(57)【要約】【課題】  膜厚傾斜量や基板形状が異なる複数種類の膜厚傾斜膜を効率的に製造するための製造方法および成膜装置を提供する。【解決手段】  基板ホルダと蒸発源の中間位置に、独立して作用する二種類以上の膜厚調整機構を有し、少なくても一種類が基板ホルダ内の膜厚分布を均一化する機能を、更に他の膜厚補正機構が各被成膜基板に所定の膜厚傾斜を与える機能を有する構造にするとともに、各被成膜基板に所定の膜厚傾斜量を与える機能を有する膜厚補正機構が、基板ホルダと同一形状を有する傾斜量調整マスクホルダと、それにセットして使用される傾斜量調整マスク板により構成される事を特徴とする成膜装置を使用して膜厚傾斜膜を製造する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板ホルダと蒸発源の中間位置に、独立して作用する二種類以上の膜厚調整機構を有し、少なくても一種類が基板ホルダ内の膜厚分布を均一化する機能を、更に他の膜厚補正機構が各被成膜基板に所定の膜厚傾斜を与える機能を有する事を特徴とする、膜厚傾斜膜の製造方法および成膜装置。
【請求項２】
各基板に所定の膜厚傾斜量を与える機能を有する膜厚補正機構が、基板ホルダと同一形状を有する傾斜量調整マスクホルダと、それにセットして使用される傾斜量調整マスク板により構成される事を特徴とする膜厚傾斜膜の製造方法および成膜装置。
【請求項３】
上記請求項１および請求項２において、基板ホルダと同一形状を有する傾斜量調整マスクホルダが、加工時に基板ホルダに対して等間隔に保持された状態で、基板ホルダと膜厚傾斜量調整マスクホルダが同一回転中心に対し互いに逆方向に回転している事を特徴とする膜厚傾斜膜の製造方法および成膜装置。
【請求項４】
上記請求項３において、基板ホルダと同一形状を有する傾斜量調整マスクホルダの保持間隔が３ｍｍ以上でかつ５０ｍｍ以下、理想的には５ｍｍ以上かつ１０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項３に示す膜厚傾斜膜の製造方法および成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板上の位置により膜厚が変化する膜厚傾斜膜の製造方法および成膜装置に関するものである。
【０００２】
光学薄膜を有する光学部品およびそれを用いた光学機器は、多くの分野で利用されているが、このような光学機器に要求される性能の中に広範囲にわたる光学性能の均一化や、出力画像の色ムラ防止等があげられる。一般に光学薄膜の光学性能はその光学薄膜への光の入射角度θに依存する。例えばある光学薄膜に対し、該当光学薄膜に光が垂直に入射する場合（θ＝０）の光学性能を基準として、光が角度θだけ傾いてで入射した場合には、その光学薄膜の光学性能はＣｏｓθ分だけ波長方向にシフトする事が知られている。この場合、当該光学薄膜の基準とする光学的膜厚をｎｄとした場合、光が入射角度θで入射する位置での光学的膜厚をｎｄ／Ｃｏｓθとする事によりその光学性能のシフトを補償出来ることが知られている。
【０００３】
近来、光学機器の小型化や光学部品構成の変化に伴い、光学薄膜への入射光束が拡散する、すなわち入射光束が角度分布を持つようになってきたため、光学性能の均一化の為にこれらの入射光束の影響を補償するような膜厚分布を有するような光学薄膜すなわち膜厚傾斜膜が要求されるようになってきている。
【背景技術】
【０００４】
このような膜厚傾斜膜の製造に関する先行事例としては、例えば、特許文献１では加工基板を傾斜させる等で、被成膜基板と蒸発源の間の距離を違える事により膜厚傾斜を得る方法が開示されており、別の例として特許文献２では、通常は膜厚の均一化を目的として使用される膜厚補正板を利用して、任意の膜厚傾斜量を得る方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２２８８３４号公報
【特許文献２】特開２００３−１５５５５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、加工基板を傾斜させる等で、被成膜基板と蒸発源の間の距離を違える事により膜厚傾斜を得る方法の場合は、１、膜厚傾斜量が上下方向のみの単純増減に限定される、２、斜蒸着に伴う膜質の低下が発生する、等の問題が発生する。また、通常は膜厚の均一化を目的として使用される膜厚補正板を利用して、任意の膜厚傾斜量を得る方法では任意状態の膜厚傾斜量を得る事は可能であるが、３、基板ホルダ内全域では膜厚を均一にし、かつ個々の被成膜基板内では任意の膜厚傾斜を得る必要がある為、膜厚補正機構の構造、設計が複雑になる、４、被成膜基板の変更に合せて膜厚補正板も交換する必要がある等により生産効率を低下させる危険性がある。更に当然の事ながら、膜厚傾斜量と膜厚補正板形状は１対１に対応するので、常に膜厚補正板の取付け位置と被成膜基板の取付け位置を最適に維持するための工夫が不可欠であるが、特許文献２ではこの点について明記されていない。
【０００６】
本出願に係る第１の発明の目的は、任意の基板形状や膜厚傾斜量を有する膜厚傾斜膜を効率的に製造可能にする為の膜厚傾斜膜の製造方法と成膜装置を提供することにある。
【０００７】
本出願に係る第２の発明の目的は、基板形状や膜厚傾斜量の異なる膜厚傾斜膜を１台の成膜装置で製造する場合においても、常に膜厚補正板の取付け位置と被成膜基板の取付け位置を最適位置に維持する事が可能な膜厚傾斜膜の製造方法と成膜装置を提供することにある。
【０００８】
本出願に係る第３の発明の目的は、第１、第２の発明の目的に加え、さらに同一加工ロット内での膜厚傾斜量のばらつきを軽減する事が可能な膜厚傾斜膜の製造方法と成膜装置を提供することにある。
【０００９】
本出願に係る第４の発明の目的は、第３の発明の目的に加え、加工時の補正板と被蒸着基板の熱変形や振動等による接触等の問題を防止すると同時に補正機構の間隔を規定する事により、より膜厚傾斜量の被成膜基板への転写精度を向上させた膜厚傾斜膜の製造方法と成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本出願に係る第１の発明について説明する。膜厚傾斜膜を真空蒸着装置を用いて作成する場合として、本出願に係る第１の発明について、図１を、また従来の方式を図１１を用いて説明する。本出願に係る第１の発明の特徴としては、基板ホルダ（１０３）と蒸発源（１０４）の中間に、膜厚調整機構を複数設置し、さらに基板ホルダ内の膜厚分布を均一化するための膜厚調整機構１（１０２）と、個々の被蒸着基板に所定の膜厚傾斜量を与えるための膜厚膜厚調整機構２（１０１）の様に機能を分離した事である。
【００１１】
一般に成膜装置において、膜厚分布を調整する方法としては、基板ホルダ（１１２）と蒸発源（１１３）の中間に膜厚調整機構（１１１）を設けて所望の膜厚分布を得る方法が一般的である。当然のことながら、このような構成では被蒸着基板上で所定の膜厚傾斜量を得る為には基板ホルダ内の膜厚分布と所望する膜厚傾斜量の両方を考慮した膜厚調整機構の設置が必要となってくる。ところが通常は複数の被蒸着基板を同時に基板ホルダ（１１２）にセットして一括して加工することが行われるため、この場合は従来技術のように単一の膜厚調整機構による膜厚調整の場合は複雑な形状の膜厚調整機構を必要とする。
【００１２】
図１２は単一の膜厚調整機構により、この課題を実現するための膜厚調整機構の形状例を示したものである。これは基板ホルダ内の膜厚分布を均一化するための補正板（１２２）と基板ホルダに複数設置される被成膜基板（１２１）に所定の膜厚傾斜を与えるための膜厚補正板（１２１）を支持材１２４により一体化したものであるが、このような構成の膜厚調整機構では当然の事ながら相互の膜厚補正板の膜厚調整効果が干渉するため、形状の異なる被蒸着基板や、膜厚傾斜量の異なる膜厚傾斜膜加工する場合には、膜厚補正板（１２１）の最適化にとどまらず、図１１に示す膜厚調整機構（１１１）全体の最適化が必要となるために、その設計や調整には大きな時間的ロスを生じる事になる。
【００１３】
しかしながら、このような膜厚補正板の要求性能はその機能を詳細に検討した場合には、（膜厚補正板機能）＝（基板ホルダ内膜厚均一化機能）＋（膜厚傾斜量付与機能）に分離する事が可能であり、加えて製品要求性能の変化に対応させる必要があるのは（膜厚傾斜量付与機能）のみであり、（基板ホルダ内膜厚均一化機能）は殆どの場合において同じ成膜装置による加工装置においては初期段階の条件設定以降は条件を固定して加工される例が殆どである。
【００１４】
以上の点を考慮した結果、基板ホルダ内の膜厚分布を均一に保つ為の膜厚補正機構と、基板ホルダにセットして加工される個々の被加工基板に対し、所定の膜厚傾斜量を付与するための膜厚傾斜量調整機構を分離して設置し、実際の成膜加工時には各々の膜厚調整機構を同時に使用する事により、実際の膜厚制御機構を製品使用に対応させて設計する場合においても所定の膜厚傾斜量を付与するための膜厚傾斜量調整機構についてのみ考慮すれば良い事になり、成膜装置全体での膜厚補正機構の設計を簡略化することが可能となる。本発明１の効果を検証した結果を図７に示すが、膜厚調整機構１（１０２）により基板ホルダ内での膜厚分布が均一化された後に、膜厚調整機構２（１０１）により所望の膜厚傾斜量が付与されているのが確認出来る。
【００１５】
次に、本出願に係る第２の発明について説明する。基板形状や膜厚傾斜量の異なる膜厚傾斜膜を１台の成膜装置で製造する場合においては膜厚傾斜量調整機構の取付け位置と、被成膜基板の相対的な位置関係を常に最適な位置に維持する必要があるが、一回の加工バッチにおいて複数の被成膜基板を一括して加工するような場合には、各々の被成膜基板と膜厚傾斜量調整機構の位置調整について最適位置に調整する必要があるが、膜厚傾斜量調整機構を従来例のような膜厚補正板とした場合は補正板形状が複雑に、例えば図１２に示すような形状となるため、その位置調整も複雑になる。
【００１６】
本発明においては、このような問題を解決するために、基板ホルダ形状に着目した。通常、一回の成膜加工において複数枚の被成膜基板を一括して加工する場合は、複数の被成膜基板を収容する基板ホルダにセットして加工するのが一般的であるが、この場合の基板ホルダ形状は複数の被成膜基板をセット出来る複数の穴を空けたドーム状の冶具または平板冶具が使用されている。そこで、本発明においては、被成膜基板と膜厚傾斜量調整機構の位置関係を常に一定に保つために、膜厚傾斜量調整機構形状を基板ホルダと同一形状を有する傾斜量調整マスクホルダと、それにセットして使用される膜厚傾斜量調整マスク板により構成する事とした。
【００１７】
この場合には本来は被成膜基板がセットされる位置に傾斜量調整マスク板をセットしたのと同様の効果を得ることが出来るので、成膜装置内での被製膜基板と傾斜量調整マスク板の相対位置関係を常に一定に保つ事が出来る。
【００１８】
図２に本出願に係る発明２により設計された膜厚調整機構の例を示すが傾斜量調整マスクホルダ（２０１）の形状を基板ホルダと同一形状としているため、必然的に傾斜量調整マスク板（２０２）と基板ホルダ内の個々の被成膜基板（２０３：参考表示）と同一個所に設置されることになるので、結果として複雑な位置調整が不要となり、単純に図１に示す基板ホルダ（１０３）と膜厚調整機構２（１０１）を同時に交換する事で、容易に複数種類の基板形状や膜厚傾斜量への対応が可能となる。
【００１９】
次に、本出願に係る第３の発明について説明する。通常の成膜工程においては、その蒸発源が装置中心に対して偏心して設置されている場合が多く、前述の基板ホルダを成膜装置内で公転させて成膜を行う事により円周方向の膜厚均一化を図る事が一般的に行われている。当然の事ながら本発明２における場合でも、傾斜量調整マスク板の形状や、取付け位置精度、形状精度等の影響で、円周方法において膜厚補正効果にばらつきが生じる可能性があるが、加工時に基板ホルダに対して等間隔に保持された状態で、基板ホルダと膜厚傾斜量調整マスクホルダが同一回転中心に対し互いに逆方向に回転させることにより、円周方向での膜厚補正効果のばらつきを抑制する事により、同一加工ロット内での膜厚傾斜量のばらつきを軽減する事が可能となる。
【００２０】
次に、本出願に係る第４の発明について説明する。本来、膜厚傾斜量調整機構形状による膜厚傾斜膜の製造においては、傾斜量調整マスク板による膜厚制御量の被成膜基板への転写精度を向上させるためには、被成膜基板と傾斜量調整マスク板の間隔が狭く、理想的には限りなく接触状態に近い状態で加工されることが望ましいが、被成膜基板と傾斜量調整マスク板の間隔を狭めた場合には、被成膜基板と傾斜量調整マスク板の物理的接触等による基板損傷の発生等の不具合が発生する。一方、被成膜基板と傾斜量調整マスク板の間隔を広げすぎた場合はマスク縁部分による成膜物質の回り込みや、成膜時の基板回転に伴う傾斜量調整マスク板と被成膜基板の蒸発源に対する投射位置ずれに伴い被成膜基板周辺部における膜厚傾斜量の乱れ等が発生する。
【００２１】
以上のような問題点を考慮した上で成膜時の加工条件、例えば加熱によるマスクホルダや基板ホルダの熱変形に伴う間隔変化や、物理的振動に伴う基板の接触を防止しつつ、なおかつ被成膜基板周辺における膜厚傾斜量の乱れを実用範囲として±１０ｍｍ以内、理想的には±５ｍｍ以内に納める事を目的として机上計算および成膜実験を行った結果、被成膜基板と傾斜量調整マスク板の間隔の実用的な範囲として保持間隔が３ｍｍ以上でかつ５０ｍｍ以下、理想的には５ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下とすることで、目的を達成出来る事を確認した。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本出願に係る第１の発明によれば、たとえば被成膜基板の形状や膜厚傾斜量の変更が生じた場合においても、同一加工ロット内における膜厚分布の影響を考慮せずに、膜厚傾斜量を付与するための膜厚傾斜量調整機構についてのみ考慮すれば良い事になり、結果として成膜装置全体での膜厚補正機構の設計を簡略化することが可能となり、さらには加工再現性を向上させることが可能になる。
【００２３】
また、本出願に係る第２の発明によれば、被成膜基板の形状や膜厚傾斜量の変更が生じた場合においても成膜装置内の被成膜基板と傾斜量調整機構を一対で交換する事により、各々の相対位置関係を常に一定に保つ事が出来るため、傾斜量調整機構の複雑な位置調整が不要になるため、基板形状や膜厚傾斜量の異なる複数の光学部品を効率的に加工することが可能となる。また、結果的に膜厚傾斜量の加工再現性も向上することになる。
【００２４】
また、本出願に係る第３の発明によれば傾斜量調整マスク板の形状や、取付け位置精度、形状精度等の影響で、円周方法において膜厚補正効果にばらつきが生じた場合においても、加工時に基板ホルダに対して等間隔に保持された状態で、基板ホルダと膜厚傾斜量調整マスクホルダが同一回転中心に対し互いに逆方向に回転させることにより、円周方向での膜厚補正効果のばらつきを抑制出来るため、同一加工ロット内での膜厚傾斜量のばらつきを軽減する事ができる。
【００２５】
更に、本出願に係る第４の発明によれば上記の効果に加えて成膜時の加工条件、例えば加熱によるマスクホルダや基板ホルダの熱変形に伴う間隔変化や、物理的振動に伴う基板の接触を防止しつつ、なおかつ被成膜基板周辺における膜厚傾斜量の乱れを実用範囲として±１０ｍｍ以内、理想的には±５ｍｍ以内に納める事が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明を実施するための最良の形態について図１を用いて説明する。図１は当該成膜装置が真空蒸着装置である場合をしめしており、図１の１０１は膜厚調整機構２を、１０２は膜厚調整機構１を、１０３は基板ホルダを、１０４は蒸発源を、１０５は基板ホルダ１０２の回転駆動機構を、１０６は膜厚調整機構２（１０１）の回転駆動機構を、１０８は膜厚監視用モニタ機構を示している。また、１０７は成膜物質の飛来状況を模式的に示したものである。
【００２７】
図１において複数の被成膜基板がセットされた基板ホルダ（１０３）は回転駆動機構（１０６）により保持されており、さらに基板ホルダ（１０３）と蒸発源（１０４）の間に基板ホルダ内の膜厚分布均一化を目的とした固定式の膜厚調整機構２（１０６）が設けられ、さらに基板ホルダ（１０３）と固定式の膜厚調整機構２（１０６）の中間に膜厚傾斜量調整を目的とした膜厚調整機構１（１０１）が回転駆動機構（１０５）により、基板ホルダ（１０３）に対して等間隔で保持された構造を有している。
【００２８】
実際の成膜工程の流れと、膜厚調整機構の動作について説明すると、蒸発源（１０４）により溶解、蒸発した成膜物質（１０７）は基板ホルダ（１０３）にセットされた被成膜基板に向かって一定の蒸発分布を持った状態で飛来するが、その途中において成膜物質は膜厚調整機構２（１０２）により基板ホルダ（１０３）に対して膜厚分布が均一になるように蒸発分布が調整される。さらに成膜物質（１０７）は基板ホルダ（１０３）にセットされた個々の被成膜基板に到達する直前で膜厚調整機構１（１０１）により所定の膜厚傾斜量が得られるように蒸発分布が調整された後、個々の被成膜基板に到達し堆積する。また、全体的な膜厚調整は膜厚監視用モニタ機構（１０８）により監視、制御される。このような工程により、所定の膜厚傾斜量を有する膜厚傾斜膜が基板ホルダ（１０３）上にセットされた被成膜基板上に形成される事になる。
【００２９】
さらに、膜厚調整機構１（１０１）は基板ホルダ（１０３）と同一形状を有する傾斜量調整マスクホルダと、それにセットして使用される膜厚傾斜量調整マスク板により構成されている。また、基板ホルダ（１０３）は回転駆動機構（１０２）により、膜厚調整機構１（１０１）は回転駆動機構（１０６）により成膜中は互いに同一回転中心の上を１０ｍｍの間隔を開けた状態で、逆方向に回転しながら成膜加工が行われる。図２に膜厚調整機構１（１０１）と基板ホルダ（１０３）の関係を蒸発源（１０４）側から見た図を示す。
【００３０】
参考として、各膜厚調整機構の実際の効果を図７に、さらに理論設計値との対比を図８に示すが、理論設計値と、製品上で実際に得られた膜厚傾斜量が良く一致している事を示している。
【実施例１】
【００３１】
本出願に係る第１の発明について、他の実施例を図３に示す。実施例１では膜厚調整機構２（３０１）が基板ホルダ（３０３）と異なる形所をしている事と、膜厚調整機構２（３０１）の保持機構（３０６）が固定式であることが図１に示す実施例と異なっている。
【実施例２】
【００３２】
本出願に係る第１の発明について、他の実施例を図４に示す。実施例２では膜厚調整機構２（４０１）が基板ホルダ（４０３）と異なる形所をしていることが図１に示す実施例と異なっている。
【実施例３】
【００３３】
本出願に係る第２の発明について、他の実施例を図５、図６に示す。本実施例に示すように、膜厚傾斜量調整マスク板の形状、配置は図２に示すように一定である必要はなく、必要に応じて設置個所、形状を調整する事が可能である。膜厚傾斜量調整マスクホルダと基板ホルダの形状は完全に同一である必要は無く、基本的な形状（曲率や外形）と被成膜基板の配置位置のみを考慮した形状でも良く、回転方向における取付け位置が制限されるものではない。
【実施例４】
【００３４】
図９に、本発明をダイクロイックフィルタの成膜加工に応用した例を示す。このように本発明はダイクロイックフィルタの光学特性の調整に効果的であることが確認される。
【実施例５】
【００３５】
図１０に、本発明を蒸着ＮＤフィルタの成膜加工に応用した例を示す。３ｍｍ程度の微小寸法においても、本発明が効果的であることが確認できるとともに、膜厚傾斜量も１０−９０％程度まで調整が可能である事が確認出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】発明を実施するための最良の形態を説明した図である。
【図２】本出願に係る第２の発明について説明した図である。
【図３】第１の実施例について説明した図である。
【図４】第２の実施例について説明した図である。
【図５】第３の実施例について説明した図である。
【図６】第３の実施例について説明した図である。
【図７】第１の発明の効果について説明した図である。
【図８】発明を実施するための最良の形態の効果について説明した図である。
【図９】第４の実施例について説明した図である
【図１０】第４の実施例について説明した図である。
【図１１】従来例について説明した図である。
【図１２】従来例について説明した図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０１、３０１、４０１  膜厚調整機構２
１０２、３０２、４０２、１１１  膜厚調整機構１
１０３、３０３、４０３、１１２  基板ホルダ
１０４、３０４、１１３  蒸発源
１０５、３０５、４０５、１１４  基板ホルダ回転機構
１０６、４０６  膜厚調整機構２の回転機構
３０６  膜厚調整機構２の保持機構
１０７、３０７、４０７、１１６  蒸着物質を模式的に示した線
１０８、３０８、４０８、１１５  膜厚監視用モニタ機構
２０１  膜厚傾斜量調整マスクホルダ
２０２  膜厚傾斜量調整マスク板
２０３、１２３  被蒸着基板位置を参考で示した図
１２１  膜厚傾斜調スク板
１２２  膜厚分布調整マスク板
１２４  マスク板保持機構
１２３  被蒸着基板
１２５  基板ホルダ
【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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