(57)【要約】【課題】ターゲットの利用効率を高めると共に、成膜レートを速めて生産性を向上させた成膜装置を提供すること。【解決手段】ターゲット１０に電圧を印加して、スパッタにより基板１１の処理面１１ａに金属化合物薄膜を形成する成膜方法において、法線方向の投影が交差するように断面が鋸歯状となる凹凸形状に形成された複数のスパッタ面１０ａを有するターゲット１０の、複数のスパッタ面１０ａのそれぞれの法線方向の投影が交差した先の領域で投影領域に挟まれるように形成された非投影領域に基板１１が収まるように、ターゲット１０と基板１１とを対向配置する配置工程と、ターゲット１０に電圧を印加して、基板１１の処理面１１ａに薄膜を形成する薄膜形成工程と、を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットに電圧を印加して、スパッタにより被処理体の処理面に金属化合物薄膜を形成する成膜方法において、
法線方向の投影が交差するように断面が鋸歯状となる凹凸形状に形成された複数のスパッタ面を有する前記ターゲットの、前記複数のスパッタ面のそれぞれの法線方向の投影が交差した先の領域で投影領域に挟まれるように形成された非投影領域に前記被処理体が収まるように、前記ターゲットと前記被処理体とを対向配置する配置工程と、
前記ターゲットに電圧を印加して、前記被処理体の前記処理面に薄膜を形成する薄膜形成工程と、を備えた、
ことを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記ターゲットは、前記複数のスパッタ面の断面における両側の側面を、側面の傾斜に沿って結ぶことで形成される頂部の位置よりも、厚さ方向に薄くなるように形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記配置工程は、
前記ターゲットを固定するターゲット固定工程と、
前記被処理体が前記非投影領域に収まるように、固定した前記ターゲットに対して前記被処理体を配置する被処理体配置工程と、を有する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記複数のスパッタ面の凹凸形状は、円錐部と、前記円錐部と同心円状の頂部を有する１以上の同心円部と、から構成される、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記金属化合物薄膜がフッ化膜である、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記ターゲットに印加する直流電圧に３５０ＫＨｚ以下の周波数の電圧を重畳してスパッタする、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記被処理体と前記ターゲットとの、厚さ方向と交差する方向の長さの比が、１：５以下である、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記被処理体は光学素子である、
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項９】
ターゲットに電圧を印加して、スパッタにより被処理体の処理面に金属化合物薄膜を形成する薄膜付被処理体の製造方法において、
法線方向の投影が交差するように断面が鋸歯状となる凹凸形状に形成された複数のスパッタ面を有する前記ターゲットの、前記複数のスパッタ面のそれぞれの法線方向の投影が交差した先の領域で投影領域に挟まれるように形成された非投影領域に前記被処理体が納まるように、前記ターゲットと前記被処理体とを対向配置する配置工程と、
前記ターゲットに電圧を印加して、前記被処理体の前記処理面に薄膜を形成する薄膜形成工程と、を備えた、
ことを特徴とする薄膜付被処理体の製造方法。
【請求項１０】
前記光学素子を準備する工程と、
前記光学素子に対して請求項８に記載の成膜方法にて成膜する成膜工程と、を備えた、
ことを特徴とする薄膜付光学素子の製造方法。
【請求項１１】
ターゲットに電圧を印加して、スパッタにより被処理体の処理面に金属化合物薄膜を形成する成膜装置において、
法線方向の投影が交差するように断面が鋸歯状となる凹凸形状に形成された複数のスパッタ面を有する前記ターゲットを保持するターゲット保持手段と、
前記ターゲットと対向し、かつ前記ターゲットの前記複数のスパッタ面のそれぞれの法線方向の投影が交差した先の領域で投影領域に挟まれるように形成された非投影領域に納まるように、前記被処理体を保持する被処理体保持手段と、を備えた、
ことを特徴とする成膜装置。
【請求項１２】
ターゲットに電圧を印加して、スパッタにより処理面に金属化合物薄膜が形成される薄膜付被処理体において、
法線方向の投影が交差するように断面が鋸歯状となる凹凸形状に形成された複数のスパッタ面を有する前記ターゲットの、前記複数のスパッタ面のそれぞれの法線方向の投影が交差した先の領域で投影領域に挟まれるように形成された非投影領域に前記処理面が納まるように配置した後、前記ターゲットに電圧を印加することで前記処理面に薄膜が形成される、
ことを特徴とする薄膜付被処理体。
【請求項１３】
ターゲットに電圧を印加して、スパッタにより処理面に金属化合物薄膜が形成される薄膜付光学素子において、
法線方向の投影が交差するように断面が鋸歯状となる凹凸形状に形成された複数のスパッタ面を有する前記ターゲットの、前記複数のスパッタ面のそれぞれの法線方向の投影が交差した先の領域で投影領域に挟まれるように形成された非投影領域に前記処理面が納まるように配置した後、前記ターゲットに電圧を印加することで前記処理面に薄膜が形成される、
ことを特徴とする薄膜付光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリング法により薄膜を形成する成膜方法及び薄膜付被処理体の製造方法並びに成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）やフッ化カルシウム（ＭｇＦ２）などのフッ化物は、可視光領域における光学素子（レンズやミラー）に施される反射防止膜（薄膜）として用いられている。そして、昨今においては、これらフッ化物からなる反射防止膜の成膜方法として、従来の真空蒸着法よりも再現性、膜ムラの制御、低温成膜等の点で優れるスパッタリング法が注目されている。
【０００３】
しかし、スパッタリング法は、プラズマ等の荷電粒子をスパッタ材料に衝突させることで成膜粒子を原子状で飛ばして成膜するため、成膜する際の荷電粒子による光学素子の処理面へのダメージを制御することが難しいという問題があった。
【０００４】
これに対しては、ターゲットを円筒状に形成し、その底面部からスパッタガスを導入すると共に、光学素子の近傍から反応ガスを導入する反応性スパッタリング装置が提案されている（特許文献１参照）。また、ターゲットのスパッタ面を傾斜させ、傾斜したスパッタ面の法線方向における投影面外で光学素子を保持するスパッタリング装置が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−４７５６５号公報
【特許文献２】特開２００１−２８８５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のようにターゲットを円筒状にした場合、ターゲットのスパッタ面の法線と光学素子の処理面の法線とが直交するため、スパッタされた成膜粒子が処理面に到達する割合が低くなるという問題があった。また、特許文献２のように投影面外で被処理体である光学素子を保持した場合、スパッタされた成膜粒子が処理面に到達する割合は特許文献１よりも高くなるが、ターゲットと光学素子との距離（Ｔ−Ｓ距離）が大きくなる。そのため、成膜レートが遅くなるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、ターゲットの利用効率を高めると共に、成膜レートを速めて生産性を向上させた成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ターゲットに電圧を印加して、スパッタにより被処理体の処理面に金属化合物薄膜を形成する成膜方法において、法線方向の投影が交差するように断面が鋸歯状となる凹凸形状に形成された複数のスパッタ面を有する前記ターゲットの、前記複数のスパッタ面のそれぞれの法線方向の投影が交差した先の領域で投影領域に挟まれるように形成された非投影領域に前記被処理体が収まるように、前記ターゲットと前記被処理体とを対向配置する配置工程と、前記ターゲットに電圧を印加して、前記被処理体の前記処理面に薄膜を形成する薄膜形成工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、ターゲットに電圧を印加して、スパッタにより被処理体の処理面に金属化合物薄膜を形成する薄膜付被処理体の製造方法において、法線方向の投影が交差するように断面が鋸歯状となる凹凸形状に形成された複数のスパッタ面を有する前記ターゲットの、前記複数のスパッタ面のそれぞれの法線方向の投影が交差した先の領域で投影領域に挟まれるように形成された非投影領域に前記被処理体が納まるように、前記ターゲットと前記被処理体とを対向配置する配置工程と、前記ターゲットに電圧を印加して、前記被処理体の前記処理面に薄膜を形成する薄膜形成工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、ターゲットに電圧を印加して、スパッタにより被処理体の処理面に金属化合物薄膜を形成する成膜装置において、法線方向の投影が交差するように断面が鋸歯状となる凹凸形状に形成された複数のスパッタ面を有する前記ターゲットを保持するターゲット保持手段と、前記ターゲットと対向し、かつ前記ターゲットの前記複数のスパッタ面のそれぞれの法線方向の投影が交差した先の領域で投影領域に挟まれるように形成された非投影領域に納まるように、前記被処理体を保持する被処理体保持手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、ターゲットに電圧を印加して、スパッタにより処理面に金属化合物薄膜が形成される薄膜付被処理体において、法線方向の投影が交差するように断面が鋸歯状となる凹凸形状に形成された複数のスパッタ面を有する前記ターゲットの、前記複数のスパッタ面のそれぞれの法線方向の投影が交差した先の領域で投影領域に挟まれるように形成された非投影領域に前記処理面が納まるように配置した後、前記ターゲットに電圧を印加することで前記処理面に薄膜が形成されることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、ターゲットに電圧を印加して、スパッタにより処理面に金属化合物薄膜が形成される薄膜付光学素子において、法線方向の投影が交差するように断面が鋸歯状となる凹凸形状に形成された複数のスパッタ面を有する前記ターゲットの、前記複数のスパッタ面のそれぞれの法線方向の投影が交差した先の領域で投影領域に挟まれるように形成された非投影領域に前記処理面が納まるように配置した後、前記ターゲットに電圧を印加することで前記処理面に薄膜が形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ターゲットの利用効率を高めると共に、成膜レートを速めて生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るスパッタリング装置の全体構造を模式的に示す概略構成図である。
【図２】本実施形態に係るスパッタリング装置のターゲットを示す図である。
【図３】スパッタ粒子の放出角、入射角及びＴ−Ｓ距離の関係を示す概略図である。
【図４】実施例にかかるターゲットとレンズ基板との配置図である。
【図５】図４に示す配置での成膜レートを比較した処理面内の膜厚分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係るスパッタリング装置（成膜装置）１について、図１から図５を参照しながら説明する。本実施形態に係るスパッタリング装置１の制御系は、制御部としてのコンピュータ（不図示）に接続され、このコンピュータによる一括制御が可能とされている。制御部には、スパッタリング法を実施するためのプログラムが設定されている。
【００１６】
まず、本実施形態に係るスパッタリング装置１全体の概略構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係るスパッタリング装置１の全体構造を模式的に示す概略構成図である。図２は、本実施形態に係るスパッタリング装置１のターゲット１０を示す図である。
【００１７】
図１に示すように、スパッタリング装置１は、ターゲット１０をスパッタして被処理体である基板（光学素子）１１を成膜する成膜室２を備えており、成膜室２には成膜室２の内部を真空状態にするために成膜室２を排気する排気系３が接続されている。排気系３は、真空ポンプ等から構成されている。
【００１８】
成膜室２の内部には、ターゲット１０を保持するターゲットユニット（ターゲット保持手段）４と、基板１１を保持する基板ホルダ（被処理体保持手段）５と、基板１１をターゲット１０から遮蔽する遮蔽板６と、が配設されている。
【００１９】
ターゲットユニット４は、ターゲット１０を冷却するための冷却ボックス４１と、冷却ボックス４１に接続されたバッキングプレート４２と、アノード電極４３と、を備えて構成されている。冷却ボックス４１は、外部から供給される冷却水を内部に流通させてターゲット１０の冷却を行う。外部から供給される冷却水は、不図示のチラーで所望の温度に調整されており、流量も一定に保持されることでターゲット１０の表面温度を一定に保つことが可能となっている。また、冷却ボックス４１は、内部に磁石４４を備えており、磁石４４はターゲット１０と平行な方向の磁場が形成されるように配置されている。バッキングプレート４２は、カソード電極を構成しており、ターゲット１０を保持している。アノード電極４３は、放電空間を囲むように、バッキングプレート４２の周辺部に絶縁材４５を介して配設されている。バッキングプレート（カソード電極）４２とアノード電極４３との間には、直流電力を印加する直流電源４６が接続されている。
【００２０】
基板ホルダ５は、バッキングプレート４２のターゲット保持面に対する基板保持面の相対的な角度を変更可能な不図示の回転機構と、回転軸５０を中心に自転可能な不図示の自転機構と、を備えている。また、基板ホルダ５は、移動機構５１に連結されており、移動機構５１は、成膜室２と後述のロードロック室７との間を移動自在に構成されている。
【００２１】
ここで、図２（ａ）に示すように、ターゲット１０は、断面が鋸歯状となる凹凸形状にスパッタ面１０ａが形成されている。具体的には、ターゲット１０は、略中央部に設けられる円錐部１０ｂと、円錐部１０ｂと同心円状の頂部１０ｃを有する同心円部１０ｄとを備えており、円錐部１０ｂ及び同心円部１０ｄによりスパッタ面１０ａの断面形状が鋸歯状となっている。
【００２２】
また、図２（ｂ）に示すように、スパッタ面１０ａの円錐部１０ｂ及び同心円部１０ｄは、法線方向の投影が対向配置される基板１１の処理面１１ａにかからないように形成されている。言い換えると、ターゲット１０は、法線方向の投影が交差するように断面が鋸歯状となる凹凸形状に形成された複数のスパッタ面を有しており、複数のスパッタ面が法線方向の投影が対向配置される基板１１の処理面１１ａにかからないように形成されている。また、ターゲット１０は、複数のスパッタ面の断面における両側の側面を、側面の傾斜に沿って結ぶことで形成される頂部の位置よりも厚さ方向に薄くなるように形成されている。つまり、ターゲット１０は、厚さ方向に均されるように形成されている。
【００２３】
なお、本実施形態においては、１つの同心円部を有するターゲットを用いて説明したが、複数の同心円部を有するターゲットであってもよい。つまり、１以上の同心円部を有するターゲットであればよい。
【００２４】
また、本実施形態においては、円形の基板に高速かつ効率よく薄膜を形成することができるように、外形が円形状のターゲットを用いたが、基板の形状に応じてターゲットの外形の形状を変更してもよい。
【００２５】
遮蔽板６は、ターゲットユニット４と基板ホルダ５との間に設けられており、放電が安定するまで基板１１が成膜されないようにターゲット１０と基板１１とを遮蔽する。遮蔽板６は、高速で開閉可能に構成されている。
【００２６】
また、成膜室２にはゲートバルブ７１を介してロードロック室７が隣接されており、ロードロック室７には、ロードロック室７の内部を真空状態にするための排気系７２が接続されている。真空状態にされた成膜室２とロードロック室７との間を移動機構５１により基板ホルダ５が移動可能に構成されることで、成膜室２を大気に暴露することなく、成膜室２に基板１１を搬入及び搬出可能になっている。
【００２７】
また、成膜室２には、スパッタリングガスを導入する第１導入ポート８と、反応性ガスを導入する第２導入ポート９と、が接続されており、不図示のマスフローコントローラを含むガス供給系によりガスが供給可能になっている。第１導入ポート８からは、スパッタリングガスとして、不活性ガス（例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ）が導入可能になっており、第２導入ポート９からは、反応性ガスとして、フルオロカーボンガスやＯ２を導入可能になっている。また、ここから導入されるガスは、不図示のマスフローコントローラやガス純化器によって、流量、純度及び圧力等を高精度に制限できるようになっている。
【００２８】
次に、上述のように構成されたスパッタリング装置１を用いた基板１１の成膜方法（薄膜付光学素子（薄膜付被処理体）の製造方法）について説明する。まず、成膜室２を開いて、事前に成膜室２内のバッキングプレート（カソード電極）４２にターゲット１０を取り付けておく（配置工程（ターゲット固定工程））。ターゲット１０は、形成すべき薄膜の種類に応じて選択される。例えば、低屈曲率のフッ化膜を成膜したい場合、マグネシウム（Ｍｇ）やアルミニウム（Ａｌ）などが好ましく用いられる。なお、ターゲット材料としては、電気抵抗が小さければ、金属以外のフッ素添加金属であってもよい。また、ターゲット１０は、スパッタ面１０ａの法線方向の投影が対向配置される基板１１の処理面１１ａにかからないように、断面が鋸歯状となる凹凸形状にスパッタ面１０ａが形成されたものが用いられる。
【００２９】
ターゲット１０を取り付けると、成膜室２を閉じて、成膜室２内が１×１０−３Ｐａ程度の真空状態となるように排気系３で成膜室２内を排気しておく。ここまでが事前準備である。事前準備が整うと、移動機構５１を駆動して基板ホルダ５をロードロック室７に配置し、ゲートバルブ７１を閉じた状態でロードロック室７を開き、基板ホルダ５に基板１１を取り付ける。基板１１としては、フッ化カルシウム結晶、石英ガラス、シリコン、ガラス、樹脂などを用いることができる。なお、基板ホルダ５は、回転機構を用いて、所定の成膜位置での基板１１の膜厚分布が一定になるように予め回転位置が調整されている。本実施形態においては、ターゲット１０の複数のスパッタ面のそれぞれの法線方向の投影が交差した先の領域で投影領域に挟まれるように形成された非投影領域に基板１１が収まるように、固定されたターゲットに対して基板１１が対向配置される。
【００３０】
次に、ロードロック室７を閉じて、ロードロック室７内が１×１０−３Ｐａ程度の真空状態となるように排気系７２でロードロック室７内を排気する。排気が完了すると、ゲートバルブ７１を開いて、移動機構５１を駆動して、基板ホルダ５に保持された基板１１を成膜室２内の所定の成膜位置に移動させる（固定工程（被処理体配置工程））。なお、ここでいう所定の成膜位置とは、ターゲット１０のスパッタ面１０ａの法線方向の投影が、基板１１の処理面１１ａにかからないように調整された位置である。
【００３１】
ここで、通常の平行平板型マグネトロンスパッタリング装置で反応性スパッタを行う場合、反応ガスの影響でターゲットの表面に薄いフッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）などの化合物膜が形成される。この化合物膜が形成されたスパッタ面をスパッタリングすると、負イオンが一部形成され、形成された負イオンは、イオンシース電圧で加速され、大きな運動エネルギーと方向性を持った負イオンとなる。この負イオンはターゲット表面にほぼ垂直な方向に加速されるため、基板をスパッタ面の法線方向の投影面内に配置してしまうと、大きな運動エネルギーを持った負イオンが基板と衝突し、基板に大きなダメージを与えてしまう。
【００３２】
本実施形態に係るターゲット１０は、スパッタ面１０ａが鋸歯状となる凹凸形状に形成されている。そして、鋸歯状のスパッタ面１０ａは、基板１１がターゲット１０の投影面内の一部に重なるように対向配置されたとき、基板１１がターゲット１０のスパッタ面１０ａの法線方向における投影面外になるように形成されている。これにより、ターゲット１０のスパッタ面１０ａの近傍で負イオンが形成されても、基板１１へのダメージを抑制しつつ、ターゲット１０と基板１１との間の距離（Ｔ−Ｓ距離）を近づけることができる。
【００３３】
次に、基板１１に膜が成膜されないように遮蔽板６を閉じた状態で、第１導入ポート８から不活性ガス（Ａｒガス）を成膜室２内に導入する。そして、直流電源４６により、バッキングプレート４２に所定の直流電圧を印加すると、グロー放電を起こし、不活性ガス（Ａｒガス）がイオン化する。なお、電源は直流電源が相応しい。
【００３４】
高周波の電源を使用すると、基板１１に大きなセルフバイアス電圧が発生する。このセルフバイアス電圧が発生すると、陽イオンがセルフバイアス電圧で加速されて基板１１に入射し、基板１１にダメージを与えてしまう。このプラズマは、成膜室２内の圧力がコンマ数Ｐａ程度でも安定している。このような低い圧力でもプラズマが生成されるのは、冷却ボックス４１内に収められた磁石４４のマグネトロン効果により、電子が磁場に垂直な面内をサイクロトロン運動し、ターゲット１０の近傍の電子密度を上げることができるからである。また、磁石４４のマグネトロンには、ターゲット１０近傍の電子密度を上げると共に、基板１１近傍の電子温度や電子密度を下げるため、荷電粒子の基板１１への入射を抑制し、基板１１へのダメージを低減できるという効果もある。
【００３５】
次に、第２導入ポート９から成膜室２内に反応性ガス（フッ素ガス）を導入する。反応性ガスを導入すると、ターゲット１０のスパッタ面１０ａがフッ化されて絶縁物に覆われやすくなる。そうすると、絶縁物がチャージアップされ、これがイオンや電子により絶縁破壊されることで異常放電が起こりやすくなる。異常放電が発生すると、膜中に異物が混入し、表面の粗い膜になる。その対策として、５００ＫＨｚ程度の交流を直流電圧に重畳するとチャージキャンセルし、異常放電を防ぐことができる。しかし、前述したように、重畳する周波数を上げすぎると、基板１１にセルフバイアス電圧が発生してしまい、陽イオンが基板１１に入射し、基板１１にダメージを与えてしまう。それでも、３５０ＫＨｚ以下の周波数の重畳であれば、ダメージの影響が大きくない。つまり、５００ＫＨｚ以下であれば異常放電を防ぐことができるが、ダメージの影響を考えると３５０ＫＨｚ以下が好ましい。
【００３６】
スパッタリングガスと反応性ガスとを導入した際の成膜圧力は、排気系３の弁や、第１導入ポート８及び第２導入ポート９に設けられたマスフローコントローラを調整して、成膜室２内を０．１〜３．０Ｐａに維持する。圧力を上げ過ぎると、表面が粗い、密度の低い膜となり、圧力を下げ過ぎると、放電が起きやすくなる。放電電圧が安定すると、遮蔽板６を開いて成膜を開始する（薄膜形成工程）。
【００３７】
ここで、図３に、スパッタ粒子の放出角、入射角及びＴ−Ｓ距離の関係を示す。スパッタによりターゲット１０のスパッタ面１０ａから放出されるスパッタ粒子の放出角度をα、基板１１にスパッタ粒子が入射する角度をβ、Ｔ−Ｓ距離をｒ、ｎを正の実数とする。スパッタ粒子の輸送中の散乱と反応を無視した場合、一般に、成膜レートは、「（ｃｏｓα）ｎ・ｃｏｓβ／ｒ２」に比例するという関係がある。成膜レートを早めるためには、放出角度αと入射角度βをより小さく、Ｔ−Ｓ距離を小さくすることが必要である。また、屈折率、膜吸収といった膜質という観点で良質な膜を得るためには、Ｔ−Ｓ距離を最適な距離にして成膜する必要がある。
【００３８】
そこで、図２に示すように、基板１１とターゲット１０とを対向配置したときに、スパッタ面１０ａの法線方向の投影に基板１１がかからないようにスパッタ面１０ａの断面を鋸歯状の凹凸形状に形成する。すると、放出角度αと入射角度βを大きくすることなく、Ｔ−Ｓ距離を最適な位置に自在に近づけることができる。そのため、ターゲット１０のスパッタ面１０ａの近傍で負イオンが形成されても、基板１１へのダメージを抑制しつつ、スパッタされたスパッタ粒子を効率よく基板１１の処理面１１ａに導き、早い成膜レートで成膜することができる。
【００３９】
このような膜は、基板１１上に単体又は積載体とされて光学部品の反射防止膜や増反射膜やフィルタ等として機能し得るものである。
【実施例】
【００４０】
次に、図１に示すスパッタリング装置１を用いて、低吸収で低屈折率材料のフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）の薄膜（金属化合物薄膜）をレンズ基板（光学素子）上に形成する実施例について、図４及び図５を参照しながら説明する。図４は、実施例にかかるターゲットとレンズ基板との配置図である。図５は、図４に示す配置での成膜レートを比較した処理面内の膜厚分布図である。なお、図４に示す（ａ）は本発明に係るターゲットの配置図であり、（ｂ）は一般的な平板ターゲットの配置図であり、（ｃ）は従来例にかかるターゲットの配置図である。
【００４１】
図４に示すように、（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）のいずれの場合も、レンズ基板とターゲットとが最も接近する位置でのＴ−Ｓ距離を同じ（５０ｍｍ）にし、かつ、スパッタ面の法線方向の投影にかからないようにレンズ基板を配置してある。ターゲットとレンズ基板との配置以外の成膜条件を同一にして、（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の配置で成膜した場合の成膜レートを比較した。
【００４２】
ターゲットは外径が３インチの金属Ｍｇからなるターゲットを用い、レンズ基板は外径が３０ｍｍのＢＫ７ガラスからなるレンズ基板を用いた。なお、レンズ基板とターゲットとの外径比率（厚さ方向と交差する方向の長さの比率）は、レンズ基板：ターゲット＝１：５以下が好ましく、レンズ基板：ターゲット＝１：３以下が更に好ましい。反応性ガスは、Ｆ２ガスをＡｒガスで希釈し、Ｆ２ガスの濃度を１０％に調整したガスを用いた。
【００４３】
まず、洗浄を行ったレンズ基板をロードロック室に移動した基板ホルダに設置し、ゲートバルブを閉じた状態でロードロック室内が１×１０−３Ｐａ以下の真空状態となるまでロードロック室内を排気する。排気が完了すると、ゲートバルブを開き、移動機構を駆動してレンズ基板を成膜室内の成膜位置に搬送する。
【００４４】
次に、遮蔽板を閉じ、第１導入ポートからＡｒガスを１００ＳＣＣＭ導入し、第２導入ポートから反応性ガスとして、Ｆ２ガスの濃度を１０％に調整したガスを２００ＳＣＣＭ導入した。このときの成膜室の圧力を０．３１Ｐａに設定した。
【００４５】
次に、バッキングプレート（カソード電極）にスパッタ電力として直流電圧２００Ｗを印加して、ターゲットのスパッタ面表面にマグネトロンプラズマを発生させた。このとき、同時に、ターゲット表面の極性が反転する矩形電圧を５ＫＨｚで重畳し、ターゲットのスパッタ面近傍のチャージをキャンセルして安定して放電ができるようにした。ほぼ直流放電とすることで高周波放電の際に大きくなってしまうセルフバイアスを小さくし、陽イオンがセルフバイアス電圧で加速されてレンズ基板に入射し、レンズ基板にダメージを与えてしまうことを低減している。また、チャージキャンセルすることで、異常放電を抑え、ゴミや異物の混入のない金属化合物薄膜を形成することができる。
【００４６】
しばらく放電を継続し、安定した頃を見計らって遮蔽板を開き、成膜を開始した。（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）ともに同じ成膜時間で成膜した。
【００４７】
図５に、（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）での成膜レートを比較した処理面内の膜厚分布図を示す。図５に示すように、処理面内の全膜厚を合計した総膜厚を比較すると、（ａ）は（ｂ）に対して、１．７倍の総膜厚になっていることが分かる。同様に、（ａ）は（ｃ）に対しても、１．３倍の総膜厚になっていることが分かる。このように、本実施形態と同様の構成である（ａ）では、ターゲットと基板との距離（Ｔ−Ｓ距離）を近づけることができ、効率よく早い成膜レートで成膜することができた。
【００４８】
また、（ａ）はプラズマ中の荷電粒子のレンズ基板への入射が抑制されているため、レンズ基板の温度が８０℃以下で可視光領域において透明なＭｇＦ２膜を形成することができる。形成されたＭｇＦ２膜は、密着性もよく、膜の硬さも蒸着のハンドコート（３００℃加熱）並みの硬さを持っていた。パッキングも１００％に近く、ほとんど分光特性の計時変化を生じないものであった。従って、レンズ基板としてプラスチックなどを用いることも可能である。
【００４９】
また、スパッタリングレートが安定しているため、従来の蒸着法に比べて高精度な膜制御も容易に可能で、高品質な光学薄膜を形成できる。そのため、このような光学薄膜を積層して形成した反射防止膜やミラーにより、設計値通りの特性を備えた光学部品を製造することができる。
【００５０】
また、基板サイズを大きくした場合においても、基板サイズに応じたターゲットサイズにすると共に、スパッタ面を基板サイズに応じた凹凸形状にする。これにより、ターゲットとのＴ−Ｓ距離を最適な位置に自在に近づけて成膜できる。そのため、ターゲット表面近傍で負イオンが形成された場合でもレンズ基板へのダメージを抑制しつつ、スパッタされた粒子を効率よくレンズ基板に導くことができる。その結果、早い成膜レートで成膜することができる。
【００５１】
また光学素子を準備する工程と、光学素子に対して上述の成膜方法にて成膜する成膜工程と、を実行することで生産性が良く、優れた光学素子を製造することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１    スパッタリング装置（成膜装置）
４    ターゲットユニット（ターゲット保持手段）
５    基板ホルダ（被処理体保持手段）
１０    ターゲット
１０ａ    スパッタ面
１０ｂ    円錐部
１０ｃ    頂部
１０ｄ    同心円部
１１    基板（被処理体、光学素子）
１１ａ    処理面
４６    直流電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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