(57)【要約】【課題】高いイオンビームアシストの効果を引き出すことができる蒸着装置１を提供する。【解決手段】真空容器１０内に設けられた基板ホルダ１２と、基板ホルダ１２に支持された基板１４と、基板１４に対向して設けられた蒸着源３４と、基板１４に対してイオンビームを照射するイオン源３８と、基板１４に対して電子を照射するニュートラライザ４０と、を備える蒸着装置１において、イオン源３８を真空容器１０の側面に配設することにより、イオンビームを基板１４に対して所定角度θを有して入射させることができる蒸着装置１が構成される。蒸着装置１を用いることで光学フィルターの膜質の改善を図ることができる。
2010018639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に回転可能に設けられた基板ホルダと、
前記基板ホルダに支持された基板と、
前記基板に対向して設けられた蒸着手段と、
前記基板に対してイオンを照射するイオン源と、
前記基板に対して電子を照射するニュートラライザと、を備える蒸着装置において、
前記イオン源は、前記基板ホルダの回転する軸線に対して前記イオン源からイオンが照射される軸線が所定角度を有するように取り付けられ、
前記所定角度は、６°以上７０°以下であることを特徴とする蒸着装置。
【請求項２】
前記イオン源は、前記真空容器の側面側に配設されることを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置。
【請求項３】
前記イオン源は、前記基板から前記イオン源までの距離が平均自由行程以下になるように配設されることを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置。
【請求項４】
前記イオン源は、少なくとも取り付け角度が調整可能な支持装置を介して前記真空容器の側面に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置。
【請求項５】
前記ニュートラライザは、前記イオン源と所定距離離間した位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置。
【請求項６】
前記イオン源が、前記基板ホルダの回転方向に沿って複数設けられることを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置。
【請求項７】
真空容器内に設けられた基板ホルダと、
前記基板ホルダに支持された基板と、
前記基板に対向して設けられた蒸着手段と、
前記蒸着手段から蒸発した蒸着物質をイオン化するプラズマを発生するプラズマ源と、を備える蒸着装置において、
前記プラズマ中でイオン化された蒸着物質が照射される軸線と前記基板ホルダの回転する軸線とが、所定角度を有して取り付けられ、
前記所定角度は、６°以上７０°以下であることを特徴とする蒸着装置。
【請求項８】
前記プラズマ源は、前記真空容器の側面側に配設されることを特徴とする請求項７に記載の蒸着装置。
【請求項９】
請求項１又は７に記載の蒸着装置を用いた薄膜デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜の蒸着装置に係り、特に、基板に対してイオン若しくはプラズマを照射するイオン源若しくはプラズマ源を備えた蒸着装置、及び薄膜デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、真空容器内で基板表面に向けて薄膜材料を蒸発させる際に、基板上に堆積した蒸着層にイオンを照射することによって緻密化を行う蒸着装置、すなわち、イオンアシスト蒸着装置が知られている。この蒸着装置によれば、イオン源で比較的低エネルギーのイオンビーム（ガスイオン）を基板に照射すると共に、ニュートラライザによって基板に中和電子（電子）を照射することで、イオンビームによる基板上の電荷の偏りを中和しつつ、イオンビームの運動エネルギーによって緻密な膜を作製することができる（例えば、特許文献１，２）。【０００３】
特許文献１，２に示された技術によれば、図６のように、蒸着源１３４から高屈折物質と低屈折物質とを交互に蒸発、積層させて多層膜からなる反射防止膜を得ることができる。高屈折物質と低屈折物質のそれぞれの成膜の際に、イオン源１３８から照射したアルゴンイオン若しくは酸素イオンによって基板１１４に付着した蒸発物質を緻密化すると共に、ニュートラライザ１４０より照射した中和電子によって基板１１４や基板ホルダなどが帯電することを防いでいる。【０００４】
ところで、特許文献１，２に示された技術では、基板１１４と対向した位置に蒸着源１３４とイオン源１３８が配置されるレイアウトを備えている。このようなレイアウトを有する装置においては、膜厚分布を保つために蒸着源１３４と基板ホルダ（基板１１４）との距離は、基板ホルダの大きさに合わせて一定の比率で変化させる必要がある。そのため、大きな直径を有する基板ホルダを備えた蒸着装置では、蒸着源１３４と基板１１４とを適切な距離に配置すると、基板ホルダとイオン源１３８との距離が離れる配置となるためイオンアシストの効果が低下することがある。【０００５】
一方、基板に向けて蒸発させた蒸発物質を放電プラズマ中でイオン化し、基板に衝突させるイオンプレーティング法が知られている（例えば、特許文献３）。イオンプレーティング法においても、上述のイオンアシスト蒸着の場合と同様に、大きな直径を有する基板ホルダを備えた装置では、蒸着源と基板とを適切な距離に配置すると、基板ホルダとプラズマ源との距離が離れる配置となるため、真空容器の壁面に付着する蒸発物質が多くなるなど成膜の効率が低下する原因となることがある。【０００６】
このような問題を解決するため、蒸着源よりも基板ホルダに近い真空容器の側面位置にイオン源やプラズマ源を取り付けることでイオンアシストの効果、若しくは、イオンプレーティング法による成膜効率が低下することを防止した技術が提案されている（特許文献４参照）。【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１２３３０１号公報
【特許文献２】特開２００７−２４８８２８号公報
【特許文献３】特開平１１−１０６８９９号公報
【特許文献４】特開２００６−０４５６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献４に示された技術によれば、蒸着源よりも基板ホルダに近い真空容器の側面位置にイオン源若しくはプラズマ源を取り付けることでイオンアシストの効果やイオンプレーティングによる成膜効率の低下をある程度防ぐことができる。より詳細には、上記特許文献４に示された技術によれば、イオン源から照射されるイオンビームを、高いエネルギー状態を保ったまま基板に照射することができる。
しかし、より高いイオンアシストの効果を得ることが望まれていた。同様に、プラズマ源を基板に近づけることにより、真空容器の壁面に付着する蒸発物質を低減することができるが、より高い成膜効率を得ることが望まれていた。【０００９】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、イオン源を備える蒸着装置において、より高いイオンアシスト効果を得ることができる蒸着装置を提供することである。
本発明の他の目的は、プラズマ源を備える蒸着装置において、より高い成膜効率を得ることができる蒸着装置を提供することである。
また、本発明の他の目的は、薄膜の製造コストの低減を図りつつ、高性能な薄膜を製造することができる蒸着装置、及び、製造コストが低廉且つ高性能な薄膜の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、基板に対して角度を有して入射させて成膜処理を行うことで、従来よりも高いイオン照射の効果が得られるという新たな知見を得て、本発明を完成させた。【００１１】
すなわち、前記課題は請求項１の蒸着装置によれば、真空容器内に回転可能に設けられた基板ホルダと、前記基板ホルダに支持された基板と、前記基板に対向して設けられた蒸着手段と、前記基板に対してイオンを照射するイオン源と、前記基板に対して電子を照射するニュートラライザと、を備える蒸着装置において、前記イオン源は、前記基板ホルダの回転する軸線に対して前記イオン源からイオンが照射される軸線が所定角度を有するように取り付けられ、前記所定角度は、６°以上７０°以下であることにより解決される。【００１２】
このように、真空容器内に設けられた基板ホルダと、基板ホルダに支持された基板と、基板に対向して設けられた蒸着手段と、基板に対してイオンを照射するイオン源と、基板に対して電子を照射するニュートラライザと、を備える蒸着装置において、イオン源は、基板ホルダの回転する軸線に対してイオン源からイオンが照射される軸線が所定角度を有するように取り付けられ、所定角度は、６°以上７０°以下とすることによって、イオンビームを基板に対して角度を有して入射させることができるため、基板に直角に近い角度でイオンビームが衝突する従来の蒸着装置の場合に比べて、基板表面に対して、剪断方向の応力を作用させることができる。すなわち、蒸着物質に与えるエネルギーが大きく、基板表面に堆積した蒸着物質を移動させて平滑化・緻密化及び薄膜組織を均一化する効果が高い。そのため、より低い電力若しくは短時間で成膜をすることができ、さらに、膜質の改善を図ることができる。【００１３】
具体的には、請求項２のように、前記イオン源は、前記真空容器の側面側に配設されると好適である。
このように、イオン源が真空容器の側面側に配設されることで、イオン源を基板の近くに配設することができるとともに、基板に対するイオンビームの入射角度を大きくすることができ、蒸着物質に与えるエネルギーが大きく、基板表面に堆積した蒸着物質の清浄化や平滑化若しくは薄膜組織の緻密化する効果をさらに高めることができる。すなわち、高いエネルギーを保った状態のイオンビームを基板表面に適切な入射角度で衝突させることができるため、基板表面に成膜された薄膜が緻密、且つ、組成的な均一性が向上すると共に応力的な歪みの低減を図ることができる。すなわち、基板に成膜された薄膜組織の均一性向上を図ることができ、屈折率の変動が少なく、光の吸収係数が低い光学デバイスを製造することができる蒸着装置が得られる。【００１４】
さらに具体的には、請求項３のように、前記イオン源は、前記基板から前記イオン源までの距離が平均自由行程以下になるように配設されると好適である。
このように、イオン源は、前記基板から前記イオン源までの距離が平均自由行程以下になるように配設されることで、大きな直径を有する基板ホルダを備えた蒸着装置であっても、イオン源から放出されるイオンの多くが無衝突状態で基板に到達するため、高い運動エネルギーを有したままのイオンビームを基板に照射することができる。さらに、イオン源を適切な位置に取り付けることができるためイオンアシストの効果が大きく、より低い電力若しくは短時間で成膜をすることができ、さらに、効果的に膜質の改善を図ることができる蒸着装置が得られる。【００１５】
また、請求項４のように、前記イオン源は、少なくとも取り付け角度が調整可能な支持装置を介して前記真空容器の側面に取り付けられると好適である。
このように、イオン源は、取り付け角度を自在に調整できる支持装置を介して真空容器の側面に取り付けられることで、イオンビームのロスを最小限に抑え、成膜領域に対してイオン電流密度が均一な分布となるように調整することができる蒸着装置が得られる。【００１６】
また、請求項５のように、前記ニュートラライザは、前記イオン源と所定距離離間した位置に設けられると好適である。
このように、ニュートラライザをイオン源から所定の距離離間した位置に配設することで、イオン源から照射されたイオンやニュートラライザから照射された電子をロスすることがなく、効率的に成膜を行うことができる蒸着装置を提供することができる。【００１７】
さらに、請求項６のように、前記イオン源が、前記基板ホルダの回転方向に沿って複数設けられると好適である。
このように、基板ホルダは、回転可能に構成され、イオン源が基板ホルダの回転方向に沿って複数設けられることで、基板に照射されるイオンビームの分布を容易に調整することができ、特に、大型の蒸着装置において基板に照射されるイオンビームの分布を容易に調整することができる。【００１８】
前記課題は、請求項７の蒸着装置によれば、真空容器内に設けられた基板ホルダと、前記基板ホルダに支持された基板と、前記基板に対向して設けられた蒸着手段と、前記蒸着手段から蒸発した蒸着物質をイオン化するプラズマを発生するプラズマ源と、を備える蒸着装置において、前記プラズマ中でイオン化された蒸着物質が照射される軸線と前記基板ホルダの回転する軸線とが、所定角度を有して取り付けられ、前記所定角度は、６°以上７０°以下であることにより解決される。【００１９】
このように、真空容器内に設けられた基板ホルダと、真空容器内に設けられた基板ホルダと、基板ホルダに支持された基板と、基板に対向して設けられた蒸着手段と、蒸着手段から蒸発した蒸着物質をイオン化するプラズマを発生するプラズマ源と、を備える蒸着装置において、プラズマ中でイオン化された蒸着物質が照射される軸線と基板ホルダの回転する軸線とが、所定角度を有して取り付けられ、所定角度は、６°以上７０°以下とすることによって、イオン化した蒸着物質を基板に対して角度を有して入射させることができるため、基板に直角に近い角度で蒸着物質を入射させる従来の蒸着装置の場合に比べて、高い成膜効率で成膜を行うことができる蒸着装置を提供することができる。また、イオン化した蒸発物質を、基板に堆積させるとともに堆積した成膜層に対して剪断方向の応力を作用させることで基板表面に堆積した蒸着物質を移動させることができ、平滑化・緻密化又は薄膜組織を均一化する効果が高い。そのため、より低い電力若しくは短時間で成膜をすることができ、さらに、膜質の改善を図ることができる蒸着装置を提供することができる。【００２０】
具体的には、請求項８のように、前記プラズマ源は、前記真空容器の側面側に配設されると好適である。
このように、プラズマ源が真空容器の側面側に配設されることで、プラズマ源を基板の近くに配設することができるとともに、基板に対するイオン化した蒸着物質の入射角度を大きくすることができ、基板表面に堆積した蒸着物質の清浄化や平滑化若しくは薄膜組織の緻密化する効果をさらに高めることができる。すなわち、高いエネルギーを保った状態のイオン化した蒸着物質を基板表面に適切な入射角度で衝突させることができるため、基板表面に成膜された薄膜が緻密、且つ、組成的な均一性が向上すると共に応力的な歪みの低減を図ることができる。すなわち、基板に成膜された薄膜組織の均一性向上を図ることができ、屈折率の変動が少なく、光の吸収係数が低い光学デバイスを製造することができる蒸着装置を提供することができる。【００２１】
前記課題は、請求項９に係る薄膜デバイスの製造方法によれば、請求項１又は７に記載の蒸着装置を使用して作製されることにより解決される。
このように、請求項１又は７に記載の蒸着装置を使用することにより、優れた特性を有する薄膜デバイスを製造することができる。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１及び７に係る蒸着装置によれば、蒸着物質に与えるエネルギーが大きく、基板表面に堆積した蒸着物質を移動させて平滑化・緻密化及び薄膜組織を均一化する効果が高く、効果的に膜質の改善を図ることができる蒸着装置を提供することができる。
請求項２に係る蒸着装置によれば、基板に対するイオンビームの入射角度を適度に保つことができ、基板に成膜された薄膜組織の均一性を効果的に向上することができることができる蒸着装置を提供することができる。
請求項３に係る蒸着装置によれば、高いエネルギーを保った状態のイオンビームを基板表面に衝突させることができるためイオンアシストの効果が大きく、より低い電力若しくは短時間で成膜をすることができ、効果的に膜質の改善を図ることができる蒸着装置を提供することができる。
請求項４に係る蒸着装置によれば、イオンビームのロスを最小限に抑え、成膜領域に対してイオン電流密度が均一な分布となるように調整することができる蒸着装置が得られる。
請求項５に係る蒸着装置によれば、イオン源から照射されたイオンやニュートラライザから照射された電子をロスすることがなく、効率的に成膜を行うことができる蒸着装置を提供することができる。
請求項６に係る蒸着装置によれば、基板に照射されるイオンビームの分布を容易に調整することができる蒸着装置を提供することができる。
請求項８に係る蒸着装置によれば、基板に対するイオン化された蒸着物質の入射角度を適度に保つことができ、基板に成膜された薄膜組織の均一性を効果的に向上することができることができる蒸着装置を提供することができる。
請求項９に係る薄膜デバイスの製造方法によれば、製造コストが比較的低廉でありながら優れた特性を有する薄膜デバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る蒸着装置の概念図である。
【図２】実施例１と比較例１の光学フィルターの透過率を示すグラフである。
【図３】実施例１と比較例１の光学フィルターの透過率＋反射率を示すグラフである。
【図４】実施例２の光学フィルターの透過率＋反射率を示すグラフである。
【図５】実施例２の光学フィルターの取付け角度θと透過率＋反射率の関係を示すグラフである。
【図６】従来の蒸着装置の概念図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  蒸着装置
１０，１００  真空容器
１２  基板ホルダ
１４，１１４  基板
３４，１３４  蒸着源
３４ａ，３８ａ  シャッタ
３８，１３８  イオン源
４０，１４０  ニュートラライザ
４４  アタッチメント
θ  取り付け角度
ｈ  取り付け高さ
ｄ  イオン源から基板ホルダの中心までの距離
Ｔ  透過率
Ｒ  反射率
λ  波長
ｌ  平均自由行程
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する部材，配置等は発明を具体化した一例であって本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。【００２６】
図１は本発明の一実施形態である蒸着装置１の概念図である。蒸着装置１はイオン銃からイオンビーム（ガスイオン）を基板に照射しながら成膜処理が可能なイオンアシスト蒸着装置であり、縦置き円筒状の真空容器１０の内部の上方に基板ホルダ１２が保持されている。真空容器１０内部の下方には、蒸着手段としての蒸着源３４が配設されている。また、イオン源３８及びニュートラライザ４０は真空容器１０内部の側面側に配設されている。
真空容器１０の内側は、図示しない排気手段によって所定の圧力（例えば３×１０―２〜１０−４ Ｐａ程度）に排気される。【００２７】
基板ホルダ１２は、真空容器１０内の上側に、垂直軸回りに回転可能に保持されるドーム状に形成されたステンレス製の部材であり、図示しないモータの出力軸に連結されている。基板ホルダ１２の下面には複数の基板１４が成膜面を下向きにして支持されている。【００２８】
基板１４は、表面に誘電体膜や吸収膜が成膜によって付着される樹脂（例えば、ポリイミド）若しくは石英などの透光性を有する部材である。本実施形態では基板１４として円板状のものを用いているが、形状としてはこれに限定されず、表面に薄膜を形成できるものであれば、例えばレンズ形状、円筒状、円環状といった他の形状でもよい。【００２９】
真空容器１０は、公知の成膜装置で通常用いられるような概ね円筒の形状を有するステンレス製の容器であり接地電位とされている。
真空容器１０には、不図示の排気口が設けられており排気口を介して不図示の真空ポンプが接続されている。また、真空容器１０には、内部にガスを導入するためのガス導入管（不図示）が形成されている。【００３０】
蒸着源３４は、真空容器１０内の下側に配設されていて、電子ビーム加熱方式によって高屈折率物質や低屈折率物質を加熱して基板１４に向けて放出する蒸発手段である。蒸着源３４の上方には、開閉操作可能なシャッタ３４ａが取り付けられている。シャッタ３４ａは不図示のコントローラにより適宜開閉制御される。【００３１】
本実施形態において成膜される光学フィルターは、高屈折率物質と低屈折率物質とを交互に積層させて成膜しているが、一種類若しくは複数種類の蒸発物質からなる光学フィルターの成膜に対しても本発明は適用でき、その場合、蒸着源の数や配置を適宜変更可能である。
なお、本実施形態において作製する光学フィルターの具体例として、短波長透過フィルター（ＳＷＰＦ）と赤外線カットフィルターを挙げているが、これ以外にも、短波長透過フィルター、バンドパスフィルター、ＮＤフィルターなどの薄膜デバイスについても適用可能である。【００３２】
イオン源３８は、イオンビーム（ｉｏｎ  ｂｅａｍ）を基板１４に向かって放出するものであり、反応ガス（例えばＯ２）や希ガス（例えばＡｒ）のプラズマから帯電したイオン（Ｏ２＋，Ａｒ＋）を引き出し加速電圧により加速して射出する。また、イオン源３８の上方には、不図示のコントローラにより適宜開閉制御可能なシャッタ３８ａが取り付けられている。【００３３】
ニュートラライザ４０は、電子（ｅ−）を基板１４に向かって放出するものであり、Ａｒなど希ガスのプラズマから電子を引き出し、加速電圧で加速して電子を放出する。ここから射出される電子によって基板１４表面に付着したイオンが中和される。
本実施形態に係る蒸着装置１では、ニュートラライザ４０はイオン源３８と所定距離離れて配設されている。ニュートラライザ４０の取り付け位置は、基板１４に電子を照射して中和できる位置であればよい。【００３４】
次に、イオン源３８の取り付け方法と位置について説明する。
イオン源３８は、真空容器１０の側面に支持装置としてのアタッチメント４４を介して取り付けられている。イオン源３８が真空容器１０の側面側に取り付けられることで、イオン源３８から照射されるイオンビームは、短い飛行距離で基板１４に到達するため、基板１４に衝突する際のイオンの運動エネルギーの低下を抑えることができる。【００３５】
ここで、イオン源３８を真空容器１０の側面側に取り付けることで、イオンビームは角度を有して基板１４に入射されることになる。基板１４に入射するイオンビームが角度を有することで、大きな利点を伴うことが認められた。すなわち、後述するように、高い運動エネルギーを保った状態のイオンビームを斜め方向から基板１４表面に衝突させることで、基板１４表面に堆積した蒸着物質により大きなエネルギーを作用させることができるなど、従来よりも高いイオンアシストの効果が得られることが見出された。【００３６】
なお、本実施形態においては、イオン源３８は、蒸着源３４の配置位置よりも、イオン源３８の本体長さ分以上基板１４に近い位置に配置されている。また、イオン源３８の取り付けが容易となるように、真空容器１０の側面の一部が傾斜して形成されているが、イオン源３８を取り付ける位置は任意である。【００３７】
アタッチメント４４は、イオン源３８の支持装置であって真空容器１０の側面に取り付けられている。アタッチメント４４は、真空容器１０側に固定されるブラケット（不図示）と、イオン源３８側をブラケットに対して傾斜可能に支持するピン（不図示）と、イオン源３８の傾きを所定位置で固定するネジからなる制動部材（不図示）とを主要構成要素として備えている。そのため、イオン源３８の取り付け角度を任意に調節することができる。さらに、ブラケットを真空容器１０側に配設され、位置調整可能な不図示のベースプレートに固定することにより、取り付け角度のみならず、高さ方向、半径方向の位置を調整可能に構成されている。なお、高さ方向、半径方向の位置調整は、ベースプレートを上下方向及び半径方向に移動させることで行う。【００３８】
イオン源３８の取り付け高さｈ（以後、取り付け高さｈ）及び半径方向の位置の変更により、イオン源３８と基板１４とを適切な距離に調整することができ、取り付け角度の変更により、基板１４に衝突するイオンビームの入射角度や位置を調整することができる。
すなわち、イオン源３８の高さ方向、半径方向の位置、及び取り付け角度の調整により、イオンビームのロスを最小限に抑え、成膜領域に対してイオン電流密度が均一な分布となるように調整する。【００３９】
ここでいうイオン源３８の取り付け角度θ（以後、取り付け角度θ）は、イオンビームを照射する軸線と、基板ホルダ１２の回転軸線とのなす角度のことである。
この角度が大きすぎると、基板１４に対して低角度でイオンビームが入射することになるため、基板１４に衝突しても基板１４に大きな効果を及ぼさないまま跳ね返されるため、イオンアシストの効果が低下すると考えられる。
一方、この取り付け角度θが小さすぎる場合にも、基板１４に直角に近い角度でイオンビームが衝突することになるため、蒸着物質に大きなエネルギーを与えることできず、堆積した蒸着層を緻密化する効果が低下することになると考えられる。【００４０】
本実施形態においては、取り付け角度θは６〜７０°の角度範囲であるときに高いイオンアシストの効果を得ることができ、従って、消費電力の低減や、優れた膜質の薄膜を得ることができる。詳細は後述の実施例中に記載した。
また、基板１４表面に斜め方向からイオンビームを入射させる方法は、基板１４とイオン源３８との距離に依存せずに効果が認められた。すなわち、イオン源３８からのイオンビームが基板１４に到達可能な範囲であれば、基板１４表面に斜め方向からイオンビームを入射させる方法を適用することで、高いイオンアシストの効果を得ることができる。
なお、上記の取り付け角度θは、基板ホルダ１２や真空容器１０の大きさ若しくは成膜材料によって適宜変更可能なことはもちろんである。【００４１】
取り付け高さｈは、イオン源３８と基板１４との距離が適切になるように設定される。取り付け高さｈが高すぎると、取り付け角度θが大きくなりすぎ、一方、取り付け高さｈが低すぎると基板１４とイオン源３８との距離が長くなるとともに取り付け角度θが小さくなりすぎる。よって、取り付け高さｈは、適切な取り付け角度θを得ることができる位置である必要がある。【００４２】
イオン源３８と基板１４との距離は、平均自由行程ｌと同等若しくはそれ以下であることが望ましい。例えば、平均自由行程ｌ＝５００ｍｍであれば、イオン源３８と基板１４との距離も５００ｍｍ以下にすることが望ましい。イオン源３８と基板１４との距離を平均自由行程ｌ以下とすることで、イオン源３８から放出されたイオンの半数以上を無衝突状態で基板１４に衝突させることができる。高いエネルギーを有したままイオンビームを基板１４に照射することができるため、イオンアシストの効果が大きく、より低い電力若しくは短時間で成膜をすることができる。【００４３】
ここで、"イオン源３８と基板１４の距離"とは、イオン源３８の中心とイオン源３８の中心から基板ホルダ１２の成膜面側の中心までの距離をいう。同様に、"蒸着源３４と基板１４の距離"とは、蒸着源３４の中心と蒸着源３４の中心から基板ホルダ１２の成膜面側の中心までの距離をいう。
また、"イオン源３８の本体長さ"とはイオン源３８（イオン銃）の電極からイオンプラズマ放電室の底部までの距離である。【００４４】
イオン源３８の取り付け位置は、真空容器１０の側面側の位置には限定されず、アタッチメント４４によって真空容器１０の側面の壁面から離間した位置に配置されるようにしてもよい。アタッチメント４４は半径方向にもイオン源３８の位置を調整することができるため容易にこのような配置にすることができる。【００４５】
この場合、より近い位置から、基板１４に対してイオンビームを照射することができるため、より低いエネルギー（消費電力）であっても良好なイオンアシストの効果を得ることができる。大型の蒸着装置にて、真空度の低い成膜条件で成膜を行う場合にも本実施形態を適用することができる。また、基板ホルダ１２と真空容器１０の内側の壁面との距離が離れている蒸着装置においても好適に本実施形態を適用できる。
もちろん、イオン源３８を底部に設置してもよい。この場合、底部に台座を設置して台座の上にイオン源３８を取り付ければよい。【００４６】
また、上述のように、より低いイオン電流（消費電力）であっても良好なイオンアシストの効果を得ることができることから、イオンビームの衝突によって、基板１４表面や基板ホルダ１２に付着した蒸着物質の剥離が減少した。すなわち、真空容器１０内に存在する異物を減らすことができ、より高精度な成膜を行うことができる。つまり、成膜工程の歩留まりの向上により製造コストの低減を図りつつ、高精度の光学フィルターを製造することができる。【００４７】
さらに、イオン源３８を真空容器１０の側面に取り付けることにより、蒸着源３４と基板の間に配置される膜厚補正板（不図示）によって、イオンビームが妨げられることがなくなるため、イオンのロスが減少し、より効率的な成膜が可能となる。
なお、基板１４に対するイオンビームの入射角度の増大に伴ってイオンアシストの効果が徐々に向上するため、取り付け角度θを増大させることで消費電力の低減やイオン銃の長寿命化を図ることができる。詳細は後述の実施例中に記載した。【００４８】
次に、ニュートラライザ４０の取り付け位置について説明する。
上述のように、ニュートラライザ４０の取り付け位置は、基板１４に電子を照射して中和できる位置であればよい。しかし、ニュートラライザ４０を基板ホルダ１２に近い位置に配設することで、イオン源３８から照射されたイオンが付着する基板ホルダ１２の領域に向かって正確に電子を照射することができる。【００４９】
また、ニュートラライザ４０はイオン源３８と所定の距離離れた位置に配設されると、イオン源３８から基板１４に向かって移動中のイオンと直接反応することが少なく、効率よく基板ホルダ１２の電荷を中和することができる。そのため、従来の蒸着装置よりもニュートラライザ４０に印加される電流値を低い値にしても好適に基板ホルダ１２を中和することができる。基板１４表面に十分な電子を供給することができるため、例えば、高屈折率膜や低屈折率膜などの誘電体膜を完全に酸化させることができる。【００５０】
本実施形態に係る蒸着装置１は、イオン源３８及びニュートラライザ４０がそれぞれ１つずつで構成されているが、これらが複数ずつ配置される構成とすることもできる。例えば、回転する基板ホルダ１２の回転方向に沿ってイオン源３８とニュートラライザ４０が複数設けられる構成としてもよい。このような構成とすることで、大きなサイズの基板ホルダ１２を備える大型の蒸着装置にも本発明をより効果的に適用することができる。【００５１】
以下に、この蒸着装置１の動作について説明する。
真空容器１０内の基板ホルダ１２に基板１４をセットし、真空容器１０内を所定圧力まで排気する。そして、基板ホルダ１２を所定回転数で回転させると共に、不図示のヒータによって基板１４の温度を所定温度にする。
イオン源３８を、直ちにイオンの照射可能なアイドル運転状態とし、蒸着源３４をシャッタ３４ａの開動作により直ちに蒸発粒子を放出できる状態とする。さらに、基板ホルダ１２の回転数と基板１４の温度が所定の条件に達した後に蒸着工程に進む。【００５２】
蒸着工程は、高屈折率物質（例えば、Ｔａ２Ｏ５やＴｉＯ２）や低屈折率物質（例えば、ＳｉＯ２）を放出する蒸着源３４のシャッタ開閉を制御して、高屈折率物質と低屈折率物質を交互に基板１４に向かって放出する。これらの蒸着物質を放出する間、イオン源３８のシャッタ３８ａを開動作して放出したイオン（例えば、Ｏ２＋やＡｒ＋）を基板１４に衝突させることによって、基板１４に付着した蒸着物質の表面を平滑化すると共に緻密化する。この操作を所定回数繰り返すことにより多層膜を形成する。
このとき、イオンビームの照射により基板１４に電荷の偏りが生じるが、この電荷の偏りは、ニュートラライザ４０から基板１４に向けて電子を照射することで中和している。【００５３】
ここで、イオン源３８を真空容器１０の側面に取り付けたことの効果について考察する。
第１の効果として、イオン源３８と基板１４との距離が従来の蒸着装置と比べて近いため、高いエネルギーを保ったままのイオンビームを基板１４に照射することができる。そのため、より低い電力若しくは短時間で成膜をすることができ、さらに、膜質の改善を図ることができたと考えられる。
第２の効果として、イオンビームは角度を有して基板１４に入射するため、基板１４に直角に近い角度でイオンビームが衝突する場合よりも、基板１４表面に対して、剪断方向の応力を作用させることができる。すなわち、蒸着物質に与えるエネルギーが大きく、基板１４表面に堆積した蒸着物質を移動させる効果が高く、そのため、より低い消費電力若しくは短時間で成膜をすることができ、さらに、膜質の改善を図ることができたと考えられる。【００５４】
膜質の改善とは、基板１４に堆積した薄膜の清浄化と平滑化若しくは薄膜組織の緻密化を図ることであり、基板１４表面に堆積された蒸着層を構成する分子（蒸着分子）が基板１４上の安定な位置に静止するまで移動することによってこのような効果が現れる。照射されたイオンビーム（イオン）に叩かれることで蒸着分子の移動が促進される。薄膜が緻密になり、且つ、組成的な均一性が向上すると共に、薄膜組織の応力的な歪みの低減を図ることができる。
こうして、成膜された組織が良好な均一性を有することで、屈折率の変動が少なく、光の吸収係数が一定以下で安定する光学フィルターを得ることができる。【００５５】
ここで、本発明をイオンプレーティング法に応用した例について述べる。
イオンプレーティング法は、基板に向けて蒸発させた蒸発物質を放電プラズマ中でイオン化して基板に衝突させる方法である。そのため、放電プラズマ発生装置を真空容器の側面部分に配置することで、イオン化した蒸発物質を所定の角度を有して基板に入射させることができる。
イオン化した蒸発物質を所定の角度を有して基板に入射させることで、イオン化した蒸発物質を、基板に堆積させるとともに堆積した成膜層に対して剪断方向の応力を作用させることで基板表面に堆積した蒸着物質を効率的に移動させることができるため、平滑化・緻密化又は応力的な歪みの低減を図ることができ、薄膜組織を均一化する効果が高い。そのため、より低い電力若しくは短時間で成膜をすることができ、さらに、膜質の改善を図ることができる。
すなわち、本発明をイオンプレーティング法に応用した場合にも、上述の実施形態に係る蒸着装置１と同様に膜質の改善を図ることができる。さらに、放電プラズマ発生装置を真空容器の側面部分に配置することで、基板に近い位置から蒸着物質を照射することができるため、成膜速度の向上を図ることができる。【００５６】
（実施例１）
図１に示した蒸着装置１を使用して成膜を行った実施例１について、従来の蒸着装置（図６参照）により成膜を行った比較例１と比較して説明する。
実施例１及び比較例１はいずれも、高屈折率物質としてＴａ２Ｏ５、低屈折率物質としてＳｉＯ２を用いた２７層からなる短波長透過フィルター（Ｓｈｏｒｔ Ｗａｖｅ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ ：ＳＷＰＦ)の多層膜である。
また、作製したＳＷＰＦ多層膜の光学特性に関する測定結果を図２、図３に示した。【００５７】
実施例1の成膜条件は以下の通りである。
基板：ＢＫ７（屈折率ｎ＝１．５２）
膜材料：  Ｔａ２Ｏ５（高屈折率膜），ＳｉＯ２（低屈折率膜）
Ｔａ２Ｏ５の成膜速度：  １．１ｎｍ／ｓｅｃ
ＳｉＯ２の成膜速度：  １．５ｎｍ／ｓｅｃ
Ｔａ２Ｏ５／ＳｉＯ２蒸発時のイオン源条件
導入ガス：酸素６０ｓｃｃｍ
イオン加速電圧：５００Ｖ
イオン電流：５００ｍＡ
取付け角度θ：４５°
ニュートラライザの条件
ニュートラライザ電流：１０００ｍＡ
放電ガス：アルゴン１０ｓｃｃｍ【００５８】
基板：ＢＫ７（屈折率ｎ＝１．５２）
膜材料：  Ｔａ２Ｏ５（高屈折率膜），ＳｉＯ２（低屈折率膜）
Ｔａ２Ｏ５の成膜速度：  １．１ｎｍ／ｓｅｃ
ＳｉＯ２の成膜速度：  １．５ｎｍ／ｓｅｃ
Ｔａ２Ｏ５／ＳｉＯ２蒸発時のイオン源条件
導入ガス：酸素６０ｓｃｃｍ
イオン加速電圧：５００Ｖ
イオン電流：５００ｍＡ
（取付け角度θ：０°）
ニュートラライザの条件
ニュートラライザ電流：１０００ｍＡ
放電ガス：アルゴン１０ｓｃｃｍ【００５９】
ここで、比較例１に用いた従来の蒸着装置と、実施例１に用いた蒸着装置１における無衝突状態でのイオン到達確率について説明する。
実施例１及び比較例１での真空状態は、Ｏ２ガス雰囲気、２５０℃、２．５×１０−２Ｐａとすると、平均自由行程ｌは、いずれも５００ｍｍとなる。従来の蒸着装置のイオン源３８から基板ホルダ１２の中心までの距離（距離ｄ）は１０１２ｍｍであり、一方、蒸着装置１の距離ｄは４３９ｍｍであることから、従来の蒸着装置の無衝突でのイオン到達確率は１３％であるのに対し、蒸着装置１では４１％である。
すなわち、イオン源３８の条件を同一として比較すると、蒸着装置１は従来の蒸着装置と比べて、およそ３倍のイオンが気体分子に無衝突のまま基板１４に到達することになる。従って、蒸着装置１において基板１４に照射されるイオンは、従来の蒸着装置よりも高い運動エネルギーを有している。【００６０】
図２は、実施例１と比較例１の光学フィルターの透過分光特性（透過率）を示すグラフであり、作製したＳＷＰＦ多層膜に３５０〜７００ｎｍの可視光領域の波長λを照射し、その透過率Ｔを波長λに対してプロットしたものである。
図２によれば、波長λが３５０〜５５０ｎｍの範囲で、実施例１において作製された多層膜は、比較例１での多層膜に比べて透過率Ｔが高い値を示している。さらに、実施例１において作製された多層膜は、比較例１での多層膜に比べて、透過率Ｔの低い範囲がやや長波長側にシフトしている。【００６１】
具体的には、波長λ＝４００ｎｍでの透過率Ｔで比較すると、比較例１での多層膜の透過率Ｔは８７．６％、実施例１での多層膜の透過率Ｔは９５．０％であった。また、波長λ＝５００ｎｍでの透過率Ｔで比較すると、比較例１での多層膜の透過率Ｔは４２．３％、実施例１での多層膜の透過率Ｔは８２．７％であった。【００６２】
さらに、波長λが５３０ｎｍでは、実施例１において作製された多層膜は、比較例１での多層膜の透過率Ｔは０．２％、実施例１での多層膜の透過率Ｔは３７．３％であった。
一方、波長λが６８０ｎｍでは、比較例１での多層膜の透過率Ｔは７９．８％、実施例１での多層膜の透過率Ｔは０．２％であった。【００６３】
図３は、実施例１と比較例１の光学フィルターの透過率Ｔと反射率Ｒの和を示すグラフであり、作製したＳＷＰＦ多層膜に、３５０〜７００ｎｍの可視光領域の波長λを照射し、その波長での透過率Ｔに反射率Ｒを加算した値（透過率Ｔ＋反射率Ｒ）を、波長λに対してプロットしたものである。
図３によれば、波長λが３５０〜５３０ｎｍの範囲で、実施例１において作製された多層膜は、比較例１での多層膜に比べて透過率Ｔ＋反射率Ｒが高い値を示している。
さらに、実施例１において作製された多層膜は、比較例１での多層膜に比べて透過率Ｔ＋反射率Ｒが比較的平坦な推移を示している。例えば、比較例１において作製された多層膜では、波長λが６８０ｎｍにおいて透過率Ｔ＋反射率Ｒの落ち込みが認められるが、実施例１において作製された多層膜にはそのような落ち込み箇所が認められない。【００６４】
具体的には、波長λ＝４００ｎｍでの透過率Ｔ＋反射率Ｒで比較すると、比較例１での多層膜の透過率Ｔ＋反射率Ｒは９４．９％、実施例１での多層膜の透過率Ｔ＋反射率Ｒは９９．５％であった。また、波長λ＝５００ｎｍでの透過率Ｔ＋反射率Ｒで比較すると、比較例１での多層膜の透過率Ｔ＋反射率Ｒは９７．２％、実施例１での多層膜の透過率Ｔは９９．２％であった。【００６５】
このように、従来装置により作製されたＳＷＰＦ多層膜（比較例１）と比較して、本発明に係る蒸着装置１により作製されたＳＷＰＦ多層膜（実施例１）は、波長λが３５０〜５５０ｎｍの範囲内において透過率Ｔが改善されると共に、透過率Ｔ＋反射率Ｒの値も著しく改善された。また、この波長領域において比較的平坦な透過率Ｔ＋反射率Ｒを示している。
すなわち、上述した実施例１の光学フィルターは、屈折率の変動が少なく、光の吸収係数が一定以下で安定した特性を有している。【００６６】
（実施例２）
取付け角度θを４５°に固定して成膜を行った上述の実施例１に対して、実施例２では、取付け角度θのみを０〜８５°まで変化させた条件で成膜を行った。取付け角度θは、イオン源３８の取付け位置及び、アタッチメント４４を調整することで変化させた。
実施例２は、高屈折率物質としてＴｉ２Ｏ５、低屈折率物質としてＳｉＯ２を用いた２７層からなる赤外線カットフィルターの多層膜である。
また、作製した赤外線カットフィルターの多層膜の光学特性に関する測定結果を図４、図５に示した。【００６７】
実施例２の成膜条件は以下の通りである。
基板：ＢＫ７（屈折率ｎ＝１．５２）
膜材料：  Ｔｉ２Ｏ５（高屈折率膜），ＳｉＯ２（低屈折率膜）
Ｔｉ２Ｏ５／ＳｉＯ２蒸発時のイオン源条件
導入ガス：酸素６０ｓｃｃｍ
イオン加速電圧：２００〜１２００Ｖ
イオン電流：２００〜１０００ｍＡ
取付け角度θ：０〜８５°（計１６条件）
ニュートラライザの条件
ニュートラライザ電流：１０００ｍＡ
放電ガス：アルゴン１０ｓｃｃｍ【００６８】
なお、Ｔｉ２Ｏ５／ＳｉＯ２の成膜速度は取付け角度θの値によって変化する値である。そのため、Ｔｉ２Ｏ５／ＳｉＯ２の成膜速度が一定となるように、取付け角度θの値に応じて、適宜、上記の条件範囲内でイオン加速電圧及びイオン電流を変化させている。
表１に、実施例２の光学フィルターの透過率Ｔと反射率Ｒの和（λ＝５５０ｎｍ）に対する取付け角度θとイオン電流の依存性を示すデータの一例を示す。なお、表１はイオン加速電圧を１０００Ｖに一定として測定した場合の測定値である。【００６９】
【表１】
2010018639.tif 000003
【００７０】
表１によれば、取付け角度θ＝１３°では、イオン電流が８００ｍＡの条件で、透過率Ｔ＋反射率Ｒの値が最大となったのに対し、取付け角度θ＝６５°では、イオン電流が５００ｍＡの条件で、透過率Ｔ＋反射率Ｒの値が最大となっている。このように、取り付け角度θの増大に伴い最適なイオン電流が徐々に低下する傾向は、他の角度に関しても同様に認められた。これは、イオンアシストの効果が取付け角度θの増大に伴って徐々に向上するためであると考えられる。すなわち、取付け角度θを高く設定することで良好な膜質の薄膜を得ると共に、消費電力の低減やイオン銃の長寿命化を図ることができることが見出された。【００７１】
図４は、実施例２の光学フィルターの透過率Ｔと反射率Ｒの和を示すグラフの一例であり、作製した多層膜に、４００〜６００ｎｍの可視光領域の波長λを照射し、その波長での透過率Ｔに反射率Ｒを加算した値（透過率Ｔ＋反射率Ｒ）を、波長λに対してプロットしたものである。図４には、取付け角度θが６２°，７０°の２条件で成膜した多層膜の測定結果について示した。【００７２】
図４によれば、取付け角度θ＝６２°，７０°で作製された多層膜は、測定された波長λの全範囲に渡り、透過率Ｔ＋反射率Ｒが高い値を示している。
具体的には、波長λ＝５５０ｎｍでの透過率Ｔ＋反射率Ｒで比較すると、取付け角度θ＝６２°の多層膜の透過率Ｔ＋反射率Ｒは９９．７５％、取付け角度θ＝７０°の多層膜の透過率Ｔ＋反射率Ｒは９９．６０％であった。【００７３】
図５は、波長λ＝５５０ｎｍでの透過率Ｔ＋反射率Ｒを、取付け角度θに対してプロットしたグラフであり、測定した取付け角度θは０〜８５°の範囲である。
図５によれば、取付け角度θ＝６〜７０°の範囲において作製された多層膜は、透過率Ｔ＋反射率Ｒが安定して高い値を示している。
具体的な透過率Ｔ＋反射率Ｒの値で比べると、取付け角度θ＝０°では９８．２％であったのに対し、取付け角度θ＝６°では９９％を超える値となっている。この、透過率Ｔ＋反射率Ｒの値が９９％を超える範囲は、取付け角度θ＝６〜７０°までであり、取付け角度θ＝８５°では、９６．５％に大幅に落ち込んでいる。
すなわち、取付け角度θ＝６〜７０°の範囲では、透過率Ｔ＋反射率Ｒの値の上昇が認められた。本実施例では、取付け角度θ以外の成膜条件に差異はないことから、透過率Ｔ＋反射率Ｒの値が上昇して膜質が向上した理由は、イオン源３８の取付け角度θを変更させたことによりイオンアシストの効果が向上したためであると考えられる。【００７４】
このように、取付け角度θが６〜７０°の範囲内においては、透過率Ｔ＋反射率Ｒの値が改善される効果が認められた。すなわち、イオンビームを所定の角度を有して基板１４に入射させることで、光の吸収係数が一定以下で優れた膜質を有する光学フィルターが得られた。
また、イオン源３８を真空容器１０の底部側に配設した場合であっても、取付け角度θ＝６〜７０°の範囲内では良好な膜質の薄膜が得られたことから、イオン源３８と基板１４との距離に関わらず、イオンビームを所定の角度を有して基板１４に入射させる方法によれば、良好な膜質を有する薄膜を得ることができることが見出された。
なお、取付け角度θの増大に伴ってイオンアシストの効果が徐々に向上する効果が認められた。すなわち、取り付け角度θの増大に伴い最適なイオン加速電圧及びイオン電流が徐々に低下する減少が認められたことから、取付け角度θを高く設定することで膜質の改善に加えて、消費電力の低減やイオン銃の長寿命化を図ることができる。
【図１】
2010018639.tif 000004
【図２】
2010018639.tif 000005
【図３】
2010018639.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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2010018639.tif 000011
2010018639.tif 000012
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