(57)【要約】【課題】良好な光学特性を有する光学薄膜を製造することができる光学薄膜蒸着装置、及び製造コストが低廉且つ良好な光学特性を有する光学薄膜の製造方法を提供する。【解決手段】真空容器１０内で基体１４に蒸着物質を蒸着させる光学薄膜蒸着装置であって、真空容器１０内に配設され、基体１４を保持するドーム型の基体保持手段１２と、基体保持手段１２を回転させる回転手段と、基体１４に対向して設けられた蒸着手段３４と、基体１４に対してイオンを照射するイオン源３８と、基体１４に対して電子を照射するニュートラライザ４０を備える。イオン源３８は、基体１４の表面に対する垂線に対し、イオン源３８からイオンが照射される軸線の角度が８°以上４０°以下、基体保持手段１２の直径に対し、基体保持手段の回転軸中心と、イオン源３８の中心との鉛直方向の距離の比が、０．５以上１．２以下の範囲となる位置に配設される。
2010018876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内で基体に蒸着物質を蒸着させる光学薄膜蒸着装置であって、
前記真空容器内に配設され、前記基体を保持するドーム型の基体保持手段と、
該基体保持手段を回転させる回転手段と、
前記基体に対向して設けられた蒸着手段と、
前記基体に対してイオンを照射するイオン源と、
前記基体に対して電子を照射するニュートラライザと、を備え、
前記イオン源は、前記基体保持手段に保持される前記基体表面に対する垂線に対し、前記イオン源からイオンが照射される軸線の最大角度が８°以上４０°以下となる位置で、前記基体保持手段の直径に対し、前記基体保持手段における回転軸中心との交点と、前記イオン源の中心との鉛直方向の距離の比が、０．５以上１．２以下の範囲で配設されることを特徴とする光学薄膜蒸着装置。
【請求項２】
前記イオン源は、前記真空容器の側面に配設されることを特徴とする請求項１に記載の光学薄膜蒸着装置。
【請求項３】
前記イオン源と前記基体との距離が、前記イオン源から照射される前記イオンの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に記載の光学薄膜蒸着装置。
【請求項４】
前記イオン源は、前記イオンを照射するイオン源本体と、
該イオン源本体と前記真空容器を接続する接続部と、
少なくとも前記イオンの原料ガスを前記真空容器内に供給する真空導入部と、を備え、
前記接続部を変更することにより、前記基体表面に対する垂線に対し、前記イオンを照射する角度を調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の光学薄膜蒸着装置。
【請求項５】
前記接続部は、前記真空容器側に固定されるブラケットと、
前記イオン源本体の傾きを所定角度で固定する制動部材と、を有することを特徴とする請求項４に記載の光学薄膜蒸着装置。
【請求項６】
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に記載の光学薄膜蒸着装置。
【請求項７】
前記イオン源が、前記基体保持手段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に記載の光学薄膜蒸着装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学薄膜蒸着装置を用いた光学薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学薄膜蒸着装置及び光学薄膜の製造方法に係り、特に、基体に対してイオンを照射するイオン源を備えた光学薄膜蒸着装置及び光学薄膜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。この蒸着装置においては、イオン源により比較的低エネルギーのイオンビーム（ガスイオン）が基体に照射されると共に、ニュートラライザと呼ばれる中和器によって基板に中和電子（電子）が照射される。この構成により、イオンビームによる基板上に蓄積した電荷を中和しつつ、イオンビームの運動エネルギーによって緻密な光学薄膜を作製することが可能となっている（例えば、特許文献１）。【０００３】
特許文献１に示された技術によれば、図７のように、蒸着源１３４から高屈折率物質と低屈折率物質とを交互に蒸発、積層させて多層膜からなる光学薄膜を得ることができる。高屈折率物質と低屈折率物質をそれぞれ成膜する際に、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】
そして特許文献１に示された技術では、基板１１４と対向した位置、すなわち真空容器の底面側に蒸着源１３４とイオン源１３８が配置された構成の蒸着装置が開示されている。このような構成の装置においては、膜厚分布を一定に保つため、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とする必要がある。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】
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を取り付けることでイオンアシスト効果を高め、成膜効率の低下を防止する技術が提案されている（特許文献２〜４参照）。【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２４８８２８号公報
【特許文献２】特開２０００−１２９４２１号公報
【特許文献３】特開２００４−１３１７８３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】
【０００７】
上記特許文献２〜４に開示された技術によれば、蒸着源よりも基板ホルダに近い位置、または蒸着源よりも基板ホルダに近い位置であって、真空容器の側面近傍にイオン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２〜４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が、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。【０００８】
一方、高屈折率物質と低屈折率物質とを組み合わせて得られる光学薄膜の一例として、特定の波長の光を遮断し、それ以外の波長の光を透過させるカットフィルターが挙げられる。カットフィルター等の光学薄膜において、透過光の損失が少なく、白濁が少ないほど良好な光学薄膜とされており、この膜質の指標として、反射率と透過率の和の値（％）が用いられている。そして一般に、この値が１００％に近いほど、良好な光学薄膜であるとされている。したがって、反射率と透過率の和の値が１００％に近く、且つ上述のように、高い成膜効率を確保した光学薄膜の形成装置が望まれていた。【０００９】
しかし、上記特許文献２に開示された技術においては基板ホルダが平面であるため、真空容器側方に備えられたイオン源により得られるイオンアシスト効果が、基板に対して一定になりにくく、その結果得られる光学薄膜の膜質が均一になりにくいという問題点があった。また、特許文献３及び４の基板ホルダはドーム状であるが、設置された基板に対するイオン源から照射されるイオンビームの角度等、イオン源と基板ホルダの位置関係に関し具体的な開示がない。したがって特許文献３及び４に開示された技術ではイオンアシスト効果は得られるものの、イオン源の取り付け位置に関連したイオンアシスト効果の程度は示されていない。
したがって従来技術においては、高いイオンアシスト効果を得て、均一な膜質で高い光学特性を有する光学薄膜を得ることが難しかった。【００１０】
本発明の目的は、イオン源を備えた光学薄膜蒸着装置において、より高いイオンアシスト効果を得ることができ、且つ膜質が均一で良好な光学特性を有する光学薄膜蒸着装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、光学薄膜の製造コストの低減を図りつつ、高性能な光学薄膜を製造することができる光学薄膜蒸着装置、及び、製造コストが低廉且つ高性能な光学薄膜の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、イオンが照射される軸線が、基体表面に対する垂線に対して所定の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。【００１２】
前記課題は本発明の光学薄膜蒸着装置によれば、真空容器内で基体に蒸着物質を蒸着させる光学薄膜蒸着装置であって、前記真空容器内に配設され、前記基体を保持するドーム型の基体保持手段と、該基体保持手段を回転させる回転手段と、前記基体に対向して設けられた蒸着手段と、前記基体に対してイオンを照射するイオン源と、前記基体に対して電子を照射するニュートラライザと、を備え、前記イオン源は、前記基体保持手段に保持される前記基体表面に対する垂線に対し、前記イオン源からイオンが照射される軸線の最大角度が８°以上４０°以下となる位置で、前記基体保持手段の直径に対し、前記基体保持手段における回転軸中心との交点と、前記イオン源の中心との鉛直方向の距離の比が、０．５以上１．２以下の範囲で配設されること、により解決される。【００１３】
このように、真空容器内に基体を保持するドーム状の基体保持手段と、該基体保持手段を回転させる回転手段と、前記基体に対向して設けられた蒸着手段と、前記基体に対してイオンを照射するイオン源と、前記基体に対して電子を照射するニュートラライザと、を備え、高屈折率物質と低屈折率物質とを交互に蒸着して光学薄膜を形成する蒸着装置において、イオン源は、基体保持手段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ている。【００１４】
そして基体表面に対する垂線に対してイオン源からイオンが照射される軸線が成す最大角度が、８°以上４０°以下に設計されることにより、基体に対しほぼ直角に近い角度でイオンビームが衝突する従来の光学薄膜蒸着装置の場合に比べて、イオンビームの衝突時、基体表面に対して、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、基体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。したがって、より小さい電力若しくは短時間で均一な膜質の光学薄膜を成膜することができ、さらに、膜質の改善を図ることができる。【００１５】
また、上述のように、基体表面に対する垂線とイオンビームの軸線が成す最大角度が８°以上４０°以下であると、基体保持手段により照射されるイオンが遮られることがないため、基体上に成膜される薄膜が均一となり、膜質が良好な光学薄膜を得ることができる。【００１６】
これに対し、上述の角度以外、たとえば、基体表面に対する垂線とイオンビームの軸線が成す最大角度が４０°よりも大きい場合には、特に湾曲した基体保持手段を用いた時、基体保持手段によりイオンビームが遮られるため、得られる光学薄膜の膜質が、基体上で不均一となる。一方、基体表面に対する垂線とイオンビームの軸線が成す角度が８°よりも小さい場合は、イオン源と基板との距離が遠くなるため、イオンアシスト効果が小さくなり、好ましくない。【００１７】
そしてさらにイオン源の取り付け位置は、基体保持手段の直径に対し、基体保持手段における回転軸中心との交点と、イオン源の中心との鉛直方向の距離の比が０．５〜１．２となるように配設されることにより、イオンビームが基体保持手段に遮られることなく、基体に対して均一に照射されやすい。その結果、イオンアシスト効果が高く、且つ良好な光学特性を有する光学薄膜を成膜することができる。【００１８】
したがって、基体表面に対する垂線イオンビームの軸線が成す最大角度が８°以上４０°以下とすることにより、凹凸を有する基体（例えば、凹レンズ等のレンズ形状の基体）を用いた場合であっても、基体の一部にイオンビームが遮られることがないため、良好な膜質の光学薄膜を成膜可能な蒸着装置とすることができる。【００１９】
この時、請求項２のように、前記イオン源は、前記真空容器の側面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所望の大きさに保持することが容易となる。この構成とすることにより、イオンビームの入射角度を大きくすることが可能となり、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、薄膜組織を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、基板表面に対し適切な入射角度で衝突させることが可能となるため、基板表面に成膜される薄膜は緻密、且つ、組成的な均一性が向上する。また、このようにイオン源が真空容器の側面に配設されることにより、所定のイオンビーム入射角度が保持されると、基板に関し、応力的な歪みの低減を図ることができる。その結果、屈折率の変動が小さく（均一性が高く）、光の吸収係数が小さい光学デバイスを製造することが可能な光学薄膜蒸着装置とすることができる。【００２０】
なお、このとき、イオン源が真空容器の側面に配設され、さらに基体表面に対する垂線とイオンビームの軸線が成す最大角度が上述の角度以外、特に４０°よりも大きい場合には、イオン源が蒸着対象である基体近傍に配設される構成になるため、飛散した蒸着物質に暴露され、イオン源が汚れやすい。したがって、イオン源の整備を頻繁に行う必要があるが、上述の角度範囲（８°以上４０°以下）とすることにより、イオン源は基体から適当な距離で離間して配設されるため、蒸着物質による汚れが付着することが少なく、したがって、本発明の光学薄膜蒸着装置は、その整備が簡便となる。【００２１】
さらにこの時、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、前記イオン源から照射される前記イオンの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、基板からイオン源までの距離がイオン源から照射されるイオンの平均自由行程以下となるように配設されることにより、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保持したイオンビームを基板に照射することができる。さらに、イオン源を上記位置に取り付けることにより、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。さらに、得られる光学薄膜の膜質を向上させることが可能な蒸着装置とすることができる。【００２２】
また、請求項４のように、前記イオン源は、前記イオンを照射するイオン源本体と、該イオン源本体と前記真空容器を接続する接続部と、少なくとも前記イオンの原料ガスを前記真空容器内に供給する真空導入部と、を備え、前記接続部を変更することにより、前記基体表面に対する垂線に対し、前記イオンを照射する角度を調整可能であると好適である。
このように、イオン源は、真空容器とイオン源本体との間に設置される接続部を備え、接続部を適宜変更することにより、イオン源の取り付け角度を自在に調整することができる。接続部を介して真空容器の側面に取り付けられることにより、イオンビームの損失を最小限に抑え、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。したがって、イオン電流密度分布が均一に制御し易いため、得られる光学薄膜は蒸着物質が均一に成膜され、膜質が良好な光学薄膜を形成する蒸着装置とすることができる。【００２３】
このとき、請求項５のように、前記接続部は、前記真空容器側に固定されるブラケットと、前記イオン源本体の傾きを所定角度で固定する制動部材と、を有する構成であると好ましい。
上記構成とすることにより、イオン照射角度の変更時、作業者は制動部材を適宜変更するだけで簡単にイオン照射角度を変更することができ、作業性の良い光学薄膜蒸着装置とすることができる。【００２４】
また、請求項６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、効率的な成膜が可能な光学薄膜蒸着装置を提供することができる。【００２５】
さらに、請求項７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調整をさらに容易に行うことができ、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密度分布を容易に調整することができる。【００２６】
また、前記課題は、請求項８に係る光学薄膜の製造方法によれば、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学薄膜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乃至７に記載の光学薄膜蒸着装置を使用することにより、均一な膜厚であり、優れた光学特性を有する光学薄膜を製造することができる。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１に係る光学薄膜蒸着装置によれば、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可能となる。
請求項２に係る光学薄膜蒸着装置によれば、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可能である。
請求項３に係る光学薄膜蒸着装置によれば、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。
請求項４に係る光学薄膜蒸着装置によれば、イオンビームの損失を最小限に抑え、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可能となる。
請求項５に係る光学薄膜蒸着装置によれば、イオン照射角度を簡単に変更することが可能である。
請求項６に係る光学薄膜蒸着装置によれば、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。
請求項７に係る光学薄膜蒸着装置によれば、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。
請求項８に係る光学薄膜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光学薄膜を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学薄膜蒸着装置の概略断面図である。
【図２】イオンビーム入射角度θと光学薄膜の透過率＋反射率の関係を示すグラフ図である。
【図３】イオンビーム入射角度θと光学薄膜の透過率＋反射率の関係を示すグラフ図である。
【図４】実施例３と比較例１の光学薄膜の透過率を示すグラフ図である。
【図５】実施例３と比較例１の光学薄膜の透過率＋反射率を示すグラフ図である。
【図６】実施例４、５の光学薄膜の透過率＋反射率を示すグラフ図である。
【図７】従来の光学薄膜蒸着装置の概略断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  光学薄膜蒸着装置
１０，１００  真空容器
１２  基板ホルダ（基体保持手段）
１４，１１４  基板（基体）
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（接続部）
θ  取り付け角度（イオンビーム入射角度）
Ｈ  イオン源から基板ホルダの中心までの高さ
ｈ  取り付け高さ
Ｄ  基板ホルダの直径
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】
【００３０】
以下に、本発明の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。【００３１】
図１は本発明の一実施形態である光学薄膜蒸着装置１の概略断面図である。光学薄膜蒸着装置１はイオン源３８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の内部の上方に基体保持手段としての基板ホルダ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―２〜１０−４Ｐａ程度）に排気される。【００３２】
基体保持手段としての基板ホルダ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、回転手段としての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体としての基板１４が成膜面を下向きにして支持されている。【００３３】
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。【００３４】
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。【００３５】
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。【００３６】
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。【００３７】
イオン源３８は、イオンを照射するイオン源本体と、真空容器１０にイオン源本体を設置するための接続部（アタッチメント４４）と、少なくとも照射されるイオンの原料となるガスを真空容器１０の内部に導入するための真空導入部（不図示のフランジ）を備えている。真空導入部はガス以外にも電気、冷却水を導入するためのフィードスルー部分としての機能も備えている。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。【００３８】
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。
本実施形態に係る光学薄膜蒸着装置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。【００３９】
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の側面に接続部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。
なお、本実施形態中ではイオン源３８は真空容器１０の側面に配設されているが、後述の取り付け角度θ、取り付け高さｈを満足する位置であれば、底面に備えられていても良い。【００４０】
ここで、イオン源３８を真空容器１０の側面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。【００４１】
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。なお、"イオン源３８の本体長さ"とはイオン源３８（イオン銃）の電極からイオン源３８が設置された真空容器１０の壁面（側壁）までの距離である。【００４２】
アタッチメント４４は、イオン源３８の接続部であって真空容器１０の側面に取り付けられている。なお、本実施形態中ではイオン源３８は真空容器１０の側壁に設置されているが、底面に設置されていても良く、その場合はアタッチメント４４もまた真空容器１０の底面に配設される。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においてイオン源本体（不図示）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側に配設し、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、真空容器１０の半径方向の位置を調整可能に構成されていてもよい。なお、ベースプレートは、上述のブラケットが当接して固定されることにより、イオン源３８を適当な位置に調整することができる。イオン源３８の高さ方向、真空容器１０の半径方向の位置調整は、ベースプレートを真空容器１０の上下方向及び半径方向に移動させることにより行われる。【００４３】
イオン源３８の取り付け高さｈ（以後、「取り付け高さｈ」と称する。）及び真空容器１０の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、イオン源３８を取り付ける角度を変更することにより、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、真空容器１０の半径方向の位置、及び取り付け角度の調整により、イオンビームの損失を最小限に抑え、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。【００４４】
ここで、イオン源３８の取り付け角度θ（以後、「取り付け角度θ」と称する。）とは、イオンビームを照射する軸線と、基板ホルダ１２に設置された基板１４の表面に対する垂線とがなす最大角度を指す。上述のように、基板ホルダ１２は回転しているため基板１４の位置が変化し、それに伴い基板１４の表面に対する垂線と、イオンビームとが成す角度は変化するが、この角度が最大である時を取り付け角度θと定義する。なお、本明細書中、取り付け角度θは、イオンビーム照射角度と同義である。【００４５】
この取り付け角度θが大きすぎると、基板１４の表面とイオンビームが成す角度が小さくなり、その結果、基板１４に衝突しても基板１４に大きな効果を及ぼすことなく、イオンビームが跳ね返されるため、イオンアシストの効果が低下すると考えられる。
さらに、取り付け角度θが大きいと、特に湾曲した基板ホルダ１２を用いた場合、基板ホルダ１２によりイオンビームが遮られるため、基板１４上に成膜される光学薄膜の膜質が不均一となる。また、取り付け角度θが大きすぎる場合は、ドーム状に形成された基板ホルダ１２の一部にイオンビームが遮られ、イオンアシスト効率の低下の原因となる。【００４６】
一方、取り付け角度θが小さい場合は、イオン源３８と基板との距離が遠くなるため、イオンアシスト効果が小さくなり、好ましくない。すなわち、この取り付け角度θが小さい場合、基板１４の表面に対し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ができず、堆積した蒸着層を緻密化する効果が低下する。【００４７】
したがって、以下に述べるように、取り付け角度θを６°以上７０°以下、好ましくは８°以上４０°以下とすることにより、例えばレンズ等のような凹凸を有する基板１４を用いた場合であっても、基板１４の一部にイオンビームが遮られることがないため、良好な膜質の光学薄膜を成膜可能な蒸着装置とすることができる。【００４８】
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との距離が平均自由行程以下、若しくは同等であれば、そ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、上述の角度範囲であれば、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勿論である。【００４９】
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、イオン源３８と基板１４との距離が近くなるため、飛散した蒸着物質により、イオン源３８が汚れやすくなる。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とする必要がある。【００５０】
イオン源３８の取り付け位置に関し、基板ホルダ１２における回転軸中心との交点と、イオン源３８の中心との鉛直方向の距離、すなわちイオン源から基板ホルダの中心までの高さをＨ、基板ホルダ１２の直径をＤとした時、Ｄに対するＨの比、すなわちＨ／Ｄの値が０．５〜１．２とすると好ましい。例えば、上記Ｄ及びＨは、以下の表１のように設定される。【００５１】
【表１】
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【００５２】
イオン源３８と基板１４との距離は、イオン源３８から照射されるイオンの平均自由行程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。【００５３】
なお、"イオン源３８と基板１４の距離"とは、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示す。同様に、"蒸着源３４と基板１４の距離"とは、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示す。【００５４】
イオン源３８の取り付け位置は、真空容器１０の側面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は真空容器１０の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、容易に適切な配置にすることができる。【００５５】
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。また、大型の蒸着装置において、真空度の低い成膜条件で成膜を行う場合であっても本実施形態を適用することができる。さらに、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。【００５６】
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る、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。【００５７】
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１４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に基づき説明する。【００５８】
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１４の領域に向かって正確に電子を照射することができる。【００５９】
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１４の電荷を中和することができる。そのため、従来の光学薄膜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１４を中和することができる。例えば、高屈折率膜や低屈折率膜などの誘電体膜の成膜時、基板１４表面に十分な電子を供給することができるため、基板１４上において酸素イオンに対する静電斥力が作用しにくく、酸素イオンが基板１４に向かって飛びやすくなる。その結果、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。【００６０】
なお、ニュートラライザ４０とイオン源３８との距離は、２００ｍｍ程度が好ましいが、所望の成膜条件により、適宜変更可能である。このとき、イオン源３８を支持するアタッチメント４４を調整することにより、ニュートラライザ４０とイオン源３８との距離を適宜変更することができる。【００６１】
本実施形態に係る光学薄膜蒸着装置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。【００６２】
以下に、この光学薄膜蒸着装置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。
そしてイオン源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。【００６３】
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。【００６４】
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との距離が従来の光学薄膜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、イオンビームは基板１４に対して所定の角度を有して入射するため、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。【００６５】
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。このとき、照射されたイオンビーム（イオン）が衝突することにより、蒸着分子の移動が促進されるため、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。
このように、成膜された組織が高い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。【００６６】
本実施形態においては、取り付け角度θが８°以上４０°以下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に基づき説明する。【００６７】
［実施例１］
図１に示した光学薄膜蒸着装置１を使用して成膜を行った結果について、図２を参照して説明する。図２は、取り付け角度（イオンビーム入射角度）θと光学薄膜の透過率＋反射率の関係を示すグラフ図であり、透過率Ｔ＋反射率Ｒ（波長λ＝４５０〜５５０nmにおける平均値）を示している。測定した取り付け角度θは８〜４５°の範囲である。取り付け角度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。【００６８】
なお、図２は成膜時のイオンビームのエネルギー密度が５０ｍＷ／ｃｍ２の場合を示している。図２において評価した光学薄膜はいずれも蒸着物質として高屈折率物質及び低屈折率物質を交互に成膜した光学薄膜である。なお、いずれにおいても、高屈折率物質としてＴａ２Ｏ５、低屈折率物質としてＳｉＯ２を用いた３６層からなる短波長透過フィルター（Ｓｈｏｒｔ  Ｗａｖｅ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ  ：ＳＷＰＦ）の多層膜を成膜した。【００６９】
図２における各光学薄膜の成膜条件は以下の通りである。なお、Ｔａ−Ｏ結合とＳｉ−Ｏ結合の結合エネルギーが異なり、さらにＳｉ及びＴａの原子量が異なるため、下記のようにＴａ２Ｏ５とＳｉＯ２は異なる成膜条件で成膜した。
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：８００Ｖ
イオン電流：８５０ｍＡ
イオンビームエネルギー密度：５０ｍＷ／ｃｍ２
取り付け角度θ：８〜４５°
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【００７０】
図２によれば、取り付け角度θ＝８〜４０°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。
図２に示した多層膜について、具体的な透過率Ｔ＋反射率Ｒの値で比べると、取り付け角度θ＝８°では９９．４％、θ＝４０°では９９．５％であったのに対し、取り付け角度θ＝４３°では９６．９％となり、図２からも明確なように、取り付け角度θが４０°より大きい範囲では、透過率Ｔ＋反射率Ｒの値が小さくなっている。図２より、透過率Ｔ＋反射率Ｒの値が９９％を超える範囲は、取り付け角度θ＝８〜４０°までであり、この取り付け角度θの範囲とすることによりイオンアシスト効果が向上し、良好な光学特性の多層膜を成膜することができる。【００７１】
［実施例２］
次に、図１に示した光学薄膜蒸着装置１を使用して成膜を行った結果について、図３を参照して説明する。図３は、取り付け角度（イオンビーム入射角度）θと光学薄膜の透過率＋反射率の関係を示すグラフ図であり、波長λ＝５５０ｎｍにおける透過率Ｔ＋反射率Ｒを示している。測定した取り付け角度θは０〜８５°の範囲である。取り付け角度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。【００７２】
イオンビームのエネルギー密度を５０ｍＷ／ｃｍ２として行った上述の実施例１に対して、実施例２では、イオンビームのエネルギー密度を下記のように設定し、取り付け角度θを０〜８５°として成膜を行った。取り付け角度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。
また、３６層の膜からなる実施例１に対し、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。【００７３】
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
イオンビームエネルギー密度：５〜１５０ｍＷ／ｃｍ２
取り付け角度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【００７４】
なお、Ｔｉ２Ｏ５／ＳｉＯ２の成膜速度は取り付け角度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、取り付け角度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。【００７５】
このように、上述の成膜条件においては、取り付け角度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。【００７６】
また、上述の成膜条件において、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、取り付け角度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。【００７７】
なお、取り付け角度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現象が認められたことから、取り付け角度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。
したがって、上記実施例１及び２の測定結果より、取り付け角度θは、少なくとも波長λ＝５５０ｎｍにおいては６〜７０°が好ましく、さらに取り付け角度θ＝８〜４０°のときは、波長４５０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲において透過率Ｔ＋反射率Ｒの値が高く、さらに好ましいことが示された。【００７８】
さらに、得られた光学薄膜に関し純水煮沸試験を実施したところ、取り付け角度θ＝４５°以上とした時に得られた光学薄膜において、波長シフトが観測された一方、取り付け角度θ＝８〜４０°の時に得られた光学薄膜は波長シフトが観測されなかった。これは取り付け角度θ＝４５°以上とした時に得られた光学薄膜を通常の環境中で光学薄膜を使用した場合、大気中の水分吸収により当初の光学特性が変化することを示す。【００７９】
したがって、取り付け角度θ＝８〜４０°のとき、イオンアシストにより上述の波長シフトが効果的に抑制（又は防止）可能であることが示された。そして、上述の取り付け角度θの範囲とすることにより、特に波長シフトが抑制され、イオンアシストの効果がより顕著に表れることが明らかとなった。【００８０】
［実施例３、比較例１］
図１に示した光学薄膜蒸着装置１を使用して成膜を行った実施例１（取り付け角度θ＝４０°）について、従来の光学薄膜蒸着装置（図７参照）により成膜を行った比較例１（取り付け角度θ＝０°）と比較して説明する。なお、取り付け角度＝０°とは、イオン源３８と基板ホルダ１２の曲率中心とが一致した場合である。
実施例１及び比較例１はいずれも、蒸着物質として高屈折率物質及び低屈折率物質を交互に成膜した。なお、実施例１及び比較例１のいずれにおいても、高屈折率物質としてＴａ２Ｏ５、低屈折率物質としてＳｉＯ２を用いた３６層からなる短波長透過フィルター（Ｓｈｏｒｔ  Ｗａｖｅ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ  ：ＳＷＰＦ）の多層膜を成膜した。
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４、図５に示した。【００８１】
実施例３の成膜条件は以下の通りである。なお、Ｔａ−Ｏ結合とＳｉ−Ｏ結合の結合エネルギーが異なり、さらにＳｉ及びＴａの原子量が異なるため、下記のようにＴａ２Ｏ５とＳｉＯ２は異なる成膜条件で成膜した。
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：  ０．５ｎｍ／ｓｅｃ
ＳｉＯ２の成膜速度：  １．０ｎｍ／ｓｅｃ
Ｔａ２Ｏ５蒸発時のイオン源条件
導入ガス：酸素６０ｓｃｃｍ  アルゴン７ｓｃｃｍ
イオン加速電圧：５００Ｖ
イオン電流：５００ｍＡ
取り付け角度θ：４０°
ＳｉＯ２蒸発時のイオン源条件
導入ガス：酸素５０ｓｃｃｍ
イオン加速電圧：５００Ｖ
イオン電流：５００ｍＡ
取り付け角度θ：４０°
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【００８２】
比較例１の成膜条件は以下の通りである。なお、Ｔａ−Ｏ結合とＳｉ−Ｏ結合の結合エネルギーが異なり、さらにＳｉ及びＴａの原子量が異なるため、下記のようにＴａ２Ｏ５とＳｉＯ２は異なる成膜条件で成膜した。
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：  ０．５ｎｍ／ｓｅｃ
ＳｉＯ２の成膜速度：  １．０ｎｍ／ｓｅｃ
Ｔａ２Ｏ５蒸発時のイオン源条件
導入ガス：酸素６０ｓｃｃｍ  アルゴン７ｓｃｃｍ
イオン加速電圧：５００Ｖ
イオン電流：５００ｍＡ
取り付け角度θ：０°
ＳｉＯ２蒸発時のイオン源条件
導入ガス：酸素５０ｓｃｃｍ
イオン加速電圧：５００Ｖ
イオン電流：５００ｍＡ
取り付け角度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【００８３】
ここで、比較例１に用いた従来の光学薄膜蒸着装置と、実施例３に用いた光学薄膜蒸着装置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３及び比較例１での真空状態は、Ｏ２ガス雰囲気、２５０℃、２．５×１０−２Ｐａであると仮定すると、平均自由行程ｌは、いずれも５００ｍｍとなる。従来の光学薄膜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、光学薄膜蒸着装置１の距離ｄは４３９ｍｍであることから、従来の光学薄膜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、光学薄膜蒸着装置１では４１％である。【００８４】
すなわち、イオン源３８の条件を同一として比較すると、光学薄膜蒸着装置１は従来の光学薄膜蒸着装置と比べて、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、光学薄膜蒸着装置１において基板１４に照射されるイオンは、従来の光学薄膜蒸着装置よりも高い運動エネルギーを有している。【００８５】
図４は、実施例３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４００〜１０００ｎｍの波長λの光を照射し、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４によれば、波長λが４００〜５５０ｎｍの範囲において、一部の波長領域を除いてではあるが、実施例３において作製された多層膜は、比較例１の多層膜と比較して、透過率Ｔが高い値を示している。【００８６】
具体的には、波長λ＝４８０ｎｍ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９１．５％、実施例３での多層膜の透過率Ｔは９４．５％であった。また、波長λ＝５５０ｎｍ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９２．１％、実施例３での多層膜の透過率Ｔは９４．３％であった。【００８７】
したがって、取り付け角度θ＝０°で成膜された比較例１の多層膜よりも、取り付け角度θ＝４０°で成膜された実施例３の多層膜のほうが、より高い透過率Ｔを有することが示された。【００８８】
図５は、実施例３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、作製した多層膜に、４００〜１０００ｎｍの波長λの光を照射し、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。【００８９】
図５によれば、波長λが４００〜８００ｎｍの範囲で、実施例３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付近において透過率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。【００９０】
波長λ＝４８０ｎｍ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９６．９％、実施例３での多層膜の透過率Ｔ＋反射率Ｒは９９．６％であった。また、波長λ＝５５０ｎｍ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は９７．４％、実施例３での多層膜の透過率Ｔ＋反射率Ｒは９９．６％であった。さらに、実施例３の多層膜は、透過率Ｔ＋反射率Ｒの値が４００〜１０００ｎｍの波長範囲において、比較的平坦（一定）であるが、比較例１の多層膜では長波長領域になるほど、透過率Ｔ＋反射率Ｒの値が変動している。【００９１】
したがって、取り付け角度θ＝０°で成膜された比較例１の多層膜よりも、取り付け角度θ＝４０°で成膜された実施例３の多層膜のほうが、透過率Ｔ＋反射率Ｒの値がより高いこと、また、実施例３の多層膜は広い波長範囲にわたって安定した光学特性を保持することが示された。【００９２】
このように、従来装置により作製された多層膜（比較例１）と比較して、本発明に係る光学薄膜蒸着装置１により作製された多層膜（実施例３）は、波長λが４００〜５５０ｎｍの範囲内において透過率Ｔが向上すると共に、透過率Ｔ＋反射率Ｒの値も著しく向上した。また、実施例３は、幅広い波長領域において、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３の光学薄膜は、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おり、優れた光学特性を有する多層膜であるといえる。【００９３】
［実施例４、５］
図６は、実施例４、５の光学薄膜の透過率Ｔと反射率Ｒの和を示すグラフ図であり、作製した多層膜に、４００〜１０００ｎｍの波長λの光を照射し、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。実施例４、５はいずれも、蒸着物質として高屈折率物質及び低屈折率物質を交互に成膜した。なお、実施例１及び比較例１のいずれにおいても、高屈折率物質としてＴａ２Ｏ５、低屈折率物質としてＳｉＯ２を用いた３６層からなる短波長透過フィルター（Ｓｈｏｒｔ  Ｗａｖｅ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ：ＳＷＰＦ）の多層膜を成膜した。
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６に示した。【００９４】
実施例４、５の成膜条件は以下の通りである。なお、Ｔａ−Ｏ結合とＳｉ−Ｏ結合の結合エネルギーが異なり、さらにＳｉ及びＴａの原子量が異なるため、下記のようにＴａ２Ｏ５とＳｉＯ２は異なる成膜条件で成膜した。
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：  ０．５ｎｍ／ｓｅｃ
ＳｉＯ２の成膜速度：  １．０ｎｍ／ｓｅｃ
Ｔａ２Ｏ５蒸発時のイオン源条件
導入ガス：酸素６０ｓｃｃｍ  アルゴン７ｓｃｃｍ
イオン加速電圧：５００Ｖ
イオン電流：５００ｍＡ
取り付け角度θ：４５°
ＳｉＯ２蒸発時のイオン源条件
導入ガス：酸素５０ｓｃｃｍ
イオン加速電圧：５００Ｖ
イオン電流：５００ｍＡ
取り付け角度θ：４０°
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【００９５】
図６には、取り付け角度θが２７°（実施例４）、１０°（実施例５）の２条件で成膜した多層膜の測定結果について示した。いずれの場合においても、波長λ＝４００〜６００ｎｍの範囲において、透過率Ｔ＋反射率Ｒの値が９９％より大きく、光学特性の良い多層膜であることが示された。【００９６】
このように、取り付け角度θが８〜４０°（特定の成膜条件、特定の使用環境が対象となる光学薄膜においては６〜７０°）の範囲内に設定されて成膜された多層膜は、特に波長λ＝４００〜６００ｎｍの範囲で、透過率Ｔ＋反射率Ｒの値が高く、ほぼ一定である。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。【００９７】
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、取り付け角度θ＝８〜４０°（特定の成膜条件、特定の使用環境が対象となる光学薄膜においては６〜７０°）の範囲内では大気中の水分により光学特性が変化することなく、良好な膜質の薄膜が得られた。したがって、イオン源３８と基板１４との距離を平均自由行程ｌと同等、もしくはそれ以下とし、さらに所定の角度を有してイオンビームを基板１４に入射させる構成とすると、イオン源３８と基板１４との距離に関わらず、良好な膜質を有する薄膜を得ることができる。【００９８】
なお、このとき、取り付け角度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、取り付け角度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源３８の長寿命化を図ることができる。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成22年4月30日(2010.4.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
真空容器内で基体に蒸着物質を蒸着させる光学薄膜蒸着装置であって、
前記真空容器内に配設され、前記基体を複数保持するドーム型の基体保持手段と、
該基体保持手段を回転させる回転手段と、
前記基体に対向して設けられた蒸着手段と、
前記基体に対してイオンを照射するイオン源と、
前記基体に対して電子を照射するニュートラライザと、を備え、
前記イオン源は、前記基体保持手段に保持されるすべての前記基体表面に対する垂線に対し、前記イオン源からイオンが照射される各方向軸線の最大角度が８°以上４０°以下となる位置で、前記基体保持手段の直径に対し、前記基体保持手段における回転軸中心との交点と、前記イオン源の中心との鉛直方向の距離の比が、０．５以上１．２以下の範囲で配設されることを特徴とする光学薄膜蒸着装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
前記課題は本発明の光学薄膜蒸着装置によれば、真空容器内で基体に蒸着物質を蒸着させる光学薄膜蒸着装置であって、前記真空容器内に配設され、前記基体を複数保持するドーム型の基体保持手段と、該基体保持手段を回転させる回転手段と、前記基体に対向して設けられた蒸着手段と、前記基体に対してイオンを照射するイオン源と、前記基体に対して電子を照射するニュートラライザと、を備え、前記イオン源は、前記基体保持手段に保持されるすべての前記基体表面に対する垂線に対し、前記イオン源からイオンが照射される各方向軸線の最大角度が８°以上４０°以下となる位置で、前記基体保持手段の直径に対し、前記基体保持手段における回転軸中心との交点と、前記イオン源の中心との鉛直方向の距離の比が、０．５以上１．２以下の範囲で配設されること、により解決される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
そして基体表面に対する垂線に対してイオン源からイオンが照射される軸線が成す最大角度が、８°以上４０°以下に設計されることにより、基体に対しほぼ直角に近い角度でイオンビームが衝突する従来の光学薄膜蒸着装置の場合に比べて、イオンビームの衝突時、基体表面に対して、剪断方向の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、基体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。したがって、より小さい電力若しくは短時間で均一な膜質の光学薄膜を成膜することができ、さらに、膜質の改善を図ることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
これに対し、上述の角度以外、たとえば、基体表面に対する垂線とイオンビームの軸線が成す最大角度が４０°よりも大きい場合には、特に湾曲した基体保持手段を用いた時、基体保持手段によりイオンビームが遮られるため、得られる光学薄膜の膜質が、基体上で不均一となる。一方、基体表面に対する垂線とイオンビームの軸線が成す角度が８°よりも小さい場合は、イオンアシスト効果が小さくなり、好ましくない。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
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の側面に接続部としてのアタッチメント４４を介して基板１４よりも外周側に取り付けられている。イオン源３８が真空容器１０の側面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。
なお、本実施形態中ではイオン源３８は真空容器１０の側面に配設されているが、後述の取り付け角度θ、取り付け高さｈを満足する位置であれば、底面に備えられていても良い。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
ここで、イオン源３８の取り付け角度θ（以後、「取り付け角度θ」と称する。）とは、イオンビームを照射する軸線と、基板ホルダ１２に設置されたすべての基板１４の表面に対する垂線とがなす最大角度を指す。上述のように、基板ホルダ１２は回転しているため基板１４の位置が変化し、それに伴い基板１４の表面に対する垂線と、イオンビームとが成す角度は変化するが、この角度が最大である時を取り付け角度θと定義する。なお、本明細書中、取り付け角度θは、イオンビーム照射角度と同義である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
一方、取り付け角度θが小さい場合は、イオンアシスト効果が小さくなり、好ましくない。すなわち、この取り付け角度θが小さい場合、基板１４の表面に対し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ができず、堆積した蒸着層を緻密化する効果が低下する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
イオンビームのエネルギー密度を５０ｍＷ／ｃｍ２として行った上述の実施例１に対して、実施例２では、イオンビームのエネルギー密度を下記のように設定し、取り付け角度θを０〜８５°として成膜を行った。取り付け角度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。
また、３６層の膜からなる実施例１に対し、実施例２は、高屈折率物質としてＴｉＯ２、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。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
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：  ＴｉＯ２（高屈折率膜），ＳｉＯ２（低屈折率膜）
ＴｉＯ２／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
イオンビームエネルギー密度：５〜１５０ｍＷ／ｃｍ２
取り付け角度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
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
なお、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２の成膜速度は取り付け角度θの値によって変化する値である。そのため、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２の成膜速度が一定となるように、取り付け角度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。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010018876.tif 000011
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
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【国際調査報告】
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