JP2016065278A - 成膜システム、薄膜製造方法、および、その方法で製造された物品 - Google Patents

Abstract

【課題】アーク放電直流プラズマを用いたＣＶＤ法であって、高精度に膜厚を制御できる成膜システムを提供する。
【解決手段】アーク放電直流プラズマを発生するプラズマ発生室２と、プラズマ発生室２から導入されたプラズマ１７及び一以上の材料ガスを用いて成膜対象に一以上の膜を形成する成膜室３と、プラズマ発生室２及び成膜室３の間に配置された、プラズマ１７の成膜室へ導入を遮断するシャッター８と、膜の厚さを検出するモニタ部２２と、モニタ部２２とシャッター８とを制御する制御部２１とを備える。制御部２１は、モニタ部２２の検出結果により、膜の厚さが所望の膜厚に達したと判断した場合、シャッター８にプラズマ１７の遮断を指示し、プラズマ１７の遮断により成膜を停止させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高密度なアーク放電直流プラズマと材料ガスを用いて、薄膜を成膜する成膜システム及び成膜方法に関する。

高密度な直流アーク放電プラズマを用いた成膜方法が知られている。例えば、特許文献１には、直流アーク放電プラズマＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いることにより、ヘキサメチルジシロキサンを材料ガスとしてＳｉＯ_２薄膜を成膜する方法が開示されている。特許文献２には、複数の真空処理室にそれぞれゲートバルブを介してプラズマガンを取り付け、プラズマガンから真空処理室にアーク放電プラズマを引き出して、薄膜形成用原料ガスを供給することにより、多層膜を連続成膜する方法が開示されている。

また、特許文献３には、成膜チャンバーとプラズマチャンバーとを仕切りバルブを挟んで連結し、プラズマチャンバーから成膜チャンバー内に直流アーク放電プラズマを引き出して、成膜チャンバー内の蒸発源に導いて蒸発源を蒸発させて、基板に薄膜を形成する技術が開示されている。特許文献３の技術では、プラズマの発生開始時には、成膜チャンバーとプラズマチャンバーの間の仕切りバルブを閉じ、プラズマチャンバー内でプラズマを発生させ、プラズマのアイドリング状態を形成する。成膜時には、仕切りバルブを開放して成膜チャンバー内にプラズマを導き、蒸発源にプラズマを照射して成膜を行い、成膜終了後には、放電電流を低下させた後、仕切りバルブを閉め、プラズマチャンバー内でプラズマを継続させてアイドリング状態にする。この間成膜チャンバー内を大気圧に戻し、成膜チャンバー内の基板を交換している。基板交換後は、成膜チャンバー内を排気し、仕切りバルブを開き、再びプラズマを成膜チャンバー内の蒸発源に導いて、成膜を行う。このように、プラズマチャンバー内でプラズマをアイドリング状態に維持することができるため、基板交換のたびにプラズマ発生させる必要がなく、成膜効率が向上する。

特開２０１３−１５９８１６号公報 特開平８−１４４０５９号公報 特許第４０３８４７３号公報

直流アーク放電プラズマを用いてＣＶＤ法で成膜する場合、成膜速度を大きく（例えば、数十Å／sec）することができ、薄膜の製造効率が高い。一方、光学薄膜は、膜厚が光学特性に大きな影響を与えるため、膜厚を適切な厚さに制御することが要求される。例えば、数百Åの膜厚に対して、数十Å以下の膜厚精度が要求される。このため、直流アーク放電プラズマによりＣＶＤを行う場合、数十Å／secの成膜速度で膜が堆積している最中に、秒のオーダーで堆積を停止させる技術が必要である。

蒸着法やスパッタ法等においては、基板の前にシャッターを配置することにより、成膜を瞬時に遮る技術が広く用いられているが、ＣＶＤ法は、材料ガスがシャッターを回り込むため、瞬時に成膜を遮ることはできない。

特許文献１および２には、アーク放電プラズマＣＶＤ法を用いて膜厚を制御する技術については開示されていない。特許文献３は、蒸着源をプラズマで加熱する蒸着法の技術である。また、特許文献３には、成膜終了後にプラズマを弱めてアイドリング状態にすることが開示されているが、膜厚の制御方法については開示されていない。

本発明の目的は、アーク放電直流プラズマを用いたＣＶＤ法であって、高精度に膜厚を制御できる成膜システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、アーク放電直流プラズマを発生するプラズマ発生室と、プラズマ発生室から導入されたプラズマ及び一以上の材料ガスを用いて成膜対象に一以上の膜を形成する成膜室と、プラズマ発生室及び成膜室の間に配置された、プラズマの成膜室へ導入を遮断するシャッターと、膜の厚さを検出するモニタ部と、モニタ部とシャッターとを制御する制御部とを備える成膜システムを提供する。制御部は、モニタ部の検出結果により、膜の厚さが所望の膜厚に達したと判断した場合、シャッターにプラズマの遮断を指示し、プラズマの遮断により成膜を停止させる。

本発明によれば、アーク放電プラズマを用いたＣＶＤ法でありながら、高精度に膜厚を制御できる。

実施形態の成膜システムの全体構成の概略を説明する図。 実施形態で成膜される増反射膜を備えた物品の断面図。 実施形態の成膜システムと、閉じた状態のシャッターの断面構造を示す説明図。 実施形態の成膜システムと、開いた状態のシャッターの断面構造を示す説明図。 （ａ）図３のＡ−Ａ’断面図、（ｂ）図４のＢ−Ｂ’断面図。 実施形態の制御部の成膜動作を示すフロー図。 実施形態において酸素を導入するか否かによる増反射膜の反射率の差異を示すグラフ。 実施例の増反射ミラーの反射率スペクトル。

以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、成膜システムの構成を示す図である。

本実施形態の成膜システム１は、アーク放電直流プラズマ１７を発生するプラズマ発生室２と、プラズマ発生室２から導入されたプラズマ１７及び一以上の材料ガスを用いてプラズマＣＶＤにより成膜対象４０に一以上の膜４３を形成する成膜室３と、プラズマ発生室２及び成膜室３の間に配置され、プラズマ１７の成膜室３へ導入を遮断するシャッター８と、膜４３の厚さを検出するモニタ部２２と、モニタ部２２とシャッター８とを少なくとも制御する制御部２１とを備える。制御部２１は、モニタ部２２の検出結果により、膜４３の厚さが所望の膜厚に達したと判断した場合、シャッター８にプラズマ１７の遮断を指示し、プラズマ１７の遮断により成膜を停止させる。

このように、プラズマ１７を遮断することにより、材料ガスが成膜室３に残存していても、プラズマＣＶＤは瞬時に停止するため、成膜速度の大きいアーク放電直流プラズマを用いたＣＶＤ法でありながら、高精度に膜厚を制御できる。

成膜室３は、開口３ａを有し、プラズマ発生室２は、開口３ａに接続された構造であることが望ましい。このような構造の場合、シャッター８は、開口３ａを遮蔽することにより、瞬時にプラズマ１７の成膜室３への導入を遮断できる。また、この構造では、シャッター８の遮蔽後も、プラズマ発生室２内でプラズマ１７を維持することが可能であるため、シャッター８を開くことにより、プラズマＣＶＤを再開できる。このとき、異なる材料ガスを導入することにより、例えば、図２のように材質の異なる膜４４を、膜４３の上に積層することができる。

本実施形態の成膜システムについて具体的に説明する。プラズマ発生室２は、プラズマガン容器１１に、カソード５、中間電極６、アノード７をプラズマ引き出し軸（不図示）に沿って順に配置した構造である。図１では、中間電極６が１つのみの例を示すが、中間電極６は複数配置することも可能である。カソード５、中間電極６、アノード７は、不図示のガイシによって相互に絶縁されている。カソード５は、アーク放電に適した公知のカソード構造である。カソード５には放電ガスの導入口４が備えられている。中間電極６、アノード７は、それぞれ中央に所定の径の貫通孔（不図示）を有している。この貫通孔が、プラズマガン容器１１の圧力を成膜室３よりも陽圧に維持し、圧力勾配を形成する。

カソード５とアノード７には、直流電源１９が接続されている。中間電極６は、適切な抵抗値のホーロ抵抗１８を介して直流電源１９の正極と接続されている。カソード５からアノード７に近づくにつれて高い電位に設定されることで、プラズマを引き出す。中間電極６には、磁石（不図示）が内蔵されている。磁石は磁界を発生し、プラズマを集束させる。これによりプラズマは中間電極６、アノード７の貫通孔（不図示）を通過する。

また、アノード７よりも成膜室３側には、空芯コイル９が配置されている。空芯コイル９の形成する磁界は、プラズマ１７をプラズマガン容器１１の中心軸方向に収束させ高密度化する。また、プラズマ１７は、中間電極６の形成する電位勾配と、空芯コイル９の形成する磁界によって加速され、成膜室３内の空間に引き出される。

成膜室３は、チャンバー２５を有しており、チャンバー２５に設けられた開口３ａにプラズマ発生室２のプラズマガン容器１１が接続されている。シャッター８は、開口３ａを遮蔽することができる。開口３ａの位置は、チャンバー２５内にプラズマ１７を導入することができる位置であればよく、例えば、図１のようにチャンバー２５の側面に設けてもよいし、図３に示すようにチャンバー２５の上面に設けてもよい。なお、図１の構造は、プラズマ発生室２の開口３ａ側の位置（アノード７と空芯コイル９との間）に、シャッター８を配置していると表現することも可能である。

シャッター８の構造を、図３〜図５を用いてさらに説明する。図３および図４にシャッター８の断面図を、図５（ａ），（ｂ）にシャッター８の上面図を示す。ただし、図３および図５（ａ）は、シャッター８が閉じた（開口３ａが遮蔽された）状態であり、図４および図５（ｂ）は、シャッター８が開いた状態を示す。シャッター８は、チャンバー２５の開口３ａを覆う形状を有する遮蔽部材８１と、遮蔽部材８１をプラズマ発生室２および成膜室３の外側からスライドさせて開口３ａまで移動させる動作をガイドするガイド部８２と、遮蔽部材８１をガイド部８２に沿って移動させる駆動部８３とを備える。

ガイド部８２は、遮蔽部材８１がスライド可能な空間を形成する直方体形状の容器であり、開口３ａに対応する貫通口を備えている。貫通口は、プラズマガン容器１１およびチャンバー２５とそれぞれ気密を維持可能なように連結されている。

遮蔽部材８１としては、２枚の円盤８１ａ、８１ｂを、間隙調整部材８１ｃを挟んで対向配置した構成のものを用いる。間隙調整部材８１ｃは、軸８７を介して駆動部８３に接続されている。これにより、駆動部８３が、軸８７を長手方向に移動させることにより、遮蔽部材８１をスライドさせ、開口３ａを遮蔽することができる。また、間隙調整部材８１ｃは、伸縮可能な構造を有し、２枚の円盤８１ａ，８１ｂの間隔を調整可能である。軸８７内には、間隙調整部材８１ｃの伸縮を制御する機構が内蔵されている。

遮蔽部材８１の成膜室３側の面（円盤８１ｂの外側の面）の周囲には、Ｏリング９３が配置されている。遮蔽部材８１により開口３ａを遮蔽した状態で、間隙調整部材８１ｃが伸長して円盤８１ａ，８１ｂの間隔を押し広げると、遮蔽部材８１のＯリング９３が開口３ａの周囲に押し付けられて、成膜室３の開口３ａがＯリング９３により気密に遮蔽される。

一方、遮蔽部８１のプラズマ発生室２側の面（円盤８１ａ）には、プラズマ発生室２のプラズマガン容器１１内を真空排気するための排気口８４が複数個設けられている。排気口８４は、円盤８１ａを貫通し、円盤８１ａと円盤８１ｂとの間の間隙（排気経路８５）に連結されている。ガイド部８２には排気管８６が挿入され、排気管８６は真空ポンプ（不図示）に直接、もしくはバイパス経路１０および成膜室３を介して接続されている。これにより、シャッター８を閉じた状態（遮蔽部材８１で開口３ａをふさいだ状態）で、プラズマ発生室２内を、排気口８４、排気経路８５、ガイド部８２内の空間、および、排気管８６を介して排気し、所定の真空度に維持することができる。しかも、シャッター８よりもプラズマ発生室２側にアノード７があるため、シャッター８を閉じた状態で、プラズマをプラズマ発生室２内の空間に閉じ込めて維持することができる。なお、排気管８６をバイパス経路１０および成膜室３を介して真空ポンプに接続した場合には、一つの真空ポンプで成膜室３とプラズマ発生室２を排気することができ、装置構成を簡素化することができる。

駆動部８３としては、軸８７を連結されたピストン（不図示）と、シリンダー（不図示）と、シリンダー内に圧縮空気を送り込んでピストンを瞬時に移動させることにより遮蔽部材８１を開閉する圧縮空気導入部（不図示）とを有するものを用いることができる。制御部２１は、圧縮空気導入部の動作を制御することにより、ピストンおよび軸８７を移動させる。これにより、遮蔽部材８１は、ガイド部８２に沿ってスライドし、開口３ａを遮蔽した状態と、開いた状態とを実現できる。この構造では、遮蔽部材８１を圧縮空気の力で移動させるため、瞬時（例えば、１秒以内）に遮蔽部材８１を開口３ａまで移動させ、開口３ａを遮蔽することができる。

なお、制御部２１がシャッター８を閉める指示を出し、シャッター８が閉まり終わるまでの時間は、その間に形成される膜の厚さが、第一膜４３の厚さの１０％以内、好ましくは５％以内に収まることが望ましい。駆動部８３は、制御部２１の指示下で、上記時間を実現できるように遮蔽部材８１を移動させる。例えば、シャッター８が閉まり終わるまでの時間は、２秒以内であることが望ましく、１秒以内であることがより望ましい。

一方、成膜室３のチャンバー２５内には、成膜対象４０を支持する基板ホルダー１２と、材料ガス導入管１３〜１５とが配置されている。材料ガス導入管１３〜１５は、図１に模式的に示したように、チャンバー２５の壁面近傍から材料ガスを噴出する構成であってもよいし、図３、図４のように、噴出治具９１等を介して、プラズマ１７の周囲に均等に材料ガスを噴出する構成にしてもよい。また、チャンバー２５にはチャンバー２５内の空気を排除して所望する圧力まで減圧するための排気口１６が設けられ、排気口１６は外部に配置された真空ポンプ（不図示）に接続されている。

材料ガス導入管１３から１５は、成膜室３へ材料ガスの供給を行う。材料ガス供給の開始又は停止は、制御部２１が材料ガス導入管１３〜１５の開閉バルブ（電磁弁等、不図示）の開閉動作を制御することにより制御される。ここでは、一例として、材料ガス導入管１３から酸素ガスを、材料ガス導入管１４からＴｉ系ガスを、材料ガス導入管１５からＳｉ系ガスを供給する。

モニタ部２２は、成膜中の膜に光２３を照射する光源２２ａと、膜による光２３の反射光２４の強度を検出する光検出部２２ｂを備える。制御部２１は、成膜中の膜４３が増反射膜である場合、膜４３の反射率（反射光強度）が極大に到達したことを検出することにより所望の膜厚に達したと判断することができる。すなわち、膜４３の膜厚方向の光路長が光２３の波長において１／４波長に達したと判断することができる。

光源２２ａが光を照射する膜４３は、成膜対象４０上に形成される膜であってもよいし、成膜対象４０の近傍に配置された膜厚モニタ用基板９２上に、成膜対象４０と同時に成膜された膜４３であってもよい。

光源２２ａが照射する光の波長は、形成する増反射膜が反射すべき波長と一致していることが望ましく、単色光（ＬＥＤ光やレーザー光）を用いることができる。白色光を反射する増反射膜を成膜する場合には、中心波長（例えば波長５６０ｎｍ）の単色光を照射する。

制御部２１は、成膜中に、光検出部２２ｂの検出値を受け取って、その時間微分値を算出し、時間微分値がゼロになった場合には、反射率が極大に到達した（膜厚方向の光路長が１／４波長に達した）と判断し、シャッター８を閉じ、成膜を停止させることができる。

また、モニタ部２２は、成膜中の薄膜の厚さを測定できるものであればどのような構成であってもよく、反射光で測定するものに限られるものではない。例えば、水晶振動子等の他の公知の膜厚計を用いて膜厚を測定してもよい。

次に、本実施形態の成膜システムの各部の動作を図６のフローを用いて説明する。ここでは、一例として、図２のように表面に予めＡｌ等の金属反射膜４２を備えた成膜対象４０上に、ＳｉＯｘ（０＜ｘ≦２）からなる第一膜４３と、ＴｉＯｙ（０＜ｙ≦２）からなる第二膜４４とを成膜する場合を例に説明する。第一膜４３および第二膜は、いずれも白色光の中心波長５６０ｎｍの光に対する膜厚方向の光路長が、１／４波長となるように形成する。これにより、第一膜４３と第二膜４４の２層構造の増反射膜を形成する。

制御部２１は、内蔵されたメモリに予め格納されたプログラムを読み込んで実行することにより、各部の動作を以下のように制御する。なお、成膜室３内には、予め成膜対象４０が配置され、成膜室３およびプラズマ発生室２内は所定の真空度に排気されているとして説明する。

制御部２１は、シャッター８の駆動部８３に遮蔽部材８１を開口３ａの位置まで移動させた後、間隙調整部材８１ｃを伸長させるように、駆動部８３に指示する。これにより、遮蔽部材８１は、開口３ａを覆う位置まで移動した後、円盤８１ａ，８１ｂの間隔を間隙調整部材８１ｃが押し広げ、Ｏリング９３を開口３ａの周囲に押し付ける。よって、シャッター８は、図３、図５（ａ）のように、開口３ａを閉じた状態となる。プラズマ生成室２内は、遮蔽部材８１の排気口８４から排気されているので、所定の真空度に維持され、プラズマを生成することができる状態である。制御部２１は、この状態でプラズマ発生室２においてプラズマ１７の発生を開始する（ステップ１）。具体的には、制御部２１は、放電ガス導入口４を開にし、プラズマ発生室２にＡｒガス、Ｈｅガス等の放電ガスを導入し、直流電源１９からカソード５、中間電極６、およびアノード７に電圧を印加させる。これにより、カソード５とアノード７間にグロー放電を生じさせる。その後、グロー放電をアーク放電に移行させ、アーク放電直流プラズマ１７を生成する。この状態では、シャッター８は閉状態であるため、アーク放電直流プラズマ１７は、シャッター８によりプラズマ発生室２に閉じ込められている。

制御部２１は、材料ガス導入管１３、１５の開閉バルブ（不図示）に、開状態を指示する（ステップ２）。材料ガス導入管１５からは、第一膜４３の材料ガス、例えば、Ｓｉ系ガス（例えば、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ））が成膜室３内へ供給され、材料ガス導入管１３からＯ_２ガスが成膜室３内へ供給される。一例として、制御部２１は、Ｏ_２ガスを流量１０〜１００ｓｃｃｍ程度導入した後、ニードルバルブの開度で所定の圧力になるようにＨＭＤＳＯの流量を適宜調整する。

制御部２１は、予め定めた所定の時間が経過するまで待機する（ステップ３）。これにより、発生したプラズマが安定するのを待つ。所定の時間が経過したならば、制御部２１は、シャッター８の駆動部８３に、シャッター８を開にするよう指示する（ステップ４）。駆動部８３は、間隙調整部材８１ｃにより円盤８１ａと８１ｂの間隔を狭めた後、圧縮空気により駆動されるピストンの動作によって、瞬時（例えば１秒以内）に開状態（図４および図５（ｂ））にする。これにより、プラズマ発生室２のアーク放電直流プラズマ１７は、開口３ａを通過して成膜室３内に引き出される（例えば、放電電流１０〜５０Ａ程度）。直流アーク放電プラズマは高密度であるため、ステップ２で供給された材料ガスを大量に励起し、プラズマ重合反応を生じさせる。これにより、プラズマＣＶＤ法によるＳｉＯｘの堆積が大きな成膜速度（例えば、数十Å／sec）で開始される。これにより、第一膜４３の成膜が行われる。

第一膜４３の成膜を行いながら、制御部２１は、モニタ部２２の出力により、成膜中の第一膜４３の厚さをモニタする（ステップ５）。例えば、光源２２ａから所望の波長（５６０ｎｍ）の光２３を第一膜４３に照射し、反射光２４を検出する。制御部２１は、モニタ部２２の検出した膜厚データを収集し（ステップ６）、第一膜４３が所望の厚さに到達したかどうか判断する（ステップ７）。例えば、制御部２１は、光検出部２２ｂが検出した光の強度のデータを時間微分し、時間微分値がゼロに到達したならば、極大値に到達したと判断し、シャッター８の駆動部８３に閉じるように指示する（ステップ８）。これにより、駆動部８３は、遮蔽部材８１を瞬時に開口３ａまで移動させ、間隙調整部材８１ｃにより円盤８１ａと円盤８１ｂの間隔を押し広げてＯリング９３を開口３ａの周囲に押し付け、開口３ａを閉じる。シャッター８が閉じた瞬間にプラズマ１７は、プラズマ発生室２に閉じ込められ、成膜室３内からは消失する。よって、成膜室３における材料ガスのプラズマ重合反応は、材料ガスの供給が継続していても、瞬時に停止するため、成膜も瞬時に停止する。これにより、第一膜４３は、膜厚方向の光路長が、５６０ｎｍの光のλ／４に到達した時点で、精度よく成膜を停止させることができる。

以上で、第一膜４３の成膜は終了する。このとき、プラズマ１７は、プラズマ発生室２内で継続している。制御部２１は、第一膜４３の材料を供給する材料ガス導入管１５及び酸素ガスを供給する材料ガス導入管１３の開閉バルブ（不図示）を閉にするよう指示する（ステップ９）。制御部２１は、所定の時間待機し、排気口１６から材料ガスが排気されるのを待つ（ステップ１０）。

次に、制御部２１は、材料ガス導入管１４及び１３の開閉バルブを開にするよう指示する（ステップ１１）。これにより、材料ガス導入管１４から第二膜の材料（例えば、Ｔｉ系ガス（例えば、ＴｉＣｌ_４））及び材料ガス導入管１３から酸素ガスの供給が開始される。例えば、最初にＯ_２ガス流量１０〜１００ｓｃｃｍ導入し、ＴｉＣｌ_４流量が所定の圧力になるようにニードルバルブの開度で圧力を調整する。制御部２１は、所定の時間待機し、成膜室３内に第二膜４４の材料が十分供給されるのを待つ（ステップ１２）。

所定の時間が経過したならば、制御部２１は、シャッター８を開にするように駆動部８３に指示する（ステップ１３）。これにより、瞬時にシャッター８が開き、プラズマ発生室２で維持されていたプラズマ１７が成膜室３に導入される。これにより、第二膜４３の材料ガスは、プラズマ励起により酸素と化学反応して、プラズマＣＶＤ法により、第一膜４３の上に第二膜４４（例えば、ＴｉＯ_２のようなＴｉＯｙ）が堆積される。制御部２１は、成膜中の第二膜４４の反射光の強度を受け取って、時間微分値を求め、時間微分値がゼロになった場合、極大値に達し、所望の膜厚になったとしてシャッター８を閉める（ステップ１４〜１７）。ステップ１４〜１７の動作は、ステップ５〜８と同様である。

これにより、プラズマ１７は、プラズマ発生室２に閉じ込められ、成膜室３からプラズマ１７が消失するため、第二膜４４の成膜は瞬時に停止する。その後、第二膜の材料ガスと酸素ガスの供給をそれぞれ停止させ（ステップ１８）、第二膜４４の材料ガスが排気されるまで所定の時間待機する（ステップ１９）。

以上により、第一膜４３および第二膜４４をそれぞれ反射率が最大となる膜厚（１／４波長）で成膜対象４０上に積層することができる。その後、制御部２１は、基板搬送手段（不図示）を制御し、成膜が終了した基板を成膜室３から搬出し、新しい成膜対象４０を成膜室３に搬入する（ステップ２０）。

本実施形態より、シャッター８の開閉で、成膜室３へ導入されるプラズマ１７を遮断することにより、成膜の開始および停止を瞬時に実現できる。プラズマ１７の遮断により、成膜室３中に残存する材料ガスがあっても、膜形成を瞬時に停止することができるため、膜厚を精度よく制御することができる。

また、成膜中に、所望の波長の光を照射して膜厚を検出するので、所望の波長にて所望の光学特性（例えば、最大の反射率）を与える最適な膜厚で膜を形成することができる。例えば、５６０ｎｍ等の所望の波長にて、反射性等の所望の光学特性を有する最適な膜厚に薄膜の厚さを制御できる。よって、酸化度合いによって反射特性が変化する第一及び第二膜４３，４４であっても、どのような酸化度合かを測定する必要なく、常に最適な光学特性（最大の反射率）が得られる膜厚で成膜することができる。

これを具体的に説明する。図７に、ＳｉＯｘ成膜時の酸素の有無による図２の構成の増反射膜の反射率の違いを示す。膜構造は、ＰＣ（ポリカーボネート）基板４１／Ａｌの反射金属膜４２／ＳｉＯｘからなる第一膜４３／ＴｉＯｙからなる第二膜４４を積層した構造である。膜厚は、Ａｌが８０ｎｍ、ＳｉＯｘが９４ｎｍ、ＴｉＯｙが５９ｎｍとした。ＳｉＯｘからなる第一膜４３に酸素を１００ｓｃｃｍ入れて成膜した場合（Ｏ_２：１００）と、酸素を入れずに成膜した場合（Ｏ_２：なし）の反射率の違いは、図７のグラフの通りである。図７からわかるように、同じ膜厚でありながら、可視光域の反射率は大きく異なり、白色光の中心波長５６０ｎｍにおいても反射率は異なっている。しかし、本実施形態では図６のフローのステップ６，７およびステップ１５，１６において、反射率の極大値で成膜を停止させるため、ＳｉＯｘがどんな酸化度合でも、所望の波長にて最も高い反射率（増反射効果）の厚さの膜を成膜できる。

上記実施形態では、２種類の膜４３，４４を積層したが、これに限定されるものではなく、１層であってもよい、また、３種類以上の膜を積層してもよい。

本実施形態を用いて製造される増反射膜を備えた物品は、自動車灯体用リフレクター、集光型太陽電池のリフレクター、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）スキャナーミラー、又はストロボ用リフレクター兼トリガー電極等に適用できる。

上記実施形態では、増反射膜を成膜したが、これに限定されるものではなく、他の光学薄膜、例えば、干渉膜や、反射防止膜、光学フィルター、ハーフミラーを成膜することも可能である。その場合、薄膜の反射率が極小値あるいは所望の反射率に到達した時に所望の膜厚に達したと判断してもよい。

＜実施例１＞
本発明の実施例について説明する。実施例では、図２のように、ポリカーボネート（ＰＣ）の基材４１の上にＡｌの反射金属膜４２、ＳｉＯｘ（０＜ｘ≦２）からなる第一膜４３、ＴｉＯ_ｙ（０＜ｙ≦２）からなる第二膜４４を順に積層した増反射ミラーを製造した。ＰＣの基材４１の上に、Ａｌの反射金属膜４２が予めスパッタ法等により成膜されたものを用意した。

ＳｉＯ_ｘの第一増反射層４３とＴｉＯ_ｙの第二増反射層４４を図１の装置を用いて直流アーク放電プラズマＣＶＤ法により成膜した。シャッター８を閉めた状態で、放電電流２０Ａでプラズマを発生させ、流量 １００ｓｃｃｍのＯ_２を供給し、表１の圧力になるように導入したＨＭＤＳＯの流量を適宜調整した後、シャッター８を開けて成膜室３にプラズマを導入し、成膜を開始させた。成膜中の第一膜４３に５６０ｎｍのＬＥＤ光を照射し、反射光の時間微分値が最大になったら、シャッターを閉じた。これにより、ＳｉＯ_ｘからなる第一膜４３を成膜した。続けて、流量 １００ｓｃｃｍのＯ_２を供給し、表１の圧力になるように導入したＴｉＣｌ_４との流量を適宜調整した後、シャッター８を開けて、成膜室３にプラズマを導入し、成膜を開始させた。成膜中の第二膜４４に５６０ｎｍのＬＥＤ光を照射し、反射光が極大値になったら、シャッター８を閉じた。これにより、ＴｉＯ_ｙからなる第二膜４４を成膜した。

表１に、作成された反射鏡の膜材料、膜厚、ガス圧、成膜速度をまとめた。
表１中の膜厚は触針段差計（ブルカー社製 Ｄｅｋｔａｋ（登録商標））により測定した。また、表１中の成膜速度は触針段差計により測定した膜厚値と膜厚時間より算出した。

作成された増反射層の成膜速度は、ＳｉＯ_ｘ薄膜が４．７ ｎｍ／ｓｅｃ、ＴｉＯ_ｙ薄膜が３．０ ｎｍ／ｓｅｃであった。これらの成膜速度は真空蒸着法によって成膜した成膜速度より速い。図１の装置の場合、プラズマ密度が１０^１２／ｃｍ^３と高いため、チャンバー内にはＲＦ（高周波）プラズマなどを使用した場合より多くのＳｉイオン、Ｔｉイオン、酸素ラジカルなどの活性種が存在するため、真空蒸着はもとより、ＲＦプラズマなどを用いた場合と比較しても速い成膜速度が得られたと考えられる。

図１の装置は、シャッター８を閉めてプラズマを遮断することにより、速い成膜速度を達成しながら、精度よく膜厚の制御を行うことができる。

図８に、本実施例で製造した増反射膜を備えたミラーの反射率スペクトルの測定結果を示す。図８からわかるように、実施例のミラーは、５６０ｎｍ付近を中心に、可視光領域の大部分でＡｌのみの場合よりも高い反射率を得られた。可視光領域での反射率は約９０％以上であった。

１・・・成膜システム、２・・・プラズマ発生室、３・・・成膜室、８・・・シャッター、１３〜１５・・・材料ガス導入管、１７・・・プラズマ、２１・・・制御部、２２・・・モニタ部

Claims (14)

1. アーク放電直流プラズマを発生するプラズマ発生室と、前記プラズマ発生室から導入された前記プラズマ及び一以上の材料ガスを用いてプラズマＣＶＤにより成膜対象に一以上の膜を形成する成膜室と、前記プラズマ発生室及び前記成膜室の間に配置され、前記プラズマの成膜室へ導入を遮断するシャッターと、前記膜の厚さを検出するモニタ部と、前記モニタ部および前記シャッターを制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記モニタ部の検出結果により、前記膜の厚さが所望の膜厚に達したと判断した場合、前記シャッターに前記プラズマの遮断を指示し、前記プラズマの遮断により成膜を停止させることを特徴とする成膜システム。
2. 請求項２に記載の成膜システムであって、
   前記成膜室は、開口を有し、前記プラズマ発生室は、前記開口に接続され、前記シャッターは前記開口を遮蔽することを特徴とする成膜システム。
3. 請求項２に記載の成膜システムであって、前記シャッターは、前記開口を覆う形状を有する遮蔽部材と、前記遮蔽部材をプラズマ発生室および成膜室の外側からスライドさせて前記開口まで移動させる動作をガイドするガイド部と、前記遮蔽部材を前記ガイド部に沿って移動させる駆動部とを備えることを特徴とする成膜システム。
4. 請求項１又は２に記載の成膜システムであって、
   前記モニタ部は、成膜中の前記膜に、光を照射する光源と、前記膜の反射光を検出する光検出部とを備え、
   前記制御部は、成膜中の前記膜が増反射膜である場合、前記膜の反射率が極大に到達したことを検出することにより前記所望の膜厚に達したと判断することを特徴とする成膜システム。
5. 請求項３に記載の成膜システムであって、
   前記光源は、所定の波長の単色光を前記膜に照射することを特徴とする成膜システム。
6. 請求項１に記載の成膜システムであって、
   前記成膜室は、少なくとも第一および第二の材料ガスをそれぞれ導入するガス導入部をさらに有し、
   前記制御部は、前記ガス導入部の第一および第二材料ガスの導入および停止をそれぞれ制御することを特徴とする成膜システム。
7. 請求項６に記載の成膜システムであって、
   前記制御部は、
   前記ガス導入部を制御して前記第一の材料ガスを前記成膜室に導入した後、前記シャッターを開いて前記プラズマを前記成膜室に導入させて、プラズマＣＶＤにより、第一の膜を前記成膜対象に堆積させ、
   前記モニタ部の検出結果から、前記第一の膜の厚さが所望の膜厚に到達したと判断した場合、前記シャッターを閉じて前記プラズマの前記成膜室への導入を遮断することにより、前記第一の膜の成膜を停止させ、
   前記第一の材料ガスを停止させるとともに、第二の材料ガスを前記成膜室に導入した後、前記シャッターを開いて前記プラズマを前記成膜室に導入させて、プラズマＣＶＤにより、第二の膜を前記成膜対象に堆積させることを特徴とする成膜システム。
8. 請求項７に記載の成膜システムであって、
   前記制御部は、前記モニタ部の検出結果から、前記第二の膜の厚さが所定の膜厚に到達したと判断した場合、前記シャッターを閉じて前記プラズマの前記成膜室への導入を遮断することにより、前記第二の膜の成膜を停止させることを特徴とする成膜システム。
9. 材料ガスと、プラズマ発生室で発生させたアーク放電直流プラズマとを成膜室に導入して、プラズマＣＶＤ法により成膜対象に膜を形成する第一工程と、
   前記膜の厚さをモニタし、所望の膜厚に達した場合には、前記プラズマ発生室から前記成膜室へ導入されている前記プラズマをシャッターで遮断することにより成膜を停止させる第二工程とを有することを特徴とする薄膜製造方法。
10. 請求項９に記載の薄膜製造方法であって、
    前記第二工程の後に、前記材料ガスを停止させ、第二の導入ガスを前記成膜室に導入し、前記シャッターを開いて前記成膜室に前記プラズマを導入して、プラズマＣＶＤ法により前記成膜対象に第二の膜を形成する第三工程と、
    前記第二の膜の厚さをモニタし、所望の膜厚に達した場合には、前記プラズマ発生室から前記成膜室へ導入されている前記プラズマを前記シャッターで遮断することにより成膜を停止させる第四工程とを有することを特徴とする薄膜製造方法。
11. 請求項９または１０に記載の薄膜製造方法であって、
    前記成膜室は開口を有し、前記プラズマは前記開口から前記成膜室に導入され、前記シャッターは前記開口を遮蔽することを特徴とする薄膜製造方法。
12. 請求項１１に記載の薄膜製造方法であって、
    前記膜が増反射膜である場合、形成中の前記膜に光を照射して、前記膜の反射光を検出し、反射光が極大に到達した場合、前記所望の膜厚に達したと判断することを特徴とする薄膜製造方法。
13. 請求項１２に記載の薄膜製造方法であって、
    前記光は、所定の波長の単色光であることを特徴とする薄膜製造方法。
14. 請求項９ないし１３のいずれかひとつに記載の薄膜製造方法により製造された薄膜を備えた物品。
    
    

Images