【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空中で基板上に薄膜を形成する薄膜製造に関し、より簡便な工程でかつ欠陥のない薄膜を形成することを目的とする蒸着方法及び蒸着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜形成するための蒸着装置は、蒸着材料の種類によりさまざまな分野で用いられている。例えば、薄膜抵抗や、合金膜、複合膜等、電気、電子、半導体、光学用途等が挙げられる。この中で、特に光学部品においては、欠陥のない薄膜を非常に高い精度に積層しなければならないといった高位の品質を求められている。
【０００３】
光学部品であるフィルタ、ミラー、レンズ等は、単層または多層のコーティングされた光学薄膜によって形成される。一般にこの光学薄膜は、透明なガラス基板上に真空蒸着により形成される。この光学薄膜の材料としては、酸化タンタル（Ta2O5）、酸化ニオブ（Nb2O5）、酸化シリコン(SiO2)、酸化チタン（TiO2）等の酸化物が多く使われている。
【０００４】
近年、光学特性がよいという理由から多層膜タイプが多く使われている。このような多層膜フィルタの一例として、屈折率の異なる膜を交互に積層していく場合について説明する。図４に示すように、例えば、ガラス基板４１の表面に、最初に高屈折率膜４２（Ta2O5、屈折率：2.1）を蒸着後、その表面に重ねて低屈折率膜４３（SiO2、屈折率：1.46）を蒸着し、さらに所要数のTa2O5膜とSiO2膜とを組み合わせて、多層膜４４を形成する。その結果、光学フィルタ４５ができるのである。
【０００５】
このような光学薄膜の製造時に、大きく３つの問題点が指摘されている。第一に、加熱蒸着中に蒸着材料を収容したハースの一部が溶融し、蒸着材料へ混入するといった汚染の問題である。例えば、上記のTa2O5膜を形成する場合に、一般的には蒸着材料であるTa2O5を収容するハースとしては、熱伝導が高いという理由からCu製のものが使用されている。この場合、Ta2O5の融点が、2996℃である一方、Cuの融点が1083℃、沸点が2570℃であることから、Ta2O5の溶融加熱蒸着中に、次のような問題が発生する。電子ビームの照射が過剰になり、温度が急激に上昇することにより、ハース中のCuが溶け出して蒸着材料であるTa2O5に混入する。また、電子ビームが、Cuハースに直接照射された場合、蒸発したCuが基板に付着するといった汚染問題が発生する。一方、このような汚染問題を避けるために、現実には、かなりの蒸着材料をハース中に残した状態で、蒸着を終えてしまうといったプロセスが取られている。つまり、従来の蒸着方法は、蒸着材料への汚染の危険性を有し、またその危険を回避するために、蒸着材料の使用歩留まりが低く、製造コストが高い方法であったといえる。
【０００６】
第二の問題としては、蒸着前の準備工程に関する問題である。蒸着材料が、顆粒状や粉末状、つまり緻密な状態でない場合に、蒸着工程の前段の工程として、蒸着材料を一度溶融固化させ、緻密な状態を作る必要がある。この工程を行なわないと、蒸着材料の蒸発が不安定となり、蒸着膜の組成変化が起きたり、膜の均一性が損なわれてしまう。例えば、光学フィルタの製造を例に取ると、蒸着材料Ta2O5は一般に顆粒状の状態で供給されるため、均一な膜質を得るために、ハース内で蒸着材料を溶解させる準備工程が行われている。
【０００７】
この準備工程について、図５を使って説明する。顆粒状の蒸着材料Ta2O5（顆粒材料５１）少量をハース５２（一般には、Cu製）に入れる（図５（ａ））。次いで、電子ビーム５８により飛散しないように加熱溶融し、溶解材料５３を作成する（図５（ｂ））。溶融終了後、さらに顆粒材料５１を追加し（図５（ｃ））、電子ビーム５８により飛散しないように加熱溶融させ、溶解材料５３の量を順次増やす（図５（ｄ）及び図５（ｅ））。図５（ｄ）−（ｅ）の工程を繰り返すことにより、最終的にハース全体に溶解材料５３で満たす（図５（ｆ））。Ta2O5等の金属酸化物は、熱伝導率が低いため、一度に溶解することができず、そのため少量ずつこのような工程を行う。
【０００８】
このように準備工程では、１）少量ずつ均一に溶解し、材料を何度も追加するため、時間がかかり、蒸着装置の稼働率が低くなる、２）蒸着材料の追加を行う際に、装置内雰囲気を真空から大気圧を繰り返すため、先に溶解された部分と追加溶解された部分との間に界面５６ができるなどの蒸着材料の溶解が均一になりにくい、３）ハースの内面付近は汚染の問題等から溶解できないため、蒸着時にはこの付近の材料（未溶解材料５７）は使用できない、といった問題点が挙げられる。
【０００９】
第三の問題点としては、リサイクル性に関する問題点である。例えば上記のようにハースを構成する材料（Cu）と、蒸着材料がTa2O5である場合に、ハースを構成する材料と蒸着材料に共通性がないために、使用済みハースのリサイクルが難しい。なお、一般には使用済のハースは、産業廃棄物処理が行なわれ、リサイクルはされていない。
【００１０】
従来技術として、特許文献１には、蒸着材料を加熱溶融させて、基板上に薄膜を形成する製造方法及び薄膜製造装置についての開示がある。詳しくは、突沸現象を抑えるために、低熱伝導率材料より構成されるハース内にガス遮断層を介して蒸着材料より高い融点を有する材料からなる坩堝を設置して、この坩堝中に着材料を収容し、蒸着することを特徴とする薄膜の製造方法について開示されている。しかしながら、ハースの極近傍の蒸着材料を蒸発させる場合に、ハース構成材料の一部溶融による蒸着材料への汚染やその汚染を防ぐための手段、あるいは顆粒状若しくは粉末状の蒸着材料を予め溶融させる準備工程に関する技術課題及びそれを解決するための手段等についての開示がない。
【００１１】
【特許文献１】
特開平５−２２２５２１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術に関する課題を解決し、汚染の危険性が低く、蒸着前の準備工程の簡略化を可能とし、製造コストが安く、さらに望ましくはリサイクル性に優れた蒸着方法及び蒸着装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以上の問題点に鑑み、鋭意検討を行った結果、本発明に至った。本発明はすなわち、ハースに収容された蒸着材料を加熱により蒸発させ、基板上に薄膜を形成させる蒸着方法において、前記ハースが、前記蒸着材料より高い融点を有するハース構成材料からなるハースであって、そのハース構成材料に含まれる金属元素が、前記蒸着材料に含まれている金属元素の少なくとも一部と同一であることを特徴とする蒸着方法に関する。
【００１４】
さらには、本発明は、前記蒸着材料を前記ハースに収容した状態で、予め加熱炉で加熱溶融させることを特徴とする蒸着方法に関する。これにより、ハース内で蒸着材料の緻密な溶解物が形成されるために、その後の薄膜形成において、工程の簡略化が達成される。
【００１５】
また、本発明の蒸着方法において、ハース構成材料が、タンタル金属からなり、蒸着材料がタンタル酸化物である場合、さらには、ハース構成材料が、ニオブ金属からなり、蒸着材料がニオブ酸化物からなる場合などは、本発明の好ましい態様の一つである。
【００１６】
また、本発明は、上記蒸着方法により製造された光フィルタに関する。
【００１７】
さらには、本発明は、本発明の蒸着方法で用いる、予め加熱溶融しされた蒸着材料を収容したハースに関する。
【００１８】
さらには、本発明の蒸着方法の好ましい一態様において、ハース構成材料が、タンタル金属からなり、蒸着材料がタンタル酸化物であるである場合の、タンタル金属からなるハース、さらには、ハース構成材料が、ニオブ金属からなり、蒸着材料がニオブ酸化物であるである場合の、ニオブ金属からなるハースに関する。
【００１９】
また、本発明は、蒸着材料を加熱溶融し蒸発させるための加熱源と、蒸着材料を収容するハースであって、ハースを構成するハース構成材料の融点が、前記蒸着材料より高く、そのハース構成材料に含まれる金属元素が、前記蒸着材料に含まれている金属元素の少なくとも一部と同一であるハースと、を有することを特徴とする蒸着装置に関する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の蒸着方法は、蒸着材料を加熱により蒸発させて、所定の基板上に薄膜を形成させる方法に関し、加熱源としては、抵抗加熱や、電子ビーム、レーザ光その他を問わない。
【００２１】
本発明で用いる方法の用途は、特に限定はされないが、薄膜抵抗や、合金膜、複合膜、光フィルタ、その等の一般的に蒸着方法が採用されている用途が挙げられるが、それぞれの用途に応じて、蒸着材料、ハース等の材料選定が行われる。
【００２２】
光学フィルタの製造方法を例に示しながら、詳細に本発明の実施態様について詳細に説明を行う。
【００２３】
例えば、光フィルタ用の薄膜として、タンタル酸化物であるTa2O5を蒸着材料として用いて、Ta2O5薄膜を形成する場合について説明する。この場合、蒸着材料の融点は、１８００℃であり、ハースとしては、融点２９９６℃のタンタル金属をハース構成材料とするハースを用いる。なお、本発明におけるハースは、蒸着時に蒸着材料が収容する容器であって、蒸着材料が直接触れるものをいう。このハースの純度としては、９９％以上が好ましく、さらに好ましくは、９９．９％以上である。この純度については、タンタルのみならず、本発明のハースに用いられる後に述べる他の材料についても、同様である。
【００２４】
このハースの作り方としては、タンタル板をハース形状に合わせて切断し、溝を作るための絞り加工を行なうことで、高純度のハースを製造することができる。
【００２５】
このように、蒸着材料であるタンタル酸化物より、ハース構成材料であるタンタル金属が、１０００℃以上融点が高いために、タンタル酸化物が溶解する温度では、タンタル金属は溶解せず、汚染の危険性は、大幅に低下する。さらに、ハース構成材料の含まれる金属（タンタル）が、蒸着材料であるTa2O5の金属と同一であるため、ハース構成材料の一部が、蒸着材料の中に混入したとしても、蒸着膜の汚染や欠陥につながる可能性が非常に少ない。したがって、蒸着物質を、ほぼ使いきるまで加熱溶融及び蒸着作業をすることが可能となり、製造コストの引き下げにつながる。
【００２６】
さらには、一部蒸着材料の残余がある使用済のハースについても、蒸着材料と、ハースの構成材料に共通性があるために、リサイクルしやすいといった利点がある。例えば、上記の例であれば、残余の蒸着材料とハースとを、加熱溶融し、精製するといった方法を取ることもできる。
【００２７】
次に準備工程について説明を行う。ハース構成材料の融点が、蒸着材料の融点より高く、さらには、ハース構成材料に含まれる金属元素が、その蒸着材料に含まれている金属元素の少なくとも一部と同一であるような条件であれば、準備工程を簡略化するとともに、蒸着工程を短時間に均一に行うことができる。
【００２８】
図１を参照しながら、本発明における準備工程について、蒸着材料が顆粒状Ta2O5（顆粒材料１１）ある場合について説明する。顆粒状Ta2O5材料（顆粒材料１１）をハース１２内に入れ、加熱炉内で加熱溶融し、溶解材料を製造する（図１（ａ））。加熱炉は真空加熱炉または大気の加熱炉を使用する。どちらも一般的に使われている装置である。炉の雰囲気は真空加熱炉の場合、真空または不活性ガス（Ａｒ、Ｈｅ、等）、酸素、窒素雰囲気が考えられる。大気の場合は、不活性ガス（Ａｒ、Ｈｅ、等）、窒素雰囲気が考えられる。 加熱温度は材料の融点以上で、ハースまたは容器の融点以下であればよい。Taのハースまたは容器を使う場合は約1800℃から約2900℃の間で溶融できるが、ハースへのダメージを考えると、温度を低く、短時間で行うことが好ましく、一例としては、真空中で2000℃、30分程度の加熱で十分で溶解し、ハース１２内を均一な溶解材料１３で満たすことができる。また、ハースに収容された蒸発材料を複数個同時に溶解することができる。これにより、従来１つのハースあたり１６時間かかっていた準備工程が、数分の１以下の時間で完了する。
【００２９】
以上説明したように、従来蒸着装置内で、電子ビームを用いて非常に時間をかけながら準備工程を行なっていたが、本発明においては、加熱炉にて材料を一括して溶解するため、多くのハースを同時に、均一に、短時間で処理できる。
【００３０】
以上、蒸着材料とハース構成材料の組み合わせは多くの組み合わせが考えられ、その一例を表1に示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】
本発明で用いるハースのバリエーションとして、図１（ｂ）に示すようにハースの外側に熱伝導率を調整する目的あるいは、ハースを蒸着装置に設置するための作業の都合上、ハースを覆うような形で、例えば銅製の外部容器１４ａを用いることは本発明の構成上可能である。この場合、例えばハース１２は、外部容器１４ａから脱着可能であり、ハース１２のみを先に述べた一括加熱処理工程で顆粒材料の一括溶解が可能である。図中外部容器１４aと１４b（蒸着装置設置用外部容器）は、同一のものであっても良いし、異なっていても良い。例えば、１４ｂは、ハース固定用に蒸着装置に予め設置されていてもよい。
【００３３】
また、図６に示すように例えば蒸着材料がTa2O5である場合に、ハースとしては、金属あるいは金属酸化物、セラミックス製容器６２にTaなどの金属を用いて、１０μm程度、好ましくは、１００μm程度のコート層６１を設けることも可能である。コート層は例えば蒸着等の方法により形成することができる。このようにコート層を設けた場合、リサイクル性を多少犠牲にするが、汚染の問題、準備工程の問題を解決することができ、本発明の好ましい態様の一つである。この場合、薄膜の形成方法としては、メッキや真空中での蒸着、スパッタ、イオンプレーティング等が挙げられる。
【００３４】
次に、本発明の蒸着装置について、説明する。図２に蒸着装置全体の概略図、図３に蒸着時のハース及び加熱蒸発機構部の拡大図を示す。本発明の蒸着装置は、基板２７、基板を固定するための回転可動な基板ホルダ２８、加熱源として、基板を加熱するための加熱ヒータ２９、電子ビーム加熱源２４及び加熱蒸発機構２３、さらに蒸着材料２１ａ、２１ｂをそれぞれ収容したハース２２ａ、２２ｂ、蒸発物質を遮断するための、シャッター２５ａ、２５ｂ、酸素アシスト装置２６、蒸発装置内部を真空にするための排気手段３０などから構成されている。ハース２２は、加熱蒸発機構２３及び電子ビーム加熱源２４により発生する電子ビーム２０により直接加熱され溶融し、拡大図図３に示す蒸着材料の溶融部３１から蒸気３２を放出し、基板に蒸着する。ここで、加熱蒸発機構は、ハースを置くホルダーを有し、ホルダーの固定と、冷却を行う。通常、熱伝導の良いCuで作り冷却効率を上げるために水冷する。
【００３５】
本発明の蒸発装置においては、ハース２２を構成するハース構成材料の融点が、前記蒸発材料２１より高く、そのハース構成材料に含まれる金属元素が、前記蒸着材料に含まれている金属元素の少なくとも一部と同一である。なお、一つの蒸着装置のなかで、幾つかの蒸着材料を蒸着させる場合において、少なくとも１つの蒸着材料及びハースの組み合わせが、上記の条件で行われる場合は、本発明の範囲に入る。
【００３６】
図４に、本発明の光学フィルタの断面図を示す。例えば、ガラス基板４１の上に、８９ｎｍの高屈折率膜、及び１２６ｎｍの低屈折率膜が、順次繰り返し形成された構造（多層膜４４）を有する。高屈折率膜や低屈折率の膜厚や層構成については、光学フィルタの設計により、種々のバリエーションを取りうる。
【００３７】
この光学フィルタの蒸着方法について説明する。Ta2O5とSiO2の多層膜による光学フィルタの製作工程について図２の蒸発装置概略図を参照しながら説明する。最初にガラス基板２７と金属Taからなるハース中で、既に加熱溶解され冷却固化したTa2O5を加熱蒸発機構２３にセットする。さらに、ハースとほぼ同じ形状に加工された第２の蒸発材料SiO2を加熱機構２３にセットする。 このSiO2は、ほぼハースの形状に成形されたいわゆる溶融ブロック品である。真空中で基板を加熱し、蒸着を始める。酸化物の蒸着は酸素が減少するため、酸素のイオンビームを酸素アシスト装置２６から供給して組成値を制御する。最初にTa2O5膜が所定の厚さに達すると、加熱蒸発機構２３によるTa2O5の加熱を中断し、シャッタ２５ａを閉じる。そして、シャッタ２５ｂを開き、同様の方法でSiO2を加熱蒸発させて、それを前記Ta2O5膜の表面に付着させてSiO2膜を形成する。
【００３８】
図４に示したように、基板４１の表面にまずTa2O5膜（高屈折率膜４２）を形成し、かつそのTa2O5膜（高屈折率膜４２）に重ねてSiO2膜（低屈折率膜４３）を設け、さらに高屈折率、低屈折率膜を順次所定数重ねて多層膜４４を構成して、光学フィルタ４５を形成する。加熱蒸発機構にセットした蒸着材料Ta2O5は、あらかじめ顆粒状の膜材料Ta2O5を加熱溶融し形成したものであるため、蒸着中にガスの発生やスプラッシュはない。従って基板ホルダにセットした各基板の表面が汚染される恐れはなく、均質な膜が形成できる。また歩留まり、収率の向上が図れる。従ってこの方法で製作したフィルタ等の光学部品、光通信用の部品の特性も向上する。光学フィルタ４５の多層膜４４は、Ta2O5とSiO2との組合わせで構成しているが、この多層膜４４の組合わせは屈折率を考慮すれば多くの組み合わせが考えられる。また蒸着工程も所定の多層膜の層構成に応じて変更可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の蒸着方法及び蒸着装置の使用により、ハースに起因する汚染の危険性を抑えることができ、複数のハースに対する準備工程を一括して行なうことが可能なことから、製造コストが安く、かつ使用済ハースのリサイクルが容易なことから環境負荷が少ないといった効果が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の準備工程説明図
【図２】本発明の蒸着装置図
【図３】本発明の蒸着装置におけるハース及び加熱蒸発機構の周辺図
【図４】本発明の多層膜の断面図
【図５】従来方法の準備工程説明図
【図６】本発明で用いるハース実施例説明図
【符号の説明】
１１ 顆粒材料
１２ ハース
１３ 溶解材料
１４ａ 外部容器
１４ｂ 外部容器
２０ 電子ビーム
２１ａ 蒸着材料
２１ｂ 蒸着材料
２２ａ ハース
２２ｂ ハース
２３ 加熱蒸発機構
２４ 電子ビーム加熱源
２５ａ、ｂ シャッタ
２６ 酸素アシスト装置
２７ 基板
２８ 基板ホルダ
２９ 加熱ヒータ
３０ 排気手段
３１ 溶融部
３２ 蒸気
４１ ガラス基板
４２ 高屈折率膜
４３ 低屈折率膜
４４ 多層膜
４５ 光学フィルタ
５１ 顆粒材料
５２ ハース
５３ 溶解材料
５６ 界面
５７ 未溶解材料
５８ 電子ビーム
６１ コート層
６２ 容器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a thin film manufacturing method for forming a thin film on a substrate in a vacuum, and more particularly to a vapor deposition method and a vapor deposition apparatus for forming a defect-free thin film by a simpler process.
[0002]
[Prior art]
Vapor deposition apparatuses for forming thin films are used in various fields depending on the type of vapor deposition material. For example, there are a thin film resistor, an alloy film, a composite film, etc., electric, electronic, semiconductor, and optical applications. Among them, especially in optical components, high quality is required such that thin films without defects must be laminated with very high precision.
[0003]
Optical components such as filters, mirrors, and lenses are formed by a single-layer or multi-layer coated optical thin film. Generally, this optical thin film is formed on a transparent glass substrate by vacuum evaporation. As materials for the optical thin film, oxides such as tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), silicon oxide (SiO 2 ), and titanium oxide (TiO 2 ) are often used.
[0004]
In recent years, a multilayer film type has been widely used because of its good optical characteristics. As an example of such a multilayer filter, a case in which films having different refractive indexes are alternately stacked will be described. As shown in FIG. 4, for example, after a high refractive index film 42 (Ta 2 O 5 , refractive index: 2.1) is first deposited on the surface of a glass substrate 41, a low refractive index film 43 (SiO 2 ) is superposed on the surface. 2 , a refractive index: 1.46) is deposited, and a required number of Ta 2 O 5 films and SiO 2 films are combined to form a multilayer film 44. As a result, the optical filter 45 is formed.
[0005]
When manufacturing such an optical thin film, three problems are pointed out. First, there is a problem of contamination such that a part of a hearth containing a deposition material is melted during heating deposition and is mixed into the deposition material. For example, when forming the above Ta 2 O 5 film, generally, as a hearth for containing Ta 2 O 5 which is a vapor deposition material, a material made of Cu is used because of its high thermal conductivity. . In this case, since the melting point of Ta 2 O 5 is 2996 ° C., the melting point of Cu is 1083 ° C., and the boiling point is 2570 ° C., the following problem occurs during the melting and heating deposition of Ta 2 O 5. appear. When the electron beam irradiation becomes excessive and the temperature rises sharply, Cu in the hearth elutes and mixes into Ta 2 O 5 , which is a deposition material. Further, when the electron beam is directly applied to the Cu hearth, a contamination problem occurs in that the evaporated Cu adheres to the substrate. On the other hand, in order to avoid such a contamination problem, in reality, a process of terminating the vapor deposition while leaving a considerable amount of vapor deposition material in the hearth is taken. That is, the conventional vapor deposition method has a risk of contamination of the vapor deposition material, and in order to avoid the risk, it can be said that the use yield of the vapor deposition material is low and the production cost is high.
[0006]
The second problem is related to a preparation process before vapor deposition. When the vapor deposition material is not in a granular or powdery state, that is, not in a dense state, it is necessary to melt and solidify the vapor deposition material once to form a dense state as a step preceding the vapor deposition step. If this step is not performed, the evaporation of the evaporation material becomes unstable, the composition of the evaporation film changes, and the uniformity of the film is impaired. For example, taking the production of an optical filter as an example, since the deposition material Ta 2 O 5 is generally supplied in a granular state, a preparation step for dissolving the deposition material in a hearth is performed to obtain uniform film quality. Has been done.
[0007]
This preparation step will be described with reference to FIG. A small amount of a granular vapor deposition material Ta 2 O 5 (granular material 51) is put in a hearth 52 (generally made of Cu) (FIG. 5A). Next, the molten material 53 is heated and melted so as not to be scattered by the electron beam 58 (FIG. 5B). After the completion of the melting, the granular material 51 is further added (FIG. 5C), and the material is heated and melted so as not to be scattered by the electron beam 58, and the amount of the melted material 53 is sequentially increased (FIGS. 5D and 5E). )). By repeating the steps of FIGS. 5D to 5E, the entire hearth is finally filled with the melted material 53 (FIG. 5F). Since metal oxides such as Ta 2 O 5 have low thermal conductivity, they cannot be dissolved at one time, and therefore, such a process is performed little by little.
[0008]
As described above, in the preparation process, 1) the material is uniformly dissolved little by little and the material is added many times, so that it takes time and the operation rate of the vapor deposition apparatus becomes low. 2) When adding the vapor deposition material, the apparatus is used. Since the internal atmosphere is repeatedly changed from vacuum to atmospheric pressure, it is difficult to uniformly dissolve the deposition material such as an interface 56 between the previously melted portion and the additionally melted portion. 3) Near the inner surface of the hearth There is a problem that the material (undissolved material 57) in the vicinity cannot be used at the time of vapor deposition because it cannot be dissolved due to the problem of contamination or the like.
[0009]
The third problem is related to recyclability. For example, when the material constituting the hearth (Cu) and the vapor deposition material are Ta 2 O 5 as described above, it is difficult to recycle the used hearth because the material constituting the hearth and the vapor deposition material have no commonality. . Generally, used hearths are processed for industrial waste and are not recycled.
[0010]
As a conventional technique, Patent Document 1 discloses a manufacturing method and a thin film manufacturing apparatus in which a deposition material is heated and melted to form a thin film on a substrate. Specifically, in order to suppress the bumping phenomenon, a crucible made of a material having a higher melting point than the vapor deposition material is installed through a gas barrier layer in a hearth made of a material having a low thermal conductivity, and the material to be charged is placed in the crucible. A method for producing a thin film, which is housed and deposited, is disclosed. However, when evaporating the vapor deposition material in the immediate vicinity of the hearth, means for preventing contamination of the vapor deposition material due to partial melting of the hearth constituent material and the contamination, or previously melting the granular or powder vapor deposition material There is no disclosure about a technical problem relating to the preparation process and means for solving the problem.
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-5-222521
[Problems to be solved by the invention]
The present invention solves the above-mentioned problems related to the prior art, reduces the risk of contamination, enables simplification of the preparation process before vapor deposition, reduces the production cost, and more desirably, the vapor deposition method and vapor deposition apparatus excellent in recyclability. The purpose is to provide.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above problems, as a result of intensive studies, the present invention has been achieved. That is, the present invention provides a vapor deposition method in which a vapor deposition material accommodated in a hearth is evaporated by heating to form a thin film on a substrate, wherein the hearth comprises a hearth constituent material having a higher melting point than the vapor deposition material. And a metal element contained in the hearth constituent material is at least partly the same as the metal element contained in the vapor deposition material.
[0014]
Further, the present invention relates to a vapor deposition method, wherein the vapor deposition material is heated and melted in a heating furnace in advance in a state where the vapor deposition material is accommodated in the hearth. As a result, a dense melt of the deposition material is formed in the hearth, so that the simplification of the process can be achieved in the subsequent thin film formation.
[0015]
Further, in the vapor deposition method of the present invention, when the hearth constituent material is made of tantalum metal and the vapor deposited material is tantalum oxide, further, the hearth constituent material is made of niobium metal, and the vapor deposited material is made of niobium oxide. The case is one of preferred embodiments of the present invention.
[0016]
Further, the present invention relates to an optical filter manufactured by the above-described vapor deposition method.
[0017]
Furthermore, the present invention relates to a hearth that contains a vapor-deposited material that has been heated and melted in advance, used in the vapor deposition method of the present invention.
[0018]
Furthermore, in a preferred embodiment of the vapor deposition method of the present invention, the hearth constituent material is made of tantalum metal, and when the deposited material is a tantalum oxide, the hearth made of tantalum metal, and further, the hearth constituent material is And a niobium metal hearth when the deposition material is a niobium oxide.
[0019]
Further, the present invention is a heat source for heating and melting and evaporating the vapor deposition material, and a hearth containing the vapor deposition material, wherein the hearth constituting material constituting the hearth has a higher melting point than the vapor deposition material, and A hearth in which a metal element contained in the material is the same as at least a part of the metal element contained in the vapor deposition material.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The vapor deposition method of the present invention relates to a method in which a vapor deposition material is evaporated by heating to form a thin film on a predetermined substrate, and a heating source is not limited to resistance heating, an electron beam, a laser beam, or the like.
[0021]
The application of the method used in the present invention is not particularly limited, and includes a thin film resistor, an alloy film, a composite film, an optical filter, an application in which a general vapor deposition method is adopted, and the like. The material selection such as a deposition material and a hearth is performed in accordance with.
[0022]
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to an example of a method for manufacturing an optical filter.
[0023]
For example, a case where a Ta 2 O 5 thin film is formed using Ta 2 O 5 which is a tantalum oxide as a deposition material as a thin film for an optical filter will be described. In this case, the evaporation material has a melting point of 1800 ° C., and a hearth made of tantalum metal having a melting point of 2996 ° C. as a hearth constituent material is used. Note that the hearth in the present invention refers to a container in which a deposition material is accommodated at the time of deposition, and which is directly touched by the deposition material. The purity of the hearth is preferably 99% or more, and more preferably 99.9% or more. This purity is the same not only for tantalum but also for other materials used in the hearth of the present invention described later.
[0024]
As a method of making this hearth, a high-purity hearth can be manufactured by cutting a tantalum plate in accordance with the shape of the hearth and performing drawing processing for forming a groove.
[0025]
As described above, since tantalum metal, which is a hearth constituent material, has a melting point of 1000 ° C. or higher than tantalum oxide, which is a deposition material, tantalum metal does not dissolve at a temperature at which tantalum oxide is dissolved, and there is a risk of contamination. Sex is greatly reduced. Furthermore, since the metal (tantalum) contained in the hearth constituent material is the same as the metal of Ta 2 O 5 as the vapor deposition material, even if a part of the hearth constituent material is mixed in the vapor deposition material, the vapor deposition film Very unlikely to lead to contamination or defects. Therefore, it becomes possible to perform the heating and melting and the vapor deposition operation until the vapor deposition material is almost used up, which leads to a reduction in manufacturing cost.
[0026]
Furthermore, even for a used hearth in which a part of the vapor deposition material remains, there is an advantage that the vapor deposition material and the constituent material of the hearth are easy to recycle because they have commonality. For example, in the case of the above example, a method in which the remaining evaporation material and the hearth are heated and melted and purified may be employed.
[0027]
Next, the preparation process will be described. The melting point of the Haas constituent material is higher than the melting point of the vapor deposition material, and furthermore, a condition that the metal element contained in the Haas constituent material is the same as at least a part of the metal element contained in the vapor deposition material. In this case, the preparation process can be simplified, and the deposition process can be uniformly performed in a short time.
[0028]
With reference to FIG. 1, the preparation step in the present invention will be described for the case where the vapor deposition material is granular Ta 2 O 5 (granular material 11). A granular Ta 2 O 5 material (granular material 11) is placed in a hearth 12, and heated and melted in a heating furnace to produce a molten material (FIG. 1 (a)). As the heating furnace, a vacuum heating furnace or an atmospheric heating furnace is used. Both are commonly used devices. In the case of a vacuum heating furnace, the atmosphere of the furnace may be a vacuum or an atmosphere of an inert gas (Ar, He, etc.), oxygen, or nitrogen. In the case of air, an inert gas (Ar, He, etc.) or a nitrogen atmosphere can be considered. The heating temperature may be higher than the melting point of the material and lower than the melting point of the hearth or the container. When a Ta hearth or container is used, it can be melted at about 1800 ° C to about 2900 ° C, but considering the damage to the hearth, it is preferable to perform the process at a low temperature and in a short time, for example, in a vacuum. Heating at 2000 ° C. for about 30 minutes suffices to dissolve, and the inside of the hearth 12 can be filled with the uniform melting material 13. Further, a plurality of evaporating materials contained in the hearth can be simultaneously dissolved. Thus, the preparation process, which conventionally took 16 hours per hearth, is completed in a fraction of the time.
[0029]
As described above, in the conventional vapor deposition apparatus, the preparation process was performed while taking a very long time using an electron beam.In the present invention, however, since the materials are collectively melted in a heating furnace, many processes are performed. Can be processed simultaneously, uniformly and in a short time.
[0030]
As described above, many combinations of the vapor deposition material and the hearth constituent material are considered, and an example is shown in Table 1.
[0031]
[Table 1]
[0032]
As a variation of the hearth used in the present invention, as shown in FIG. 1B, the hearth is covered for the purpose of adjusting the thermal conductivity outside the hearth or for the purpose of installing the hearth in the vapor deposition apparatus. It is possible for the configuration of the present invention to use an external container 14a made of, for example, copper. In this case, for example, the hearth 12 can be detached from the outer container 14a, and only the hearth 12 can be collectively dissolved in the granular material in the above-described batch heat treatment step. In the figure, the external containers 14a and 14b (external containers for installing the vapor deposition apparatus) may be the same or different. For example, 14b may be previously installed in a vapor deposition device for fixing a hearth.
[0033]
As shown in FIG. 6, for example, when the deposition material is Ta 2 O 5 , a metal or metal oxide is used as the hearth, and a metal such as Ta is used for the ceramic container 62. It is also possible to provide a coat layer 61 of about 100 μm. The coat layer can be formed, for example, by a method such as vapor deposition. In the case where the coating layer is provided in this way, although the recyclability is somewhat sacrificed, the problem of contamination and the problem of the preparation step can be solved, which is one of the preferred embodiments of the present invention. In this case, examples of the method for forming the thin film include plating, vapor deposition in a vacuum, sputtering, and ion plating.
[0034]
Next, the vapor deposition device of the present invention will be described. FIG. 2 is a schematic view of the entire vapor deposition apparatus, and FIG. 3 is an enlarged view of a hearth and a heating and evaporating mechanism during vapor deposition. The vapor deposition apparatus of the present invention comprises a substrate 27, a rotatable and movable substrate holder 28 for fixing the substrate, a heater 29 for heating the substrate as a heating source, an electron beam heating source 24 and a heating and evaporating mechanism 23, It comprises hearths 22a and 22b respectively containing the materials 21a and 21b, shutters 25a and 25b for shutting off evaporative substances, an oxygen assist device 26, and exhaust means 30 for evacuating the inside of the evaporator. The hearth 22 is directly heated and melted by the electron beam 20 generated by the heating and evaporating mechanism 23 and the electron beam heating source 24, and emits a vapor 32 from a melting portion 31 of the evaporation material shown in the enlarged view of FIG. . Here, the heating and evaporating mechanism has a holder for placing the hearth, and fixes and cools the holder. Usually, it is made of Cu with good heat conductivity and is cooled with water to increase the cooling efficiency.
[0035]
In the evaporator of the present invention, the melting point of the hearth constituent material constituting the hearth 22 is higher than that of the evaporation material 21, and the metal element contained in the hearth constituent material is at least the metal element contained in the vapor deposition material. Some are identical. In the case where several evaporation materials are evaporated in one evaporation apparatus, when a combination of at least one evaporation material and a hearth is performed under the above-described conditions, the invention falls within the scope of the present invention.
[0036]
FIG. 4 shows a cross-sectional view of the optical filter of the present invention. For example, a structure (multilayer film 44) in which a high-refractive-index film of 89 nm and a low-refractive-index film of 126 nm are sequentially and repeatedly formed on a glass substrate 41 is provided. The thickness and the layer structure of the high-refractive-index film and low-refractive-index film can take various variations depending on the design of the optical filter.
[0037]
A method for depositing the optical filter will be described. The process of manufacturing an optical filter using a multilayer film of Ta 2 O 5 and SiO 2 will be described with reference to the schematic diagram of the evaporator in FIG. First, in a hearth made of a glass substrate 27 and metal Ta, Ta 2 O 5 that has already been heated and melted and solidified by cooling is set in the heating and evaporating mechanism 23. Further, the second evaporating material SiO 2, which has been processed into the same shape as the hearth, is set in the heating mechanism 23. This SiO 2 is a so-called molten block product formed into a substantially hearth shape. The substrate is heated in a vacuum to start deposition. Since the amount of oxygen decreases in the deposition of oxide, an ion beam of oxygen is supplied from the oxygen assist device 26 to control the composition value. First, when the Ta 2 O 5 film reaches a predetermined thickness, the heating of the Ta 2 O 5 by the heating and evaporating mechanism 23 is interrupted, and the shutter 25a is closed. Then, the shutter 25b is opened, and SiO 2 is heated and evaporated by the same method, and is adhered to the surface of the Ta 2 O 5 film to form an SiO 2 film.
[0038]
As shown in FIG. 4, first, a Ta 2 O 5 film (high-refractive-index film 42) is formed on the surface of the substrate 41, and an SiO 2 film is superposed on the Ta 2 O 5 film (the high-refractive-index film 42). The optical filter 45 is formed by providing a (low-refractive-index film 43) and further stacking a predetermined number of high-refractive-index films and low-refractive-index films in order. Since the vapor deposition material Ta 2 O 5 set in the heating and evaporating mechanism is formed by heating and melting a granular film material Ta 2 O 5 in advance, there is no gas generation or splash during vapor deposition. Therefore, there is no possibility that the surface of each substrate set on the substrate holder is contaminated, and a uniform film can be formed. Further, the yield and the yield can be improved. Accordingly, the characteristics of optical components and optical communication components such as filters manufactured by this method are also improved. The multilayer film 44 of the optical filter 45 is composed of a combination of Ta 2 O 5 and SiO 2 , but many combinations of the multilayer film 44 can be considered in consideration of the refractive index. Further, the vapor deposition step can be changed according to the layer configuration of a predetermined multilayer film.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, by using the vapor deposition method and the vapor deposition apparatus of the present invention, the risk of contamination due to hearth can be suppressed, and the preparation process for a plurality of hearths can be performed collectively, Since the manufacturing cost is low and the used hearth can be easily recycled, there is an effect that the environmental load is small.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view of a preparation process of the present invention. FIG. 2 is a view of a vapor deposition apparatus of the present invention. FIG. 3 is a peripheral view of a hearth and a heating and evaporating mechanism in the vapor deposition apparatus of the present invention. FIG. FIG. 5 is an explanatory view of a preparation step of a conventional method. FIG. 6 is an explanatory view of a hearth embodiment used in the present invention.
Reference Signs List 11 Granular material 12 Hearth 13 Melting material 14a External container 14b External container 20 Electron beam 21a Evaporation material 21b Evaporation material 22a Hearth 22b Hearth 23 Heat evaporation mechanism 24 Electron beam heat sources 25a and b Shutter 26 Oxygen assist device 27 Substrate 28 Substrate holder 29 Heater 30 Exhaust means 31 Melting part 32 Vapor 41 Glass substrate 42 High refractive index film 43 Low refractive index film 44 Multilayer film 45 Optical filter 51 Granular material 52 Hearth 53 Melting material 56 Interface 57 Unmelted material 58 Electron beam 61 Coating layer 62 container
