JP2014133907A

JP2014133907A - Film deposition device

Info

Publication number: JP2014133907A
Application number: JP2013000862A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Nakai; 秀和中井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-01-08
Filing date: 2013-01-08
Publication date: 2014-07-24

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film deposition device capable of forming a film having a homogeneous characteristic with less variation of a laser output, even in a film deposition device using a laser light source.SOLUTION: A film deposition device 1 comprises: a film deposition chamber 2, a laser light source 4 for emitting laser beam 3 in the film deposition chamber 2, a rotation mechanism 5 for rotating the laser light source 4, a control part 6 for controlling rotation of the laser light source 4, and a polarization element 7 for adjusting a laser output of the laser beam 3. A film deposited body 8 on which a film is formed, an evaporation source 11 in which plural containers 11v containing an evaporation material 10 are housed, and a measuring instrument 13 for measuring deposited film thickness are installed in the film deposition chamber 2. Thereby, energy of adjusted laser beam 3k can be quickly and precisely controlled, and a splash amount of the evaporation material can be controlled at high precision, so as to form a film with uniform density.

Description

本発明は、被成膜体に膜を蒸着形成するための成膜装置に関するものである。 The present invention relates to a film forming apparatus for depositing a film on an object to be formed.

膜を蒸着形成する成膜技術は、近年広く普及したデジタル機器と関わりの深い技術である。例えば、スマートフォンのタッチパネルには、指先の動きを感知できるよう、電気抵抗、もしくは、静電容量の変化を検知するためのＩＴＯ膜（Ｉｎ_２Ｏ_３，ＳｎＯ_２：ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）が形成されている。また、デジタルカメラなどの光学系を構成する光学レンズや光学ミラーには、撮影した像の光量を受光素子まで低下させないように、反射防止膜や高反射膜が形成されている。 A film formation technique for forming a film by vapor deposition is a technique closely related to digital devices that have been widely spread in recent years. For example, an ITO film (In ₂ O ₃ , SnO ₂ : Indium Tin Oxide) for detecting a change in electrical resistance or capacitance is formed on a touch panel of a smartphone so that the movement of a fingertip can be detected. Yes. In addition, an antireflection film or a high reflection film is formed on an optical lens or an optical mirror constituting an optical system such as a digital camera so as not to reduce the light amount of the photographed image to the light receiving element.

これらの膜を蒸着形成するために用いられる主な成膜手法は、真空中の容器内で材料を加熱して「蒸気化」させ、基板に「付着」させることで膜を形成する蒸着技術である。材料にエネルギーを供給する方法としては、抵抗加熱による方法や、電子銃による加熱方法などが知られている。加熱源から投入されたエネルギーを熱として利用するため、別名、熱蒸着とも呼ばれる。 The main film formation method used to form these films by vapor deposition is a vapor deposition technique in which the material is heated to "vaporize" in a vacuum container and "attached" to the substrate to form the film. is there. Known methods for supplying energy to the material include a resistance heating method and an electron gun heating method. Since the energy input from the heating source is used as heat, it is also called thermal vapor deposition.

抵抗加熱法は、電流が抵抗体を流れる際に発生するジュール熱を利用して加熱する方法であり、坩堝内の材料にフィラメントを通して熱エネルギーを供給する方法や、容器自体が発熱体となって、充填された材料にエネルギーを供給する方法がある。抵抗加熱を利用した装置は、構造が簡単で安価であるため、研究用途や試験用途に広く普及している。一方、投入できるエネルギーが低いため、高成膜速度での蒸着が困難という問題がある。 The resistance heating method is a method of heating using Joule heat generated when an electric current flows through a resistor, a method of supplying thermal energy through a filament to a material in a crucible, or a container itself as a heating element. There is a method of supplying energy to the filled material. An apparatus using resistance heating has a simple structure and is inexpensive, and is widely used for research and test applications. On the other hand, since the energy that can be input is low, there is a problem that vapor deposition at a high film formation rate is difficult.

電子銃による加熱法は、加熱されたフィラメントから熱電子を取り出し、電位差により電子を加速させて、材料に衝突させて加熱する方法である。飛散した蒸着材によりフィラメントが汚染されることを防ぐため、磁場により電子を１８０度、もしくは、２７０度偏向させる対策が施されている。非常に高いエネルギーを持つ状態にまで電子を加速することができるだけでなく、材料を直接加熱することができることから、抵抗加熱法に比べて汚染の少ない膜を得ることができる。現在では、工業用途に最も普及した加熱法である。一方、原材料として用いた物質の組成比と、基板に形成された膜の組成比が異なる問題も指摘されている。 The heating method using an electron gun is a method in which thermoelectrons are taken out of a heated filament, accelerated by a potential difference, collided with a material, and heated. In order to prevent the filaments from being contaminated by the scattered vapor deposition material, measures are taken to deflect the electrons 180 degrees or 270 degrees by the magnetic field. Not only can electrons be accelerated to a state having very high energy, but also the material can be directly heated, so that a film with less contamination can be obtained as compared with the resistance heating method. Currently, it is the most popular heating method for industrial applications. On the other hand, a problem has been pointed out that the composition ratio of a substance used as a raw material is different from the composition ratio of a film formed on a substrate.

これらの成膜方法の問題点を解決する方法として、特許文献１の成膜装置では、成膜室１０の外部にレーザビームを発する光源２２が設けられている。この光源２２からのレーザビームは光導入窓１４を通り、蒸着材料１６に照射される。レーザビームの照射により、蒸着材料１６が気化され、基板３０に膜が形成される。この成膜装置においては、光センサでレーザビーム強度を検知し、光源の出力の調整を行っている。これにより、気化された蒸着材料は組成比が変化しないため、緻密な薄膜、歪みや欠陥の少ない均質な薄膜を形成することができる。 As a method for solving the problems of these film forming methods, in the film forming apparatus of Patent Document 1, a light source 22 that emits a laser beam is provided outside the film forming chamber 10. The laser beam from the light source 22 passes through the light introduction window 14 and is irradiated onto the vapor deposition material 16. The vapor deposition material 16 is vaporized by the laser beam irradiation, and a film is formed on the substrate 30. In this film forming apparatus, the intensity of the laser beam is detected by an optical sensor and the output of the light source is adjusted. Thereby, since the composition ratio of the vaporized vapor deposition material does not change, a dense thin film and a homogeneous thin film with few distortions and defects can be formed.

特開２００７−２１１３１６号公報JP 2007-212316 A

従来のレーザビームを用いた成膜装置においては、レーザビームを発するレーザ光源は、励起源からレーザ媒質に光エネルギーもしくは電気エネルギーを供給して、レーザ光を取り出す。例えば、ＣＯ_２レーザであれば、共振器内に炭酸ガス（ＣＯ_２ガス）が充填されており、電極からの放電で発生した電子が衝突することでＣＯ_２分子を励起し、自然放出した光を起点として誘導放出でレーザ光が発生する。しかしながら、レーザ光源においては、入力電流を制御することで光量もしくは放電量を調整してレーザ出力を制御するが、外気温、冷却水温度、充填されたガスの状態等の変動によって、レーザ出力の特性にばらつきが生じる。例えば、入力電流に対するレーザ光の出力特性（図１６に示す。）において、入力電流が同じであっても、レーザ出力には幅があるため、目標とするレーザ出力を得るためには、その変化量を確認しながら入力電流を調整する必要があり、このため、応答性が遅くなる。また、図１７に示すように、レーザ出力と時間との関係においても、従来のレーザ光源では、レーザ出力を調整した場合、共振器内におけるガスの状態や温度が変動するため、しばらくはレーザ出力が変動を繰り返す不安定な挙動が発生する。このため、レーザ出力を正確に制御することができないといった問題があった。 In a conventional film forming apparatus using a laser beam, a laser light source that emits a laser beam supplies light energy or electric energy from an excitation source to a laser medium to extract laser light. For example, in the case of a CO ₂ laser, carbon dioxide gas (CO ₂ gas) is filled in the resonator, and light emitted spontaneously by exciting CO ₂ molecules by colliding with electrons generated by discharge from the electrodes. A laser beam is generated by stimulated emission starting from. However, in a laser light source, the laser output is controlled by adjusting the amount of light or the amount of discharge by controlling the input current, but the laser output varies depending on fluctuations in the outside air temperature, the cooling water temperature, the state of the filled gas, etc. Variations in characteristics occur. For example, in the output characteristics of laser light with respect to the input current (shown in FIG. 16), even if the input current is the same, the laser output has a width, so that the change is necessary to obtain the target laser output. It is necessary to adjust the input current while checking the amount, which slows down the responsiveness. Also, as shown in FIG. 17, in the relationship between laser output and time, in the conventional laser light source, when the laser output is adjusted, the gas state and temperature in the resonator fluctuate. Unstable behavior that repeats fluctuations occurs. For this reason, there was a problem that the laser output could not be accurately controlled.

このように、従来の成膜装置においては、レーザ光源の発振特性にばらつきがあり、レーザ出力を正確かつ迅速に制御することができなかった。このため、蒸着材の飛散量が変動してしまい、形成された膜の密度が一定ではなくなるため、屈折率が不均質な膜が形成されていた。また、光学膜における光学特性は、屈折率と物理膜厚の積で求まる光学膜厚に依存するため、設計通りの特性を持つ膜を作製することができなかった。 As described above, in the conventional film forming apparatus, the oscillation characteristics of the laser light source vary, and the laser output cannot be controlled accurately and quickly. For this reason, the scattering amount of the vapor deposition material fluctuates, and the density of the formed film is not constant, so that a film having an inhomogeneous refractive index is formed. In addition, since the optical characteristics of the optical film depend on the optical film thickness obtained by the product of the refractive index and the physical film thickness, a film having the designed characteristics cannot be produced.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、レーザ光源を用いた成膜装置においても、レーザ出力の変動が少なく、均質な特性を持つ膜を形成することができる成膜装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and in a film forming apparatus using a laser light source, film formation with a uniform characteristic can be formed with little fluctuation in laser output. The object is to provide a device.

上記課題を解決するために、本発明の成膜装置は、被成膜体に膜を蒸着形成する成膜室と、前記成膜室内に供給する蒸着材を収納する蒸着材収納部と、前記蒸着材料にレーザ光を照射して、前記蒸着材を蒸発させるレーザ光源と、前記レーザ光の出力を調整する偏光素子と、を備え、前記レーザ光源の偏光方向と前記偏光素子の偏光透過軸とのなす角度を変更することにより、前記レーザ光の出力を調整することを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, a film forming apparatus of the present invention includes a film forming chamber for forming a film on a film formation target, a vapor deposition material storage unit for storing a vapor deposition material to be supplied into the film forming chamber, A laser light source that irradiates the vapor deposition material with laser light to evaporate the vapor deposition material; and a polarizing element that adjusts the output of the laser light, and a polarization direction of the laser light source and a polarization transmission axis of the polarizing element; The output of the laser beam is adjusted by changing the angle formed by.

本発明の成膜装置によれば、レーザ光源からのレーザ出力を偏光素子を利用して調整することにより、蒸着材に印加されるレーザ光のエネルギーを迅速かつ正確に制御することができ、蒸着材の飛散量を高精度に制御することが可能となり、密度の均一な膜が形成されることで、設計通りの光学特性を有する膜を得ることができる。 According to the film forming apparatus of the present invention, by adjusting the laser output from the laser light source using the polarizing element, the energy of the laser light applied to the vapor deposition material can be quickly and accurately controlled. The amount of material scattering can be controlled with high accuracy, and a film having a uniform density can be formed, whereby a film having optical characteristics as designed can be obtained.

実施の形態１に係る成膜装置を示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram showing a film forming apparatus according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態１に係る成膜装置におけるレーザ光源と偏光素子との関係を示す図である。4 is a diagram illustrating a relationship between a laser light source and a polarizing element in the film forming apparatus according to Embodiment 1. FIG. ワイヤグリッド偏光子を通過するレーザ光の偏光状態を示す図である。It is a figure which shows the polarization state of the laser beam which passes a wire grid polarizer. 偏光ビームスプリッタにより反射及び透過されるレーザ光の偏光状態を示す図である。It is a figure which shows the polarization state of the laser beam reflected and permeate | transmitted by a polarization beam splitter. 実施の形態１に係る成膜装置を用いて作製された反射防止膜の反射率の波長特性の例を示す図である。6 is a diagram illustrating an example of wavelength characteristics of reflectance of an antireflection film manufactured using the film forming apparatus according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態２に係る成膜装置を示す概略構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a film forming apparatus according to a second embodiment. Ｇｅ表面における波長と反射率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the wavelength in Ge surface, and a reflectance. 実施の形態３に係る成膜装置を示す概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a film forming apparatus according to a third embodiment. ＳｉＯ_２表面における入射角と反射率との関係を示す図である。It is a view showing the relationship between the incident angle and the reflectance in the SiO ₂ surface. 実施の形態４に係る成膜装置を示す概略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a film forming apparatus according to a fourth embodiment. 実施の形態４に係る成膜装置におけるレーザ光源と偏光素子との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the laser light source and polarizing element in the film-forming apparatus which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施の形態５に係る成膜装置を示す概略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a film forming apparatus according to a fifth embodiment. 実施の形態５に係る成膜装置に使用される走査用反射鏡の概略構成図である。6 is a schematic configuration diagram of a scanning reflecting mirror used in a film forming apparatus according to Embodiment 5. FIG. 図１３の走査用反射鏡により蒸着材料にレーザ光を照射する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a laser beam is irradiated to vapor deposition material by the reflective mirror for scanning of FIG. リングモードのレーザ光におけるエネルギーの面内分布を示す図である。It is a figure which shows in-plane distribution of the energy in the laser beam of a ring mode. 入力電流に対するレーザ出力の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the laser output with respect to input current. レーザ出力と時間との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a laser output and time.

以下、本発明の実施の形態に係る成膜装置について、図１〜図１５を参照して説明する。 Hereinafter, a film forming apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る成膜装置を示す概略構成図であり、図２は、実施の形態１に係る成膜装置におけるレーザ光源と偏光素子との関係を示す図である。図３は、ワイヤグリッド偏光子を通過するレーザ光の偏光状態を示す図、図４は、偏光ビームスプリッタにより反射及び透過されるレーザ光の偏光状態を示す図である。また、図５は、この成膜装置を用いて作製された反射防止膜の反射率の波長特性の例を示す図である。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a film forming apparatus according to the first embodiment, and FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between a laser light source and a polarizing element in the film forming apparatus according to the first embodiment. FIG. 3 is a diagram illustrating a polarization state of laser light passing through a wire grid polarizer, and FIG. 4 is a diagram illustrating a polarization state of laser light reflected and transmitted by a polarization beam splitter. FIG. 5 is a diagram showing an example of the wavelength characteristic of the reflectance of the antireflection film manufactured using this film forming apparatus.

図１に示すように、成膜装置１は、真空状態にされる成膜室２と、成膜室２内にレーザ光３を出射するレーザ光源４と、レーザ光源４を回転させる回転機構５と、レーザ光源４の回転を制御する制御部６と、レーザ光源４からのレーザ光３のレーザ出力を調整する偏光素子７と、で構成されている。この成膜室２内には、表面に被膜が形成される被成膜体８と、この被成膜体８を保持するとともに回転させる保持機構９と、蒸着材１０が充填された複数の容器１１ｖが収納され回転可能な蒸着材収納部である蒸発源１１と、被成膜体８と蒸発源１１との間に開閉可能に設けられた遮蔽板１２と、蒸着材１０による成膜膜厚を計測する計測器１３とが設置されている。なお、レーザ光３は、成膜室２に設けられたレーザ光３の波長λに対して透明な窓１４を通して、成膜室２内に導入され、蒸着材１０を溶融蒸発させるために照射される。 As shown in FIG. 1, a film forming apparatus 1 includes a film forming chamber 2 that is evacuated, a laser light source 4 that emits laser light 3 into the film forming chamber 2, and a rotating mechanism 5 that rotates the laser light source 4. And a control unit 6 that controls the rotation of the laser light source 4 and a polarizing element 7 that adjusts the laser output of the laser light 3 from the laser light source 4. In the film forming chamber 2, a film forming body 8 on which a film is formed, a holding mechanism 9 for holding and rotating the film forming body 8, and a plurality of containers filled with a vapor deposition material 10 11v is an evaporation source 11 that is a rotatable evaporation material storage unit, a shielding plate 12 that can be opened and closed between the deposition target 8 and the evaporation source 11, and a film thickness formed by the evaporation material 10. And a measuring instrument 13 for measuring. The laser beam 3 is introduced into the film forming chamber 2 through a window 14 that is transparent to the wavelength λ of the laser light 3 provided in the film forming chamber 2 and is irradiated to melt and evaporate the vapor deposition material 10. The

次に、実施の形態１に係る成膜装置の動作及び効果について図１から図５を参照して説明する。成膜の手順としては、まず、大気を導入して成膜室２を開放し、蒸発源１１の所定の容器１１ｖに成膜する材料の蒸着材１０を充填する。ここで、容器１１ｖとしては、例えば、坩堝を使用することができる。保持機構９には、準備した被成膜体８を設置する。準備が完了したら、成膜室２を排気する。成膜時の一般的な圧力は、１０^−３〜１０^−５Ｐａ程度であるが、蒸着材１０の種類や目的とする膜の性質に応じて、圧力を選択する。同時に、加熱源として用いるレーザ光源４の暖気運転を行い、安定したレーザ出力が得られる状態にする。 Next, operations and effects of the film forming apparatus according to Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. As a film forming procedure, first, the air is introduced to open the film forming chamber 2, and a predetermined container 11 v of the evaporation source 11 is filled with a vapor deposition material 10 of a material to be formed. Here, as the container 11v, for example, a crucible can be used. The prepared film formation target 8 is installed in the holding mechanism 9. When the preparation is completed, the film formation chamber 2 is evacuated. The general pressure at the time of film formation is about 10 ⁻³ to 10 ⁻⁵ Pa, but the pressure is selected according to the type of the vapor deposition material 10 and the properties of the target film. At the same time, the laser light source 4 used as a heating source is warmed up to obtain a stable laser output.

成膜室２の圧力が目標値に達した後、レーザ光３が蒸着材１０に照射されて、そのエネルギーを吸収して、蒸着材１０が溶融される、その後、気化（もしくは昇華）され、気体へと変化する。気化が安定するまでは、飛散量の変動や飛沫が発生するので、蒸発源１１と被成膜体８との間に設けられた遮蔽板１２を閉じておく。 After the pressure in the film formation chamber 2 reaches the target value, the laser beam 3 is irradiated to the vapor deposition material 10 to absorb the energy thereof, and the vapor deposition material 10 is melted, and then vaporized (or sublimated), Change to gas. Until the vaporization is stabilized, fluctuations in the amount of splash and splashes occur. Therefore, the shielding plate 12 provided between the evaporation source 11 and the film formation target 8 is closed.

レーザ出力が安定し、さらに蒸着材１０の気化が安定した状態で、成膜を開始する。遮蔽板１２を開けると、気化した蒸着材１０は、対向して設置された被成膜体８に向かって飛散され、被成膜体８の表面で衝突して被膜が形成される。この際、保持機構９をその中心軸９ｃに対して回転させることで、回転方向に対する被膜の膜厚の均一化が図られる。計測器１３により目標とする膜厚が得られたら、遮蔽板１２を閉じ、蒸発源１１をその中心軸１１ｃに対して回転させ、他の容器１１ｖに入れられた新たな蒸着材１０を選択し、同様にして、次の層の被膜を形成する。成膜終了後、成膜室２を大気開放して被成膜体８を取り出す。被膜の成膜速度の調整は、蒸着材１０へ照射されるレーザ光３のエネルギー（光量）を制御することによって行う。 Film formation is started in a state where the laser output is stable and the vaporization of the vapor deposition material 10 is stable. When the shielding plate 12 is opened, the vaporized vapor deposition material 10 is scattered toward the film formation target 8 disposed oppositely, and collides with the surface of the film formation target 8 to form a film. At this time, by rotating the holding mechanism 9 with respect to the central axis 9c, the film thickness of the coating film can be made uniform in the rotation direction. When the target film thickness is obtained by the measuring instrument 13, the shielding plate 12 is closed, the evaporation source 11 is rotated with respect to the central axis 11c, and a new vapor deposition material 10 placed in another container 11v is selected. In the same manner, a film of the next layer is formed. After the film formation is completed, the film formation chamber 2 is opened to the atmosphere, and the film formation target 8 is taken out. The film forming speed is adjusted by controlling the energy (light quantity) of the laser beam 3 irradiated to the vapor deposition material 10.

図２に、本実施の形態での成膜装置１におけるレーザ光源４と偏光素子７との関係を示す。偏光素子は、特定方向に偏光した光のみを透過させる光学素子である。なお、図中の両端矢印は偏光方向を示す。例えば、図３に示すワイヤグリッド型偏光子２０では、入射された光２１のワイヤグリッド方向２０ｗに偏光した成分の光が吸収され、ワイヤグリッド方向２０ｗと垂直に偏光した光２１ｋが透過される。また、図４に示す偏光ビームスプリッタ型偏光子３０では、入射された光３１の電場の振動方向が入射面に垂直な偏光成分を持つＳ偏光（Ｓ波）３２ｍが反射され、電場の振動方向が入射面に平行な偏光成分を持つＰ偏光（Ｐ波）３２ｋの光が透過される。ここでは、直線偏光のレーザ光３を出力するレーザ光源４と、偏光素子７としてワイヤグリッド型偏光子７を用いた成膜装置１を例として、図２を参照して説明する。偏光素子７の偏光透過軸７ｐ（ワイヤグリッド方向と垂直である。）を基準として、レーザ光源４本体を回転させ、レーザ光３の偏光方向３ｈを偏光素子７の偏光透過軸７ｐに対して角度θだけ回転させた場合、偏光素子７を透過した後のレーザ光３ｋにおける電場Ｅ_Ｔは、
Ｅ_Ｔ＝χＥ_０ｃｏｓθ （１）
と表される。ここで、Ｅ_０はレーザ光源４から出射されたレーザ光３の電場、χは偏光素子７の性能に依存する定数である。レーザ光３のエネルギーは電場の２乗に比例するため、偏光素子７を透過した後のレーザ光３のエネルギーＩ_Ｔは、
Ｉ_Ｔ＝χ^２Ｉ_０ｃｏｓ^２θ （２）
となる。ここで、Ｉ_０はレーザ光源４から出射されたレーザ光３のエネルギーである。 FIG. 2 shows the relationship between the laser light source 4 and the polarizing element 7 in the film forming apparatus 1 according to the present embodiment. The polarizing element is an optical element that transmits only light polarized in a specific direction. In addition, the double-sided arrow in a figure shows a polarization direction. For example, in the wire grid type polarizer 20 shown in FIG. 3, the light component polarized in the wire grid direction 20w of the incident light 21 is absorbed, and the light 21k polarized perpendicular to the wire grid direction 20w is transmitted. In addition, in the polarizing beam splitter type polarizer 30 shown in FIG. 4, the oscillating direction of the electric field of the incident light 31 is reflected by the S-polarized light (S wave) 32m having a polarization component perpendicular to the incident surface. P-polarized light (P wave) 32k having a polarization component parallel to the incident surface is transmitted. Here, a film forming apparatus 1 using a laser light source 4 that outputs linearly polarized laser light 3 and a wire grid type polarizer 7 as a polarizing element 7 will be described as an example with reference to FIG. The main body of the laser light source 4 is rotated with reference to the polarization transmission axis 7p of the polarization element 7 (perpendicular to the wire grid direction), and the polarization direction 3h of the laser light 3 is angled with respect to the polarization transmission axis 7p of the polarization element 7. If rotated by theta, the electric field E _T of the laser beam 3k after being transmitted through the polarizing element 7,
E _T = χE ₀ cos θ (1)
It is expressed. Here, E ₀ is an electric field of the laser light 3 emitted from the laser light source 4, and χ is a constant depending on the performance of the polarizing element 7. Since the energy of the laser beam 3 is proportional to the square of the electric field, the energy I _T of the laser beam 3 after passing through the polarizing element 7,
I _T = χ ² I ₀ cos ² θ (2)
It becomes. Here, I ₀ is the energy of the laser beam 3 emitted from the laser light source 4.

このことから、レーザ光３の偏光方向３ｈと偏光素子７の偏光透過軸７ｐとがなす角度θを調整することで、レーザ光３のエネルギーを制御することができる。レーザ光源４の本体のレーザ出力を調整する必要がないため、レーザ出力が不安定になる問題が発生することはない。 Therefore, the energy of the laser beam 3 can be controlled by adjusting the angle θ formed by the polarization direction 3h of the laser beam 3 and the polarization transmission axis 7p of the polarizing element 7. Since there is no need to adjust the laser output of the main body of the laser light source 4, there is no problem that the laser output becomes unstable.

制御部６では、計測器１３により計測された膜厚値に基づいて、実時間で膜の成膜速度を算出する。精度よく成膜される膜厚を制御するために、一秒あたりにおける膜厚の増加量が成膜速度として採用されることが好ましい。成膜速度が目標値を下回る場合には、レーザ光３の偏光方向３ｈが、偏光素子７の偏光透過軸７ｐと一致する方向へレーザ光源４の本体を回転させ、その角度θを小さくする。例えば、角度θを４５度から４０度へ小さくすることで、式（２）から、レーザ光３のエネルギーは、約１．２倍となる。一方、成膜速度が目標値を上回る場合には、レーザ光３の偏光方向３ｈが、偏光素子７の偏光透過軸７ｐとの角度θが９０度となる方向へ動作させ、角度θを大きくする。例えば、角度θを４５度から５０度へ大きくすることで、レーザ光３のエネルギーは、約０．８倍となる。これにより、実時間で成膜速度を算出して、偏光素子７の偏光透過軸７ｐに対するレーザ光３の偏光方向３ｈの角度θを制御すれば、一定の成膜速度で成膜を行うことができる。 The controller 6 calculates the film deposition rate in real time based on the film thickness value measured by the measuring instrument 13. In order to control the film thickness to be formed with high accuracy, it is preferable that the increase amount of the film thickness per second is adopted as the film formation speed. When the film forming speed is lower than the target value, the main body of the laser light source 4 is rotated in a direction in which the polarization direction 3h of the laser light 3 coincides with the polarization transmission axis 7p of the polarizing element 7, and the angle θ is reduced. For example, by reducing the angle θ from 45 degrees to 40 degrees, the energy of the laser beam 3 is about 1.2 times from the equation (2). On the other hand, when the film forming speed exceeds the target value, the polarization direction 3h of the laser light 3 is moved in a direction in which the angle θ with the polarization transmission axis 7p of the polarizing element 7 is 90 degrees, and the angle θ is increased. . For example, by increasing the angle θ from 45 degrees to 50 degrees, the energy of the laser light 3 is about 0.8 times. Thus, if the film formation speed is calculated in real time and the angle θ of the polarization direction 3h of the laser beam 3 with respect to the polarization transmission axis 7p of the polarizing element 7 is controlled, the film formation can be performed at a constant film formation speed. it can.

図５に、本実施の形態に係る成膜装置と従来の成膜装置とを用い、同一の設計値に対して作製した反射防止膜における反射率Ｒを比較した結果を示す。反射防止膜の膜構成は、ガラス基板（屈折率１．５２）／Ａｌ_２Ｏ_３膜（アルミナ：屈折率１．６２）／ＺｎＳ膜（硫化亜鉛：屈折率２．２）／ＭｇＦ_２膜（フッ化マグネシウム：屈折率１．３８）である。図５から判るように、可視光領域で広い透過領域を有する設計値Ｄに対して、本実施の形態に係る成膜装置で作製した反射防止膜Ａは、ほぼ設計通りの光学特性を有していることが判る。これに対して、従来の成膜装置で作製した反射防止膜Ｂは、透過領域が狭く、また反射率Ｒも大きく、設計値通りの光学特性が得られておらず、性能的に劣っている。 FIG. 5 shows a result of comparison of the reflectance R in the antireflection film manufactured for the same design value using the film forming apparatus according to the present embodiment and the conventional film forming apparatus. The film configuration of the antireflection film is as follows: glass substrate (refractive index 1.52) / Al ₂ O ₃ film (alumina: refractive index 1.62) / ZnS film (zinc sulfide: refractive index 2.2) / MgF ₂ film ( Magnesium fluoride: refractive index 1.38). As can be seen from FIG. 5, the antireflection film A manufactured by the film forming apparatus according to the present embodiment has optical characteristics almost as designed with respect to the design value D having a wide transmission region in the visible light region. You can see that On the other hand, the antireflection film B produced by the conventional film forming apparatus has a narrow transmission region and a high reflectance R, and the optical characteristics as designed are not obtained, so that the performance is inferior. .

これは、本実施の形態に係る成膜装置１においては、成膜膜厚を計測する計測器１３に基づいて、制御部６により成膜速度を算出し、レーザ光源４の本体を回転させて、偏光素子７の偏光透過軸７ｐとの角度θを制御することによって、蒸着材１０に印加されるレーザ光３のエネルギーを調整することで、安定して目標とする成膜速度を実現することができ、設定通りの成膜時間で成膜が行われている。これに対して、従来の成膜装置においては、レーザ出力を調整しているために、安定した成膜速度を得ることができず、密度が不均一な膜が形成されて、設計と異なる光学特性となっている。 This is because, in the film forming apparatus 1 according to the present embodiment, the film forming speed is calculated by the control unit 6 based on the measuring instrument 13 that measures the film forming film thickness, and the main body of the laser light source 4 is rotated. By controlling the angle θ between the polarizing element 7 and the polarization transmission axis 7p, the energy of the laser light 3 applied to the vapor deposition material 10 is adjusted to achieve a stable target film formation speed. The film is formed with the set film formation time. On the other hand, in the conventional film forming apparatus, since the laser output is adjusted, a stable film forming speed cannot be obtained, and a film having a non-uniform density is formed. It is a characteristic.

なお、成膜室２には、図示しない真空ポンプなどの排気手段と接続されており、成膜室２内の大気および不要ガスが排気される。成膜室２内を排気することで、成膜室２内に存在するガス分子の膜への取り込みや、ガス分子と衝突することにより蒸気化した蒸着材の運動エネルギーの減少を防ぎ、充填率が高く、耐久性に優れた膜を提供することができる。 The film formation chamber 2 is connected to an exhaust means such as a vacuum pump (not shown), and the air and unnecessary gas in the film formation chamber 2 are exhausted. By evacuating the film formation chamber 2, the gas molecules existing in the film formation chamber 2 are prevented from being taken into the film and the kinetic energy of the vapor deposition material vaporized by colliding with the gas molecules is prevented. Therefore, it is possible to provide a film having high durability and excellent durability.

また、蒸着材１０には、溶融性及び昇華性の材料があるが、用途に応じて形状・サイズを選択することができる。蒸着材１０を気化させるに当たり、蒸発源１１への蒸着材１０の付着を防止するため、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）など高融点材料で作られた容器（坩堝）１１ｖに蒸着材１０を充填し、その容器１１ｖを蒸発源１１に設置してもよい。 Moreover, although the vapor deposition material 10 has a meltable and sublimable material, a shape and size can be selected according to a use. In vaporizing the vapor deposition material 10, a container (crucible) 11 v made of a high melting point material such as tungsten (W), molybdenum (Mo), or tantalum (Ta) in order to prevent the vapor deposition material 10 from adhering to the evaporation source 11. Alternatively, the vapor deposition material 10 may be filled and the container 11 v may be installed in the evaporation source 11.

また、蒸発源１１には、前述の坩堝と同様に高融点材料を用いて、蒸着材１０から伝達される熱に対する耐久性を確保する。もしくは、熱伝導性に優れた材料を用いて水冷することで、蒸発源の温度を一定に保つことができる。蒸発源１１の上部には、上述したように蒸着材１０を充填する容器１１ｖを収納する箇所を複数個形成しておき、移動・回転などの動作により照射位置へ移動させる機構を備えておく。これにより、薄膜の多層膜や厚膜を形成することができる。 Further, the evaporation source 11 is made of a high melting point material as in the above-described crucible, and ensures durability against heat transmitted from the vapor deposition material 10. Alternatively, the temperature of the evaporation source can be kept constant by water cooling using a material having excellent thermal conductivity. In the upper part of the evaporation source 11, as described above, a plurality of locations for storing the container 11v filled with the vapor deposition material 10 are formed, and a mechanism for moving to an irradiation position by an operation such as movement / rotation is provided. Thereby, a thin multilayer film or a thick film can be formed.

また、被成膜体８には、用途・目的に応じて選択した基板を用いることができる。例えば、スマートフォン向けタッチパネルであれば、長方形に整形されたガラス基板を用いる。また、デジタルカメラ用の光学レンズであれば、射出成形された樹脂レンズを用いればよい。一般的に光学用途の基板では、表面が鏡面に加工されており、光の拡散が防止される。 The substrate 8 can be a substrate selected according to the application and purpose. For example, in the case of a touch panel for smartphones, a glass substrate shaped into a rectangle is used. In the case of an optical lens for a digital camera, an injection molded resin lens may be used. In general, a substrate for optical use has a mirror-finished surface to prevent light diffusion.

また、保持機構９は、一般的に、平面状、もしくは、ドーム状の円盤が中心軸９ｃで上部から支えられた構造をしており、回転運動する機構を備えている。円盤には、複数の開口部が形成されており、開口部に被成膜体８を配置することで、蒸発源１１から気化された蒸着材１０を成膜させる。被成膜体８を固定する方法としては、被成膜体８と開口部のギャップを補う治具を用いる方法や、被成膜体８を側面や裏面から吸着して固定する方法などがある。 Further, the holding mechanism 9 generally has a structure in which a flat or dome-shaped disk is supported from above by a central axis 9c, and includes a mechanism that rotates. A plurality of openings are formed in the disk, and the deposition material vaporized from the evaporation source 11 is formed into a film by disposing the film formation target 8 in the openings. As a method for fixing the film formation body 8, there are a method using a jig for compensating the gap between the film formation body 8 and the opening, a method for adsorbing and fixing the film formation body 8 from the side surface and the back surface, and the like. .

また、成膜膜厚を計測する計測器１３には、成膜した膜の質量により共振振動数が変化することを検出する水晶式膜厚計や、成膜した膜の干渉による反射・透過光量の変化を監視する光学式膜厚計を用いることができる。その他、蒸着材１０の飛散量により成膜膜厚を計測する計測器１３として、放射線膜厚計や赤外線膜厚計などがある。 The measuring device 13 for measuring the film thickness includes a quartz film thickness meter that detects a change in the resonance frequency depending on the mass of the film formed, and a reflected / transmitted light amount due to interference of the film formed. It is possible to use an optical film thickness meter that monitors changes in the thickness. In addition, there are a radiation film thickness meter, an infrared film thickness meter, and the like as the measuring device 13 for measuring the film thickness by the amount of scattering of the vapor deposition material 10.

また、レーザ光源４としては、固体レーザや半導体レーザ、ガスレーザなど、種々のものを使用することができ、使用する蒸着材１０に応じて選択することができる。レーザ光源４の発振方式には、断続的に発振するパルス方式と、連続的にレーザ光を発振するＣＷ方式があるが、蒸着材１０の飛散量を一定にするためには、ＣＷレーザを用いることが好ましい。レーザ光源４には、レーザ光３の進行方向に垂直な面内で回転可能な回転機構５が備えられている。 Various laser light sources 4 such as a solid-state laser, a semiconductor laser, and a gas laser can be used, and can be selected according to the vapor deposition material 10 to be used. The oscillation method of the laser light source 4 includes a pulse method that oscillates intermittently and a CW method that oscillates laser light continuously. In order to make the amount of scattering of the vapor deposition material 10 constant, a CW laser is used. It is preferable. The laser light source 4 is provided with a rotation mechanism 5 that can rotate in a plane perpendicular to the traveling direction of the laser light 3.

このように、実施の形態１に係る成膜装置では、レーザ光源からのレーザ出力が偏光素子を利用して調整されることにより、蒸着材に印加されるレーザ光のエネルギーを迅速かつ正確に制御することができ、蒸着材の飛散量を高精度に制御することが可能となり、密度の均一な膜が形成されることで、設計通りの光学特性を有する膜を得ることができるという顕著な効果を有する。 As described above, in the film forming apparatus according to Embodiment 1, the laser output from the laser light source is adjusted using the polarizing element, thereby quickly and accurately controlling the energy of the laser light applied to the vapor deposition material. It is possible to control the amount of vapor deposition material with high accuracy, and by forming a film having a uniform density, it is possible to obtain a film having optical characteristics as designed. Have

実施の形態２．
図６は、実施の形態２に係る成膜装置を示す概略構成図であり、図７は、Ｇｅ表面における波長λと反射率Ｒとの関係を示す図である。
実施の形態２に係る成膜装置においては、図６に示すように、蒸着材１０に照射されるレーザ光３ｋの偏光方向が蒸着材１０のＰ波に一致する（レーザ光３ｋの電場の振動方向が紙面に平行である。）ように、偏光素子７の偏光透過軸７ｐ（図示せず。）が設定されている点を除いて、実施の形態１の図１と同様であるので、他の構成要素については説明を省略する。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing the film forming apparatus according to the second embodiment, and FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the wavelength λ and the reflectance R on the Ge surface.
In the film forming apparatus according to the second embodiment, as shown in FIG. 6, the polarization direction of the laser beam 3k applied to the vapor deposition material 10 matches the P wave of the vapor deposition material 10 (the vibration of the electric field of the laser light 3k). The direction is parallel to the paper surface), and is similar to FIG. 1 of the first embodiment except that the polarization transmission axis 7p (not shown) of the polarizing element 7 is set. The description of these components is omitted.

次に、実施の形態２に係る成膜装置の動作及び効果について、図６及び図７を参照して説明する。一般的に、光が物体に入射する場合、光の偏光成分が物体の界面（表面）においてＳ波に相当するか、Ｐ波に相当するかによって反射率Ｒがそれぞれ異なる。また、材料によっても反射率Ｒが異なる。図７に、例として、Ｇｅ（ゲルマニウム）表面における反射率Ｒの波長λ依存性を示す。波長１．８μｍ以下においては、Ｇｅは非透過性を有するため、反射される光以外は、Ｇｅによって吸収される。図７から判るように、Ｐ波の反射率Ｒは、Ｓ波に対して約１／２倍である。 Next, operations and effects of the film forming apparatus according to Embodiment 2 will be described with reference to FIGS. In general, when light is incident on an object, the reflectance R differs depending on whether the polarization component of the light corresponds to an S wave or a P wave at the interface (surface) of the object. Also, the reflectivity R varies depending on the material. FIG. 7 shows the wavelength λ dependence of the reflectance R on the Ge (germanium) surface as an example. At wavelengths of 1.8 μm or less, Ge is non-transmissive, so that light other than the reflected light is absorbed by Ge. As can be seen from FIG. 7, the reflectance R of the P wave is about ½ times that of the S wave.

表１に、Ｇｅ表面に対してＹＡＧレーザ光（波長１．０６４μｍ）を照射する場合におけるレーザ光のエネルギーと偏光成分との関係を示す。蒸着材１０に対して同量の吸収エネルギー（５０とする。）を印加する場合、吸収率の違いからレーザ光３を蒸着材１０の溶融面（表面）に対して、Ｐ波で照射する場合には、必要なレーザ出力は６７であり、Ｓ波で照射する場合には、必要とされるレーザ出力は１０４となる。したがって、Ｐ波を用いる場合は、Ｓ波を用いた場合に比べて、必要とされるレーザ出力を約２／３に抑えることができる。また、反射されるエネルギーを約１／３程度に低減することができるため、成膜室２内の壁面や保持機構９の温度変化が抑制され、成膜への影響も低減することができる。

Table 1 shows the relationship between the energy of the laser beam and the polarization component when the Ge surface is irradiated with YAG laser beam (wavelength 1.064 μm). When the same amount of absorbed energy (50) is applied to the vapor deposition material 10, the laser beam 3 is irradiated to the melting surface (surface) of the vapor deposition material 10 with P waves due to the difference in absorption rate. The required laser output is 67, and the required laser output is 104 when irradiating with S waves. Therefore, when the P wave is used, the required laser output can be suppressed to about 2/3 as compared with the case where the S wave is used. Moreover, since the reflected energy can be reduced to about 1/3, the temperature change of the wall surface in the film formation chamber 2 and the holding mechanism 9 is suppressed, and the influence on the film formation can also be reduced.

したがって、蒸着材１０の界面でのレーザ光３の反射量を減らすことで、成膜室２内の温度変化が抑制され、成膜時の膜質への影響や膜厚の変動が抑えられるとともに、成膜に必要なレーザ光源のエネルギーを効率よく利用することができ、電力消費を減らすことができる。 Therefore, by reducing the amount of reflection of the laser beam 3 at the interface of the vapor deposition material 10, the temperature change in the film forming chamber 2 is suppressed, and the influence on the film quality during film formation and the fluctuation of the film thickness are suppressed. The energy of the laser light source necessary for film formation can be used efficiently, and power consumption can be reduced.

このように、実施の形態２に係る成膜装置では、蒸着材に印加されるレーザ光の偏光方向が蒸着材のＰ波に相当するように設定されているとともに、レーザ光源からのレーザ出力が偏光素子を利用して調整されることにより、蒸着材に照射されるエネルギーを迅速かつ正確に制御することができ、蒸着材の飛散量を高精度に制御することが可能となり、密度の均一な膜が形成されることで、設計通りの光学特性を有する膜を得ることができるだけでなく、レーザ光源のエネルギーを効率よく利用することで、電力消費を減らすことができるという顕著な効果を有する。 Thus, in the film forming apparatus according to Embodiment 2, the polarization direction of the laser light applied to the vapor deposition material is set to correspond to the P wave of the vapor deposition material, and the laser output from the laser light source is By adjusting using the polarizing element, the energy applied to the vapor deposition material can be controlled quickly and accurately, and the amount of scattering of the vapor deposition material can be controlled with high accuracy, and the density is uniform. By forming the film, not only a film having optical characteristics as designed can be obtained, but also the power consumption can be reduced by efficiently using the energy of the laser light source.

実施の形態３．
図８は、実施の形態３に係る成膜装置を示す概略構成図であり、図９は、ＳｉＯ_２表面における入射角αと反射率Ｒとの関係を示す図である。
実施の形態３に係る成膜装置において、図６に示す実施の形態２に係る成膜装置との違いは、蒸着材１０に照射されるレーザ光３ｋの偏光方向が、蒸着材１０のＰ波に一致する（レーザ光３ｋの電場の振動方向が紙面に平行である。）ように、偏光素子７の偏光透過軸７ｐ（図示せず。）が設定されているとともに、さらに、レーザ光３の蒸着材１０に対する入射角αがブリュスター角α_Ｂとなっている点である。他の構成要素については、実施の形態２の図６と同様であるので、説明を省略する。 Embodiment 3 FIG.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram illustrating a film forming apparatus according to the third embodiment, and FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between the incident angle α and the reflectance R on the SiO ₂ surface.
In the film forming apparatus according to the third embodiment, the difference from the film forming apparatus according to the second embodiment shown in FIG. 6 is that the polarization direction of the laser beam 3k irradiated to the vapor deposition material 10 is P wave of the vapor deposition material 10. The polarization transmission axis 7p (not shown) of the polarizing element 7 is set so that the laser beam 3k is in parallel with the plane of the paper. the angle of incidence on the evaporation material 10 alpha is a point that is the Brewster angle alpha _B. The other components are the same as those in the second embodiment shown in FIG.

次に、実施の形態３に係る成膜装置の動作及び効果について、図８及び図９を参照して説明する。上述したように、一般的に、光が物体に入射する場合、光の偏光方向と入射面における入射角αに依存して反射率Ｒが異なる。また、材料によっても反射率Ｒが異なる。図８に、例として、ＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）表面における、波長１０．６μｍでの反射率Ｒの入射角αに対する依存性を示す。波長１０．６μｍにおいては、ＳｉＯ_２は非透過性を有するため、反射される光以外は吸収される。図９から判るように、入射角αが増加するにつれて、Ｓ波の反射率Ｒが単調増加するのに対し、Ｐ波の反射率αは一度極小値となってから、その後１００％へ向かって増加する。ここで、Ｐ波の反射率Ｒが極小値となる入射角αが、ブリュスター角α_Ｂ（Ｂｒｅｗｓｔｅｒａｎｇｌｅ）である。 Next, operations and effects of the film forming apparatus according to Embodiment 3 will be described with reference to FIGS. As described above, generally, when light is incident on an object, the reflectance R differs depending on the polarization direction of the light and the incident angle α on the incident surface. Also, the reflectivity R varies depending on the material. FIG. 8 shows, as an example, the dependency of the reflectance R on the SiO ₂ (silicon dioxide) surface with respect to the incident angle α at a wavelength of 10.6 μm. At a wavelength of 10.6 μm, since SiO ₂ has non-transmissivity, light other than the reflected light is absorbed. As can be seen from FIG. 9, as the incident angle α increases, the reflectance R of the S wave monotonously increases, whereas the reflectance α of the P wave once reaches a minimum value, and then toward 100%. To increase. Here, the incident angle α at which the reflectance R of the P wave becomes a minimum value is the Brewster angle α _B (Brewster angle).

表２に、ブリュスター角α_Ｂにおいて、ＳｉＯ_２表面に対してＣＯ_２レーザ光（炭酸ガスレーザ：波長１０．６μｍ）を照射した場合におけるレーザ光のエネルギーと偏光成分との関係を示す。蒸着材１０に対して同量の吸収エネルギー（５０とする。）を印加する場合、吸収率の違いからレーザ光３を蒸着材１０の溶融面に対して、Ｐ波かつブリュスター角Ｂａで照射する場合には、必要とされるレーザ出力は５０であり、Ｓ波で照射する場合には、必要とされるレーザ出力は８７となる。したがって、Ｐ波を用いた場合は、Ｓ波を用いた場合に比べて、必要なレーザ出力を約２／３に抑えることができる。また、Ｐ波の場合、入射角αをブリュスター角α_Ｂとすることで反射するレーザ光がなくなり、成膜室２内の壁面や保持機構９の温度変化が生じる原因が除去され、成膜への影響をなくすことができる。また、Ｓ波でレーザ光３を照射する場合に比べ、必要なレーザ出力を約２／３に抑えることができる。

Table 2 shows the relationship between the energy of the laser beam and the polarization component when the surface of SiO ₂ is irradiated with CO ₂ laser light (carbon dioxide laser: wavelength 10.6 μm) at the Brewster angle α _B. When the same amount of absorbed energy (50) is applied to the vapor deposition material 10, the laser beam 3 is irradiated to the melting surface of the vapor deposition material 10 with a P wave and a Brewster angle Ba due to the difference in absorption rate. In this case, the required laser output is 50, and in the case of irradiation with S waves, the required laser output is 87. Therefore, when the P wave is used, the necessary laser output can be suppressed to about 2/3 as compared with the case where the S wave is used. In the case of a P wave, the incident angle α is set to the Brewster angle α _B to eliminate the reflected laser light, thereby eliminating the cause of the temperature change in the wall surface in the film forming chamber 2 and the holding mechanism 9. The influence on can be eliminated. In addition, the required laser output can be suppressed to about 2/3 as compared with the case where the laser beam 3 is irradiated with the S wave.

このように、実施の形態３に係る成膜装置では、蒸着材に印加されるレーザ光の偏光方向が蒸着材のＰ波に相当するように、また、入射角がブリュスター角となるように設定されているとともに、レーザ光源からのレーザ出力が偏光素子を利用して調整されることにより、蒸着材に照射されるエネルギーを迅速かつ正確に制御することができ、蒸着材の飛散量を高精度に制御することが可能となり、密度の均一な膜が形成されることで、設計通りの光学特性を有する膜を得ることができるだけでなく、さらに、レーザ光源のエネルギーを効率よく利用することで、電力消費を減らすことができるという顕著な効果を有する。 As described above, in the film forming apparatus according to the third embodiment, the polarization direction of the laser light applied to the vapor deposition material is equivalent to the P wave of the vapor deposition material, and the incident angle is the Brewster angle. In addition to being set, the laser output from the laser light source is adjusted using a polarizing element, so that the energy applied to the deposition material can be controlled quickly and accurately, and the amount of scattering of the deposition material can be increased. It becomes possible to control with precision, and by forming a film with uniform density, it is possible not only to obtain a film having optical characteristics as designed, but also by efficiently using the energy of the laser light source. The power consumption can be reduced.

実施の形態４．
図１０は、実施の形態４に係る成膜装置を示す概略構成図であり、図１１は、実施の形態４に係る成膜装置におけるレーザ光源と偏光素子の関係を示す図である。
実施の形態４に係る成膜装置において、図１に示す実施の形態１に係る成膜装置との違いは、レーザ光源４を回転させずに、回転可能な第二の偏光素子１５が新たに追加されて設けられている点である。他の構成要素については、実施の形態１の図１と同様であるので、説明を省略する。 Embodiment 4 FIG.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram illustrating a film forming apparatus according to the fourth embodiment, and FIG. 11 is a diagram illustrating a relationship between a laser light source and a polarizing element in the film forming apparatus according to the fourth embodiment.
The film forming apparatus according to the fourth embodiment is different from the film forming apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1 in that a second polarizing element 15 that can be rotated without rotating the laser light source 4 is newly provided. It is a point provided in addition. Other components are the same as those in FIG. 1 of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

次に、実施の形態４に係る成膜装置の動作及び効果について、図１０及び図１１を参照して説明する。ここでは、第二の偏光素子１５としては、偏光素子７と同様、ワイヤグリッド型偏光子を用いている。レーザ光３の偏光方向３ｈを基準として、第二の偏光素子１５の偏光透過軸１５ｐが角度θ、偏光素子７の偏光透過軸７ｐが角度δである場合、第二の偏光素子１５及び偏光素子７を通過した後のレーザ光３ｋの偏光方向における電場Ｅ_Ｔ２は、
Ｅ_Ｔ２＝χ_１χ_２Ｅ_０ｃｏｓθ・ｃｏｓ（δ―θ）（３）
と表される。ここで、Ｅ_０はレーザ光源４から出射されたレーザ光３の電場、χ_１は第二の偏光素子１５の性能に依存する定数、χ_２は偏光素子７の性能に依存する定数である。したがって、第二の偏光素子１５及び偏光素子７を透過した後のレーザ光３ｋのエネルギーＩ_Ｔ２は、
Ｉ_Ｔ２＝（χ_１χ_２）^２Ｉ_０ｃｏｓ^２θ・ｃｏｓ^２（δ―θ）（４）
となる。ここで、Ｉ_０はレーザ光源４から出射されたレーザ光３のエネルギーである。エネルギー損失を最低限に抑えるためには、δ＝０が必要である。つまり、レーザ光源４から出射されたレーザ光３の偏光方向３ｈと偏光素子７の偏光透過軸７ｐと一致させている。これは、実施の形態２あるいは実施の形態３と同様、偏光素子７を透過したレーザ光３ｋの偏光方向が、蒸着材１０の界面に対して、Ｐ波となる偏光方向（レーザ光３ｋの電場の振動方向が紙面に平行である。）となるように合わせられている。この場合、レーザ光のエネルギーＩ_Ｔ２は、
Ｉ_Ｔ２＝（χ_１χ_２）^２Ｉ_０ｃｏｓ^４θ （５）
となる。 Next, operations and effects of the film forming apparatus according to Embodiment 4 will be described with reference to FIGS. Here, as the second polarizing element 15, as in the polarizing element 7, a wire grid type polarizer is used. When the polarization transmission axis 15p of the second polarization element 15 is an angle θ and the polarization transmission axis 7p of the polarization element 7 is an angle δ with reference to the polarization direction 3h of the laser light 3, the second polarization element 15 and the polarization element The electric field E _T2 in the polarization direction of the laser light 3k after passing through 7 is
E _T2 = χ ₁ χ ₂ E ₀ cos θ · cos (δ−θ) (3)
It is expressed. Here, E ₀ is an electric field of the laser light 3 emitted from the laser light source 4, χ ₁ is a constant depending on the performance of the second polarizing element 15, and χ ₂ is a constant depending on the performance of the polarizing element 7. Therefore, the energy I _T2 of the laser beam 3k after passing through the second polarizing element 15 and the polarization element 7,
I _T2 = (χ ₁ χ ₂ ) ² I ₀ cos ² θ · cos ² (δ−θ) (4)
It becomes. Here, I ₀ is the energy of the laser beam 3 emitted from the laser light source 4. To minimize energy loss, δ = 0 is necessary. That is, the polarization direction 3 h of the laser beam 3 emitted from the laser light source 4 and the polarization transmission axis 7 p of the polarization element 7 are made coincident with each other. This is because, as in the second or third embodiment, the polarization direction of the laser light 3k that has passed through the polarizing element 7 becomes a P-wave with respect to the interface of the vapor deposition material 10 (the electric field of the laser light 3k). The vibration direction is parallel to the paper surface). In this case, the energy _{IT2 of the} laser beam is
I _T2 = (χ ₁ χ ₂ ) ² I ₀ cos ⁴ θ (5)
It becomes.

したがって、第二の偏光素子１５を回転させて、その偏光透過軸１５ｐの角度θを変更することにより、蒸着材１０に印加されるレーザ光３のエネルギーを調整することが可能であり、安定して目標とする成膜速度を実現することができ、設定通りの成膜時間で成膜することができる。また、レーザ光３のエネルギーを効率よく、利用することができる。 Therefore, by rotating the second polarizing element 15 and changing the angle θ of the polarization transmission axis 15p, it is possible to adjust the energy of the laser light 3 applied to the vapor deposition material 10 and to stabilize it. The target film formation speed can be realized, and the film formation can be performed with the film formation time as set. Moreover, the energy of the laser beam 3 can be used efficiently.

このように、実施の形態４に係る成膜装置では、蒸着材に印加されるレーザ光の偏光方向が蒸着材のＰ波に相当するように設定されているとともに、レーザ光源からのレーザ出力が、第二の偏光素子の偏光透過軸を回転させることによって、レーザ光の透過量が調整されることにより、蒸着材に印加されるレーザ光のエネルギーを迅速かつ正確に制御することができ、蒸着材の飛散量を高精度に制御することが可能となり、密度の均一な膜が形成されることで、設計通りの光学特性を有する膜を得ることができるという顕著な効果を有する。 As described above, in the film forming apparatus according to the fourth embodiment, the polarization direction of the laser light applied to the vapor deposition material is set to correspond to the P wave of the vapor deposition material, and the laser output from the laser light source is By rotating the polarization transmission axis of the second polarizing element, the amount of transmission of the laser beam is adjusted, so that the energy of the laser beam applied to the deposition material can be controlled quickly and accurately. It becomes possible to control the scattering amount of the material with high accuracy, and by forming a film having a uniform density, it is possible to obtain a film having optical characteristics as designed.

実施の形態５．
図１２は、実施の形態５に係る成膜装置を示す概略構成図であり、図１３は、実施の形態５に係る成膜装置に使用される走査用反射鏡の概略構成図である。図１４は、図１３の走査用反射鏡により蒸着材にレーザ光を照射する様子を示す図である。
実施の形態５に係る成膜装置においては、図１０に示す実施の形態４に係る成膜装置との違いは、偏光素子７を透過したレーザ光３ｋを走査する走査用反射鏡１６が追加されて設けられている点である。他の構成要素については、実施の形態４の図１０と同様であるので、説明を省略する。 Embodiment 5 FIG.
FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing a film forming apparatus according to the fifth embodiment, and FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a scanning reflecting mirror used in the film forming apparatus according to the fifth embodiment. FIG. 14 is a diagram showing a state in which the vapor deposition material is irradiated with laser light by the scanning reflecting mirror of FIG.
The film forming apparatus according to the fifth embodiment is different from the film forming apparatus according to the fourth embodiment shown in FIG. 10 in that a scanning reflecting mirror 16 that scans the laser beam 3k transmitted through the polarizing element 7 is added. It is a point provided. The other components are the same as those in FIG. 10 of the fourth embodiment, and thus description thereof is omitted.

次に、実施の形態５に係る成膜装置の動作及び効果について、図１２から図１４を参照して説明する。図１３に示す走査用反射鏡１６は、レーザ光３ｋを反射させるために片面が鏡面（図１３において、（ａ）が表面で、（ｂ）が裏面である。）に加工された光学部品であり、軸１６ｃを中心として回動され、入射されるレーザ光３ｋを異なる角度に反射させて走査する。これにより、図１４に示すように、レーザ光３ｋが蒸着材１０の表面に均一に照射されることになり、蒸着材１０を均一に加熱することができる。また、最低２枚の走査用反射鏡１６を備えることで、レーザ光３ｋを二次元的に走査することもできる。 Next, operations and effects of the film forming apparatus according to Embodiment 5 will be described with reference to FIGS. A scanning reflecting mirror 16 shown in FIG. 13 is an optical component that is processed into a mirror surface (in FIG. 13, (a) is the front surface and (b) is the back surface) in order to reflect the laser beam 3k. Yes, it is rotated about the axis 16c, and the incident laser beam 3k is reflected at different angles for scanning. Thereby, as shown in FIG. 14, the laser beam 3k is uniformly irradiated on the surface of the vapor deposition material 10, and the vapor deposition material 10 can be heated uniformly. Further, by providing at least two scanning reflecting mirrors 16, the laser beam 3k can be scanned two-dimensionally.

通常、蒸着材にレーザ光が照射される場合には、そのビーム径を調整することで、蒸着材における照射範囲が決定される。この際、レーザ光のエネルギーに関して面内分布が存在しないことが理想であるが、実際には面内分布が存在する。一例として、図１５に、リングモードと呼ばれるレーザ光のエネルギー分布を示す（図１５において、（ａ）はエネルギー強度分布を、（ｂ）はその平面分布を示す。）。そこで、光学レンズまたは凹面鏡の走査用反射鏡を利用して、レーザ光を集光させれば、上記モードによる面内分布の影響を最小限に抑えることができ、走査用反射鏡により蒸着材上でレーザ光を走査することで、蒸着材を均一に加熱することができる。 Usually, when the vapor deposition material is irradiated with laser light, the irradiation range of the vapor deposition material is determined by adjusting the beam diameter. At this time, it is ideal that there is no in-plane distribution with respect to the energy of the laser beam, but in reality there is an in-plane distribution. As an example, FIG. 15 shows an energy distribution of laser light called a ring mode (in FIG. 15, (a) shows the energy intensity distribution and (b) shows the plane distribution). Therefore, if the laser beam is collected using an optical lens or a concave mirror scanning mirror, the influence of the in-plane distribution due to the above mode can be minimized, and the scanning reflector mirrors the deposition material. The vapor deposition material can be heated uniformly by scanning with laser light.

このように、実施の形態５に係る成膜装置では、他の実施の形態と同様の機能を有するとともに、レーザ光を走査用反射鏡で走査し、蒸着材に均一に照射させることにより、蒸着材を均一に加熱させ、蒸着材の気化状態を安定させることができ、蒸着材の飛散量の変動を減少させることにより成膜速度を一定に制御することが可能となり、密度の均一な膜が形成されることで、設計通りの光学特性を有する膜を得ることができるという顕著な効果を有する。 As described above, the film forming apparatus according to Embodiment 5 has the same functions as those of the other embodiments, and scans the laser beam with the scanning reflecting mirror and uniformly irradiates the deposition material, thereby vapor deposition. The material can be heated uniformly, the vaporization state of the vapor deposition material can be stabilized, and the film formation rate can be controlled to be constant by reducing fluctuations in the amount of scattering of the vapor deposition material. By being formed, there is a remarkable effect that a film having optical characteristics as designed can be obtained.

なお、上記実施の形態では、レーザ光源のレーザ光が直線偏光である場合について説明したが、円偏光等、他の偏光である場合には、レーザ光源の前に偏光素子を追加することにより、上記実施の形態と同様の効果を奏する。 In the above embodiment, the case where the laser light of the laser light source is linearly polarized light has been described. However, in the case of other polarized light such as circularly polarized light, by adding a polarizing element in front of the laser light source, The same effects as in the above embodiment are achieved.

また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。 Also, within the scope of the present invention, the embodiments can be freely combined, or the embodiments can be appropriately modified or omitted.

また、図において、同一符号は、同一または相当部分を示す。 Moreover, in the figure, the same code | symbol shows the same or an equivalent part.

１成膜装置、２成膜室、３，３ｋレーザ光、３ｈ偏光方向、４レーザ光源、５回転機構、６制御部、７偏光素子、７ｐ偏光透過軸、８被成膜体、９保持機構、１０蒸着材、１１蒸発源、１２遮蔽板、１３計測器、１４窓、１５第二の偏光素子、１６走査用反射鏡。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Film-forming apparatus, 2 Film-forming chamber, 3, 3k laser beam, 3h Polarization direction, 4 Laser light source, 5 Rotation mechanism, 6 Control part, 7 Polarization element, 7p Polarization transmission axis, 8 Film-forming body, 9 Holding mechanism DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Deposition material, 11 Evaporation source, 12 Shield plate, 13 Measuring instrument, 14 Window, 15 2nd polarizing element, 16 Scanning reflecting mirror.

Claims

被成膜体に膜を蒸着形成する成膜室と、
前記成膜室内に供給する蒸着材を収納する蒸着材収納部と、
前記蒸着材にレーザ光を照射して、前記蒸着材を蒸発させるレーザ光源と、
前記レーザ光の出力を調整する偏光素子と、を備え、
前記レーザ光の偏光方向と前記偏光素子の偏光透過軸とのなす角度を変更することにより、前記レーザ光の出力を調整することを特徴とする成膜装置。 A film formation chamber for depositing a film on the film formation target;
A vapor deposition material storage section for storing a vapor deposition material to be supplied into the film forming chamber;
A laser light source for irradiating the vapor deposition material with laser light to evaporate the vapor deposition material;
A polarizing element for adjusting the output of the laser light,
A film forming apparatus characterized in that an output of the laser light is adjusted by changing an angle formed between a polarization direction of the laser light and a polarization transmission axis of the polarizing element.

前記レーザ光源を前記レーザ光を軸として回転させることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 1, wherein the laser light source is rotated about the laser light.

前記偏光素子を前記レーザ光を軸として回転させることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 1, wherein the polarizing element is rotated about the laser beam.

前記偏光素子が２つの偏光素子で構成され、前記レーザ光源側の前記偏光素子を前記レーザ光を軸として回転させることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 1, wherein the polarizing element includes two polarizing elements, and the polarizing element on the laser light source side is rotated with the laser light as an axis.

前記蒸着材に照射される前記レーザ光の偏光方向が、前記蒸着材の溶融面に対してＰ波となるように設定されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の成膜装置。 5. The polarization direction of the laser light applied to the vapor deposition material is set so as to be a P wave with respect to the melting surface of the vapor deposition material. 6. The film forming apparatus according to item.

前記蒸着材に照射される前記レーザ光の入射角が、前記蒸着材の溶融面に対してブリュスター角となるように設定されていることを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 5, wherein an incident angle of the laser light applied to the vapor deposition material is set to be a Brewster angle with respect to a melting surface of the vapor deposition material.

前記レーザ光を走査する走査用反射鏡が備えられ、前記走査用反射鏡により前記レーザ光が前記蒸着材に均一に照射されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の成膜装置。
The scanning reflecting mirror for scanning the laser light is provided, and the laser light is uniformly irradiated onto the vapor deposition material by the scanning reflecting mirror. 2. The film forming apparatus according to 1.