(57)【要約】【課題】耐熱性の低い基板に対して品質が良く低応力の高屈折率素材の薄膜を成膜できる誘電体の低温成膜方法を提供する。【解決手段】真空チャンバ１１内の基板と高屈折率成膜材料との間に電界を発生させると共に、酸素ガスプラズマを０．３ｋＷ以上、１ｋＷ以下の出力で発生させながら、気化させた高屈折率成膜材料を酸素ガスプラズマ中でイオン化し、電界により加速させて基板に付着させる。又は、イオン電流密度を５μＡ／ｃｍ２以上、２０μＡ／ｃｍ２以下、加速電圧５０Ｖ以上、３００Ｖ以下でイオンビーム発生装置２３から酸素イオンビームを基板に向けて出射すると共にニュートライザー２４により酸素イオンビームを無帯電気体化し、気化させた成膜材料を無帯電気体化した酸素で加速して基板に付着させる。【選択図】    図１
2005042132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内に基板と高屈折率成膜材料とを対向配置し、前記基板と前記高屈折率成膜材料との間に電界を発生させると共に、酸素ガスプラズマを０．３ｋＷ以上、１．０ｋＷ以下の出力で発生させながら、気化させた前記高屈折率成膜材料を前記酸素ガスプラズマ中でイオン化し、前記電界により加速させて前記基板に付着させる高屈折率素材の成膜工程を有することを特徴とする誘電体の低温成膜方法。
【請求項２】
イオンビーム発生装置とニュートライザーとを備える真空チャンバ内に基板と高屈折率成膜材料とを対向配置し、前記基板面におけるイオン電流密度を５μＡ／ｃｍ２以上、２０μＡ／ｃｍ２以下、加速電圧５０Ｖ以上、３００Ｖ以下で前記イオンビーム発生装置から酸素イオンビームを前記基板に向けて出射すると共に前記ニュートライザーにより前記酸素イオンビームを無帯電化し、気化させた前記成膜材料を無帯電化した酸素で加速して前記基板に付着させる高屈折率素材の成膜工程を有することを特徴とする誘電体の低温成膜方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の誘電体の低温成膜方法において、
成膜速度が０．１〜０．５ｎｍ／ｓの範囲であることを特徴とする誘電体の低温成膜方法。
【請求項４】
請求項１〜３いずれかに記載の誘電体の低温成膜方法において、
前記真空チャンバ内に低屈折率成膜材料を前記基板に対向配置し、気化させた前記低屈折率成膜材料を前記基板に付着させる低屈折率素材の成膜工程と、
前記高屈折率素材の成膜工程とを交互に繰り返すことを特徴とする誘電体の低温成膜方法。
【請求項５】
請求項１〜４いずれかに記載の誘電体の低温成膜方法において、
前記高屈折率素材がＴｉＯ２又はＴａ２Ｏ５であることを特徴とする誘電体の低温成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体の低温成膜方法に関し、特に、高屈折率素材を耐熱性の低い基板に成膜できる誘電体の低温成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラやデジタルカメラ等の撮像素子として、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ、電荷結合素子）が多く用いられている。ＣＣＤは比較的広い波長の光に感度があり、可視光領域のみならず近赤外領域（７５０〜２５００ｎｍ）の光にも感度が良好である。しかし、通常のカメラの用途では、人間の眼に見えない赤外領域は不要であり、近赤外線が撮像素子に入射すると解像度の低下や画像のムラなどの不都合を引き起こす。そのため、ビデオカメラ等の光学系には色ガラスなどの赤外カットフィルタが挿入され、入射する光の中の近赤外線をカットするようになっている。
【０００３】
ところで、近年のカメラの小型化の要請から、光学系を小型化することが求められている。色ガラスの赤外カットフィルタは独立した部品であり、それだけ光学系の小型化の妨げになっている。そのため、特許文献１では、誘電体多層膜で構成される赤外カットフィルタをレンズやローパスフィルタと一体化し、部品としての赤外線カットフィルタを廃止して光学系の小型化を図ることが提案されている。
【０００４】
誘電体多層膜で構成される赤外カットフィルタは、高屈折率素材と低屈折率素材が所定の厚さで交互に成膜された構造を有する。誘電体多層膜をレンズやローパスフィルタ等の光学製品に形成するには、真空蒸着法が広く用いられている。
【０００５】
ガラス基板への真空蒸着では内部に設置された加熱用のヒーターで、積極的に基板を２００℃〜３００℃に加熱することが広く行われている。基板温度を上げると基板上で活性な状態で蒸着膜が形成されるため、膜の酸化を促進する効果や、緻密で耐環境性に優れ、光学的にも優れた品質の良い膜をつくることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２０７３５０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レンズやローパスフィルタ等の光学製品に熱可塑性樹脂が用いられる場合がある。ローパスフィルタでは２枚の水晶板の間に高分子フィルムを挟んだ構造のものが実用化されている。熱可塑性樹脂は耐熱性が低く、殆どの熱可塑性樹脂の耐熱温度は１００℃程度である。真空蒸着などの従来の誘電体の物理的成膜方法では、低温で成膜すると品質の良い膜が形成できないという問題がある。特に、ＴｉＯ２又はＴａ２Ｏ５等の高屈折率素材を低温成膜して品質の良い膜を形成することが困難であった。
【０００８】
また、赤外カットフィルタでは、４０層以上の誘電体多層膜が用いられる。このような多層膜の熱応力と膜の応力は殆どの場合、膜が圧縮された圧縮応力であり、膜面凸となるそりが発生する。
【０００９】
そのため、高屈折率素材を低温で成膜しても品質が良いと共に、低応力の誘電体膜を形成することができる誘電体の成膜方法が要望されている。
【００１０】
本発明は、上記要望に鑑みてなされたもので、耐熱性の低い基板に対して品質が良く低応力の高屈折率素材の薄膜を成膜できる誘電体の低温成膜方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、低温で品質の良い膜を成膜するためには気化した成膜材料に熱エネルギーの代わりに運動エネルギーを与えればよいこと、そのためには、イオンプレーティング法かイオンビームアシスト蒸着法を採用すればよいことを知見した。つまり、高屈折率材料を通常の真空蒸着方法で低温成膜した場合には、膜は酸素不足状態となり光の吸収が生じてしまうため光学製品に使用できなくなってしまうことを知見することにより上記方法が有効であることを見出した。
【００１２】
即ち、イオンプレーティング法を用いた方法では、酸素不足を解消するために、酸素ガスを用いた高周波酸素ガスプラズマとすること、及び成膜の際に基板の温度を上昇させないように高周波の出力を１．０ｋＷ以下にすることにより、品質の良い高屈折率素材の膜を基板の温度を１００℃以下に抑制しながら成膜でき、高周波の出力を０．３ｋＷ以下まで下げると、逆に膜に与えるエネルギーが低下するため、酸素不足状態となり、光の吸収が生じてしまい、光学製品に使用できなくなってしまうということを見い出した。
【００１３】
イオンビームアシスト蒸着法を用いた方法では、酸素不足を解消するために、イオンビーム発生装置に導入するガスとして酸素ガスを選択すると共に、成膜の際に基板の温度を上昇させないようにイオンビーム発生装置の条件を、基板の成膜面におけるイオン電流密度を２０μＡ／ｃｍ２以下、加速電圧３００Ｖ以下とすることにより、品質の良い高屈折率素材の膜を基板の温度を１００℃以下に抑制しながら成膜でき、電流密度を５μＡ／ｃｍ２以下あるいは、加速電圧を５０Ｖ以下まで下げると、膜に与えるエネルギーが不足することにより酸素不足による光の吸収が生じてしまうということを見い出した。
【００１４】
また、このように低温成膜することにより、成膜された高屈折率素材の膜は低圧縮応力であるため、そりの発生を抑制することができる。
【００１５】
従って、第１の発明は、真空チャンバ内に基板と高屈折率成膜材料とを対向配置し、前記基板と前記高屈折率成膜材料との間に電界を発生させると共に、酸素ガスプラズマを０．３ｋＷ以上、１．０ｋＷ以下の出力で発生させながら、気化させた前記高屈折率成膜材料を前記酸素ガスプラズマ中でイオン化し、前記電界により加速させて前記基板に付着させる高屈折率素材の成膜工程を有することを特徴とする誘電体の低温成膜方法を提供する。この手法によれば、成膜の際に基板の温度を上昇させる事が無く、十分に活性化された酸素ガスプラズマ雰囲気下において酸素不足状態によって生じる光の吸収が発生する事無く、高屈折率素材の膜を基板の温度を１００℃以下に抑制しながら成膜できるため、耐熱性の低い基板において、そりが発生する事無く品質が良く低応力の高屈折率素材の薄膜を成膜できる。
【００１６】
第２の発明は、イオンビーム発生装置とニュートライザーとを備える真空チャンバ内に基板と高屈折率成膜材料とを対向配置し、前記基板面におけるイオン電流密度を５μＡ／ｃｍ２以上、２０μＡ／ｃｍ２以下、加速電圧５０Ｖ以上、３００Ｖ以下で前記イオンビーム発生装置から酸素イオンビームを前記基板に向けて出射すると共に前記ニュートライザーにより前記酸素イオンビームを無帯電化し、気化させた前記成膜材料を無帯電化した酸素で加速して前記基板に付着させる高屈折率素材の成膜工程を有することを特徴とする誘電体の低温成膜方法を提供する。この手法によれば、膜に高い運動エネルギー与えることが可能となり、低温で酸素不足となる事無く、高品質の薄膜を成膜できる。
【００１７】
第３の発明は、第１又は第２の発明に記載の誘電体の低温成膜方法において、成膜速度が０．１〜０．５ｎｍ／ｓの範囲であることを特徴とする誘電体の低温成膜方法を提供する。この手法によれば、０．１〜０．５ｎｍ／ｓの範囲で低温成膜することによって、プラズマやイオンビームの作用が薄れて形成した膜に光の吸収が生じたりしない。
【００１８】
第４の発明は、第１〜３の発明のいずれかに記載の誘電体の低温成膜方法において、前記真空チャンバ内に低屈折率成膜材料を前記基板に対向配置し、気化させた前記低屈折率成膜材料を前記基板に付着させる低屈折率素材の成膜工程と、前記高屈折率素材の成膜工程とを交互に繰り返すことを特徴とする誘電体の低温成膜方法を提供する。高屈折率素材と共に成膜される低屈折率素材のＳｉＯ２は、通常の真空蒸着で低温成膜することができる。そのため、一つの真空チャンバ内の蒸発源として高屈折率素材と低屈折率素材の２つを配置し、低屈折率素材を成膜するときには真空蒸着で、高屈折率素材を成膜するときにはイオンプレーティング法かイオンビームアシスト蒸着法を用い、これらを交互に成膜することにより、赤外カットフィルタなどの誘電体多層膜を耐熱性の低い基板に対して形成することができる。
【００１９】
第５の発明は、第１〜４の発明のいずれかに記載の誘電体の低温成膜方法において、前記高屈折率素材がＴｉＯ２又はＴａ２Ｏ５であることを特徴とする誘電体の低温成膜方法を提供する。高屈折率素材としてはＴｉＯ２又はＴａ２Ｏ５が比較的低温成膜に適している点で好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の誘電体の低温成膜方法の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００２１】
本発明の誘電体の低温成膜方法は、イオンプレーティング法又はイオンビームアシスト蒸着法を用いて高屈折率素材の膜を基板の温度を好ましくは１００℃以下の低温に保って成膜するものである。
【００２２】
高屈折率素材としては、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５等が挙げられ、この中でも低温成膜に適しているＴｉＯ２又はＴａ２Ｏ５が好ましい。交互に成膜される低屈折率素材としてはＳｉＯ２、ＭｇＦ２等が挙げられ、この中でも、低温成膜できるＳｉＯ２（二酸化ケイ素）が好ましい。赤外カットフィルタ、紫外線カットフィルタ等の誘電体多層膜は、高屈折率素材と低屈折率素材の２つの膜が交互に形成され、４０層を超える多層膜となる場合もある。また、反射防止膜では誘電体の単層膜が形成される場合もある。
【００２３】
図１に、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）直接基板印加法によるイオンプレーティング法を行うイオンプレーティング装置の一実施形態の概略構成を示す。このイオンプレーティング法は、蒸着粒子を高周波ガスプラズマでイオン化し、電界により加速して基板に付着させる方法である。
【００２４】
このイオンプレーティング装置１０は、真空チャンバ１１内の下部に高屈折率素材と低屈折率素材の成膜材料がそれぞれるつぼに充填された２個の蒸発源１２，１３が配置されている。蒸発源１２，１３は種々の方法で加熱あるいはスパッタリング可能である。真空チャンバ１１内の上方には成膜する基板を設置するドーム形状の蒸着ドーム１４が回転可能に支持されている。蒸着ドーム１４の上方には蒸着ドーム１４を加熱するための基板加熱ヒーター１５が設置されている。
蒸着ドーム１４の中央部にはモニタ用の孔が穿設され、ここには図示しない光学式膜厚計を構成する膜厚監視用のモニタ基板１６が設置されている。モニタ基板１６はモニタガラスで構成されている。蒸発源１２，１３と蒸着ドーム１４との間には、膜厚分布を補正する補正板１７が固定して設置されている。
【００２５】
また、蒸着ドーム１４と蒸発源１２，１３の間の真空チャンバ１１には高周波コイル３１が設置され、高周波電源（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）３２から高周波を印加することにより、蒸着ドーム１４と蒸発源１２，１３の間に高周波ガスプラズマ３３を発生できるようになっている。
【００２６】
また、蒸着ドーム１４側が負、蒸発源１２，１３側が正となるように蒸着ドーム１４と高屈折率素材用の蒸発源１３との間に直流電源３４が接続され、両者間に電界を発生させることも可能になっている。
【００２７】
更に、蒸着ドーム１４と高屈折率素材用の蒸発源１３との間に直流電源３４に加えて高周波電源３５が配置されている。直流電源３４と高周波電源３５により、蒸着ドーム１４に直流バイアスを印加しながら直接、高周波を印加して高周波ガスプラズマ３３を発生できるようになっている。
【００２８】
また、真空チャンバ１１の大きさは、蒸発源１２，１３と基板の成膜面との間の距離を１ｍ以上とすることができる程度であることが好ましい。蒸発源１２，１３と成膜面との間の距離が近すぎると、蒸着時に、蒸発源１２，１３からの輻射熱によって基板の表面温度が上昇し、基板の温度が１００℃を超える場合がある。本実施形態の真空チャンバでは、約１．３ｍであった。
【００２９】
このようなイオンプレーティング装置１０を使用して高屈折率素材と低屈折率素材とを交互に低温成膜する方法について説明する。一方の蒸発源１２には低屈折率素材として例えばＳｉＯ２を充填し、他方の蒸発源１３には高屈折率素材として例えばＴｉＯ２又はＴａ２Ｏ５を充填する。蒸着ドーム１４に誘電体の成膜を行う基板を設置する。次に、真空チャンバ１１内を真空にし、所定の真空度に達した後、酸素ガスを真空チャンバ１１内に供給し、真空チャンバ１１内を１×１０−２〜１０−３Ｐａ程度の真空度とする。なお、真空チャンバ１１内の雰囲気は高屈折率素材を成膜するときと低屈折率素材を成膜するときとで最適化して変更するようにしても良い。基板加熱ヒータ１５は使用しないか、基板の温度が１００℃を超えない程度に使用する。基板の温度は、例えば蒸着ドーム１４上に設置されているサーモラベルで監視する。
【００３０】
高屈折率素材を成膜する高屈折率素材の成膜工程では、高屈折率素材用の蒸発源１３と蒸着ドーム１４間に蒸着ドーム１４側が負となるように１００Ｖ程度の直流電圧を印加し、蒸発源１３と蒸着ドーム１４間に電界を発生させる。また、高周波コイル３１に高周波電源３２から高周波を印加して蒸着ドーム１４と蒸発源１３との間に高周波酸素ガスプラズマ３３を発生させる。このときの高周波電源３２の出力は、０．３ｋＷ以上、１ｋＷ以下のＲＦ出力とする。好ましくは０．５〜０．７５ｋＷのＲＦ出力とする。通常の条件では２〜４ｋＷ程度の出力である。
【００３１】
そして、低屈折率素材用の蒸発源１２の図示しないシャッタを閉じる一方、シャッタを開放した蒸発源１３を加熱等してＴｉＯ２又はＴａ２Ｏ５を気化させる。
気化した成膜材料は拡散し、酸素ガスプラズマ領域３３でイオン化される。イオン化した成膜材料は正電荷を有するため、直流電源３４によって発生する電界で負極側の蒸着ドーム１４に向かって加速され、蒸着ドーム１４上の基板の表面に付着する。成膜中の膜の膜厚は、基板と同時に成膜されるモニタ基板１６に成膜される膜厚が図示しない光学式膜厚計でモニターされる。このときの成膜速度としては、酸素ガスプラズマの作用が薄れて形成した膜が酸素不足となり光の吸収が生じたりしないように０．１〜０．５ｎｍ／ｓの範囲で調節することが好ましい。
【００３２】
低屈折率素材の二酸化ケイ素を成膜する低屈折率素材の成膜工程では、直流電源３４と高周波コイル３１は使用せず、通常の真空蒸着を行う。真空チャンバ内は１×１０−２〜１０−３Ｐａ程度の真空度とする。蒸発源１３のシャッタを閉じ、シャッタを開放した低屈折率素材用の蒸発源１２を加熱等してＳｉＯ２を気化させる。気化した成膜材料は拡散し、蒸着ドーム１４上の基板の表面に付着する。
成膜中の膜の膜厚は、モニタ基板１６に成膜される膜厚が図示しない光学式膜厚計でモニターされる。
【００３３】
このようなイオンプレーティング法による成膜方法では、基板を加熱する代わりに成膜材料を高周波酸素ガスプラズマ３３でイオン化し、直流電源３４による電界で加速して成膜材料に運動エネルギーを与えている。そのため、基板の温度を上昇させないで成膜することができる。形成された膜は、基板の温度が低いにもかかわらず比較的緻密で耐環境性に優れたものとなる。また、酸素ガスを導入して高周波酸素ガスプラズマ３３を形成していることと成膜速度を調節しているため、形成される膜が酸素不足状態となることが無く、形成される膜が光の吸収を生じないため、光学的に品質の良い膜を成膜することができる。更に、高周波コイル３１に印加する高周波電源３２のＲＦ出力を通常の２〜５ｋＷより低い０．３ｋＷ以上、１ｋＷ以下としているので、高周波酸素ガスプラズマ３３の温度を通常より低くし、気化した成膜材料の温度上昇を抑制し、付着する際に基板の温度が上昇することを可及的に抑制している。更に、真空チャンバ２１の大きさから、蒸発源１２，１３からの輻射熱の影響を小さくして基板温度の上昇を抑制することができる。
【００３４】
その結果、基板の温度を１００℃を超えないように維持しながら、比較的緻密で耐環境性に優れると共に、光の吸収がない光学的にも良好な品質で、しかも低応力のＴｉＯ２又はＴａ２Ｏ５膜を基板上に成膜することができる。
【００３５】
なお、上記説明では、二酸化ケイ素の成膜では通常の真空蒸着で行うように説明しているが、二酸化ケイ素の成膜にもイオンプレーティング法を用いてもよい。
【００３６】
次に、図２を参照しながらイオンビームアシスト蒸着法による誘電体の低温成膜方法について説明する。イオンビームアシスト蒸着法は、真空蒸着装置の中にイオンビーム発生装置とニュートライザーを備え、成膜材料を気化させ、イオンビーム発生装置で不活性ガス又は酸素ガスをイオン化及び加速してイオンビームを基板に向けて出射すると共にニュートライザーでイオンビームを無帯電気体化しながら気化した成膜材料を加速して蒸着させる方法である。図２は、イオンビームアシスト蒸着法を行うイオンビームアシスト蒸着装置の概略構成を示す構成図である。
【００３７】
このイオンビームアシスト蒸着装置２０は、真空チャンバ２１内の下部に高屈折率素材と低屈折率素材の成膜材料がそれぞれるつぼに充填された２個の蒸発源１２，１３が配置されている。蒸発源１２，１３は種々の方法で加熱あるいはスパッタリング可能である。真空チャンバ２１内の上方には成膜する基板を設置するドーム形状の蒸着ドーム１４が回転可能に支持されている。蒸着ドーム１４の上方には蒸着ドーム１４を加熱するための基板加熱ヒーター１５が設置されている。蒸着ドーム１４の中央部にはモニタ用の孔が穿設され、ここには図示しない光学式膜厚計を構成する膜厚監視用のモニタ基板１６が設置されている。モニタ基板１６はモニタガラスで構成されている。また、蒸発源１２，１３と蒸着ドーム１４との間には、膜厚分布を補正する補正板１７が固定して設置されている。
【００３８】
また、真空チャンバ２１の大きさは、蒸発源１２，１３と成膜面との間の距離を１ｍ以上とすることができる程度であることが好ましい。蒸発源１２，１３と成膜面との間の距離が近すぎると、蒸着時に、蒸発源１２，１３からの輻射熱によって基板の表面温度が上昇し、基板の温度が１００℃を超える場合がある。本実施形態の真空チャンバ２１では、約１．３ｍであった。
【００３９】
真空チャンバ２１の一方の側壁には、イオンビーム発生装置２３が設置され、真空チャンバ２１の対向する側壁にはニュートライザー２４が設置されている。
イオンビーム発生装置２３は、有底筒状のビーム発生装置本体２３１の内部の底部側にフィラメント２３２が配置され、内部の開口部側に加速グリッド２３３が配置され、これらのフィラメント２３２と加速グリッド２３３間にはフィラメント２３２が正となるように直流電源２３４が接続されている。また、ビーム発生装置本体２３１の底壁を貫通してガス導入口２３５が設けられている。ガス導入口２３５から気体を導入し、フィラメント２３２により放出される電子で導入気体をイオン化した後、加速グリッド２３３によりイオン化気体を加速して蒸着ドーム１４に向かって出射する。ニュートライザー２４は蒸着ドーム１４に向かって電子を放出する。
【００４０】
このようなイオンビームアシスト蒸着装置２０を使用して高屈折率素材と低屈折率素材とを交互に成膜する方法について説明する。一方の蒸発源１２には低屈折率素材として例えば二酸化ケイ素を充填し、他方の蒸発源１３には高屈折率素材として例えばＴｉＯ２又はＴａ２Ｏ５を充填する。蒸着ドーム１４に誘電体の成膜を行う基板を配置する。次に、真空チャンバ２１内を真空にして例えば１×１０−３Ｐａ程度の真空度とする。基板加熱ヒータ１５は使用しないか、基板の温度が１００℃を超えない程度に使用する。基板の温度は、例えば蒸着ドーム１４上に設置されているサーモラベルで監視する。
【００４１】
高屈折率素材を成膜する高屈折率素材の成膜工程では、酸素ガスをガス導入口２３５から導入し、フィラメント２３２と加速グリッド２３３間の加速電圧を５０Ｖ以上、３００Ｖ以下にする。蒸着ドーム１４に設置されている基板の成膜面に対するイオン電流密度を５μＡ／ｃｍ２以上、２０μＡ／ｃｍ２以下とする。イオン電流密度は、成膜面に飛来するイオンの単位面積当たりの数を電流で表した数値である。通常の成膜では、イオン電流密度は３０μＡ／ｃｍ２以上、加速電圧も５００Ｖ以上に設定する。
【００４２】
そして、蒸発源１２を図示しないシャッタで閉じる一方、シャッタを開放した蒸発源１３を加熱等してＴｉＯ２又はＴａ２Ｏ５を気化させる。このときの成膜速度は、イオンビームによる加速効果の作用が薄れて成形した膜が酸素不足となり光の吸収が生じたりしないように０．１〜０．５ｎｍ／ｓの範囲で調節することが好ましい。ガス導入口２３５から酸素を導入し、導入された酸素はフィラメント２３２により放出される電子でイオン化され、イオン化酸素は加速グリッド２３３により加速されて蒸着ドーム１４に向かって出射される。ニュートライザー２４は蒸着ドーム１４に向かって電子を放出し、イオン化酸素を電気的に中和し、加速化された無帯電気体化し、加速された無帯電気体が気化した成膜材料に衝突して成膜材料を加速せしめ基板に成膜する。
【００４３】
低屈折率素材の二酸化ケイ素を成膜する低屈折率素材の成膜工程では、イオンビーム発生装置２３とニュートライザー２４は使用せず、通常の真空蒸着を行う。この場合も、酸素ガスをガス導入口２３５から真空チャンバ内に導入することが好ましい。酸素ガスの導入量は高屈折率素材の成膜のときと変えるようにしても良い。真空チャンバ２１内は１×１０−３Ｐａ程度の真空度とする。高屈折率素材用の蒸発源１３を図示しないシャッタで閉じ、低屈折率素材用の蒸発源１２のシャッタを開放し、加熱等してＳｉＯ２を気化させる。気化した成膜材料は拡散し、蒸着ドーム１４上の基板の表面に付着する。付着する膜の膜厚は、基板と同時に成膜されるモニタ基板１６に成膜される膜厚が図示しない光学式膜厚計でモニターされる。
【００４４】
このようなイオンビームアシスト蒸着法による成膜方法では、基板を加熱する代わりに成膜材料をイオンビーム発生装置２３で加速された無帯電酸素の衝突によって加速し、成膜材料に運動エネルギーを与えている。そのため、基板の温度を上げずに成膜することができる。形成された膜は、基板の温度が低いにもかかわらず比較的緻密で耐環境性に優れたものとなる。また、成膜材料を加速するガスとして酸素ガスを導入していることと成膜速度を調節しているため、形成される膜に酸素不足状態となることが無く、形成される膜が光の吸収を生じることがないため、光学的に品質の良い膜を成膜することができる。更に、フィラメントと加速グリッド間の加速電圧を５０Ｖ以上、３００Ｖ以下、イオン電流密度を５μＡ／ｃｍ２以上、２０μＡ／ｃｍ２以下としているので、加速される成膜材料に与える運動エネルギーを通常より小さくし、成膜材料が基板に付着する際に運動エネルギーによって基板の温度が上昇することを可及的に抑制している。また、運動エネルギーを小さくしているため、形成された膜は低応力である。更に、真空チャンバ２１の大きさから、蒸発源１２，１３からの輻射熱の影響を抑制できる。
【００４５】
その結果、基板の温度を１００℃を超えないように維持しながら、比較的緻密で耐環境性に優れると共に、光学的にも良好な品質の良い膜を基板上に成膜することができる。
【００４６】
通常の多層膜の熱応力と膜の応力は殆どの場合、膜が圧縮された圧縮応力であり、膜面凸となるそりが発生する。１００℃以下の低温で成膜することで熱応力を減らすことができる。イオンビームアシスト蒸着を行うと膜が緻密になるのに従って強い圧縮応力が生じてしまうが、必要最小限のパワーとすることで応力を減らすことが可能である。
【００４７】
なお、上記説明では、二酸化ケイ素の成膜では通常の真空蒸着で行うように説明しているが、二酸化ケイ素の成膜にもイオンビームアシスト蒸着法を用いてもよい。
【００４８】
また、膜設計においても、Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２等の高屈折率素材の膜厚を出来るだけ薄くなるように検討してプラズマやイオンビームによる温度上昇を少なくすることが好ましい。
【００４９】
＜実施例＞
基板材料はＢＫ７（ｎ＝１．５２の白板ガラス）を用いた。使用する膜の材料は、高屈折率層（Ｈ）がＴａ２Ｏ５、低屈折率層（Ｌ）がＳｉＯ２、成膜方法は直接、高周波を印加したＲＦイオンプレーティング装置（昭和真空（株）製）を用いて赤外カットフィルタを作製した。
【００５０】
真空チャンバ内を真空とすると共に、酸素ガスを供給して１×１０−２Ｐａ程度の真空度とした。高周波の出力は、０．５〜０．７５ｋＷの範囲のＲＦ印可とした。基板加熱ヒータは使用しなかった。
【００５１】
高屈折率層（Ｈ）の膜厚を光学的膜厚ｎｄ＝１／４λの値を１Ｈとして表記し、低屈折率層（Ｌ）を同様に１Ｌと表記する。膜厚構成は、設計波長λが７５５ｎｍ、基板側から１．１４１Ｈ、１．０８８Ｌ、１．０３Ｈ、１．０１Ｌ、（０．９９４Ｈ、０．９９４Ｌ）６、１．０２４Ｈ、１．０７７Ｌ、１．３０９Ｈ、０．１７５Ｌ、１．３６８Ｈ、１．２４１Ｌ、１．２７３Ｈ、１．２７７Ｌ、（１．２７５Ｈ、１．２７６Ｌ）６、１．２５７Ｈ、１．２７８Ｌ、１．２５４Ｈ、０．６２６Ｌの４０層とした。
【００５２】
成膜中、基板の温度を蒸着ドーム上に設置されているサーモラベルで監視した結果、１００℃を超えることはなかった。得られた赤外カットフィルタの分光透過率は設計通りであった。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の誘電体の低温成膜方法によれば、イオンプレーティング法又はイオンビームアシスト蒸着法の成膜条件を低温で成膜できるように最適化したことにより、耐熱性が低い基板に対して品質に優れ、低応力の高屈折率素材の薄膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】イオンプレーティング装置の概略構成を示す構成図である。
【図２】イオンビームアシスト蒸着装置の概略構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１０：イオンプレーティング装置
１１：真空チャンバ
１２，１３：蒸発源
１４：蒸着ドーム
１５：基板加熱ヒータ
１６：モニタ基板
３１：高周波コイル
３４：直流電源
３３：高周波ガスプラズマ
３２，３５：高周波電源
２０：イオンビームアシスト蒸着装置
２１：真空チャンバ
２３：イオンビーム発生装置
２４：ニュートライザー
【図１】
2005042132.tif 000003
【図２】
2005042132.tif 000004