(57)【要約】【課題】  薄膜を緻密な構造にせしめる事による薄膜堆積速度の低下を最小限に抑え、かつ光学特性の経時変化を最小に抑える方法を提供することによって生産性を向上させることを目的とするものである。【解決手段】  減圧雰囲気中の基板にターゲットのスパッタリング粒子を被着させて酸化物薄膜を成膜する工程を有し、前記減圧雰囲気中にアルゴンガスおよび酸素ガスを導入した条件で成膜した後、放電を停止あるいは条件を変更することなく、アルゴンガスと酸素ガスの他にさらに水分を添加して成膜を続行した後に完了する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧雰囲気中の基板にターゲットのスパッタリング粒子を被着させて金属化合物薄膜を成膜する方法において、前記減圧雰囲気中にスパッタリングガスと反応性ガスを導入して薄膜を成膜する途中もしくは成膜後に、前記スパッタリングガスと反応性ガスの導入を維持した状態で、さらに添加ガスを導入することによって、前記薄膜と膜質が異なる薄膜層を成膜する事を特徴とするスパッタ成膜方法。
【請求項２】
前記スパッタリングガスとしてアルゴンを、前記反応性ガスとして酸素を、前記添加ガスとして水蒸気を用いる事を特徴とする請求項１記載のスパッタ成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は反射防止膜、ローパスフィルタ、ダイクロイックフィルタ等、レンズやガラスなどの光学部品に形成された光学薄膜に用いられるＴｉＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、ＳｉＯ2等透明誘電体薄膜の成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、蒸着法やスパッタ法などによって作成された光学薄膜は成膜を終えて真空糟より取り出した直後から光学特性が経時変化することはある程度やむを得ないものと考えられていた。そこで一週間から一ヶ月程度の期間、大気中などの光学部品が実際に使用される環境に放置して光学特性の変動が収まってから製品に組み込む措置がとられていた。また、その特性変動量を短時間で把握するために高温・高湿の環境に放置することによって定量的な評価を行っていた。従って評価に時間と手間が必要であり、さらに放置する期間が発生することによって生産性が低下していた。光学特性が変動する要因としては、空気中の水分が薄膜の最表層から浸透し、薄膜内部に存在する空孔部分に吸着することによって引き起こされる場合が多いと考えられている。そのため、たとえばイオンビーム法やスパッタ法など、粒子が基板に被着する際の運動エネルギーが高くなるような製法によって薄膜の充填密度を高め、薄膜中の空孔部分を減少させる方法によって成膜して光学特性の変動を最小限に抑える方法が試みられていた。これらの方法によって一定の効果をあげることは可能になったものの、緻密な膜を作成するために薄膜の堆積速度を低下させる場合があった。
【０００３】
又、従来例としては、例えば特許文献１をあげることが出来る。
【特許文献１】特開平０９−０２５５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明では上記問題点に鑑み、薄膜を緻密な構造にせしめる事による薄膜堆積速度の低下を最小限に抑え、かつ光学特性の経時変化を最小に抑える方法を提供することによって生産性を向上させることを目的とするものである。本発明によって得られた光学薄膜は、優れた環境耐久性を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の透明誘電体薄膜の成膜方法は、減圧雰囲気中の基板にターゲットのスパッタリング粒子を被着させて酸化物薄膜を成膜する工程を有し、前記減圧雰囲気中にアルゴンガスおよび酸素ガスを導入した条件で成膜する途中もしくは成膜した後に、放電を停止あるいは条件を変更することなく、アルゴンガスと酸素ガスの他にさらに水分を添加して成膜を続行した後に完了することを特徴とする。その際、直流電圧または１０〜２０ＭＨｚの高周波電圧の両方あるいは少なくともどちらか一方、または直流電圧及び１〜１００ｋＨｚ程度の重畳高周波をターゲットに印加してスパッタリング粒子を発生させる。
【発明の効果】
【０００６】
上記方法によって薄膜を作成することにより、環境耐久性に優れた光学薄膜を容易に製造する手段を提供することを目的とする。本発明によって得られた光学薄膜は、優れた環境耐久性を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明するが、本発明はこれら実施例になんら限定されるものではない。図１は一実施例による光学薄膜の成膜方法に用いる成膜装置を示すもので、これは図示しない真空ポンプによって排気される減圧チャンバ１と、その内部に互いに対向して配設された基板ホルダ２及びターゲット３と、ターゲット３に高周波電圧と直流電圧を印加するＲＦ電源４および直流電源５と、減圧チャンバ１内にスパッタリングガスであるアルゴンガスと反応性ガスである酸素ガスを導入するアルゴン、酸素導入ライン６と、減圧チャンバ１内に水分である水蒸気導入ライン７を有している。ＲＦ電源４の高周波電圧はマッチングネットワーク４ａを経てターゲット３に印加され、直流電源５の直流電圧はローパスフィルタ５ａを経てターゲット３に印加される。次に、基板Ｗ1上に酸化物薄膜を成膜する工程を説明する。まず、基板ホルダ２上に基板Ｗ1を保持させ、減圧チャンバ１を所定の真空度に減圧したうえで、アルゴン・酸素導入ライン６からアルゴンガスと酸素ガスを導入し、ターゲット３にＲＦ電源４の高周波電圧または直流電源５の直流電圧の少なくとも一方を印加して、いわゆるマグネトロンスパッタ放電によるプラズマ１を発生させる。ターゲット３は、正イオンによってスパッタされ、ターゲット３の表面近傍の酸化活性種によって一部酸化された状態で、基板Ｗ1に向かって放出される。このようにして基板Ｗ1に到達したスパッタリング粒子は、プラズマＰ１中や基板Ｗ1の表面近傍の酸化活性種によって酸化され、酸化物薄膜が基板Ｗ1の表面に成膜される。目標となる薄膜の厚さは、予め別の工程で薄膜を作成した際に単位時間あたりの堆積速度を算出しておき、この薄膜堆積速度が要求されるスペックに対して充分に安定していることを確認しておく。本検討においては０．２０２ｎｍ／ｓｅｃであった。このようにして所望の膜厚に対して９５％終了した後、水蒸気導入ライン７から水蒸気を導入して残りの５％を成膜する。なお、水蒸気を導入することによって一般的には薄膜堆積速度は低下する。我々が検証した結果、水蒸気を導入しない場合に比べて薄膜堆積速度は１５％低下することが判明しており、本検討においては０．１７３ｎｍ／ｓｅｃであった。このようにして所望の膜厚に対して１００％の膜厚を成膜した段階で放電を終了、あるいはシャッターユニットなどによってターゲットからの粒子が基板に被着しないような手段を講ずる。このときの成膜時間と設定した薄膜堆積速度の関係を図２に示す。ここで図中の成膜時間について記す。所望の膜厚をｄ（ｎｍ）、水蒸気を導入しない場合の成膜レートをｒ（ｎｍ／ｓｅｃ）とすれば水蒸気を導入した場合の成膜レートは０．８５ｒ（ｎｍ／ｓｅｃ）と置ける。また、各々の成膜時間をｔ１、ｔ２（ｓｅｃ）とすれば次の２式が成立する。ｒｔ１＋０．８５ｒｔ２＝ｄ、ｒｔ１＝０．９５ｄ。この式からｔ１：ｔ２＝３２３：２０となり、成膜時間を設定出来る。従って総成膜時間を１０００秒に設定した場合、水蒸気を導入せずに成膜する時間は９４２秒に、水蒸気を導入して成膜する時間は５８秒になる。このような手段で成膜を終えた後、成膜された基板を大気中に取り出すことによって成膜に関する工程が終了する。最初の、水蒸気を導入しない過程では薄膜の構造そのものには空孔が比較的数多く存在し、稠密度の低い構造を取りやすいため、そのままでは大気中に放置した際に水分等が薄膜中の空孔に固定されることによって光学特性が経時変化を起こしやすい。水蒸気を導入することなく成膜した光学薄膜の分光特性を図３に示す。グラフ中、太い実線は成膜後、真空槽から取り出した直後の反射率を、細い実線は１０日後の反射率を表す。同一のサンプルにも関わらず両者の間で特性が異なっていることが分かる。一方、薄膜最表層に５％相当の層で水蒸気を導入して積層することにより、光学特性の経時変化を抑えることが可能になる。なぜなら、水蒸気を導入した層は薄膜の稠密度が高く、大気中に放置しても水分等が固定されるために必要な空孔が少なく、結果的に光学特性の経時変化を起こしにくいためである。また、薄膜の最表層にこの層が存在することにより、大気中の水分が膜構造中に入るのを防ぐ効果を持たせることが出来るため、薄膜の内部に比較的空孔の多い構造を持っていても薄膜全体としては経時変化を起こしにくい。また、水蒸気を導入すると薄膜の堆積速度が低下し、生産性の低下を招きやすいが、最表層５％にのみこの層を用いることにより、薄膜堆積速度の低下を最小限に抑えつつ、なおかつ光学特性の経時変化を最小限に抑えることが可能になる。このように最表層に水蒸気を導入した層を設けて成膜した光学薄膜の分光特性を図４に示す。図３と同様、太い実線は成膜後、真空槽から取り出した直後の反射率を、細い実線は１０日後の反射率を表す。両者は極めて一致しており、光学特性の経時変化が最小限に抑えられている様子が分かる。また、成膜している放電工程を一切停止することなく、水蒸気を導入するだけで所望の効果を発揮することが可能になるために放電条件等の変更を行う必要がない。さらに水蒸気導入の有無に関わらず光学定数はほとんど変化しないため、両者を均一な特性を持つ光学薄膜として扱うことが可能となり、設計する際の負荷を増やすことがない利点を併せ持つ。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施例による光学薄膜の製造方法に用いる成膜装置を説明する図である
【図２】一実施例による成膜時間と設定した薄膜堆積速度の関係を表す
【図３】一実施例による、水蒸気を導入することなく成膜した光学薄膜の成膜直後と１０日後の反射率を表す
【図４】一実施例による、最表層に水蒸気を導入して成膜した光学薄膜の成膜直後と１０日後の反射率を表す
【符号の説明】
【０００９】
１  減圧チャンバ
２  基板ホルダ
３  ターゲット
４  ＲＦ電源
５  直流電源
６  アルゴン、酸素ライン
７  水蒸気導入ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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