JP2000017457A - 薄膜形成装置および薄膜形成方法 - Google Patents

薄膜形成装置および薄膜形成方法

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JP2000017457A
JP2000017457A JP10202882A JP20288298A JP2000017457A JP 2000017457 A JP2000017457 A JP 2000017457A JP 10202882 A JP10202882 A JP 10202882A JP 20288298 A JP20288298 A JP 20288298A JP 2000017457 A JP2000017457 A JP 2000017457A
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thin film
refractive index
substrate
film forming
sputtering
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Kazuo Kikuchi
和夫 菊池
Shigeji Matsumoto
繁治 松本
Shinichiro Zaisho
慎一郎 税所
Takeshi Sakurai
武 桜井
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Shincron Co Ltd
Original Assignee
Shincron Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、高屈折率から低屈折
率までの中間屈折率の薄膜を形成するに際し、プラスチ
ック材上のハードコート膜に、耐擦傷性が向上し、任意
な屈折率の成膜が可能で、プラスチック材との密着力の
向上を目的とする薄膜形成が可能な薄膜形成装置と薄膜
形成方法を提供する。 【解決手段】 薄膜形成装置Ｓは、真空装置１１と連
結された真空容器１０と、この真空容器１０内で基板を
保持し回転機構２１により回転される基板保持器２０
と、プラズマＣＶＤ装置３０と、スパッタ装置４０と、
を備え、プラズマＣＶＤ装置３０と、スパッタ装置４０
とを同一の真空容器１０内に配置させ、プラズマＣＶＤ
装置３０とスパッタ装置４０により基板に屈折率を制御
可能な薄膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は薄膜形成装置および
薄膜形成方法に係り、特に眼鏡等のプラスチックレンズ
などのプラスチック基板上に、耐擦傷性を向上させ、任
意な中間屈折率の成膜が可能で、基板との密着力の向上
が可能な薄膜形成装置および薄膜形成方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来からプラスチック上にハードコート
膜を形成する各種の技術が知られている。
【０００３】例えば、従来の有機シリコーン被膜（ハー
ドコート）は、プラスチックレンズ自体の高屈折率化に
伴い、これに対応する屈折率を開発する必要に迫られて
いた。このとき所定の屈折率に対する設備としては、そ
のプラスチックレンズの屈折率ごとに対応する設備にな
るため、製造工場においては複数のディッピング装置等
を設置しなければならないという不都合があった。
【０００４】従来のディッピング装置によるハードコー
トを行う場合、コートする前の表面処理として、アルカ
リ溶液に浸すような表面の活性化処理等が不可欠であ
り、最近、環境問題などからこれらに使用される廃液処
理等の問題が生じる。また、従来のハードコートの製造
工程では縮合硬化工程が必須であり、この工程に費やさ
れる時間が数時間要するため、納期の短縮化を計る上で
非常に重要な改善上の問題となっている。
【０００５】このため、上記不都合を解消した各種技術
の提案が行われている。例えば、「プラズマ重合の雰囲
気の組成を制御することにより及び／又はプラズマ重合
被覆プロセスのための少なくとも一つのプロセスパラメ
ーターを制御することにより、成長するコーティングに
沿って基材の屈折率から変化してその表面のコーティン
グの所期の最終屈折率に至るまで無段階に変化するよう
に屈折率を制御する工程を含む、プラズマ重合によって
光学基材にコーティングを施す」という技術（特開平８
−１９０００２号公報参照）が知られている。
【０００６】また「減圧容器内にアルコキシ基含有有機
チタン化合物及びアルコキシ基含有有機珪素化合物の各
モノマーを気体状態にし、これをプラズマ雰囲気の減圧
容器に導入し、基材上にそれらのモノマーからプラズマ
反応で生成される形成化合物を屈折率を変化させながら
薄膜堆積させていくことにより、基材とハードコートと
の間に、中間的なマッチング層を形成し、その上に本来
のハードコートであるアルコキシ基含有有機珪素化合物
薄膜を形成する。さらに、その上に反射防止膜を形成し
ている。また、必要に応じて反射防止膜上にさらにフッ
素系及び／または珪素系有機化合物からなる撥水性の薄
膜を形成する」という技術（特開平８−１４６３５８号
公報参照）も知られている。
【０００７】さらに、「プラスチック基板上に形成さ
れ、プラスチック基板と接触する部位の屈折率がプラス
チック基板の屈折率と略等しく、厚さ方向に向かって屈
折率が連続的ないしは段階的に変化するハードコート層
と、該ハードコート層上に形成される反射防止膜」、ま
たその製造方法として、「プラスチック基板上にハード
コート層および反射防止膜を形成し、プラスチック基板
を強度的に保護するとともに反射防止機能を付与するに
際し、ハードコート層のプラスチック基板と接触する部
位での屈折率をプラスチック基板の屈折率と略等しく
し、かつハードコート層の表面での屈折率が所定の設計
基準屈折率となるように、ハードコート層の屈折率を厚
さ方向で連続的ないしは段階的に変化させてハードコー
ト層を形成し、ついで、設計基準屈折率を基にして膜設
計した反射防止膜を、ハードコート層上に形成する」と
いう技術（特開平７−５６００１号公報参照）が知られ
ている。
【０００８】さらにまた、「プラスチック基体の配置さ
れている真空槽内へ有機モノマーあるいは有機ポリマー
を導入し、かかるモノマーあるいはポリマーをプラズマ
によりイオン化させながら上記プラスチック基体上にか
かる有機ポリマー層を形成し、次いでかかる有機ポリマ
ー層の形成を続ける一方、無機質硬質物質を蒸着して有
機質−無機質複合層を形成する」技術や「プラスチック
基体の配置されている真空槽内へ有機モノマーあるいは
有機オリゴマーを導入し、かかるモノマーあるいはポリ
マーをプラズムによりイオン化させながら上記プラスチ
ック基体上にかかる有機ポリマー層を形成し、次いでか
かる有機ポリマー層の形成を続ける一方、無機質硬質物
質を蒸着して有機質−無機質複合層を形成し、更に引き
続いて無機質硬質物質を蒸着して無機質硬質層を形成す
る」する技術（特開昭５６−１４７８９号公報或いは特
開昭５６−１４７８３０号公報参照）等、各種の技術が
提案されている。
【０００９】以上のように、従来からダイレクトプラズ
マＣＶＤ法で（プラズマ中なので製品が高温となる）Ｓ
ｉＯ2、ＳｉＯ2及び混合膜を形成する技術や、種々の基
板の屈折率にあわせた傾斜膜を用いて、薄膜の最表面で
の屈折率を一定にする技術や、ＣＶＤ（プラズマ重合）
法と蒸着法でハードコート膜を作成する技術が知られて
いる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記いずれの
技術においても、ＳｉＯ2（屈折率１，４６付近）をＣ
ＶＤで成膜することは容易である。しかし、より高い屈
折率の膜を、ダイレクトプラズマＣＶＤ法や、種々の基
板の屈折率にあわせた傾斜膜を用いて、薄膜の最表面で
の屈折率を一定にする技術で成膜することは、装置的な
制約、製造装置の製作等において、産業的に満足するに
は至ってないのが現状である。
【００１１】例えば、ダイレクトプラズマＣＶＤ法の場
合、二種類のガス化した物質のうち、ＴｉＯ2源モノマ
ーの流量制御の問題等からガス化した材料の成分比率を
維持した装置の安定動作が得られにくい。換言すれば、
製造ラインにおける長期・安定的な作用と、ＣＶＤ法に
よるときの液体或いは固体をガス化のための安定な制御
機械などが必要である。
【００１２】また、上記ダイレクトプラズマＣＶＤ（プ
ラズマ重合）法と蒸着法でハードコート膜を作成する技
術の場合、低温成膜に対する要求がある。さらにダイレ
クトプラズマＣＶＤの場合には、低温成膜を行うために
プラズマ制御を考慮しなければならない。
【００１３】本発明の目的は、高屈折率から低屈折率ま
での中間屈折率の薄膜を形成するに際し、プラスチック
材上のハードコート膜に、耐擦傷性が向上し、任意な屈
折率の成膜が可能で、プラスチック材との密着力の向上
を目的とする薄膜形成が可能な薄膜形成装置と薄膜形成
方法の提供にある。
【００１４】本発明の他の目的は、高屈折率から低屈折
率までの中間屈折率の薄膜を形成するに際し、低温成膜
が可能で、長期安定的な動作を確保できると共に、再現
性を確保して形成することのできる薄膜形成装置と薄膜
形成方法の提供にある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記課題は、請求項１の
薄膜形成装置によれば、真空装置と連結された真空容器
と、該真空容器内で基板を保持し回転機構により回転さ
れる基板保持器と、プラズマＣＶＤ装置と、スパッタ装
置と、を備え、前記プラズマＣＶＤ装置と、前記スパッ
タ装置とを同一の真空容器内に配置させ、前記プラズマ
ＣＶＤ装置と前記スパッタ装置により前記基板に屈折率
を制御可能な薄膜を形成することにより、解決される。
【００１６】このとき請求項２のように、プラズマＣＶ
Ｄ装置は、プラズマ発生源と、モノマー用マスフロー
と、高周波電源と接続されたマッチングボックスからな
る電源と、反応ガス用マスフローと、を備え、プラズマ
発生源から距離が離れた位置で有機シリコン系モノマー
をプラズマ雰囲気中で活性化して、基板に低屈折率の薄
膜を形成し、前記スパッタ装置は前記プラズマＣＶＤ装
置で形成された薄膜に所定の高屈折率のスパッタリング
粒子を定量的に添加して、前記基板に屈折率を制御可能
な薄膜を形成すると好適である。
【００１７】さらに前記プラズマＣＶＤ装置をリモート
プラズマＣＶＤ装置としたり、前記スパッタ装置を蒸着
装置とすることも可能である。
【００１８】また上記課題は、請求項５に係る薄膜形成
方法によれば、プラズマＣＶＤ法により基板に屈折率の
低い薄膜を形成する第１工程と、該第１工程に連続して
スパッタ法により高屈折率のスパッタリング粒子を定量
的に添加する第２工程と、を備え、これら第１工程及び
第２工程を同一容器内で同時に且つ別々に成膜して、任
意の屈折率を備えた薄膜を基板上に得ること、により解
決される。
【００１９】さらに上記課題は、請求項６に係る薄膜形
成方法によれば、プラズマＣＶＤ法により有機シリコン
系モノマーをプラズマ雰囲気中で活性化し基板に屈折率
の低い薄膜を形成する第１工程と、この第１工程に連続
してスパッタ法により金属或いは複合金属の酸化物から
なる屈折率の高いスパッタリング粒子を定量的に添加す
る第２工程と、を備え、これら第１工程及び第２工程を
同一容器内で同時に且つ別々に基板上に成膜して、任意
の屈折率を備えた薄膜を基板上に得ること、により解決
される。
【００２０】上記薄膜形成方法において、プラズマＣＶ
Ｄ法をリモートプラズマＣＶＤ法にしたり、前記スパッ
タ法を蒸着法とすることも可能である。
【００２１】
【発明の実施の形態】薄膜形成装置Ｓは、真空装置１１
と連結された真空容器１０と、この真空容器１０内で基
板を保持し回転機構２１により回転される基板保持器２
０と、プラズマＣＶＤ装置３０と、スパッタ装置４０
と、を備えている。そして、プラズマＣＶＤ装置３０
と、スパッタ装置４０とを同一の真空容器１０内に配置
させ、プラズマＣＶＤ装置３０とスパッタ装置４０によ
り基板に屈折率を制御可能な薄膜を形成するものであ
る。
【００２２】プラズマＣＶＤ装置３０は、プラズマ発生
源（石英チューブ３１，アンテナ３２）と、モノマー用
マスフロー３６と、高周波電源３４と接続されたマッチ
ングボックス３３からなる電源と、反応ガス用マスフロ
ー３５と、を備えている。そして、プラズマ発生源から
所定距離が離れた位置で有機シリコン系モノマーをプラ
ズマ雰囲気中で活性化して、基板に低屈折率の薄膜を形
成する。
【００２３】スパッタ装置４０は前記プラズマＣＶＤ装
置３０で形成された薄膜に所定の高屈折率のスパッタリ
ング粒子を定量的に添加して、前記基板に屈折率を制御
可能な薄膜を形成する。なお、上記プラズマＣＶＤ装置
３０をリモートプラズマＣＶＤ装置としたり、スパッタ
装置を蒸着装置とすることも可能である。
【００２４】本発明で用いることのできる材料となる有
機シリコンの例を挙げると、 テトラメチルシラン Ｓｉ（ＣＨ3）4 テトラエチルシラン Ｓｉ（Ｃ2Ｈ5）4 エチルトリメチルシラン Ｓｉ（Ｃ2Ｈ5）（ＣＨ3）3 アリルトリメチルシラン （ＣＨ2＝ＣＨＣＨ2）Ｓｉ（ＣＨ3）3 フェニルトリメチルシラン （Ｃ6Ｈ5）Ｓｉ（ＣＨ3）3 ヘキサメチルジシラン （ＣＨ3）3 ＳｉＳｉ（ＣＨ3）3 といった（アルキル基、アリル基、ビニル基、フェニル基等を持つ）有機シラン 類、 テトラメトキシシラン Ｓｉ（ＯＣＨ3）4 テトラエトキシシラン Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4 ジメチルジエトキシシラン Ｓｉ（ＣＨ3）2（ＯＣ2Ｈ5）2 エトキシトリメチルシラン Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）（ＣＨ3）3 といったアルコキシシラン類、 ヘキサメチルジシロキサン （ＣＨ3）3ＳｉＯＳｉ（ＣＨ3）3 オクタメチルトリシロキサン （ＣＨ3）3ＳｉＯＳｉ（ＣＨ3）2ＯＳｉ（ＣＨ3 ）3といったシロキサン類、 テトラクロロシラン ＳｉＣＩ4といったハロシラン類、 などが用いられる。またプラズマ源には酸素の他に、亜
酸化窒素N2O，オゾンO3などが用いられる。
【００２５】以上のように、本発明によれば、高屈折率
と低屈折率のものを同時に二つの系（ＣＶＤ法とスパッ
タ法を同時）により行うように構成しているため、以下
のような作用効果を奏することが可能である。つまり、
スパッタでは、ＳｉＯ2は圧縮応力（基板を縮める方
向）が大きいが、ＣＶＤ法なので応力が少ない状態で膜
を形成でき、ハードコートに応用できる。またスパッタ
と酸化とを分けることで、シリコンのアーキングの防止
が可能となり、さらにプラズマを制御する必要がない。
【００２６】また高屈折率から低屈折率までの中間屈折
率の薄膜を形成するに際し、プラスチック材上のハード
コート膜に、耐擦傷性が向上し、任意な屈折率の成膜が
可能で、プラスチック材との密着力の向上した薄膜形成
が可能となる。このように、本発明によれば、密着力が
傾斜層を含むことにより上がり、また屈折率を１．４６
(ＳｉＯ2)〜２．２２まで調節することが可能となる。
【００２７】そして膜を固くすることが可能であり、成
膜速度が早く、制御性が高いという効果を奏する。また
ルゲートフイルタの作成が可能であり、多層膜の成膜が
可能で、充填密度 屈折率が上がり、密度の高い膜を形
成することが可能となる。
【００２８】以上のように、本発明の薄膜形成装置と薄
膜形成方法によれば、高屈折率から低屈折率までの中間
屈折率の薄膜を形成するに際し、プラスチック材上のハ
ードコート膜に、耐擦傷性が向上し、任意な屈折率の成
膜が可能で、プラスチック材との密着力の向上が可能と
なり、さらに、低温成膜が可能で、長期安定的な動作を
確保できると共に、再現性を確保して形成することがで
きるものである。
【００２９】
【実施例】以下、本発明の一実施形態について、図を参
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。
【００３０】図１は本発明に係る実施例を示す薄膜形成
装置の概略構成図であり、本例の薄膜形成装置Ｓは、真
空容器１０と、基板保持器２０と、プラズマＣＶＤ装置
３０と、スパッタ装置４０と、を主要構成要素とする。
【００３１】本例の真空容器１０は、真空ポンプ１１と
連結されており、ほぼ中央部には基板保持器２０が回転
可能に配設されている。また真空容器１０内には、後述
するプラズマＣＶＤ装置３０と、スパッタ装置４０と
が、それぞれ基板保持器２０に対向するように配設され
ている。
【００３２】本例の基板保持器２０は、真空容器１０内
で基板を保持し回転機構２１により回転されるものであ
り、基板保持器２０は円盤状をしており、その表面に基
板（不図示）を保持するための係合部が形成されてい
る。この係合部は基板が配置される穴を形成して、この
穴に基板をはめ込むようにしている。また基板保持器２
０は、回転機構２１の一部を構成する回転軸２２と連結
されており、真空容器１０外に配置されたモータ等の回
転装置２３と連結されている。
【００３３】本例ではプラズマＣＶＤ装置３０として、
リモートプラズマＣＶＤ装置を用いている。すなわち、
本例のリモートプラズマＣＶＤ装置は、石英チューブ３
１と、アンテナ３２と、マッチングボックス３３と、高
周波電源３４と、モノマー用マスフロー３６と、モノマ
ー容器３７と、反応ガス用マスフロー３５と、を主要構
成要素としている。
【００３４】つまり、本例のプラズマＣＶＤ装置（リモ
ートプラズマＣＶＤ装置）は、石英チューブ３１の外周
にアンテナを卷回し、このアンテナ３２とマッチングボ
ックス３３とを接続する。このマッチングボックス３３
は高周波電源３４と接続される。また石英チューブ３１
は管体を介して反応ガス用マスフロー３５と接続されて
いる。
【００３５】また真空容器１０内で石英チューブ３１寄
りの部分、石英チューブ３１から所定距離だけ離れた位
置で、有機シリコン系モノマーが供給される。この有機
シリコン系モノマーは、モノマー用マスフロー３６と接
続された管体から供給されるものであり、モノマー用マ
スフロー３６は、モノマー容器３７から供給される。本
例では、有機シリコン系モノマーとしてＳｉを用いてお
り、反応ガス用マスフロー３５として酸素を用いてい
る。
【００３６】本例のスパッタ装置４０は、真空容器１０
内に配置されたターゲット４１と、このターゲット４１
に接続された直流電源４２と、を備えている。本例で
は、ターゲット材４１としてＺｒ、Ｔａ、Ｔｉ等の金属
を用いており、このターゲット材４１に直流電流を供給
している。
【００３７】またターゲット材４１の周囲の雰囲気に
は、Ａｒガス等が供給するように構成している。このＡ
ｒガスは、Ａｒガスの貯蔵部４４からマスフローコント
ローラ４５を介して供給している。
【００３８】なお上記実施例では、直流電源を利用して
いるが、ターゲット材４１をＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5、Ｔｉ
Ｏ2等の酸化物として高周波電源を用いる技術を用いて
もよい。
【００３９】上記構成からなる薄膜形成装置Ｓは、プラ
ズマＣＶＤ装置３０によって基板上に薄膜を形成し、次
に基板上に形成された薄膜にスパッタ装置４０によりス
パッタリングする。つまり、先ず第１工程で、プラズマ
ＣＶＤ法により基板上に屈折率の低い薄膜を形成する。
次に第２工程で、上記第１工程に連続してスパッタ法に
より高屈折率のスパッタリング粒子を定量的に添加す
る。そして、これら第１工程及び第２工程を同一容器内
で同時に且つ別々に成膜して、任意の屈折率を備えた薄
膜を基板上に得るものである。なおスパッタ法を第１工
程とし、プラズマＣＶＤ法を第２工程とするように、第
１工程と第２工程を逆に構成することも可能である。
【００４０】また、より詳しく説明すると、第１工程と
して、プラズマＣＶＤ法により有機シリコン系モノマー
をプラズマ雰囲気中で活性化し基板に屈折率の低い薄膜
を形成し、この第１工程に連続して、第２工程であるス
パッタ法により金属或いは複合金属の酸化物からなる屈
折率の高いスパッタリング粒子を定量的に添加する。そ
して、これら第１工程及び第２工程を同一容器内で同時
に且つ別々に基板上に成膜して、任意の屈折率を備えた
薄膜を基板上に得るようにする。なおこの場合も、スパ
ッタ法を第１工程とし、プラズマＣＶＤ法を第２工程と
するように、第１工程と第２工程を逆に構成することも
可能である。
【００４１】このようにすることによって、基板に屈折
率が１．４６〜２．２２までの薄膜を形成できるため、
プラズマＣＶＤとスパッタにより形成する薄膜の屈折率
を制御可能とすることができる。
【００４２】上記構成からなる装置又は方法により、薄
膜を形成した例を表１及び表２に示す。下記例における
薄膜形成装置は、幅１４００ｍｍ，高さ４００ｍｍ、基
板保持器は直径１２００ｍｍのものを用いた。また基板
としては光学ガラス（ＢＫ−７）を用いた。その他のパ
ラメータは表１，表２に記載のとおりである。
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】上記表１及び表２に関するグラフ図を図１
３及び図１４に示す。これら図１３及び図１４、さらに
は表１及び表２から明らかなように、モノマー流量を固
定してスパッタ電力を調整したり、スパッタ電力を固定
してモノマー流量を調整することにより、屈折率の異な
る薄膜を調整することが可能となる。
【００４５】次に、本発明における屈折率・コントロー
ル可能な成膜形成装置について、図２乃至図１１を参照
して各種装置について説明する。なお以下の説明例で
は、前記図１で示す部材等と同様部材等には同一符号を
付して説明する。また以下の説明例では酸化物を例にす
る。なお図２乃至図８は平行平板で行った場合を示すも
ので、図９及び図１０は回転ドラム型、図１１はドーム
型、図１２はドラム型を示すものである。
【００４６】図２及び図３は平行平板型の成膜形成装置
であり、ＣＶＤ装置と、直流スパッタ装置と併用した例
を示すもので、図２は薄膜形成装置の概略構成平面構成
図、図３は図２の装置の断面概略構成図である。本例の
薄膜形成装置Ｓは、モノマーとしてアルコキシシラン類
のうちＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を用いてお
り、ターゲット材としてＳｉ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｈ
ｆ，Ａｌ等を用いた例を示すものであり、真空容器１０
と、基板保持器２０と、プラズマＣＶＤ装置３０と、ス
パッタ装置４０と、を主要構成要素とする。この構成自
体は前記図１で示す例と同様である。
【００４７】本例の真空容器１０は、真空ポンプ１１と
連結されており、ほぼ中央部には基板保持器２０が回転
可能に配設されている。また真空容器１０内には、後述
するプラズマＣＶＤ装置３０と、スパッタ装置４０と
が、それぞれ基板保持器２０に対向するように配設され
ている。プラズマＣＶＤ装置３０と、スパッタ装置４０
は、真空容器１０内で距離をおいて配設されている。本
例では、図２で示すように、回転軸を中心として９０度
以上の角度差で配置されている。
【００４８】また真空容器１０には、プラズマ源の外周
にプラズマ拡散用電磁石３８が配設されており、この回
りにガス導入口３９が形成されている。そして真空容器
１０内で、プラズマＣＶＤ装置３０を囲むように仕切板
５１が配設されている。この仕切板５１により、有機シ
リコンモノマーがターゲット側へ拡散するのを防止して
いる。
【００４９】本例の基板保持器２０の構成は前記した図
１の例と同様である。そして、本例のプラズマＣＶＤ装
置３０は、リモートプラズマＣＶＤ装置を用いている。
すなわち、本例のリモートプラズマＣＶＤ装置は、石英
チューブ３１と、電極３１ａと、マッチングボックス３
３と、高周波電源３４と、モノマー用マスフロー３６
と、モノマー容器３７と、反応ガス用マスフロー３５
と、反応ガス用マスフロー３５と接続された反応ガス容
器（本例では酸素）３５ａと、を主要構成要素としてい
る。
【００５０】本例のプラズマＣＶＤ装置（リモートプラ
ズマＣＶＤ装置）３０は、石英チューブ３１の外周に電
極３１ａを配置し、この電極３１ａとマッチングボック
ス３３とを接続する。このマッチングボックス３３は高
周波電源３４と接続される。また石英チューブ３１は管
体を介して、反応ガス用マスフロー３５と反応ガス容器
３５ａとが接続されている。
【００５１】また、真空容器１０内で石英チューブ３１
の寄りの部分、本例ではプラズマ拡散用電磁石３８の回
りのガス導入口３９から有機シリコン系モノマーが供給
される。この有機シリコン系モノマーは、高温用のモノ
マー用マスフロー３６（ヒータ付き）と接続された管体
から供給されるものであり、モノマー用マスフロー３６
は、モノマー容器３７から供給される。本例では、有機
シリコン系モノマーとしてＳｉを用いており、反応ガス
用マスフロー３５として酸素を用いている。
【００５２】本例のスパッタ装置は、前記図１で示す例
と同様であり、真空容器１０内のターゲット４１及びＡ
ｒガスをマスフローコントローラ４５を介してガス容器
４４から供給する。この供給部分の外周側にはターゲッ
トウオール５２が形成されている。このターゲットウオ
ール５２により、Ａｒガスがターゲットの周囲領域内に
留まるようにして、ＣＶＤ装置側への影響を極端になく
すように構成されている。
【００５３】図４及び図５は平行平板型の成膜形成装置
で、ＣＶＤ装置と高周波スパッタ装置を併用した例を示
すもので、図４は薄膜形成装置の概略構成平面構成図、
図５は図４の装置の断面概略構成図であり、ターゲット
材として、Ｔａ2Ｏ5，ＴｉＯ2，ＺｒＯ2，ＨｆＯ2，Ｓ
ｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3を使用した例を示すものである。
【００５４】即ち、上記図２及び図３で示す例が直流電
源によるスパッタ装置を示すのに対して、本例では高周
波電源を用いた例を示すものである。つまり、本例のス
パッタ装置では、ターゲット４１とマッチングボックス
４７を介して高周波電源４８と接続されている。他の構
成自体は、図２及び図３と同様である。
【００５５】図６及び図７は平行平板型の成膜形成装置
で、ＣＶＤ装置と交流電源を用いてデュアルスパッタ装
置を併用した例を示すもので、図６は薄膜形成装置の概
略構成平面構成図、図７は図６の装置の断面概略構成図
である。なお本例では、前述と同様にターゲット材とし
てＴａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｓｉ，Ａｌを用いている。
【００５６】本例では、上記図２及び図３、図４及び図
５と異なる点は、ターゲットを二つ用いたスパッタ装
置、いわゆる交流電源を用いてデュアルスパッタ装置を
併用したものであり、他の構成は上記上記図２及び図
３、図４及び図５と同様である。
【００５７】すなわち、本例のスパッタ装置は、真空容
器１０内の基板保持器２０に対向する位置に、二つのス
パッタリング電極４１ａ，４１ｂと、ＣＶＤ装置３０と
が配設されている。ＣＶＤ装置３０については、前記各
実施例と同様構成を採用することができる。
【００５８】次に上記デュアルスパッタ装置として、デ
ュアル・マグネトロンスパッタリングを例にして説明す
る。デュアル・マグネトロンスパッタリングでは、接地
電位から電気的に絶縁された一対のスパッタリング電極
（不図示）と、ターゲットとが用いられる。したがって
図示されていないが、接地されている装置本体（真空容
器１０）に対してスパッタリング電極、ターゲッド４１
ａ，４１ｂは絶縁材を介して取り付けられている。ま
た、一方のスパッタリング電極，ターゲット４１ａと、
他方のスパッタリング電極、ターゲット４１ｂとも互い
に電気的に分離されている。
【００５９】このような状態で、アルゴン等の動作ガス
を導入してスパッタ雰囲気を調整し、交流電源４９から
トランス（不図示）を介してスパッタリング電極に電圧
を印加すると、ターゲット４１ａ，４１ｂには常に交番
電界が掛かることになる。すなわち、ある時点において
はターゲット４１ａがカソード（マイナス極）となり、
その時ターゲット４１ｂは必らずアノード（プラス極）
となる。次の時点において交流の向きが変化すると、今
度はターゲット４１ｂがカソード（マイナス極）とな
り、ターゲット４１ａがアノード（プラス極）となる。
【００６０】このように一対の２つのターゲット４１
ａ，４１ｂとが交互にアノードとカソードとの役割を担
うことによりプラズマが形成され、カソード上のターゲ
ットがスパッタされて金属超薄膜が基板上に形成され
る。この時、アノード上には非導電性あるいは導電性の
低い不完全金属が付着する場合もあるが、このアノード
が交番電界によりカソードに変換された時に、これら不
完全金属がスパッタされ、ターゲット表面は元の清浄な
状態となる。そして、これを繰り返すことにより、常に
安定なアノード電位状態が得られ、プラズマ電位（通常
アノード電位とほぼ等しい）の変化を防止し、安定して
金属、超薄膜を形成することができる。
【００６１】また、ターゲットウオール５２によりスパ
ッタリングによる成膜プロセスゾーンを独立化し、同様
に仕切板５１を設けたゾーンからの酸素等の反応性が、
成膜プロセスゾーンに混入し、ターゲット４１ａ，４１
ｂに酸化物等が一時的に生成した場合でも、交番電界に
よるデュアルスパッタリングにより安定なアノード部が
確保され、再現性の良い成膜を行なうことができる。
【００６２】ターゲット４１ａと４１ｂとは同一の金属
ターゲットでも異種の金属ターゲットでもよい。同一の
金属ターゲットを用いた場合は、単一金属（例えばＳ
ｉ）からなる金属超薄膜が形成され、異種の金属ターゲ
ットを用いた場合は合金からなる金属超薄膜が形成され
る。ターゲット４１ａ，４１ｂに印加する交流電圧の周
波数は１〜１００ＫＨｚが好適である。
【００６３】図８は平行平板型の成膜形成装置で、基板
の両面に薄膜を形成する装置に関するものであり、本例
では回転する基板保持器２０の両側にプラズマ装置３０
とスパッタ装置４０を配置した例を示す概略構成図であ
る。本例では基板保持器２０が縦方向に配置されて、回
転軸２２により紙面垂直方向に回転するように構成され
る。
【００６４】そして基板保持器２０の両側には、それぞ
れスパッタ装置４０とＣＶＤプラズマ装置３０が配設さ
れている。またＣＶＤプラズマ装置３０とスパッタ装置
４０とは距離をおいて配置されており、これらプラズマ
装置３０は仕切板５１により仕切られ、スパッタ装置４
０はターゲットウオール５２によって、真空容器１０の
なかで仕切られている。
【００６５】図８の例では、図中右側の系列のみを示す
が、両側に個別に形成することや、或いは管体・接続線
等により基板保持器２０の両側に薄膜を形成するように
なっている。
【００６６】本例のように構成することにより、両面同
時成膜形成が可能でありロードロック化しやすいという
利点がある。また、本例で用いることのできるスパッタ
装置としては、直流スパッタ装置だけではなく、前記し
た各種のものを用いることが可能である。すなわち、高
周波スパッタ装置、交流電源を用いたデュアルスパッタ
装置等を用いることが可能である。
【００６７】図９及び図１０は回転ドラム式の薄膜形成
装置を示すもので、図９は概略構成平面図、図１０は図
９の概略断面図である。本例の薄膜形成装置Ｓは、図９
で示すように、真空容器１０と、スパッタ装置４０によ
る成膜ゾーンＺ１と、ＣＶＤ装置３０による成膜ゾーン
Ｚ２と、遮蔽手段（本例では仕切板５１，ターゲットウ
オール５２）と、搬送手段（本例では基板保持器２０と
その駆動手段）と、真空装置（真空ポンプ１１，バルブ
１１ａ）と、を主要構成要素としている。
【００６８】本例の真空容器１０は、密閉された中空容
器から構成されており、その形状は問わない。また真空
容器１０の中央には、搬送手段として、概略円筒状の基
板保持器２０が所定速度で回動可能に配設されている。
この基板保持器１０に基板Ｂが配置される。そして真空
容器１０内で、基板保持器２０の外周囲には、スパッタ
装置４０による成膜ゾーンＺ１とＣＶＤ装置３０による
成膜ゾーンＺ２が配置されている。
【００６９】スパッタ装置４０による成膜ゾーンＺ１
は、それぞれが独立にターゲットウオール５２により囲
まれており、少なくとも２個のスパッタリングを行える
ように構成されている。スパッタ装置４０そのものの構
成は、前記した各種の構成のものを用いることが可能で
ある。したがってその詳細は省略する。
【００７０】本例のＣＶＤ装置３０による成膜ゾーンＺ
２は、上記基板保持器２０を挟んで所定距離を介した位
置に配設されている。このＣＶＤ装置３０による成膜ゾ
ーンＺ２は遮蔽手段（分離手段）としての仕切板５１に
より所定範囲で遮蔽されている。なおＣＶＤ装置３０そ
のものの構成は、前記した各種の構成のものを用いるこ
とが可能である。したがってその詳細は省略する。
【００７１】上記スパッタ装置４０による成膜ゾーンＺ
１と、ＣＶＤ装置３０による成膜ゾーンＺ２は、真空雰
囲気の中で、別個の空間を形成する。つまり、真空容器
１０内は完全に分離されていないものの、ほぼ独立状態
となり、独立して制御可能な成膜ゾーンＺ１，Ｚ２を形
成している。したがって、これらのスパッタ装置４０に
よる成膜ゾーンＺ１とＣＶＤ装置３０による成膜ゾーン
Ｚ２は、互いに影響を極力抑えた状態となり、各室に最
適な条件設定が可能となる。また、本例のような装置の
場合には、大面積基板が処理でき大量生産に適している
【００７２】図１１はドーム型の成膜形成装置で、蒸着
装置と、スパッタ装置を併用した例を示す断面概略構成
図である。本例では、図１１で示すように、基板保持器
２０をドーム型としており、回転軸２２により基板保持
器２０が回転可能に形成されている。そしてこのドーム
型基板保持器２０には、基板Ｂが保持されており、この
基板Ｂと対向する位置にＣＶＤ装置３０と蒸着装置６０
が配設されている。
【００７３】本例のＣＶＤ装置３０は、詳細は省略する
が前記実施例と同様構成を採用している。また本例の蒸
着装置６０は、真空容器１０内に電子銃６１が配設され
ているものであり、図示しないが冷却されたるつぼに蒸
着材をいれ、これに電子ビームを直接あてて加熱するよ
うに構成したものである。
【００７４】図１２は、ドラム型の成膜形成装置で、蒸
着装置６０と、スパッタ装置３０を併用した例を示す断
面概略構成図である。図１１と異なる点は、図１１で示
す例が基板保持器２０をドーム型としているのに対し
て、本例ではドラム型となっており、このドラム型の内
周側に基板Ｂを保持するように構成している。このドラ
ム型の基板保持器２０も回転軸２２により回転されるよ
うに構成される。
【００７５】上記図１１及び図１２の実施例において、
蒸発源の種類としては次のような材料を使用することが
できる。すなわち、ＤＣスパッタ源，ＡＣスパッタ源と
して、Ｓｉ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｈ，Ａｌをターゲッ
ト材として使用し、ＲＦスパッタ源としてＳｉＯ2，Ｔ
ａＯ5，ＴｉＯ2，ＺｒＯ2，ＨｆＯ2，Ａｌ2Ｏ3を使用で
きる。また抵抗蒸発としては、Ｓｉ，Ｔａ、電子ビーム
蒸着としてはＳｉ，Ｔａ，ＳｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5等を使用
することが可能である。
【００７６】プラズマエンハンストＣＶＤを行うための
プラズマ源としては、次のようなものを使用することが
できる。すなわち、高周波の場合、誘導結合プラズマ源
（ＩＰＣ），磁場増強誘導結合プラズマ源，容量結合プ
ラズマ源，磁場増強プラズマ源，ヘリカルプラズマ源を
用いることが可能である。
【００７７】マイクロ波の場合、マイクロ波プラズマ
源，ＥＣＲプラズマ源、イオン源の場合、カウフマン型
イオンソース，ＲＦ型イオンソース、ＨＣＤの場合ＨＣ
Ｄプラズマソース等を利用できる。
【００７８】
【発明の効果】以上のように、本発明の薄膜形成装置及
び薄膜形成方法によれば、成膜における積層において、
傾斜層を含むことにより各膜層間及び基板との密着力が
上がる。またＣＶＤ法及びスパッタ法をそれぞれ制御す
ることにより、屈折率を１．４６(ＳｉＯ2の場合）〜
２．２２まで調節することが可能となる。そして膜を固
くすることが可能であり、成膜速度が早く、制御性が高
いという効果を奏する。
【００７９】またルゲートフイルタの作成が可能であ
り、多層膜の成膜が可能で、充填密度，屈折率が上が
り、密度の高い膜を形成することが可能となる。
【００８０】以上のように、本発明の薄膜形成装置と薄
膜形成方法によれば、高屈折率から低屈折率までの中間
屈折率の薄膜を形成するに際し、プラスチック材上のハ
ードコート膜に、耐擦傷性が向上し、任意な屈折率の成
膜が可能で、プラスチック材との密着力の向上が可能と
なり、さらに、低温成膜が可能で、長期安定的な動作を
確保できると共に、再現性を確保して形成することがで
きるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る薄膜形成装置の概略構成図であ
る。
【図２】本発明に係る他の平行平板型の薄膜形成装置
で、ＣＶＤ装置と、直流スパッタ装置と併用した例を示
す概略構成平面構成図である。
【図３】図２の成膜形成装置の断面概略構成図である。
【図４】本発明に係る平行平板型の成膜形成装置で、Ｃ
ＶＤ装置と高周波スパッタ装置を併用した例を示す概略
構成平面構成図である。
【図５】図４の装置の断面概略構成図である。
【図６】本発明に係る他の平行平板型の成膜形成装置
で、ＣＶＤと交流電源を用いてデュアルスパッタ装置を
併用した例を示す概略構成平面構成図である。
【図７】図６の装置の断面概略構成図である。
【図８】平行平板型の成膜形成装置で、基板の両面に薄
膜を形成する装置に関するものであり、本例では回転す
る基板保持器の両側にスパッタ装置とプラズマ装置を配
置した例を示す概略構成図である。
【図９】本発明に係る回転ドラム式の薄膜形成装置で、
概略構成平面図である。
【図１０】図９の装置の断面概略構成図である。
【図１１】ドーム型の成膜形成装置で、蒸着装置と、ス
パッタ装置を併用した例を示す断面概略構成図である。
【図１２】ドラム型の成膜形成装置で、蒸着装置と、ス
パッタ装置を併用した例を示す断面概略構成図である。
【図１３】スパッタ電力による屈折率調整のグラフ図で
ある。
【図１４】モノマー流量による屈折率調整のグラフ図で
ある。
【符号の説明】
１０ 真空容器 １１ 真空ポンプ ２０ 基板保持器 ２１ 回転機構 ２２ 回転軸 ２３ 回転装置 ３０ プラズマＣＶＤ装置 ３１ 石英チューブ ３１ａ 電極 ３２ アンテナ ３３ マッチングボックス ３４ 高周波電源 ３５ 反応ガス用マスフロー ３５ａ 反応ガス容器（本例では酸素） ３６ モノマー用マスフロー ３７ モノマー容器 ３８ プラズマ拡散用電磁石 ３９ ガス導入口 ４０ スパッタ装置 ４１ ターゲット ４１ａ，４１ｂ スパッタリング電極 ４２ 直流電源 ４４ 貯蔵部 ４５ マスフローコントローラ ４７ マッチングボックス ４８ 高周波電源 ５１ 仕切板 ５２ ターゲットウオール ６０ 蒸着装置 ６１ 電子銃 Ｓ 薄膜形成装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 税所 慎一郎 東京都品川区南大井３丁目２番６号 株式 会社シンクロン内 (72)発明者 桜井 武 東京都品川区南大井３丁目２番６号 株式 会社シンクロン内 Ｆターム(参考） 2K009 AA15 CC03 CC42 DD03 DD04 DD09 4K029 AA11 AA24 BA16 BA17 BA52 BB02 BB08 BC02 BC07 BD06 CA05 CA08 CA13 DA02 DA04 4K030 AA06 AA09 BA29 BB03 BB13 CA07 CA11 EA03 FA01 GA06 HA03 HA08 HA14 HA15 JA02 JA05 JA15 KA02 KA12 KA25 KA28 KA34 LA01 LA11 4K044 AA16 AB05 AB10 BA12 BA14 BA21 BB02 BB15 BC05 BC06 BC14 CA13 CA14 CA71

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 真空装置と連結された真空容器と、該真
    空容器内で基板を保持し回転機構により回転される基板
    保持器と、プラズマＣＶＤ装置と、スパッタ装置と、を
    備え、前記プラズマＣＶＤ装置と、前記スパッタ装置
    と、を同一の真空容器内に配置させ、前記プラズマＣＶ
    Ｄ装置と前記スパッタ装置により前記基板に屈折率を制
    御可能な薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成装
    置。
  2. 【請求項２】 前記プラズマＣＶＤ装置は、プラズマ発
    生源と、モノマー用マスフローと、高周波電源と接続さ
    れたマッチングボックスからなる電源と、反応ガス用マ
    スフローと、を備え、プラズマ発生源から距離が離れた
    位置で有機シリコン系モノマーをプラズマ雰囲気中で活
    性化して、基板に低屈折率の薄膜を形成し、前記スパッ
    タ装置は前記プラズマＣＶＤ装置で形成された薄膜に所
    定の高屈折率のスパッタリング粒子を定量的に添加し
    て、前記基板に屈折率を制御可能な薄膜を形成すること
    を特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
  3. 【請求項３】 前記プラズマＣＶＤ装置をリモートプラ
    ズマＣＶＤ装置としたことを特徴とする請求項１又は２
    記載の薄膜形成装置。
  4. 【請求項４】 前記スパッタ装置を蒸着装置としたこと
    を特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の薄膜形成装
    置。
  5. 【請求項５】 プラズマＣＶＤ法により基板に屈折率の
    低い薄膜を形成する第１工程と、該第１工程に連続して
    スパッタ法により高屈折率のスパッタリング粒子を定量
    的に添加する第２工程と、を備え、これら第１工程及び
    第２工程を同一容器内で同時に且つ別々に成膜して、任
    意の屈折率を備えた薄膜を基板上に得ることを特徴とす
    る薄膜形成方法。
  6. 【請求項６】 プラズマＣＶＤ法により有機シリコン系
    モノマーをプラズマ雰囲気中で活性化し基板に屈折率の
    低い薄膜を形成する第１工程と、この第１工程に連続し
    てスパッタ法により金属或いは複合金属の酸化物からな
    る屈折率の高いスパッタリング粒子を定量的に添加する
    第２工程と、を備え、これら第１工程及び第２工程を同
    一容器内で同時に且つ別々に基板上に成膜して、任意の
    屈折率を備えた薄膜を基板上に得ることを特徴とする薄
    膜形成方法。
  7. 【請求項７】 前記プラズマＣＶＤ法をリモートプラズ
    マＣＶＤ法にしたことを特徴とする請求項５又は６記載
    の薄膜形成方法。
  8. 【請求項８】 前記スパッタ法を蒸着法としたことを特
    徴とする請求項５乃至７いずれか記載の薄膜形成方法。
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