誘電体薄膜の形成方法および高周波マグネトロンスパッタリング装置
【課題】高周波マグネトロンスパッタリングにより、同じ特性で、熱的安定性に優れた誘電体薄膜を、安定した成膜速度で形成する方法を提供する。
【解決手段】高周波マグネトロンスパッタリングでは、ターゲットに印加された高周波電力により、ターゲットに直流電圧が誘起される。本発明の形成方法によれば、ターゲットに誘起される電圧の直流成分の絶対値を５０Ｖ以上として成膜をおこなうことにより、誘電体薄膜を安定した成膜速度で成膜することが可能になるとともに、一定の屈折率値の膜が得られるようになり、さらに、得られた膜の熱的安定性が向上する。
【解決手段】高周波マグネトロンスパッタリングでは、ターゲットに印加された高周波電力により、ターゲットに直流電圧が誘起される。本発明の形成方法によれば、ターゲットに誘起される電圧の直流成分の絶対値を５０Ｖ以上として成膜をおこなうことにより、誘電体薄膜を安定した成膜速度で成膜することが可能になるとともに、一定の屈折率値の膜が得られるようになり、さらに、得られた膜の熱的安定性が向上する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は誘電体薄膜を形成する方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターゲットに高周波電力を印加しておこなうマグネトロンスパッタリング法は、基板上に薄膜を形成する方法として広く用いられている。しかしながら、成膜をおこなうと時間の経過とともに成膜速度が変化する問題があった（非特許文献１）。成膜中に成膜速度が変化すると、一定膜厚を得るためには、成膜中に膜厚をモニターしたり、成膜速度を安定化させるための制御手段を設けたりする必要がある。このような成膜速度を安定化させる技術としては、ターゲットに印加された高周波電流および高周波電圧を測定し、算出された両者の位相差等に基づき高周波電源の出力や反応性ガス分圧、スパッタガス分圧等を制御する技術が特許文献１に記載されている。また、非特許文献２には、磁性体からなるターゲットを用いて磁性体膜を形成するときに、ターゲット裏面に配設された強磁場のマグネトロン磁場を発生する磁気回路を、ターゲットの消耗に応じて、ターゲットから後退させて磁場を変化させ、カソードに誘起されるカソード電圧の直流成分を一定にする方法が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１４４４１７号公報
【非特許文献１】Ｐ．Ｇ．Ｑｕｉｇｌｅｙ，Ｒ．Ａ．Ｒａｏ ａｎｄ Ｃ．Ｂ．Ｅｏｍ，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ，１５（１９９７），ｐ．２８５４．
【非特許文献２】Ａｋｉｎｏｒｉ Ｆｕｒｕｙａ ａｎｄ Ｓｈｉｇｅｒｕ Ｈｉｒｏｎｏ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，８７（２０００），ｐ．９３９．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
成膜速度を安定化させるために、成膜中に膜厚をモニターしたり、ターゲットでの高周波電流および高周波電圧を成膜中に測定して、算出された両者の位相差等に基づいて印加する高周波電力や反応性ガス分圧、スパッタガス分圧等を制御したり、あるいはターゲット裏面の磁気回路の位置を調整したりする、従来技術では、測定手段を設けたり、測定結果を演算して成膜条件を調整する手段を設ける必要があり、装置およびその制御機構の複雑化が避けられないという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は前述の課題を解決するため、誘電体材料からなるターゲットと、前記ターゲットに近接して配設されたアノードと、の間に高周波電力を印加し、前記ターゲット表面におけるプラズマ密度を高めるためのマグネトロン磁場の下、基板上に誘電体薄膜を形成するマグネトロンスパッタリングによる誘電体薄膜の形成方法であって、前記ターゲットに誘起されるカソード電圧の直流成分の絶対値を５０Ｖ以上とすることを特徴とする誘電体薄膜の形成方法を提供する。
【０００６】
前記ターゲット表面におけるマグネトロン磁場は、磁束線の方向がターゲット面に対し水平となる位置が１箇所の場合はその位置での磁束密度が、また磁束線の方向が水平となる位置が複数ある場合はそれぞれの位置における磁束密度の最小値が、０．００５〜０．０２５Ｔであることが好ましい。
【０００７】
さらに、前記マグネトロン磁場が、ターゲットの裏側に配置された磁石の組により生成され、前記磁石の組が、ターゲットの中心部に配設された第１の磁石と、外縁部に配設された第２の磁石と、第１の磁石と第２の磁石との間に配置された補助磁石とを備え、前記マグネトロン磁場が、前記ターゲット表面での磁束密度のターゲット面に垂直な成分の絶対値が０．０１Ｔ以下となる範囲の幅の、ターゲット幅に対する割合が１０％以上であり、かつターゲット表面での磁束密度の垂直成分が前記範囲内に少なくとも一つの極大値および極小値を持つ磁場であることが好ましい。
【０００８】
また、前記アノードは、前記ターゲットの外周の全周にわたって隣接して配置されていて、前記ターゲットと前記アノードとの最近接部の間隔が１〜１０ｍｍであることが好ましい。
本発明は、また、前記ターゲットがＢｉ２Ｏ３を主成分とするガラスからなるターゲットである、Ｂｉ２Ｏ３を主成分とするガラス膜からなる誘電体薄膜の形成方法を提供する。
【０００９】
本発明は、さらに、誘電体材料からなるターゲットと、ターゲットに近接して配設されたアノードと、ターゲット表面のプラズマ密度を高めるマグネトロン磁場とを備え、減圧雰囲気下、前記ターゲットと前記アノードとの間に高周波電圧を印加し、基板上に誘電体薄膜を形成するための高周波マグネトロンスパッタリング装置であって、前記ターゲット表面にマグネトロン磁場を発生させる磁気回路が、ターゲット表面において磁束線の方向が水平となる位置が１箇所の場合はその位置での磁束密度が、また磁束線の方向が水平となる位置が複数ある場合はそれぞれの位置における磁束密度の最小値が、０．００５〜０．０２５Ｔである磁場を発生させる磁気回路であって、前記ターゲットに成膜時に誘起されるカソード電圧の直流成分の絶対値が５０Ｖ以上となる様に制御されることを特徴とする高周波マグネトロンスパッタリング装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の誘電体薄膜の形成方法および高周波マグネトロンスパッタリング装置を用いると、成膜条件を測定・制御したり、磁気回路位置を調整したり、することなく、安定した成膜速度でマグネトロンスパッタリングにより基板上に誘電体薄膜を形成することができる。また、一定の膜特性をもつ誘電体薄膜が容易に得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明において用いられる、薄膜を形成する基板としては、平板状の基板、特にガラス基板が好ましいが、これに限定されず目的に応じて種々の基板を用いることができる。
本発明の誘電体薄膜の形成方法においてターゲットとして用いることができる材料としては、ＳｉＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｅｒ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７等の酸化物およびこれらの混合物、またはＳｉ３Ｎ４等の窒化物、ＭｇＦ２等のフッ化物、またはこれらを成分とするガラス材料、などの誘電体材料が例示されるが、これらに限定されず形成しようとする薄膜材料に応じて適宜選択される。成膜時には基板は、固定されていてもよく、カルーセル型基板ホルダを用いる等により搬送されたり自転または自公転されたりしてもよい。
【００１２】
マグネトロンスパッタリングは、好ましくは０．０１〜１００Ｐａの減圧雰囲気下でターゲットとアノードとの間に高周波電力を印加して、ターゲット前面の空間にプラズマを生成させておこなわれる。高周波電力の印加によりターゲットに負の高電圧が誘起され、この高電圧による電場によりプラズマ中のガスイオンが加速され、ターゲットに衝突し、ターゲット表面の原子または分子をたたき出す。このようにしてたたき出されたターゲット原子または分子を基板上に堆積させることにより、基板上に薄膜が形成される。スパッタリングをおこなう雰囲気としては、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ等の不活性ガスおよびこれらの混合ガス、または前記不活性ガスおよびこれらの混合ガスに、Ｏ２、Ｎ２、ＣＯ２等の反応性ガスを混合した混合ガス雰囲気が好ましく例示されるが、これらに限定されない。
【００１３】
ターゲット裏面には、プラズマ密度を高めるためのマグネトロン磁場を発生させる磁気回路が配置されている。
アノードは、通常ターゲット外周の全周にわたって隣接して配置されていて、カソードとされるターゲットとの間に高周波電力が印加される。高周波電力の周波数は限定されないが、１ＭＨｚ〜４０．６８ＭＨｚが好ましい。ターゲットへの投入電力は０．５〜７Ｗ／ｃｍ２が好ましいが、これに限定されない。
マグネトロンスパッタにおいて、高周波電力の印加によりターゲットに誘起されるカソード電圧は、高周波成分と、直流成分とからなる。本発明の誘電体薄膜の形成方法において、ターゲットに誘起されるカソード電圧の直流成分の絶対値（以下「誘起される直流電圧」という）は５０Ｖ以上とする。５０Ｖ以上とすることにより、継続して成膜をおこなったときの成膜速度の変化を抑制することができる。成膜速度の変化をより小さく抑制するためには、２００Ｖ以上とすることが好ましい。誘起される直流電圧は２０００Ｖ以下とすることが好ましい。２０００Ｖ超ではターゲットの割れが生じるおそれがある。誘起される直流電圧は、例えば高周波電力を給電するためのターゲット裏面の端子部の電圧を、高電圧受動プローブとオシロスコープを用いて測定することができる。
【００１４】
マグネトロン磁場を、ターゲット表面において磁束線の方向が水平となる位置における磁束密度（以下、単に「磁場強度」という）が０．００５〜０．０２５Ｔである分布とすることが好ましい。また、マグネトロン磁場に、ターゲット表面において磁束線の方向が水平となる位置が複数ある場合には、それらの位置における磁束密度の最小値が０．００５〜０．０２５Ｔである分布とすることが好ましい。このような磁場強度のマグネトロン磁場を用いることにより、ターゲットに誘起される直流電圧を前述の値とすることができる。
【００１５】
さらに、ターゲット近傍の空間領域をターゲット中心を含む断面で見たときに、ターゲット表面において磁束線の方向が略水平である範囲、すなわちターゲット面に対して垂直な方向の磁束密度の絶対値（以下「磁束密度の垂直成分」という）が０．０１Ｔ以下であって、かつ前記範囲内において磁束密度の垂直成分の分布が少なくとも一つの極大値と、少なくとも一つの極小値とを持つ範囲（以下「水平磁場の範囲」という）をターゲット幅に対して１０％以上広くすると、長時間スパッタリングをおこなったときの、ターゲットに誘起される直流電圧の変化を抑制することができる。また、成膜速度および膜特性の変化を小さく抑えることができる。さらに、成膜速度およびターゲットの材料利用効率が向上される。ターゲットが円形の場合は、ターゲット幅はターゲット直径とされる。
【００１６】
また、本発明においては、ターゲットに隣接して配置されているアノードと、ターゲットとの間隔（以下、「ターゲットとアノードとの間隔」という）を、１ｍｍ以上とすることが好ましい。ターゲットに誘起される直流成分を大きくするためには、３ｍｍ以上とすることがより好ましい。１０ｍｍ超とすると、ターゲット保持のため、ターゲット裏面にボンディングされているバッキングプレートへの膜付着が顕著になり異物欠点の原因となるおそれがあるので、１０ｍｍ以下が好ましい。また、アノードは、ターゲット面に対して垂直方向から見たときに、アノードの内縁がターゲット面に対してかぶらないように配置することが好ましい。
【００１７】
本発明の誘電体薄膜の形成方法によれば、ターゲットとほぼ同じ組成を有する誘電体薄膜が得られる。本発明の誘電体薄膜の形成方法では、安定した成膜速度で成膜することができ、また一定の特性の薄膜が得られるので、厚い膜厚を形成する場合や、連続して成膜をおこなう場合に好ましく用いることができる。本発明の誘電体薄膜の形成方法により成膜する薄膜の膜厚は、適宜、必要に応じて選択されるが、０．００１〜２０μｍが好ましく、０．０１〜１０μｍがより好ましい。
【００１８】
また、一定の特性の薄膜が得られるので、多成分ガラスからなる誘電体薄膜を用いて形成される光導波路のように、屈折率値を精度よく制御して誘電体薄膜を形成することが必要な場合に、好ましく用いることができる。このような多成分ガラスからなる誘電体薄膜を用いて形成される光導波路としては、Ｂｉ２Ｏ３系ガラスからなるコアをもつ光導波路や、特にＥｒ等の希土類元素を添加したＢｉ２Ｏ３系ガラスからなるコアをもつ光導波路が例示される。
【００１９】
図１に、このような光導波路の断面の概念図を示す。図１の光導波路は、基板１１上に形成された、下層クラッド１２と上層クラッド１４とからなるクラッドと、コア１３と、からなる。図１の光導波路は、例えば、基板１１上に、クラッドおよびコアとされる、Ｂｉ２Ｏ３を主成分とし他にＳｉＯ２等数種類の成分を含むＢｉ２Ｏ３系多成分ガラス薄膜を順次積層するとともに、フォトリソグラフィグラフィおよびドライエッチングにより所望のコアパターンを形成して作製される。本発明の誘電体薄膜の形成方法により、クラッドおよびコアとされるＢｉ２Ｏ３系多成分ガラス薄膜を形成することにより、安定した成膜速度で形成することができて、膜の屈折率および膜組成が所望の値に精密に制御され、良好なロット毎の再現性が得られる。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の実施例と比較例について説明する。例１、２は実施例であって、例３、４は比較例である。
【００２１】
［例１］
Ｂｉ２Ｏ３７６．９９ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３２．８１ｗｔ％、Ｇａ２Ｏ３１０．３２ｗｔ％、Ｌａ２Ｏ３１．８０ｗｔ％、ＣｅＯ２０．１４ｗｔ％、ＳｉＯ２７．９４ｗｔ％なる組成のＢｉ系多成分ガラスからなる、直径１０１．６ｍｍ、厚さ３ｍｍの円板状のターゲット２３を作製し、これを銅製のバッキングプレート２４にボンディングした。バッキングプレート２４にボンディングされたＢｉ系多成分ガラス製ターゲット２３を、高周波マグネトロンスパッタリング装置（アネルバ社製ＳＰＣ−３５０）のマグネトロンカソードにセットした。このときのターゲット周りの概略断面図を図３に示す。
【００２２】
本例においてマグネトロン磁場は、ターゲット表面における磁束密度分布が、ターゲット中心を含む断面でみたときに図２に示す回転対称の磁場分布となるように、寸法と磁力を設計して製作された磁気回路２５Ａにより発生される。図２は、ターゲット中心からの距離に対して、ターゲット表面の磁束密度の水平方向の成分Ｂｘ、垂直方向の成分Ｂｚをプロットしたグラフである。本例においては磁気回路２５Ａは、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石からなる磁石の組と、ＳＵＳ４３０からなるヨーク２５ｃとからなり、トンネル状のマグネトロン磁場を発生させる。磁石の組は、断面が円形の第１の磁石としての中心磁石２５ａおよび断面が円環状の第２の磁石としての外縁磁石２５ｂと、トンネル状の磁場の水平磁場の範囲を広くし、この範囲内に磁束密度の垂直成分の分布の極値を持たせるために設けられた、断面が円環状の２つの磁石を同心円状に配置して組合せた補助磁石２５ｄとからなり、補助磁石２５ｄは、非磁性体補助ヨーク２５ｅにより所定の位置に保持されている。
【００２３】
磁気回路２５Ａとバッキングプレート２４にボンディングされたターゲット２３とは、カソードボディ２６に組み付けられる。図２からわかるように、この磁気回路による磁場の強さは、ターゲット表面において磁束の方向が水平となる位置における磁束密度（以下、「磁気回路の磁場強度」という）すなわち該位置における磁束の水平成分Ｂｘが０．０１Ｔである。また、ターゲット表面における磁束の垂直成分Ｂｚが０．０１Ｔ以下である、すなわち水平磁場の範囲の幅は、図２のグラフ中で２０ｍｍであって、この水平磁場の範囲内で磁束の垂直成分Ｂｚは極大値と極小値を一つずつ有する。また、この水平磁場の範囲の幅の、ターゲット幅に対する割合は３９％である。
アノード２７には、内径１０８ｍｍの円環状の電極を、ターゲット表面と上面を一致させ、中心を一致させて配置して用いた。このとき、ターゲットとアノードとの間隔は３．２ｍｍである。
【００２４】
成膜に先立って、残留ガスの影響を除くためにチャンバ内を５．４×１０−５Ｐａ以下までロータリーポンプおよびターボ分子ポンプで排気し、次いで、マスフローコントローラにより流量制御してＡｒガス３０ｓｃｃｍ、Ｏ２ガス０．５ｓｃｃｍの混合ガスを導入してチャンバ内圧力を０．３Ｐａとした雰囲気中で、高周波電源２８により周波数１３．５６ＭＨｚ、電力１２０Ｗの高周波をターゲットに印加してプラズマ２２を発生させ、６ｒｐｍで回転させたカルーセル型の基板ホルダ（図示せず）にセットされた直径７６．２ｍｍ、厚さ１ｍｍの円板状のソーダライムシリカガラス基板１１上に、Ｂｉ系多成分ガラスからなる誘電体薄膜２１を形成した。
【００２５】
ターゲット２３に誘起される直流電圧は、カソードボディ２６への高周波電力の端子部に対して、高電圧受動プローブ（日本テクトロニクス社製Ｐ６００９）およびオシロスコープ（日本テクトロニクス社製ＴＤＳ−５２０）（ともに図示せず）を用いて測定をおこなった。形成された膜の屈折率と膜厚は、プリズムカプラ（メトリコン社製モデル２０１０）により波長１３０４ｎｍにて測定した。このときの成膜速度と屈折率の変化を図８および図９のグラフにまとめた。ターゲットに誘起された直流電圧は、成膜開始時は２７０Ｖであった。また成膜を継続しておこなったときの、ターゲットに誘起される直流電圧の変化は、成膜した膜厚１μｍ当たり０．６Ｖ、すなわち０．６Ｖ／μｍであった。
【００２６】
膜の形成とプリズムカプラによる測定とを繰り返し、また、得られたＢｉ系多成分ガラス膜２１に対して熱処理をおこなって、熱処理前後の膜厚と屈折率を測定した。熱処理は、真空引き可能な熱処理装置を用いて、まず１．３３Ｐａ以下まで排気した後、Ｏ２ガス５ｓｃｃｍをフローさせて圧力２６．６Ｐａとした雰囲気中、５℃／分で３５０℃まで昇温して３時間保持した後、５℃／分で室温まで降温させておこなった。
【００２７】
［例２］
例１と同じ高周波マグネトロンスパッタリング装置で、同様に作製したＢｉ系多成分ガラス製ターゲット２３を用いて、Ｂｉ系多成分ガラスからなる誘電体薄膜を形成した。ただし、ターゲット裏面に配設する磁気回路を、補助磁石２５ｄと非磁性体補助ヨーク２５ｅとを備えない磁気回路２５Ｂに変更した。図５にターゲット周りの概略断面図を示した。この磁気回路２５Ｂの磁場強度は０．０１Ｔであって、ターゲット中心を含む断面でみたときの、ターゲット表面における磁束密度分布は図４に示すとおりであって、水平磁場の範囲の幅は１９ｍｍであって、ターゲット幅の１／２に対する水平磁場の範囲の幅の割合は３７％であるが、磁束の垂直成分Ｂｚは、この水平磁場の範囲内で極大値も極小値も有さない。
【００２８】
アノード２７および成膜条件は例１と同様としてスパッタリングをおこなって、本例のＢｉ系多成分ガラス膜２１を得た。このときの成膜速度と屈折率の変化を図８および図９のグラフにまとめた。また、ターゲットに誘起された直流電圧は、成膜開始時は５７２Ｖであって、ターゲットに誘起される直流電圧の変化は０．８Ｖ／μｍであった。
【００２９】
［例３］
例１と同様にして、Ｂｉ系多成分ガラスからなる誘電体薄膜を形成した。ただし、ターゲット裏面に配設する磁気回路を、例２と同様の補助磁石を備えない磁気回路２５Ｂとした。この磁気回路２５Ｂの磁場強度は０．０３Ｔとした。ターゲット中心を含む断面でみたときの、ターゲット表面における磁束密度分布は図６に示すとおりであって、水平磁場の範囲の幅は７ｍｍで、ターゲット幅に対する水平磁場の範囲の幅の割合は１４％であるが、磁束密度の垂直成分Ｂｚは、この水平磁場の範囲内で極大値も極小値も有さない。また、アノード２７には内径９２ｍｍの円環状の電極を、直径１０１．６ｍｍのターゲットに対して中心を一致させて配置した。このときアノード内縁の径がターゲット外周より小さいので、アノード内縁の下面をターゲット表面から２ｍｍ上方に配置した。ターゲットとアノードとの間隔は４．８ｍｍである。
【００３０】
例１と同様の成膜条件でスパッタリングをおこなって、本例のＢｉ系多成分ガラス膜２１を作製し、このときの成膜速度と屈折率の変化を図８および図９のグラフにまとめた。また、ターゲットに誘起された直流電圧は、成膜開始時は２０Ｖであって、ターゲットに誘起される直流電圧の変化は１．１Ｖ／μｍであった。
【００３１】
［例４］
例１と同様にして、Ｂｉ系多成分ガラスからなる誘電体薄膜を形成した。ただし、ターゲット裏面に配設する磁気回路を、例２と同様の補助磁石を備えない磁気回路２５Ｂとした。この磁気回路２５Ｂの磁場強度は０．１Ｔとした。ターゲット中心を含む断面でみたときの、ターゲット表面における磁束密度分布は図７に示すとおりであって、水平磁場の範囲の幅は２ｍｍで、ターゲット幅に対する水平磁場の範囲の幅の割合は４％であるが、磁束密度の垂直成分Ｂｚは、この水平磁場の範囲内で極大値も極小値も有さない。また、アノード２７は例３と同様とした。
【００３２】
例１と同様の成膜条件でスパッタリングをおこなって、本例のＢｉ系多成分ガラス膜２１を作製し、このときの成膜速度と屈折率の変化を図８および図９のグラフにまとめた。また、ターゲットに誘起された直流電圧は、成膜開始時は４Ｖであって、ターゲットに誘起される直流電圧の変化は１．３Ｖ／μｍであった。
【００３３】
＜例１〜４で形成された膜の成膜速度の変化と熱的安定性の評価＞
成膜直後の膜厚を成膜時間で除して求めた成膜速度を、同一ターゲットから成膜した積算膜厚に対してプロットしたグラフを図８に示す。ここで縦軸の成膜速度は、同一ターゲットから得られた初期の成膜速度により規格化した。図９は成膜直後の屈折率を、同様に同一ターゲットから成膜した積算膜厚に対してプロットしたグラフである。また、それぞれのサンプルに対して熱処理前後の膜厚の変化率を、同様に積算膜厚に対してまとめた結果を図１０に示す。図１１は、熱処理後の屈折率変化を、同様に積算膜厚に対してプロットしたグラフである。
【００３４】
図８からわかるように、例１と例２では成膜速度はほぼ低下することなく、同一ターゲットから積算膜厚２８μｍ以上の成膜をおこなうことができたが、例３では積算膜厚２２μｍ以上から、例４では初期から、成膜速度の低下が見られた。成膜された膜の屈折率は、図９からわかるように、例１と例２では積算膜厚２８μｍ以上の成膜をおこなっても変化幅が±０．００２以内で一定であるのに対して、同じ屈折率の変化幅±０．００２以内が得られる積算膜厚は、例３では２６μｍ以下、例４では１２μｍ以下の範囲であった。
【００３５】
また、同一ターゲットから積算膜厚２８μｍの成膜をおこなっても、膜厚の熱処理前後の変化率は例１では−１〜＋１％、例２では−１〜＋３％と小さく、屈折率の熱処理前後の変化は例１では−０．００１〜０．０００、例２では−０．００２〜＋０．００３と小さい。
それに対して、熱処理による膜厚の変化率は、例３では−１〜＋４％、例４では＋３〜＋４％と大きく、熱処理による屈折率の変化は、例３では−０．０１６〜−０．０１０、例４では−０．０３４〜−０．０２４と大きい。すなわち、例１および例２では、熱安定性に優れた膜が安定して得られることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の薄膜の製造方法によれば、成膜速度の変化により膜特性が変化する膜、特に誘電体膜の形成に適用すると、安定した特性をもつ薄膜を安定した膜厚で容易に再現性良く得られる。また熱的安定性が高い膜が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】光導波路の断面の概念図。
【図２】例１の磁気回路を用いた場合のターゲット面上での磁束密度分布（水平方向Ｂｘ、垂直方向Ｂｚ）を示す図。
【図３】補助磁石を備えた磁気回路を備えた高周波スパッタリング装置のターゲット周りの概略断面図。
【図４】例２の磁気回路を用いた場合のターゲット面上での磁束密度分布（水平方向Ｂｘ、垂直方向Ｂｚ）を示す図
【図５】補助磁石を備えない磁気回路を備えた高周波スパッタリング装置のターゲット周りの概略断面図。
【図６】例３の磁気回路を用いた場合のターゲット面上での磁束密度分布（水平方向Ｂｘ、垂直方向Ｂｚ）を示す図
【図７】例４の磁気回路を用いた場合のターゲット面上での磁束密度分布（水平方向Ｂｘ、垂直方向Ｂｚ）を示す図
【図８】熱処理前の成膜速度と、同一ターゲットから得られた膜の熱処理前の積算膜厚との関係を示す図
【図９】熱処理前の屈折率と、同一ターゲットから得られた膜の熱処理前の積算膜厚との関係を示す図
【図１０】熱処理前後の膜厚の変化率と、同一ターゲットから得られた膜の熱処理前の積算膜厚との関係を示す図
【図１１】熱処理前後の屈折率の変化と、同一ターゲットから得られた膜の熱処理前の積算膜厚との関係を示す図
【符号の説明】
【００３８】
１１：基板
１２：下層クラッド
１３：コア
１４：上層クラッド
２１：Ｂｉ系多成分ガラス膜
２２：プラズマ
２３：ターゲット
２４：バッキングプレート
２５Ａ：補助磁石を備えた磁気回路
２５Ｂ：補助磁石を備えない磁気回路
２５ａ：中心磁石
２５ｂ：外縁磁石
２５ｃ：ヨーク
２５ｄ：補助磁石
２５ｅ：非磁性体補助ヨーク
２６：カソードボディ
２７：アノード
２８：高周波電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は誘電体薄膜を形成する方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターゲットに高周波電力を印加しておこなうマグネトロンスパッタリング法は、基板上に薄膜を形成する方法として広く用いられている。しかしながら、成膜をおこなうと時間の経過とともに成膜速度が変化する問題があった（非特許文献１）。成膜中に成膜速度が変化すると、一定膜厚を得るためには、成膜中に膜厚をモニターしたり、成膜速度を安定化させるための制御手段を設けたりする必要がある。このような成膜速度を安定化させる技術としては、ターゲットに印加された高周波電流および高周波電圧を測定し、算出された両者の位相差等に基づき高周波電源の出力や反応性ガス分圧、スパッタガス分圧等を制御する技術が特許文献１に記載されている。また、非特許文献２には、磁性体からなるターゲットを用いて磁性体膜を形成するときに、ターゲット裏面に配設された強磁場のマグネトロン磁場を発生する磁気回路を、ターゲットの消耗に応じて、ターゲットから後退させて磁場を変化させ、カソードに誘起されるカソード電圧の直流成分を一定にする方法が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１４４４１７号公報
【非特許文献１】Ｐ．Ｇ．Ｑｕｉｇｌｅｙ，Ｒ．Ａ．Ｒａｏ ａｎｄ Ｃ．Ｂ．Ｅｏｍ，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ，１５（１９９７），ｐ．２８５４．
【非特許文献２】Ａｋｉｎｏｒｉ Ｆｕｒｕｙａ ａｎｄ Ｓｈｉｇｅｒｕ Ｈｉｒｏｎｏ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，８７（２０００），ｐ．９３９．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
成膜速度を安定化させるために、成膜中に膜厚をモニターしたり、ターゲットでの高周波電流および高周波電圧を成膜中に測定して、算出された両者の位相差等に基づいて印加する高周波電力や反応性ガス分圧、スパッタガス分圧等を制御したり、あるいはターゲット裏面の磁気回路の位置を調整したりする、従来技術では、測定手段を設けたり、測定結果を演算して成膜条件を調整する手段を設ける必要があり、装置およびその制御機構の複雑化が避けられないという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は前述の課題を解決するため、誘電体材料からなるターゲットと、前記ターゲットに近接して配設されたアノードと、の間に高周波電力を印加し、前記ターゲット表面におけるプラズマ密度を高めるためのマグネトロン磁場の下、基板上に誘電体薄膜を形成するマグネトロンスパッタリングによる誘電体薄膜の形成方法であって、前記ターゲットに誘起されるカソード電圧の直流成分の絶対値を５０Ｖ以上とすることを特徴とする誘電体薄膜の形成方法を提供する。
【０００６】
前記ターゲット表面におけるマグネトロン磁場は、磁束線の方向がターゲット面に対し水平となる位置が１箇所の場合はその位置での磁束密度が、また磁束線の方向が水平となる位置が複数ある場合はそれぞれの位置における磁束密度の最小値が、０．００５〜０．０２５Ｔであることが好ましい。
【０００７】
さらに、前記マグネトロン磁場が、ターゲットの裏側に配置された磁石の組により生成され、前記磁石の組が、ターゲットの中心部に配設された第１の磁石と、外縁部に配設された第２の磁石と、第１の磁石と第２の磁石との間に配置された補助磁石とを備え、前記マグネトロン磁場が、前記ターゲット表面での磁束密度のターゲット面に垂直な成分の絶対値が０．０１Ｔ以下となる範囲の幅の、ターゲット幅に対する割合が１０％以上であり、かつターゲット表面での磁束密度の垂直成分が前記範囲内に少なくとも一つの極大値および極小値を持つ磁場であることが好ましい。
【０００８】
また、前記アノードは、前記ターゲットの外周の全周にわたって隣接して配置されていて、前記ターゲットと前記アノードとの最近接部の間隔が１〜１０ｍｍであることが好ましい。
本発明は、また、前記ターゲットがＢｉ２Ｏ３を主成分とするガラスからなるターゲットである、Ｂｉ２Ｏ３を主成分とするガラス膜からなる誘電体薄膜の形成方法を提供する。
【０００９】
本発明は、さらに、誘電体材料からなるターゲットと、ターゲットに近接して配設されたアノードと、ターゲット表面のプラズマ密度を高めるマグネトロン磁場とを備え、減圧雰囲気下、前記ターゲットと前記アノードとの間に高周波電圧を印加し、基板上に誘電体薄膜を形成するための高周波マグネトロンスパッタリング装置であって、前記ターゲット表面にマグネトロン磁場を発生させる磁気回路が、ターゲット表面において磁束線の方向が水平となる位置が１箇所の場合はその位置での磁束密度が、また磁束線の方向が水平となる位置が複数ある場合はそれぞれの位置における磁束密度の最小値が、０．００５〜０．０２５Ｔである磁場を発生させる磁気回路であって、前記ターゲットに成膜時に誘起されるカソード電圧の直流成分の絶対値が５０Ｖ以上となる様に制御されることを特徴とする高周波マグネトロンスパッタリング装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の誘電体薄膜の形成方法および高周波マグネトロンスパッタリング装置を用いると、成膜条件を測定・制御したり、磁気回路位置を調整したり、することなく、安定した成膜速度でマグネトロンスパッタリングにより基板上に誘電体薄膜を形成することができる。また、一定の膜特性をもつ誘電体薄膜が容易に得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明において用いられる、薄膜を形成する基板としては、平板状の基板、特にガラス基板が好ましいが、これに限定されず目的に応じて種々の基板を用いることができる。
本発明の誘電体薄膜の形成方法においてターゲットとして用いることができる材料としては、ＳｉＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｅｒ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７等の酸化物およびこれらの混合物、またはＳｉ３Ｎ４等の窒化物、ＭｇＦ２等のフッ化物、またはこれらを成分とするガラス材料、などの誘電体材料が例示されるが、これらに限定されず形成しようとする薄膜材料に応じて適宜選択される。成膜時には基板は、固定されていてもよく、カルーセル型基板ホルダを用いる等により搬送されたり自転または自公転されたりしてもよい。
【００１２】
マグネトロンスパッタリングは、好ましくは０．０１〜１００Ｐａの減圧雰囲気下でターゲットとアノードとの間に高周波電力を印加して、ターゲット前面の空間にプラズマを生成させておこなわれる。高周波電力の印加によりターゲットに負の高電圧が誘起され、この高電圧による電場によりプラズマ中のガスイオンが加速され、ターゲットに衝突し、ターゲット表面の原子または分子をたたき出す。このようにしてたたき出されたターゲット原子または分子を基板上に堆積させることにより、基板上に薄膜が形成される。スパッタリングをおこなう雰囲気としては、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ等の不活性ガスおよびこれらの混合ガス、または前記不活性ガスおよびこれらの混合ガスに、Ｏ２、Ｎ２、ＣＯ２等の反応性ガスを混合した混合ガス雰囲気が好ましく例示されるが、これらに限定されない。
【００１３】
ターゲット裏面には、プラズマ密度を高めるためのマグネトロン磁場を発生させる磁気回路が配置されている。
アノードは、通常ターゲット外周の全周にわたって隣接して配置されていて、カソードとされるターゲットとの間に高周波電力が印加される。高周波電力の周波数は限定されないが、１ＭＨｚ〜４０．６８ＭＨｚが好ましい。ターゲットへの投入電力は０．５〜７Ｗ／ｃｍ２が好ましいが、これに限定されない。
マグネトロンスパッタにおいて、高周波電力の印加によりターゲットに誘起されるカソード電圧は、高周波成分と、直流成分とからなる。本発明の誘電体薄膜の形成方法において、ターゲットに誘起されるカソード電圧の直流成分の絶対値（以下「誘起される直流電圧」という）は５０Ｖ以上とする。５０Ｖ以上とすることにより、継続して成膜をおこなったときの成膜速度の変化を抑制することができる。成膜速度の変化をより小さく抑制するためには、２００Ｖ以上とすることが好ましい。誘起される直流電圧は２０００Ｖ以下とすることが好ましい。２０００Ｖ超ではターゲットの割れが生じるおそれがある。誘起される直流電圧は、例えば高周波電力を給電するためのターゲット裏面の端子部の電圧を、高電圧受動プローブとオシロスコープを用いて測定することができる。
【００１４】
マグネトロン磁場を、ターゲット表面において磁束線の方向が水平となる位置における磁束密度（以下、単に「磁場強度」という）が０．００５〜０．０２５Ｔである分布とすることが好ましい。また、マグネトロン磁場に、ターゲット表面において磁束線の方向が水平となる位置が複数ある場合には、それらの位置における磁束密度の最小値が０．００５〜０．０２５Ｔである分布とすることが好ましい。このような磁場強度のマグネトロン磁場を用いることにより、ターゲットに誘起される直流電圧を前述の値とすることができる。
【００１５】
さらに、ターゲット近傍の空間領域をターゲット中心を含む断面で見たときに、ターゲット表面において磁束線の方向が略水平である範囲、すなわちターゲット面に対して垂直な方向の磁束密度の絶対値（以下「磁束密度の垂直成分」という）が０．０１Ｔ以下であって、かつ前記範囲内において磁束密度の垂直成分の分布が少なくとも一つの極大値と、少なくとも一つの極小値とを持つ範囲（以下「水平磁場の範囲」という）をターゲット幅に対して１０％以上広くすると、長時間スパッタリングをおこなったときの、ターゲットに誘起される直流電圧の変化を抑制することができる。また、成膜速度および膜特性の変化を小さく抑えることができる。さらに、成膜速度およびターゲットの材料利用効率が向上される。ターゲットが円形の場合は、ターゲット幅はターゲット直径とされる。
【００１６】
また、本発明においては、ターゲットに隣接して配置されているアノードと、ターゲットとの間隔（以下、「ターゲットとアノードとの間隔」という）を、１ｍｍ以上とすることが好ましい。ターゲットに誘起される直流成分を大きくするためには、３ｍｍ以上とすることがより好ましい。１０ｍｍ超とすると、ターゲット保持のため、ターゲット裏面にボンディングされているバッキングプレートへの膜付着が顕著になり異物欠点の原因となるおそれがあるので、１０ｍｍ以下が好ましい。また、アノードは、ターゲット面に対して垂直方向から見たときに、アノードの内縁がターゲット面に対してかぶらないように配置することが好ましい。
【００１７】
本発明の誘電体薄膜の形成方法によれば、ターゲットとほぼ同じ組成を有する誘電体薄膜が得られる。本発明の誘電体薄膜の形成方法では、安定した成膜速度で成膜することができ、また一定の特性の薄膜が得られるので、厚い膜厚を形成する場合や、連続して成膜をおこなう場合に好ましく用いることができる。本発明の誘電体薄膜の形成方法により成膜する薄膜の膜厚は、適宜、必要に応じて選択されるが、０．００１〜２０μｍが好ましく、０．０１〜１０μｍがより好ましい。
【００１８】
また、一定の特性の薄膜が得られるので、多成分ガラスからなる誘電体薄膜を用いて形成される光導波路のように、屈折率値を精度よく制御して誘電体薄膜を形成することが必要な場合に、好ましく用いることができる。このような多成分ガラスからなる誘電体薄膜を用いて形成される光導波路としては、Ｂｉ２Ｏ３系ガラスからなるコアをもつ光導波路や、特にＥｒ等の希土類元素を添加したＢｉ２Ｏ３系ガラスからなるコアをもつ光導波路が例示される。
【００１９】
図１に、このような光導波路の断面の概念図を示す。図１の光導波路は、基板１１上に形成された、下層クラッド１２と上層クラッド１４とからなるクラッドと、コア１３と、からなる。図１の光導波路は、例えば、基板１１上に、クラッドおよびコアとされる、Ｂｉ２Ｏ３を主成分とし他にＳｉＯ２等数種類の成分を含むＢｉ２Ｏ３系多成分ガラス薄膜を順次積層するとともに、フォトリソグラフィグラフィおよびドライエッチングにより所望のコアパターンを形成して作製される。本発明の誘電体薄膜の形成方法により、クラッドおよびコアとされるＢｉ２Ｏ３系多成分ガラス薄膜を形成することにより、安定した成膜速度で形成することができて、膜の屈折率および膜組成が所望の値に精密に制御され、良好なロット毎の再現性が得られる。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の実施例と比較例について説明する。例１、２は実施例であって、例３、４は比較例である。
【００２１】
［例１］
Ｂｉ２Ｏ３７６．９９ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３２．８１ｗｔ％、Ｇａ２Ｏ３１０．３２ｗｔ％、Ｌａ２Ｏ３１．８０ｗｔ％、ＣｅＯ２０．１４ｗｔ％、ＳｉＯ２７．９４ｗｔ％なる組成のＢｉ系多成分ガラスからなる、直径１０１．６ｍｍ、厚さ３ｍｍの円板状のターゲット２３を作製し、これを銅製のバッキングプレート２４にボンディングした。バッキングプレート２４にボンディングされたＢｉ系多成分ガラス製ターゲット２３を、高周波マグネトロンスパッタリング装置（アネルバ社製ＳＰＣ−３５０）のマグネトロンカソードにセットした。このときのターゲット周りの概略断面図を図３に示す。
【００２２】
本例においてマグネトロン磁場は、ターゲット表面における磁束密度分布が、ターゲット中心を含む断面でみたときに図２に示す回転対称の磁場分布となるように、寸法と磁力を設計して製作された磁気回路２５Ａにより発生される。図２は、ターゲット中心からの距離に対して、ターゲット表面の磁束密度の水平方向の成分Ｂｘ、垂直方向の成分Ｂｚをプロットしたグラフである。本例においては磁気回路２５Ａは、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石からなる磁石の組と、ＳＵＳ４３０からなるヨーク２５ｃとからなり、トンネル状のマグネトロン磁場を発生させる。磁石の組は、断面が円形の第１の磁石としての中心磁石２５ａおよび断面が円環状の第２の磁石としての外縁磁石２５ｂと、トンネル状の磁場の水平磁場の範囲を広くし、この範囲内に磁束密度の垂直成分の分布の極値を持たせるために設けられた、断面が円環状の２つの磁石を同心円状に配置して組合せた補助磁石２５ｄとからなり、補助磁石２５ｄは、非磁性体補助ヨーク２５ｅにより所定の位置に保持されている。
【００２３】
磁気回路２５Ａとバッキングプレート２４にボンディングされたターゲット２３とは、カソードボディ２６に組み付けられる。図２からわかるように、この磁気回路による磁場の強さは、ターゲット表面において磁束の方向が水平となる位置における磁束密度（以下、「磁気回路の磁場強度」という）すなわち該位置における磁束の水平成分Ｂｘが０．０１Ｔである。また、ターゲット表面における磁束の垂直成分Ｂｚが０．０１Ｔ以下である、すなわち水平磁場の範囲の幅は、図２のグラフ中で２０ｍｍであって、この水平磁場の範囲内で磁束の垂直成分Ｂｚは極大値と極小値を一つずつ有する。また、この水平磁場の範囲の幅の、ターゲット幅に対する割合は３９％である。
アノード２７には、内径１０８ｍｍの円環状の電極を、ターゲット表面と上面を一致させ、中心を一致させて配置して用いた。このとき、ターゲットとアノードとの間隔は３．２ｍｍである。
【００２４】
成膜に先立って、残留ガスの影響を除くためにチャンバ内を５．４×１０−５Ｐａ以下までロータリーポンプおよびターボ分子ポンプで排気し、次いで、マスフローコントローラにより流量制御してＡｒガス３０ｓｃｃｍ、Ｏ２ガス０．５ｓｃｃｍの混合ガスを導入してチャンバ内圧力を０．３Ｐａとした雰囲気中で、高周波電源２８により周波数１３．５６ＭＨｚ、電力１２０Ｗの高周波をターゲットに印加してプラズマ２２を発生させ、６ｒｐｍで回転させたカルーセル型の基板ホルダ（図示せず）にセットされた直径７６．２ｍｍ、厚さ１ｍｍの円板状のソーダライムシリカガラス基板１１上に、Ｂｉ系多成分ガラスからなる誘電体薄膜２１を形成した。
【００２５】
ターゲット２３に誘起される直流電圧は、カソードボディ２６への高周波電力の端子部に対して、高電圧受動プローブ（日本テクトロニクス社製Ｐ６００９）およびオシロスコープ（日本テクトロニクス社製ＴＤＳ−５２０）（ともに図示せず）を用いて測定をおこなった。形成された膜の屈折率と膜厚は、プリズムカプラ（メトリコン社製モデル２０１０）により波長１３０４ｎｍにて測定した。このときの成膜速度と屈折率の変化を図８および図９のグラフにまとめた。ターゲットに誘起された直流電圧は、成膜開始時は２７０Ｖであった。また成膜を継続しておこなったときの、ターゲットに誘起される直流電圧の変化は、成膜した膜厚１μｍ当たり０．６Ｖ、すなわち０．６Ｖ／μｍであった。
【００２６】
膜の形成とプリズムカプラによる測定とを繰り返し、また、得られたＢｉ系多成分ガラス膜２１に対して熱処理をおこなって、熱処理前後の膜厚と屈折率を測定した。熱処理は、真空引き可能な熱処理装置を用いて、まず１．３３Ｐａ以下まで排気した後、Ｏ２ガス５ｓｃｃｍをフローさせて圧力２６．６Ｐａとした雰囲気中、５℃／分で３５０℃まで昇温して３時間保持した後、５℃／分で室温まで降温させておこなった。
【００２７】
［例２］
例１と同じ高周波マグネトロンスパッタリング装置で、同様に作製したＢｉ系多成分ガラス製ターゲット２３を用いて、Ｂｉ系多成分ガラスからなる誘電体薄膜を形成した。ただし、ターゲット裏面に配設する磁気回路を、補助磁石２５ｄと非磁性体補助ヨーク２５ｅとを備えない磁気回路２５Ｂに変更した。図５にターゲット周りの概略断面図を示した。この磁気回路２５Ｂの磁場強度は０．０１Ｔであって、ターゲット中心を含む断面でみたときの、ターゲット表面における磁束密度分布は図４に示すとおりであって、水平磁場の範囲の幅は１９ｍｍであって、ターゲット幅の１／２に対する水平磁場の範囲の幅の割合は３７％であるが、磁束の垂直成分Ｂｚは、この水平磁場の範囲内で極大値も極小値も有さない。
【００２８】
アノード２７および成膜条件は例１と同様としてスパッタリングをおこなって、本例のＢｉ系多成分ガラス膜２１を得た。このときの成膜速度と屈折率の変化を図８および図９のグラフにまとめた。また、ターゲットに誘起された直流電圧は、成膜開始時は５７２Ｖであって、ターゲットに誘起される直流電圧の変化は０．８Ｖ／μｍであった。
【００２９】
［例３］
例１と同様にして、Ｂｉ系多成分ガラスからなる誘電体薄膜を形成した。ただし、ターゲット裏面に配設する磁気回路を、例２と同様の補助磁石を備えない磁気回路２５Ｂとした。この磁気回路２５Ｂの磁場強度は０．０３Ｔとした。ターゲット中心を含む断面でみたときの、ターゲット表面における磁束密度分布は図６に示すとおりであって、水平磁場の範囲の幅は７ｍｍで、ターゲット幅に対する水平磁場の範囲の幅の割合は１４％であるが、磁束密度の垂直成分Ｂｚは、この水平磁場の範囲内で極大値も極小値も有さない。また、アノード２７には内径９２ｍｍの円環状の電極を、直径１０１．６ｍｍのターゲットに対して中心を一致させて配置した。このときアノード内縁の径がターゲット外周より小さいので、アノード内縁の下面をターゲット表面から２ｍｍ上方に配置した。ターゲットとアノードとの間隔は４．８ｍｍである。
【００３０】
例１と同様の成膜条件でスパッタリングをおこなって、本例のＢｉ系多成分ガラス膜２１を作製し、このときの成膜速度と屈折率の変化を図８および図９のグラフにまとめた。また、ターゲットに誘起された直流電圧は、成膜開始時は２０Ｖであって、ターゲットに誘起される直流電圧の変化は１．１Ｖ／μｍであった。
【００３１】
［例４］
例１と同様にして、Ｂｉ系多成分ガラスからなる誘電体薄膜を形成した。ただし、ターゲット裏面に配設する磁気回路を、例２と同様の補助磁石を備えない磁気回路２５Ｂとした。この磁気回路２５Ｂの磁場強度は０．１Ｔとした。ターゲット中心を含む断面でみたときの、ターゲット表面における磁束密度分布は図７に示すとおりであって、水平磁場の範囲の幅は２ｍｍで、ターゲット幅に対する水平磁場の範囲の幅の割合は４％であるが、磁束密度の垂直成分Ｂｚは、この水平磁場の範囲内で極大値も極小値も有さない。また、アノード２７は例３と同様とした。
【００３２】
例１と同様の成膜条件でスパッタリングをおこなって、本例のＢｉ系多成分ガラス膜２１を作製し、このときの成膜速度と屈折率の変化を図８および図９のグラフにまとめた。また、ターゲットに誘起された直流電圧は、成膜開始時は４Ｖであって、ターゲットに誘起される直流電圧の変化は１．３Ｖ／μｍであった。
【００３３】
＜例１〜４で形成された膜の成膜速度の変化と熱的安定性の評価＞
成膜直後の膜厚を成膜時間で除して求めた成膜速度を、同一ターゲットから成膜した積算膜厚に対してプロットしたグラフを図８に示す。ここで縦軸の成膜速度は、同一ターゲットから得られた初期の成膜速度により規格化した。図９は成膜直後の屈折率を、同様に同一ターゲットから成膜した積算膜厚に対してプロットしたグラフである。また、それぞれのサンプルに対して熱処理前後の膜厚の変化率を、同様に積算膜厚に対してまとめた結果を図１０に示す。図１１は、熱処理後の屈折率変化を、同様に積算膜厚に対してプロットしたグラフである。
【００３４】
図８からわかるように、例１と例２では成膜速度はほぼ低下することなく、同一ターゲットから積算膜厚２８μｍ以上の成膜をおこなうことができたが、例３では積算膜厚２２μｍ以上から、例４では初期から、成膜速度の低下が見られた。成膜された膜の屈折率は、図９からわかるように、例１と例２では積算膜厚２８μｍ以上の成膜をおこなっても変化幅が±０．００２以内で一定であるのに対して、同じ屈折率の変化幅±０．００２以内が得られる積算膜厚は、例３では２６μｍ以下、例４では１２μｍ以下の範囲であった。
【００３５】
また、同一ターゲットから積算膜厚２８μｍの成膜をおこなっても、膜厚の熱処理前後の変化率は例１では−１〜＋１％、例２では−１〜＋３％と小さく、屈折率の熱処理前後の変化は例１では−０．００１〜０．０００、例２では−０．００２〜＋０．００３と小さい。
それに対して、熱処理による膜厚の変化率は、例３では−１〜＋４％、例４では＋３〜＋４％と大きく、熱処理による屈折率の変化は、例３では−０．０１６〜−０．０１０、例４では−０．０３４〜−０．０２４と大きい。すなわち、例１および例２では、熱安定性に優れた膜が安定して得られることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の薄膜の製造方法によれば、成膜速度の変化により膜特性が変化する膜、特に誘電体膜の形成に適用すると、安定した特性をもつ薄膜を安定した膜厚で容易に再現性良く得られる。また熱的安定性が高い膜が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】光導波路の断面の概念図。
【図２】例１の磁気回路を用いた場合のターゲット面上での磁束密度分布（水平方向Ｂｘ、垂直方向Ｂｚ）を示す図。
【図３】補助磁石を備えた磁気回路を備えた高周波スパッタリング装置のターゲット周りの概略断面図。
【図４】例２の磁気回路を用いた場合のターゲット面上での磁束密度分布（水平方向Ｂｘ、垂直方向Ｂｚ）を示す図
【図５】補助磁石を備えない磁気回路を備えた高周波スパッタリング装置のターゲット周りの概略断面図。
【図６】例３の磁気回路を用いた場合のターゲット面上での磁束密度分布（水平方向Ｂｘ、垂直方向Ｂｚ）を示す図
【図７】例４の磁気回路を用いた場合のターゲット面上での磁束密度分布（水平方向Ｂｘ、垂直方向Ｂｚ）を示す図
【図８】熱処理前の成膜速度と、同一ターゲットから得られた膜の熱処理前の積算膜厚との関係を示す図
【図９】熱処理前の屈折率と、同一ターゲットから得られた膜の熱処理前の積算膜厚との関係を示す図
【図１０】熱処理前後の膜厚の変化率と、同一ターゲットから得られた膜の熱処理前の積算膜厚との関係を示す図
【図１１】熱処理前後の屈折率の変化と、同一ターゲットから得られた膜の熱処理前の積算膜厚との関係を示す図
【符号の説明】
【００３８】
１１：基板
１２：下層クラッド
１３：コア
１４：上層クラッド
２１：Ｂｉ系多成分ガラス膜
２２：プラズマ
２３：ターゲット
２４：バッキングプレート
２５Ａ：補助磁石を備えた磁気回路
２５Ｂ：補助磁石を備えない磁気回路
２５ａ：中心磁石
２５ｂ：外縁磁石
２５ｃ：ヨーク
２５ｄ：補助磁石
２５ｅ：非磁性体補助ヨーク
２６：カソードボディ
２７：アノード
２８：高周波電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体材料からなるターゲットと、前記ターゲットに近接して配設されたアノードと、の間に高周波電力を印加し、前記ターゲット表面におけるプラズマ密度を高めるためのマグネトロン磁場の下、基板上に誘電体薄膜を形成するマグネトロンスパッタリングによる誘電体薄膜の形成方法であって、
前記ターゲットに誘起されるカソード電圧の直流成分の絶対値を５０Ｖ以上とすることを特徴とする誘電体薄膜の形成方法。
【請求項２】
前記ターゲット表面におけるマグネトロン磁場は、磁束線の方向がターゲット面に対し水平となる位置が１箇所の場合はその位置での磁束密度が、また磁束線の方向が水平となる位置が複数ある場合はそれぞれの位置における磁束密度の最小値が、０．００５〜０．０２５Ｔである請求項１に記載の誘電体薄膜の形成方法。
【請求項３】
前記マグネトロン磁場が、ターゲットの裏側に配置された磁石の組により生成され、
前記磁石の組が、ターゲットの中心部に配設された第１の磁石と、外縁部に配設された第２の磁石と、第１の磁石と第２の磁石との間に配置された補助磁石とを備え、
前記マグネトロン磁場が、前記ターゲット表面での磁束密度のターゲット面に垂直な成分の絶対値が０．０１Ｔ以下となる範囲の幅の、ターゲット幅に対する割合が１０％以上であり、かつターゲット表面での磁束密度の垂直成分が前記範囲内に少なくとも一つの極大値および極小値を持つ磁場である請求項１または２に記載の誘電体薄膜の形成方法。
【請求項４】
前記アノードは、前記ターゲットの外周の全周にわたって隣接して配置されていて、前記ターゲットと前記アノードとの最近接部の間隔が１〜１０ｍｍである請求項１、２または３のいずれか１項に記載の誘電体薄膜の形成方法。
【請求項５】
前記ターゲットがＢｉ２Ｏ３を主成分とするガラスからなるターゲットである、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＢｉ２Ｏ３を主成分とするガラス膜からなる誘電体薄膜の形成方法。
【請求項６】
誘電体材料からなるターゲットと、ターゲットに近接して配設されたアノードと、ターゲット表面のプラズマ密度を高めるマグネトロン磁場とを備え、減圧雰囲気下、前記ターゲットと前記アノードとの間に高周波電圧を印加し、基板上に誘電体薄膜を形成するための高周波マグネトロンスパッタリング装置であって、
前記ターゲット表面にマグネトロン磁場を発生させる磁気回路が、ターゲット表面において磁束線の方向が水平となる位置が１箇所の場合はその位置での磁束密度が、また磁束線の方向が水平となる位置が複数ある場合はそれぞれの位置における磁束密度の最小値が、０．００５〜０．０２５Ｔである磁場を発生させる磁気回路であって、
前記ターゲットに成膜時に誘起されるカソード電圧の直流成分の絶対値が５０Ｖ以上となる様に制御されることを特徴とする高周波マグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１】
誘電体材料からなるターゲットと、前記ターゲットに近接して配設されたアノードと、の間に高周波電力を印加し、前記ターゲット表面におけるプラズマ密度を高めるためのマグネトロン磁場の下、基板上に誘電体薄膜を形成するマグネトロンスパッタリングによる誘電体薄膜の形成方法であって、
前記ターゲットに誘起されるカソード電圧の直流成分の絶対値を５０Ｖ以上とすることを特徴とする誘電体薄膜の形成方法。
【請求項２】
前記ターゲット表面におけるマグネトロン磁場は、磁束線の方向がターゲット面に対し水平となる位置が１箇所の場合はその位置での磁束密度が、また磁束線の方向が水平となる位置が複数ある場合はそれぞれの位置における磁束密度の最小値が、０．００５〜０．０２５Ｔである請求項１に記載の誘電体薄膜の形成方法。
【請求項３】
前記マグネトロン磁場が、ターゲットの裏側に配置された磁石の組により生成され、
前記磁石の組が、ターゲットの中心部に配設された第１の磁石と、外縁部に配設された第２の磁石と、第１の磁石と第２の磁石との間に配置された補助磁石とを備え、
前記マグネトロン磁場が、前記ターゲット表面での磁束密度のターゲット面に垂直な成分の絶対値が０．０１Ｔ以下となる範囲の幅の、ターゲット幅に対する割合が１０％以上であり、かつターゲット表面での磁束密度の垂直成分が前記範囲内に少なくとも一つの極大値および極小値を持つ磁場である請求項１または２に記載の誘電体薄膜の形成方法。
【請求項４】
前記アノードは、前記ターゲットの外周の全周にわたって隣接して配置されていて、前記ターゲットと前記アノードとの最近接部の間隔が１〜１０ｍｍである請求項１、２または３のいずれか１項に記載の誘電体薄膜の形成方法。
【請求項５】
前記ターゲットがＢｉ２Ｏ３を主成分とするガラスからなるターゲットである、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＢｉ２Ｏ３を主成分とするガラス膜からなる誘電体薄膜の形成方法。
【請求項６】
誘電体材料からなるターゲットと、ターゲットに近接して配設されたアノードと、ターゲット表面のプラズマ密度を高めるマグネトロン磁場とを備え、減圧雰囲気下、前記ターゲットと前記アノードとの間に高周波電圧を印加し、基板上に誘電体薄膜を形成するための高周波マグネトロンスパッタリング装置であって、
前記ターゲット表面にマグネトロン磁場を発生させる磁気回路が、ターゲット表面において磁束線の方向が水平となる位置が１箇所の場合はその位置での磁束密度が、また磁束線の方向が水平となる位置が複数ある場合はそれぞれの位置における磁束密度の最小値が、０．００５〜０．０２５Ｔである磁場を発生させる磁気回路であって、
前記ターゲットに成膜時に誘起されるカソード電圧の直流成分の絶対値が５０Ｖ以上となる様に制御されることを特徴とする高周波マグネトロンスパッタリング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−１１９８０６（Ｐ２００７−１１９８０６Ａ）
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３０９９９１（Ｐ２００５−３０９９９１）
【出願日】平成１７年１０月２５日（２００５．１０．２５）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１６年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「フォトニックネットワーク技術の開発事業」委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月２５日（２００５．１０．２５）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１６年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「フォトニックネットワーク技術の開発事業」委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
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