(57)【要約】【課題】基板上で均一な密度を有した良好な薄膜を形成することができる薄膜作成装置を提供すること。【解決手段】基板上の被成膜表面近傍に、上面と底面が無い筒状のもの、つまりコリメータを、基板表面と任意の間隔をあけて配備し、薄膜粒子の斜入射を低減させるものである。つまり、薄膜粒子をコリメートさせることにより、膜密度を上昇させ良好な薄膜を作製することを主眼とする。更に、コリメータと薄膜蒸発源との間にマスクを設置することにより、被成膜面内での膜厚均一化も実現できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に薄膜を形成する装置において、基板の被成膜面上の任意の点に対して、その点における法線方向に、上面と底面が無い筒状のものを基板表面と任意の間隔をあけて配備することを特徴とする薄膜作製装置。
【請求項２】
基板が自公転できる機構を有することを特徴とする請求項１記載の薄膜作製装置。
【請求項３】
自転軸が傾動できる機構を備えたことを特徴とする請求項２記載の薄膜作製装置。
【請求項４】
膜厚均一化用マスクを配することを特徴とする請求項１記載の薄膜作製装置。
【請求項５】
スパッタ法を用いることを特徴とする請求項１記載の薄膜作製装置。
【請求項６】
真空蒸着法を用いることを特徴とする請求項１記載の薄膜作製装置。
【請求項７】
前記基板が平面形状でないことを特徴とする請求項１記載の薄膜作製装置。
【請求項８】
作製される薄膜が紫外域用の光学薄膜であることを特徴とする請求項１記載の薄膜作製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜を作製する薄膜作製装置に関するもので、その薄膜は、半導体、磁気デバイス、光デバイス、光学素子のコ−ティングの作製する装置等に使用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
薄膜を作製する際、薄膜を形成する粒子がその蒸発源、例えばスパッタ法ではタ−ゲット、真空蒸着法では蒸発物質から飛来し基板に付着する際、被付着材である基板に対して、薄膜粒子の入射角度が大きい、つまり斜入射成分が大きいと、粒子が持っている運動エネルギーが散乱し、基板表面上での粒子の移動、つまりマイグレ−ションが効率良く行われなくなる。このようなマイグレーションの減少により、堆積する膜の密度が低下したり、密度の低下によって大気中の水、有機物等の付着が多くなり、所望の膜特性を得られにくくなることがあった。特に、形状が平面でない自由曲面を有した基板や曲率等を有する光学素子等であると、顕著にその減少が顕著に観られた。又、波長が短い領域では、更に付着物の吸光により、膜特性が変動する傾向が見られた。
【０００３】
そこで、特許文献１や特許文献２に記載されているように、粒子の斜入射成分を均一にするために、基板を揺動させる等の処置を採っていた。これらの方法は薄膜粒子の斜入射成分を基板の被成膜面上で均一化させ、膜密度の均一化には寄与できるが、膜密度そのものを増加させる手法ではない。又、特許文献３に記載された方法は、確かに薄膜粒子の斜入射成分を除去し、膜の密度を増加させるには有効な手段であるが、一方、薄膜作製上、基板上に形成する際、膜密度を増加及び均一化させること同時に、被成膜面内で膜厚を均一化することが多々必要とされる。そのためには、特許文献３のような手法を用いると、自転軸の傾け角度、基板と蒸発源の相対速度の調整等を厳密に制御せねなばならず、又、その再現性を実現するのも困難だと推測される。
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−０９４４１０号公報
【特許文献２】特開平１０−２８０１３２号公報
【特許文献３】特開平１１−１０６９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的とする処は、基板上で均一な密度を有した良好な薄膜を形成することができる薄膜作成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、基板上の被成膜表面近傍に、上面と底面が無い筒状のもの、つまりコリメータを、基板表面と任意の間隔をあけて配備し、薄膜粒子の斜入射を低減させるものである。つまり、薄膜粒子をコリメートさせることにより、膜密度を上昇させ良好な薄膜を作製することを主眼とする。更に、コリメータと薄膜蒸発源との間にマスクを設置することにより、被成膜面内での膜厚均一化も実現できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、基板上で均一な密度を有した良好な薄膜を形成することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【０００９】
図１は本発明の真空蒸着法形態としての概略図である。
【００１０】
真空チャンバー１は、ポンプ２で真空雰囲気にすることができ、その真空チャンバー１内には、薄膜の蒸着源として加熱可能な蒸発源３に薄膜材料４を搭載し、一方、基板５は回転軸６を中心に回転可能及びその回転軸を揺動可能な機構としている。そして、その基板５の蒸着源側の基板５の形状にほぼ垂直に配するようにコリメータ７が配備できるようになっている。コリメータ７の形状は、基板５からの距離Ｇ、長さＬ、口径Ｄの３つのパラメータを決めることにより、その形態が定まるようになっている。以下にそれぞれのパラメータの意義について説明する。
【００１１】
先ず、基板５−コリメータ７間の距離Ｇは、この値が大き過ぎると、薄膜粒子がコリメータ７を通過してから基板までに至る間に散乱してしまい、膜密度が下がってしまう恐れがある。一方、この値が小さいとコリメータ７の筒同士の繋ぎ目が基板に転写され、その部分に薄膜粒子が付着しなくなり、基板上で薄膜の膜厚ムラが発生してしまう。
【００１２】
次に、長さＬは、この値が大き過ぎると、基板５まで到達する薄膜粒子が少なくなるため薄膜作製に時間が掛かるが、逆に小さ過ぎると基板表面に対して垂直成分が少ない薄膜粒子が多くなり膜密度が下がってしまう。
【００１３】
更に、口径Ｄは長さＬとは逆に、値が大き過ぎると基板表面に対して垂直成分が少ない薄膜粒子が多くなり膜密度が下がってしまい、小さいと基板５まで到達する薄膜粒子が少なくなるため薄膜作製に時間が掛かる。これらコリメータ形状のパラメータは、シミュレーションや実験を通して最適な値が求められる。
【００１４】
又、コリメータ７と薄膜蒸発源との間にマスク８を配備している。
【００１５】
図２は本発明のスパッタ法形態での概略図である。
【００１６】
真空チャンバー９は、ポンプ１０で真空雰囲気に保つことが可能で、その真空チャンバー９内には、ＤＣ電力１１びＲＦ電力１２が供給可能な薄膜の材料源であるターゲット１３を搭載し、そのターゲット１３の裏面にはマグネット１４配備されている。一方、基板１５は回転軸１６を中心に回転可能及びその回転軸１６が揺動可能な機構となっており、その基板１５のターゲット１３側の基板１５の形状にほぼ垂直に配するようにコリメータ１７が配備できるようになっている。このコリメータ１７も図１と同様、基板１５からの距離Ｇ、長さＬ、口径Ｄの３つのパラメータを決めることにより、その形態が定まるようになっている。又、ガス１８もバルブを介してこのチャンバー内に導入できるようになっている。
【実施例１】
【００１７】
図１において、薄膜材料４にＳｉＯ2を供給し、基板５に直径１６インチのシリコンウエハーを設置した。その後、真空度を２×１０&#8211; 5Ｐａになるまで、真空ポンプを用いて真空雰囲気にし、蒸発源を加熱し、シリコンウエハー面内で膜厚が均一になるよう、マスク８を設置し、レンズを自転させながら、シリコンウエハー面上にＳｉＯ2の薄膜を均一に膜厚約２００ｎｍなるよう作製した。そして、このウエハーを真空装置から取り出した後、ウエハーの中心から１５ｃｍ離れた部分を１ｃｍ角に切り取り、ＡＰＩ−ＭＳ／ＴＤＳ装置で加熱温度に対する水の脱離量を測定した。次に、Ｄ＝２０ｍｍ、Ｇ＝１０ｍｍ、Ｌ＝３０ｍｍの形状を有したコリメータを設置して同様に薄膜を作製したものも測定し、それらの結果を図３に示した。この結果より、同じ薄膜、膜厚を作製したにも拘らず、コリメータを設置して薄膜を作製した方が水の脱離量が少ないので、コリメータを設置して作製された薄膜の方が密度が高い良質な膜であることが分かる。
【実施例２】
【００１８】
図２において、ターゲット１３にＬａＦ3を用い、基板１５してターゲット側の形状が曲率２００ｍｍ、径３１５ｍｍの凸状のレンズを設置した。その後、真空度を２×１０&#8211; 5Ｐａになるまで真空ポンプを用いて真空雰囲気にした後、ガスを導入し、ターゲットにＤＣ電力を印加してスパッタを開始した。
【００１９】
一方、レンズ面内で膜厚が均一になるよう、レンズを回転軸１６を中心として自転及び揺動させながら、レンズ面上にＬａＦ3の薄膜が均一に膜厚約２００ｎｍなるよう作製した。そして、このレンズを真空装置から取り出した後、レンズ面内の各位置で、波長１９３ｎｍにおける屈折率を測定した。
【００２０】
次に、レンズ表面の形状に沿うようにコリメータ１７を作製し設置した。その形状はＤ＝１５ｍｍ、Ｇ＝５ｍｍ、Ｌ＝４０ｍｍである。そして、同様にレンズ面上にＬａＦ3の薄膜が均一に膜厚約２００ｎｍなるよう作製し、レンズ面内の各位置で波長１９３ｎｍにおける屈折率を測定した。これらの結果を図４に示す。
【００２１】
このグラフより、コリメータ１７が無いとレンズの中心位置から遠ざかる程、屈折率が低くなるが、コリメータ１７を挿入して薄膜を作製することにより、レンズ中心位置から遠ざかっても、中心と同等の屈折率が得られることが分かった。これより、スパッタ法では、コリメータを設置しないと、基板序所形状の影響により膜密度が下がり、膜内への不純物の付着が多くなり、屈折率が低くなることが分かる。
【実施例３】
【００２２】
図１において、薄膜材料４にＧｄＦ3を供給し、基板５として蒸発源側の形状が曲率１５０ｍｍ、径２２０ｍｍの凸状のレンズを設置した。その後、真空度を２×１０−５Ｐａになるまで真空ポンプを用いて真空雰囲気にし、蒸発源を加熱し、レンズ面内で膜厚が均一になるよう、マスク３を設置してレンズを自転させながら、レンズ面上にＧｄＦ3の薄膜が均一に膜厚約２００ｎｍなるよう作製した。そして、このレンズを真空装置から取り出した後、レンズ面内の各位置で、波長１５７ｎｍにおける屈折率を測定した。
【００２３】
次に、レンズ表面の形状に沿うようにコリメータ７を作製し設置した。その形状はＤ＝１５ｍｍ、Ｇ＝５ｍｍ、Ｌ＝４０ｍｍである。そして、マスク８を設置してレンズを自転させながら、同様にレンズ面上にＧｄＦ3の薄膜が均一に膜厚約２００ｎｍなるよう作製し、レンズ面内の各位置で、波長１５７ｎｍにおける屈折率を測定した。これらの結果を図５に示す。
【００２４】
このグラフより、コリメータ７が無いとレンズの中心位置から遠ざかる程、屈折率が低くなるが、コリメータ７を挿入することによりレンズ中心位置から遠ざかっても、中心と同等の屈折率が得られることが分かった。この傾向は実施例２のスパッタ法による結果よりも強いことから、真空蒸着法で作製された薄膜は、薄膜粒子の斜入射成分の増加による膜密度低下が見られ易いのと、測定波長が短くなると膜内へ付着する物質の影響度が大きいことが見られる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明により、基板上で均一な密度を有した良好な薄膜を形成することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】真空蒸着法による装置概略図である。
【図２】スパッタ法による装置概略図である。
【図３】水の脱離量を示す図である。
【図４】ＬａＦ３ の屈折率を示す図である。
【図５】ＧｄＦ３ の屈折率を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    真空チャンバー
２    ポンプ
３    蒸発源
４    薄膜材料
５    基板
６    回転軸
７    コリメータ
８    マスク
９    真空チャンバー
１０  ポンプ
１１  ＤＣ電力
１２  ＲＦ電力
１３  ターゲット
１４  マグネット
１５  基板
１６  回転軸
１７  コリメータ
１８  ガス
【図１】
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【図２】
2005298847.tif 000004
【図３】
2005298847.tif 000005
【図４】
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【図５】
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