(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を、第１の金属ないし半導体をスパッタして超薄膜を形成する第１スパッタ帯域と、第１の金属ないしは半導体とは異なる第２の金属をスパッタして超薄膜を形成する第２スパッタ帯域と、これら第１の金属ないしは半導体および第２の金属をそれぞれ、あるいは同時にプラズマ発生装置による反応性ガスのプラズマにより反応させて酸化物等の化合物に変換する反応帯域とに、順次、繰り返して搬送させ、前記基板上に第１の金属ないし半導体および第２の金属の複合化合物からなる所定膜厚の薄膜を形成するものであって、膜厚の厚さ方向で第１スパッタ帯域での第１の金属ないしは半導体の量と第２スパッタ帯域での第１の金属ないしは半導体とは異なる第２の金属の量を制御して、屈折率を連続的に或いは断続的に変化させることを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項２】
基板を、第１の金属ないし半導体をスパッタして超薄膜を形成する第１スパッタ帯域と、第１の金属ないしは半導体とは異なる第２の金属をスパッタして超薄膜を形成する第２スパッタ帯域と、これら第１の金属ないしは半導体および第２の金属をそれぞれ、あるいは同時にプラズマ発生装置による反応性ガスのプラズマにより反応させて酸化物等の化合物に変換する反応帯域とに、順次、繰り返して搬送させ、前記基板上に第１の金属ないし半導体および第２の金属の複合化合物からなる所定膜厚の薄膜を形成するものであって、前記第１スパッタ帯域と第２スパッタ帯域のスパッタ電力に投入する電力比で、屈折率を連続的に或いは断続的に変化させることを特徴とする薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、任意の組成を有する複合金属化合物薄膜の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜は従来から、真空蒸着法、スパッタリング法などにより製造されている。薄膜、特に光学薄膜においては、異なる屈折率をもつ物質を用いて多層膜を形成することにより、所定の光学的特性をもつ薄膜を形成している。しかしながら、酸化物、フッ化物等の物質は固有の屈折率を有しており、この値が光学設計上の要求を必ずしも満足しえず、結果として得られる薄膜、例えば反射防止膜の膜特性が必ずしも十分なものではなかった。
この対策として、等価膜により中間屈折率の薄膜を形成する技術や、ＰＥＣＶＤ（ＳｉＯｘ）、ＩＡＤ（ＳｉＯｘＮｘ）等の連続屈折率膜、高屈折率物質と低屈折率物質の混合蒸着や２源蒸着が提案されている。
しかしながら、いずれの方法も再現性や制御に問題があり、また、屈折率の変化・調整に限界があったり、膜厚を十分に厚くすることが困難であった。
さらに、屈折率の調整の問題の他に、電気的特性などの種々の物理的特性を有する薄膜の開発がまたれている。
また、本出願人は特開昭６２−２８４０７６号として、低屈雰囲気下で、基板上に超薄膜を堆積する工程と、この超薄膜にイオンビームを照射する工程とを繰る返し、所定の膜厚の薄膜とする薄膜形成方法を提案した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、スパッタリングにより、屈折率を連続的に或いは断続的に変化させた薄膜形成方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、請求項１に係る薄膜形成方法によれば、基板を、第１の金属ないし半導体をスパッタして超薄膜を形成する第１スパッタ帯域と、第１の金属ないしは半導体とは異なる第２の金属をスパッタして超薄膜を形成する第２スパッタ帯域と、これら第１の金属ないしは半導体および第２の金属をそれぞれ、あるいは同時にプラズマ発生装置による反応性ガスのプラズマにより反応させて酸化物等の化合物に変換する反応帯域とに、順次、繰り返して搬送させ、前記基板上に第１の金属ないし半導体および第２の金属の複合化合物からなる所定膜厚の薄膜を形成するものであって、膜厚の厚さ方向で第１スパッタ帯域での第１の金属ないしは半導体の量と第２スパッタ帯域での第１の金属ないしは半導体とは異なる第２の金属の量を制御して、屈折率を連続的に或いは断続的に変化させること、により解決される。
また、請求項２に係る薄膜形成方法によれば、基板を、第１の金属ないし半導体をスパッタして超薄膜を形成する第１スパッタ帯域と、第１の金属ないしは半導体とは異なる第２の金属をスパッタして超薄膜を形成する第２スパッタ帯域と、これら第１の金属ないしは半導体および第２の金属をそれぞれ、あるいは同時にプラズマ発生装置による反応性ガスのプラズマにより反応させて酸化物等の化合物に変換する反応帯域とに、順次、繰り返して搬送させ、前記基板上に第１の金属ないし半導体および第２の金属の複合化合物からなる所定膜厚の薄膜を形成するものであって、前記第１スパッタ帯域と第２スパッタ帯域のスパッタ電力に投入する電力比で、屈折率を連続的に或いは断続的に変化させること、により解決される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の一例を上面から示す模式図であり、図２が図１の線Ａ−Ｂ−Ｃに沿った側面図である。
真空槽１１内の略円筒状の基板ホルダ１３の回りには、スパッタ電極２１，４１と誘動結合型プラズマ発生装置６１（反応帯域）とが設けられている。スパッタ電極２１，４１にはそれぞれ金属ターゲット２９，４９が配設されており、これらがそれぞれ第１スパッタ帯域および第２スパッタ帯域を構成している。これらスパッタ帯域は遮蔽板３１，５１でそれぞれ囲綾されており、スパッタガスボンベ２７，４７からそれぞれマスフロー２５，４５を経て、アルゴンなどのスパッタ用ガスが導入されてスパッタ雰囲気が調整され、スパッタ電源２３，４３により電力を印加することによりターゲット２９，４９がスパッタされる。
【０００６】
ここで、ターゲット２９としてＴａ（タンタル）を、ターゲット４９としてＳｉ（シリコン）を用いた場合を例に挙げて説明する。まず、Ｔａの超薄膜をスパッタで基板ホルダ１３に取り付けられた基板上に形成し、ついでＳｉの超薄膜をスパッタで同じ基板上に形成して、プラズマ発生装置６１で酸化することにより、Ｔａ2Ｏ5とＳｉＯ2 との複合膜が形成できる。これを繰り返えすことにより、所望の屈折率を有し最終的な膜厚を有する薄膜を形成できる。また、膜厚の厚さ方向でＴａ量とＳｉ量を制御して、屈折率を連続的に或いは断続的に変化させることもできる。このように、本願発明で超薄膜とは、積層を繰り返して最終的な厚さの薄膜とする膜を意味する。この制御は、各スパッタ電力に投入する電力比で、制御することができ、ＳｉターゲットとＴａターゲットとの一例を図３に示す。この結果、屈折率を１．４６〜２．１８の範囲で制御できることが判る。
【０００７】
また、ターゲットは金属ないしは半導体から任意に選択することができ、種々の混合膜、複合膜を作成することができる。これらの一例を挙げると、Ｉｎ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｓｉ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｓｒ，Ｚｒ，Ｐｂ，Ｎｂ，Ｌｉ，Ｍｎ，Ｙ，Ｂｉなどであり、例えば上述の如き屈折率の調整の他にＩｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2 ，ＺｎＯ−Ｉｎ2Ｏ3，ＰｂＺｒＯ3 ，ＰｂＴｉＯ3 ，ＳｒＴｉＯ3 ，ＢａＴｉＯ3 ，ＬｉＮｂＯ3 ，ＳｒＭｎＯ3 ，Ｂｉ2ＷＯ6，ＹＭｎＯ3 ，Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12，ＳｒＢｉＴａ2Ｏ9などの複合酸化物薄膜や、他の化合物薄膜、例えば窒化物薄膜などを形成することができる。
【０００８】
誘導結合型プラズマ発生装置６１は、石英管からなるＲＦ（高周波）放電室６３にＲＦコイル６５が巻回されてなり、マッチングボックス６７を介して高周波電源６９から電力がＲＦコイル６５に投入される。このとき、マスフロー７１を介して反応ガスボンベ７３から酸素などの反応性ガスが導入されて反応性ガスのプラズマが形成され、これが反応帯域を形成する。反応帯域においては、使用する反応性ガスの種類（Ｏ2，Ｎ2等）により、超薄膜よりなる複合金属薄膜が酸化物、窒化物等に変換され、超薄膜の形成・その金属化合物（酸化物等）への変換を繰り返すことにより、超薄膜が逐時堆積され、目的とする膜厚の薄膜を得ることができる。
【０００９】
【発明の効果】
本発明によれば、複合金属化合物を任意に得ることができ、任意の屈折率や組成を有する薄膜を製造でき、中間屈折率の薄膜、屈折率が厚さ方向で変化する薄膜、複合金属酸化物薄膜などを得ることができる。
本願発明は、ルゲートフィルタ（Ｒｕｇａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）、反射防止膜、ＩＴＯ等の透明導電膜、強誘電性膜、多金属酸化膜、窒化膜、フッ化膜などに応用できる。
【００１０】
【実施例】
図１，図２に示した装置を用いて、図４に示したように厚さ方向で徐々に屈折率が変化する第１層をガラス基板上に設け、その上にＳｉＯ2 層を設けて実施例１の反射防止膜を形成した。この分光反射特性を図６に示す。
膜の形成条件は以下の通りである。
0003802127.tif 000002
【００１１】
一方、第１層目としてＴａ2Ｏ5のみからなり、厚さ方向の屈折率変化が図５に示した反射防止膜を形成して比較例１とした。この分光反射特性を図６に示した。
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【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す上面図である。
【図２】本発明の実施例を示す図１の線Ａ−Ｂ−Ｃに沿った側面図である。
【図３】Ｔａ／Ｓｉのスパッタ量と屈折率との関係を示すグラフである。
【図４】実施例１における厚さ方向の屈折率の変化を示すグラフである。
【図５】比較例１における厚さ方向の屈折率の変化を示すグラフである。
【図６】反射率の分光反射特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１１  真空槽
１３  基板ホルダ
１５  真空ポンプ
１７  回転駆動装置
２１，４１  スパッタ電極
２３，４３  スパッタ電源
２５，４５  マスフロー
２７，４７  ガスボンベ
２９，４９  ターゲット
３１，５１  遮蔽板
６１  誘導結合型プラズマ発生装置
６３  ＲＦ放電量
６５  ＲＦコイル
６７  マッチングボックス
６９  ＲＦ電源
７１  マスフロー
７３  反応ガスボンベ
７５  遮蔽板
【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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