(57)【要約】 【課題】  設計された光学多層膜の設計特性に極めて近い光学特性の光学多層膜を容易に成膜することが出来るスパッタ装置、スパッタ方法、及びこのスパッタ方法で製造される光学多層膜を提供することにある。【解決手段】  真空槽内で基板面上に光学多層膜の成膜をする為の酸化モードでのスパッタ方法であって、前記光学多層膜の成膜中に前記真空槽内の全圧を調節することによってスパッタ電圧又はスパッタ電流の少なくとも一方を所定値又は所定幅に保つスパッタ方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内で基板面上に光学多層膜の成膜をする為の酸化モードでのスパッタ方法であって、前記光学多層膜の成膜中に前記真空槽内の全圧を調節することによってスパッタ電圧又はスパッタ電流の少なくとも一方を所定値に保つことを特徴とするスパッタ方法。
【請求項２】
真空槽内で基板面上に光学多層膜の成膜をする為の酸化モードでのスパッタ方法であって、前記光学多層膜の成膜中に前記真空槽内の全圧を調節することによってスパッタ電圧又はスパッタ電流の少なくとも一方の所定値からの変動を低減させることを特徴とするスパッタ方法。
【請求項３】
前記光学多層膜の成膜の初期段階に於けるスパッタ電圧又はスパッタ電流の少なくとも一方を前記所定値として設定することを特徴とする請求項１又は２に記載のスパッタ方法。
【請求項４】
前記光学多層膜を構成する少なくとも一層の成膜の初期段階に於けるスパッタ電圧又はスパッタ電流の少なくとも一方を前記所定値として設定し、前記所定値をその層が成膜完了するまで適用することを特徴とする請求項１又は２に記載のスパッタ方法。
【請求項５】
前記光学多層膜を構成する各物質の第一層目の成膜中に於けるスパッタ電圧又はスパッタ電流の少なくとも一方を前記所定値として設定し、それらの前記所定値を前記光学多層膜の成膜完了まで適用することを特徴とする請求項１又は２に記載のスパッタ方法。
【請求項６】
前記光学多層膜が少なくとも２種類の化合物層からなり、スパッタガスと少なくとも前記化合物層の構成金属元素に対して化学的に活性な酸素分子を含有する反応性ガスとを前記真空槽内に流入させ、前記スパッタガスと前記反応性ガスとの流入量比を所定値に保ちながら前記スパッタガスと前記反応性ガスの各流入量を調整することによって前記真空槽内の全圧を調節することを特徴とする請求項１〜５何れか１項に記載のスパッタ方法。
【請求項７】
請求項１〜６何れか１項に記載のスパッタ方法によって成膜された化合物層を具えることを特徴とする光学多層膜。
【請求項８】
真空槽と、前記真空槽内にスパッタガスと酸素分子を含有する反応性ガスを導入する為のガス導入部と、前記真空槽内にスパッタ源と前記スパッタ源からスパッタされる物質を堆積させる基板を保持する基板ホルダとを具え、前記スパッタ源に搭載されたターゲットの表面がスパッタ時に十分に酸化される条件で前記基板に酸化物膜を成膜するスパッタ装置であり、スパッタ電力を所定電力に保つスパッタ電力制御手段を具え、スパッタ電圧又はスパッタ電流を所定値に保つ為に、前記ガス導入部は前記真空槽内への前記スパッタガスと前記反応性ガスの導入量を調節することを特徴とするスパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタ装置、スパッタ方法、及びこのスパッタ方法で製造される光学フィルタ等の光学多層膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、反応性スパッタ法を用いて光学多層膜を成膜するに当たって、図５に示すような装置を用いていた。
【０００３】
図５にて、従来のスパッタ装置は、基板５を真空槽１内にセットしたら、真空槽１内を真空排気系１２で排気し、その後、アルゴンガスサーボバルブ９と酸素ガスサーボバルブ１５から各々アルゴンガス８と酸素ガス１４を各々のガスの流量比を所定値に保ちつつ全圧力を所定値に維持しながら導入し、スパッタ成膜を行う。（例えば特許文献１等）
上記のような反応性スパッタ装置で光学多層膜から成る光学フィルタを成膜すると、成膜される光学多層膜の光学特性はほぼ設計値に近く、従来の反応性スパッタ装置で高度な仕様の光学多層膜の製造に対応することができる。
【特許文献１】特開２００１−１０７２３２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のスパッタ装置には次のような問題があった。
【０００５】
近年光学多層膜の市場の多様化に伴い、従来よりも更に高度な仕様の光学多層膜が要求されるようになりつつある。高度な仕様の光学多層膜とは、その仕様の光学特性を実現する為に従来よりも更に多くの層を積層する必要がある光学多層膜、又は、その仕様の光学特性自体は従来の層数の程度で実現できるが、その光学特性の許容誤差が極度に小さい光学多層膜のことを言う。
【０００６】
光学多層膜の層数が従来よりも多くなると、成膜した各層の屈折率と設計時に想定した屈折率とに僅かな差異が生じるだけで、成膜した光学多層膜の光学特性と設計の光学多層膜の光学特性との差は従来よりも大きくなる。ここで屈折率の差異とは、設計時に想定した各層の平均屈折率と成膜された各層の平均屈折率の差異、又は設計時に想定した屈折率の不均質性（不均質性は屈折率が層厚方向に変化する性質を言い、通常は不均質性を零と仮定して設計する）と成膜された各層の屈折率の不均質性との差異の少なくともどちらかを言う。
【０００７】
又、特に、高度な仕様の光学多層膜の成膜に用いられる誤差補正成膜法では、層厚決定を正確に行なわないと、誤差補正が有効に機能しない。ここで言う誤差補正成膜法は、一つの層を成膜して層厚決定を行い、その層で生じた微少な誤差を補正するために、まだ成膜していない残りの層全部の層厚を変化させることにより、光学多層膜の最終的な光学特性を所望の特性にするというものである。誤差補正成膜法では各層の成膜時の層厚測定を、通常、その層の屈折率が均質であるという前提の基に光学的に測定するので、層の不均質性が大きいと、成膜時に層厚を正確に測定することが出来なくなり、光学多層膜の光学特性の設計値と製造値との間に差異が生じる。
【０００８】
光学多層膜の光学特性を従来と同程度の許容誤差内に収める為には、光学フィルタを構成する個々の層の実際の屈折率と設計屈折率との差異値を従来よりも小さくしなければならない。
【０００９】
又、光学フィルタの光学特性の許容誤差が従来よりも小さくなると、これを満足させる為に、その光学フィルタを構成する個々の層の実際の屈折率と設計屈折率との差異値を従来よりも小さくしなければならない。
【００１０】
何れの場合にも、層の実際の屈折率を設計屈折率により一層近付けて、実際に成膜された光学多層膜の光学特性を設計の光学特性に近付ける必要性が近年ますます大きくなっている。
【００１１】
従来のスパッタ装置は大方の高度の仕様の光学多層膜の製造に対応できるが、特に高度な仕様の光学多層膜の製造には対応できなかった。
【００１２】
本発明は以上の問題を解決する為になされたものであり、設計された光学多層膜の設計特性に極めて近い光学特性の光学多層膜を容易に成膜することが出来るスパッタ装置、スパッタ方法、及びこのスパッタ方法で製造される光学多層膜を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以上の課題を解決するために、本発明の第１の態様のスパッタ方法は、真空槽内で基板面上に光学多層膜の成膜をする為の酸化モードでのスパッタ方法であって、前記光学多層膜の成膜中に前記真空槽内の全圧を調節することによってスパッタ電圧又はスパッタ電流の少なくとも一方を所定値に保つものである。
【００１４】
本発明の第２の態様のスパッタ方法は、真空槽内で基板面上に光学多層膜の成膜をする為の酸化モードでのスパッタ方法であって、前記光学多層膜の成膜中に前記真空槽内の全圧を調節することによってスパッタ電圧又はスパッタ電流の少なくとも一方の所定値からの変動を低減させるものである。
【００１５】
本発明の第３の態様のスパッタ方法は、第１の態様又は第２の態様のスパッタ方法であって、前記光学多層膜の成膜の初期段階に於けるスパッタ電圧又はスパッタ電流の少なくとも一方を前記所定値として設定するものである。
【００１６】
本発明の第４の態様のスパッタ方法は、第１の態様又は第２の態様のスパッタ方法であって、前記光学多層膜を構成する少なくとも一層の成膜の初期段階に於けるスパッタ電圧又はスパッタ電流の少なくとも一方を前記所定値として設定し、前記所定値をその層が成膜完了するまで適用するものである。
【００１７】
本発明の第５の態様のスパッタ方法は、第１の態様又は第２の態様のスパッタ方法であって、前記光学多層膜を構成する各物質の第一層目の成膜中に於けるスパッタ電圧又はスパッタ電流の少なくとも一方を前記所定値として設定し、それらの前記所定値を前記光学多層膜の成膜完了まで適用するものである。
【００１８】
本発明の第６の態様のスパッタ方法は、第１〜第５の態様のスパッタ方法の何れかであって、前記光学多層膜が少なくとも２種類の化合物層からなり、スパッタガスと少なくとも前記化合物層の構成金属元素に対して化学的に活性な酸素分子を含有する反応性ガスとを前記真空槽内に流入させ、前記スパッタガスと前記反応性ガスとの流入量比を所定値に保ちながら前記スパッタガスと前記反応性ガスの各流入量を調整することによって前記真空槽内の全圧を調節するものである。
【００１９】
本発明の第７の態様の光学多層膜は、第１〜第６の態様のスパッタ方法の何れかで成膜された化合物層を具えるものである。
【００２０】
本発明の第８の態様のスパッタ装置は、真空槽と、前記真空槽内にスパッタガスと酸素分子を含有する反応性ガスを導入する為のガス導入部と、前記真空槽内にスパッタ源と前記スパッタ源からスパッタされる物質を堆積させる基板を保持する基板ホルダとを具え、前記スパッタ源に搭載されたターゲットの表面がスパッタ時に十分に酸化される条件で前記基板に酸化物膜を成膜するスパッタ装置であり、スパッタ電力を所定電力に保つスパッタ電力制御手段を具え、スパッタ電圧又はスパッタ電流を所定値に保つ為に、前記ガス導入部は前記真空槽内への前記スパッタガスと前記反応性ガスの導入量を調節するものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のスパッタ装置によれば、全圧を調節しながらスパッタ電圧の変動を抑制する手段を具えるので、本発明のスパッタ装置で成膜した層の屈折率は設計屈折率に近く、設計光学特性に近い光学特性の光学多層膜を製造することができる。
【００２２】
又、本発明のスパッタ方法によれば、成膜時に全圧を調節しながらスパッタ電圧の変動を抑制する段階を具えるので、本発明のスパッタ方法によれば設計屈折率に近い屈折率の層を成膜することができるので、設計光学特性に近い光学特性の光学多層膜を製造することができる。
【００２３】
又、本発明のスパッタ方法で製造される光学多層膜は、その光学特性が設計光学特性に近いので、高品質であり、又は高歩留りである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
［第１実施形態］
図１は本実施形態の反応性スパッタ装置の概要を、図２は本実施形態のスパッタ方法を、図３はスパッタ電圧変化の全圧特性を示す。本実施形態の反応性スパッタ装置は、スパッタ源に搭載するターゲットに金属を用い、金属化合物層を基板上に成膜する。また、本スパッタ装置は前記スパッタ源に搭載されたターゲットの表面がスパッタ時に十分に酸化された状態でスパッタが行われる酸化モードで基板上に酸化物膜を成膜するものである。
【００２５】
図１を参照して、本実施形態のスパッタ装置は、真空槽１、真空槽内に設けられたスパッタ源３と基板ホルダ２、スパッタ電源１１、スパッタ電力制御部２１、真空計６、電圧計１０、全圧設定値設定部７、基準スパッタ電圧設定部２４、全圧比較部２５、酸素ガス流量設定部２８、酸素ガスサーボバルブ１５、酸素ガス流量計１６、流量比設定部２７、アルゴンガス流量設定部２６、アルゴンガスサーボバルブ９、アルゴンガス流量計１３、光学式膜厚計の光源部１８、光学式膜厚計の受光部１７、及び真空排気系１２から構成される。
【００２６】
以下、各構成要素の機能説明をする。
【００２７】
真空排気系１２は、真空槽１の内部を真空に排気し、真空ポンプやバルブから構成される。
【００２８】
真空計６は、真空槽１の内部の全圧を測定し、隔膜真空計の他にピラニ真空計や電離真空計を用いることができる。
【００２９】
スパッタ電源１１は、交流の電圧を発生し、発生電圧をスパッタ源３の二つのカソード３０、３０に印加する。中間タップは接地されている。
【００３０】
スパッタ電力制御部２１は、スパッタ中にスパッタ源３に供給されるスパッタ電力を一定に制御する。
【００３１】
スパッタ源３は、ターゲット４、４が二つのカソード３０、３０に貼り付けられ、スパッタ電源１１によって印加される電圧で発生するプラズマによって二つのターゲット４，４に対して交互にスパッタを行う交流デュアルカソードスパッタ源である。
【００３２】
ターゲット４，４には層の材料の基になる金属材料が用いられる。
【００３３】
電圧計１０は、スパッタ源３に供給されるスパッタ電圧を測定する。ここでスパッタ電圧はターゲット４、４に正味印加されている電圧である。
【００３４】
基準スパッタ電圧設定部２４は、成膜中に制御すべき基準スパッタ電圧を設定する。
【００３５】
全圧設定値設定部７は、基準スパッタ電圧を維持する為に必要な真空槽１の内部の全圧値を導き出し、その全圧値を制御すべき新しい全圧設定値として設定する。
【００３６】
ここで、新しい全圧設定値を導き出す為には事前測定等で取得されている図３の関係を用いる。一般にスパッタ電力を一定に制御している条件下では、スパッタ電圧は真空槽内の全圧の変化に対して図３の実線に示すように変化する。スパッタ電圧の全圧変化に対する変化は、只１本の曲線で示されるものではなく、真空槽内の放電の系の多様な状態の各々に対応して異なる複数の曲線で示され、これらの曲線は事前取得される。図３の実線で示される関係は真空槽内の放電の系の一つの状態に対しての関係を代表的に示す。
【００３７】
具体的には新しい全圧設定値を次のようにして求める。スパッタ電圧と全圧との関係の曲線は、放電の系の状態の少しの変化に対しては、横軸（全圧軸）方向に平行移動することが事前測定により分かっている場合、先ず、スパッタ開始直後の初期の系に於いては初期全圧設定値Ｐ０（単位：Ｐａｓｃａｌ）に対応するスパッタ電圧はＶ０であった。その後真空槽内の系の状態が変化してスパッタ電圧がＶ０から例えばＶ０’のように変化したと仮定する。この変化した系に於けるスパッタ電圧変化の全圧特性は、破線で示されるように、初期の系に於けるスパッタ電圧変化の全圧特性のグラフを全圧（横軸）方向に平行移動した形状を示す。そこで、座標値（Ｐ０，Ｖ０’）を通る、破線で示されるような変化した系に於けるスパッタ電圧変化の全圧特性のグラフを実線で示したグラフを全圧方向に平行移動して導入すると、このグラフとスパッタ電圧がＶ０一定のグラフとの交点を求めれば、この交点が示す全圧Ｐ０’が新しい全圧設定値である。真空槽内の系の状態が変化してもスパッタ電圧が相変わらずＶ０を維持するようにする為に、全圧の設定値をＰ０ではなくて新しい全圧Ｐ０’に変更する。
【００３８】
新しい全圧設定値を求める他の方法としては次のような方法を用いても良い。先ず、成膜当初に於いては、全圧とスパッタ電圧は、点（Ｐ０，Ｖ０）を通る図３の実線で示される真空槽内の放電の系の一つの状態に対応した曲線上にあった。成膜中に真空槽内の放電の系の状態が他の状態に変化すると、この真空槽内の放電の系の他の状態に対応した曲線を事前取得した曲線群の中から、点（Ｐ０，Ｖ０’）の最も近くを通る曲線として選び出し、この選び出された曲線に基づいて圧力制御しても良い。
【００３９】
全圧比較部２５は、真空計６で測定された全圧値と全圧設定値とを比較し、両者の差異値を算出し、差異値信号を酸素ガス流量設定部２８に出力する。
【００４０】
酸素ガス流量設定部２８は、ターゲット４、４の金属表面を完全に酸化する、所謂酸化モードで成膜する為の反応性ガスとしての酸素ガスの流量を調整する。酸素ガス流量設定部２８は、全圧比較部２５から全圧の差異値信号を入力し、この差異値信号に基づいて、差異値を零に近付けるような流量を与えるバルブ制御信号２３を発生し、バルブ制御信号２３を酸素ガスサーボバルブ１５とアルゴンガス流量設定部２６とに出力する。
【００４１】
酸素ガスサーボバルブ１５は、酸素ガス流量設定部２８からバルブ制御信号２３を入力し、バルブの開度を調整することによって酸素ガス供給源１４から供給される酸素ガスの流量を調節して真空槽１に流入させる。
【００４２】
酸素ガス供給源１４は、酸素ガスサーボバルブ１５に酸素ガスを供給し、不図示の酸素ガスボンベ等から構成される。
【００４３】
酸素ガス流量計１６は、真空槽１内に流入する酸素ガスの流量を測定し、それの流量信号を流量比設定部２７に出力する。
【００４４】
アルゴンガス流量計１３は、真空槽１内に流入するアルゴンガスの流量を測定し、それの流量信号を流量比設定部２７に出力する。
【００４５】
流量比設定部２７にはアルゴンガスと酸素ガスとの流量比の設定値が記憶されており、この流量比設定値に基づいて流量比信号２９を発生し、流量比信号２９をアルゴンガス流量設定部２６に出力する。又、流量比設定部２７は、酸素ガスとアルゴンガスの各流量信号を入力して流量比測定値を算出し、オフセット等によって流量比測定値と流量比設定値とに差異が生じた場合に、この差異値を零に近付けるように流量比信号２９を発生する。
【００４６】
アルゴンガス流量設定部２６は、酸素ガス流量設定部２８から入力したバルブ制御信号２３と流量比設定部２７から入力した流量比信号２９に基づいて、酸素ガスのバルブ制御信号２３が与える流量に流量比信号２９が与える流量比を乗じた流量を与えるバルブ制御信号２２を発生し、アルゴンガスサーボバルブ９に出力する。
【００４７】
アルゴンガスサーボバルブ９は、アルゴンガス流量設定部２６からバルブ制御信号２２を入力し、バルブの開度を調整することによってアルゴンガス供給源８から供給されるアルゴンガスの流量を調節して真空槽１に流入させる。
【００４８】
アルゴンガス供給源８は、アルゴンガスサーボバルブ９にアルゴンガスを供給し、不図示のアルゴンガスボンベ等から構成される。尚、スパッタガスとしてはアルゴンガスの他にクリプトン、ネオン、キセノン等の単体の不活性ガスや混合ガスも用いることができる。
【００４９】
本実施形態のスパッタ装置は、アルゴンガスと酸素ガスとスパッタ電力を所定の条件に制御し、スパッタ源と真空槽の間の放電で生成されるプラズマでスパッタ源に搭載されたターゲットの表面を十分に酸化させた状態でスパッタする。これを酸化モードと言うが、本スパッタ装置は酸化モードでスパッタするので基板に成膜される酸化物膜の屈折率の安定性が確保される。また、更なる屈折率の安定性を確保するために、スパッタ電力一定制御を行うスパッタプロセスで、酸素ガスとアルゴンガスとのガス流量比を所定値に保ちつつ全圧を調節することによって、スパッタ電圧を一定の基準スパッタ電圧に維持することができる。更に具体的に表現すると、本実施形態のスパッタ装置によれば、スパッタ電圧と基準スパッタ電圧に僅かな差異が生じた場合に、この差異値を零に近付けるような新しい全圧設定値を見つけることができる。そして、この新しい全圧設定値を古い全圧設定値に変えて流量制御することによって、真空槽１内の全圧は、酸素ガスとアルゴンガスとのガス流量比を所定値に保ちつつ新しい全圧設定値に近づき、スパッタ電圧は基準スパッタ電圧に近付く。尚、本実施形態のスパッタ装置によれば、全圧設定値と、酸素ガスとアルゴンガスとのガス流量比設定値を与えるだけで流量比を設定値に保ちつつ全圧を設定値に維持することができる。尚、以上の流量比を所定値に保ちながら全圧を全圧設定値に調節する制御は、制御の安定性と高精度化を図る為にＰＩＤ制御を用いて行なうことが好ましい。
【００５０】
本実施形態のスパッタ方法によれば、スパッタ電力一定制御を行うスパッタプロセスで、ガス流量比を一定に保って全圧を調節することによってスパッタ電圧を一定に維持することが出来るので、屈折率の不均質性が小さい高品質の金属化合物層及びこの金属化合物層を有する多層膜の成膜に適している。
【００５１】
以下、図２、図１、図３を参照して本実形態のスパッタ方法の手順を説明する。
【００５２】
基板５を真空槽１内にセットし、真空槽１内を所定圧力まで真空排気する。
【００５３】
準備段階で流量比やスパッタ電力、層厚等の基本メニューが入力される。
【００５４】
先ずステップＳ１で、アルゴンガスと酸素ガスを真空槽１内に酸化モードでの成膜ができるようにそれぞれ所定圧力まで導入する。
【００５５】
ステップＳ２で、酸化モードが実行可能な電力でスパッタ電源１１をＯＮすることにより放電を開始し、基板とスパッタ源に搭載されたターゲットの間にプラズマが形成される。この状態でプレスパッタを行う。
【００５６】
ステップＳ３で、全圧を一定に制御する全圧設定値を初期値Ｐ０に設定して、酸素ガスとアルゴンガスとの流量比を所定流量比に保ちつつ全圧制御を実行する。
【００５７】
ステップＳ４で、シャッタを開き、スパッタ電力を一定に保ってターゲット４をスパッタすることにより基板５面上にスパッタ成膜を開始する。
【００５８】
ステップＳ５で、スパッタ開始直後に於けるスパッタ電圧を測定し、そのスパッタ電圧（図３に示すグラフに於ける全圧Ｐ０に対応するスパッタ電圧Ｖ０）を今回の成膜の基準スパッタ電圧として決定する。ここで、スパッタ開始直後とは、通常は成膜開始から数秒から数十秒後の時点であり、スパッタ開始からその時点までに成膜される層の層厚は極めて薄い為に多層膜の特性に殆ど影響を及ぼさない。又、多層膜の成膜の場合、この時点でのアルゴンガスと酸素ガスに対する各バルブ制御信号２２、２３の大きさを記憶し、次回の層の成膜に於けるステップＳ３で、記憶されている各バルブ制御信号を呼び出し、流量比制御開始時の各バルブ制御信号の初期値として用いると、流量比を早く流量比設定値に安定させることができる。
【００５９】
ステップＳ６で、現在のスパッタ電圧を測定する。スパッタ電圧は常時測定されている。
【００６０】
ステップＳ７で、ステップＳ５で測定したスパッタ電圧を基準スパッタ電圧と比較する。
【００６１】
ステップＳ８で、スパッタ電圧と基準スパッタ電圧との差異値に応じた新しい全圧設定値を設定する。差異がない場合には全圧設定値を変えないで成膜を続ける。
【００６２】
新しい全圧設定値を導き出す方法は、既に図３を参照して説明した。
【００６３】
ステップＳ９で、全圧設定値を新しい全圧設定値に変更し、動作をステップＳ５に移行する。このようにすることによって、酸素ガスとアルゴンガスとの流量比を所定値に保ちつつ全圧を新しい全圧設定値に調節するようにアルゴンガスの流量が調節される。
【００６４】
以上説明したステップを所定層厚成膜終了まで繰り返し、多層膜成膜の場合には次の層の成膜の為にステップＳ１から動作を開始する。尚、多層膜成膜の場合、ステップＳ５での基準スパッタ電圧の設定は、ステップＳ１〜ステップＳ９の上記説明のように毎回、つまり各層毎に行なう他、該多層膜を構成する各物質の初回の層の成膜のときのみステップＳ５の基準スパッタ電圧の決定を行なって、各物質の２層目以降は、初回に於いて決定した基準スパッタ電圧を継続して用いても良い。また、ある種の光学多層膜では、適宜選択した層のみをステップＳ１〜ステップＳ９で説明したように基準スパッタ電圧を維持しながら成膜しても良い。
【００６５】
以上のようにして、本実施形態のスパッタ方法によれば、成膜中にスパッタ電圧に変動が生じた場合に、スパッタ電圧の変動を抑制するように酸素ガスとアルゴンガスとの流量比を所定値に保ちつつ全圧を調節する。即ち、本実施形態のスパッタ方法によれば、ガスの流量比を所定値に保ちつつ全圧を調節することによってスパッタ電圧は一定に保たれる。
【００６６】
本実施形態のスパッタ方法によれば、成膜中のスパッタ電圧を、適切な方法でガス流量比を所定値に保ちつつ全圧を変化させることによって一定に維持することができるので、その結果、簡易的な方法で、アルゴンガスと酸素ガスの分圧比を正確に所定値に保ちつつ、全圧を調節することによってスパッタ電圧を一定に維持することができ、本実施形態のスパッタ方法で成膜した層は不均質性が小さくて高品質であり、特に、光学多層膜は高品質であり、光学特性が設計値に極めて近い。
【００６７】
以上第１実施形態では交流デュアルカソードスパッタ源を具えた反応性スパッタ装置の場合を説明したが、本発明は、他の多様なタイプのスパッタ源、例えば高周波スパッタ源を具えた反応性スパッタ装置の場合も含むことは言うまでもない。
【００６８】
以上第１実施形態の説明は、スパッタ電圧を一定の基準スパッタ電圧に維持する為に全圧を調節する場合の説明をしたが、スパッタ電圧は必ずしも一定の基準スパッタ電圧に維持する必要がなく、スパッタ電圧の変動幅を低減するだけでも良い。この場合にはスパッタ電圧に許容幅を設け、スパッタ電圧がこの許容幅をはみ出さない程度に全圧を制御する。本発明はこのようにスパッタ電圧の変動幅を低減する為に、全圧制御する場合も含む。このようにすると、スパッタ電圧を一定に制御する為に、全圧の変動量を時によって過度に大きくする場合に生ずる弊害から逃れることができる。
【００６９】
又、第１実施形態の説明は、スパッタ電力を一定に制御する場合に、スパッタ電圧を一定に制御する例を説明したが、替わりにスパッタ電流を一定に制御する場合も含まれる、この場合でもほぼ同様な効果が得られることは言うまでもない。スパッタ電圧は、成膜中に自動的になされるイオンアシスト効果と関係性が高い。イオンアシスト効果の強弱は層の屈折率に関係があるので、スパッタ電流を制御するよりもスパッタ電圧を制御する方が好ましい。
【００７０】
［実施例］
本実施例は第１実施形態に対応する。
【００７１】
図１は、本実施例の交流デュアルカソードスパッタ源３を有する反応性スパッタ装置を、図２は、本実施例のスパッタ方法を、図４は、本実施例の反応性スパッタ装置で成膜された光通信用光学フィルタの光学特性を示す。
【００７２】
図１にて、本実施例の反応性スパッタ装置は、スパッタ源３としてアーク放電が少なくかつ大きな成膜速度が得られる交流デュアルカソードスパッタ源２台を真空槽１の底部に設けている。図１には１台の交流デュアルカソードスパッタ源３のみがＡ位置に明示されている。他の１台は明示されていない。この交流デュアルカソードスパッタ源３の２つのカソード３０、３０にはスパッタ電源１１から４０ｋＨｚの交流電圧が供給され、２つのカソード３０、３０に取り付けられた２つの金属ターゲット４、４に対して交互に２５μｓｅｃ毎にスパッタを行う。真空槽１内には回転可能な基板ホルダ２があり、これに基板５が保持されている。スパッタ中に導入される反応性ガスとしての酸素ガスが金属原子に化学的に作用するので、金属ターゲット４、４の表面に形成された酸化物をスパッタすることによって基板５面上に金属酸化物層を成膜することができる。基板５の透過率特性の測定結果から基板５面上に成膜された金属酸化物層から構成される光学多層膜の層厚を決定する為に、真空槽１の下部に取り付けられた光源部１８と真空槽１の上部に取り付けられた受光部１７から構成される光学式膜厚計が設けられている。光源部１８から照射された測光は透光窓２０を透過し、基板５を透過し、透光窓１９を透過し、受光部１７により受光される。この光学式膜厚計は基板５面上に成膜された光学多層膜で薄膜干渉した透過光の透過率特性を測定することによって層厚を測定する。尚、用いられる光学式膜厚計は透過率特性ではなく、反射率特性を測定して層厚を測定しても良く、又はエリプソメーターのように偏光解析によって層厚を測定しても良い。また、真空計６としては隔膜式真空計を用いている。又、本実施例のスパッタ装置はＰＩＤ制御による全圧制御手段を有する。
【００７３】
以上のようなスパッタ装置を用い、図２に示されるスパッタ方法で、ガラス基板５面上に光通信用光学フィルタを成膜した。この光学フィルタは高屈折率物質層として酸化ニオブ、低屈折率物質層として酸化ケイ素を用いた総層数９８層、総層厚が２７μｍの交互層構成の光学多層膜から構成され、高屈折率物質層用のターゲット４材として純度９９．９％以上の金属ニオブを、そして低屈折率物質層用のターゲット４材として純度９９．９％以上の金属シリコンを用いた。
【００７４】
成膜条件は、基板加熱温度：２００℃、初期全圧設定値：０．１５Ｐａｓｃａｌ、スパッタガス：アルゴンガス、反応性ガス：酸素ガス、酸素ガスとアルゴンガスとの流量比：アルゴンガス流量／酸素ガス流量＝１．８、スパッタ電力：３０００Ｗ（酸化ケイ素）、２５００Ｗ（酸化ニオブ）だった。
【００７５】
このようにして成膜された光学多層膜の透過特性を図４に示す。
【００７６】
図４にて、丸点線は設計値の特性であり、太実線が本実施例の反応性スパッタ装置、スパッタ方法で成膜したものの特性である。又、細実線は、比較例として示した図５の従来の反応性スパッタ装置を用い、全圧と流量比制御をしてスパッタ成膜した光学多層膜の透過特性である。
【００７７】
本実施例の反応性スパッタ装置、スパッタ方法で成膜した光学多層膜は、９８層構成と極めて層数が多く、更に総層厚が２７μｍと極めて厚いにも係わらず、透過特性が設計特性に極めて近い。即ち、光学多層膜設計で、極度に多い層数を用いても仕様の光学特性が設計できさえすれば、本実施例の反応性スパッタ装置、スパッタ方法での成膜によって仕様の特性に極めて近い光学多層膜を実際に得ることができる。これは、ユーザからの今までよりも細かい光学特性に対する要求に対応することができ、製造される光学多層膜が高品質であることを意味する。尚、一般に、用いられる総層数が多いほど光学多層膜設計の自由度は高く、設計レベルではユーザからのより細かい仕様要求に答えることができる。又、従来のように設計値と製造値との特性間の乖離を配慮して光学多層膜の設計をする必要がない。更に、光学多層膜の製造歩留りが向上する。
【００７８】
本実施例で成膜した光学多層膜の特性の製造値が設計値に近い理由は、光学多層膜を構成する個々の酸化ニオブ層、酸化シリコン層の平均屈折率が設計で用いた屈折率に極めて近い為であり、更に、直接の測定による確認は出来ていないが、酸化ニオブ層、酸化シリコン層の屈折率の不均質性が低減、即ち屈折率の層厚方向の変化量が低減してより均質層に近くなった為であろうと発明者等は推測している。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】第１実施形態と実施例のスパッタ装置（交流デュアルカソードスパッタ装置）の概要を示す。
【図２】第１実施形態と実施例のスパッタ方法を示す。
【図３】スパッタ電圧の全圧変化特性の一例を示す。
【図４】実施例の光通信用光学フィルタの透過特性を示す。
【図５】従来のスパッタ装置の概要を示す。
【符号の説明】
【００８０】
１    真空槽
２    基板ホルダ
３    スパッタ源（交流デュアルカソードスパッタ源を示す）
４    ターゲット
５    基板（実施例ではガラス基板を示す）
６    真空計（実施例では隔膜式真空計を示す）
７    全圧設定値設定部
８    アルゴンガス源
９    アルゴンガスサーボバルブ
１０  電圧計
１１  スパッタ電源
１２  真空排気系
１３  アルゴンガス流量計
１４  酸素ガス源
１５  酸素ガスサーボバルブ
１６  酸素ガス流量計
１７  受光部
１８  光源部
１９、２０  透光窓
２１  スパッタ電力制御部
２２、２３  バルブ制御信号
２４  基準スパッタ電圧設定部
２５  全圧比較部
２６  アルゴンガス流量設定部
２７  流量比設定部
２８  酸素ガス流量設定部
２９  流量比信号
３０  カソード
【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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