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METHOD FOR PRODUCING THIN FILM IN WHICH COMPOSITION RATIO IS CONTINUOUSLY CHANGED IN THICKNESS DIRECTION

Patent code P130010150
File No. H23-018
Posted date Dec 13, 2013
Application number P2012-087038
Publication number P2013-216933A
Patent number P5688664
Date of filing Apr 6, 2012
Date of publication of application Oct 24, 2013
Date of registration Feb 6, 2015
Inventor
  • (In Japanese)諸橋 信一
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人山口大学
Title METHOD FOR PRODUCING THIN FILM IN WHICH COMPOSITION RATIO IS CONTINUOUSLY CHANGED IN THICKNESS DIRECTION
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a thin film, capable of easily preparing a thin film in which the composition changes in the thickness direction such as a rugate filter.
SOLUTION: A method for producing a thin film having an inclined type composition in which the composition continuously changes in the thickness direction on the substrate includes: using a magnetic flux distribution variable-type facing target sputtering apparatus in which a pair of target holders are provided facing each other, a Ti target and a Si target each composed of different materials are arranged in each target holder, a loop of a magnetic flux line can be formed, respectively, on each target, and magnetic flux lines can be formed also between both targets; and carrying out sputtering while continuously changing the strength ratio of the loop-shaped magnetic flux lines to be formed on each target facing each other and the magnetic flux lines to be formed between both the targets.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

従来、膜厚方向に組成の異なる薄膜は波長分割多重通信用や光学フィルターとして用いられている。これらは光通信容量の飛躍的な増大に対応する波長分割多重通信の用途や、蛍光分析装置の光学フィルターとして遺伝子解析等に用いられている。

従来、かかる目的で高屈析率層と低屈析率層の2種類の層を重ね合わせて構成するのが一般的であったが、誘電体多層フィルターは、波長多重数の増大を実現するために、より狭いバンド幅や温度変化に対する安定性などに難があった。また、光学フィルターとしても、阻止帯或以外で分光特性に不要な振動(リップル)が発生するので、これを低減するため、ローパスまたはハイパスフィルターを光学フィルターに重ねて用いる必要があった。特に、遺伝子解析等の重要な分析手段である蛍光分析装置の性能は、特定の波長の光のみを反射させ、それ以外の波長の光を透過させる光学フィルターの性能に依存し、これまでの光学フィルターでは遺伝子解析には不十分であった。

これらの欠点を解消する方式として、傾斜型組成薄膜よりなるフィルター、すなわちルゲートフィルターが提案されている。ルゲートフィルターは、薄膜の膜厚方向に連続的に且つ周期的に組成を変化させることにより、屈析率や電気抵抗が連続的に変化した薄膜層よりなるフィルターで、従来型のフィルターでは得られなかった特性を有する光分波能を有する。

ルゲートフィルターの製造方法としては、屈析率の異なる2種類の材料を連続的に組成を変化させながら、混合し薄膜状に基板等に堆積させることにより、両材料の中間の屈析率や電気抵抗が連続的に変化した薄膜とすることができる。

かかるルゲートフィルターとしては従来型の薄膜製造技術を改良したCVD法やスパッタ法が提案されているが、いずれも設計値に従って屈析率を連続的に、且つ高精度で制御することが困難であり、且つ装置も複雑となり高価であった。

たとえばスパッタ法において、スパッタリング中に2種の反応ガス例えば酸素と窒素などを用いて、その組成を変化させる方法(特許文献1)等は、ターゲットとなる金属成分は変えられず、ただ化合物が酸化物や窒化物となるに止まる。また、複数のターゲットを用いる方法もあり、基板を移動(回転)させて、それぞれの材料を所定時間堆積させる方法(特許文献2)は、材料の十分な混合が得られない。また、2種類の材料を同時に放電している2種類のスパッタリングターゲットへの投入パワーを変更し、混合比を変える方法(非特許文献1、非特許文献2)等では、低パワーとなるターゲットの放電維持が困難となる。また改良手段として両ターゲットに投入するパワーは一定に保って、各ターゲットに遮蔽マスクを設け、その開口部を変化させるという技術の提案もなされている(非特許文献2)。これらは、すでに述べた通り、制御に難性があるばかりでなく、マグネトロンスパッタを用いるためにγ電子や反跳アルゴンガス等により、薄膜がダメージを受け、層間の界面の乱れが大きくなり光学フィルターとしての性能が大きく損なわれる惧れがある。

そこで、より安価で、しかもダメージなく容易に精度よく傾斜型組成薄膜を製造する手段が求められていた。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、スパッタ法により、膜厚方向に連続的に組成比が変化した薄膜(これを傾斜型組成薄膜という)の製造方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
一対のターゲットホルダーが対向して設けられ、各ターゲットホルダーには、それぞれ異なる材料よりなるターゲットが配置され、各ターゲット上にはそれぞれ磁束線のループを形成可能であり、且つ両ターゲット間にも磁束線形成可能である磁束分布可変型対向スパッタ装置を用い、各対向するターゲット上に形成されるループ状の磁束線及び両ターゲット間に形成される磁束線の強度割合を連続的に変化させつつスパッタリングする、基板上において厚さ方向に組成が連続的に変化した傾斜型組成薄膜の製造方法であって、
ターゲットが配置されたターゲットホルダーの一対が、前記ターゲット同士が対向するように配置され、各々の前記ターゲットホルダーの前記ターゲットの配置とは反対の裏面側には、それぞれ隣り合う磁極要素同士の磁極方向が交互に異なるように、前記磁極要素として永久磁石又は電磁石のいずれかが複数配置され、あるいは永久磁石と電磁石が組合わされて複数配置された磁束分布可変型対向スパッタ装置を用い、前記各々のターゲットホルダーの前記裏面側に配置された前記永久磁石の一部を連続的に移動させ、または前記電磁石へ供給する電流量を任意の電磁石について連続的に変化させることにより、各対向するターゲット上に形成されるループ状の磁束線及び両ターゲット間に形成される磁束線の強度割合を連続的に変化させつつスパッタリングを行うことを特徴とする傾斜型組成薄膜の製造方法

【請求項2】
 
前記各々のターゲットホルダーの前記裏面側に配置された前記永久磁石の一部を非対称に連続的に移動させ、または前記電磁石へ供給する電流量を任意の電磁石について非対称に連続的に変化させることにより、各対向するターゲット上に形成されるループ状の磁束線強度割合を非対称に連続的に変化させながら、かつ両ターゲット間に形成される磁束線強度割合を連続的に変化させながらスパッタリングを行う請求項1記載の傾斜型組成薄膜の製造方法。

【請求項3】
 
各対向するターゲット上に形成されるループ状の磁束線及び両ターゲット間に形成される磁束線の強度割合の変化を複数回周期的に行うことを特徴とする請求項1又は2記載の傾斜型組成薄膜の製造方法。

【請求項4】
 
一対のターゲットのうち、一方がチタン又はチタン酸化物であり他方がシリコン又はシリコン酸化物である請求項1乃至3のいずれかに記載の傾斜型組成薄膜の製造方法。

【請求項5】
 
それぞれのターゲットホルダーに印加する電力を異なる割合で変化させることを合せ行うことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の傾斜型組成薄膜の製造方法。

【請求項6】
 
前記各ターゲットホルダーには、それぞれ独立して電源が設けられる請求項1乃至5のいずれかに記載の傾斜型組成薄膜の製造方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2012087038thum.jpg
State of application right Registered
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