(57)【要約】【課題】レーザ光源を用いた成膜装置においても、レーザ出力の変動が少なく、均質な特性を持つ膜を形成することができる成膜装置を提供することを目的としている。【解決手段】成膜装置１は、成膜室２と、成膜室２内にレーザ光３を出射するレーザ光源４と、レーザ光源４を回転させる回転機構５と、レーザ光源４の回転を制御する制御部６と、レーザ光３のレーザ出力を調整する偏光素子７と、で構成されている。この成膜室２内には、被膜が形成される被成膜体８と、蒸着材１０が充填された複数の容器１１ｖが収納された蒸発源１１と、成膜膜厚を計測する計測器１３とが設置されている。これにより、調整されたレーザ光３ｋのエネルギーを迅速かつ正確に制御することができ、蒸着材の飛散量を高精度に制御することが可能となり、密度の均一な膜が形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被成膜体に膜を蒸着形成する成膜室と、
前記成膜室内に供給する蒸着材を収納する蒸着材収納部と、
前記蒸着材にレーザ光を照射して、前記蒸着材を蒸発させるレーザ光源と、
前記レーザ光の出力を調整する偏光素子と、を備え、
前記レーザ光の偏光方向と前記偏光素子の偏光透過軸とのなす角度を変更することにより、前記レーザ光の出力を調整することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記レーザ光源を前記レーザ光を軸として回転させることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記偏光素子を前記レーザ光を軸として回転させることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記偏光素子が２つの偏光素子で構成され、前記レーザ光源側の前記偏光素子を前記レーザ光を軸として回転させることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記蒸着材に照射される前記レーザ光の偏光方向が、前記蒸着材の溶融面に対してＰ波となるように設定されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記蒸着材に照射される前記レーザ光の入射角が、前記蒸着材の溶融面に対してブリュスター角となるように設定されていることを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
【請求項７】
前記レーザ光を走査する走査用反射鏡が備えられ、前記走査用反射鏡により前記レーザ光が前記蒸着材に均一に照射されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被成膜体に膜を蒸着形成するための成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
膜を蒸着形成する成膜技術は、近年広く普及したデジタル機器と関わりの深い技術である。例えば、スマートフォンのタッチパネルには、指先の動きを感知できるよう、電気抵抗、もしくは、静電容量の変化を検知するためのＩＴＯ膜（Ｉｎ２Ｏ３，ＳｎＯ２：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）が形成されている。また、デジタルカメラなどの光学系を構成する光学レンズや光学ミラーには、撮影した像の光量を受光素子まで低下させないように、反射防止膜や高反射膜が形成されている。
【０００３】
これらの膜を蒸着形成するために用いられる主な成膜手法は、真空中の容器内で材料を加熱して「蒸気化」させ、基板に「付着」させることで膜を形成する蒸着技術である。材料にエネルギーを供給する方法としては、抵抗加熱による方法や、電子銃による加熱方法などが知られている。加熱源から投入されたエネルギーを熱として利用するため、別名、熱蒸着とも呼ばれる。
【０００４】
抵抗加熱法は、電流が抵抗体を流れる際に発生するジュール熱を利用して加熱する方法であり、坩堝内の材料にフィラメントを通して熱エネルギーを供給する方法や、容器自体が発熱体となって、充填された材料にエネルギーを供給する方法がある。抵抗加熱を利用した装置は、構造が簡単で安価であるため、研究用途や試験用途に広く普及している。一方、投入できるエネルギーが低いため、高成膜速度での蒸着が困難という問題がある。
【０００５】
電子銃による加熱法は、加熱されたフィラメントから熱電子を取り出し、電位差により電子を加速させて、材料に衝突させて加熱する方法である。飛散した蒸着材によりフィラメントが汚染されることを防ぐため、磁場により電子を１８０度、もしくは、２７０度偏向させる対策が施されている。非常に高いエネルギーを持つ状態にまで電子を加速することができるだけでなく、材料を直接加熱することができることから、抵抗加熱法に比べて汚染の少ない膜を得ることができる。現在では、工業用途に最も普及した加熱法である。一方、原材料として用いた物質の組成比と、基板に形成された膜の組成比が異なる問題も指摘されている。
【０００６】
これらの成膜方法の問題点を解決する方法として、特許文献１の成膜装置では、成膜室１０の外部にレーザビームを発する光源２２が設けられている。この光源２２からのレーザビームは光導入窓１４を通り、蒸着材料１６に照射される。レーザビームの照射により、蒸着材料１６が気化され、基板３０に膜が形成される。この成膜装置においては、光センサでレーザビーム強度を検知し、光源の出力の調整を行っている。これにより、気化された蒸着材料は組成比が変化しないため、緻密な薄膜、歪みや欠陥の少ない均質な薄膜を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２１１３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のレーザビームを用いた成膜装置においては、レーザビームを発するレーザ光源は、励起源からレーザ媒質に光エネルギーもしくは電気エネルギーを供給して、レーザ光を取り出す。例えば、ＣＯ２レーザであれば、共振器内に炭酸ガス（ＣＯ２ガス）が充填されており、電極からの放電で発生した電子が衝突することでＣＯ２分子を励起し、自然放出した光を起点として誘導放出でレーザ光が発生する。しかしながら、レーザ光源においては、入力電流を制御することで光量もしくは放電量を調整してレーザ出力を制御するが、外気温、冷却水温度、充填されたガスの状態等の変動によって、レーザ出力の特性にばらつきが生じる。例えば、入力電流に対するレーザ光の出力特性（図１６に示す。）において、入力電流が同じであっても、レーザ出力には幅があるため、目標とするレーザ出力を得るためには、その変化量を確認しながら入力電流を調整する必要があり、このため、応答性が遅くなる。また、図１７に示すように、レーザ出力と時間との関係においても、従来のレーザ光源では、レーザ出力を調整した場合、共振器内におけるガスの状態や温度が変動するため、しばらくはレーザ出力が変動を繰り返す不安定な挙動が発生する。このため、レーザ出力を正確に制御することができないといった問題があった。
【０００９】
このように、従来の成膜装置においては、レーザ光源の発振特性にばらつきがあり、レーザ出力を正確かつ迅速に制御することができなかった。このため、蒸着材の飛散量が変動してしまい、形成された膜の密度が一定ではなくなるため、屈折率が不均質な膜が形成されていた。また、光学膜における光学特性は、屈折率と物理膜厚の積で求まる光学膜厚に依存するため、設計通りの特性を持つ膜を作製することができなかった。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、レーザ光源を用いた成膜装置においても、レーザ出力の変動が少なく、均質な特性を持つ膜を形成することができる成膜装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の成膜装置は、被成膜体に膜を蒸着形成する成膜室と、前記成膜室内に供給する蒸着材を収納する蒸着材収納部と、前記蒸着材料にレーザ光を照射して、前記蒸着材を蒸発させるレーザ光源と、前記レーザ光の出力を調整する偏光素子と、を備え、前記レーザ光源の偏光方向と前記偏光素子の偏光透過軸とのなす角度を変更することにより、前記レーザ光の出力を調整することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の成膜装置によれば、レーザ光源からのレーザ出力を偏光素子を利用して調整することにより、蒸着材に印加されるレーザ光のエネルギーを迅速かつ正確に制御することができ、蒸着材の飛散量を高精度に制御することが可能となり、密度の均一な膜が形成されることで、設計通りの光学特性を有する膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１に係る成膜装置を示す概略構成図である。
【図２】実施の形態１に係る成膜装置におけるレーザ光源と偏光素子との関係を示す図である。
【図３】ワイヤグリッド偏光子を通過するレーザ光の偏光状態を示す図である。
【図４】偏光ビームスプリッタにより反射及び透過されるレーザ光の偏光状態を示す図である。
【図５】実施の形態１に係る成膜装置を用いて作製された反射防止膜の反射率の波長特性の例を示す図である。
【図６】実施の形態２に係る成膜装置を示す概略構成図である。
【図７】Ｇｅ表面における波長と反射率との関係を示す図である。
【図８】実施の形態３に係る成膜装置を示す概略構成図である。
【図９】ＳｉＯ２表面における入射角と反射率との関係を示す図である。
【図１０】実施の形態４に係る成膜装置を示す概略構成図である。
【図１１】実施の形態４に係る成膜装置におけるレーザ光源と偏光素子との関係を示す図である。
【図１２】実施の形態５に係る成膜装置を示す概略構成図である。
【図１３】実施の形態５に係る成膜装置に使用される走査用反射鏡の概略構成図である。
【図１４】図１３の走査用反射鏡により蒸着材料にレーザ光を照射する様子を示す図である。
【図１５】リングモードのレーザ光におけるエネルギーの面内分布を示す図である。
【図１６】入力電流に対するレーザ出力の特性を示す図である。
【図１７】レーザ出力と時間との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態に係る成膜装置について、図１〜図１５を参照して説明する。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る成膜装置を示す概略構成図であり、図２は、実施の形態１に係る成膜装置におけるレーザ光源と偏光素子との関係を示す図である。図３は、ワイヤグリッド偏光子を通過するレーザ光の偏光状態を示す図、図４は、偏光ビームスプリッタにより反射及び透過されるレーザ光の偏光状態を示す図である。また、図５は、この成膜装置を用いて作製された反射防止膜の反射率の波長特性の例を示す図である。
【００１６】
図１に示すように、成膜装置１は、真空状態にされる成膜室２と、成膜室２内にレーザ光３を出射するレーザ光源４と、レーザ光源４を回転させる回転機構５と、レーザ光源４の回転を制御する制御部６と、レーザ光源４からのレーザ光３のレーザ出力を調整する偏光素子７と、で構成されている。この成膜室２内には、表面に被膜が形成される被成膜体８と、この被成膜体８を保持するとともに回転させる保持機構９と、蒸着材１０が充填された複数の容器１１ｖが収納され回転可能な蒸着材収納部である蒸発源１１と、被成膜体８と蒸発源１１との間に開閉可能に設けられた遮蔽板１２と、蒸着材１０による成膜膜厚を計測する計測器１３とが設置されている。なお、レーザ光３は、成膜室２に設けられたレーザ光３の波長λに対して透明な窓１４を通して、成膜室２内に導入され、蒸着材１０を溶融蒸発させるために照射される。
【００１７】
次に、実施の形態１に係る成膜装置の動作及び効果について図１から図５を参照して説明する。成膜の手順としては、まず、大気を導入して成膜室２を開放し、蒸発源１１の所定の容器１１ｖに成膜する材料の蒸着材１０を充填する。ここで、容器１１ｖとしては、例えば、坩堝を使用することができる。保持機構９には、準備した被成膜体８を設置する。準備が完了したら、成膜室２を排気する。成膜時の一般的な圧力は、１０−３〜１０−５Ｐａ程度であるが、蒸着材１０の種類や目的とする膜の性質に応じて、圧力を選択する。同時に、加熱源として用いるレーザ光源４の暖気運転を行い、安定したレーザ出力が得られる状態にする。
【００１８】
成膜室２の圧力が目標値に達した後、レーザ光３が蒸着材１０に照射されて、そのエネルギーを吸収して、蒸着材１０が溶融される、その後、気化（もしくは昇華）され、気体へと変化する。気化が安定するまでは、飛散量の変動や飛沫が発生するので、蒸発源１１と被成膜体８との間に設けられた遮蔽板１２を閉じておく。
【００１９】
レーザ出力が安定し、さらに蒸着材１０の気化が安定した状態で、成膜を開始する。遮蔽板１２を開けると、気化した蒸着材１０は、対向して設置された被成膜体８に向かって飛散され、被成膜体８の表面で衝突して被膜が形成される。この際、保持機構９をその中心軸９ｃに対して回転させることで、回転方向に対する被膜の膜厚の均一化が図られる。計測器１３により目標とする膜厚が得られたら、遮蔽板１２を閉じ、蒸発源１１をその中心軸１１ｃに対して回転させ、他の容器１１ｖに入れられた新たな蒸着材１０を選択し、同様にして、次の層の被膜を形成する。成膜終了後、成膜室２を大気開放して被成膜体８を取り出す。被膜の成膜速度の調整は、蒸着材１０へ照射されるレーザ光３のエネルギー（光量）を制御することによって行う。
【００２０】
図２に、本実施の形態での成膜装置１におけるレーザ光源４と偏光素子７との関係を示す。偏光素子は、特定方向に偏光した光のみを透過させる光学素子である。なお、図中の両端矢印は偏光方向を示す。例えば、図３に示すワイヤグリッド型偏光子２０では、入射された光２１のワイヤグリッド方向２０ｗに偏光した成分の光が吸収され、ワイヤグリッド方向２０ｗと垂直に偏光した光２１ｋが透過される。また、図４に示す偏光ビームスプリッタ型偏光子３０では、入射された光３１の電場の振動方向が入射面に垂直な偏光成分を持つＳ偏光（Ｓ波）３２ｍが反射され、電場の振動方向が入射面に平行な偏光成分を持つＰ偏光（Ｐ波）３２ｋの光が透過される。ここでは、直線偏光のレーザ光３を出力するレーザ光源４と、偏光素子７としてワイヤグリッド型偏光子７を用いた成膜装置１を例として、図２を参照して説明する。偏光素子７の偏光透過軸７ｐ（ワイヤグリッド方向と垂直である。）を基準として、レーザ光源４本体を回転させ、レーザ光３の偏光方向３ｈを偏光素子７の偏光透過軸７ｐに対して角度θだけ回転させた場合、偏光素子７を透過した後のレーザ光３ｋにおける電場ＥＴは、
ＥＴ＝χＥ０ｃｏｓθ                                      （１）
と表される。ここで、Ｅ０はレーザ光源４から出射されたレーザ光３の電場、χは偏光素子７の性能に依存する定数である。レーザ光３のエネルギーは電場の２乗に比例するため、偏光素子７を透過した後のレーザ光３のエネルギーＩＴは、
ＩＴ＝χ２Ｉ０ｃｏｓ２θ                                    （２）
となる。ここで、Ｉ０はレーザ光源４から出射されたレーザ光３のエネルギーである。
【００２１】
このことから、レーザ光３の偏光方向３ｈと偏光素子７の偏光透過軸７ｐとがなす角度θを調整することで、レーザ光３のエネルギーを制御することができる。レーザ光源４の本体のレーザ出力を調整する必要がないため、レーザ出力が不安定になる問題が発生することはない。
【００２２】
制御部６では、計測器１３により計測された膜厚値に基づいて、実時間で膜の成膜速度を算出する。精度よく成膜される膜厚を制御するために、一秒あたりにおける膜厚の増加量が成膜速度として採用されることが好ましい。成膜速度が目標値を下回る場合には、レーザ光３の偏光方向３ｈが、偏光素子７の偏光透過軸７ｐと一致する方向へレーザ光源４の本体を回転させ、その角度θを小さくする。例えば、角度θを４５度から４０度へ小さくすることで、式（２）から、レーザ光３のエネルギーは、約１．２倍となる。一方、成膜速度が目標値を上回る場合には、レーザ光３の偏光方向３ｈが、偏光素子７の偏光透過軸７ｐとの角度θが９０度となる方向へ動作させ、角度θを大きくする。例えば、角度θを４５度から５０度へ大きくすることで、レーザ光３のエネルギーは、約０．８倍となる。これにより、実時間で成膜速度を算出して、偏光素子７の偏光透過軸７ｐに対するレーザ光３の偏光方向３ｈの角度θを制御すれば、一定の成膜速度で成膜を行うことができる。
【００２３】
図５に、本実施の形態に係る成膜装置と従来の成膜装置とを用い、同一の設計値に対して作製した反射防止膜における反射率Ｒを比較した結果を示す。反射防止膜の膜構成は、ガラス基板（屈折率１．５２）／Ａｌ２Ｏ３膜（アルミナ：屈折率１．６２）／ＺｎＳ膜（硫化亜鉛：屈折率２．２）／ＭｇＦ２膜（フッ化マグネシウム：屈折率１．３８）である。図５から判るように、可視光領域で広い透過領域を有する設計値Ｄに対して、本実施の形態に係る成膜装置で作製した反射防止膜Ａは、ほぼ設計通りの光学特性を有していることが判る。これに対して、従来の成膜装置で作製した反射防止膜Ｂは、透過領域が狭く、また反射率Ｒも大きく、設計値通りの光学特性が得られておらず、性能的に劣っている。
【００２４】
これは、本実施の形態に係る成膜装置１においては、成膜膜厚を計測する計測器１３に基づいて、制御部６により成膜速度を算出し、レーザ光源４の本体を回転させて、偏光素子７の偏光透過軸７ｐとの角度θを制御することによって、蒸着材１０に印加されるレーザ光３のエネルギーを調整することで、安定して目標とする成膜速度を実現することができ、設定通りの成膜時間で成膜が行われている。これに対して、従来の成膜装置においては、レーザ出力を調整しているために、安定した成膜速度を得ることができず、密度が不均一な膜が形成されて、設計と異なる光学特性となっている。
【００２５】
なお、成膜室２には、図示しない真空ポンプなどの排気手段と接続されており、成膜室２内の大気および不要ガスが排気される。成膜室２内を排気することで、成膜室２内に存在するガス分子の膜への取り込みや、ガス分子と衝突することにより蒸気化した蒸着材の運動エネルギーの減少を防ぎ、充填率が高く、耐久性に優れた膜を提供することができる。
【００２６】
また、蒸着材１０には、溶融性及び昇華性の材料があるが、用途に応じて形状・サイズを選択することができる。蒸着材１０を気化させるに当たり、蒸発源１１への蒸着材１０の付着を防止するため、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）など高融点材料で作られた容器（坩堝）１１ｖに蒸着材１０を充填し、その容器１１ｖを蒸発源１１に設置してもよい。
【００２７】
また、蒸発源１１には、前述の坩堝と同様に高融点材料を用いて、蒸着材１０から伝達される熱に対する耐久性を確保する。もしくは、熱伝導性に優れた材料を用いて水冷することで、蒸発源の温度を一定に保つことができる。蒸発源１１の上部には、上述したように蒸着材１０を充填する容器１１ｖを収納する箇所を複数個形成しておき、移動・回転などの動作により照射位置へ移動させる機構を備えておく。これにより、薄膜の多層膜や厚膜を形成することができる。
【００２８】
また、被成膜体８には、用途・目的に応じて選択した基板を用いることができる。例えば、スマートフォン向けタッチパネルであれば、長方形に整形されたガラス基板を用いる。また、デジタルカメラ用の光学レンズであれば、射出成形された樹脂レンズを用いればよい。一般的に光学用途の基板では、表面が鏡面に加工されており、光の拡散が防止される。
【００２９】
また、保持機構９は、一般的に、平面状、もしくは、ドーム状の円盤が中心軸９ｃで上部から支えられた構造をしており、回転運動する機構を備えている。円盤には、複数の開口部が形成されており、開口部に被成膜体８を配置することで、蒸発源１１から気化された蒸着材１０を成膜させる。被成膜体８を固定する方法としては、被成膜体８と開口部のギャップを補う治具を用いる方法や、被成膜体８を側面や裏面から吸着して固定する方法などがある。
【００３０】
また、成膜膜厚を計測する計測器１３には、成膜した膜の質量により共振振動数が変化することを検出する水晶式膜厚計や、成膜した膜の干渉による反射・透過光量の変化を監視する光学式膜厚計を用いることができる。その他、蒸着材１０の飛散量により成膜膜厚を計測する計測器１３として、放射線膜厚計や赤外線膜厚計などがある。
【００３１】
また、レーザ光源４としては、固体レーザや半導体レーザ、ガスレーザなど、種々のものを使用することができ、使用する蒸着材１０に応じて選択することができる。レーザ光源４の発振方式には、断続的に発振するパルス方式と、連続的にレーザ光を発振するＣＷ方式があるが、蒸着材１０の飛散量を一定にするためには、ＣＷレーザを用いることが好ましい。レーザ光源４には、レーザ光３の進行方向に垂直な面内で回転可能な回転機構５が備えられている。
【００３２】
このように、実施の形態１に係る成膜装置では、レーザ光源からのレーザ出力が偏光素子を利用して調整されることにより、蒸着材に印加されるレーザ光のエネルギーを迅速かつ正確に制御することができ、蒸着材の飛散量を高精度に制御することが可能となり、密度の均一な膜が形成されることで、設計通りの光学特性を有する膜を得ることができるという顕著な効果を有する。
【００３３】
実施の形態２．
図６は、実施の形態２に係る成膜装置を示す概略構成図であり、図７は、Ｇｅ表面における波長λと反射率Ｒとの関係を示す図である。
実施の形態２に係る成膜装置においては、図６に示すように、蒸着材１０に照射されるレーザ光３ｋの偏光方向が蒸着材１０のＰ波に一致する（レーザ光３ｋの電場の振動方向が紙面に平行である。）ように、偏光素子７の偏光透過軸７ｐ（図示せず。）が設定されている点を除いて、実施の形態１の図１と同様であるので、他の構成要素については説明を省略する。
【００３４】
次に、実施の形態２に係る成膜装置の動作及び効果について、図６及び図７を参照して説明する。一般的に、光が物体に入射する場合、光の偏光成分が物体の界面（表面）においてＳ波に相当するか、Ｐ波に相当するかによって反射率Ｒがそれぞれ異なる。また、材料によっても反射率Ｒが異なる。図７に、例として、Ｇｅ（ゲルマニウム）表面における反射率Ｒの波長λ依存性を示す。波長１．８μｍ以下においては、Ｇｅは非透過性を有するため、反射される光以外は、Ｇｅによって吸収される。図７から判るように、Ｐ波の反射率Ｒは、Ｓ波に対して約１／２倍である。
【００３５】
表１に、Ｇｅ表面に対してＹＡＧレーザ光（波長１．０６４μｍ）を照射する場合におけるレーザ光のエネルギーと偏光成分との関係を示す。蒸着材１０に対して同量の吸収エネルギー（５０とする。）を印加する場合、吸収率の違いからレーザ光３を蒸着材１０の溶融面（表面）に対して、Ｐ波で照射する場合には、必要なレーザ出力は６７であり、Ｓ波で照射する場合には、必要とされるレーザ出力は１０４となる。したがって、Ｐ波を用いる場合は、Ｓ波を用いた場合に比べて、必要とされるレーザ出力を約２／３に抑えることができる。また、反射されるエネルギーを約１／３程度に低減することができるため、成膜室２内の壁面や保持機構９の温度変化が抑制され、成膜への影響も低減することができる。
【表１】
2014133907.tif 000003
【００３６】
したがって、蒸着材１０の界面でのレーザ光３の反射量を減らすことで、成膜室２内の温度変化が抑制され、成膜時の膜質への影響や膜厚の変動が抑えられるとともに、成膜に必要なレーザ光源のエネルギーを効率よく利用することができ、電力消費を減らすことができる。
【００３７】
このように、実施の形態２に係る成膜装置では、蒸着材に印加されるレーザ光の偏光方向が蒸着材のＰ波に相当するように設定されているとともに、レーザ光源からのレーザ出力が偏光素子を利用して調整されることにより、蒸着材に照射されるエネルギーを迅速かつ正確に制御することができ、蒸着材の飛散量を高精度に制御することが可能となり、密度の均一な膜が形成されることで、設計通りの光学特性を有する膜を得ることができるだけでなく、レーザ光源のエネルギーを効率よく利用することで、電力消費を減らすことができるという顕著な効果を有する。
【００３８】
実施の形態３．
図８は、実施の形態３に係る成膜装置を示す概略構成図であり、図９は、ＳｉＯ２表面における入射角αと反射率Ｒとの関係を示す図である。
実施の形態３に係る成膜装置において、図６に示す実施の形態２に係る成膜装置との違いは、蒸着材１０に照射されるレーザ光３ｋの偏光方向が、蒸着材１０のＰ波に一致する（レーザ光３ｋの電場の振動方向が紙面に平行である。）ように、偏光素子７の偏光透過軸７ｐ（図示せず。）が設定されているとともに、さらに、レーザ光３の蒸着材１０に対する入射角αがブリュスター角αＢとなっている点である。他の構成要素については、実施の形態２の図６と同様であるので、説明を省略する。
【００３９】
次に、実施の形態３に係る成膜装置の動作及び効果について、図８及び図９を参照して説明する。上述したように、一般的に、光が物体に入射する場合、光の偏光方向と入射面における入射角αに依存して反射率Ｒが異なる。また、材料によっても反射率Ｒが異なる。図８に、例として、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）表面における、波長１０．６μｍでの反射率Ｒの入射角αに対する依存性を示す。波長１０．６μｍにおいては、ＳｉＯ２は非透過性を有するため、反射される光以外は吸収される。図９から判るように、入射角αが増加するにつれて、Ｓ波の反射率Ｒが単調増加するのに対し、Ｐ波の反射率αは一度極小値となってから、その後１００％へ向かって増加する。ここで、Ｐ波の反射率Ｒが極小値となる入射角αが、ブリュスター角αＢ（Ｂｒｅｗｓｔｅｒ  ａｎｇｌｅ）である。
【００４０】
表２に、ブリュスター角αＢにおいて、ＳｉＯ２表面に対してＣＯ２レーザ光（炭酸ガスレーザ：波長１０．６μｍ）を照射した場合におけるレーザ光のエネルギーと偏光成分との関係を示す。蒸着材１０に対して同量の吸収エネルギー（５０とする。）を印加する場合、吸収率の違いからレーザ光３を蒸着材１０の溶融面に対して、Ｐ波かつブリュスター角Ｂａで照射する場合には、必要とされるレーザ出力は５０であり、Ｓ波で照射する場合には、必要とされるレーザ出力は８７となる。したがって、Ｐ波を用いた場合は、Ｓ波を用いた場合に比べて、必要なレーザ出力を約２／３に抑えることができる。また、Ｐ波の場合、入射角αをブリュスター角αＢとすることで反射するレーザ光がなくなり、成膜室２内の壁面や保持機構９の温度変化が生じる原因が除去され、成膜への影響をなくすことができる。また、Ｓ波でレーザ光３を照射する場合に比べ、必要なレーザ出力を約２／３に抑えることができる。
【表２】
2014133907.tif 000004
【００４１】
このように、実施の形態３に係る成膜装置では、蒸着材に印加されるレーザ光の偏光方向が蒸着材のＰ波に相当するように、また、入射角がブリュスター角となるように設定されているとともに、レーザ光源からのレーザ出力が偏光素子を利用して調整されることにより、蒸着材に照射されるエネルギーを迅速かつ正確に制御することができ、蒸着材の飛散量を高精度に制御することが可能となり、密度の均一な膜が形成されることで、設計通りの光学特性を有する膜を得ることができるだけでなく、さらに、レーザ光源のエネルギーを効率よく利用することで、電力消費を減らすことができるという顕著な効果を有する。
【００４２】
実施の形態４．
図１０は、実施の形態４に係る成膜装置を示す概略構成図であり、図１１は、実施の形態４に係る成膜装置におけるレーザ光源と偏光素子の関係を示す図である。
実施の形態４に係る成膜装置において、図１に示す実施の形態１に係る成膜装置との違いは、レーザ光源４を回転させずに、回転可能な第二の偏光素子１５が新たに追加されて設けられている点である。他の構成要素については、実施の形態１の図１と同様であるので、説明を省略する。
【００４３】
次に、実施の形態４に係る成膜装置の動作及び効果について、図１０及び図１１を参照して説明する。ここでは、第二の偏光素子１５としては、偏光素子７と同様、ワイヤグリッド型偏光子を用いている。レーザ光３の偏光方向３ｈを基準として、第二の偏光素子１５の偏光透過軸１５ｐが角度θ、偏光素子７の偏光透過軸７ｐが角度δである場合、第二の偏光素子１５及び偏光素子７を通過した後のレーザ光３ｋの偏光方向における電場ＥＴ２は、
ＥＴ２＝χ１χ２Ｅ０ｃｏｓθ・ｃｏｓ（δ―θ）                （３）
と表される。ここで、Ｅ０はレーザ光源４から出射されたレーザ光３の電場、χ１は第二の偏光素子１５の性能に依存する定数、χ２は偏光素子７の性能に依存する定数である。したがって、第二の偏光素子１５及び偏光素子７を透過した後のレーザ光３ｋのエネルギーＩＴ２は、
ＩＴ２＝（χ１χ２）２Ｉ０ｃｏｓ２θ・ｃｏｓ２（δ―θ）        （４）
となる。ここで、Ｉ０はレーザ光源４から出射されたレーザ光３のエネルギーである。エネルギー損失を最低限に抑えるためには、δ＝０が必要である。つまり、レーザ光源４から出射されたレーザ光３の偏光方向３ｈと偏光素子７の偏光透過軸７ｐと一致させている。これは、実施の形態２あるいは実施の形態３と同様、偏光素子７を透過したレーザ光３ｋの偏光方向が、蒸着材１０の界面に対して、Ｐ波となる偏光方向（レーザ光３ｋの電場の振動方向が紙面に平行である。）となるように合わせられている。この場合、レーザ光のエネルギーＩＴ２は、
ＩＴ２＝（χ１χ２）２Ｉ０ｃｏｓ４θ                            （５）
となる。
【００４４】
したがって、第二の偏光素子１５を回転させて、その偏光透過軸１５ｐの角度θを変更することにより、蒸着材１０に印加されるレーザ光３のエネルギーを調整することが可能であり、安定して目標とする成膜速度を実現することができ、設定通りの成膜時間で成膜することができる。また、レーザ光３のエネルギーを効率よく、利用することができる。
【００４５】
このように、実施の形態４に係る成膜装置では、蒸着材に印加されるレーザ光の偏光方向が蒸着材のＰ波に相当するように設定されているとともに、レーザ光源からのレーザ出力が、第二の偏光素子の偏光透過軸を回転させることによって、レーザ光の透過量が調整されることにより、蒸着材に印加されるレーザ光のエネルギーを迅速かつ正確に制御することができ、蒸着材の飛散量を高精度に制御することが可能となり、密度の均一な膜が形成されることで、設計通りの光学特性を有する膜を得ることができるという顕著な効果を有する。
【００４６】
実施の形態５．
図１２は、実施の形態５に係る成膜装置を示す概略構成図であり、図１３は、実施の形態５に係る成膜装置に使用される走査用反射鏡の概略構成図である。図１４は、図１３の走査用反射鏡により蒸着材にレーザ光を照射する様子を示す図である。
実施の形態５に係る成膜装置においては、図１０に示す実施の形態４に係る成膜装置との違いは、偏光素子７を透過したレーザ光３ｋを走査する走査用反射鏡１６が追加されて設けられている点である。他の構成要素については、実施の形態４の図１０と同様であるので、説明を省略する。
【００４７】
次に、実施の形態５に係る成膜装置の動作及び効果について、図１２から図１４を参照して説明する。図１３に示す走査用反射鏡１６は、レーザ光３ｋを反射させるために片面が鏡面（図１３において、（ａ）が表面で、（ｂ）が裏面である。）に加工された光学部品であり、軸１６ｃを中心として回動され、入射されるレーザ光３ｋを異なる角度に反射させて走査する。これにより、図１４に示すように、レーザ光３ｋが蒸着材１０の表面に均一に照射されることになり、蒸着材１０を均一に加熱することができる。また、最低２枚の走査用反射鏡１６を備えることで、レーザ光３ｋを二次元的に走査することもできる。
【００４８】
通常、蒸着材にレーザ光が照射される場合には、そのビーム径を調整することで、蒸着材における照射範囲が決定される。この際、レーザ光のエネルギーに関して面内分布が存在しないことが理想であるが、実際には面内分布が存在する。一例として、図１５に、リングモードと呼ばれるレーザ光のエネルギー分布を示す（図１５において、（ａ）はエネルギー強度分布を、（ｂ）はその平面分布を示す。）。そこで、光学レンズまたは凹面鏡の走査用反射鏡を利用して、レーザ光を集光させれば、上記モードによる面内分布の影響を最小限に抑えることができ、走査用反射鏡により蒸着材上でレーザ光を走査することで、蒸着材を均一に加熱することができる。
【００４９】
このように、実施の形態５に係る成膜装置では、他の実施の形態と同様の機能を有するとともに、レーザ光を走査用反射鏡で走査し、蒸着材に均一に照射させることにより、蒸着材を均一に加熱させ、蒸着材の気化状態を安定させることができ、蒸着材の飛散量の変動を減少させることにより成膜速度を一定に制御することが可能となり、密度の均一な膜が形成されることで、設計通りの光学特性を有する膜を得ることができるという顕著な効果を有する。
【００５０】
なお、上記実施の形態では、レーザ光源のレーザ光が直線偏光である場合について説明したが、円偏光等、他の偏光である場合には、レーザ光源の前に偏光素子を追加することにより、上記実施の形態と同様の効果を奏する。
【００５１】
また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【００５２】
また、図において、同一符号は、同一または相当部分を示す。
【符号の説明】
【００５３】
１  成膜装置、２  成膜室、３，３ｋ  レーザ光、３ｈ  偏光方向、４  レーザ光源、５  回転機構、６  制御部、７  偏光素子、７ｐ  偏光透過軸、８  被成膜体、９  保持機構、１０  蒸着材、１１  蒸発源、１２  遮蔽板、１３  計測器、１４  窓、１５  第二の偏光素子、１６  走査用反射鏡。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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