JP2004217962A - 多層膜形成方法及び成膜装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】製品として合格する多層膜を形成するための成膜装置を提供する。
【解決手段】蒸発材料を収容する坩堝４０Ａ、電子銃４２Ａ、坩堝内の蒸発材料上に電子銃からの電子ビームを導く偏向器、電子ビームで蒸発材料上を走査するための走査器、坩堝からの蒸発粒子が成膜される回転基板３３が被排気室３１内に設けられている。又、坩堝４０Ａを、基板３３の被成膜面に平行な面に沿って移動させるＸ，Ｙステージ４４Ａ，４３Ａが設けられており、基板３３を、基板の被成膜面に平行な面に沿って移動させるＸ，Ｙステージ３７，３６が設けられている。
【選択図】 図５
【解決手段】蒸発材料を収容する坩堝４０Ａ、電子銃４２Ａ、坩堝内の蒸発材料上に電子銃からの電子ビームを導く偏向器、電子ビームで蒸発材料上を走査するための走査器、坩堝からの蒸発粒子が成膜される回転基板３３が被排気室３１内に設けられている。又、坩堝４０Ａを、基板３３の被成膜面に平行な面に沿って移動させるＸ，Ｙステージ４４Ａ，４３Ａが設けられており、基板３３を、基板の被成膜面に平行な面に沿って移動させるＸ，Ｙステージ３７，３６が設けられている。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、多層膜の精密な成膜に適した薄膜形成方法及び成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、多層膜の成膜が注目されている。
【０００３】
図１は、多層膜の１つである光通信用のナロウバンドパスフィルタ用３キャビティー多層膜の構造を示したものである。
【０００４】
図中１は基板で、その上に、複数組のＨＬ層，第１ＬＬ層２Ａ及び複数組のＨＬ層から成る第１キャビティー、複数組のＨＬ層，第２ＬＬ層２Ｂ及び複数組のＨＬ層から成る第２キャビティー、複数組のＨＬ層，第３ＬＬ層２Ｃ及び複数組のＨＬ層から成る第３キャビティーが形成されている。Ｈは高屈折率薄膜（例えば、五酸化タンタル薄膜）、Ｌは低屈折率薄膜（例えば、二酸化シリコン薄膜）で、ＨＬ層はＨとＬが一組重なった交互層、ＬＬ層はＬとＬが重なったスペーサー層である。
【０００５】
さて、この様なナロウバンドパスフィルタ用多層膜は、限定された波長域の波長の光線のみ透過し、該波長域以外の波長を反射することにより、目的の波長を有す光線を分離するのに使用される。
【０００６】
この際、透過波長域の光線は、何れのＬＬ層に対しても透過率が、例えば、９５％〜１００％になる波長を有するものであり、各ＬＬ層に対する透過率のピークが等しい波長域の光線である。
【０００７】
この様な透過波長域の光線だけが正確に透過するには、第１ＬＬ層２Ａの物理的膜厚に対して、第２ＬＬ層２Ｂ及び第３ＬＬ層２Ｃの各光学的膜厚の誤差が、透過波長域の光線の中心波長の±０．０１％以内に収まっている必要がある。
【０００８】
今、仮に、透過波長域の光線の中心波長を１５４０ｎｍとした場合、前記第１ＬＬ層２Ａ、第２ＬＬ層２Ｂ及び第３ＬＬ層２Ｃの物理的膜厚は、各ＬＬ層の光学的膜圧が中心波長（１５４０ｎｍ）の１／２であることから、約４０００Åとなる。
【０００９】
従って、第１ＬＬ層２Ａの膜厚（物理的膜厚で、４０００Å）に対して、第２ＬＬ層２Ｂ及び第３ＬＬ層２Ｃの各光学的膜厚の誤差が、透過波長域の光線の中心波長（１５４０ｎｍ）の±０．０１％以内、即ち、±０．１５Åに収まっている必要がある。
【００１０】
この様な光通信用のナロウバンドパスフィルタ用多層膜を作成する場合、イオンプレーティング装置等の薄膜形成装置が使用されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
図２は、イオンプレーティング装置の１概略例を示したものである。
【００１２】
図中１１は被排気室で、その上部の中央部には、ホルダー１２にホールドされた基板１３が配置されている。
【００１３】
１４は排気手段である。１５Ａ，１５Ｂは蒸発させるべき材料が収容された坩堝で、前記基板１３の下方に配置される。
【００１４】
１６は電子銃で、前記各坩堝に収容された蒸発材料を蒸発させるための電子ビームを発生する。１７は電子銃電源である。
【００１５】
１８は前記電子銃１６からの電子ビームの進路を偏向電源１９からの偏向信号に従って制御するための偏向器である。
【００１６】
２０は前記基板１３と前記坩堝１５Ａ，１５Ｂ間に配置された高周波コイルで、室外からの高周波電源２１からの高周波電力が印加されている。
【００１７】
２２はガス供給手段である。
この様な構成の装置において、例えば、予め、坩堝１５Ａに低屈折率物質を、坩堝１５Ｂに高屈折率物質を収容させておく。
【００１８】
先ず、被排気室内を排気手段１４により高真空状態（例えば、１×１０−４Ｔｏｒｒ）にしてから、ガス供給手段２２からアルゴンガスを室内に供給し、室内の圧力を少し上げる（例えば、１×１０−２Ｔｏｒｒ）。
【００１９】
そして、高周波電源２１から高周波コイル２０に高周波電力を印加し、室内をプラズマ雰囲気にする。
【００２０】
そして、電子銃１６から電子ビームを発生させ、その電子ビームの進路を偏向器１９により坩堝１５Ｂ収容された蒸発材料（高屈折率物質）に向けてやる。そうすると、高屈折率物質の蒸発粒子はプラズマ雰囲気中でイオン化し、基板１３の表面に付着する。
【００２１】
次に、電子ビームの進路を偏向器１９により坩堝１５Ａに収容された蒸発材料（低屈折率物質）に向けてやる。そうすると、低屈折率物質の蒸発粒子はプラズマ雰囲気中でイオン化し、基板１３の表面に付着する。
【００２２】
この際、坩堝１５Ａ，１５Ｂの直ぐ上には、坩堝の最上面の広さ分の大きさの孔を有し、坩堝１５Ａと１５Ｂの真ん中に回転可能に成した遮蔽板が配置されており、予め決められたタイミングに従って、高屈折率物質を成膜する時には坩堝１５Ｂ上に孔が来るように、低屈折率物質を成膜する時には坩堝１５Ａ上に孔が来るように回転するように成っている。
【００２３】
この様にして高屈折率物質と低屈折率物質の成膜を交互に所定の回数繰り返し、基板１３の上に複数組のＨＬ層を成膜する。尚、各Ｈ層及びＬ層の膜厚は、２０００Åである。
【００２４】
次に、前記複数組のＨＬ層の上に低屈折率物質を４０００Åの厚さに付け（第１ＬＬ層の成膜）、次に、第１ＬＬ層２Ａの上に複数組のＨＬ層を成膜する。
【００２５】
次に、前記複数組のＨＬ層の上に更に複数組のＨＬ層を形成し、該複数組のＨＬ層の上に第２ＬＬ層２Ｂを成膜し、該第２ＬＬ層２Ｂの上に複数組のＨＬ層を成膜する。この様にして、第３ＬＬ層２Ｃも成膜し、該第３ＬＬ層２Ｃの上に複数組のＨＬ層を成形して、図１に示す如き多層膜を形成する。
【００２６】
尚、図２に示す様に、高周波コイル２０を用いて被排気室内をプラズマ雰囲気にするのではなく、別に設けたプラズマ発生装置により、成膜を行う真空容器内の坩堝と基板の間にプラズマを形成し、坩堝からの蒸発粒子をイオン化して基板に付着させるようにしても良い（例えば、特許文献２参照）。
【００２７】
【特許文献１】
特開昭６０−５８７５号公報（第３３１頁右欄〜第３３２頁左上欄、第１図）
【特許文献２】
特開２００２−２５７９３号公報（第（３頁）左欄、図１）
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の装置では、実際上、第１ＬＬ層２Ａの膜厚（物理的膜厚で、４０００Å）に対して、第２ＬＬ層２Ｂ及び第３ＬＬ層２Ｃの各光学的膜厚の誤差が、透過波長域の光線の中心波長（１５４０ｎｍ）の±０．０１％以内、即ち、±０．１５Åに収まらない。
本発明は、この様な問題点を解決する為になされたもので、新規な多層膜形成方法及び成膜装置を提供することを目的とするものである。
【００２９】
【課題を解決するための手段】本発明の多層膜形成方法は、基板を回転させながら蒸発粒子を基板上に成膜するようにした多層膜形成方法において、特定の二層の間の成膜については異なった膜厚傾斜度の成膜が行われるようにしたことを特徴とする。
【００３０】
本発明の成膜装置は、蒸発材料を収容するための坩堝、該坩堝内の蒸発材料を蒸発させるための加熱手段、及び空間を介して坩堝からの蒸発粒子が成膜される回転基板を備えたチャンバーを有する成膜装置において、坩堝を、基板の被成膜面に平行な面に沿って移動させる手段を設けたことを特徴とする。
【００３１】
本発明の成膜装置は、蒸発材料を収容するための坩堝、該坩堝内の蒸発材料を蒸発させるための加熱手段、及び空間を介して坩堝からの蒸発粒子が成膜される回転基板を備えたチャンバーを有する成膜装置において、基板を、基板の被成膜面に平行な面に沿って移動させる手段を設けたことを特徴とする。
【００３２】
本発明の成膜装置は、蒸発材料を収容するための坩堝、該坩堝内の蒸発材料を蒸発させるための加熱手段、及び空間を介して坩堝からの蒸発粒子が成膜される回転基板を備えたチャンバーを有する成膜装置において、坩堝を、基板の被成膜面に平行な面に沿って移動させる手段と、基板を、基板の被成膜面に平行な面に沿って移動させる手段を設けたことを特徴とする。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００３４】
さて、本発明の実施の形態について説明する前に、本発明の原理について説明する。
【００３５】
第１ＬＬ層と、該第１ＬＬ層の後工程で成膜される第２ＬＬ層（若しくは第３ＬＬ層）との間の成膜関係（即ち、第１ＬＬ層の膜厚に対する第２ＬＬ層若しくは第３ＬＬ層の膜厚誤差）に注目すると、従来の薄膜形成装置で、第１ＬＬ層を基板上に成膜した後工程で第２ＬＬ層を成膜すると、図３に示す様な成膜が行われると考えられる。尚、基板上の膜質を平均化するために基板を、例えば、１０００ｒｐｍで回転させながら、基板下方の坩堝内に収容された蒸発材料を電子ビームで蒸発させ、その蒸発粒子を基板に蒸着する場合、基板の中心に近い内周部と中心から遠いい外周部とで膜厚が異なる、いわゆる膜厚傾斜が発生する。この膜厚傾斜には、基板の回転中心と蒸発粒子の飛散中心との距離や、蒸発粒子の飛散方向に対する基板表面の角度などにより、内周部が外周部より厚くなるタイプと、外周部が内周部より厚くなるタイプがあるが、ここでは、内周部が外周部より厚くなるイプの成膜で説明する。
【００３６】
今、基板中心から基板上におけるで距離をＲとした場合、Ｒ＝３０ｍｍで膜厚４０００Å（目標膜厚）の成膜が行われる条件を設定して第１ＬＬ層の成膜を行った時、実際には、図３の成膜特性線Ｐに示す様に、Ｒ＝３０ｍｍで４００３Åで成膜されたとする。この時、Ｒ＝５０ｍｍでの膜圧（外周膜厚：３９９７Å）とＲ＝１０ｍｍでの膜圧（内周膜厚：４００９Å）の差を膜厚傾斜度δとすると、この場合のδは、−１２Å（∵３９９７Å−４００９Å＝−１２Å）となる。
【００３７】
その後、Ｒ＝３０ｍｍで膜厚４００３Å（新たな目標膜厚）の成膜が行われる条件（即ち、膜厚傾斜度−１２Åの成膜が行われる条件）を設定して第２ＬＬ層の成膜を行った時、実際には、成膜特性線Ｐに対し、それぞれ、＋β，−βの較差を有する成膜特性線Ｑｍ，若しくはＱｎに示す成膜が行われる。この較差±βは、新たな目標膜厚に対し、実際に成膜された膜厚が±４Åの誤差範囲に凡そ９５％の確率で収まると考えられる性質のもので、この様な誤差（±β）を有する成膜は、前記した許容誤差（±０．１５Å）にある成膜特性線Ｐｍ，Ｐｎの範囲に収まる確率が凡そ５％と極めて成膜精度の低い成膜となる。
【００３８】
そこで、図４の成膜特性線Ｔに示す様に、膜厚傾斜度が、−１２Åと異なる、例えば、−２４Åの成膜が行われる条件で成膜を行えば、実際の成膜は、Ｔｍ，Ｔｎに示す様に、Ｔに対し誤差±βを有する成膜が行われ、図４に示す様に、成膜特性線Ｐｍ，Ｐｎと交叉する点が出来る。図４では、Ｒが１０ｍｍと３０ｍｍの間と、３０ｍｍと５０ｍｍとの間に出来ている。ＴｎとＰｍが交叉する点とＴｎとＰｎが交叉する点の範囲Ｒａ〜Ｒｂ（即ち、Ｒａｂ）と、ＴｍとＰｍが交叉する点とＴｍとＰｎが交叉する点の範囲Ｒｃ〜Ｒｄ（即ち、Ｒｃｄ）の膜厚誤差は、許容誤差（±０．１５Å）に入る。従って、基板中心からＲａとＲｂの間の領域及び基板中心からＲｃとＲｄの間の領域に形成された多層膜は合格製品と成る。尚、合格する基板内領域は、ＲａｂかＲｃｄの何れか１つであり、他の基板内領域は不合格となる。
【００３９】
図５は本発明の薄膜形成装置の一例を示している。
【００４０】
図中３１は被排気室で、その上部の中央部には、ホルダー３２にホールドされた基板３３が配置されている。
【００４１】
このホルダー３２の中心には回転軸３４が取り付けられており、この回転軸はモーターの如き回転機３５の軸に繋がっている。
【００４２】
この回転機はＹステージ３６、Ｘステージ３７を介して被排気室３１の上壁に取り付けられている。
【００４３】
Ｘステージ３７、Ｙステージ３６は、それぞれ、回転機３５及び回転軸３４を介してホルダー３２を水平面に沿って、Ｘ，Ｙ方向に移動させるものである。
【００４４】
３８は、中央部に前記回転軸３４を回転可能に通す孔が開けられた仕切り板である。
【００４５】
３９は被排気室内を排気するための真空ポンプである。
【００４６】
４０Ａは蒸発させるべき材料が収容された坩堝で、Ｚステージ４１Ａ，電子銃４２Ａ，Ｙステージ４３Ａ，Ｘステージ４４Ａを介して被排気室３１の底壁に取り付けられている。同様に、４０Ｂは蒸発させるべき材料が収容された坩堝で、Ｚステージ４１Ｂ，電子銃４２Ｂ，Ｙステージ４３Ｂ，Ｘステージ４４Ｂを介して被排気室３１の底壁に取り付けられている。
【００４７】
Ｚステージ４１Ａ，４１Ｂは、坩堝４０Ａ，４０Ｂを、それぞれ、高さ方向（Ｚ軸方向）に移動させるもの、Ｙステージ４３Ａ，４３Ｂは、坩堝４０Ａ，４０Ｂを水平面（高さ方向に垂直な面）に沿ってＹ軸方向に移動させるもの、Ｘステージ４４Ａ，４４Ｂは、坩堝４０Ａ，４０Ｂを、それぞれ、水平面（高さ方向に垂直な面）に沿ってＸ軸方向に移動させるものである。
【００４８】
電子銃４２Ａ，４２Ｂは、それぞれ、フィラメント，グリッド，アノードを有し、前記坩堝４０Ａ，４０Ｂ各々の両側には、永久磁石（図示せず）を挟んで磁極板（図示せず）が平行に配置されており、各アノードと坩堝４０Ａ，４０Ｂ各々の間には走査用偏向コイル（図示せず）が配置されている。そして、電子銃４２Ａ，４２Ｂの各フィラメントから発生された電子ビームは、アノードによって加速され、磁極板が作る磁場により２７０°曲げられ、それぞれ、坩堝４０Ａ，４０Ｂ内に収容された蒸発材料に照射される。この際、各電子銃からの電子ビームは、走査用偏向コイルが作る二次元方向走査用磁場により蒸発材料上を二次元的に走査する様に構成されている（電子銃からの電子ビームにより坩堝内の蒸発材料が二次元的に走査される構造は、例えば、特開２００１−０２００６２号公報の図２及びその説明を参照）。
【００４９】
４５は、坩堝４０Ａ，４０Ｂと基板３３との間の空間にプラズマを形成するためのプラズマ発生装置（例えば、特開２００２−２５７９３号公報の図２及びその説明を参照）で、坩堝４０Ａ，４０Ｂと基板３３との間の空間中に電子ビームを放出するものである。この空間中に引き出された電子ビームが、反応ガスボンベ４６からバルブ４７を介して導入された反応ガス（例えば、酸素ガス）や蒸発物質の粒子と衝突して、坩堝４０Ａ，４０Ｂと基板３３との間の空間中にプラズマが発生する。
【００５０】
４８はシールド円板で、図６に示す様に、円板４８Ａを中心にして、ドーナッツ板４８Ｂ，４８Ｃ，４８Ｄが、この順序で同心状に、それぞれが一定間隔を開けて支持棒４９によって支持されている。
【００５１】
支持棒４９はシールド円板回転機５０の回転軸５１に垂直に繋がっており、回転軸５１の回転に従って、該回転軸を中心にして、上下方向に回転する。この回転範囲は、坩堝４０Ａ，４０Ｂから見てシールド円板４８が基板３３を完全に覆う位置から、完全に開放する位置の範囲である。
【００５２】
尚、５２はシールド円板回転機駆動回路、５３はＸステージ駆動回路、５４はＹステージ駆動回路、５５は回転機駆動回路、５６，５７は電子銃電源、５８、６２はＸステージ駆動回路、５９，６３はＹステージ駆動回路、６０，６４はＺステージ駆動回路、６１，６５は走査信号発生回路、６６はプラズマ発生装置駆動機構で、これらの駆動回路、電源、及び駆動機構は、中央制御機構（ＣＰＵ）６７の指令に基づいて作動する。
【００５３】
この様な構成の装置により、基板３３上に、膜厚傾斜度が、例えば、−１２Åの第１ＬＬ層を作成した後の工程で、膜厚傾斜度が、例えば、−２４Åの第２ＬＬ層（若しくは第３ＬＬ層）を作成する場合について説明する。
【００５４】
尚、坩堝４０Ａに低屈折率物質が、坩堝４０Ｂに高屈折率物質が収容されているとする。又、シールド板４８は完全に開放する位置に駆動されている。
【００５５】
予め、実験により、基板の回転中心と蒸発粒子の飛散中心との距離をＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，……………と種々変え、その都度、基板上の基板中心からの各距離ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４，ｒ５，……………における膜厚を測定し、各Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，……………における膜厚傾斜度を算出してリスト化しておく。
【００５６】
先ず、基板３３上に、膜厚傾斜度が−１２Åの第１ＬＬ層を作成する場合には、前記実験により求められているリストから、基板３３の回転中心と蒸発粒子の飛散中心の距離が、膜厚傾斜度が−１２Åに対応する距離Ｄ１２に成るように、Ｘステージ駆動回路６２，Ｙステージ駆動回路６３により、Ｘステージ４４Ａ，Ｙステージ４３Ａをそれぞれ移動させることにより、坩堝４０Ａを移動させる。
【００５７】
この状態において、被排気室３１内を真空ポンプ３９により所定の圧力になるまで排気する。そして、電子銃４２Ａからの電子ビームを坩堝４０Ａに収容された低屈折率物質に導き、低屈折率物質を蒸発させる。又、バルブ４７を開いて、反応ガスボンベ４６から反応ガス（例えば、酸素ガス）を被排気室３１内に導入する。この時同時に、プラズマ発生装置４５内で発生させたプラズマ中の電子を被排気室３１内に引き出す。前記プラズマ発生装置４５から引き出された電子ビームは、前記被排気室３１内に導入された反応ガスや蒸発粒子と衝突し、それらを励起、イオン化させて被排気室内３１内にプラズマを形成する。該プラズマ中のイオン化された蒸発粒子と反応ガスは、基板３３に引き寄せられて付着或いはイオン衝撃を行い、該基板上には第１ＬＬ層の成膜が成される。
【００５８】
この後、基板３３上に第１キャビティーのＨＬ層と第２キャビティーのＨＬ層が形成され、その後、膜厚傾斜度が−２４Åの第２ＬＬ層を作成する。
【００５９】
この第２ＬＬ層を作成する場合には、前記実験により求められているリストから、基板３３の回転中心と蒸発粒子の飛散中心の距離が、膜厚傾斜度が−２４Åに対応する距離Ｄ２４に成るように、Ｘステージ駆動回路６２，Ｙステージ駆動回路６３により、Ｘステージ４４Ａ，Ｙステージ４３Ａをそれぞれ移動させ、第１ＬＬ層の成膜の時と同様にして第２ＬＬ層の成膜が行われる。
【００６０】
前記例では、坩堝を移動させることにより、所望の膜厚傾斜度の成膜が形成される基板３３の回転中心と蒸発粒子の飛散中心の距離を設定するように成したが、その代わりに、Ｘステージ駆動回路５３，Ｙステージ駆動回路５４により、Ｘステージ３７，Ｙステージ３６をそれぞれ移動させて、基板３３を移動する様にしても良い。
【００６１】
或いは、走査信号発生回路６５からの走査信号の周波数を調整することにより、電子銃４２Ａから発生され坩堝４０Ａに収容された低屈折率物質上を走査する電子ビームの走査状態を変えるようにしても良い。即ち、蒸発材料上の電子ビームの走査密度を上げると蒸発量は多くなり、下げると少なくなるので、走査信号の周波数をコントロールすることにより、任意の膜厚傾斜度の成膜が行える。そこで、予め、走査信号発生回路６５から走査用偏向コイル（図示せず）に、種々の周波数の走査信号を与え、その都度、膜厚傾斜度を測定して、走査信号の周波数と膜厚傾斜度のリストを作成しておき、該リストに基づいて、第１ＬＬ層の成膜時には−１２Åの膜厚傾斜度の成膜が行える周波数にし、第２ＬＬ層或いは第３ＬＬ層の成膜時には−２４Åの膜厚傾斜度の成膜が行える周波数をコントロールしても良い。
【００６２】
前記各例は、基板内に合格領域を１箇所作成する例であったが、次に、複数箇所の合格領域を作成する例を説明する。
【００６３】
膜厚傾斜度−１２Åとなるように基板３３上に第１ＬＬ層を作成した後工程において、膜厚傾斜度−１２Åを新たな成膜条件に設定し、シールド円板４８を開放した状態で第２ＬＬ層若しくは第３ＬＬ層の成膜を行った時には、前記図３で説明したように、成膜特性線Ｑｍ，若しくはＱｎに示す成膜が行われ、合格する領域が０となってしまう。
【００６４】
そこで、シールド円板回転駆動回路５２からの指令により、シールド円板回転機５０を作動させ、シールド円板４８を基板３３に平行な状態にする。
【００６５】
この状態で成膜を行うと、シールド円板４８の孔の空いた箇所に対向する基板表面部には相対的に厚く膜が付き、円板及びドーナッツ板に対向した基板表面部には相対的に薄く膜が付く。尚、基板表面の膜の厚さは、孔の中心部に対向する箇所が最も厚く、孔の中心部から外れるに従ってその厚さが減り、円板及びドーナッツ板の中心部に対向する箇所が最も薄く、ドーナッツ板の中心部ら外れるに従ってその厚さが増える。その結果、理想的（誤差がなければ）には、図７のＵ（実際には、膜厚誤差±βがあるので、Ｕｍ，Ｕｎ）に示す波状の成膜特性線で表される成膜が行われる。
【００６６】
この波状成膜特性線は成膜特性線Ｐｍ若しくはＰｎに２箇所以上（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，………或いは、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，………）で交叉する。
【００６７】
従って、基板中心から少なくとも２箇所の領域で作成された多層膜は合格製品と成る。
【００６８】
尚、図４に示す成膜特性線ＴｍとＰｍ及びＰｎの交叉、若しくはＴｎとＰｍ及びＰｎの交叉から明らかなように、成膜特性線Ｔｍ若しくはＴｎの傾斜角度をＰに近づけることが出来れば、即ち、膜厚誤差｜β｜を４Åより小さくできれば、合格領域の面積を大きくすることが出来る。その為に、次の様な工夫が行われる。
【００６９】
工夫１．
坩堝を深くし、蒸発材料の収容量を多くすることにより、蒸発材料の温度を安定化し、沸騰し難くし、蒸発の安定化を図れる。又、蒸発材料の蒸発により溶融している蒸発材料の上面の高さが低くなると、蒸発材料の上面における電子ビームの強度が変化する。そこで、蒸発材料の上面の高さの変化に応じて坩堝をＺステージにより上方に移動させ、蒸発材料の上面における電子ビームの強度が変化しないようにする。この様に、蒸発の安定化を図り、蒸発材料の上面における電子ビームの強度が変化が小さくすると、膜厚誤差が小さい。
【００７０】
工夫２．
図８に示す様に、例えば、タングステン線を渦巻き状に巻いて、見かけ上、円板状に形成したフィラメントＦ，グリッドＧ及び引出電極Ｈからなる電子銃において、引出電極Ｈとして、中心に電子ビーム通過孔Ｈａを有する対称管形状のものを使用し、フィラメントＦの直径と引出電極Ｈの孔の直径を大略４：５（例えば、１２ｍｍと１５ｍｍ）にし、フィラメントＦから引出電極Ｈのフィラメントよりの表面までの距離をフィラメント直径の大略６０％〜引出電極の孔の直径の５０％とする。この様な構成により、フィラメントＦから引き出された電子ビームの広がりが小さくなり、この様な電子ビームが坩堝内の蒸発材料に照射された場合、溶融蒸発材料の液面の変動が少ない。この様に、溶融蒸発材料の液面の変動が少ないと、膜厚誤差が小さい。
【００７１】
工夫３．
フィラメントＦと引出電極Ｈの距離が小さいほど放電が起きやすいので、図８に示す様に、フィラメントＦから引出電極Ｈのフィラメントよりの表面までの距離をフィラメント直径の大略６０％〜引出電極の孔の直径の５０％とすると共に、引出電極に電子ビームが当たり引出電極からガスが発生すると放電が起きやすくなるので、引出電極としてガス放出の少ない材料（例えば、インコネルの如きニッケルを多く含むステンレス）で形成する。或いは、引出電極Ｈの表面を、例えば、窒化合金属でコーティングし、電極表面の荒れを無くし、放電を起き難くする。或いは、引出電極ＨとグリッドＧとの間に印加される引出電圧が大きいと沢山の電子ビームを引き出すことは出来るが放電が起きやすいので、引き出せる電子ビームの量を変えないで引出電圧を小さく出来る形状の引出電極（図８に示す様な、グリッドＧに対向する面の内側部Ｈｂが尖っている尖端型引出電極）を使用する。この様に、電子銃において放電発生を抑制することにより、膜厚誤差を小さくすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】光学通信用のナロウバンドパスフィルタ用３キャビティー用多層膜の構造を示す。
【図２】イオンプレーティング装置の１概略例を示している。
【図３】従来の成膜の説明に用いた成膜特性線の一例を示している。
【図４】本発明の原理の説明に用いた成膜特性線の一例を示している。
【図５】本発明の薄膜形成装置の１概略例を示している。
【図６】図５に示す薄膜形成装置の一部詳細図である。
【図７】基板上に複数箇所の合格製品を作成するための成膜方法の説明に用いた成膜特性線の一例を示している。
【図８】膜厚誤差を小さくするために使用される電子銃の概略例を示している。
【符号の説明】
１…基板
２Ａ…第１ＬＬ層
２Ｂ…第２ＬＬ層
２Ｃ…第３ＬＬ層
Ｈ…高屈折率薄膜
Ｌ…低屈折率薄膜
１１…被排気室
１２…ホルダー
１３…基板
１４…排気手段
１５Ａ，１５ｂ…坩堝
１６…電子銃
１７…電子銃電源
１８…偏向器
１９…偏向電源
２０…高周波コイル
２１…高周波電源
２２…ガス供給手段
３１…被排気室
３２…ホルダー
３３…基板
３４…回転軸
３５…回転機
３６…Ｙステージ
３７…Ｘステージ
３８…仕切り板
３９…真空ポンプ
４０Ａ，４０Ｂ…坩堝
４１Ａ，４１Ｂ…Ｚステージ
４２Ａ，４２Ｂ…電子銃
４３Ａ，４３Ｂ…Ｙステージ
４４Ａ，４４Ｂ…Ｘステージ
４５…プラズマ発生装置
４６…反応ガスボンベ
４７…バルブ
４８…シールド円板
４８Ａ…円板
４８Ｂ，４８Ｃ，４８Ｄ…ドーナッツ板
４９…支持棒
５０…シールド円板回転機
５１…回転軸
５２…シールド円板回転機駆動回路
５３…Ｘステージ駆動回路
５４…Ｙステージ駆動回路
５５…回転機駆動回路
５６，５７…電子銃電源
５８，６２…Ｘステージ駆動回路
５９，６３…Ｙステージ駆動回路
６０，６４…Ｚステージ駆動回路
６１，６５…走査信号発生回路
６６…プラズマ発生装置駆動機構
６７…中央制御機構（ＣＰＵ）
６０，６４…Ｚステージ駆動回路
Ｆ…フィラメント
Ｇ …グリッド
Ｈ…引出電極
Ｈａ…孔
Ｈｂ…尖端部
【発明の属する分野】
本発明は、多層膜の精密な成膜に適した薄膜形成方法及び成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、多層膜の成膜が注目されている。
【０００３】
図１は、多層膜の１つである光通信用のナロウバンドパスフィルタ用３キャビティー多層膜の構造を示したものである。
【０００４】
図中１は基板で、その上に、複数組のＨＬ層，第１ＬＬ層２Ａ及び複数組のＨＬ層から成る第１キャビティー、複数組のＨＬ層，第２ＬＬ層２Ｂ及び複数組のＨＬ層から成る第２キャビティー、複数組のＨＬ層，第３ＬＬ層２Ｃ及び複数組のＨＬ層から成る第３キャビティーが形成されている。Ｈは高屈折率薄膜（例えば、五酸化タンタル薄膜）、Ｌは低屈折率薄膜（例えば、二酸化シリコン薄膜）で、ＨＬ層はＨとＬが一組重なった交互層、ＬＬ層はＬとＬが重なったスペーサー層である。
【０００５】
さて、この様なナロウバンドパスフィルタ用多層膜は、限定された波長域の波長の光線のみ透過し、該波長域以外の波長を反射することにより、目的の波長を有す光線を分離するのに使用される。
【０００６】
この際、透過波長域の光線は、何れのＬＬ層に対しても透過率が、例えば、９５％〜１００％になる波長を有するものであり、各ＬＬ層に対する透過率のピークが等しい波長域の光線である。
【０００７】
この様な透過波長域の光線だけが正確に透過するには、第１ＬＬ層２Ａの物理的膜厚に対して、第２ＬＬ層２Ｂ及び第３ＬＬ層２Ｃの各光学的膜厚の誤差が、透過波長域の光線の中心波長の±０．０１％以内に収まっている必要がある。
【０００８】
今、仮に、透過波長域の光線の中心波長を１５４０ｎｍとした場合、前記第１ＬＬ層２Ａ、第２ＬＬ層２Ｂ及び第３ＬＬ層２Ｃの物理的膜厚は、各ＬＬ層の光学的膜圧が中心波長（１５４０ｎｍ）の１／２であることから、約４０００Åとなる。
【０００９】
従って、第１ＬＬ層２Ａの膜厚（物理的膜厚で、４０００Å）に対して、第２ＬＬ層２Ｂ及び第３ＬＬ層２Ｃの各光学的膜厚の誤差が、透過波長域の光線の中心波長（１５４０ｎｍ）の±０．０１％以内、即ち、±０．１５Åに収まっている必要がある。
【００１０】
この様な光通信用のナロウバンドパスフィルタ用多層膜を作成する場合、イオンプレーティング装置等の薄膜形成装置が使用されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
図２は、イオンプレーティング装置の１概略例を示したものである。
【００１２】
図中１１は被排気室で、その上部の中央部には、ホルダー１２にホールドされた基板１３が配置されている。
【００１３】
１４は排気手段である。１５Ａ，１５Ｂは蒸発させるべき材料が収容された坩堝で、前記基板１３の下方に配置される。
【００１４】
１６は電子銃で、前記各坩堝に収容された蒸発材料を蒸発させるための電子ビームを発生する。１７は電子銃電源である。
【００１５】
１８は前記電子銃１６からの電子ビームの進路を偏向電源１９からの偏向信号に従って制御するための偏向器である。
【００１６】
２０は前記基板１３と前記坩堝１５Ａ，１５Ｂ間に配置された高周波コイルで、室外からの高周波電源２１からの高周波電力が印加されている。
【００１７】
２２はガス供給手段である。
この様な構成の装置において、例えば、予め、坩堝１５Ａに低屈折率物質を、坩堝１５Ｂに高屈折率物質を収容させておく。
【００１８】
先ず、被排気室内を排気手段１４により高真空状態（例えば、１×１０−４Ｔｏｒｒ）にしてから、ガス供給手段２２からアルゴンガスを室内に供給し、室内の圧力を少し上げる（例えば、１×１０−２Ｔｏｒｒ）。
【００１９】
そして、高周波電源２１から高周波コイル２０に高周波電力を印加し、室内をプラズマ雰囲気にする。
【００２０】
そして、電子銃１６から電子ビームを発生させ、その電子ビームの進路を偏向器１９により坩堝１５Ｂ収容された蒸発材料（高屈折率物質）に向けてやる。そうすると、高屈折率物質の蒸発粒子はプラズマ雰囲気中でイオン化し、基板１３の表面に付着する。
【００２１】
次に、電子ビームの進路を偏向器１９により坩堝１５Ａに収容された蒸発材料（低屈折率物質）に向けてやる。そうすると、低屈折率物質の蒸発粒子はプラズマ雰囲気中でイオン化し、基板１３の表面に付着する。
【００２２】
この際、坩堝１５Ａ，１５Ｂの直ぐ上には、坩堝の最上面の広さ分の大きさの孔を有し、坩堝１５Ａと１５Ｂの真ん中に回転可能に成した遮蔽板が配置されており、予め決められたタイミングに従って、高屈折率物質を成膜する時には坩堝１５Ｂ上に孔が来るように、低屈折率物質を成膜する時には坩堝１５Ａ上に孔が来るように回転するように成っている。
【００２３】
この様にして高屈折率物質と低屈折率物質の成膜を交互に所定の回数繰り返し、基板１３の上に複数組のＨＬ層を成膜する。尚、各Ｈ層及びＬ層の膜厚は、２０００Åである。
【００２４】
次に、前記複数組のＨＬ層の上に低屈折率物質を４０００Åの厚さに付け（第１ＬＬ層の成膜）、次に、第１ＬＬ層２Ａの上に複数組のＨＬ層を成膜する。
【００２５】
次に、前記複数組のＨＬ層の上に更に複数組のＨＬ層を形成し、該複数組のＨＬ層の上に第２ＬＬ層２Ｂを成膜し、該第２ＬＬ層２Ｂの上に複数組のＨＬ層を成膜する。この様にして、第３ＬＬ層２Ｃも成膜し、該第３ＬＬ層２Ｃの上に複数組のＨＬ層を成形して、図１に示す如き多層膜を形成する。
【００２６】
尚、図２に示す様に、高周波コイル２０を用いて被排気室内をプラズマ雰囲気にするのではなく、別に設けたプラズマ発生装置により、成膜を行う真空容器内の坩堝と基板の間にプラズマを形成し、坩堝からの蒸発粒子をイオン化して基板に付着させるようにしても良い（例えば、特許文献２参照）。
【００２７】
【特許文献１】
特開昭６０−５８７５号公報（第３３１頁右欄〜第３３２頁左上欄、第１図）
【特許文献２】
特開２００２−２５７９３号公報（第（３頁）左欄、図１）
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の装置では、実際上、第１ＬＬ層２Ａの膜厚（物理的膜厚で、４０００Å）に対して、第２ＬＬ層２Ｂ及び第３ＬＬ層２Ｃの各光学的膜厚の誤差が、透過波長域の光線の中心波長（１５４０ｎｍ）の±０．０１％以内、即ち、±０．１５Åに収まらない。
本発明は、この様な問題点を解決する為になされたもので、新規な多層膜形成方法及び成膜装置を提供することを目的とするものである。
【００２９】
【課題を解決するための手段】本発明の多層膜形成方法は、基板を回転させながら蒸発粒子を基板上に成膜するようにした多層膜形成方法において、特定の二層の間の成膜については異なった膜厚傾斜度の成膜が行われるようにしたことを特徴とする。
【００３０】
本発明の成膜装置は、蒸発材料を収容するための坩堝、該坩堝内の蒸発材料を蒸発させるための加熱手段、及び空間を介して坩堝からの蒸発粒子が成膜される回転基板を備えたチャンバーを有する成膜装置において、坩堝を、基板の被成膜面に平行な面に沿って移動させる手段を設けたことを特徴とする。
【００３１】
本発明の成膜装置は、蒸発材料を収容するための坩堝、該坩堝内の蒸発材料を蒸発させるための加熱手段、及び空間を介して坩堝からの蒸発粒子が成膜される回転基板を備えたチャンバーを有する成膜装置において、基板を、基板の被成膜面に平行な面に沿って移動させる手段を設けたことを特徴とする。
【００３２】
本発明の成膜装置は、蒸発材料を収容するための坩堝、該坩堝内の蒸発材料を蒸発させるための加熱手段、及び空間を介して坩堝からの蒸発粒子が成膜される回転基板を備えたチャンバーを有する成膜装置において、坩堝を、基板の被成膜面に平行な面に沿って移動させる手段と、基板を、基板の被成膜面に平行な面に沿って移動させる手段を設けたことを特徴とする。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００３４】
さて、本発明の実施の形態について説明する前に、本発明の原理について説明する。
【００３５】
第１ＬＬ層と、該第１ＬＬ層の後工程で成膜される第２ＬＬ層（若しくは第３ＬＬ層）との間の成膜関係（即ち、第１ＬＬ層の膜厚に対する第２ＬＬ層若しくは第３ＬＬ層の膜厚誤差）に注目すると、従来の薄膜形成装置で、第１ＬＬ層を基板上に成膜した後工程で第２ＬＬ層を成膜すると、図３に示す様な成膜が行われると考えられる。尚、基板上の膜質を平均化するために基板を、例えば、１０００ｒｐｍで回転させながら、基板下方の坩堝内に収容された蒸発材料を電子ビームで蒸発させ、その蒸発粒子を基板に蒸着する場合、基板の中心に近い内周部と中心から遠いい外周部とで膜厚が異なる、いわゆる膜厚傾斜が発生する。この膜厚傾斜には、基板の回転中心と蒸発粒子の飛散中心との距離や、蒸発粒子の飛散方向に対する基板表面の角度などにより、内周部が外周部より厚くなるタイプと、外周部が内周部より厚くなるタイプがあるが、ここでは、内周部が外周部より厚くなるイプの成膜で説明する。
【００３６】
今、基板中心から基板上におけるで距離をＲとした場合、Ｒ＝３０ｍｍで膜厚４０００Å（目標膜厚）の成膜が行われる条件を設定して第１ＬＬ層の成膜を行った時、実際には、図３の成膜特性線Ｐに示す様に、Ｒ＝３０ｍｍで４００３Åで成膜されたとする。この時、Ｒ＝５０ｍｍでの膜圧（外周膜厚：３９９７Å）とＲ＝１０ｍｍでの膜圧（内周膜厚：４００９Å）の差を膜厚傾斜度δとすると、この場合のδは、−１２Å（∵３９９７Å−４００９Å＝−１２Å）となる。
【００３７】
その後、Ｒ＝３０ｍｍで膜厚４００３Å（新たな目標膜厚）の成膜が行われる条件（即ち、膜厚傾斜度−１２Åの成膜が行われる条件）を設定して第２ＬＬ層の成膜を行った時、実際には、成膜特性線Ｐに対し、それぞれ、＋β，−βの較差を有する成膜特性線Ｑｍ，若しくはＱｎに示す成膜が行われる。この較差±βは、新たな目標膜厚に対し、実際に成膜された膜厚が±４Åの誤差範囲に凡そ９５％の確率で収まると考えられる性質のもので、この様な誤差（±β）を有する成膜は、前記した許容誤差（±０．１５Å）にある成膜特性線Ｐｍ，Ｐｎの範囲に収まる確率が凡そ５％と極めて成膜精度の低い成膜となる。
【００３８】
そこで、図４の成膜特性線Ｔに示す様に、膜厚傾斜度が、−１２Åと異なる、例えば、−２４Åの成膜が行われる条件で成膜を行えば、実際の成膜は、Ｔｍ，Ｔｎに示す様に、Ｔに対し誤差±βを有する成膜が行われ、図４に示す様に、成膜特性線Ｐｍ，Ｐｎと交叉する点が出来る。図４では、Ｒが１０ｍｍと３０ｍｍの間と、３０ｍｍと５０ｍｍとの間に出来ている。ＴｎとＰｍが交叉する点とＴｎとＰｎが交叉する点の範囲Ｒａ〜Ｒｂ（即ち、Ｒａｂ）と、ＴｍとＰｍが交叉する点とＴｍとＰｎが交叉する点の範囲Ｒｃ〜Ｒｄ（即ち、Ｒｃｄ）の膜厚誤差は、許容誤差（±０．１５Å）に入る。従って、基板中心からＲａとＲｂの間の領域及び基板中心からＲｃとＲｄの間の領域に形成された多層膜は合格製品と成る。尚、合格する基板内領域は、ＲａｂかＲｃｄの何れか１つであり、他の基板内領域は不合格となる。
【００３９】
図５は本発明の薄膜形成装置の一例を示している。
【００４０】
図中３１は被排気室で、その上部の中央部には、ホルダー３２にホールドされた基板３３が配置されている。
【００４１】
このホルダー３２の中心には回転軸３４が取り付けられており、この回転軸はモーターの如き回転機３５の軸に繋がっている。
【００４２】
この回転機はＹステージ３６、Ｘステージ３７を介して被排気室３１の上壁に取り付けられている。
【００４３】
Ｘステージ３７、Ｙステージ３６は、それぞれ、回転機３５及び回転軸３４を介してホルダー３２を水平面に沿って、Ｘ，Ｙ方向に移動させるものである。
【００４４】
３８は、中央部に前記回転軸３４を回転可能に通す孔が開けられた仕切り板である。
【００４５】
３９は被排気室内を排気するための真空ポンプである。
【００４６】
４０Ａは蒸発させるべき材料が収容された坩堝で、Ｚステージ４１Ａ，電子銃４２Ａ，Ｙステージ４３Ａ，Ｘステージ４４Ａを介して被排気室３１の底壁に取り付けられている。同様に、４０Ｂは蒸発させるべき材料が収容された坩堝で、Ｚステージ４１Ｂ，電子銃４２Ｂ，Ｙステージ４３Ｂ，Ｘステージ４４Ｂを介して被排気室３１の底壁に取り付けられている。
【００４７】
Ｚステージ４１Ａ，４１Ｂは、坩堝４０Ａ，４０Ｂを、それぞれ、高さ方向（Ｚ軸方向）に移動させるもの、Ｙステージ４３Ａ，４３Ｂは、坩堝４０Ａ，４０Ｂを水平面（高さ方向に垂直な面）に沿ってＹ軸方向に移動させるもの、Ｘステージ４４Ａ，４４Ｂは、坩堝４０Ａ，４０Ｂを、それぞれ、水平面（高さ方向に垂直な面）に沿ってＸ軸方向に移動させるものである。
【００４８】
電子銃４２Ａ，４２Ｂは、それぞれ、フィラメント，グリッド，アノードを有し、前記坩堝４０Ａ，４０Ｂ各々の両側には、永久磁石（図示せず）を挟んで磁極板（図示せず）が平行に配置されており、各アノードと坩堝４０Ａ，４０Ｂ各々の間には走査用偏向コイル（図示せず）が配置されている。そして、電子銃４２Ａ，４２Ｂの各フィラメントから発生された電子ビームは、アノードによって加速され、磁極板が作る磁場により２７０°曲げられ、それぞれ、坩堝４０Ａ，４０Ｂ内に収容された蒸発材料に照射される。この際、各電子銃からの電子ビームは、走査用偏向コイルが作る二次元方向走査用磁場により蒸発材料上を二次元的に走査する様に構成されている（電子銃からの電子ビームにより坩堝内の蒸発材料が二次元的に走査される構造は、例えば、特開２００１−０２００６２号公報の図２及びその説明を参照）。
【００４９】
４５は、坩堝４０Ａ，４０Ｂと基板３３との間の空間にプラズマを形成するためのプラズマ発生装置（例えば、特開２００２−２５７９３号公報の図２及びその説明を参照）で、坩堝４０Ａ，４０Ｂと基板３３との間の空間中に電子ビームを放出するものである。この空間中に引き出された電子ビームが、反応ガスボンベ４６からバルブ４７を介して導入された反応ガス（例えば、酸素ガス）や蒸発物質の粒子と衝突して、坩堝４０Ａ，４０Ｂと基板３３との間の空間中にプラズマが発生する。
【００５０】
４８はシールド円板で、図６に示す様に、円板４８Ａを中心にして、ドーナッツ板４８Ｂ，４８Ｃ，４８Ｄが、この順序で同心状に、それぞれが一定間隔を開けて支持棒４９によって支持されている。
【００５１】
支持棒４９はシールド円板回転機５０の回転軸５１に垂直に繋がっており、回転軸５１の回転に従って、該回転軸を中心にして、上下方向に回転する。この回転範囲は、坩堝４０Ａ，４０Ｂから見てシールド円板４８が基板３３を完全に覆う位置から、完全に開放する位置の範囲である。
【００５２】
尚、５２はシールド円板回転機駆動回路、５３はＸステージ駆動回路、５４はＹステージ駆動回路、５５は回転機駆動回路、５６，５７は電子銃電源、５８、６２はＸステージ駆動回路、５９，６３はＹステージ駆動回路、６０，６４はＺステージ駆動回路、６１，６５は走査信号発生回路、６６はプラズマ発生装置駆動機構で、これらの駆動回路、電源、及び駆動機構は、中央制御機構（ＣＰＵ）６７の指令に基づいて作動する。
【００５３】
この様な構成の装置により、基板３３上に、膜厚傾斜度が、例えば、−１２Åの第１ＬＬ層を作成した後の工程で、膜厚傾斜度が、例えば、−２４Åの第２ＬＬ層（若しくは第３ＬＬ層）を作成する場合について説明する。
【００５４】
尚、坩堝４０Ａに低屈折率物質が、坩堝４０Ｂに高屈折率物質が収容されているとする。又、シールド板４８は完全に開放する位置に駆動されている。
【００５５】
予め、実験により、基板の回転中心と蒸発粒子の飛散中心との距離をＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，……………と種々変え、その都度、基板上の基板中心からの各距離ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４，ｒ５，……………における膜厚を測定し、各Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，……………における膜厚傾斜度を算出してリスト化しておく。
【００５６】
先ず、基板３３上に、膜厚傾斜度が−１２Åの第１ＬＬ層を作成する場合には、前記実験により求められているリストから、基板３３の回転中心と蒸発粒子の飛散中心の距離が、膜厚傾斜度が−１２Åに対応する距離Ｄ１２に成るように、Ｘステージ駆動回路６２，Ｙステージ駆動回路６３により、Ｘステージ４４Ａ，Ｙステージ４３Ａをそれぞれ移動させることにより、坩堝４０Ａを移動させる。
【００５７】
この状態において、被排気室３１内を真空ポンプ３９により所定の圧力になるまで排気する。そして、電子銃４２Ａからの電子ビームを坩堝４０Ａに収容された低屈折率物質に導き、低屈折率物質を蒸発させる。又、バルブ４７を開いて、反応ガスボンベ４６から反応ガス（例えば、酸素ガス）を被排気室３１内に導入する。この時同時に、プラズマ発生装置４５内で発生させたプラズマ中の電子を被排気室３１内に引き出す。前記プラズマ発生装置４５から引き出された電子ビームは、前記被排気室３１内に導入された反応ガスや蒸発粒子と衝突し、それらを励起、イオン化させて被排気室内３１内にプラズマを形成する。該プラズマ中のイオン化された蒸発粒子と反応ガスは、基板３３に引き寄せられて付着或いはイオン衝撃を行い、該基板上には第１ＬＬ層の成膜が成される。
【００５８】
この後、基板３３上に第１キャビティーのＨＬ層と第２キャビティーのＨＬ層が形成され、その後、膜厚傾斜度が−２４Åの第２ＬＬ層を作成する。
【００５９】
この第２ＬＬ層を作成する場合には、前記実験により求められているリストから、基板３３の回転中心と蒸発粒子の飛散中心の距離が、膜厚傾斜度が−２４Åに対応する距離Ｄ２４に成るように、Ｘステージ駆動回路６２，Ｙステージ駆動回路６３により、Ｘステージ４４Ａ，Ｙステージ４３Ａをそれぞれ移動させ、第１ＬＬ層の成膜の時と同様にして第２ＬＬ層の成膜が行われる。
【００６０】
前記例では、坩堝を移動させることにより、所望の膜厚傾斜度の成膜が形成される基板３３の回転中心と蒸発粒子の飛散中心の距離を設定するように成したが、その代わりに、Ｘステージ駆動回路５３，Ｙステージ駆動回路５４により、Ｘステージ３７，Ｙステージ３６をそれぞれ移動させて、基板３３を移動する様にしても良い。
【００６１】
或いは、走査信号発生回路６５からの走査信号の周波数を調整することにより、電子銃４２Ａから発生され坩堝４０Ａに収容された低屈折率物質上を走査する電子ビームの走査状態を変えるようにしても良い。即ち、蒸発材料上の電子ビームの走査密度を上げると蒸発量は多くなり、下げると少なくなるので、走査信号の周波数をコントロールすることにより、任意の膜厚傾斜度の成膜が行える。そこで、予め、走査信号発生回路６５から走査用偏向コイル（図示せず）に、種々の周波数の走査信号を与え、その都度、膜厚傾斜度を測定して、走査信号の周波数と膜厚傾斜度のリストを作成しておき、該リストに基づいて、第１ＬＬ層の成膜時には−１２Åの膜厚傾斜度の成膜が行える周波数にし、第２ＬＬ層或いは第３ＬＬ層の成膜時には−２４Åの膜厚傾斜度の成膜が行える周波数をコントロールしても良い。
【００６２】
前記各例は、基板内に合格領域を１箇所作成する例であったが、次に、複数箇所の合格領域を作成する例を説明する。
【００６３】
膜厚傾斜度−１２Åとなるように基板３３上に第１ＬＬ層を作成した後工程において、膜厚傾斜度−１２Åを新たな成膜条件に設定し、シールド円板４８を開放した状態で第２ＬＬ層若しくは第３ＬＬ層の成膜を行った時には、前記図３で説明したように、成膜特性線Ｑｍ，若しくはＱｎに示す成膜が行われ、合格する領域が０となってしまう。
【００６４】
そこで、シールド円板回転駆動回路５２からの指令により、シールド円板回転機５０を作動させ、シールド円板４８を基板３３に平行な状態にする。
【００６５】
この状態で成膜を行うと、シールド円板４８の孔の空いた箇所に対向する基板表面部には相対的に厚く膜が付き、円板及びドーナッツ板に対向した基板表面部には相対的に薄く膜が付く。尚、基板表面の膜の厚さは、孔の中心部に対向する箇所が最も厚く、孔の中心部から外れるに従ってその厚さが減り、円板及びドーナッツ板の中心部に対向する箇所が最も薄く、ドーナッツ板の中心部ら外れるに従ってその厚さが増える。その結果、理想的（誤差がなければ）には、図７のＵ（実際には、膜厚誤差±βがあるので、Ｕｍ，Ｕｎ）に示す波状の成膜特性線で表される成膜が行われる。
【００６６】
この波状成膜特性線は成膜特性線Ｐｍ若しくはＰｎに２箇所以上（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，………或いは、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，………）で交叉する。
【００６７】
従って、基板中心から少なくとも２箇所の領域で作成された多層膜は合格製品と成る。
【００６８】
尚、図４に示す成膜特性線ＴｍとＰｍ及びＰｎの交叉、若しくはＴｎとＰｍ及びＰｎの交叉から明らかなように、成膜特性線Ｔｍ若しくはＴｎの傾斜角度をＰに近づけることが出来れば、即ち、膜厚誤差｜β｜を４Åより小さくできれば、合格領域の面積を大きくすることが出来る。その為に、次の様な工夫が行われる。
【００６９】
工夫１．
坩堝を深くし、蒸発材料の収容量を多くすることにより、蒸発材料の温度を安定化し、沸騰し難くし、蒸発の安定化を図れる。又、蒸発材料の蒸発により溶融している蒸発材料の上面の高さが低くなると、蒸発材料の上面における電子ビームの強度が変化する。そこで、蒸発材料の上面の高さの変化に応じて坩堝をＺステージにより上方に移動させ、蒸発材料の上面における電子ビームの強度が変化しないようにする。この様に、蒸発の安定化を図り、蒸発材料の上面における電子ビームの強度が変化が小さくすると、膜厚誤差が小さい。
【００７０】
工夫２．
図８に示す様に、例えば、タングステン線を渦巻き状に巻いて、見かけ上、円板状に形成したフィラメントＦ，グリッドＧ及び引出電極Ｈからなる電子銃において、引出電極Ｈとして、中心に電子ビーム通過孔Ｈａを有する対称管形状のものを使用し、フィラメントＦの直径と引出電極Ｈの孔の直径を大略４：５（例えば、１２ｍｍと１５ｍｍ）にし、フィラメントＦから引出電極Ｈのフィラメントよりの表面までの距離をフィラメント直径の大略６０％〜引出電極の孔の直径の５０％とする。この様な構成により、フィラメントＦから引き出された電子ビームの広がりが小さくなり、この様な電子ビームが坩堝内の蒸発材料に照射された場合、溶融蒸発材料の液面の変動が少ない。この様に、溶融蒸発材料の液面の変動が少ないと、膜厚誤差が小さい。
【００７１】
工夫３．
フィラメントＦと引出電極Ｈの距離が小さいほど放電が起きやすいので、図８に示す様に、フィラメントＦから引出電極Ｈのフィラメントよりの表面までの距離をフィラメント直径の大略６０％〜引出電極の孔の直径の５０％とすると共に、引出電極に電子ビームが当たり引出電極からガスが発生すると放電が起きやすくなるので、引出電極としてガス放出の少ない材料（例えば、インコネルの如きニッケルを多く含むステンレス）で形成する。或いは、引出電極Ｈの表面を、例えば、窒化合金属でコーティングし、電極表面の荒れを無くし、放電を起き難くする。或いは、引出電極ＨとグリッドＧとの間に印加される引出電圧が大きいと沢山の電子ビームを引き出すことは出来るが放電が起きやすいので、引き出せる電子ビームの量を変えないで引出電圧を小さく出来る形状の引出電極（図８に示す様な、グリッドＧに対向する面の内側部Ｈｂが尖っている尖端型引出電極）を使用する。この様に、電子銃において放電発生を抑制することにより、膜厚誤差を小さくすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】光学通信用のナロウバンドパスフィルタ用３キャビティー用多層膜の構造を示す。
【図２】イオンプレーティング装置の１概略例を示している。
【図３】従来の成膜の説明に用いた成膜特性線の一例を示している。
【図４】本発明の原理の説明に用いた成膜特性線の一例を示している。
【図５】本発明の薄膜形成装置の１概略例を示している。
【図６】図５に示す薄膜形成装置の一部詳細図である。
【図７】基板上に複数箇所の合格製品を作成するための成膜方法の説明に用いた成膜特性線の一例を示している。
【図８】膜厚誤差を小さくするために使用される電子銃の概略例を示している。
【符号の説明】
１…基板
２Ａ…第１ＬＬ層
２Ｂ…第２ＬＬ層
２Ｃ…第３ＬＬ層
Ｈ…高屈折率薄膜
Ｌ…低屈折率薄膜
１１…被排気室
１２…ホルダー
１３…基板
１４…排気手段
１５Ａ，１５ｂ…坩堝
１６…電子銃
１７…電子銃電源
１８…偏向器
１９…偏向電源
２０…高周波コイル
２１…高周波電源
２２…ガス供給手段
３１…被排気室
３２…ホルダー
３３…基板
３４…回転軸
３５…回転機
３６…Ｙステージ
３７…Ｘステージ
３８…仕切り板
３９…真空ポンプ
４０Ａ，４０Ｂ…坩堝
４１Ａ，４１Ｂ…Ｚステージ
４２Ａ，４２Ｂ…電子銃
４３Ａ，４３Ｂ…Ｙステージ
４４Ａ，４４Ｂ…Ｘステージ
４５…プラズマ発生装置
４６…反応ガスボンベ
４７…バルブ
４８…シールド円板
４８Ａ…円板
４８Ｂ，４８Ｃ，４８Ｄ…ドーナッツ板
４９…支持棒
５０…シールド円板回転機
５１…回転軸
５２…シールド円板回転機駆動回路
５３…Ｘステージ駆動回路
５４…Ｙステージ駆動回路
５５…回転機駆動回路
５６，５７…電子銃電源
５８，６２…Ｘステージ駆動回路
５９，６３…Ｙステージ駆動回路
６０，６４…Ｚステージ駆動回路
６１，６５…走査信号発生回路
６６…プラズマ発生装置駆動機構
６７…中央制御機構（ＣＰＵ）
６０，６４…Ｚステージ駆動回路
Ｆ…フィラメント
Ｇ …グリッド
Ｈ…引出電極
Ｈａ…孔
Ｈｂ…尖端部
Claims (13)
- 基板を回転させながら蒸発粒子を基板上に成膜するようにした多層膜形成方法において、特定の二層の間の成膜については異なった膜厚傾斜度の成膜が行われるようにした多層膜形成方法。
- 蒸発材料を収容するための坩堝、該坩堝内の蒸発材料を蒸発させるための加熱手段、及び空間を介して坩堝からの蒸発粒子が成膜される回転基板を備えたチャンバーを有する成膜装置において、坩堝を、基板の被成膜面に平行な面に沿って移動させる手段を設けた成膜装置。
- 蒸発材料を収容するための坩堝、該坩堝内の蒸発材料を蒸発させるための加熱手段、及び空間を介して坩堝からの蒸発粒子が成膜される回転基板を備えたチャンバーを有する成膜装置において、基板を、基板の被成膜面に平行な面に沿って移動させる手段を設けた成膜装置。
- 蒸発材料を収容するための坩堝、該坩堝内の蒸発材料を蒸発させるための加熱手段、及び空間を介して坩堝からの蒸発粒子が成膜される回転基板を備えたチャンバーを有する成膜装置において、坩堝を、基板の被成膜面に平行な面に沿って移動させる手段と、基板を、基板の被成膜面に平行な面に沿って移動させる手段を設けた成膜装置。
- 坩堝内の蒸発材料を蒸発させるための加熱手段は、電子銃及び電子銃からの電子ビームを蒸発材料上に導く偏向器、及び、電子ビームで蒸発材料上を走査するための走査器から成り、走査器に供給する走査信号の周波数を調整出来るように成した請求項２，３，４に記載した何れかの成膜装置。
- 予め求めておいた回転基板の回転中心と蒸発粒子の飛散中心との距離に対する膜厚傾斜度の関係に基づいて、基板を移動させるように成した請求項２記載の成膜装置。
- 予め求めておいた回転基板の回転中心と蒸発粒子の飛散中心との距離に対する膜厚傾斜度の関係に基づいて、坩堝を移動させるように成した請求項３記載の成膜装置。
- 予め求めておいた電子ビームの走査周波数に対する膜厚傾斜度の関係に基づいて、走査器に供給する走査信号の周波数を調整するように成した請求項５記載の成膜装置。
- 小円板の周りに間隔を開けて、径の異なる複数のドーナッツ板が互いに間隔を開けて同心円状に配置されるように、前記円板及び各ドーナッツ板を支持体に支持させて成るシールド円板を、坩堝と回転基板の空間において、基板に平行に置かれるように回転可能に配設した請求項２，３，４，５に記載した何れかの成膜装置。
- 電子銃はフィラメント，グリッド，引出電極を備えており、引出電極は中心に電子ビーム通過孔を有する対称管形状を成し、フィラメントの径と引出電極の孔径を大略４：５に形成し、フィラメントと引出電極間の距離をフィラメント径の大略６０％から引出電極の孔径の５０％に成した請求項５に記載の成膜装置。
- 引出電極をインコネルで形成した請求項１０記載の成膜装置。
- 引出電極の表面を、窒化合金でコーティングした請求項１０記載の成膜装置。
- グリッドに対向する引出電極の面の内、電子ビーム通過孔の近傍部分に尖部を形成した請求項１０記載の成膜装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003004086A JP2004217962A (ja) | 2003-01-10 | 2003-01-10 | 多層膜形成方法及び成膜装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2003004086A JP2004217962A (ja) | 2003-01-10 | 2003-01-10 | 多層膜形成方法及び成膜装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004217962A true JP2004217962A (ja) | 2004-08-05 |
Family
ID=32895160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003004086A Withdrawn JP2004217962A (ja) | 2003-01-10 | 2003-01-10 | 多層膜形成方法及び成膜装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2004217962A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011518954A (ja) * | 2008-04-28 | 2011-06-30 | ライトラブ・スウェーデン・エービー | 蒸着システム |
| KR20150015359A (ko) * | 2013-07-31 | 2015-02-10 | 히다치 조센 가부시키가이샤 | 전자빔 증착장치 |
-
2003
- 2003-01-10 JP JP2003004086A patent/JP2004217962A/ja not_active Withdrawn
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| KR102240886B1 (ko) * | 2013-07-31 | 2021-04-14 | 히다치 조센 가부시키가이샤 | 전자빔 증착장치 |
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