(57)【要約】【課題】特にプラスチック等の熱変形温度の低い材料で形成された基板に対して変形等を生じさせにくい薄膜形成装置及び薄膜形成方法を提供する。【解決手段】基板Ｓに蒸着物質Ｐを蒸着させるイオンアシスト蒸着装置１であって、真空チャンバ２内に配設され基板Ｓを保持するための基板ホルダ３と、基板ホルダ３を回転させる基板ホルダ回転モータ５と、基板ホルダ３に保持された基板Ｓに蒸着物質Ｐを供給して表面に蒸着させる蒸発源６と、基板Ｓからの熱輻射により基板Ｓを冷却するための近接冷却面１３ａが形成された冷却板１３、冷媒管１２及び冷凍機１１とを備え、近接冷却面１３ａは、真空チャンバ２内の基板ホルダ３近傍であって基板Ｓとは非接触となる位置に設けられ、かつ基板Ｓや基板ホルダ３からの輻射熱を吸収可能な温度とされている。基板Ｓの全体を均一に冷却することができるため、基板Ｓが局所的に冷却されることによる変形等が生じにくい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内で基体に蒸着物質を蒸着させる薄膜形成装置であって、
前記真空チャンバ内に配設され前記基体を保持するための基体保持手段と、
該基体保持手段を回転させる回転手段と、
前記基体保持手段に保持された前記基体に前記蒸着物質を供給して表面に蒸着させる蒸発源と、
前記基体及び前記基体保持手段を冷却するための近接冷却面を有する冷却手段と、を備え、
前記近接冷却面は、前記真空チャンバ内の前記基体保持手段の近傍であって前記基体とは非接触となる位置に設けられ、かつ前記基体及び前記基体保持手段からの輻射熱を吸収可能な温度とされていることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
前記近接冷却面は、前記基体保持手段を基準に前記蒸発源が設けられる側の反対側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
前記冷却手段は、冷媒を供給する冷凍機と、該冷凍機に接続され前記冷凍機から供給される前記冷媒を通過させる管路が形成された冷媒管と、該冷媒管と接触し表面が前記近接冷却面を構成する冷却板と、を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
前記基体保持手段は、平板状又はドーム状をなしており、その一方の面から他方の面まで貫通する貫通孔が形成され、前記基体は、前記貫通孔を塞ぐように前記基体保持手段に保持されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
前記近接冷却面と前記真空チャンバの内壁面との間には、該内壁面よりも熱輻射率の小さい熱反射板が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項６】
前記冷却手段は、前記蒸発源側から前記基体及び前記基体保持手段を冷却するための蒸発源側冷却面を更に備え、
該蒸発源側冷却面は、前記蒸発源の近傍に設けられ、前記基体への前記蒸着物質の供給を妨げない形状とされていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項７】
前記基体に向けてイオンビームを照射するイオン源を更に備え、
前記蒸発源側冷却面は、前記基体への前記イオンビームの照射を妨げない形状とされていることを特徴とする請求項６に記載の薄膜形成装置。
【請求項８】
前記冷却手段は、前記真空チャンバの側壁側から前記基体及び前記基体保持手段を冷却するための側壁側冷却面を更に備え、
前記近接冷却面、前記蒸発源側冷却面及び前記側壁側冷却面により前記基体保持手段の周囲全体が取り囲まれていることを特徴とする請求項６又は７に記載の薄膜形成装置。
【請求項９】
前記真空チャンバの前記内壁面には、防着板が脱着自在に取り付けられており、
前記蒸発源側冷却面又は前記側壁側冷却面は、前記防着板に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の薄膜形成装置。
【請求項１０】
前記基体及び前記基体保持手段を加熱するための加熱源を更に備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。
【請求項１１】
前記近接冷却面による前記基体及び前記基体保持手段の冷却温度と前記加熱源による前記基体及び前記基体保持手段の加熱温度とを制御する温度制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１０に記載の薄膜形成装置。
【請求項１２】
真空チャンバ内で基体に蒸着物質を蒸着させる薄膜形成方法であって、
前記真空チャンバ内に配設された基体保持手段に前記基体を保持させる基体保持工程と、
該基体保持手段を回転させる回転工程と、
前記基体に成膜を行う成膜工程と、を行い、
前記成膜工程は、
前記基体保持手段に保持された前記基体に前記蒸着物質を供給して表面に蒸着させる蒸着工程と、
前記真空チャンバ内の前記基体保持手段の近傍であって前記基体とは非接触となる位置から、前記基体及び前記基体保持手段からの輻射熱を吸収して前記基体及び前記基体保持手段を冷却する冷却工程と、を行うことを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項１３】
前記冷却工程は、前記基体保持手段を基準に前記蒸着物質が供給される側とは反対側から前記基体及び前記基体保持手段を冷却する工程であることを特徴とする請求項１２に記載の薄膜形成方法。
【請求項１４】
前記冷却工程は、前記基体保持手段の周辺全体から前記基体及び前記基体保持手段を冷却する工程であることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の薄膜形成方法。
【請求項１５】
前記成膜工程前又は前記成膜工程中に、前記基体及び前記基体保持手段を加熱する加熱工程を更に行うことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【請求項１６】
前記成膜工程は、成膜時の加熱条件に応じて前記冷却工程での冷却温度と前記加熱工程での加熱温度を調節し、前記基体及び前記基体保持手段の温度を制御する温度制御工程を行うことを特徴とする請求項１５に記載の薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄膜形成装置及び薄膜形成方法に係り、特に、プラスチック基板に薄膜を形成するのに適した薄膜形成装置及び薄膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック等で形成された基板の表面に機能性薄膜を成膜することで、光学的・物理的特性を持たせる技術が知られている。例えば、ポリカーボネートやアクリル等からなるプラスチックレンズの表面にハードコート層や反射防止層を成膜することで、レンズに耐摩耗性や反射防止能を持たせることができる。
【０００３】
このような成膜を行う薄膜形成装置として真空蒸着装置があり、基板に形成する薄膜の原料である蒸着物質を電子ビーム等により蒸発させて基板に付着させることで、基板の表面に薄膜を形成している。蒸発方法としては、電子ビームにより蒸発させる方法の他に、抵抗加熱により蒸発させる方法などが知られている。
さらに、蒸着時に膜質を改善するためにイオンを照射する方法（イオンアシスト法、すなわちＩＡＤ法）や、イオンプレーティング法などが用いられている。これらの方法によれば、基板にイオンを衝突させることにより、薄膜の緻密化を図ることが可能となり、また、薄膜の結晶化も防止できる。このため、光学特性に優れるとともに耐環境性に優れた薄膜を形成することができる。
【０００４】
これらの薄膜形成装置では蒸発源が高温となるため、これを熱源とする輻射熱により基板が加熱されて高温となる。また、イオン源を用いる場合は、イオン源からのイオン照射やイオン源自体の温度が高くなることによる輻射熱で、基板が加熱される。
具体的に説明すると、一般的な薄膜形成装置において、蒸発源の蒸発温度は１５００〜２５００℃、蒸発源の蒸着物質の面積は数ｃｍ２〜１０ｃｍ２程度であり、この場合、蒸発面から約１ｍの距離において蒸発源から外部に０．０５〜０．３Ｗ／ｃｍ２の熱が輻射され、基板や真空室内側面が加熱される。
また、イオン源については、１０００Ｖで１００μＡ／ｃｍ２の電流でイオンを基板に照射する場合、０．１Ｗ／ｃｍ２のエネルギーが基板に与えられる。同時に、イオン源自体は３００〜４００℃に加熱され、そこから輻射熱が基板に伝達される。
【０００５】
一般に、ガラス等の材料と異なりプラスチックは熱変形温度が低いため、薄膜形成の過程で基板の温度が上昇しすぎて熱変形温度を超えると、比体積、膨張係数、比熱などが急激に変化し、基板が変形したり物理的・光学的特性に変化が生じたりするといった不都合があった。例えば、一般的なイオンアシスト蒸着装置では、成膜時間が比較的長いと基板の温度は１００〜１２０℃以上まで上昇するが、プラスチックの熱変形温度はアクリルで１００〜１０５℃、ポリカーボネートで１２０〜１３０℃、ポリエチレンで８０〜８５℃と１００℃前後であることが多く、通常は成膜の過程で基板の温度が熱変形温度を超え、基板に変形等が生じるおそれがある。
【０００６】
そこで従来、プラスチック等の熱変形温度の低い材料で形成された基板に対して薄膜を成膜する方法として以下の（１）〜（３）の方法が行われている。
（１）基板に形成する薄膜の層数を少なくしたり膜厚を小さくしたりすることで、基板の温度が熱変形温度を超える前に成膜を終了する方法。
（２）多層膜を成膜する場合、各層を成膜する工程の間に成膜を行わない冷却期間を設け、基板の温度上昇を抑制する方法。
（３）基板保持機構（基板ホルダ）に不凍液等の冷媒を直接流すことにより、基板保持機構を−５〜＋３５℃程度に冷却し、基板保持機構に密着して保持されている基板を冷却する方法（例えば、特許文献１〜５参照）。
【０００７】
上記（１）は、基板の温度が熱変形温度を超える前に成膜を終了することで、基板の変形を防ぐ方法である。この方法では、熱変形温度を超える前に成膜を終了させる必要があるため、成膜時間を長くすることが難しく、このため層数の多い多層膜や膜厚の大きい薄膜を成膜することは困難であり、必然的に層数が少なく膜厚の小さい薄膜しか形成することができない。例えば、基板の材質や成膜条件にもよるが、一般的なイオンアシスト蒸着装置を用いた場合、膜層数が１０層以下、全体の物理膜厚が０．５μｍ以下の成膜しか行うことができず、それより多い層数や厚い膜厚の薄膜を形成することは困難であった。
【０００８】
（２）は、多層膜を成膜する際に、各層を成膜する間に蒸発源やイオン源の動作を一旦停止させて基板を冷却させる冷却時間を設けることで、基板の温度が熱変形温度を超えるのを防ぐ方法である。この方法では、成膜終了までにかかる時間が長くなり、生産性が悪くなる。
例えば、プラスチック基板の表面に酸化チタン及び酸化ケイ素からなる薄膜を成膜してＵＶ／ＩＲカットフィルターを作製する場合において、各層間で冷却時間を５分設けた実験を行った。また、比較実験として、冷却時間を設ける必要の無いガラス基板を用いた。表１の、これらの結果を示す。
その結果、プラスチック基板を用いた場合の成膜完了までの時間は、冷却時間を設けなくてよいガラス基板の場合と比較して、倍以上の時間が必要となることがわかる。
【表１】
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【０００９】
一方、（３）の方法では、基板の温度上昇を防止するために冷却手段を設けて基板の冷却を行っている。この方法では、基板保持機構の内部に冷媒等を導入し、基板を冷却している。この方法によれば、基板を保持する基板保持機構の内部に冷媒を供給するためのパイプを設けて冷媒を流すことにより、基板保持機構を冷却する。また、基板保持機構と基板との間の密着性を高めるため、静電チャック等により両者を密着させて間に隙間が生じないようにする工夫もなされている。これにより、基板保持機構に密着した基板が冷媒により冷却され、温度上昇が抑制される。
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−２１２４４６号公報
【特許文献２】特開２００４−２１８０５２号公報
【特許文献３】特開２００５−８２８３７号公報
【特許文献４】特開２００６−１３７９６８号公報
【特許文献５】特開２００６−１９０８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、プラスチック基板に多層膜を成膜するためには、（３）のように基板を冷却するための冷却手段を用いる必要がある。
しかしながら、（３）の方法では、冷媒により冷却された基板保持機構で基板を保持しても、一般にプラスチックは熱伝導率が低いため、保持部から離れた部分は冷却されにくい。このため、基板の部位により温度が異なることがあり、基板の変形が生じやすい。
また、保持部は通常金属で形成されるが、プラスチックと金属とでは熱膨張係数が異なるため（プラスチックは金属に比べて通常約５倍以上大きい）、冷却に伴って保持部とプラスチック基板との間で隙間が生じることがある。この隙間により、冷却効率が低下することがある。
仮に基板を薄くして、これに張力を付与することで熱膨張による基板の弛みを低減しようとしても、基板と保持部との間の密着性は十分でなく基板の熱伝導率も低いため、基板を十分に冷却することは困難である。さらに、基板に張力を付与する機構は複雑・高価であり、薄膜形成装置にこのような機構を設けることで基板の製造コストの上昇を招く。
さらに、基板保持機構に対して基板を密着させる必要があるため、通常は基板保持機構と密着性の高い形状、すなわち平らな形状の基板しか冷却できず、薄膜形成を行うことができる基板の形状に制限があった。しかも、基板保持機構への基板の取付けに長時間を要し、成膜開始までに時間がかかるという問題もあった。また、基板保持機構に冷媒を流すための機構が複雑になるという問題もあった。
【００１２】
本発明の目的は、特にプラスチック等の熱変形温度の低い材料で形成された基板に対して基板の変形等が生じにくい薄膜形成装置及び薄膜形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題は、本発明の薄膜形成装置によれば、真空チャンバ内で基体に蒸着物質を蒸着させる薄膜形成装置であって、前記真空チャンバ内に配設され前記基体を保持するための基体保持手段と、該基体保持手段を回転させる回転手段と、前記基体保持手段に保持された前記基体に前記蒸着物質を供給して表面に蒸着させる蒸発源と、前記基体及び前記基体保持手段を冷却するための近接冷却面を有する冷却手段と、を備え、前記近接冷却面は、前記真空チャンバ内の前記基体保持手段の近傍であって前記基体とは非接触となる位置に設けられ、かつ前記基体及び前記基体保持手段からの輻射熱を吸収可能な温度とされていることにより解決される。
【００１４】
このように、本発明の薄膜形成装置によれば、基体保持手段の近傍であって基体とは非接触となる位置に冷却面が設けられており、基体及び基体保持手段からの輻射熱を吸収可能な温度とされているため、基体及び基体保持手段から輻射される熱（輻射熱）を基体と離れた位置から吸収することができる。これにより、基体及び基体保持手段の全体を均一に冷却することができる。
また、従来のように基体を基体保持機構に密着させる複雑な機構等を必要としないため基体保持手段の構成を簡単にすることができるとともに、基体保持機構への基体の取付けを短時間で行うことが可能となる。さらに、基体を非接触で冷却することができるため、冷却できる基体の形状に制限がなく、どのような形状の基体であっても基体全体を均一に冷却することができる。
【００１５】
この場合、前記近接冷却面は、前記基体保持手段を基準に前記蒸発源が設けられる側の反対側に設けられていることが好ましい。
【００１６】
このように、基体保持手段を基準に蒸発源と反対側に近接冷却面が設けられているため、蒸発源から基体への蒸着物質の付着が近接冷却面によって妨害されない。したがって、冷却手段を設けたことによる成膜レートの低下がなく、効率よく成膜を行うことができる。
【００１７】
また、前記冷却手段は、冷媒を供給する冷凍機と、該冷凍機に接続され前記冷凍機から供給される前記冷媒を通過させる管路が形成された冷媒管と、該冷媒管と接触し表面が前記近接冷却面を構成する冷却板と、を備えることが好ましい。
【００１８】
このように、冷却手段が、冷凍機と冷媒管と冷却板とにより構成されているため、冷凍機から冷媒管へ冷媒を供給して冷却板を冷却させることで冷却板の表面を冷却面とし、基体からの輻射熱を吸収することで基体及び基体保持手段の全体を均一に冷却することができる。
【００１９】
また、前記基体保持手段は、平板状又はドーム状をなしており、その一方の面から他方の面まで貫通する貫通孔が形成され、前記基体は、前記貫通孔を塞ぐように前記基体保持手段に保持されていることが好ましい。
【００２０】
このように、基体保持手段には一方の面から他方の面まで貫通する貫通孔が形成され、基体はこの貫通孔を塞ぐように基体保持手段に保持されているため、基体は基体保持手段の両方の面から露出した状態となる。基体保持手段の近傍には近接冷却面が形成されているため、基体の露出した面から効率よく基体を冷却することが可能となる。したがって、基体の変形等をより確実に防止することができる。
【００２１】
また、前記近接冷却面と前記真空チャンバの内壁面との間には、該内壁面よりも熱輻射率の小さい熱反射板が設けられると好適である。
【００２２】
このように、近接冷却面と真空チャンバの内壁面との間に、内壁面よりも熱輻射率の小さい熱反射板が設けられているため、真空チャンバの内壁面と近接冷却面との間で生じる熱の移動が熱反射板によって抑制され、近接冷却面の温度上昇を抑制することが可能となる。これにより、近接冷却面による基体の冷却を効率的に行うことが可能となり、冷凍機の冷却能力が低くても十分に基体の冷却を行うことができるため、経済的である。
【００２３】
また、前記冷却手段は、前記蒸発源側から前記基体及び前記基体保持手段を冷却するための蒸発源側冷却面を更に備え、該蒸発源側冷却面は、前記蒸発源の近傍に設けられ、前記基体への前記蒸着物質の供給を妨げない形状とされていることが好ましい。
【００２４】
蒸発源側に冷却面がない場合は、蒸発源周辺が加熱され、この輻射熱により基体及び基体保持手段が加熱されるが、上記のように蒸発源側冷却面を備えることで、この加熱効果を低減することができ、更に基体及び基体保持手段からの輻射熱を吸収することができる。したがって、基体の冷却効率が更に向上する。
【００２５】
この場合、前記基体に向けてイオンビームを照射するイオン源を更に備え、前記蒸発源側冷却面は、前記基体への前記イオンビームの照射を妨げない形状とされていると好適である。
【００２６】
このように、イオン源を更に備えることで、イオンアシスト蒸着を行うことが可能となり、イオンの衝突エネルギーによって薄膜の膜質の緻密化等を図ることができる。したがって、膜質の良好な薄膜を形成することが可能となる。
【００２７】
また、前記冷却手段は、前記真空チャンバの側壁側から前記基体及び前記基体保持手段を冷却するための側壁側冷却面を更に備え、前記近接冷却面、前記蒸発源側冷却面及び前記側壁側冷却面により前記基体保持手段の周囲全体が取り囲まれていることが好ましい。
【００２８】
真空チャンバの側壁側に冷却面がない場合は、真空チャンバの側壁が加熱され、この輻射熱により基体及び基体保持手段が加熱されるが、上記のように側壁側冷却面を備えることで、この加熱効果を低減することができ、更に基体及び基体保持手段からの輻射熱を吸収することができる。したがって、基体の冷却効率が更に向上する。
【００２９】
この場合、前記真空チャンバの前記内壁面には、防着板が脱着自在に取り付けられており、前記蒸発源側冷却面又は前記側壁側冷却面は、前記防着板に形成されていることが好ましい。
【００３０】
このように、防着板が真空チャンバの内壁面に着脱自在となっており、この防着板に上記冷却面が形成されているため、蒸着物質が防着板に付着した場合に、これを取り外して蒸着物質を除去することができる。このように、冷却面が防着面を兼ねることで、薄膜形成装置の部品数を少なくすることが可能となり、薄膜形成装置の製造コストを低減できる。
なお、冷却板の表面に熱伝導を確保できるように防着板を取り付け、この防着板の表面を冷却面としてもよい。
【００３１】
また、前記基体及び前記基体保持手段を加熱するための加熱源を更に備えることが好ましい。
【００３２】
このように、加熱源を備えることで、基体の加熱を行うことが可能となり、例えば成膜開始前に所定の温度まで基体及び基体保持手段を加熱することができる。また、成膜時に蒸発源による加熱効率の変動を加熱源による加熱で補うことも可能となる。
例えば、２種類の蒸着物質を蒸着させる薄膜形成装置では、通常蒸発源が２つ設けられ、第１の蒸発源で第１の蒸着物質を、第２の蒸発源で第２の蒸着物質を蒸着させる構成となっている。このような薄膜形成装置では、第１の蒸発源による蒸着、休止、第２の蒸発源による蒸着、休止が繰り返されるが、蒸発源によって基体及び基体保持手段の加熱効果が異なる。このような場合において、加熱源を更に備えることで、加熱効率の変動を補完することが可能となる。
【００３３】
この場合、前記近接冷却面による前記基体及び前記基体保持手段の冷却温度と前記加熱源による前記基体及び前記基体保持手段の加熱温度とを制御する温度制御手段を更に備えることが好ましい。
このように、温度制御手段を備えることで、冷却温度と加熱温度を適宜に調整することが可能となる。このため、熱変形温度以下であって成膜に最適な温度に基体を維持することができる。
【００３４】
上記課題は、本発明の薄膜形成方法によれば、真空チャンバ内で基体に蒸着物質を蒸着させる薄膜形成方法であって、前記真空チャンバ内に配設された基体保持手段に前記基体を保持させる基体保持工程と、該基体保持手段を回転させる回転工程と、前記基体に成膜を行う成膜工程と、を行い、前記成膜工程は、前記基体保持手段に保持された前記基体に前記蒸着物質を供給して表面に蒸着させる蒸着工程と、前記真空チャンバ内の前記基体保持手段の近傍であって前記基体とは非接触となる位置から、前記基体及び前記基体保持手段からの輻射熱を吸収して前記基体及び前記基体保持手段を冷却する冷却工程と、を行うことにより解決される。
【００３５】
このように、本発明の薄膜形成方法によれば、基体保持手段の近傍であって基体とは非接触となる位置から、基体及び前記基体保持手段の輻射熱を吸収することにより基体及び前記基体保持手段を冷却するため、基体及び前記基体保持手段の全体を均一に冷却することができる。
【００３６】
また、前記冷却工程は、前記基体保持手段を基準に前記蒸着物質が供給される側とは反対側から前記基体及び前記基体保持手段を冷却する工程であることが好ましい。
【００３７】
このように、蒸着物質が供給される側とは反対側から基体及び前記基体保持手段を冷却するため、蒸発源から基体への蒸着物質の付着が近接冷却面によって妨害されない。したがって、冷却手段を設けたことによる成膜レートの低下がなく、効率よく成膜を行うことができる。
【００３８】
また、前記冷却工程は、前記基体保持手段の周辺全体から前記基体及び前記基体保持手段を冷却する工程であることが好ましい。
【００３９】
このように前記基体保持手段の周辺全体から前記基体及び前記基体保持手段を冷却することで、蒸発源による加熱効果を低減することができ、更に基体及び基体保持手段からの輻射熱を吸収することができるため、基体の冷却効率が更に向上する。
【００４０】
また、前記成膜工程前又は前記成膜工程中に、前記基体及び前記基体保持手段を加熱する加熱工程を更に行うことが好ましい。
【００４１】
このように、加熱工程を行うことで、成膜工程をスムーズに開始させたり、成膜時の温度を最適にしたりすることが可能となる。
【００４２】
また、前記成膜工程は、成膜時の加熱条件に応じて前記冷却工程での冷却温度と前記加熱工程での加熱温度を調節し、前記基体及び前記基体保持手段の温度を制御する温度制御工程を行うことが好ましい。
【００４３】
このように、前記基体及び前記基体保持手段の冷却温度と加熱温度を制御することで、基体の温度を、熱変形温度以下であって成膜を効率よく進行させる温度に維持することが可能となる。このため、熱変形温度以下であって成膜に最適な温度に基体を維持することができる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明の薄膜形成装置によれば、基体と基体保持手段の全体を均一に冷却することができるため、基体が局所的に冷却されることによる変形等が生じにくい。
また、基体保持手段の構成を簡単にすることができるとともに、基体保持手段への基体の取付けを短時間で行うことが可能となるため、薄膜形成に要するコストを低減し、成膜時間を短縮することができる。
さらに、どのような形状の基体であっても基体と基体保持手段の全体を均一に冷却することができるため、高い汎用性を備えた薄膜形成装置とすることができる。
また、本発明の薄膜形成方法によれば、基体と基体保持手段の全体を均一に冷却することができるため、基体が局所的に冷却されることによる変形等が生じにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
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、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。
【００４６】
図１及び図２は本発明の一実施形態に係る薄膜形成装置の説明図であり、図１は第１の実施形態に係る薄膜形成装置を示す説明図、図２は第２の実施形態に係る薄膜形成装置を示す説明図である。
【００４７】
図１は、薄膜形成装置の一種であるイオンアシスト蒸着装置１の説明図であり、装置の一部を断面として示している。
この図に示すように、イオンアシスト蒸着装置１は、真空チャンバ２と、基板ホルダ３と、基板ホルダ回転軸４と、基板ホルダ回転モータ５と、蒸発源６と、イオン源７と、ハロゲンランプ８と、冷凍機１１と、冷媒管１２と、冷却板１３と、を主要な構成要素として備えている。
【００４８】
真空チャンバ２は、内部で成膜を行うための容器である。本実施形態の真空チャンバ２は、ほぼ円筒形状をした中空体であり、基板Ｓを配置して薄膜形成を行うことが可能となっている。真空チャンバ２には、図示しない真空ポンプが接続されており、この真空ポンプが真空チャンバ２の内部を排気することで、真空チャンバ２の内部は１０−２〜１０−５Ｐａの高真空状態となる。
真空チャンバ２の材料としては、アルミニウムやステンレス等の金属材料等を挙げることができる。本実施形態では、ステンレス鋼の一種であるＳＵＳ３０４を用いている。
【００４９】
基板ホルダ３は、真空チャンバ２の内部に設けられ、基板Ｓを保持するための部材である。本実施形態の基板ホルダ３は、平板状の部材で構成されているが、所定の曲率を有するドーム状の部材で構成されてもよい。なお、基板ホルダ３は、本発明の基体保持手段に相当する。
基板ホルダ３には、一方の板面から他方の板面まで貫通する貫通孔３ａが形成されている。基板Ｓは、この貫通孔３ａを塞ぐように、取付部材３ｂを用いて基板ホルダ３に取り付けられている。
【００５０】
本実施形態の取付部材３ｂは、基板ホルダ３の貫通孔３ａよりも大径の円盤状をなしており、円盤面の一部が下向きに凹んだ形状をしている。この凹んだ部分には開口が形成されている。基板ホルダ３への基板Ｓの取付けは、まず基板ホルダ３の貫通孔３ａに取付部材３ｂを載置し、次に取付部材３ｂの凹部に基板Ｓを載置する。このように、本実施形態では、基板ホルダ３に取付部材３ｂと基板Ｓをただ載せるだけで、簡単に基板Ｓをセットすることができる。なお、基板ホルダ３の回転時に基板Ｓが動かないように、基板Ｓを取付部材３ｂに固定するようにしてもよい。
【００５１】
基板ホルダ３の中心には、基板ホルダ３の板面に対して垂直な方向に棒状の基板ホルダ回転軸４の一端側が接続されている。基板ホルダ回転軸４の他端側は、真空チャンバ２の壁面を貫通して真空チャンバ２の外部へ延出しており、基板ホルダ回転モータ５の出力軸と接続されている。
【００５２】
基板ホルダ回転モータ５は基板ホルダ３を回転させるための装置であり、本発明の回転手段に相当する。基板ホルダ回転モータ５は、真空チャンバ２の外部に設けられている。基板ホルダ回転モータ５の出力軸は基板ホルダ回転軸４の軸心と一致しており、基板ホルダ回転モータ５の回転出力が基板ホルダ回転軸４を介して基板ホルダ３に伝達されて基板ホルダ３が回転する。
なお、基板ホルダ回転モータ５の出力軸は、図示しない磁気シールベアリングなどの手段により真空シールされている。
【００５３】
基板Ｓは、本発明の基体に相当し、表面に薄膜が形成される基礎となる部材である。本発明では、ガラスや金属よりも熱変形温度の低いプラスチック基板を用いる点を特徴としている。
【００５４】
基板Ｓの材料として、例えば、ポリカーボネート，ポリエチレンテレフタレート，ポリブチレンテレフタレート，アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体，ナイロン，ポリブチレンテレフタレート，ポリカーボネート−ポリエチレンテレフタレート共重合体，ポリカーボネート−ポリブチレンテレフタレート共重合体，アクリル，ポリスチレン，ポリエチレン，ポリプロピレンなどの樹脂材料が挙げられる。また、基板Ｓの強度を向上させるために、これらの樹脂材料にガラス繊維やカーボン繊維もしくはこれらの混合物を混合させたものでもよい。
また、本実施形態では基板Ｓの形状としてレンズ状のものを用いているが、これに限定されず、例えば平板状、円錐状、角錐状、円筒状など、種々の形状のものを用いることができる。
【００５５】
蒸発源６は、真空チャンバ２の内部に配設され、基板Ｓに蒸着物質Ｐを付着させるための装置である。蒸発源６は、蒸着物質Ｐを載せるためのくぼみを上部に備えた蒸発ボートと、蒸着物質Ｐに電子線を照射して蒸発させる電子銃と、を備えている。さらに、本実施形態では、蒸発ボートから基板Ｓに向かう蒸着物質Ｐを遮断する位置に回転自在に設けられた図示しないシャッターを備えている。
【００５６】
本実施形態では、蒸発源６として、蒸着装置で用いられる一般的な装置を採用している。すなわち、蒸発ボートとして円筒形のハースライナーが複数個設けられ、これらハースライナーが円盤状ハースの同心円状の窪みに配設されている。円盤状ハースは、銅などの熱伝導性の高い金属で形成され、図示しない水冷装置により直接的又は間接的に冷却されている。各ハースライナーには、蒸着物質Ｐが収容されており、一つのハースライナーの蒸着物質Ｐがなくなると、円盤状ハースが回転し、次のハースライナーの蒸着物質Ｐを蒸発させる。
円盤状ハース自体は水冷されているので熱源とはなりにくいが、ハースライナーに残った蒸着物質Ｐは通常酸化物であるため熱伝導率が低く、冷却されにくい。このため、ハースライナー上の蒸着物質Ｐは、基板Ｓを輻射熱により加熱する熱源となる。
【００５７】
蒸発ボートに薄膜の原料となる蒸着物質Ｐを載せた状態で、１〜３ｋＷ程度の電子線を発生させ、これを蒸着物質Ｐに照射すると、蒸着物質Ｐが加熱されて蒸発する。この状態で図示されていないシャッターを開くと、蒸発ボートから蒸発する蒸着物質Ｐは基板Ｓに向けて真空チャンバ２の内部を移動して、基板Ｓの表面に付着する。成膜中は、蒸発源６の温度は１５００〜２５００℃にまで上昇する。
また、蒸発源６は、蒸着物質Ｐの溶かし込みのために成膜時以外のシャッターが閉じた状態でも予備加熱されているため、シャッターやその周囲の温度も上昇する。
なお、蒸発源６としては、このような電子銃により蒸発される装置に限定されず、例えば抵抗加熱により蒸着物質を蒸発させる装置でもよい。
【００５８】
イオン源７は正のイオンを基板Ｓに向けて照射するための装置である。イオン源７としては、真空蒸着装置において一般的に用いられる公知のものを用いることができる。
蒸発源６から基板Ｓに向けて移動する蒸着物質Ｐは、イオン源７から照射される正イオンの衝突エネルギーにより、基板Ｓの表面に高い緻密性でかつ強固に付着する。このとき、基板Ｓはイオンビームに含まれる正イオンにより正に帯電する。
なお、必要に応じて、正に帯電した基板Ｓや基板ホルダ３に電子ビームを照射して電荷の中和を行うニュートラライザを設けるようにしてもよい。
【００５９】
本実施形態では、基板ホルダ３の下側にハロゲンランプ８が設けられている。ハロゲンランプ８は、輻射熱により基板Ｓを加熱するための加熱源である。なお、このような加熱手段としては、上述のハロゲンランプに限定されず、赤外線ヒータ等の他の手段でもよい。また、後述する温度計２５で測定された温度に基づいて、ハロゲンランプ８の発熱量を制御してもよい。
【００６０】
次に、本発明の特徴的構成要素である冷却手段について説明する。
冷却手段は、基板Ｓを冷却してその温度を熱変形温度よりも低く維持するための手段である。冷却手段は、冷凍機１１と冷媒管１２と冷却板１３とを主要な構成要素としている。
【００６１】
真空チャンバ２の内部には、冷却板１３が配設されている。冷却板１３は、円盤状をしており、基板ホルダ３の上面に沿って配置されている。すなわち、基板ホルダ３を挟んで蒸発源６が設けられる側とは反対側に冷却板１３が配設されている。冷却板１３は、銅やアルミニウムといった熱伝導性の高い金属材料などで形成されている。
なお、冷却板１３は、基板ホルダ３や基板Ｓの温度、冷凍機１１の性能などを鑑みて、完全な板状ではなく、穴の開いた板状あるいは短冊状であってもよい。
【００６２】
冷却板１３のうち真空チャンバ２の中心側の面は、本発明の近接冷却面１３ａを構成する。また、近接冷却面１３ａと反対側の面には、冷媒管１２が当接している。このため、冷媒管１２を流れる冷媒により、冷却板１３のうち冷媒管１２に当接する面が冷却され、これと反対側の面に形成された近接冷却面１３ａも冷却される。
【００６３】
冷却板１３は、取付治具１７を用いて真空チャンバ２内に固定されている。冷却板１３と基板ホルダ回転軸４との間には隙間が空いており、基板ホルダ回転軸４がスムーズに回転できるようになっている。なお、基板ホルダ回転軸４から熱伝導で熱が流入するのを防ぐために、基板ホルダ回転軸４の途中に熱伝導率の低い物質を挟んで熱絶縁したり、基板ホルダ回転軸４の冷却用の冷却板を配置したりしてもよい。
【００６４】
また、冷却板１３の壁面と基板ホルダ回転軸４の外周面との間にベアリングなどを設けて基板ホルダ回転軸４をスムーズに回転させるとともに、基板ホルダ回転軸４に沿って熱の移動が生じにくくするようにしてもよい。
【００６５】
冷媒管１２は、内部が中空の管状部材により構成されており、後述する冷却板１３を冷却するクライオコイルとしての役割を有している。冷媒管１２は、一端が冷凍機１１の吐出口に、他端が流入口に接続されており、真空チャンバ２の内部に導入されている。そして、冷凍機１１から吐出される冷媒を一端側から他端側へ流すことで、冷媒を冷凍機１１に循環させるよう構成されている。
【００６６】
冷媒管１２は、冷媒流入側が外側、送出側が内側となるように渦巻状に巻回しており、円盤状の冷却板１３の外側平面に当接して固定されている。なお、冷媒管１２を固定する形態としては、このような渦巻状に限定されず、螺旋状、蛇行状などであってもよい。
【００６７】
冷凍機１１は、冷媒を冷却するとともにこれを冷媒管１２に供給して循環させるための装置である。本実施形態の冷凍機１１は、冷媒管１２をクライオコイルとする公知の冷凍装置を用いている。
【００６８】
具体的に説明すると、冷凍機１１は、冷媒（ガス冷媒）を圧縮する圧縮機２０と、圧縮機２０からの冷媒を冷却水との熱交換により冷却する水冷コンデンサ２２と、圧縮水冷された冷媒を膨張させて冷却する熱交換器２８と、冷凍機１１の吐出口側に設けられた冷却ソレノイドバルブ２１及び解凍ソレノイドバルブ２３とを備えている。熱交換器２８の内部には、図示しない膨張弁が設けられている。
そして、冷凍機１１により冷却された冷媒を冷媒管１２に流すことで、クライオコイルとしての冷媒管１２が冷却される。冷媒管１２内の冷媒は、真空チャンバ２内で温度上昇して一部蒸発し、温度の高いガス冷媒として冷凍機１１に環流する。ガス冷媒は、圧縮機２０で圧縮され、水冷コンデンサ２２と熱交換器２８で再び冷却されることで低温の冷媒となり、吐出口から冷媒管１２に再度送出される。
なお、熱交換器２８の内部に二次冷媒を循環させ、水冷コンデンサ２２で冷却された一次冷媒で二次冷媒を冷却し、この二次冷媒をクライオコイルに流すようにしてもよい。
【００６９】
冷凍機１１には、冷媒管１２を循環したガス冷媒を流入させる流入口が設けられている。流入口から流入した高温のガス冷媒は、冷凍機１１内で再度冷却される。
さらに、冷却ソレノイドバルブ２１を閉じ、解凍ソレノイドバルブ２３を開くことで、圧縮機２０で圧縮され比較的温度が高いガス冷媒（以下、「加熱ガス」という。）を、水冷コンデンサ２２を通さないで直接冷媒管１２に流すことで、クライオコイルの温度を室温程度まで急速に高めることができる。
【００７０】
冷凍機１１の吐出口側には、冷却ソレノイドバルブ２１と解凍ソレノイドバルブ２３とが設けられている。各ソレノイドバルブ２１，２３は、いずれも２つの弁を備え、電磁制御によりこれを切り替えることができる弁である。
冷却ソレノイドバルブ２１は、熱交換器２８から冷媒管１２へ冷媒を供給するラインの途中に設けられている。また、解凍ソレノイドバルブ２３は、上記ラインから分岐して圧縮機２０の出力側のラインに接続される分岐ラインの途中に設けられている。
【００７１】
冷凍機１１は、３つのモードを取り得る。すなわち、ソレノイドバルブ２１，２３がいずれも閉じて冷媒管１２に冷媒及び加熱ガスのいずれも供給されない「スタンバイモード」と、冷却ソレノイドバルブ２１のみが開いて冷媒管１２へ冷媒が供給される「冷却モード」と、解凍ソレノイドバルブ２３のみが開いて冷媒管１２へ加熱ガスが供給される「解凍モード」である。
【００７２】
冷却開始前は、冷凍機１１のモードは「スタンバイモード」とされ、冷却ソレノイドバルブ２１、解凍ソレノイドバルブ２３のいずれも閉じた状態となっている。
冷凍機１１により冷却板１３を冷却する場合、冷凍機１１のモードは「冷却モード」とし、冷却ソレノイドバルブ２１を開くとともに、解凍ソレノイドバルブ２３を閉じたままとする。これにより、例えば−１００℃以下に冷却された冷媒が冷媒管１２に流れる。
【００７３】
一方、イオンアシスト蒸着装置１を大気に開放する場合、冷却板１３の温度を０℃以上の室温程度にする必要があるため、冷凍機１１のモードを「解凍モード」とし、冷却ソレノイドバルブ２１を閉じるとともに、解凍ソレノイドバルブ２３を開く。これにより、加熱ガスが冷媒管１２に供給され、冷却板１３の温度が上昇する。
【００７４】
基板Ｓの温度を測定するための温度計２５が基板Ｓに近接して配置されている。温度計２５は、熱電対などの公知の温度測定手段を用いることができる。
この図に示すように、温度計２５は、温度制御手段２４と接続されている。温度制御手段２４は、ハロゲンランプ８と接続され、その供給電力を制御することでハロゲンランプ８による基板Ｓの加熱温度を調整することが可能となっている。また、温度制御手段２４は、冷凍機１１の冷却ソレノイドバルブ２１や解凍ソレノイドバルブ２３を開閉制御するための電磁弁とも接続されており、それぞれの開閉状態を適宜変更することにより冷却板１３による基板Ｓの冷却温度を調整している。
これにより、成膜前の予備加熱を行ったり、成膜時は成膜条件に応じて供給電力を変化させて温度を一定に保ったりすることができる。
【００７５】
冷凍機１１は、装置の運転状態に応じて「スタンバイモード」、「冷却モード」及び「解凍モード」のいずれかのモードを実施可能となっている。冷却板１３の温度は、冷凍機１１に戻ってくる冷媒の温度を冷凍機１１内に設けた温度計（不図示）で検出することで測定できる。予め設定された冷却板温度に基づいて、「冷却モード」における冷凍機の運転状態を制御し、冷却板１３の温度を制御することができる。
【００７６】
近接冷却面１３ａは基板Ｓに近い位置に設けられているため、基板Ｓ及び基板ホルダ３からの輻射熱を吸収してこれを冷却する。すなわち、温度の高い基板Ｓや基板ホルダ３から輻射される熱量は、温度の低い近接冷却面１３ａから輻射される熱量よりも大きいため、基板Ｓや基板ホルダ３から近接冷却面１３ａに熱が移動することで放射冷却が起こり、基板Ｓと基板ホルダ３が冷却される。
【００７７】
このような構成を備えることで、冷却板１３は、基板ホルダ３の上側から基板Ｓを冷却することが可能となっている。このため、基板Ｓの温度上昇を抑制して熱変形温度を超えにくくし、基板Ｓの変形等を生じにくくすることが可能となる。
【００７８】
また、基板Ｓは取付部材３ｂに載置されて基板ホルダ３に取り付けられているため、基板Ｓの上下面が外部に露出し、基板Ｓの露出面と近接冷却面１３ａとの間を遮蔽するものが何もない状態となっている。このため、基板Ｓから近接冷却面１３ａへ輻射熱がスムーズに移動し、基板Ｓを効率的に冷却することが可能となっている。
さらに、基板Ｓを均一に冷却するために、基板Ｓの表面全体を基板ホルダ３とほぼ同じ材料で形成された被覆部材で覆ってもよい。この場合、被覆部材と基板ホルダ３がほぼ同じ熱輻射率で、かつ、基板Ｓと被覆部材のそれぞれの熱容量を足し合わせた合計の熱容量が基板ホルダ３の熱容量とほぼ同じであることが好ましい。
【００７９】
冷却板１３と真空チャンバ２の内壁面との間には、真空チャンバ２よりも熱輻射率の小さい熱反射板２７が配設されている。熱反射板２７は、冷却板１３と冷媒管１２との周囲全体を取り囲むよう配置されている。熱反射板２７は、後述するように真空チャンバ２から冷却板１３や冷媒管１２への熱の移動を阻止するための部材である。
なお、蒸着物質Ｐが付着する熱反射板２７は、脱着自在な防着板としての機能を兼用してもよい。
【００８０】
熱反射板２７の材料としては、アルミニウム、ステンレス等の熱輻射率が小さい物質を用いることができる。また、真空チャンバ２の内壁面と同じ熱輻射率の材料から形成される場合は、表面処理により熱輻射率を小さくしたものであってもよい。
【００８１】
このように、真空チャンバ２の内壁面と冷却板１３との間に熱反射板２７を設けることで、真空チャンバ２の内壁面と冷却板１３との間で生じる熱の移動が熱反射板２７によって抑制され、冷却板１３の温度上昇を抑制することが可能となる。これにより、冷却板１３による基板Ｓの冷却を効率的に行うことができる。
【００８２】
次に、本実施形態のイオンアシスト蒸着装置１を用いて成膜する成膜プロセスについて説明する。なお、冷凍機１１として、ポリコールド社製冷凍機を用いている。
（１）まず、基板Ｓを基板ホルダ３にセットし、真空チャンバ２の扉を閉じる。
（２）次に、図示しない真空バルブを開き、真空チャンバ２の真空排気を行う。
（３）ハロゲンランプ８により基板Ｓを加熱し、基板Ｓを所定の温度（例えば、６０℃）まで加熱する。
（４）予めスタンバイモードで運転されていた冷凍機１１を冷却モードとして運転を開始する。
（５）蒸発源６から蒸着物質Ｐを蒸発させて成膜作業を行う。必要に応じてイオン源７から蒸着膜にイオン照射し、イオンアシストを行う。
（６）成膜作業時、蒸発源６、更にはイオン源７により基板Ｓが加熱されるが、この熱を冷却板１３で吸収し、基板Ｓの温度が上昇しないようにする。
（７）成膜作業が終了すると、冷凍機１１を解凍モードで運転し、冷却板１３の温度を室温まで上昇させる。
（８）図示しないリークバルブを開き、真空チャンバ２の内部を大気圧とする。
（９）基板ホルダ３から基板Ｓを取り出す。
以上の工程により、成膜が完了する。連続して成膜を行うときは、上記（２）〜（９）の作業を順次繰り返す。
【００８３】
次に、図２を参照して本発明の第２の実施形態に係る薄膜形成装置について説明する。
本実施形態の薄膜形成装置（イオンアシスト蒸着装置１）は、基板ホルダ３の上面側に設けられた冷却板（上部冷却板３２）の他に、底部冷却板３３と側部冷却板３４を備え、基板ホルダ３の周囲全体を冷却板で取り囲んでいる点を特徴としている。
【００８４】
真空チャンバ２の内部には、基板ホルダ３を挟んで蒸発源６の反対側に配置され基板ホルダ３に近接して配置される上部冷却板３２と、真空チャンバ２の底部に配置された底部冷却板３３と、真空チャンバ２の内側面に沿って配置された側部冷却板３４と、を主要な構成要素としている。
このうち、上部冷却板３２は、第１の実施形態に係る冷却板１３と同様の構成であるため、説明を省略する。すなわち、上部冷却板３２は、本発明の冷却手段の一部を構成し、基板ホルダ３側の面が近接冷却面３２ａを構成する。
【００８５】
底部冷却板３３は、本発明の冷却手段の一部を構成し、基板ホルダ３側の面が蒸発源側冷却面３３ａを構成している。また、側部冷却板３４は、本発明の冷却手段の一部を構成し、基板ホルダ３側の面が側壁側冷却面３４ａを構成している。さらに、冷凍機１１、冷媒管１２は、本発明の冷却手段に相当する。
底部冷却板３３には、蒸発源６を貫通させるための開口３３ｂ（蒸発源貫通開口）と、イオン源７を貫通させるための開口３３ｃ（イオン源貫通開口）とが形成されている。蒸発源６は開口３３ｂを、イオン源７は開口３３ｃを通じて、それぞれの上部側が冷却板１３により囲まれた領域内に位置している。このように、底部冷却板３３は、開口３３ｂ、３３ｃを備えることで、蒸発源６やイオン源７から基板Ｓへ供給される蒸着物質Ｐやイオンビームを妨げない形状となっている。
【００８６】
側部冷却板３４は、真空チャンバ２の側部内壁面に着脱自在に取り付けられている。側部冷却板３４は、防着板としての機能を兼ねている。すなわち、側部冷却板３４は、蒸発源６からの蒸着物質Ｐが真空チャンバ２の側部内壁面に付着することを防止する部材としての機能を有している。
そして、側部冷却板３４に蒸着物質Ｐが付着して真空チャンバ２内が汚染される状況になると、側部冷却板３４を真空チャンバ２から取り外し、サンドブラスト等により表面を研磨することで蒸着物質Ｐを除去することが可能となる。これにより、真空チャンバ２内をクリーンな状態とすることができる。
なお、底部冷却板３３も、側部冷却板３４と同様に、着脱自在で防着板としての機能を兼ね備えている。
【００８７】
上部冷却板３２、底部冷却板３３、側部冷却板３４の真空チャンバ２壁面側には、冷媒管３５が当接している。冷媒管３５は、第１の実施形態の冷媒管１２と同様に、内部に冷媒を流すことが可能な管状部材である。
冷媒管３５は、上部冷却板３２の上側平面で渦巻状に巻回し、次に側部冷却板３４の外周面を螺旋状に周回し、底部冷却板３３の下側平面で渦巻状に巻回している。冷凍機１１の吐出口側は上部冷却板３２の一端に接続され、流入口側は底部冷却板３３の一端に固定されている。このため、冷凍機１１から供給される冷媒は、上部冷却板３２、側部冷却板３４、底部冷却板３３を順次循環し、再び冷凍機１１に還流する。
【００８８】
本実施形態では、上部冷却板３２、底部冷却板３３、側部冷却板３４が基板ホルダ３の周囲全体を取り囲む構成となっている。すなわち、底部冷却板３３及び側部冷却板３４により蒸発源６やイオン源７の熱が吸収され、更には基板ホルダ３からの輻射熱も吸収されるため、上部冷却板のみを設けた第１の実施形態と比較して、一層確実に基板Ｓを冷却することができる。
【００８９】
底部冷却板３３と側部冷却板３４は、いずれも本発明の任意的構成要素である。これら底部冷却板３３、側部冷却板３４は、基板Ｓの耐熱温度や成膜条件（電子銃やイオン源７への入力パワー条件、成膜時間など）により、特別な冷媒を用いずに、単に水を循環させて水冷により冷却するようにしてもよい。また、上部冷却板３２のみで基板Ｓを十分に冷却できる場合は、これらの底部冷却板３３、側部冷却板３４による冷却を行わなくてもよい。
【００９０】
さらに、本実施形態では、上部冷却板３２、底部冷却板３３、側部冷却板３４を冷却する冷凍機１１は共通の装置であるが、各冷却板３２〜３４を冷却するための個別の冷凍機を設けるようにしてもよい。
【００９１】
次に、図１の真空チャンバ２内での熱の移動について説明する。
冷却板１３と基板ホルダ３は近接して設置されているので、実質的に平行平板と考えてよい。平行平板の単位面積あたりの輻射熱による熱伝達は、以下の式（１）で表される。
Ｑ＝εｓσＴｓ４−εｃσＴｃ４    ・・・（１）
（ここで、Ｑは熱量、εｓは基板Ｓの熱輻射率、εｃは上部冷却板３２の熱輻射率、σはステファン・ボルツマン定数、Ｔｓは基板Ｓの絶対温度〔Ｋ〕、Ｔｃは上部冷却板３２の絶対温度〔Ｋ〕である。）
εｓとεｃは同じオーダなので、Ｔｓに比べてＴｃが十分低ければ、熱は基板Ｓから冷却板１３に一方的に流れる。この効果は、例えばＴｓが１００℃の場合は、冷却板１３の片面１ｍ２あたり１ｋＷ前後の冷却効果であり、冷却板１３がある場合はない場合と比較して基板Ｓの温度を３０℃以上低くすることができる。冷却板１３は、上下両面で熱を吸収するため、冷却板１３の冷却能力としては２ｋＷ程度あればよいことになる。
【００９２】
蒸発源６は１〜３ｋＷ、イオン源７は０．５〜１．５ｋＷの熱源となるので、冷却板１３（上部冷却板）のみで冷却効果が不足する場合は、図２に示す第２の実施形態のように底部冷却板３３や側部冷却板３４を設置することで、基板Ｓの温度を一層効果的に低下させることができる。
なお、真空チャンバ２の内壁から冷却板３２〜３４への輻射熱の流入は３ｋＷ弱であり、熱反射板２７を設置することによりこの値を小さくすることができる。このように、熱反射板２７を設けることで、冷凍機１１の能力を低く抑えることができるので経済的である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】第１の実施形態に係る薄膜形成装置を示す説明図である。
【図２】第２の実施形態に係る薄膜形成装置を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９４】
１      イオンアシスト蒸着装置（薄膜形成装置）
２      真空チャンバ
３      基板ホルダ（基体保持手段）
３ａ    貫通孔
３ｂ    取付部材
４      基板ホルダ回転軸
５      基板ホルダ回転モータ（回転手段）
６      蒸発源
７      イオン源
８      ハロゲンランプ（加熱源）
１１    冷凍機（冷却手段）
１２    冷媒管（冷却手段）
１３    冷却板（冷却手段）
１３ａ  近接冷却面
１７    取付治具
２０    圧縮機
２１    冷却ソレノイドバルブ
２２    水冷コンデンサ
２３    解凍ソレノイドバルブ
２４    温度制御手段
２５    温度計
２７    熱反射板
２８    熱交換器
３２    上部冷却板（冷却手段）
３２ａ  近接冷却面
３３    底部冷却板（冷却手段）
３３ａ  蒸発源側冷却面
３３ｂ  開口（蒸発源貫通開口）
３３ｃ  開口（イオン源貫通開口）
３４    側部冷却板（冷却手段・防着板）
３４ａ  側壁側冷却面
３５    冷媒管
Ｓ      基板（基体）
Ｐ      蒸着物質
【図１】
2008184628.tif 000004
【図２】
2008184628.tif 000005