(57)【要約】【課題】ＭｇＦ２等の金属フッ化物をターゲットとしスパッタリング法で成膜するにあたり、光吸収がなくかつ十分な機械的強度を有する薄膜を、ターゲット材料を繰り返し使用することによりエロージョン形状が変化しても、膜厚再現性良く作製可能にする成膜方法および成膜装置を提供する。  【解決手段】少なくとも金属フッ化物を含む材料をターゲット６とし、放電ガスを成膜室２に導入しながら高周波電力をターゲットに投入してプラズマ１４を発生させ、スパッタリング法で基板３に成膜する成膜方法において、プラズマ発光強度を第１の計測器４１で計測し、その計測結果をフィードバックして放電ガスの成膜室への導入量を調整する工程と、成膜室でのスパッタリング粒子の成膜速度を第２の計測器４２で計測し、その計測結果をフィードバックしてターゲットに投入する高周波電力を調整する工程とを備える。【選択図】図１
2009041091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも金属フッ化物を含む材料をターゲットとし、放電ガスを成膜室に導入しながら高周波電力を該ターゲットに投入してプラズマを発生させ、スパッタリング法で基板に成膜する成膜方法において、
前記プラズマの発光強度を第１の計測器で計測し、その計測結果をフィードバックして前記放電ガスの前記成膜室への導入量を調整する工程と、
該成膜室でのスパッタリング粒子の成膜速度を第２の計測器で計測し、その計測結果をフィードバックして前記ターゲットに投入する前記高周波電力を調整する工程とを備えることを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
請求項１に記載の成膜方法において、
前記第２の計測器は、前記成膜室での水晶振動子の表面に付着する前記スパッタリング粒子の付着量を計測し、該付着量の時間的変化から前記成膜速度を演算する構成であることを特徴とする成膜方法。
【請求項３】
請求項１に記載の成膜方法において、
前記第２の計測器は、前記ターゲットの表面温度を計測し、該表面温度から前記スパッタリング粒子の前記成膜速度を演算する構成であることを特徴とする成膜方法。
【請求項４】
少なくともＭｇＦ２（フッ化マグネシウム）を含む材料をターゲットとし、放電ガスを成膜室に導入しながら高周波電力を該ターゲットに投入してプラズマを発生させ、スパッタリング法で基板に成膜する成膜方法において、
Ｍｇの前記プラズマの発光強度とＭｇＦの前記プラズマの発光強度の比であるプラズマ発光強度比を第１の計測器で計測し、その計測結果をフィードバックして該プラズマ発光強度比が一定値になるように前記放電ガスの前記成膜室への導入量を調整する工程と、
該成膜室でのスパッタリング粒子の成膜速度を第２の計測器で計測し、その計測結果をフィードバックして該成膜速度が一定値になるように前記ターゲットに投入する前記高周波電力を調整する工程とを備えることを特徴とする成膜方法。
【請求項５】
請求項４に記載の成膜方法において、
前記プラズマ発光強度比が、１．５以上３．５以下の一定値になるように前記放電ガスの前記成膜室への導入量を調整し、さらに前記成膜速度が、０．５ｎｍ／ｓｅｃ以上５．０ｎｍ／ｓｅｃ以下の一定値になるように前記ターゲットに投入する前記高周波電力を調整することを特徴とする成膜方法。
【請求項６】
少なくとも金属フッ化物を含む材料をターゲットとし、放電ガスを成膜室に導入しながら高周波電力を該ターゲットに投入してプラズマを発生させ、スパッタリング法で基板に成膜する成膜装置において、
前記プラズマの発光強度を計測する第１の計測手段と、
前記成膜室でのスパッタリング粒子の成膜速度を計測する第２の計測手段と、
第１の計測手段の計測結果をフィードバックして前記放電ガスの前記成膜室への導入量を調整する第１の制御手段と、
第２の計測手段の計測結果をフィードバックして前記ターゲットに投入する前記高周波電力を調整する第２の制御手段とを備えることを特徴とする成膜装置。
【請求項７】
請求項６に記載の成膜装置において、
前記第２の計測手段は、前記成膜室での水晶振動子の表面に付着する前記スパッタリング粒子の付着量を計測し、該付着量の時間的変化から前記成膜速度を演算する構成であることを特徴とする成膜装置。
【請求項８】
請求項６に記載の成膜装置において、
前記第２の計測手段は、前記ターゲットの表面温度を計測し、該表面温度から前記スパッタリング粒子の前記成膜速度を演算する構成であることを特徴とする成膜装置。
【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って薄膜を成膜する成膜方法および成膜装置に関し、特に反射防止膜等の光学薄膜をスパッタリング法によって成膜する成膜方法および成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、反射防止膜などの光学薄膜を光学部品等の基板に成膜する場合、材料を加熱し蒸発させて基板に付着させる真空蒸着法が主に使われてきた。この真空蒸着法に対し、スパッタリング法は自動化・省力化・大面積基板への適用性、さらにはスパッタリング粒子のエネルギーが蒸着粒子と比較して1〜２桁高いことによる低温成膜の可能性など多くの利点があり、コーティング分野において広く適用されている。
【０００３】
反射防止膜を構成する物質としては、ＳｉＯ２やＺｒＯ２などの金属酸化物の他に、屈折率が低いなどの理由により、ＣａＦ２やＭｇＦ２などの金属フッ化物がしばしば用いられている。ＣａＦ２やＭｇＦ２などの金属フッ化物は、３００℃程度の基板加熱を行いながら真空蒸着することで、光吸収が少なく機械的強度の高い良質な薄膜となるのに対し、スパッタリング法でこれらの金属フッ化物を用いた場合は、フッ素が金属フッ化物から解離し易くなり、この方法で成膜した膜には可視域の光吸収が生じやすいという問題がある。
【０００４】
特許文献１では、ＭｇＦ２のスパッタリングにおいて、Ｍｇ原子、ＭｇＦ分子、放電ガス（原子、分子）のプラズマ発光強度を適切な範囲に保ちながら成膜を行う成膜方法が開示されている。この成膜方法によると、基板に成膜される膜の光吸収が少なく、機械的強度が高い膜を成膜することができるとされている。
【０００５】
ＭｇＦ２のスパッタリングにおいて、ターゲットの形態や放電ガスの種類、ガス圧力、投入電力などの条件によっては、プラズマ中にＭｇＦ分子の発光（波長３５９ｎｍ）がプラズマエミッションモニター（ＰＥＭ）により計測できる。ＭｇＦ分子の発光があるということは、飛散するスパッタ粒子にＭｇＦ２分子があることを示している。ＭｇＦ分子の発光強度が強くなると、ＭｇＦ２がスパッタ粒子として分子の状態で飛散する確率が高くなる。そのため、フッ素が解離することが少なくなり、結果として成膜される膜の光吸収が少なくなる。
【０００６】
しかし、ＭｇＦ分子の発光強度が強ければ良いという訳ではなく、Ｍｇ原子の発光に比べてＭｇＦ分子の発光強度が高くなりすぎると、膜の光吸収は少なくなるが、膜の機械的強度が低くなり易いことがわかっている。こうした条件では、ターゲットが加熱される事により蒸発するＭｇＦ２分子の飛散率が高くなっている。加熱により飛散する粒子のエネルギーはスパッタ粒子に比べて１〜２桁程度低くなってしまうために、得られる膜の機械的強度が低くなってしまうと考えられている。
【０００７】
以上のことから、光吸収が少なく、かつ基板加熱を行わなくても機械的強度が高いＭｇＦ２膜を得るためには、Ｍｇ原子の発光強度に対するＭｇＦ分子の発光強度比をある一定の範囲に保ちながら成膜を行う必要がある。なお、Ｍｇ原子の発光強度に対するＭｇＦ分子の発光強度比は、既述したように、ターゲット形態、放電ガスの種類、放電ガスの流量、投入電力などの条件によって変化する。
【特許文献１】特開平９−１０４９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に示されている従来の成膜方法および成膜装置にあっては、プラズマ発光強度やプラズマ発光強度比が一定となるように制御しても、ターゲット材料を繰り返し使用することにより生じるターゲット表面のエロージョン形状により、膜厚再現性が悪くなる問題があった。
この理由について検討すると、ターゲット下部にはマグネットが配置されているが、エロージョン部ではそのマグネットとターゲットの距離が不均一になる。ターゲットのプラズマ発光強度が一定となるように制御しても、エロージョンにより局所的に凹形状になったターゲットの部分では、ターゲットとマグネットとの距離が近いためにスパッタリング時のプラズマ密度が上昇する。このため、局所的なプラズマ発光強度の増加により成膜速度が増加し、基板に成膜する膜の厚さが不安定になると考えられる。
【０００９】
この不安定になる傾向は、ターゲット材料を繰り返し使用した回数に応じて顕著になる。スパッタリングする毎にターゲットは深く掘られていくからである。
また不安定になる傾向は、板状ターゲットではなく顆粒状ターゲットを使用した場合にも顕著である。
【００１０】
さらに、ＭｇＦ２のスパッタリングにおいて、ＭｇＦ分子の発光が現れる条件では、ターゲットの温度はプラズマによる温度上昇で８００℃程度以上の高温になっていることがわかっている。ターゲット材料を繰り返し使用してエロージョン形状が変化した場合、ターゲット表面のプラズマ密度が変化し、これに応じてターゲット表面の温度分布も変化する。ターゲット表面温度が異なると成膜速度も異なるため、プラズマ発光強度を適切な値に保ち、毎回同じ成膜時間で成膜を行ったとしても、作製された薄膜の膜厚再現性は低下する。
【００１１】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、ＭｇＦ２等の金属フッ化物をターゲットとしスパッタリング法で成膜するにあたり、光吸収がなくかつ十分な機械的強度を有する薄膜を、ターゲット材料を繰り返し使用することによりエロージョン形状が変化しても、膜厚再現性良く作製可能にする成膜方法および成膜装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の成膜方法は、少なくとも金属フッ化物を含む材料をターゲットとし、放電ガスを成膜室に導入しながら高周波電力を該ターゲットに投入してプラズマを発生させ、スパッタリング法で基板に成膜する成膜方法において、前記プラズマの発光強度を第１の計測器で計測し、その計測結果をフィードバックして前記放電ガスの前記成膜室への導入量を調整する工程と、該成膜室でのスパッタリング粒子の成膜速度を第２の計測器で計測し、その計測結果をフィードバックして前記ターゲットに投入する前記高周波電力を調整する工程とを備えることを特徴としている。
【００１３】
また本発明の成膜装置は、少なくとも金属フッ化物を含む材料をターゲットとし、放電ガスを成膜室に導入しながら高周波電力を該ターゲットに投入してプラズマを発生させ、スパッタリング法で基板に成膜する成膜装置において、前記プラズマの発光強度を計測する第１の計測手段と、前記成膜室でのスパッタリング粒子の成膜速度を計測する第２の計測手段と、第１の計測手段の計測結果をフィードバックして前記放電ガスの前記成膜室への導入量を調整する第１の制御手段と、第２の計測手段の計測結果をフィードバックして前記ターゲットに投入する前記高周波電力を調整する第２の制御手段とを備えることを特徴としている。
【００１４】
この発明に係る成膜方法および成膜装置によれば、プラズマ発光強度をフィードバックして放電ガスの成膜室への導入量を調整するだけでなく、成膜室でのスパッタリング粒子の成膜速度をフィードバックしてターゲットに投入する高周波電力を調整しているので、光吸収がなくかつ十分な機械的強度を有する薄膜を、ターゲット表面のエロージョン形状が変化しても膜厚再現性良く、基板加熱を行わずに作製可能になる。
【００１５】
また、上記の成膜方法において、前記第２の計測器は、前記成膜室での水晶振動子の表面に付着する前記スパッタリング粒子の付着量を計測し、該付着量の時間的変化から前記成膜速度を演算する構成であることがより好ましいとされている。
【００１６】
また、上記の成膜装置において、前記第２の計測手段は、前記成膜室での水晶振動子の表面に付着する前記スパッタリング粒子の付着量を計測し、該付着量の時間的変化から前記成膜速度を演算する構成であることがより好ましいとされている。
【００１７】
この発明に係る成膜方法および成膜装置によれば、第２の計測器と第２の計測手段を、成膜室での水晶振動子の表面に付着するスパッタリング粒子の付着量を計測し、付着量の時間的変化から成膜速度を演算する構成としたので、０．１ｎｍ／ｓｅｃの単位で精度良く成膜速度を計測できて、成膜される膜の厚さが安定する。
【００１８】
また、上記の成膜方法において、前記第２の計測器は、前記ターゲットの表面温度を計測し、該表面温度から前記スパッタリング粒子の前記成膜速度を演算する構成であることがより好ましいとされている。
【００１９】
また、上記の成膜装置において、前記第２の計測手段は、前記ターゲットの表面温度を計測し、該表面温度から前記スパッタリング粒子の前記成膜速度を演算する構成であることがより好ましいとされている。
【００２０】
この発明に係る成膜方法および成膜装置によれば、第２の計測器と第２の計測手段を、
ターゲットの表面温度を計測し、その表面温度からスパッタリング粒子の成膜速度を演算する構成としたので、ターゲットの表面温度が安定し、成膜される膜の厚さも安定させることができる。
【００２１】
さらに本発明の成膜方法は、少なくともＭｇＦ２（フッ化マグネシウム）を含む材料をターゲットとし、放電ガスを成膜室に導入しながら高周波電力を該ターゲットに投入してプラズマを発生させ、スパッタリング法で基板に成膜する成膜方法において、Ｍｇの前記プラズマの発光強度とＭｇＦの前記プラズマの発光強度の比であるプラズマ発光強度比を第１の計測器で計測し、その計測結果をフィードバックして該プラズマ発光強度比が一定値になるように前記放電ガスの前記成膜室への導入量を調整する工程と、該成膜室でのスパッタリング粒子の成膜速度を第２の計測器で計測し、その計測結果をフィードバックして該成膜速度が一定値になるように前記ターゲットに投入する前記高周波電力を調整する工程とを備えることを特徴としている。
【００２２】
この発明に係る成膜方法によれば、少なくともＭｇＦ２を含む材料をターゲットとして、放電ガスを成膜室に導入しながら高周波電力をターゲットに投入してプラズマを発生させ、スパッタリング法で基板に成膜する成膜方法において、Ｍｇのプラズマ発光強度とＭｇＦのプラズマ発光強度の比であるプラズマ発光強度比の計測結果をフィードバックして、プラズマ発光強度比が一定値になるように放電ガスの成膜室への導入量を調整し、さらに成膜室でのスパッタリング粒子の成膜速度の計測結果をフィードバックして、成膜速度が一定値になるようにターゲットに投入する高周波電力を調整した。そのため、光吸収がなくかつ十分な機械的強度を有するＭｇＦ２の薄膜を、ターゲット表面のエロージョン形状が変化しても膜厚再現性良く、基板加熱を行わずに作製可能になる。
【００２３】
また、上記の成膜方法において、前記プラズマ発光強度比が、１．５以上３．５以下の一定値になるように前記放電ガスの前記成膜室への導入量を調整し、さらに前記成膜速度が、０．５ｎｍ／ｓｅｃ以上５．０ｎｍ／ｓｅｃ以下の一定値になるように前記ターゲットに投入する前記高周波電力を調整することがより好ましいとされている。
【００２４】
この発明に係る成膜方法によれば、計測プラズマ発光強度比が、１．５以上３．５以下の一定値になるように放電ガスの成膜室への導入量を調整し、さらに成膜速度が、０．５ｎｍ／ｓｅｃ以上５．０ｎｍ／ｓｅｃ以下の一定値になるようターゲットに投入する高周波電力を調整したので、光吸収がなくかつ十分な機械的強度を有するＭｇＦ２の薄膜を、ターゲット表面のエロージョン形状が変化しても膜厚再現性良く、基板加熱を行わずに作製可能になる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る成膜方法および成膜装置によれば、光吸収がなくかつ十分な機械的強度を有する薄膜を、ターゲット表面のエロージョン形状が変化しても膜厚再現性良く、基板加熱を行わずに作製可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、本発明の第１実施形態の成膜装置の構成を示す断面図である。成膜室となる真空槽２内部の上部には、基板３が回転可能に配置されている。この実施の形態では、基板３として、ＢＫ７（屈折率１．５２）からなる光学ガラスを使用した。
真空槽２内部の基板３の下方には、直径６インチ（約１５２．４ｍｍ）のマグネトロンカソード４上に石英製の皿５が載置され、皿５には、粒径０．１〜１０ｍｍのＭｇＦ２の顆粒であるターゲット６が充填されている。このマグネトロンカソード４はスパッタリング用の高周波電源７と接続されている。
真空槽２の側面には放電ガスの導入口１１が形成されている。放電ガスの流量はマスフローコントローラー１２によって制御され、これにより真空槽２内のガス圧力が制御される。
【００２７】
また、ターゲット６の横部にプラズマエミッションモニター１３が配置されている。プラズマエミッションモニター１３は、発生したプラズマ１４の発光強度を計測する装置で、計測されたプラズマ発光強度はプラズマエミッションモニター制御部１５で電気信号に変換される。さらに、ターゲット６の上方には、シャッター１６が配置されて、シャッター１６の開閉をシャッター１６が取り付けられる開閉装置１７で制御する。
ターゲット６とシャッター１６の間には水晶振動子２１が配置される。水晶振動子２１は、真空槽２内部のスパッタリング粒子の付着量を、付着した膜の堆積による共振周波数の変化から計測することができる。水晶振動子２１が接続される水晶振動子制御部２２は、水晶振動子２１の共振周波数を計測することでスパッタリング粒子の付着量を計測し、計測値の時間的変化から成膜室でのスパッタリング粒子の成膜速度を演算し、演算結果を電気信号として出力する。
スパッタリング用の高周波電源７、放電ガスの流量を制御するマスフローコントローラー１２、プラズマの発光強度を電気信号に変換するプラズマエミッションモニター制御部１５、および水晶振動子２１の共振周波数を電気信号に変換する水晶振動子制御部２２およびシャッター１６を開閉する開閉装置１７は、装置制御部３１に接続され一体となって制御される。
【００２８】
つづいて第１実施形態の成膜装置１を用いて成膜する手順について説明する。
まず基板３を真空槽２内に設置し、不図示の真空ポンプにより真空槽２内を１×１０−４Ｐａまで排気する。このとき基板３の加熱は行っていない。
つぎに、放電ガスであるＯ２ガスをマスフローコントローラー１２により流量を制御しながら、ガス導入口１１から真空槽２内に導入し、ガス圧力を４×１０−１Ｐａに調整する。そして、高周波電力をマグネトロンカソード４に供給し、プラズマ１４を発生させる。このプラズマ１４によりＭｇＦ２のターゲット６は加熱され、同時にプラズマ１４中の放電ガスイオンにより、スパッタリングされて真空槽２内に飛散する。
【００２９】
プラズマ１４からの発光は、ターゲット６の横部に配置されたプラズマエミッションモニター１３に取り込まれる。プラズマエミッションモニター１３は波長２００ｎｍ〜８５０ｎｍの範囲の光を分光し、ＭｇＦ（波長３５９ｎｍ）およびＭｇ（波長５１８ｎｍ）それぞれの波長のプラズマ発光強度、およびＭｇ原子のプラズマ発光強度に対するＭｇＦ分子のプラズマ発光強度の比（以下、「ＭｇＦ／Ｍｇのプラズマ発光強度比」と書く）を、リアルタイムで演算する。
演算結果はプラズマエミッションモニター制御部１５に送られ、演算結果すなわちＭｇＦ／Ｍｇのプラズマ発光強度比が３．０になると、プラズマエミッションモニター制御部１５は装置制御部３１へ信号を出力する。そして装置制御部３１は、ＭｇＦ／Ｍｇのプラズマ発光強度比が３．０に保持されるように、マスフローコントローラー１２で導入口１１から流入するＯ２ガス流量を制御する。
【００３０】
このように特許請求の範囲に記載した、ＭｇＦ／Ｍｇのプラズマ発光強度比を計測する第１の計測器（第１の計測手段）４１は、プラズマエミッションモニター１３とプラズマエミッションモニター制御部１５とで構成されている。
【００３１】
ターゲット６がスパッタリングされて真空槽２内に粒子が飛散すると、水晶振動子制御部２２は水晶振動子２１の共振周波数を計測することでスパッタリング粒子の付着量を計測し、計測値の時間的変化から成膜室でのスパッタリング粒子の成膜速度を演算し、演算結果を装置制御部３１へ出力する。そして装置制御部３１は、演算された成膜速度が３．０ｎｍ／ｓｅｃに保持されるように、高周波電源７に負荷される高周波電力を制御する。
このように特許請求の範囲に記載した、成膜室でのスパッタリング粒子の成膜速度を計測する第２の計測器（第２の計測手段）４２は、第１実施形態では水晶振動子２１と水晶振動子制御部２２とで構成されている。
また特許請求の範囲に記載した、放電ガスの成膜室への導入量を調整する第１の制御手段５１と、ターゲット６に投入する高周波電力を調整する第２の制御手段５２は、ともに装置制御部３１が兼ねている。
【００３２】
装置制御部３１はＭｇＦ／Ｍｇのプラズマ発光強度比が３．０に保持され、同時に成膜速度が３．０ｎｍ／ｓｅｃに保持されたと判断すると、開閉装置１７を駆動してシャッター１６を開放することにより、基板３上にＭｇＦ２膜を成膜する。この間も、プラズマエミッションモニター１３によりＭｇＦ／Ｍｇのプラズマ発光強度比を、水晶振動子２１により成膜速度をそれぞれ計測し、計測値がそれぞれ３．０、３．０ｎｍ／ｓｅｃとなるようマスフローコントローラー１２および高周波電源７を制御している。このときの高周波電力は１０００〜１０５０Ｗ、放電ガスであるＯ２ガス流量は２０．０〜２２．０ｓｃｃｍ程度であった。
【００３３】
ＭｇＦ２（フッ化マグネシウム）を含む材料をターゲット６とする場合に、望ましいパラメータの値の範囲は、ＭｇＦ／Ｍｇのプラズマ発光強度比が１．５以上３．５以下の一定値で、さらに成膜速度が０．５ｎｍ／ｓｅｃ以上５．０ｎｍ／ｓｅｃ以下の一定値に調整される範囲である。このとき、プラズマ発光強度比を制御するために成膜室２への導入される放電ガスの量は１０〜５０ｓｃｃｍの範囲で調整され、成膜速度を制御するために投入される高周波電力は５００〜１５００Ｗの範囲で調整される。
【００３４】
ＭｇＦ／Ｍｇのプラズマ発光強度比を１．５以上３．５以下で制御する理由は、プラズマ発光強度比がこの範囲を外れると、金属フッ化物からフッ素が解離してスパッタリング粒子のエネルギーが低い状態になり、膜の機械的強度が低下するからである。また、成膜速度を０．５ｎｍ／ｓｅｃ以上５．０ｎｍ／ｓｅｃ以下で制御する理由は、成膜速度がこの範囲を外れると、エロージョン形状による影響を大きく受けて膜厚再現性が悪くなるためである。
【００３５】
図２は、第１実施形態により成膜したＭｇＦ２膜の分光反射率特性図を示す。ＭｇＦ２膜の屈折率は１．３９と真空蒸着法で得たものと同様に低いため、図２に示すように反射率は可視域（波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ）で２％以下であり、反射防止膜として有効である。また、可視域（波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ）での膜の光吸収も、０．５％未満と真空蒸着法で得たものと同等に少なく、光学的に問題はない。さらには、基板３の加熱を行っていないにも関わらず、密着性、擦傷性などの膜の機械的強度も良好で、実用上十分となっていた。
【００３６】
図３には、第１実施形態により成膜したＭｇＦ２膜の、ターゲット６の繰り返し使用回数による屈折率、光吸収および成膜速度の値の変化を示す。本実施形態では同一のＭｇＦ２ターゲット６を２０回まで繰り返し使用して成膜を行った。
また図４には比較例として、第１実施形態とは異なる条件で成膜したＭｇＦ２膜の、ターゲット６の繰り返し使用回数による屈折率、光吸収および成膜速度の値の変化を示す。第１実施形態とは異なる条件とは、放電ガスであるＯ２流量を２０．０ｓｃｃｍと一定にして、プラズマエミッションモニター１３によりＭｇＦ／Ｍｇのプラズマ発光強度比を計測し、その値が３．０と一定になるよう高周波電力で制御した条件のことである。なお、成膜速度は作製した薄膜の膜厚と成膜時間から算出した。
【００３７】
図３および図４をみると、本発明の第１実施形態およびプラズマ発光強度比のみを一定値に制御した方法において、作製した膜の屈折率および光吸収は、両者共に実用上問題ないことがわかる。これは、プラズマエミッションモニター１３によりプラズマ発光強度比が最適となるように制御し成膜を行ったので、フッ素が解離することなくＭｇＦ２分子をスパッタ粒子の状態で飛散するようにしたからである。
【００３８】
しかしながら、図４に示すプラズマ発光強度比のみを一定値に制御した方法において、繰り返し使用回数１〜７回までは成膜速度が比較的一定の値であったが、１０回以降は成膜回数が増加するにつれ成膜速度が上昇している。これは、成膜回数が増えるにつれてターゲット表面に凹部が生じ、凹部ではターゲット下部に配置されたマグネットに近づき、プラズマ密度が上昇したためである。プラズマ発光強度が一定となるよう制御を行っても、実際にはエロージョン形状によりプラズマ発光強度はターゲット表面の位置により異なっている。
これに対し、第１実施形態では水晶振動子２１を用いて成膜速度を計測し、その値が一定となるよう高周波電力で制御することで、材料使用回数１回目から２０回目まで成膜速度がほぼ等しい値となった。
【００３９】
以上のように本発明の第１実施形態では、放電ガス流量でプラズマ発光強度を制御するだけでなく、高周波電力で成膜速度を制御しているので、光吸収がなくかつ十分な機械的強度を有する薄膜を、ターゲット表面のエロージョン形状が変化しても膜厚再現性良く、基板加熱を行わずに作製可能になる。
また第２の計測器として水晶振動子の表面に付着したターゲット材料の付着量を計測し、付着量の時間的変化から成膜室でのスパッタリング粒子の成膜速度を演算する計測器を用いることで、０．１ｎｍ／ｓｅｃの単位で精度良く成膜速度を計測できて、成膜される膜の厚さが安定する。
【００４０】
なお、ＭｇＦ／Ｍｇのプラズマ発光強度比は、既述したように、ターゲット形態、放電ガスの種類、放電ガスの流量、投入電力などの条件によって変化する。
また、成膜速度の制御のために高周波電力が変化すると、プラズマ発光強度比も変化するが、プラズマエミッションモニター１３によりＯ２ガス流量で制御することで、プラズマ発光強比を所望の値に調整することができる。
【００４１】
また第１実施形態では、成膜室でのスパッタリング粒子の成膜速度を計測するのに水晶振動子２１を用いたが、替わりに反射率の周期的変化を演算することにより成膜速度を計測する光学式監視計を用いてもよい。
【００４２】
つぎに、本発明の第２実施形態について、図５から図８を参照して説明する。図５は、本発明の第２実施形態の成膜装置の構成を示す断面図である。なお説明の便宜上、本発明の第２実施形態において、前述の第１実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素については同一符号を付して、その説明を省略する。
【００４３】
成膜装置の構成に関して、前述した第１実施形態に用いられたに水晶振動子２１と水晶振動子制御部２２に替わり、第２実施形態ではターゲット６の表面温度分布を測定するために、放射温度計２６が真空槽２側面にターゲット６表面の二次元の温度分布を計測できるように設置され、放射温度計２６は放射温度計制御部２７に接続されている。ターゲット６表面の温度はエロージョン部では上昇しているが、放射温度計制御部２７は、測定された二次元の温度分布をエロージョン部の影響を考慮して重み付けして平均し、ターゲット６の代表となる表面温度を演算する。
【００４４】
つづいて第２実施形態の成膜装置１で成膜する手順について説明する。
ＭｇＦ／Ｍｇのプラズマ発光強度比が３．０に保持されるように、マスフローコントローラー１２で制御するところまでは第１実施形態の成膜装置１と同一の手順であるので、説明を省略する。
【００４５】
スパッタリングされて真空槽２内に粒子が飛散すると、放射温度計制御部２７は、予め記憶された表面温度と成膜速度の関係から、成膜室でのスパッタリング粒子の成膜速度を演算し、演算結果を装置制御部３１へ出力する。表面温度と成膜速度の関係から、成膜速度を３．０ｎｍ／ｓｅｃにするためには、表面温度を８００℃にすればよいことが分かっている。そこで装置制御部３１は、演算された表面温度が８００℃に保持されるように、高周波電源７に負荷される高周波電力を制御する。
このように特許請求の範囲に記載した、成膜室でのスパッタリング粒子の成膜速度を計測する第２の計測器（第２の計測手段）４２は、第２実施形態では放射温度計２６と放射温度計制御部２７とで構成されている。
【００４６】
装置制御部３１はＭｇＦ／Ｍｇのプラズマ発光強度比が３．０に保持され、同時に表面温度が８００℃に保持されたと判断すると、開閉装置１７を駆動してシャッター１６を開放することにより、基板３上にＭｇＦ２膜を成膜する。この間も、プラズマエミッションモニター１３によりＭｇＦ／Ｍｇのプラズマ発光強度を、放射温度計２６により表面温度をそれぞれ計測し、計測値がそれぞれ３．０、８００℃となるようマスフローコントローラー１２および高周波電源７を制御している。このときの高周波電力は１０００〜１０５０Ｗ、Ｏ２ガス流量は２０．０〜２２．０ｓｃｃｍ程度であった。
【００４７】
図６は、本発明の第２実施形態により成膜したＭｇＦ２膜の分光反射率特性図を示す。図６に示すように反射率が可視域（波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ）で２％以下であり、反射防止膜として有効である。また、可視域（波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ）での膜の光吸収も、０．５％未満と真空蒸着法で得たものと同等に少なく、光学的に問題はない。さらには、基板３の加熱を行っていないにも関わらず、密着性、擦傷性などの膜の機械的強度も良好であった。
【００４８】
図７には、第２実施形態により成膜したＭｇＦ２膜の、ターゲット６の繰り返し使用回数による屈折率、光吸収および成膜速度の値の変化を示す。本実施形態では同一のＭｇＦ２ターゲット６を２０回まで繰り返し使用して成膜を行った。
図７をみると、表面温度を８００℃に制御すると成膜速度は３．０ｎｍ／ｓｅｃになることが確認でき、また本発明の第２実施形態において作製した膜の屈折率および光吸収は、実用上十分問題ないことがわかる。
【００４９】
また図８には比較例として、第２実施形態とは異なる条件で成膜したＭｇＦ２膜の、ターゲット６の繰り返し使用回数によるターゲット表面温度と成膜速度の値の変化を示す。第２実施形態とは異なる条件とは、放電ガスであるＯ２流量を２０．０ｓｃｃｍと一定にして、プラズマエミッションモニター１３によりプラズマ発光強度比を計測し、その値が３．０と一定になるよう高周波電力で制御した条件のことである。
図８を見ると、ターゲット６の繰り返し使用回数が増加するとターゲット表面温度は上昇し、それに伴い成膜速度が上昇していることがわかる。
【００５０】
以上のように本発明の第２実施形態は、放電ガス流量でプラズマ発光強度を制御するだけでなく、高周波電力で成膜速度を制御しているので、光吸収がなくかつ十分な機械的強度を有する薄膜を、ターゲット表面のエロージョン形状が変化しても膜厚再現性良く、基板加熱を行わずに作製可能になる。
また上記成膜速度を制御する際に、放射温度計２６を用いてターゲット６の表面温度を計測し、そのエロージョン部の影響を考慮して重み付けして平均した表面温度が一定となるよう高周波電力を制御することで、ターゲット表面温度がエロージョン形状を問わず一定となり、成膜速度を一定にすることができる。
なお、ターゲット表面温度の制御のために高周波電力が変化すると、プラズマ発光強度比も変化するが、プラズマエミッションモニター１３によりＯ２ガス流量で制御することで、プラズマ発光強比を所望の値に調整することができる。
【００５１】
また、ターゲット６の表面温度を計測するのに、第２実施形態では、放射温度計２６を用いたが、替わりに熱電対を用いてもよい。
【００５２】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
前述した実施形態では、本発明が反射防止膜に適用された例について説明したが、これに限られることなく、本発明はエッジフィルターやビームスプリッターなど他の光学部品の作製にも勿論適用可能である。
【００５３】
本発明の第１実施形態第および２実施形態実施形態では、プラズマエミッションモニター１３によりＭｇＦ／Ｍｇのプラズマ発光強度比を計測して、計測放電ガスの成膜室への導入量をマスフローコントローラー１２で調整した。しかし、これらの実施形態において、ＭｇＦ／Ｍｇのプラズマ発光強度比を計測する替わりに、ＭｇＦ分子のプラズマ発光強度、Ｍｇ原子のプラズマ発光強度、ＭｇＦ分子／Ｍｇ原子のプラズマ発光強度比、またはＭｇＦ分子／Ｏ原子（波長７７７ｎｍ）のプラズマ発光強度比のうち少なくとも１種類以上の値を計測して、マスフローコントローラー１２で調整するようにしてもよい。
プラズマ発光強度を計測する場合は、特許請求の範囲の第１の計測器として、プラズマ発光強度を計測するプラズマエミッションモニター１３や分光器を用いてもよい。
【００５４】
また本発明の第１実施形態第および２実施形態実施形態では、ターゲット６としてＭｇＦ２を用いた。しかし、これらの実施形態において、ＭｇＦ２の替わりに、金属フッ化物であるＡｌＦ３、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＣａＦ２、ＳｒＦ２、ＢａＦ２、ＣｅＦ３、ＮｄＦ３、ＬａＦ３、ＳｍＦ３、Ｎａ３ＡｌＦ６、Ｎａ５ＡｌＦ１４を用いて成膜してもよい。さらにこれらの実施形態では単層の反射防止膜としたが、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ5等の他の高屈折率材料、ＳｉＯ２等の他の低屈折率材料からなる薄膜と組み合わせた多層膜としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１実施形態の成膜装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態により成膜したＭｇＦ２膜の分光反射率特性図である。
【図３】本発明の第１実施形態により成膜したＭｇＦ２膜の屈折率、光吸収および成膜速度を示す図である。
【図４】比較例として第１実施形態に対し、プラズマ発光強度比のみを一定値に制御した方法で成膜したＭｇＦ２膜の屈折率、光吸収および成膜速度を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態の成膜装置の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態により成膜したＭｇＦ２膜の分光反射率特性図である。
【図７】本発明の第２実施形態により成膜したＭｇＦ２膜の屈折率、光吸収および成膜速度を示す図である。
【図８】比較例として第２実施形態に対し、プラズマ発光強度比のみを一定値に制御した方法で成膜したＭｇＦ２膜のターゲット表面の温度および成膜速度を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１    成膜装置
２    真空槽（成膜室）
３    基板
６    ターゲット
７    高周波電源
１２  マスフローコントローラー
１４  プラズマ
２１  水晶振動子
２６  放射温度計
４１  第１の計測器（第１の計測手段）
４２  第２の計測器（第２の計測手段）
５１  第１の制御手段
５２  第２の制御手段
【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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