(57)【要約】【課題】成膜物質の膜厚方向における屈折率分布を精度良く制御して成膜できるようにする。【解決手段】イオンガン１から引き出されたイオンビームをターゲット２に照射し、ターゲット２から飛散した膜構成物質を基板１１に成膜する。ターゲット２を、成膜物質が互いに異なる、第１のターゲット部材２ａと第２のターゲット部材２ｂとが隣合うように配置して構成し、そのターゲット２をターゲット移動機構１０により移動し、ターゲット２のイオンビームの照射域Ｓ内における膜構成物質の面積比を変更する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを出すイオン源と、前記イオン源から引き出されたイオンビームを照射するターゲットと、前記ターゲットから飛散した膜構成物質を成膜する基板とを備え、前記ターゲットを、複数種の互いに異なる膜構成物質がイオンビームの照射域内に含まれるように構成し、かつ、前記ターゲットのイオンビームの照射域内における膜構成物質の面積比を変更する面積比変更手段を備えたことを特徴とするイオンビーム成膜装置。
【請求項２】
請求項１に記載のイオンビーム成膜装置において、
基板に成膜される成膜物質の膜厚方向における屈折率分布を設定する屈折率分布設定手段と、前記屈折率分布設定手段で設定された屈折率分布が得られるように面積比変更手段を駆動する制御手段とを備えているイオンビーム成膜装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のイオンビーム成膜装置において、
ターゲットに対するイオンビームの照射域を規制するマスクを前記ターゲットに近接して設けてあるイオンビーム成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、イオンビームスパッタ法によって成膜するイオンビーム成膜装置に関し、特には、成膜物質の屈折率を変動させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオンビームスパッタ法によって成膜する場合、イオンビームが照射された場所にある物質はすべて成膜に関与する特性を有しており、このことを利用し、任意の屈折率を得るために、ターゲット上に別物質を貼り合わせて成膜することが行われている。
ところが、このような構成のものでは、任意の屈折率が得られるだけで、成膜物質の膜厚方向における屈折率分布を変動することはできない。
【０００３】
一方、成膜物質の膜厚方向における屈折率分布を連続的に変動させることにより、離散的な屈折率から成る成膜物質の積層では得られない分光分布特性を達成することが、ルゲート膜を代表として１９９０年代半ばから行われている。
【０００４】
このような成膜物質の膜厚方向における屈折率分布を変動させる技術としては、従来、図１１の概略斜視図に示すように、二つの成膜源０１，０２を設け、両成膜源０１，０２それぞれから基板０３に飛散する単位時間当たりの膜構成物質の量を変動させることによって、基板０３に成膜する手法が知られていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述従来例の場合、両成膜源０１，０２間の干渉や、フィードバック機構のクロストークなどの影響で、成膜物質の比率、ひいては屈折率の制御を高精度に行うことが困難である欠点があった。
【０００６】
この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、成膜物質の膜厚方向における屈折率分布を精度良く制御して成膜できるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上述のような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に係る発明のイオンビーム成膜装置は、イオンビームを出すイオン源と、前記イオン源から引き出されたイオンビームを照射するターゲットと、前記ターゲットから飛散した膜構成物質を成膜する基板とを備え、前記ターゲットを、複数種の互いに異なる膜構成物質がイオンビームの照射域内に含まれるように構成し、かつ、前記ターゲットのイオンビームの照射域内における膜構成物質の面積比を変更する面積比変更手段を備えたことを特徴としている。
【０００８】
（作用・効果）
請求項１に係る発明のイオンビーム成膜装置の構成によれば、イオンビームが照射される照射域において、ひとつの膜構成物質だけにイオンビームを照射する状態から別の膜構成物質だけにイオンビームを照射する状態にわたり、複数種の互いに異なる物質のイオンビームに晒される面積比を成膜中において調整でき、成膜源となるターゲットでの成膜物質の構成比率、ひいては膜厚方向での屈折率分布を制御することができる。
【０００９】
したがって、ターゲットまたはイオン源あるいは両方の位置を機械的に変位させるだけであるから、従来のような複数の成膜源を設けてそれぞれからの膜構成物質の量を変動させる場合に比べて精度良く制御できる。
また、イオン源で出力変動が生じても、成膜物質の構成比率は変化しないから屈折率を変化させることがなく、ターゲットまたはイオン源あるいは両方の位置を変位させるための速度をひとつのイオン源の出力変動に応じて増減するだけで、成膜物質の膜厚方向での屈折率分布を高精度で制御することができる。
しかも、ターゲットまたはイオン源あるいは両方の位置を機械的に変位させて成膜物質の構成比を変更するから、その機構が単純で成膜中の各種条件への影響が少なく、成膜物質の構成比を成膜中に変更することにより、膜厚方向での屈折率分布を連続的に変動させた膜を良好に成膜できる。
そのうえ、複数の成膜物質を隣接して構成しているから、基板面内での屈折率分布を少なくでき、この点からも膜厚方向での屈折率分布を連続的に変動させた膜を良好に成膜できる。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のイオンビーム成膜装置において、基板に成膜される成膜物質の膜厚方向における屈折率分布を設定する屈折率分布設定手段と、前記屈折率分布設定手段で設定された屈折率分布が得られるように面積比変更手段を駆動する制御手段とを備えている。
【００１１】
（作用・効果）
請求項２に係る発明のイオンビーム成膜装置の構成によれば、成膜中において、屈折率分布設定手段で設定された屈折率分布が得られるように面積比変更手段を駆動し、基板に成膜される成膜物質の膜厚方向において所望の屈折率分布を自動的に得ることができる。
したがって、膜厚方向での屈折率分布を連続的に変動させた膜をより良好に成膜できる。
【００１２】
また、請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載のイオンビーム成膜装置において、ターゲットに対するイオンビームの照射域を規制するマスクを前記ターゲットに近接して設ける。
【００１３】
（作用・効果）
請求項３に係る発明のイオンビーム成膜装置の構成によれば、イオンビーム自体拡がりを持ち、絞り込むことができないものであることを利用し、マスクを用い、そのマスク物質から飛散される成膜物質を基板に成膜される成膜物質の屈折率の微調整に有効利用することができ、膜厚方向での屈折率分布を高精度で制御することができる。
詳述すれば、ターゲットを構成する複数種の膜構成物質のうちの一方と同じ材料のマスクを用いた場合には、成膜物質の屈折率の可動範囲を狭くすることができる。ターゲットを構成する複数種の膜構成物質と異なる材料のマスクを用いた場合には、成膜物質の屈折率をマスクの屈折率に偏らせるように調整するといったことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の一実施例について図面を参照しながら説明する。
図１は、この発明に係るイオンビーム成膜装置の第１実施例を示す全体概略構成図、図２はターゲットの平面図である。これらの図において、１は、イオンビームを出すイオン源としてのアルゴンビームを出すイオンガンであり、各種のパラメータを調整することにより、楕円形形状になるように引き出されて、ターゲット２に対する照射域Ｓでは円形形状で照射するように構成されている。イオンビームの直径は、ターゲット２上で１００ｍｍになるようになっている。
【００１５】
ターゲット２は、複数種の互いに異なる成膜物質として、それぞれ１１０ｍｍ角の第１のターゲット部材２ａとしての酸化シリコンＳｉＯ２（バルク屈折率１．４６）と第２のターゲット部材２ｂとしての酸化チタンＴｉＯ２（バルク屈折率２．１）が隣合うように配置して構成されている。
ターゲット２を構成する物質としては、設計によって必要とされる屈折率範囲の最大最小を満たすものであれば良く、Ｔａ２Ｏ５、ＭｇＦ２、ＨＦＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＳ、ＬｉＦ、ＣａＦ２、ＡｌＦ３、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３などが用いられる。
【００１６】
ターゲット２は、その載置台３が支持台４にリニアガイド５を介して所定の一方向に直線移動可能に設けられ、載置台３に支持ロッド６が一体的に延設されるとともに、その支持ロッド６に雌ネジ部材７が取り付けられ、雌ネジ部材７に、正逆転可能なステッピングモータ８に一体のネジロッド９が螺合され、ボールネジ式のターゲット移動機構１０が構成されている。
【００１７】
これにより、図３のグラフに示すように、成膜物質のすべてが第１のターゲット部材２ａから飛散した膜構成物質で成膜される状態から、両者から飛散した膜構成物質の混合物で成膜される状態、第２のターゲット部材２ｂから飛散した膜構成物質で成膜される状態にわたり、ターゲット２の照射域Ｓ内における膜構成物質の面積比を変更し、成膜物質比（γ）を変化できる。
例えば、ターゲット位置が１００ｍｍ動けば、屈折率が１．４６から２．１へ変化することになる。すなわち、１％以下の精度で制御するためには、０．１ｍｍのオーダーで制御すれば良く、達成可能な範囲であることが判る。
【００１８】
ターゲット２の上方箇所に、ターゲット２から飛散した膜構成物質を成膜する基板１１が電動モータ１２に回転可能に保持されている。基板１１に近接して膜厚モニタ１３が設けられ、基板１１に成膜される膜の厚みと屈折率とを計測するように構成されている。
また、イオンガン１には、その動作状態を監視するイオンガン監視部１４が付設されている。
【００１９】
ステッピングモータ８にコントローラ１５が接続され、コントローラ１５に、補正用データ取得部１６が接続され、その補正用データ取得部１６に膜厚モニタ１３およびイオンガン監視部１４が接続されている。
【００２０】
補正用データ取得部１６では、膜厚モニタ１３で計測された膜の厚みと屈折率、ならびに、イオンガン監視部１４で監視されたイオンガンの動作状態を入力し、膜厚モニタ１３で計測された膜の屈折率に補正を加え、基板１１上の成膜物質の屈折率を求めるようになっている。
【００２１】
コントローラ１５には、屈折率分布設定手段１７と比較手段１８と制御手段１９とが備えられている。
屈折率分布設定手段１７では、ターゲット２を構成する第１および第２のターゲット部材２ａ，２ｂ固有のスパッタリング率などの各種の制御関数や得ようとする分光分布特性などに基づいて、図５のグラフに示すような、基板１１に成膜される成膜物質の膜厚方向における屈折率分布を設定するようになっている。
このような屈折率分布は、図６に示す、得ようとする実際の分光分布特性のグラフに基づいて求められる。
【００２２】
例えば、屈折率がＮの薄膜を、膜構成物質（第１および第２のターゲット部材）Ａ，Ｂで作る場合、イオンビームに晒される膜構成物質Ａ，Ｂの面積をＳａ，Ｓｂ，スパッタリング率をＰａ，Ｐｂとし、膜構成物質Ａの重量比をγとすると、
γ＝Ｓａ×Ｐａ／（Ｓａ×Ｐａ＋Ｓｂ×Ｐｂ）で表される。膜構成物質Ａ，Ｂの混合による膜の屈折率はγの関数Ｎ（γ）として表される。ここで、膜構成物質Ａ，Ｂの位置を動かすことによりイオンビームに晒される面積が変動するようにすれば、γは位置Ｘの関数となり、しいては、薄膜の屈折率Ｎは位置Ｘの関数となる。したがって、位置Ｘによって屈折率を任意に設定した薄膜を製作できることとなるのである。
【００２３】
比較手段１８では、屈折率分布設定手段１７で設定された屈折率分布と、補正用データ取得部１６から入力される基板１１上で成膜されている成膜物質の膜厚方向における実際の屈折率分布とを比較し、差異があるときに比較出力を出すようになっている。
【００２４】
制御手段１９では、比較手段１８からの比較出力に応答し、実際の屈折率分布が設定屈折率分布になるように、すなわち、屈折率分布設定手段１７で設定された屈折率分布が得られるように、ステッピングモータ８の正逆回転量と回転速度を演算し、その正逆回転量と回転速度に対応する駆動信号をステッピングモータ８に出力するようになっている。
【００２５】
上記構成により、成膜中にターゲット２を駆動して第１および第２のターゲット部材２ａ，２ｂのイオンビームの照射域Ｓ内における面積比を変更し、膜厚方向での屈折率分布を高精度で制御することができる。
【００２６】
図７は、この発明に係るイオンビーム成膜装置の第２実施例の要部の斜視図であり、ターゲット２が、互いに種類の異なる３種の第１、第２および第３のターゲット部材２ｃ，２ｄ，２ｅで構成され、それらの第１、第２および第３のターゲット部材２ｃ，２ｄ，２ｅがステッピングモータ３１によって正逆転可能なターンテーブル３２上に周方向に分割される状態で載置されている。
【００２７】
この第２実施例の構成によれば、２個づつで三種類の組み合わせを、ターゲット部材を交換せずに得ることができ、実用上便利である。
【００２８】
図８は、この発明に係るイオンビーム成膜装置の第３実施例を示す要部の断面図、図９はその平面図であり、ターゲット２に近接させて、ターゲット２に対するイオンビームの照射域Ｓを規制するマスク４１が設けられている。
マスク４１が、第１および第２のターゲット部材２ａ，２ｂのひとつと同じ物質で構成されている。
これにより、マスク４１を構成する物質から飛散される成膜物質を基板に成膜される成膜物質の屈折率の微調整に有効利用することができる。
【００２９】
図１０は、この発明に係るイオンビーム成膜装置の第４実施例を示す全体概略構成図であり、イオンガン１のグリッド５１に高圧電源５２が接続され、グリッド５１に高電圧を供給するようになっている。
【００３０】
イオンビームを引き出し加速するグリッド５１に供給される電流を測定して電圧変換して出力するグリッド電流測定部５３が設けられ、このグリッド電流測定部５３から出力されるビーム電流に比例した電圧が電圧―周波数変換器５４に入力され、電圧に比例した周波数を持つパルスに変換されるようになっている。
【００３１】
電圧―周波数変換器５４には、グリッド電流測定部５３で測定されたグリッド電流の値を積分する演算機構である計数器５５が接続され、入力パルス数を計数するようになっている。この計数は、高圧電源５２からグリッド５１への高電圧の供給開始に伴って開始されるようになっている。
【００３２】
計数器５５では、成膜しようとする所定の膜厚に対応する値が設定されており、計数値が設定値になったときに高圧電源５２に停止信号を出力し、グリッド５１への高電圧の供給を停止し、イオンビーム中の粒子数を制御することにより、高精度に膜厚を制御できるように構成されている（特開２００２−１４６５３０号公報参照）。
また、計数器５５が補正用データ取得部１６に接続され、グリッド電流の積分値が大きいほどターゲット２の移動速度が速くなるように制御し、膜厚方向での屈折率分布を高精度に制御できるように構成されている。
【００３３】
上記実施例では、ターゲット２のイオンビームの照射域Ｓ内における物質の面積比を変更するのに、ターゲット移動機構１０によりターゲット２を移動させているが、この発明としては、イオン源としてのイオンガン１を移動するか、あるいは、ターゲット２とイオンガン１の両方を移動するようにしても良く、それらをして面積比変更手段と総称する。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明のイオンビーム成膜装置の構成によれば、イオンビームが照射される照射域において、複数種の互いに異なる物質のイオンビームに晒される面積比を成膜中において調整でき、成膜源となるターゲットでの成膜物質の構成比率、ひいては膜厚方向での屈折率分布を制御することができるから、ターゲットまたはイオン源あるいは両方の位置を機械的に変位させるだけであり、従来のような複数の成膜源を設けてそれぞれからの膜構成物質の量を変動させる場合に比べて精度良く制御できる。
また、イオン源で出力変動が生じても、成膜物質の構成比率は変化しないから屈折率を変化させることがなく、ターゲットまたはイオン源あるいは両方の位置を変位させるための速度をひとつのイオン源の出力変動に応じて増減するだけで、膜厚方向での屈折率分布を高精度で制御することができる。
しかも、ターゲットまたはイオン源あるいは両方の位置を機械的に変位させて成膜物質の構成比を変更するから、その機構が単純で成膜中の各種条件への影響が少なく、成膜物質の構成比を成膜中に変更することにより、膜厚方向での屈折率分布を連続的に変動させた膜を良好に成膜できる。
そのうえ、複数の成膜物質を隣接して構成しているから、基板面内での屈折率分布を少なくでき、この点からも膜厚方向での屈折率分布を連続的に変動させた膜を良好に成膜できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るイオンビーム成膜装置の第１実施例を示す全体概略構成図である。
【図２】ターゲットの平面図である。
【図３】ターゲット位置と成膜物質比との相関を示すグラフである。
【図４】ブロック図である。
【図５】成膜物質の膜厚方向における屈折率分布を示すグラフである。
【図６】分光分布特性の一例を示すグラフである。
【図７】この発明に係るイオンビーム成膜装置の第２実施例の要部の斜視図である。
【図８】この発明に係るイオンビーム成膜装置の第３実施例の要部の断面図である。
【図９】第３実施例の要部の平面図である。
【図１０】この発明に係るイオンビーム成膜装置の第４実施例を示す全体概略構成図である。
【図１１】従来例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１…イオンガン（イオン源）
２…ターゲット
１０…ターゲット移動機構（面積比変更手段）
１１…基板
１７…屈折率分布設定手段
１９…制御手段
４１…マスク
Ｓ…照射域
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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