、前記分離手段により前記成膜プロセス室の動作ガス
に前記反応性ガスが混合されることを防止して、安定な
成膜プロセスと反応プロセスを逐次的に繰返し、所望膜
厚の複合金属の化合物薄膜を基板に形成すること、によ
って解決される。
【００１５】さらに上記課題は、請求項１２の発明であ
る複合金属化合物の薄膜形成方法によれば、それぞれに
独立した少なくとも二種以上の異種金属からなる各ター
ゲットをスパッタリングして、基板上へ、複合金属ない
し複合金属の不完全反応物からなる超薄膜を形成する工
程と、該形成された超薄膜に電気的に中性な反応性ガス
の活性種を照射し、上記超薄膜と反応性ガスの活性種と
を反応させて複合金属の化合物に変換する工程と、これ
ら超薄膜を形成する工程と複合金属の化合物に変換する
工程を順次繰返し、所望の膜厚の複合金属の化合物薄膜
を基板に形成し、前記複合金属の化合物薄膜を構成する
それぞれの金属の単独の化合物が本来有する光学的な屈
折率の範囲内で、任意の屈折率を得ること、により解決
される。
る複合金属化合物の薄膜形成方法によれば、それぞれに
独立した少なくとも二種以上の異種金属からなる各ター
ゲットをスパッタリングして、基板上へ、複合金属ない
し複合金属の不完全反応物からなる超薄膜を形成する工
程と、該形成された超薄膜に電気的に中性な反応性ガス
の活性種を照射し、上記超薄膜と反応性ガスの活性種と
を反応させて複合金属の化合物に変換する工程と、これ
ら超薄膜を形成する工程と複合金属の化合物に変換する
工程を順次繰返し、所望の膜厚の複合金属の化合物薄膜
を基板に形成し、前記複合金属の化合物薄膜を構成する
それぞれの金属の単独の化合物が本来有する光学的な屈
折率の範囲内で、任意の屈折率を得ること、により解決
される。
【００１６】また上記課題は、請求項１６の複合金属化
合物の薄膜形成装置によれば、それぞれが独立に遮蔽板
により囲まれた少なくとも２個のスパッタリングによる
成膜プロセス室と、反応性ガスの活性種を発生させるラ
ジカル源を備えた反応プロセス室と、前記成膜プロセス
室を遮蔽する遮蔽手段と、前記反応プロセス室を遮蔽す
る遮蔽手段と、薄膜が形成される基板と、前記成膜プロ
セス室に対応したスパッタリング薄膜を形成する薄膜形
成部及び前記反応プロセス室に対応したラジカル源によ
る反応性ガスのラジカル曝露部との間に、前記基板を順
次繰返して搬送する搬送手段と、を備え、前記基板に所
望膜厚の複合金属の化合物薄膜を形成し、前記複合金属
の化合物薄膜を構成するそれぞれの金属の単独の化合物
が本来有する光学的な屈折率の範囲内で、任意の屈折率
を得る構成にすること、により解決される。
合物の薄膜形成装置によれば、それぞれが独立に遮蔽板
により囲まれた少なくとも２個のスパッタリングによる
成膜プロセス室と、反応性ガスの活性種を発生させるラ
ジカル源を備えた反応プロセス室と、前記成膜プロセス
室を遮蔽する遮蔽手段と、前記反応プロセス室を遮蔽す
る遮蔽手段と、薄膜が形成される基板と、前記成膜プロ
セス室に対応したスパッタリング薄膜を形成する薄膜形
成部及び前記反応プロセス室に対応したラジカル源によ
る反応性ガスのラジカル曝露部との間に、前記基板を順
次繰返して搬送する搬送手段と、を備え、前記基板に所
望膜厚の複合金属の化合物薄膜を形成し、前記複合金属
の化合物薄膜を構成するそれぞれの金属の単独の化合物
が本来有する光学的な屈折率の範囲内で、任意の屈折率
を得る構成にすること、により解決される。
【００１７】このとき、前記基板は電気的に絶縁された
基板ホルダーで保持されて、基板上での異常放電を防止
するように構成すると好適である。
基板ホルダーで保持されて、基板上での異常放電を防止
するように構成すると好適である。
【００１８】上記課題は、請求項２４の発明である複合
金属化合物の薄膜形成方法によれば、それぞれに独立し
た少なくとも二種以上の異種金属をスパッタリングし
て、基板上へ、複合金属ないし複合金属の不完全反応物
からなる超薄膜を形成する工程と、該形成された超薄膜
に電気的に中性な反応性ガスの活性種を照射し、上記超
薄膜と反応性ガスの活性種とを反応させて複合金属の化
合物に変換する工程と、これら超薄膜を形成する工程と
複合金属の化合物に変換する工程を順次繰返し、所望の
膜厚の複合金属の化合物薄膜を基板に形成し、前記複合
金属の化合物薄膜を構成するそれぞれの金属の単独の化
合物が本来有する光学的な屈折率の範囲内で、薄膜の厚
み方向に連続的に屈折率を変化させることにより、任意
の光学特性を得るように構成すること、により解決され
る。
金属化合物の薄膜形成方法によれば、それぞれに独立し
た少なくとも二種以上の異種金属をスパッタリングし
て、基板上へ、複合金属ないし複合金属の不完全反応物
からなる超薄膜を形成する工程と、該形成された超薄膜
に電気的に中性な反応性ガスの活性種を照射し、上記超
薄膜と反応性ガスの活性種とを反応させて複合金属の化
合物に変換する工程と、これら超薄膜を形成する工程と
複合金属の化合物に変換する工程を順次繰返し、所望の
膜厚の複合金属の化合物薄膜を基板に形成し、前記複合
金属の化合物薄膜を構成するそれぞれの金属の単独の化
合物が本来有する光学的な屈折率の範囲内で、薄膜の厚
み方向に連続的に屈折率を変化させることにより、任意
の光学特性を得るように構成すること、により解決され
る。
【００１９】このとき、前記した各発明の構成におい
て、活性種は、高周波コイルを巻回した石英管からなる
高周波放電室６３と、マッチングボックスを介して前記
高周波コイルに印加される高周波電源６９と、前記高周
波放電室６３にマスフローを介して反応性ガスを導入さ
せる反応ガス供給手段と、前記高周波放電室内に２０〜
３００ガウス（Gauss）の磁場を形成するために配置さ
れる外部コイル或いは内部コイルと、前記高周波放電室
と前記反応プロセス室の間に配設されたマルチ・アパー
チャ・グリッド或いはマルチ・スリット・グリッドによ
り、生成されるように構成することができる。
て、活性種は、高周波コイルを巻回した石英管からなる
高周波放電室６３と、マッチングボックスを介して前記
高周波コイルに印加される高周波電源６９と、前記高周
波放電室６３にマスフローを介して反応性ガスを導入さ
せる反応ガス供給手段と、前記高周波放電室内に２０〜
３００ガウス（Gauss）の磁場を形成するために配置さ
れる外部コイル或いは内部コイルと、前記高周波放電室
と前記反応プロセス室の間に配設されたマルチ・アパー
チャ・グリッド或いはマルチ・スリット・グリッドによ
り、生成されるように構成することができる。
【００２０】前記した各発明の構成において、前記電気
的に中性な反応性ガスの活性種は、ラジカル（遊離基：
一個以上の不対電子を有する原子または分子、あるいは
励起状態にある原子あるいは分子）であることが好まし
い。スパッタリングはマグネトロンスパッタリングであ
ると、好適である。
的に中性な反応性ガスの活性種は、ラジカル（遊離基：
一個以上の不対電子を有する原子または分子、あるいは
励起状態にある原子あるいは分子）であることが好まし
い。スパッタリングはマグネトロンスパッタリングであ
ると、好適である。
【００２１】また同様に、前記各発明の構成において、
前記各ターゲットの負電位をそれぞれ１〜２００ｋＨｚ
の間隔で、＋５０〜＋２００Ｖの範囲で正電位に反転さ
せ、前記各ターゲットの表面部分、特に非エロージョン
部分に形成された化合物に蓄積するプラスに帯電した電
荷をプラズマ中の電子で中和するように構成すると好適
である。
前記各ターゲットの負電位をそれぞれ１〜２００ｋＨｚ
の間隔で、＋５０〜＋２００Ｖの範囲で正電位に反転さ
せ、前記各ターゲットの表面部分、特に非エロージョン
部分に形成された化合物に蓄積するプラスに帯電した電
荷をプラズマ中の電子で中和するように構成すると好適
である。
【００２２】前記したマルチ・アパーチャ・グリッド
は、金属あるいは絶縁物に約Φ０．１〜３ｍｍの穴が多
数明けて構成し、さらに冷却がなされていると好適であ
る。
は、金属あるいは絶縁物に約Φ０．１〜３ｍｍの穴が多
数明けて構成し、さらに冷却がなされていると好適であ
る。
【００２３】前記したマルチ・スリット・グリッドは、
金属あるいは絶縁物に幅０．１〜１ｍｍのスリットが多
数明けて構成し、さらに冷却がなされていると好適であ
る。
金属あるいは絶縁物に幅０．１〜１ｍｍのスリットが多
数明けて構成し、さらに冷却がなされていると好適であ
る。
【００２４】
【発明の実施の形態】（実施の形態１）本形態の複合金
属化合物の薄膜形成方法は、化合物薄膜を基板上に形成
するときに、先ず、それぞれに独立した少なくとも二種
以上の異種金属からなる各ターゲット２９，４９をスパ
ッタリングして、基板上へ、複合金属ないし複合金属の
不完全反応物からなる超薄膜を形成する。本例では２つ
の金属（ＳｉとＴａ）を用いて、別個のターゲット２
９，４９としている。
属化合物の薄膜形成方法は、化合物薄膜を基板上に形成
するときに、先ず、それぞれに独立した少なくとも二種
以上の異種金属からなる各ターゲット２９，４９をスパ
ッタリングして、基板上へ、複合金属ないし複合金属の
不完全反応物からなる超薄膜を形成する。本例では２つ
の金属（ＳｉとＴａ）を用いて、別個のターゲット２
９，４９としている。
【００２５】次に、上記のようにスパッタリングして基
板上に形成された超薄膜に電気的に中性な反応性ガスの
活性種、例えば酸素ガスの活性種を照射し、超薄膜（本
例ではＳｉ＋Ｔａ）と反応性ガスの活性種（酸素）とを
反応させて複合金属の化合物（ＳｉＯ2とＴａ2Ｏ2）に
変換する。そして、上記超薄膜の形成と、この超薄膜を
複合金属の化合物に変換することを順次繰返し、基板上
に所望膜厚の複合金属の化合物薄膜を形成するものであ
る。
板上に形成された超薄膜に電気的に中性な反応性ガスの
活性種、例えば酸素ガスの活性種を照射し、超薄膜（本
例ではＳｉ＋Ｔａ）と反応性ガスの活性種（酸素）とを
反応させて複合金属の化合物（ＳｉＯ2とＴａ2Ｏ2）に
変換する。そして、上記超薄膜の形成と、この超薄膜を
複合金属の化合物に変換することを順次繰返し、基板上
に所望膜厚の複合金属の化合物薄膜を形成するものであ
る。
【００２６】上記のように活性種を用いるのは、複合金
属あるいは複合金属の不完全化合物から複合金属の化合
物を得る反応性の成膜工程において、イオン、電子等の
荷電粒子よりも、活性種たとえばラジカル、励起種等の
化学的に活性であり、かつ電気的に中性な粒子が、化学
反応において、決定的に重要であるためである。
属あるいは複合金属の不完全化合物から複合金属の化合
物を得る反応性の成膜工程において、イオン、電子等の
荷電粒子よりも、活性種たとえばラジカル、励起種等の
化学的に活性であり、かつ電気的に中性な粒子が、化学
反応において、決定的に重要であるためである。
【００２７】活性種の発生源としては、高密度のプラズ
マを高周波電源６９に接続された外部あるいは内部コイ
ルを具えた誘導結合型、あるいは容量結合型プラズマ
源、あるいはヘリコン波プラズマ源を用いることにより
発生させる。この時高密度プラズマを得るために、プラ
ズマ発生部に２０〜３００ガウスの磁場を形成する。
マを高周波電源６９に接続された外部あるいは内部コイ
ルを具えた誘導結合型、あるいは容量結合型プラズマ
源、あるいはヘリコン波プラズマ源を用いることにより
発生させる。この時高密度プラズマを得るために、プラ
ズマ発生部に２０〜３００ガウスの磁場を形成する。
【００２８】このとき、各ターゲット２９，４９の電位
（通常負電位）をそれぞれ１〜２００ｋＨｚの間隔で、
＋５０〜＋２００Ｖの範囲で正電位に反転させ、前記各
ターゲット２９，４９の表面部分、特に非エロージョン
部分に形成された化合物に蓄積するプラスに帯電した電
荷をプラズマ中の電子で中和する。これにより、ターゲ
ット２９，４９の表面にある負電位にプラスに帯電して
いる状態を、一時的に正電位にすることで中和させて、
ターゲット２９，４９の電位を正常に保つことが可能と
なる。
（通常負電位）をそれぞれ１〜２００ｋＨｚの間隔で、
＋５０〜＋２００Ｖの範囲で正電位に反転させ、前記各
ターゲット２９，４９の表面部分、特に非エロージョン
部分に形成された化合物に蓄積するプラスに帯電した電
荷をプラズマ中の電子で中和する。これにより、ターゲ
ット２９，４９の表面にある負電位にプラスに帯電して
いる状態を、一時的に正電位にすることで中和させて、
ターゲット２９，４９の電位を正常に保つことが可能と
なる。
【００２９】また、ＴａxＳｉyＯz膜の屈折率、収吸、
不均質性の光学特性と電力の関係については、図４乃至
図６で示されるような関係が明らかである。なお、図に
おいて、光学定数の計算は、単局膜の分光特性のデータ
ーによって計算したものである。そして、図４で示すよ
うに、両ガイドに印加する電力比例によってＴａxＳｉy
Ｏz膜の屈折率が変化する。
不均質性の光学特性と電力の関係については、図４乃至
図６で示されるような関係が明らかである。なお、図に
おいて、光学定数の計算は、単局膜の分光特性のデータ
ーによって計算したものである。そして、図４で示すよ
うに、両ガイドに印加する電力比例によってＴａxＳｉy
Ｏz膜の屈折率が変化する。
【００３０】この図から、ＳｉカソードとＴａカソード
の印加電力比例の上昇に伴い、屈折率が減少することが
判明する。蒸着のレートは４０ｎｍ／ｍｉｎで固定され
たため、屈折率と印加電力比例の関係が成立する。この
結果から５５０ｎｍ波長上の最小及び最大屈折率は１．
４６３と２．１８２である。印加電力の比例を増加する
と膜の５５０ｎｍ波長上の屈折率は１．４６３から２．
１８２に変化できる。この屈折率は２．１８２から１．
４６３にも変化可能である。
の印加電力比例の上昇に伴い、屈折率が減少することが
判明する。蒸着のレートは４０ｎｍ／ｍｉｎで固定され
たため、屈折率と印加電力比例の関係が成立する。この
結果から５５０ｎｍ波長上の最小及び最大屈折率は１．
４６３と２．１８２である。印加電力の比例を増加する
と膜の５５０ｎｍ波長上の屈折率は１．４６３から２．
１８２に変化できる。この屈折率は２．１８２から１．
４６３にも変化可能である。
【００３１】このようにして、所望膜厚の複合金属の化
合物薄膜を基板に形成するが、スパッタリングのとき
に、例えばマグネトロン・スパッタリングで２個の金属
をそれぞれスパッタリングする場合、マグネトロン・ス
パッタリング・ターゲットの電力制御を適切に制御する
ことにより、各金属の化合物の本来持つ屈折率｛例えば
Ｓｉの場合、ＳｉＯ2（屈折率：１．４６）、Ｔａの場
合、Ｔａ2Ｏ2（屈折率：２．２５）｝の範囲内（１．４
６〜２．２５）で任意の屈折率を得ることができる。
合物薄膜を基板に形成するが、スパッタリングのとき
に、例えばマグネトロン・スパッタリングで２個の金属
をそれぞれスパッタリングする場合、マグネトロン・ス
パッタリング・ターゲットの電力制御を適切に制御する
ことにより、各金属の化合物の本来持つ屈折率｛例えば
Ｓｉの場合、ＳｉＯ2（屈折率：１．４６）、Ｔａの場
合、Ｔａ2Ｏ2（屈折率：２．２５）｝の範囲内（１．４
６〜２．２５）で任意の屈折率を得ることができる。
【００３２】これを図３に基づいて説明する。図３は基
板上に複合金属の化合物の薄膜を形成するときの説明図
である。成膜のプロセスは、基板を第１の金属ターゲッ
トの位置におく。そして第１の金属ターゲットで、非常
に薄い金属膜（超薄膜）を形成する。次に、基板を第２
の金属ターゲットの位置におく。この位置で第２の金属
ターゲットにより薄い膜（超薄膜）が形成される。この
とき図３で示すように、第１の金属と第２の金属は基板
上に均質に成膜される。つまり基板上に、複合金属ない
し複合金属の不完全反応物からなる超薄膜を形成する。
板上に複合金属の化合物の薄膜を形成するときの説明図
である。成膜のプロセスは、基板を第１の金属ターゲッ
トの位置におく。そして第１の金属ターゲットで、非常
に薄い金属膜（超薄膜）を形成する。次に、基板を第２
の金属ターゲットの位置におく。この位置で第２の金属
ターゲットにより薄い膜（超薄膜）が形成される。この
とき図３で示すように、第１の金属と第２の金属は基板
上に均質に成膜される。つまり基板上に、複合金属ない
し複合金属の不完全反応物からなる超薄膜を形成する。
【００３３】そして基板上に形成された超薄膜は、最後
に、電気的に中性な反応性ガスの活性種を照射し、上記
超薄膜と反応性ガスの活性種とを反応させて複合金属の
化合物に変換する。具体的にはラジカル源のところで酸
化される。上記のような、超薄膜を形成する工程と複合
金属の化合物に変換する工程を順次繰返し、所望の膜厚
の複合金属の化合物薄膜を基板に形成する。なお本実施
の形態では、超薄膜を形成する工程と複合金属の化合物
に変換する工程を順次繰返し、所望膜厚の複合金属の化
合物薄膜を基板に形成すればよく、基板を搬送してもよ
いし、基板を固定してもよい。
に、電気的に中性な反応性ガスの活性種を照射し、上記
超薄膜と反応性ガスの活性種とを反応させて複合金属の
化合物に変換する。具体的にはラジカル源のところで酸
化される。上記のような、超薄膜を形成する工程と複合
金属の化合物に変換する工程を順次繰返し、所望の膜厚
の複合金属の化合物薄膜を基板に形成する。なお本実施
の形態では、超薄膜を形成する工程と複合金属の化合物
に変換する工程を順次繰返し、所望膜厚の複合金属の化
合物薄膜を基板に形成すればよく、基板を搬送してもよ
いし、基板を固定してもよい。
【００３４】（実施の形態２）本形態の複合金属化合物
の薄膜形成装置Ｓは、真空槽１１と、成膜プロセス室２
０，４０と、反応プロセス室６０と、分離手段（遮蔽板
３１，５１，７５）と、を特徴的要件としている。つま
り、成膜プロセス室２０，４０では、動作ガス（例えば
アルゴンガス）を導入し、それぞれに独立した少なくと
も二種以上の異種金属（例えば二種であればＳｉとＴ
ａ）からなる各ターゲット２９，４９をスパッタリング
して、基板上に、金属ないし金属の不完全反応物からな
る超薄膜を形成する工程を行う。
の薄膜形成装置Ｓは、真空槽１１と、成膜プロセス室２
０，４０と、反応プロセス室６０と、分離手段（遮蔽板
３１，５１，７５）と、を特徴的要件としている。つま
り、成膜プロセス室２０，４０では、動作ガス（例えば
アルゴンガス）を導入し、それぞれに独立した少なくと
も二種以上の異種金属（例えば二種であればＳｉとＴ
ａ）からなる各ターゲット２９，４９をスパッタリング
して、基板上に、金属ないし金属の不完全反応物からな
る超薄膜を形成する工程を行う。
【００３５】また反応プロセス室６０では、成膜プロセ
ス室２０，４０で形成された超薄膜（ＳｉとＴａ）に電
気的に中性な反応性ガスの活性種（例えば酸素の活性
種）を照射し、前記超薄膜と反応性ガスの活性種とを反
応せしめ金属化合物（例えばＳｉＯ2とＴａ2Ｏ2）に変
換する工程を行う。そして分離手段では、反応プロセス
室６０と成膜プロセス室２０，４０とを、それぞれ遮蔽
板３１，５１，７５によって空間的、圧力的に分離する
ものである。
ス室２０，４０で形成された超薄膜（ＳｉとＴａ）に電
気的に中性な反応性ガスの活性種（例えば酸素の活性
種）を照射し、前記超薄膜と反応性ガスの活性種とを反
応せしめ金属化合物（例えばＳｉＯ2とＴａ2Ｏ2）に変
換する工程を行う。そして分離手段では、反応プロセス
室６０と成膜プロセス室２０，４０とを、それぞれ遮蔽
板３１，５１，７５によって空間的、圧力的に分離する
ものである。
【００３６】分離手段としての遮蔽板３１，５１，７５
により、真空槽１１内の反応プロセス室６０と各成膜プ
ロセス室２０，４０は、真空雰囲気の中で、別個の空間
を形成する。つまり、真空槽１１内は完全に分離されて
いないものの、ほぼ独立状態となり、独立して制御可能
な反応プロセス室６０と、成膜プロセス室２０，４０を
形成する。したがって、これらの反応プロセス室６０と
各成膜プロセス室２０，４０は、互いに影響を極力抑え
た状態となり、各室に最適な条件設定が可能となる。
により、真空槽１１内の反応プロセス室６０と各成膜プ
ロセス室２０，４０は、真空雰囲気の中で、別個の空間
を形成する。つまり、真空槽１１内は完全に分離されて
いないものの、ほぼ独立状態となり、独立して制御可能
な反応プロセス室６０と、成膜プロセス室２０，４０を
形成する。したがって、これらの反応プロセス室６０と
各成膜プロセス室２０，４０は、互いに影響を極力抑え
た状態となり、各室に最適な条件設定が可能となる。
【００３７】このように、分離手段により前記成膜プロ
セス室２０，４０の動作ガス（例えばアルゴンガス）に
前記反応性ガス（酸素の活性種）が混合されることを防
止して、安定な成膜プロセスと反応プロセスを逐次的に
繰返し、所望膜厚の複合金属の化合物薄膜を基板に形成
することが可能となる。
セス室２０，４０の動作ガス（例えばアルゴンガス）に
前記反応性ガス（酸素の活性種）が混合されることを防
止して、安定な成膜プロセスと反応プロセスを逐次的に
繰返し、所望膜厚の複合金属の化合物薄膜を基板に形成
することが可能となる。
【００３８】本実施の形態においても、前記実施の形態
と同様に、反応プロセス室６０で用いられる反応性ガス
の活性種は、電気的に中性なラジカル（遊離基：一個以
上の不対電子を有する原子または分子、あるいは励起状
態にある原子あるいは分子）である。そして、この場合
も薄膜形成装置としては、マグネトロンスパッタリング
装置を用いることが可能である。
と同様に、反応プロセス室６０で用いられる反応性ガス
の活性種は、電気的に中性なラジカル（遊離基：一個以
上の不対電子を有する原子または分子、あるいは励起状
態にある原子あるいは分子）である。そして、この場合
も薄膜形成装置としては、マグネトロンスパッタリング
装置を用いることが可能である。
【００３９】活性種は、高周波コイル６５を巻回した石
英管からなる高周波放電室６３と、マッチングボックス
６７を介して高周波コイル６５に印加される高周波電源
６９と、高周波放電室６３に、ガスボンベ７３からマス
フローを介して反応性ガスを導入させる反応ガス供給手
段（本例では７１，７３）と、高周波放電室６３内に２
０〜３００ガウス（Gauss）の磁場を形成するために配
置される外部コイル８０或いは内部コイル８１と、高周
波放電室６３と反応プロセス室６０の間に配設されたマ
ルチ・アパーチャ・グリッド或いはマルチ・スリット・
グリッド等のグリッド６２により、生成する。
英管からなる高周波放電室６３と、マッチングボックス
６７を介して高周波コイル６５に印加される高周波電源
６９と、高周波放電室６３に、ガスボンベ７３からマス
フローを介して反応性ガスを導入させる反応ガス供給手
段（本例では７１，７３）と、高周波放電室６３内に２
０〜３００ガウス（Gauss）の磁場を形成するために配
置される外部コイル８０或いは内部コイル８１と、高周
波放電室６３と反応プロセス室６０の間に配設されたマ
ルチ・アパーチャ・グリッド或いはマルチ・スリット・
グリッド等のグリッド６２により、生成する。
【００４０】そして、グリッド６２として、マルチ・ア
パーチャ・グリッドの場合は、金属あるいは絶縁物に約
Φ０．１〜３ｍｍの穴が多数明けてあり、冷却がなされ
ている。またマルチ・スリット・グリッドの場合は、金
属あるいは絶縁物に幅０．１〜１ｍｍのスリットが多数
明けてあり、冷却がなされている。
パーチャ・グリッドの場合は、金属あるいは絶縁物に約
Φ０．１〜３ｍｍの穴が多数明けてあり、冷却がなされ
ている。またマルチ・スリット・グリッドの場合は、金
属あるいは絶縁物に幅０．１〜１ｍｍのスリットが多数
明けてあり、冷却がなされている。
【００４１】つまり、マルチ・アパーチャ・グリッド或
いはマルチ・スリット・グリッドには、望ましくは水冷
等による冷却措置が施されている。この冷却措置は公知
の技術を使用することが可能である。これらのグリッド
はプラズマ中のイオンと電子を、グリッドの表面で電荷
交換して、電荷を持たない電気的に中性な反応性に富む
活性種のみを反応プロセス室６０に導くものである。
いはマルチ・スリット・グリッドには、望ましくは水冷
等による冷却措置が施されている。この冷却措置は公知
の技術を使用することが可能である。これらのグリッド
はプラズマ中のイオンと電子を、グリッドの表面で電荷
交換して、電荷を持たない電気的に中性な反応性に富む
活性種のみを反応プロセス室６０に導くものである。
【００４２】なお各ターゲット２９，４９の電位（通常
負電位）をそれぞれ１〜２００ｋＨｚの間隔で、＋５０
〜＋２００Ｖの範囲で正電位に反転させ、前記各ターゲ
ット２９，４９の表面部分、特に非エロージョン部分に
形成された化合物に蓄積するプラスに帯電した電荷をプ
ラズマ中の電子で中和する構成は、前記実施の形態と同
様である。
負電位）をそれぞれ１〜２００ｋＨｚの間隔で、＋５０
〜＋２００Ｖの範囲で正電位に反転させ、前記各ターゲ
ット２９，４９の表面部分、特に非エロージョン部分に
形成された化合物に蓄積するプラスに帯電した電荷をプ
ラズマ中の電子で中和する構成は、前記実施の形態と同
様である。
【００４３】（実施の形態３）本形態の複合金属化合物
の薄膜形成方法は、前記した実施の形態１と同様に、所
望の膜厚の複合金属の化合物薄膜を基板に形成し、前記
複合金属の化合物薄膜を構成するそれぞれの金属の単独
の化合物が本来有する光学的な屈折率の範囲内で、任意
の屈折率を得ること、により構成したものである。
の薄膜形成方法は、前記した実施の形態１と同様に、所
望の膜厚の複合金属の化合物薄膜を基板に形成し、前記
複合金属の化合物薄膜を構成するそれぞれの金属の単独
の化合物が本来有する光学的な屈折率の範囲内で、任意
の屈折率を得ること、により構成したものである。
【００４４】つまり、本実施の形態は、「複合金属の化
合物薄膜を構成するそれぞれの金属の単独の化合物が本
来有する光学的な屈折率の範囲内で、任意の屈折率を得
る」点が、特徴である。
合物薄膜を構成するそれぞれの金属の単独の化合物が本
来有する光学的な屈折率の範囲内で、任意の屈折率を得
る」点が、特徴である。
【００４５】そして、前記実施の形態で図３を参照して
説明したように、例えば第１の金属としてのＳｉと、第
２の金属としてのＴａと、をスパッタリングして、さら
に上記のような成膜プロセスを繰り返して、複合酸化膜
を形成する。
説明したように、例えば第１の金属としてのＳｉと、第
２の金属としてのＴａと、をスパッタリングして、さら
に上記のような成膜プロセスを繰り返して、複合酸化膜
を形成する。
【００４６】そして第１の金属ターゲット２９と第２の
金属ターゲット４９に印加する電力の大きさによって異
なった屈折率の膜を形成することが可能となる。つま
り、例えば第１の金属としてＳｉを、第２の金属として
Ｔａを用いた場合、それぞれに印可する電力にしたがっ
て、図４で示すような屈折率となる。このため、両ター
ゲット２９，４９を印加する電力を、所定の規則で連続
的に変化させることにより、傾斜屈折率膜を形成するこ
とが可能となる。
金属ターゲット４９に印加する電力の大きさによって異
なった屈折率の膜を形成することが可能となる。つま
り、例えば第１の金属としてＳｉを、第２の金属として
Ｔａを用いた場合、それぞれに印可する電力にしたがっ
て、図４で示すような屈折率となる。このため、両ター
ゲット２９，４９を印加する電力を、所定の規則で連続
的に変化させることにより、傾斜屈折率膜を形成するこ
とが可能となる。
【００４７】なお、この実施の形態においても、前記で
説明したように、前記電気的に中性な反応性ガスの活性
種は、ラジカル（遊離基：一個以上の不対電子を有する
原子または分子、あるいは励起状態にある原子あるいは
分子）である。また前記スパッタリングはマグネトロン
スパッタリングとすることができる。さらに通常負電位
である各ターゲット２９，４９の負電位をそれぞれ１〜
２００ｋＨｚの間隔で、＋５０〜＋２００Ｖの範囲で正
電位に反転させ、前記各ターゲット２９，４９の表面部
分、特に非エロージョン部分に形成された化合物に蓄積
するプラスに帯電した電荷をプラズマ中の電子で中和す
る構成は、前記実施の形態と同様である。
説明したように、前記電気的に中性な反応性ガスの活性
種は、ラジカル（遊離基：一個以上の不対電子を有する
原子または分子、あるいは励起状態にある原子あるいは
分子）である。また前記スパッタリングはマグネトロン
スパッタリングとすることができる。さらに通常負電位
である各ターゲット２９，４９の負電位をそれぞれ１〜
２００ｋＨｚの間隔で、＋５０〜＋２００Ｖの範囲で正
電位に反転させ、前記各ターゲット２９，４９の表面部
分、特に非エロージョン部分に形成された化合物に蓄積
するプラスに帯電した電荷をプラズマ中の電子で中和す
る構成は、前記実施の形態と同様である。
【００４８】（実施の形態４）本形態の複合金属化合物
の薄膜形成装置では、前記実施の形態２に付加して、成
膜プロセス室２０，４０に対応したスパッタリング薄膜
を形成する薄膜形成部及び前記反応プロセス室６０に対
応したラジカル源による反応性ガスのラジカル曝露部と
の間に、基板を順次繰返して搬送する搬送手段、を、備
え、基板に所望膜厚の複合金属の化合物薄膜を形成し、
複合金属の化合物薄膜を構成するそれぞれの金属の単独
の化合物が本来有する光学的な屈折率の範囲内で、任意
の屈折率を得る構成としたものである。
の薄膜形成装置では、前記実施の形態２に付加して、成
膜プロセス室２０，４０に対応したスパッタリング薄膜
を形成する薄膜形成部及び前記反応プロセス室６０に対
応したラジカル源による反応性ガスのラジカル曝露部と
の間に、基板を順次繰返して搬送する搬送手段、を、備
え、基板に所望膜厚の複合金属の化合物薄膜を形成し、
複合金属の化合物薄膜を構成するそれぞれの金属の単独
の化合物が本来有する光学的な屈折率の範囲内で、任意
の屈折率を得る構成としたものである。
【００４９】本実施の形態では、基板は電気的に絶縁さ
れた基板ホルダ１３で保持されて、基板上での異常放電
を防止するように構成されている。また反応プロセス室
６０で用いられる反応性ガスの活性種は、電気的に中性
なラジカル（遊離基：一個以上の不対電子を有する原子
または分子、あるいは励起状態にある原子あるいは分
子）である点、成膜装置がマグネトロンスパッタリング
装置とする点、各ターゲット２９，４９の負電位をそれ
ぞれ１〜２００ｋＨｚの間隔で、＋５０〜＋２００Ｖの
範囲で正電位に反転させ、前記各ターゲット２９，４９
の表面部分、特に非エロージョン部分に形成された化合
物に蓄積するプラスに帯電した電荷をプラズマ中の電子
で中和する点、等については、前述した実施の形態と同
様である。また、活性種の発生、グリッド、遮蔽手段等
についても、前記した実施の形態と同様である。
れた基板ホルダ１３で保持されて、基板上での異常放電
を防止するように構成されている。また反応プロセス室
６０で用いられる反応性ガスの活性種は、電気的に中性
なラジカル（遊離基：一個以上の不対電子を有する原子
または分子、あるいは励起状態にある原子あるいは分
子）である点、成膜装置がマグネトロンスパッタリング
装置とする点、各ターゲット２９，４９の負電位をそれ
ぞれ１〜２００ｋＨｚの間隔で、＋５０〜＋２００Ｖの
範囲で正電位に反転させ、前記各ターゲット２９，４９
の表面部分、特に非エロージョン部分に形成された化合
物に蓄積するプラスに帯電した電荷をプラズマ中の電子
で中和する点、等については、前述した実施の形態と同
様である。また、活性種の発生、グリッド、遮蔽手段等
についても、前記した実施の形態と同様である。
【００５０】（実施の形態５）本形態は前記した実施の
形態１と同様に、所望の膜厚の複合金属の化合物薄膜を
基板に形成し、前記複合金属の化合物薄膜を構成するそ
れぞれの金属の単独の化合物が本来有する光学的な屈折
率の範囲内で、薄膜の厚み方向に連続的に屈折率を変化
させることにより、任意の光学特性を得るように構成し
たものである。
形態１と同様に、所望の膜厚の複合金属の化合物薄膜を
基板に形成し、前記複合金属の化合物薄膜を構成するそ
れぞれの金属の単独の化合物が本来有する光学的な屈折
率の範囲内で、薄膜の厚み方向に連続的に屈折率を変化
させることにより、任意の光学特性を得るように構成し
たものである。
【００５１】ここでは、中間屈折率を包む３層反射防止
膜と傾斜屈折率膜を包む２層反射防止膜を設計し、作製
することを例にする。例えば膜構成を、（１）基板／Ｍ
（λ／４）／２Ｈ（λ／２）／Ｌ（λ／４）／Ａｉｒ
と、（２）基板／Ｇ／Ｌ（λ／４）／Ａｉｒ（Ｇは傾斜
膜である）とする。
膜と傾斜屈折率膜を包む２層反射防止膜を設計し、作製
することを例にする。例えば膜構成を、（１）基板／Ｍ
（λ／４）／２Ｈ（λ／２）／Ｌ（λ／４）／Ａｉｒ
と、（２）基板／Ｇ／Ｌ（λ／４）／Ａｉｒ（Ｇは傾斜
膜である）とする。
【００５２】この場合、中間屈折率層Ｍの屈折率はｎm
＝ｎl√ｎsが決められており、式の中に，ｎmは中間屈
折率層の屈折率、ｎlは低屈折率層の屈折率，ｎsは基板
の屈折率である。２層の反射防止膜の設計はｗコートい
わゆる基板／２Ｈ（λ／２）／Ｌ（λ／４）／Ａｉｒ，
とよばれる伝統の２層反射防止設計から作製しており、
それらの計算と測定した分光曲線は、図７に示されてお
り、図７から明らかなように、計算値と測定値とよく一
致している。２層反射防止膜の場合に、伝統のｗコート
の高屈折率層は傾斜屈折率層に変わるによって、反射防
止の範囲を広げることが可能となる。以上のように、薄
膜の厚み方向に連続的に屈折率を変化させることによ
り、任意の光学特性を得ることが可能となる。
＝ｎl√ｎsが決められており、式の中に，ｎmは中間屈
折率層の屈折率、ｎlは低屈折率層の屈折率，ｎsは基板
の屈折率である。２層の反射防止膜の設計はｗコートい
わゆる基板／２Ｈ（λ／２）／Ｌ（λ／４）／Ａｉｒ，
とよばれる伝統の２層反射防止設計から作製しており、
それらの計算と測定した分光曲線は、図７に示されてお
り、図７から明らかなように、計算値と測定値とよく一
致している。２層反射防止膜の場合に、伝統のｗコート
の高屈折率層は傾斜屈折率層に変わるによって、反射防
止の範囲を広げることが可能となる。以上のように、薄
膜の厚み方向に連続的に屈折率を変化させることによ
り、任意の光学特性を得ることが可能となる。
【００５３】上記各実施の形態においては、２個のスパ
ッタで金属を二種類用いた例を示しているが、スパッタ
を３個以上用いることも可能である。これは遮蔽手段に
より、それぞれの成膜プロセス室と反応プロセス室が仕
切られており、それぞれが独自に制御可能であることか
らも、当然のことである。
ッタで金属を二種類用いた例を示しているが、スパッタ
を３個以上用いることも可能である。これは遮蔽手段に
より、それぞれの成膜プロセス室と反応プロセス室が仕
切られており、それぞれが独自に制御可能であることか
らも、当然のことである。
【００５４】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説
明する。なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を
限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変
することができるものである。
明する。なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を
限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変
することができるものである。
【００５５】［実施例］図１および図２は、本発明の薄
膜形成方法および装置について示す説明図であり、図１
が上面図（わかりやすいように一部断面としてある）、
図２が図１の線Ａ−Ｂ−Ｃに沿った側面図である。
膜形成方法および装置について示す説明図であり、図１
が上面図（わかりやすいように一部断面としてある）、
図２が図１の線Ａ−Ｂ−Ｃに沿った側面図である。
【００５６】本例の薄膜形成装置Ｓは、真空槽１１と、
成膜プロセス室２０，４０と、反応プロセス室６０と、
遮蔽手段（本例では遮蔽板）と、搬送手段（本例では基
板ホルダ１３とその駆動手段）と、活性種の発生手段
と、を主要構成要素としている。
成膜プロセス室２０，４０と、反応プロセス室６０と、
遮蔽手段（本例では遮蔽板）と、搬送手段（本例では基
板ホルダ１３とその駆動手段）と、活性種の発生手段
と、を主要構成要素としている。
【００５７】本例の真空槽１１は、密閉された中空容器
から構成されており、その形状は問わない。また真空槽
１１の中央には、搬送手段として、概略円筒状の基板ホ
ルダ１３が所定速度で回動可能に配設されている。そし
て真空槽１１内で、基板ホルダ１３の外周囲には、成膜
プロセス室２０，４０と反応プロセス室６０が配設され
ている。
から構成されており、その形状は問わない。また真空槽
１１の中央には、搬送手段として、概略円筒状の基板ホ
ルダ１３が所定速度で回動可能に配設されている。そし
て真空槽１１内で、基板ホルダ１３の外周囲には、成膜
プロセス室２０，４０と反応プロセス室６０が配設され
ている。
【００５８】成膜プロセス室２０，４０は、それぞれが
独立に遮蔽板３１，５１により囲まれており、少なくと
も２個のスパッタリングを備えて構成されている。
独立に遮蔽板３１，５１により囲まれており、少なくと
も２個のスパッタリングを備えて構成されている。
【００５９】本例の成膜プロセス室２０，４０は、２つ
形成されており、上記基板ホルダ１３を挟んで対向した
位置に配設されている。この成膜プロセス室２０，４０
は遮蔽手段（分離手段）により所定範囲で遮蔽されてい
る。遮蔽手段としては遮蔽板３１，５１により、それぞ
れ囲繞されている。
形成されており、上記基板ホルダ１３を挟んで対向した
位置に配設されている。この成膜プロセス室２０，４０
は遮蔽手段（分離手段）により所定範囲で遮蔽されてい
る。遮蔽手段としては遮蔽板３１，５１により、それぞ
れ囲繞されている。
【００６０】上記分離手段としての遮蔽板３１，５１に
より、真空槽１１内の後述する反応プロセス室６０と各
成膜プロセス室２０，４０は、真空雰囲気の中で、別個
の空間を形成する。つまり、真空槽１１内は完全に分離
されていないものの、ほぼ独立状態となり、独立して制
御可能な反応プロセス室６０と、成膜プロセス室２０，
４０を形成している。
より、真空槽１１内の後述する反応プロセス室６０と各
成膜プロセス室２０，４０は、真空雰囲気の中で、別個
の空間を形成する。つまり、真空槽１１内は完全に分離
されていないものの、ほぼ独立状態となり、独立して制
御可能な反応プロセス室６０と、成膜プロセス室２０，
４０を形成している。
【００６１】したがって、これらの反応プロセス室６０
と各成膜プロセス室２０，４０は、互いに影響を極力抑
えた状態となり、各室２０，４０，６０に最適な条件設
定が可能となる。なお各成膜プロセス室２０，４０の圧
力は、反応プロセス室６０の圧力より高く設定すると好
適である。
と各成膜プロセス室２０，４０は、互いに影響を極力抑
えた状態となり、各室２０，４０，６０に最適な条件設
定が可能となる。なお各成膜プロセス室２０，４０の圧
力は、反応プロセス室６０の圧力より高く設定すると好
適である。
【００６２】このようにすることによって、反応プロセ
ス室６０内の反応性ガス（例えば酸素ガス）が成膜プロ
セス室２０，４０へ流入するのを抑えることが可能とな
り、ターゲット２９，４９の表面で金属化合物が形成さ
れることによる異常放電を防止することができる。例え
ば、各成膜プロセス室２０，４０の圧力（真空度）は、
０．８〜１０×１０-3Ｔｏｒｒが好適であり、後述する
反応プロセス室６０の圧力（真空度）は０．５〜８×１
０-3Ｔｏｒｒが好適であり、これらの条件の中で、各成
膜プロセス室２０，４０の圧力＞反応プロセス室６０の
圧力という条件とするものである。
ス室６０内の反応性ガス（例えば酸素ガス）が成膜プロ
セス室２０，４０へ流入するのを抑えることが可能とな
り、ターゲット２９，４９の表面で金属化合物が形成さ
れることによる異常放電を防止することができる。例え
ば、各成膜プロセス室２０，４０の圧力（真空度）は、
０．８〜１０×１０-3Ｔｏｒｒが好適であり、後述する
反応プロセス室６０の圧力（真空度）は０．５〜８×１
０-3Ｔｏｒｒが好適であり、これらの条件の中で、各成
膜プロセス室２０，４０の圧力＞反応プロセス室６０の
圧力という条件とするものである。
【００６３】また成膜プロセス室２０，４０はそれぞれ
スパッタリング電極２１，４１が設けられており、この
スパッタリング電極２１，４１の前面がそれぞれスパッ
タリング薄膜形成部を構成している。
スパッタリング電極２１，４１が設けられており、この
スパッタリング電極２１，４１の前面がそれぞれスパッ
タリング薄膜形成部を構成している。
【００６４】そして、成膜プロセス室２０，４０には、
スパッタリング・ガス・ボンベ２７，４７からそれぞれ
マスフロー２５，４５を経て、アルゴンなどのスパッタ
リング用ガスが導入されてスパッタリング雰囲気が調節
され、スパッタリング電源２３，４３により電力を印加
することによりスパッタリングされる。本例ではターゲ
ット２９として、低屈折率材料を用いており、その例と
してＳｉが挙げられる。またターゲット４９として、高
屈折率材料を用いており、その例として、Ｔｉ，Ｚｒ，
Ｔａ，Ｎｂ等が挙げられる。
スパッタリング・ガス・ボンベ２７，４７からそれぞれ
マスフロー２５，４５を経て、アルゴンなどのスパッタ
リング用ガスが導入されてスパッタリング雰囲気が調節
され、スパッタリング電源２３，４３により電力を印加
することによりスパッタリングされる。本例ではターゲ
ット２９として、低屈折率材料を用いており、その例と
してＳｉが挙げられる。またターゲット４９として、高
屈折率材料を用いており、その例として、Ｔｉ，Ｚｒ，
Ｔａ，Ｎｂ等が挙げられる。
【００６５】本例の反応プロセス室６０は、反応性ガス
の活性種を発生させるラジカル源と、グリット６２を備
えている。ラジカル源は、本例では活性種発生装置６１
であり、グリット６２としては、マルチ・アパーチャ・
グリッド、或いはマルチ・スリット・グリッドが使用さ
れる。
の活性種を発生させるラジカル源と、グリット６２を備
えている。ラジカル源は、本例では活性種発生装置６１
であり、グリット６２としては、マルチ・アパーチャ・
グリッド、或いはマルチ・スリット・グリッドが使用さ
れる。
【００６６】本例のラジカル源としては、ラジカル発生
室（活性種発生装置６１）の外部又は内部に電極を設け
た誘導結合型、容量結合型、誘導結合・容量結合混在型
等を用いることができる。
室（活性種発生装置６１）の外部又は内部に電極を設け
た誘導結合型、容量結合型、誘導結合・容量結合混在型
等を用いることができる。
【００６７】本例の活性種発生装置６１は、石英管から
なるＲＦ（高周波）放電室６３にＲＦ（高周波）コイル
６５が巻回されて形成され、マッチングボックス６７を
介して高周波電源６９から電力（１００ＫＨｚ〜４０Ｍ
Ｈｚの高周波電力）がＲＦコイル６５に投入される。こ
のとき、マスフロー７１を介して反応ガスボンベ７３か
ら酸素などの反応性ガスが導入され、反応性ガスのプラ
ズマが形成される。反応性ガスとしては、酸素、オゾン
等の酸化性ガス、窒素等の窒化性ガス、メタン等の炭化
性ガス、ＣＦ4等のフッ化性ガスなどが挙げられる。
なるＲＦ（高周波）放電室６３にＲＦ（高周波）コイル
６５が巻回されて形成され、マッチングボックス６７を
介して高周波電源６９から電力（１００ＫＨｚ〜４０Ｍ
Ｈｚの高周波電力）がＲＦコイル６５に投入される。こ
のとき、マスフロー７１を介して反応ガスボンベ７３か
ら酸素などの反応性ガスが導入され、反応性ガスのプラ
ズマが形成される。反応性ガスとしては、酸素、オゾン
等の酸化性ガス、窒素等の窒化性ガス、メタン等の炭化
性ガス、ＣＦ4等のフッ化性ガスなどが挙げられる。
【００６８】この時、高密度のプラズマを得るために外
部コイル８０あるいは内部コイル８１により２０〜３０
０Gaussの磁場を石英管内に作る。そして真空槽１１と
の接合部に多数の小径の穴を具えるマルチ・アパーチャ
・グリッド或いはマルチ・スリット・グリッドを設置し
活性種のみを反応プロセス室６０に照射できるようにす
る。
部コイル８０あるいは内部コイル８１により２０〜３０
０Gaussの磁場を石英管内に作る。そして真空槽１１と
の接合部に多数の小径の穴を具えるマルチ・アパーチャ
・グリッド或いはマルチ・スリット・グリッドを設置し
活性種のみを反応プロセス室６０に照射できるようにす
る。
【００６９】上記マルチ・アパーチャ・グリッドの場合
には、金属あるいは絶縁物に約Φ０．１〜３ｍｍの穴が
多数明けてあり、冷却がなされている。またマルチ・ス
リット・グリッドの場合には、金属あるいは絶縁物に幅
０．１〜１ｍｍのスリットが多数明けてあり、冷却がな
されている。
には、金属あるいは絶縁物に約Φ０．１〜３ｍｍの穴が
多数明けてあり、冷却がなされている。またマルチ・ス
リット・グリッドの場合には、金属あるいは絶縁物に幅
０．１〜１ｍｍのスリットが多数明けてあり、冷却がな
されている。
【００７０】上記グリッド６２により、反応ガス中の活
性種であるラジカル、励起状態のラジカル、原子、分子
などを選択的に反応プロセス室６０へ導入できると共
に、荷電粒子である電子、イオンは、上記各グリッド６
２を通過することができず、反応プロセス室６０へ進入
することができない。これにより、反応プロセス室６０
では、金属の超薄膜は、上述のような荷電粒子に曝され
ることがなく、電気的に中性な反応性ガスの活性種のみ
に曝され、反応し、基板上のＳｉ＋Ｔａ等の金属から複
合化合物（ＳｉＯ2とＴａ2Ｏ2）に変換される。
性種であるラジカル、励起状態のラジカル、原子、分子
などを選択的に反応プロセス室６０へ導入できると共
に、荷電粒子である電子、イオンは、上記各グリッド６
２を通過することができず、反応プロセス室６０へ進入
することができない。これにより、反応プロセス室６０
では、金属の超薄膜は、上述のような荷電粒子に曝され
ることがなく、電気的に中性な反応性ガスの活性種のみ
に曝され、反応し、基板上のＳｉ＋Ｔａ等の金属から複
合化合物（ＳｉＯ2とＴａ2Ｏ2）に変換される。
【００７１】本例の搬送手段は、成膜プロセス室２０，
４０に対応したスパッタリング薄膜を形成する薄膜形成
部と、反応プロセス室６０に対応したラジカル源による
反応性ガスのラジカル曝露部との間に、基板（図示せ
ず）を順次繰返して搬送するものである。
４０に対応したスパッタリング薄膜を形成する薄膜形成
部と、反応プロセス室６０に対応したラジカル源による
反応性ガスのラジカル曝露部との間に、基板（図示せ
ず）を順次繰返して搬送するものである。
【００７２】本例の搬送手段を具体的に説明すると、図
１及び図２で示すように、真空槽１１の中央に概略円筒
状の基板ホルダ１３が所定速度で回動可能に配設される
ものである。つまり基板ホルダ１３は、不図示の軸受部
により軸支されて、真空槽１１内で回動可能に保持され
ている。軸支部は真空槽１１に形成してもよいが、真空
槽１１の外部に形成してもよい。そして基板ホルダ１３
には、回転駆動装置１７（モータ）の出力軸と連結され
ており、この出力軸の回転により回動する。
１及び図２で示すように、真空槽１１の中央に概略円筒
状の基板ホルダ１３が所定速度で回動可能に配設される
ものである。つまり基板ホルダ１３は、不図示の軸受部
により軸支されて、真空槽１１内で回動可能に保持され
ている。軸支部は真空槽１１に形成してもよいが、真空
槽１１の外部に形成してもよい。そして基板ホルダ１３
には、回転駆動装置１７（モータ）の出力軸と連結され
ており、この出力軸の回転により回動する。
【００７３】この回転駆動装置１７は、その回転速度を
制御できるように構成されている。そして、この基板ホ
ルダ１３に基板（図示せず）を搭載して、基板ホルダ１
３を回転することにより、成膜プロセス室２０，４０に
対応したスパッタリング薄膜を形成する薄膜形成部と、
反応プロセス室６０に対応したラジカル源による反応性
ガスのラジカル曝露部との間に、基板を順次繰返して搬
送するものである。
制御できるように構成されている。そして、この基板ホ
ルダ１３に基板（図示せず）を搭載して、基板ホルダ１
３を回転することにより、成膜プロセス室２０，４０に
対応したスパッタリング薄膜を形成する薄膜形成部と、
反応プロセス室６０に対応したラジカル源による反応性
ガスのラジカル曝露部との間に、基板を順次繰返して搬
送するものである。
【００７４】（具体例）スパッタリング条件および反応
ガスの活性種の発生条件を挙げれば以下の通りである。 （１）スパッタリング条件（Ｓｉ） 投入電力：０〜２．８ｋＷ 基板温度：室温 Ａｒ 導入量：３００sccm 基板ホルダ回転数：１００ｒｐｍ 超薄膜の厚さ：２〜６オングストローム （２）スパッタリング条件（Ｔａ） 投入電力：０〜１．５ｋＷ 基板温度：室温 Ａｒ導入量：２００sccm 基板ホルダ回転数：１００ｒｐｍ 超薄膜の厚さ：１〜４オングストローム （３）反応ガスのラジカル条件（Ｏ2） 投入電力：２．０ｋＷ Ｏ2導入量：６０sccm
ガスの活性種の発生条件を挙げれば以下の通りである。 （１）スパッタリング条件（Ｓｉ） 投入電力：０〜２．８ｋＷ 基板温度：室温 Ａｒ 導入量：３００sccm 基板ホルダ回転数：１００ｒｐｍ 超薄膜の厚さ：２〜６オングストローム （２）スパッタリング条件（Ｔａ） 投入電力：０〜１．５ｋＷ 基板温度：室温 Ａｒ導入量：２００sccm 基板ホルダ回転数：１００ｒｐｍ 超薄膜の厚さ：１〜４オングストローム （３）反応ガスのラジカル条件（Ｏ2） 投入電力：２．０ｋＷ Ｏ2導入量：６０sccm
【００７５】以下、上記スパッタリング条件および反応
ガスの活性種の発生条件に基づいて、ＳｉＯ2とＴａ2Ｏ
2の複合金属の化合物薄膜を形成する場合を例に挙げて
本発明をさらに詳細に説明する。
ガスの活性種の発生条件に基づいて、ＳｉＯ2とＴａ2Ｏ
2の複合金属の化合物薄膜を形成する場合を例に挙げて
本発明をさらに詳細に説明する。
【００７６】ターゲット２９としてシリコン（Ｓｉ）を
固定し、スパッタリング・ガス・ボンベ２７からアルゴ
ンガスを導入し、スパッタリング電源２３から電力を投
入し、Ｓｉをスパッタリングさせる。同時にターゲット
４９としてタンタル（Ｔａ）を固定し、スパッタリング
・ガス・ボンベ４７からアルゴンガスを導入し、スパッ
タリング電源４３から電力を投入し、Ｔａをスパッタリ
ングさせる。
固定し、スパッタリング・ガス・ボンベ２７からアルゴ
ンガスを導入し、スパッタリング電源２３から電力を投
入し、Ｓｉをスパッタリングさせる。同時にターゲット
４９としてタンタル（Ｔａ）を固定し、スパッタリング
・ガス・ボンベ４７からアルゴンガスを導入し、スパッ
タリング電源４３から電力を投入し、Ｔａをスパッタリ
ングさせる。
【００７７】この時、要求する屈折率は図３の２個のマ
グネトロン・スパッタリング・ターゲットに供給する電
力比によって決められる。一方、反応ガスボンベ１３か
ら酸素ガスを導入し、活性種発生装置６１を駆動するこ
とにより、酸素ガスの活性種（酸素原子）を発生させ
る。
グネトロン・スパッタリング・ターゲットに供給する電
力比によって決められる。一方、反応ガスボンベ１３か
ら酸素ガスを導入し、活性種発生装置６１を駆動するこ
とにより、酸素ガスの活性種（酸素原子）を発生させ
る。
【００７８】基板を搭載した基板ホルダ１３を回転駆動
装置１７（モータ）により回転すると、成膜プロセス室
２０，４０においてスパッタリング電極２１の前面（ス
パッタリング薄膜形成部）で基板上にＳｉ超薄膜が形成
される。次の成膜プロセス室２０，４０において、スパ
ッタリング電極４１の前面（スパッタリング薄膜形成
部）で基板上にＴａ超薄膜が形成される。この複合金極
の超薄膜は反応プロセス室６０の前面（ラジカル曝露
部）で酸素ガスの活性種により酸化されてＳｉＯ2とＴ
ａ2Ｏ2の複合金属の化合物薄膜に変換される。
装置１７（モータ）により回転すると、成膜プロセス室
２０，４０においてスパッタリング電極２１の前面（ス
パッタリング薄膜形成部）で基板上にＳｉ超薄膜が形成
される。次の成膜プロセス室２０，４０において、スパ
ッタリング電極４１の前面（スパッタリング薄膜形成
部）で基板上にＴａ超薄膜が形成される。この複合金極
の超薄膜は反応プロセス室６０の前面（ラジカル曝露
部）で酸素ガスの活性種により酸化されてＳｉＯ2とＴ
ａ2Ｏ2の複合金属の化合物薄膜に変換される。
【００７９】このように、基板を搭載した基板ホルダ１
３を回転させ、Ｓｉ＋Ｔａ超薄膜と、ＳｉＯ2＋Ｔａ2Ｏ
2の変換を繰り返すことにより、所望膜厚のＳｉＯ2＋Ｔ
ａ2Ｏ2薄膜を形成できる。
３を回転させ、Ｓｉ＋Ｔａ超薄膜と、ＳｉＯ2＋Ｔａ2Ｏ
2の変換を繰り返すことにより、所望膜厚のＳｉＯ2＋Ｔ
ａ2Ｏ2薄膜を形成できる。
【００８０】また、スパッタリング電極２１，４１の前
面は、遮蔽板３１，５１で囲われ、一方、反応プロセス
室６０の前面は遮蔽板７５で囲われており、この囲いの
中でスパッタリング・ガスが２７，４７から、あるいは
反応性ガスが反応ガスボンベ７３から導入され、真空ポ
ンプ１５により排気系に導かれる。よって、スパッタリ
ング・ガスが遮蔽板７５内に進入したり、反応性ガスが
遮蔽板３１，５１内に進入することがない。
面は、遮蔽板３１，５１で囲われ、一方、反応プロセス
室６０の前面は遮蔽板７５で囲われており、この囲いの
中でスパッタリング・ガスが２７，４７から、あるいは
反応性ガスが反応ガスボンベ７３から導入され、真空ポ
ンプ１５により排気系に導かれる。よって、スパッタリ
ング・ガスが遮蔽板７５内に進入したり、反応性ガスが
遮蔽板３１，５１内に進入することがない。
【００８１】また、マグネトロン・スパッタリングによ
る放電と、反応性ガスの活性種発生の放電とは個別に制
御でき互いに影響を与えることがないので、安定して放
電することができ、不慮の事故を招くことがなく信頼性
が高い。さらに、活性種発生装置６１では、プラズマに
基板が曝露されないので、荷電粒子によるさまざまなダ
メージをなくすることができる。また上記例の場合には
基板の温度は１００℃以下に制御することができ、上記
に起因する温度上昇の問題も解決できる。このように基
板温度を１００℃以下とすることで、基板としてプラス
チックを用いて、スパッタリングをするときに、ガラス
転移点を越えることがなく行うことが可能となる。この
ためプラスチックの変形等の心配がなくなる。
る放電と、反応性ガスの活性種発生の放電とは個別に制
御でき互いに影響を与えることがないので、安定して放
電することができ、不慮の事故を招くことがなく信頼性
が高い。さらに、活性種発生装置６１では、プラズマに
基板が曝露されないので、荷電粒子によるさまざまなダ
メージをなくすることができる。また上記例の場合には
基板の温度は１００℃以下に制御することができ、上記
に起因する温度上昇の問題も解決できる。このように基
板温度を１００℃以下とすることで、基板としてプラス
チックを用いて、スパッタリングをするときに、ガラス
転移点を越えることがなく行うことが可能となる。この
ためプラスチックの変形等の心配がなくなる。
【００８２】以上の状態を図４乃至図７に基づいて説明
する。例えば、ＴａxＳｉyＯz膜の屈折率、減衰係数、
不均質性の光学特性と電力の関係については、図４乃至
図６で示される。なお光学定数の計算は単局膜の分光特
性のデーターによって計算したものである。両ガイドに
印加する電力比例によってＴａxＳｉyＯz膜の屈折率が
変化するが、これを図４に示す。この図から、Ｓｉカソ
ードとＴａカソードの印加電力比例の上昇に伴い、屈折
率が減少することが判明する。
する。例えば、ＴａxＳｉyＯz膜の屈折率、減衰係数、
不均質性の光学特性と電力の関係については、図４乃至
図６で示される。なお光学定数の計算は単局膜の分光特
性のデーターによって計算したものである。両ガイドに
印加する電力比例によってＴａxＳｉyＯz膜の屈折率が
変化するが、これを図４に示す。この図から、Ｓｉカソ
ードとＴａカソードの印加電力比例の上昇に伴い、屈折
率が減少することが判明する。
【００８３】蒸着のレートは４０ｎｍ／ｍｉｎで固定さ
れたため、屈折率と印加電力比例の関係が成立する。こ
の結果から５５０ｎｍ波長上の最小及び最大屈折率は
１．４６３と２．１８２である。印加電力の比例を増加
すると膜の５５０ｎｍ波長上の屈折率は１．４６３から
２．１８２に変化できる。この屈折率は２．１８２から
１．４６３にも変化可能である。
れたため、屈折率と印加電力比例の関係が成立する。こ
の結果から５５０ｎｍ波長上の最小及び最大屈折率は
１．４６３と２．１８２である。印加電力の比例を増加
すると膜の５５０ｎｍ波長上の屈折率は１．４６３から
２．１８２に変化できる。この屈折率は２．１８２から
１．４６３にも変化可能である。
【００８４】図５は減衰係数と屈折率と関係を示すグラ
フ図で、図６は複数の薄膜層の均一性と屈折率との関係
を示すグラフ図である。図５で示すように、屈折率１．
４６３から２．００まで５５０ｎｍ波長上の膜の減衰係
数は５×１０-4より小さい。屈折率２．００から２．１
８２膜の減衰係数は１×１０-3より小さい。図６では、
非常に小さい不均質性を示している。屈折率２．００以
下の膜は負の不均質である。膜の屈折率は２．００より
高い場合に、正の不均質である。
フ図で、図６は複数の薄膜層の均一性と屈折率との関係
を示すグラフ図である。図５で示すように、屈折率１．
４６３から２．００まで５５０ｎｍ波長上の膜の減衰係
数は５×１０-4より小さい。屈折率２．００から２．１
８２膜の減衰係数は１×１０-3より小さい。図６では、
非常に小さい不均質性を示している。屈折率２．００以
下の膜は負の不均質である。膜の屈折率は２．００より
高い場合に、正の不均質である。
【００８５】以上の結果から、中間屈折率を包む３層反
射防止膜と傾斜屈折率膜を包む２層反射防止膜を設計
し、作製することが可能である。作製した膜構成は、
（１）基板／Ｍ（λ／４）／２Ｈ（λ／２）／Ｌ（λ／
４）／Ａｉｒと、（２）基板／Ｇ／Ｌ（λ／４）／Ａｉ
ｒ（Ｇは傾斜膜である）である。
射防止膜と傾斜屈折率膜を包む２層反射防止膜を設計
し、作製することが可能である。作製した膜構成は、
（１）基板／Ｍ（λ／４）／２Ｈ（λ／２）／Ｌ（λ／
４）／Ａｉｒと、（２）基板／Ｇ／Ｌ（λ／４）／Ａｉ
ｒ（Ｇは傾斜膜である）である。
【００８６】中間屈折率層Ｍの屈折率はｎm＝ｎl√ｎs
が決められており、式の中に，ｎmは中間屈折率層の屈
折率、ｎlは低屈折率層の屈折率，ｎsは基板の屈折率で
ある。２層の反射防止膜の設計はｗコートいわゆる基板
／２Ｈ（λ／２）／Ｌ（λ／４）／Ａｉｒ，とよばれる
一般的な２層反射防止設計から作製した。それらの計算
と測定した分光曲線を図７に示した。図７から明らかな
ように、計算値と測定値とよく一致している。２層反射
防止膜の場合に、一般的なｗコートの高屈折率層は傾斜
屈折率層にすることによって、反射防止の範囲を広げる
ことが可能となった。
が決められており、式の中に，ｎmは中間屈折率層の屈
折率、ｎlは低屈折率層の屈折率，ｎsは基板の屈折率で
ある。２層の反射防止膜の設計はｗコートいわゆる基板
／２Ｈ（λ／２）／Ｌ（λ／４）／Ａｉｒ，とよばれる
一般的な２層反射防止設計から作製した。それらの計算
と測定した分光曲線を図７に示した。図７から明らかな
ように、計算値と測定値とよく一致している。２層反射
防止膜の場合に、一般的なｗコートの高屈折率層は傾斜
屈折率層にすることによって、反射防止の範囲を広げる
ことが可能となった。
【００８７】
【発明の効果】本発明によれば、光学薄膜を形成すると
き、複数のスパッタする金属の各単独金属固有の屈折率
の範囲内で、屈折率を任意に制御可能となり、超薄膜に
対して酸化・窒化・弗化等の反応を行いながら成膜する
ことが可能であり、光学特性や力学特性等が安定した金
属化合物薄膜を、基板温度を高くすることなく、かつ高
速に形成することができる。また広い屈折率変化範囲を
簡単な制御システムで得ることが可能である。
き、複数のスパッタする金属の各単独金属固有の屈折率
の範囲内で、屈折率を任意に制御可能となり、超薄膜に
対して酸化・窒化・弗化等の反応を行いながら成膜する
ことが可能であり、光学特性や力学特性等が安定した金
属化合物薄膜を、基板温度を高くすることなく、かつ高
速に形成することができる。また広い屈折率変化範囲を
簡単な制御システムで得ることが可能である。
【図１】薄膜形成装置の説明図である。
【図２】図１の線Ａ−Ｂ−Ｃに沿った側面図である。
【図３】基板上に複合金属の化合物の薄膜を形成すると
きの説明図である。
きの説明図である。
【図４】電力比と屈折率とを示すグラフ図である。
【図５】減衰係数と屈折率と関係を示すグラフ図であ
る。
る。
【図６】複数の薄膜層の均一性と屈折率との関係を示す
グラフ図である。
グラフ図である。
【図７】反射率と波長との計算値と実験値との比較を示
すグラフ図である。
すグラフ図である。
１１ 真空槽 １３ 基板ホルダ ２０，４０ 成膜プロセス室 ２１，４１ スパッタリング電極 ２３，４３ スパッタリング電源 ２５，４５ マスフロー ２７，４７ スパッタリング・ガス・ボンベ ２９，４９ ターゲット ３１，５１ 遮蔽板 ６０ 反応プロセス室 ６１ ラジカル源（ラジカル発生室、活性種発生装置） ６２ グリット（マルチ・アパーチャ・グリッド、マル
チ・スリット・グリッド） ６３ 高周波放電室 ６５ 高周波コイル ６７ マッチングボックス ６９ 高周波電源 ７１ マスフロー ７３ 反応ガスボンベ ８０ 外部コイル ８１ 内部コイル Ｓ 薄膜形成装置
チ・スリット・グリッド） ６３ 高周波放電室 ６５ 高周波コイル ６７ マッチングボックス ６９ 高周波電源 ７１ マスフロー ７３ 反応ガスボンベ ８０ 外部コイル ８１ 内部コイル Ｓ 薄膜形成装置
Claims (24)
- 【請求項１】 それぞれに独立した少なくとも二種以上
の異種金属からなる各ターゲットをスパッタリングし
て、基板上へ、複合金属ないし複合金属の不完全反応物
からなる超薄膜を形成する工程と、該形成された超薄膜
に電気的に中性な反応性ガスの活性種を照射し、上記超
薄膜と反応性ガスの活性種とを反応させて複合金属の化
合物に変換する工程と、これら超薄膜を形成する工程と
複合金属の化合物に変換する工程を順次繰返し、所望の
膜厚の複合金属の化合物薄膜を基板に形成することを特
徴とする複合金属化合物の薄膜形成方法。 - 【請求項２】 前記電気的に中性な反応性ガスの活性種
は、ラジカル（遊離基：一個以上の不対電子を有する原
子または分子、あるいは励起状態にある原子あるいは分
子）であることを特徴とする請求項１記載の複合金属化
合物の薄膜形成方法。 - 【請求項３】 前記スパッタリングはマグネトロンスパ
ッタリングであることを特徴とする請求項１記載の複合
金属化合物の薄膜形成方法。 - 【請求項４】 前記各ターゲットの負電位をそれぞれ１
〜２００ｋＨｚの間隔で、＋５０〜＋２００Ｖの範囲で
正電位に反転させ、前記各ターゲットの表面部分に形成
された化合物に蓄積するプラスに帯電した電荷をプラズ
マ中の電子で中和することを特徴とする請求項１乃至３
のいずれか記載の複合金属化合物の薄膜形成方法。 - 【請求項５】 動作ガスを導入し、それぞれに独立した
少なくとも二種以上の異種金属からなる各ターゲットを
スパッタリングして、基板上に、金属ないし金属の不完
全反応物からなる超薄膜を形成する工程を行う成膜プロ
セス室２０，４０と、該成膜プロセス室２０，４０で形
成された超薄膜に電気的に中性な反応性ガスの活性種を
照射し、前記超薄膜と反応性ガスの活性種とを反応せし
め金属化合物に変換する工程を行う反応プロセス室と、
該反応プロセス室と前記成膜プロセス室２０，４０とを
遮蔽板によって空間的、圧力的に分離する分離手段と、
を備え、前記分離手段により前記成膜プロセス室２０，
４０の動作ガスに前記反応性ガスが混合されることを防
止して、安定なスパッタリング成膜プロセスと反応プロ
セスを逐次的に繰返し、所望膜厚の複合金属の化合物薄
膜を基板に形成することを特徴とする複合金属化合物の
薄膜形成装置。 - 【請求項６】 前記反応プロセス室で用いられる反応性
ガスの活性種は、電気的に中性なラジカル（遊離基：一
個以上の不対電子を有する原子または分子、あるいは励
起状態にある原子あるいは分子）であることを特徴とす
る請求項５記載の複合金属化合物の薄膜形成装置。 - 【請求項７】 前記薄膜形成装置はマグネトロンスパッ
タリング装置であることを特徴とする請求項５記載の複
合金属化合物の薄膜形成装置。 - 【請求項８】 前記各ターゲットの負電位をそれぞれ１
〜２００ｋＨｚの間隔で、＋５０〜＋２００Ｖの範囲で
正電位に反転させ、前記各ターゲットの非エロージョン
部分に形成された化合物に蓄積するプラスに帯電した電
荷をプラズマ中の電子で中和することを特徴とする請求
項５乃至７のいずれか記載の複合金属化合物の薄膜形成
装置。 - 【請求項９】 前記活性種は、高周波コイルを巻回した
石英管からなる高周波放電室６３と、マッチングボック
スを介して前記高周波コイルに印加される高周波電源６
９と、前記高周波放電室６３にマスフローを介して反応
性ガスを導入させる反応ガス供給手段と、前記高周波放
電室６３内に２０〜３００ガウス（Gauss）の磁場を形
成するために配置される外部コイル或いは内部コイル
と、前記高周波放電室６３と前記反応プロセス室の間に
配設されたマルチ・アパーチャ・グリッド或いはマルチ
・スリット・グリッドにより、生成されることを特徴と
する請求項５又は６記載の複合金属化合物の薄膜形成装
置。 - 【請求項１０】 前記マルチ・アパーチャ・グリッド
は、金属あるいは絶縁物に約Φ０．１〜３ｍｍの穴が多
数明けてあり、冷却がなされていることを特徴とする請
求項９記載の複合金属化合物の薄膜形成装置。 - 【請求項１１】 マルチ・スリット・グリッドは、金属
あるいは絶縁物に幅０．１〜１ｍｍのスリットが多数明
けてあり、冷却がなされていることを特徴とする請求項
９記載の複合金属化合物の薄膜形成装置。 - 【請求項１２】 それぞれに独立した少なくとも二種以
上の異種金属からなる各ターゲットをスパッタリングし
て、基板上へ、複合金属ないし複合金属の不完全反応物
からなる超薄膜を形成する工程と、該形成された超薄膜
に電気的に中性な反応性ガスの活性種を照射し、上記超
薄膜と反応性ガスの活性種とを反応させて複合金属の化
合物に変換する工程と、これら超薄膜を形成する工程と
複合金属の化合物に変換する工程を順次繰返し、所望の
膜厚の複合金属の化合物薄膜を基板に形成し、前記複合
金属の化合物薄膜を構成するそれぞれの金属の単独の化
合物が本来有する光学的な屈折率の範囲内で、任意の屈
折率を得ることを特徴とする複合金属化合物の薄膜形成
方法。 - 【請求項１３】 前記電気的に中性な反応性ガスの活性
種は、ラジカル（遊離基：一個以上の不対電子を有する
原子または分子、あるいは励起状態にある原子あるいは
分子）であることを特徴とする請求項１２記載の複合金
属化合物の薄膜形成方法。 - 【請求項１４】 前記スパッタリングはマグネトロンス
パッタリングであることを特徴とする請求項１２記載の
複合金属化合物の薄膜形成方法。 - 【請求項１５】 前記各ターゲットの負電位をそれぞれ
１〜２００ｋＨｚの間隔で、＋５０〜＋２００Ｖの範囲
で正電位に反転させ、前記各ターゲットの表面部分に形
成された化合物に蓄積するプラスに帯電した電荷をプラ
ズマ中の電子で中和することを特徴とする請求項１２乃
至１４のいずれか記載の複合金属化合物の薄膜形成方
法。 - 【請求項１６】 それぞれが独立に遮蔽板により囲まれ
た少なくとも２個のスパッタリングによる成膜プロセス
室２０，４０と、反応性ガスの活性種を発生させるラジ
カル源を備えた反応プロセス室と、前記成膜プロセス室
２０，４０を遮蔽する遮蔽手段と、前記反応プロセス室
を遮蔽する遮蔽手段と、薄膜が形成される基板と、前記
成膜プロセス室２０，４０に対応したスパッタリング薄
膜を形成する薄膜形成部及び前記反応プロセス室に対応
したラジカル源による反応性ガスのラジカル曝露部との
間に、前記基板を順次繰返して搬送する搬送手段と、を
備え、前記基板に所望膜厚の複合金属の化合物薄膜を形
成し、前記複合金属の化合物薄膜を構成するそれぞれの
金属の単独の化合物が本来有する光学的な屈折率の範囲
内で、任意の屈折率を得ることを特徴とする複合金属化
合物の薄膜形成装置。 - 【請求項１７】 前記基板は電気的に絶縁された基板ホ
ルダーで保持されて、基板上での異常放電を防止したこ
とを特徴とする請求項１６記載の複合金属化合物の薄膜
形成装置。 - 【請求項１８】 前記反応プロセス室で用いられる反応
性ガスの活性種は、電気的に中性なラジカル（遊離基：
一個以上の不対電子を有する原子または分子、あるいは
励起状態にある原子あるいは分子）であることを特徴と
する請求項１６又は１７記載の複合金属化合物の薄膜成
膜装置。 - 【請求項１９】 前記成膜装置はマグネトロンスパッタ
リング装置であることを特徴とする請求項１６又は１７
記載の複合金属化合物の薄膜成膜装置。 - 【請求項２０】 前記各ターゲットの負電位をそれぞれ
１〜２００ｋＨｚの間隔で、＋５０〜＋２００Ｖの範囲
で正電位に反転させ、前記各ターゲットの表面部分に形
成された化合物に蓄積するプラスに帯電した電荷をプラ
ズマ中の電子で中和することを特徴とする請求項１６乃
至１９のいずれか記載の複合金属化合物の薄膜形成装
置。 - 【請求項２１】 前記活性種は、高周波コイルを巻回し
た石英管からなる高周波放電室６３と、マッチングボッ
クスを介して前記高周波コイルに印加される高周波電源
６９と、前記高周波放電室６３にリークバルブ或いはマ
スフローを介して反応性ガスを導入させる反応ガス供給
手段と、前記高周波放電室６３内に２０〜３００ガウス
（Gauss）の磁場を形成するために配置される外部コイ
ル或いは内部コイルと、前記高周波放電室６３と前記反
応プロセス室の間に配設されたマルチ・アパーチャ・グ
リッド或いはマルチ・スリット・グリッドにより、生成
されることを特徴とする請求項１６又は１８記載の複合
金属化合物の薄膜形成装置。 - 【請求項２２】 前記マルチ・アパーチャ・グリッド
は、金属あるいは絶縁物に約Φ０．１〜３ｍｍの穴が多
数明けてあり、冷却がなされていることを特徴とする請
求項２１記載の複合金属化合物の薄膜形成装置。 - 【請求項２３】 マルチ・スリット・グリッドは、金属
あるいは絶縁物に幅０．１〜１ｍｍのスリットが多数明
けてあり、冷却がなされていることを特徴とする請求項
２１記載の複合金属化合物の薄膜形成装置。 - 【請求項２４】 それぞれに独立した少なくとも二種以
上の異種金属をスパッタリングして、基板上へ、複合金
属ないし複合金属の不完全反応物からなる超薄膜を形成
する工程と、該形成された超薄膜に電気的に中性な反応
性ガスの活性種を照射し、上記超薄膜と反応性ガスの活
性種とを反応させて複合金属の化合物に変換する工程
と、これら超薄膜を形成する工程と複合金属の化合物に
変換する工程を順次繰返し、所望の膜厚の複合金属の化
合物薄膜を基板に形成し、前記複合金属の化合物薄膜を
構成するそれぞれの金属の単独の化合物が本来有する光
学的な屈折率の範囲内で、薄膜の厚み方向に連続的に屈
折率を変化させることにより、任意の光学特性を得るこ
とを特徴とする複合金属化合物の薄膜形成方法。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09824698A JP3735461B2 (ja) | 1998-03-27 | 1998-03-27 | 複合金属の化合物薄膜形成方法及びその薄膜形成装置 |
| US09/092,645 US6207536B1 (en) | 1998-03-27 | 1998-06-09 | Method for forming a thin film of a composite metal compound and apparatus for carrying out the method |
| EP98115642A EP0945523B1 (en) | 1998-03-27 | 1998-08-19 | Method for forming a thin film and apparatus for carrying out the method |
| EP03011561A EP1350864B1 (en) | 1998-03-27 | 1998-08-19 | Method for forming a thin film and apparatus for carrying out the method |
| DE69838039T DE69838039T2 (de) | 1998-03-27 | 1998-08-19 | Verfahren zur Herstellung einer dünnen Schicht und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens |
| DE69819298T DE69819298T2 (de) | 1998-03-27 | 1998-08-19 | Verfahren zur Herstellung einer dünnen Schicht und Vorrichung zur Durchführung dieses Verfahrens |
| US09/730,564 US6328865B2 (en) | 1998-03-27 | 2000-12-07 | Method for forming a thin film of a composite metal compound and apparatus for carrying out the method |
Applications Claiming Priority (1)
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