(57)【要約】【課題】内容器の内壁に付着した不純物が脱離することに起因する薄膜の品質の低下を抑制する。【解決手段】真空チャンバー１内にエンクロージャー１１を配置する。このエンクロージャー１１は、フッ化物からなるターゲット４と基板６とを囲っており、このエンクロージャー１１内にスパッタ用ガスが導入される。エンクロージャー１１の外部には、加熱装置１５が設けられており、エンクロージャー１１を真空チャンバー１に装着した後、加熱装置１５を動作させることにより、エンクロージャー１１に付着した水分子等の不純物が脱離される。この脱離した不純物を排気した後、スパッタにより基板６にフッ化物からなる薄膜を成膜する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ化物からなるターゲットをスパッタし、基板に前記フッ化物からなる薄膜を成膜するスパッタ装置において、
真空チャンバーと、
前記真空チャンバー内に脱着可能に配置され、前記ターゲット及び前記基板を囲う内容器と、
前記真空チャンバーに前記内容器を装着した状態で、前記基板に成膜させる前に前記内容器を加熱する加熱手段と、を備えたことを特徴とするスパッタ装置。
【請求項２】
前記基板に成膜中に前記内容器を冷却する冷却手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置。
【請求項３】
前記内容器には、前記基板を搬入及び搬出するための開口部が形成され、
前記開口部近傍には、前記開口部の開口度を調整するシャッターが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フッ化物の薄膜を基板に成膜するスパッタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、真空チャンバー内に内容器を配置し、内容器内にターゲット及び基板を配置して、真空チャンバーの内壁にスパッタによる膜が形成されるのを回避したスパッタ装置が知られている（特許文献１参照）。この種の内容器の内壁にはスパッタ膜が形成されるので、定期的に内容器を真空チャンバーから外して洗浄する必要がある。そして、内容器の洗浄後、水分子等の不純物が基板に形成される薄膜に混入するのを抑制するために、内容器を真空チャンバーから取り外した状態で加熱処理を施し、その後、内容器を真空チャンバー内に装着している。このように加熱処理を施しても、内容器は真空チャンバーに装着するまでの間に外気に触れてしまうので、再び水分子等の不純物が内容器に付着してしまうことがある。そして、その不純物は、薄膜形成中に熱によって脱離して内容器内を浮遊し薄膜に混入してしまう可能性があるため、内容器に排気口を設けておき、内容器内を浮遊する不純物をスパッタガスと共に排気口から排出するようにしていた。
【０００３】
ところで、近年、光学機器市場においても世界的競争力保持の為に、レンズコーティングにおいても生産の効率化が求められている。従来、フッ化物薄膜をレンズにコーティングする場合には、真空蒸着法で実施することが主であったが、真空蒸着法は大ロット生産向きで小ロット生産には不向きなため、小ロット生産への要望に対しスパッタ法で実施する動きが活発化している。この種のスパッタ法として、金属ターゲットからスパッタした金属と導入した反応性ガスとを反応させる反応性スパッタにより成膜する技術が知られているが、この方法でフッ化物薄膜を成膜するには、反応性ガスとしてフッ素系のガスを導入する必要がある。このフッ素系のガスの使用に際しては、ボンベの筐体排気、緊急除外筒設置、排ガス処理系等高価な設備が必要な為、コスト削減が難しい。そこで、フッ素系ガスを導入する方法に代わるものとして、ターゲットを、基板に形成する薄膜と同じフッ化物材料とすることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２００６−３０７２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来のスパッタ装置において、フッ化物材料からなるターゲットに包含されるフッ素原子がスパッタにより一部脱離すると、フッ素原子が内容器内でガス化するので、内容器内のフッ素原子が排気口からスパッタガスと共に排気されてしまう。これにより内容器内のフッ素原子が減少してしまうため、フッ素原子が薄膜中に取り込まれず、薄膜の品質が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、内容器の内壁に付着した不純物が脱離することに起因する薄膜の品質の低下を抑制するスパッタ装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、フッ化物からなるターゲットをスパッタし、基板に前記フッ化物からなる薄膜を成膜するスパッタ装置において、真空チャンバーと、前記真空チャンバー内に脱着可能に配置され、前記ターゲット及び前記基板を囲う内容器と、前記真空チャンバーに前記内容器を装着した状態で、前記基板に成膜させる前に前記内容器を加熱する加熱手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、内容器を真空チャンバーに装着した際に内容器に水分子等の不純物が付着していても、加熱手段により内容器が真空チャンバー内で加熱処理されるので、内容器に付着した不純物を効果的に取り除くことができる。そして、内容器は真空チャンバーに装着した状態で加熱処理されるので、加熱処理後、真空チャンバーを真空に保つことで内容器は外気に触れることはなく、内容器に外気中の不純物が付着するのを抑制することができる。したがって、成膜中に熱によって内容器から脱離する不純物の量が減少するので、内容器内のフッ素原子を含むガスを内容器の外部に排気する必要がないか或いは排気量が少なくて済み、これにより薄膜の品質の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係るスパッタ装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明する。図１に示すスパッタ装置１００は、高周波スパッタ法により基板６にフッ化物の薄膜を形成するものである。そして、このスパッタ装置１００は、薄膜でコーティングされたレンズ等の光学素子を生産するものである。スパッタ装置１００は、真空チャンバー１と、高周波電源２と、インピーダンスを整合させる整合器３と、高周波電源２より整合器３を介して高周波電力が供給されるターゲット４と、基板６を保持する基板保持台１３と、を備えている。ターゲット４と基板保持台１３とは、真空チャンバー１内に配置されている。また、スパッタ装置１００は、真空チャンバー内に脱着可能に配置され、ターゲット４、基板６及び基板保持台１３を囲う内容器としてのエンクロージャー１１を備えている。ターゲット４は、金属原子とフッ素原子とからなるフッ化物材料（例えばＭｇＦ２）であり、基板６に成膜する薄膜と同じ材料からなる。
【００１１】
エンクロージャー１１には、基板６をエンクロージャー１１内に搬入及び搬出するための開口部１１ａが形成されている。また、真空チャンバー１に隣接して真空予備排気室５が設けられており、フッ化物薄膜が成膜される基板６は、トランスファーロッド７により、真空予備排気室５と真空チャンバー１内の基板保持台１３との間を移動できるようになっている。真空チャンバー１と真空予備排気室５とはゲートバルブ８で仕切られており、両室１，５は真空ポンプ９，１０でそれぞれ排気される。エンクロージャー１１内には、バルブ１２を介してＡｒ等のスパッタ用のガスを導入する配管のガス噴出口２０が設けられている。ターゲット４のフッ素原子及び金属原子は、スパッタ用ガスによりスパッタされ、基板６に蒸着される。
【００１２】
エンクロージャー１１は、小さくするほど、フッ素原子の閉じこめ効果が上昇する。つまり、基板６のサイズに最適なエンクロージャー１１を真空チャンバー１の内部に設置することにより、任意の大きさの基板６に対しても、エンクロージャー１１の取り替えのみで、良好な薄膜形成が可能となる。
【００１３】
ところで、エンクロージャー１１の内壁は、スパッタ膜が形成されてしまうので、定期的にエンクロージャー１１を真空チャンバー１から取り外して洗浄する必要がある。そして、洗浄後は、エンクロージャー１１には水分子等の不純物が付着しているので、加熱処理が必要である。
【００１４】
そこで、本実施の形態では、スパッタ装置１００は、エンクロージャー１１を加熱する加熱手段としての加熱装置１５を備えている。加熱装置１５は、真空チャンバー１に装着されているエンクロージャー１１の外側であって、基板保持台１３（つまり、基板６）近傍に配置され、熱伝導によりエンクロージャー１１全体を加熱するものである。
【００１５】
この加熱装置１５は、真空チャンバー１にエンクロージャー１１を装着した状態で、基板６に成膜させる前にエンクロージャー１１を加熱するように動作させる。このとき、真空チャンバー１は密閉状態で真空ポンプ９を動作させて真空状態にされている。この真空状態で加熱装置１５を動作させてエンクロージャー１１を加熱することにより、エンクロージャー１１に付着している水分子等の不純物が効果的に脱離する。このようにして脱離した不純物は、真空ポンプ９の動作により真空チャンバー１内（エンクロージャー１１内）から排出される。この加熱装置１５による加熱動作は、不純物の脱離に要する所定時間に亘って行われ、その後、加熱装置１５の動作を停止してからエンクロージャー１１が室温程度に低下するまで放置される。
【００１６】
すなわち、エンクロージャー１１を真空チャンバー１に装着した際にエンクロージャー１１には水分子等の不純物が付着しているが、加熱装置１５によりエンクロージャー１１が真空チャンバー１内で加熱処理される。この加熱装置１５により成膜前にエンクロージャー１１が加熱されるので、水分子等の不純物をエンクロージャー１１から事前に放出させることができ、エンクロージャー１１に付着した不純物を効果的に取り除くことができる。そして、エンクロージャー１１は真空チャンバー１に装着した状態で加熱処理されるので、加熱処理後であって基板６に成膜する前に真空チャンバー１を外気に開放する必要はないのでエンクロージャー１１が外気に触れることはない。したがって、エンクロージャー１１に外気中の不純物が付着するのを抑制することができる。
【００１７】
次いで、スパッタにより基板６に成膜するが、この成膜中は、エンクロージャー１１内にはスパッタによるプラズマが発生しており、エンクロージャー１１自身がプラズマにより加熱されることとなる。しかし、エンクロージャー１１は、予め付着している水分子等の不純物が加熱装置１５による加熱により脱離させているので、エンクロージャー１１内に脱離する不純物の量は極めて少ない。
【００１８】
したがって、成膜中に熱によってエンクロージャー１１から脱離する不純物の量が減少するので、エンクロージャー１１内のフッ素原子を含むガスをエンクロージャー１１の外部に排気する必要がないか或いは排気量が少なくて済む。これによりエンクロージャー１１内はフッ素で満たされるので、フッ素が基板６付近で滞留して再結合し易くなり、薄膜の品質の低下を抑制することができ、薄膜の純度を維持することができる。
【００１９】
ところで、エンクロージャー１１は成膜中、内部のプラズマにより加熱される。そこで、本実施の形態では、スパッタ装置１００は、エンクロージャー１１を冷却する冷却手段としての冷却ジャケット１６を備えている。この冷却ジャケット１６は、水冷式のものであり、エンクロージャー１１の外周に沿って配置され、エンクロージャー１１全体を冷却する。そして、冷却ジャケット１６を基板６に成膜中に動作させることで、成膜中にエンクロージャー１１を冷却することが可能である。なお、エンクロージャー１１には、開口部１１ａが形成されているので、冷却ジャケット１６は、開口部１１ａを回避して形成されている。
【００２０】
この冷却ジャケット１６を成膜中に動作させることで、エンクロージャー１１が成膜中に発生するプラズマに晒されても、エンクロージャー１１の昇温が抑制される。これにより、エンクロージャー１１の熱が基板６に放射されるのを抑制でき、その結果、基板６がエンクロージャー１１の放射熱により昇温するのを抑制することができる。したがって、基板６に形成された薄膜の組成比が熱によって崩れるのを抑制することができ、良好な膜質を得ることが可能となる。
【００２１】
ここで、本実施の形態では、エンクロージャー１１の開口部近傍にシャッター１４が設けられている。このシャッター１４は、開口部１１ａを開放（全開）する開放位置（図１中、実線で示した位置）と、開口部１１ａを閉鎖（全閉）する閉鎖位置（図１中、破線で示した位置）との間の任意の位置に移動可能に設けられている。つまり、シャッター１４は、開口部１１ａの開口度を調整することが可能である。
【００２２】
そして、基板６の搬入又は搬出時には、シャッター１４を開放位置に移動させ、基板６がシャッター１４に接触しないようにしている。また、加熱装置１５によりエンクロージャー１１を加熱する際には、シャッター１４を開放位置に移動させ、エンクロージャー１１内に浮遊する不純物を開口部１１ａを介して排出させている。また、スパッタによる成膜中には、シャッター１４を閉鎖位置に移動させることで、エンクロージャー１１内でのフッ素原子の滞留度合いを高めることができ、基板６上での反応を促進させることが可能となる。
【００２３】
なお、上述した加熱装置１５の加熱動作によっても、エンクロージャー１１から全ての不純物を完全に除去することは困難であり、成膜中に僅かながらエンクロージャー１１内に不純物がエンクロージャー１１の内壁から脱離することがある。そこで、シャッター１４は開口部１１ａの開口度を調整できるので、排気が必要な場合には、任意の大きさの間隙（開口）を設けることにより、エンクロージャー１１内の不純物をスパッタガスと共に排出することができる。これにより、エンクロージャー１１内の雰囲気を清浄に保つことができ、薄膜中に不純物が混入するのを抑制することができる。また、排気の必要がない場合には、シャッター１４を閉鎖位置に移動させることで、フッ素原子の流出を止めることができる。
【実施例】
【００２４】
（比較例）
１０×１０−４Ｐａまで真空チャンバー１及び真空予備排気室５を排気後、ゲートバルブ８を開け、トランスファーロッド７で基板６をエンクロージャー１１内に搬入し、基板保持台１３に基板６を設置した。ターゲット４はＭｇＦ２を用い、シャッター１４は開放位置に移動させ、スパッタ用ガスとしてＡｒを１０ｓｃｃｍ導入し、高周波電力１００Ｗをターゲット４に印加し、基板６上にＭｇＦ２膜を約１００ｎｍ成膜した。そして成膜された基板６を取り出して光学特性を測定したところ、光学的吸収が約７％であった。
【００２５】
この光学的吸収は薄膜の良好性を示し、数値が低いほど正規の組成に近い良好な薄膜であるといえる。なお、エンクロージャー１１なしで成膜したＭｇＦ２膜は、フッ素系ガスがスパッタによって殆ど脱離し、金属膜となり、光学的吸収率が非常に高く、測定不能であった。以上の比較結果から、エンクロージャー１１の設置により、エンクロージャー１１が無い場合と比較して、良好な薄膜が形成されることがわかる。
【００２６】
（実施例１）
まず、加熱装置１５及び冷却ジャケット１６による効果を検証する前に、シャッター１４による効果を検証する。エンクロージャー１１内へ基板６を搬入した後、シャッター１４を閉鎖位置へ移動させて開口部１１ａをシャッター１４で閉鎖し、比較例１と同様に基板上にＭｇＦ２膜を膜厚約１００ｎｍ成膜した。そして成膜された基板６を取り出して光学特性を測定したところ、光学的吸収が約５％であり、比較例よりも向上している。このことから、シャッター１４を使用してエンクロージャー１１の閉じこめ効果を高めた方が、フッ素原子のエンクロージャー１１内での滞留を向上させることができ、基板上で金属原子との反応が進み、比較例よりも良好な薄膜が得られることが確認された。
【００２７】
つまり、本実施例１では、加熱装置１５及び冷却ジャケット１６を動作させていないが、加熱装置１５（及び冷却ジャケット１６）を動作させた際にも、シャッター１４を開放するよりも閉鎖した方が良好な薄膜が得られるのは明白である。
【００２８】
（実施例２）
エンクロージャー１１内への基板６の搬入後もシャッター１４を開放した状態で、エンクロージャー１１を７０度で３０分間加熱後、室温まで冷却した。次いで、実施例１と同様にシャッター１４を閉鎖位置へ移動させて開口部１１ａをシャッター１４で閉鎖し、基板上にＭｇＦ２膜を膜厚約１００ｎｍ成膜した。そして成膜された基板６を取り出して光学特性を測定したところ、光学的吸収が約４．５％であり、比較例よりも向上している。このことから、エンクロージャー１１を前もって加熱することにより、エンクロージャー１１の内壁に付着している水分子等の不純物の脱離が促進され、これをエンクロージャー１１内から排気することにより薄膜中への不純物の混入が抑制できることが確認された。
【００２９】
（実施例３）
エンクロージャー１１内への基板６の搬入後もシャッター１４を開放した状態で、エンクロージャー１１を７０度で３０分間加熱後、室温まで冷却した。次いで、実施例１と同様にシャッター１４を閉鎖位置へ移動させて開口部１１ａをシャッター１４で閉鎖し、冷却ジャケット１６によりエンクロージャー１１を１０度に水冷しながら、基板上にＭｇＦ２膜を膜厚約１００ｎｍ成膜した。そして成膜された基板６を取り出して光学特性を測定したところ、光学的吸収が約２．５％であり、実施例２よりも向上している。このことから、エンクロージャー１１を水冷することにより、成膜中のエンクロージャー１１の昇温が防止され、エンクロージャー１１から基板６への熱放射が抑制され、基板温度上昇が抑制されたことが確認された。また、フッ化物薄膜は、熱のダメージを非常に受けやすい性質を有しているため、基板温度を極力低くする必要があるが、それに寄与できた為、実施例２よりもさらに光学的吸収の小さい良好な薄膜が得られることが確認された。
【符号の説明】
【００３０】
１  真空チャンバー
４  ターゲット
６  基板
１１  エンクロージャー（内容器）
１５  加熱装置（加熱手段）
１００  スパッタ装置
【図１】
2010229540.tif 000003