CN110291221B - 成膜方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种机械强度高、折射率低的表面层的成膜方法。在基板(S)的表面重复下述工序而形成折射率小于成膜材料的折射率的膜,上述工序为:通过真空蒸镀法将蒸镀材料成膜的工序;和通过溅射将靶材构成物质成膜的工序。

Description

成膜方法
技术领域
本发明涉及低折射率的成膜方法。
背景技术
作为摄像元件使用的CCD、CMOS与银盐胶片相比表面的光反射强,因而容易发生光斑、重影。另外,在曲率半径小的透镜的情况下,光线的入射角度根据位置而大幅不同,因此在透镜表面的倾斜大的部分无法保持低反射率。此外,在LCD之类的平面显示器中,显示器表面的光反射导致的外部光的反射眩光成为问题,因此实施了防眩光处理,但若显示器的高密度化推进,则透过液晶的光在经防眩光处理的表面发生漫反射,会妨碍图像的分辨率提高。为了减小这种基板表面的反射,需要将低折射率的表面层成膜(非专利文献1)。另外,关于折射率高于玻璃的成膜材料Al2O3、ZrO2、Ta2O5、TiO2、Nb2O5或HfO2等,针对希望不受现有材料的折射率的限制而自由地选择所期望的折射率来进行光学薄膜的设计的要求,期望形成折射率低于这些成膜材料自身的折射率的薄膜。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1:反射低減技術の新展開(反射降低技术的新展开)(菊田久雄著、日本光学会会志“光学”第40卷第1号、2011年1月)
发明内容
发明所要解决的课题
已知使用折射率为1.38的氟化镁之类的低折射材料在折射率为1.5的玻璃上形成表面层。但是,即便使用1.38的低折射率材料也残存1.4%的反射。目前,并不存在1.1~1.2的低折射率的薄膜材料。另外,还已知通过溶胶凝胶法形成多孔质的低折射率膜,但由于其不具有能够承受超声波清洗或手巾等的清洗的机械强度,因此作为基板的表面层并不实用。
本发明所要解决的课题在于提供一种低折射率的成膜方法。
用于解决课题的手段
本发明通过在基板的表面重复下述工序而形成折射率小于成膜材料的折射率的膜,由此可解决上述课题,上述工序为:通过真空蒸镀法将蒸镀材料成膜的工序;和通过溅射将靶材构成物质成膜的工序。
发明的效果
根据本发明,能够将低折射率的膜成膜。
附图说明
图1是示出在本发明的成膜方法的一个实施方式中使用的成膜装置的一例的示意性纵截面图。
图2是沿图1的II-II线的截面图。
图3是示出本发明的成膜方法的一个实施方式的工序图。
图4是实施例1、比较例1和比较例2中得到的薄膜的SEM照片。
图5是实施例1、比较例1和比较例2中得到的薄膜的X射线衍射图。
图6是示出实施例、比较例1和比较例2中得到的薄膜以及基板的透射率的曲线图。
具体实施方式
以下,基于附图对本发明的一个实施方式进行说明。图1是示出本发明的成膜方法的一个实施方式中可使用的成膜装置1的一例的示意性纵截面图,图2是沿图1的II-II线的截面图。需要说明的是,本发明的成膜方法的实施完全不限定于使用图1和图2所示的成膜装置1的实施,只要是能够实现本发明的构成要件的成膜装置则包括所有装置。本例的成膜装置1具备:真空容器2;用于将真空容器2的内部减压的排气装置3;圆板状的基板支架5,其能够以通过驱动部4a旋转的旋转轴4b为中心进行旋转,能够将基板S保持于基板保持面5a;按照与基板支架5的基板保持面5a的一部分的溅射部5b相向的方式设置的差压容器6;设置于差压容器6的内部的溅射机构7;将溅射气体导入差压容器6的内部的气体导入系统8;和按照与基板保持面5a相向的方式设置于真空容器2的内部的真空蒸镀用的真空蒸镀机构9。
如图1、图2所示,本例的基板支架5形成为圆板状,在圆板的中心固定有通过驱动部4a向一个方向旋转的旋转轴4b。基板支架5的下表面为固定并保持基板S的基板保持面5a。将利用基板支架5的基板S的安装的一例示于图2,但本发明的成膜方法不限定于这样的安装方式,而可以采用各种方式。
本例中,在基板支架5的基板保持面5a与差压容器6的上方的端面6a之间,设置能够将差压容器6的内部的差压区域B和差压容器6外的高真空区域A略微气体连通的间隙G,因此,基板支架5形成为容易调整适当的间隙G的间隔的圆板状。但是,只要能够适当地调整间隙G即可,不限定于圆板状,也可以构成为圆顶状、或用于转盘式的旋转式成膜装置的圆筒状。
作为成膜对象物的基板S没有特别限定,除了玻璃基板以外,还可以应用丙烯酸等塑料基板。其中,若使用因折射率大而需要抑制反射率、并且由于有触手或清洗等机会而需要机械强度的光学用途的基板,则能够进一步发挥本发明的效果。
差压容器6形成为圆筒状,由轴向的一个端面6b(图1的下面)被封闭、另一个端面6a(图1的上面)开放的容器体构成。通过差压容器6,真空容器2的内部被分离成差压容器6的外部的高真空区域A和差压容器6的内部的差压区域B。
差压容器6的开放的端面6a例如为圆形,与基板支架5的基板保持面5a隔开特定的间隙G而进行配置。该间隙G被设计成下述的间隔:在将溅射气体从气体导入系统8导入差压区域B时,溅射气体通过间隙G漏出到高真空区域A,由此能够将差压区域B调整为低于高真空区域A的特定压力的间隔。优选的间隙G的大小主要可以由差压容器6的容积、溅射气体的流量、所调整的高真空区域A和差压区域B的压力来决定。
需要说明的是,差压容器6为下述形状即可:与基板支架5的一部分相向,并且在差压容器6与真空容器2的内部的其他高真空区域A之间,具备气体能够略微连通的孔、间隙等连通部,能够以物理方式隔离;并不仅限于图示的圆筒体。例如,也可以通过在真空容器2的内壁设置遮蔽壁等而形成差压区域B。另外,代替在端面6a与基板保持面5a之间设置间隙G,也可以使端面6a和基板保持面5a接近地配置,并在差压容器6设置气体的连通孔。
在差压容器6设有溅射机构7。本例的溅射机构7具备:配置于差压容器6的内部的靶材7a;保持靶材7a的溅射电极7b;向溅射电极7b供给电力的溅射电源7c;和配置于靶材7a与基板支架5之间、将靶材7a被覆或开放的挡板7d。本例的溅射机构7基于DC(直流)或RF(高频)溅射法。
靶材7a通过将膜原料物质形成为平板状而成,按照与基板支架5的基板保持面5a相向的方式配置于差压容器6的内部。作为靶材7a,可以使用Si、Zr、Al、Ti、Ta、Nb、Hf等金属靶材,除此以外,还可以使用SiO2之类的它们的金属氧化物靶材等。
在差压容器6的内部设有将溅射气体导入差压区域B的气体导入系统8。气体导入系统8具备:储藏溅射气体的气瓶8a、8d;与气瓶8a、8d对应设置的阀8b、8e;调整溅射气体的流量的质量流量控制器8c、8f;和作为溅射气体供给路径的配管8g。
气瓶8a、阀8b、质量流量控制器8c用于氧气的供给,气瓶8d、阀8e、质量流量控制器8f用于氩气的供给。本例中,作为溅射气体,导入氩或氦等惰性气体和氧或氮等反应性气体。
为了在溅射成膜中提高成膜速度,使用金属靶材的DC(直流)溅射是有效的。在获得介电膜或氧化膜的情况下,需要与氧或氮等反应,但有时反应未必进行,有时处于不完全的状态。
本例中,使用金属靶材,使氧等反应性气体量相对于氩气等惰性气体量例如为反应性气体:惰性气体=1:80左右的微量,由此进行成膜。由此,通过在进行后述真空蒸镀成膜的高真空区域A中供给完全氧化物,能够得到整体上接近完全氧化物的膜。其结果,能够得到成膜速度快、密合性高、应力低、并且无光学吸收的膜。需要说明的是,导入差压区域B的反应性气体相对于惰性气体的比例可以为0.5%~15%、优选为0.5%~8%。
真空蒸镀机构9由电子束蒸镀源构成,具备填充蒸镀材料的坩埚9a、和对填充于坩埚9a中的蒸镀材料照射电子束的电子枪9b。另外,在坩埚9a的上方可移动地设有开关该坩埚9a的上部开口的挡板9c。作为蒸镀材料,可以使用SiO2、MgF2、Al2O3、ZrO2、Ta2O5、TiO2、Nb2O5或HfO2等。该情况下,可以使用与构成靶材7a的金属或金属氧化物相同的金属的氧化物,并且也可以使用与构成靶材7a的金属或金属氧化物不同的金属的氧化物。
本例中使用的成膜装置1在单一的真空容器2的内部设有溅射机构7和真空蒸镀机构9。在该成膜装置1中,用于所要求的真空度大幅不同的溅射法和真空蒸镀法这两种成膜方法并存的构成在于容纳溅射机构7的靶材7a的差压容器6。
通过将溅射气体导入差压容器6的内部,能够使差压容器6的差压区域B的压力高于真空容器2的内部的高真空区域A,由此能够达到可进行溅射的真空度1Pa~10-1Pa。此时,通过调整溅射气体的流量和间隙G的尺寸来控制差压区域B的压力。即,若将间隙G设定为微小的宽度,则大量的气体不会从差压容器6流入真空容器2的内部的高真空区域A,因此可以使真空蒸镀机构9的蒸发源附近的真空度为能够真空蒸镀的真空度10-1~10-6Pa。通过该构成,在同一真空容器2的内部,能够进行溅射成膜和真空蒸镀成膜。而且,与现有技术不同,不需要在切换溅射成膜和真空蒸镀成膜的期间将真空容器2的内部压力调整为适于各成膜方法的压力的工序。
另外,本例中使用的成膜装置1具备保持基板S并进行旋转的旋转式的基板支架5。因此,基板S在成膜中以旋转轴4b为中心在真空容器2的内部进行旋转。由此,基板S在溅射成膜的差压区域B与真空蒸镀成膜的高真空区域A之间移动,但若控制基于驱动部4a的基板支架5的旋转速度,则能够将停留于各区域A、B的时间调整为任意的时间。这表明在同一真空容器2中能够进行通过溅射法成膜的膜与通过真空蒸镀法成膜的膜的成膜。
进而根据本例,通过基板支架5的旋转,使基板S也通过与适于溅射法的压力相比为高真空的高真空区域A,同时进行溅射成膜,因此能够抑制成膜颗粒以外的物质在基板S上的附着,从而可制作优质的膜。
并且,在同时、即交替反复进行溅射成膜和真空蒸镀成膜的情况下,通过调整在溅射成膜的差压区域B与真空蒸镀成膜的高真空区域A中的基板S的停留时间、溅射机构7或真空蒸镀机构9的成膜条件等,能够将基于溅射的膜重量与基于真空蒸镀的膜重量的比例、总成膜量(膜厚)设定为所期望的值。
以往,为了实现真空度不同的区域,需要差动排气装置,在使用差动排气装置的情况下,排气系统需要2个系统,并且其配管系统也复杂。与此相对,本例中,能够以差压容器6这种简单的构造实现真空度不同的区域A、B,装置整体简单化和小型化。
接下来,对本发明的成膜方法的实施方式进行说明。图3是示出本发明的成膜方法的一个实施方式的工序图。本实施方式为在玻璃制的基板S的单面交替重复进行下述工序的成膜方法的一例,上述工序为:通过使用溅射机构7的溅射法形成SiO2膜的工序;和通过使用真空蒸镀机构9的真空蒸镀法成膜出SiO2膜的工序。需要说明的是,本发明的成膜方法未必需要各一次地交替重复进行溅射成膜和蒸镀成膜,也可以在重复进行任一种多次后再进行另一种。
作为前准备,将基板S设置于基板支架5,并将其安装至真空容器2。另外,作为靶材7a而设置Si靶材,在坩埚9a中填充作为蒸镀材料的SiO2后,开始图3的处理。
在步骤ST1中,密闭真空容器2,利用排气装置3对真空容器2的内部进行真空排气(减压)。在步骤ST2中,使用按照面对真空容器2的高真空区域A的方式设置的压力计10,判定真空容器2的内部是否达到特定的压力、例如7×10-4Pa。在真空容器2的内部未达到特定的压力、例如7×10-4Pa的情况下返回至步骤ST1,重复进行真空排气至达到7×10-4Pa为止。
真空容器2的内部达到特定的压力后,就是已减压至适于利用真空蒸镀机构9的真空蒸镀的真空度,向步骤ST3前进,开始基板支架5的旋转。需要说明的是,本实施方式中,在步骤ST4的气体导入之前开始步骤ST3的基板支架5的旋转,但也可以在气体导入的途中或气体导入后开始基板S的旋转。然而,由于基板支架5的旋转,从基板支架5与差压容器6之间的间隙G漏出到差压容器6的外部的气体的流量会受到影响,因此,优选在气体导入之前、或气体导入中开始基板支架5的旋转。
在步骤ST4中,打开阀8b、8e,从气瓶8a、8d分别将氧气和氩气导入差压容器6的内部的差压区域B。若氧气和氩气被导入差压区域B,则在此之前通过排气装置3而减压至7×10-4Pa左右的差压区域B内成为下述状态:局部地导入有氧气和氩气,并且,这些气体通过间隙G仅微量以恒定的流量向差压容器6的外部漏出。
向差压区域B的气体导入量与通过间隙G的从差压区域B的气体漏出量处于特定的平衡时,差压区域B的压力成为所期望的压力,在本实施方式中成为适于溅射成膜的1Pa~10-1Pa。关于差压区域B的压力,可以在差压容器6的内部设置压力计而检测出,但是通过实验确认了在压力达到1Pa~10-1Pa时产生等离子体。因此,本实施方式中,在差压容器6的内部产生等离子体时,判定达到了作为特定压力的1Pa~10-1Pa。需要说明的是,在步骤ST4中,即使等待一段时间也不产生等离子体的情况下,氧气和氩气的导入速度相对于从间隙G的气体漏出速度慢,因此预测差压容器6的内部的压力未充分升高。因此,通过调整质量流量控制器8c、8f而使氧气和氩气的流量上升。
在步骤ST5中,将在此之前被覆了靶材7a的挡板7d打开,进行溅射成膜,同时将在此之前封闭坩埚9a的挡板9c打开,从电子枪9b对坩埚9a照射电子束,进行真空蒸镀成膜。
在步骤ST6中,利用非接触式的膜厚传感器11,判定形成于基板S上的薄膜的膜厚是否达到预先设定的要求膜厚。在形成于基板S上的薄膜的膜厚未达到预先设定的要求膜厚的情况下,重复步骤ST5至达到要求膜厚为止。
在形成于基板S上的薄膜的膜厚达到预先设定的要求膜厚的情况下,在步骤ST7中,用挡板7d被覆靶材7a,关闭阀8b、8e,结束溅射成膜,同时关闭电子枪9b,关闭挡板9c,结束真空蒸镀成膜。之后,将真空容器2的内部压力恢复到大气压,从真空容器2取出基板支架5。
如上所述,本实施方式的成膜方法在基板S的表面重复进行下述工序而形成折射率小于成膜材料的折射率的膜,上述工序为:通过真空蒸镀法将蒸镀材料成膜的工序;和通过溅射将靶材构成物质成膜的工序。该成膜材料的折射率是指通过蒸镀工序和溅射工序形成的膜的材料本身的折射率。例如,若所形成的薄膜为SiO2,则是指进行加工前的SiO2的材料本来所具有的折射率(对于632.8nm的波长光为1.457)。
并且,关于所得到的膜的折射率,在成膜材料为SiO2的情况下,优选小于SiO2自身的折射率1.457,更优选为1.41以下、进一步优选为1.35以下。另外,在成膜材料为MgF2的情况下,所得到的膜的折射率优选小于MgF2自身的折射率1.38。并且在将所得到的膜应用于基板的表面层等需要机械强度的用途时,铅笔硬度优选为B以上。
为了得到这种低折射率且高强度的膜,基于溅射的膜重量优选小于基于真空蒸镀法的膜重量,例如基于溅射的膜重量相对于所得到的总膜重量为0.2%~1.4%。
作为本实施方式的蒸镀材料,优选使用SiO2、MgF2、Al2O3、ZrO2、Ta2O5、TiO2、Nb2O5或HfO2,作为靶材构成物质,优选使用Si、Al、Zr、Ta、Ti、Nb、Hf或它们的金属氧化物。该情况下,也可以使用蒸镀材料和材质与该蒸镀材料不同的靶材构成物质对形成的膜的折射率进行控制。
从本实施方式的其他观点来看,也可以在基板的表面重复进行下述工序而形成折射率小于成膜材料的折射率的膜,上述工序为:在特定真空度的气氛中通过真空蒸镀法将蒸镀材料成膜的工序;和暴露于真空度低于特定真空度的等离子体气氛中的工序。
根据本实施方式的成膜方法,能够抑制基板表面的光反射,因此能够防止光斑或重影的产生、外部光的反射眩光等。另外,关于折射率高于玻璃的成膜材料,由于能够得到所期望的折射率的薄膜,因此不受现有材料的折射率的限制而能够自由地选择所期望的折射率,能够提高光学薄膜的设计的自由度。
实施例
《实施例和比较例》
使用图1、图2的成膜装置,通过图3所示的方法,将目标膜厚设为500nm,在玻璃制的基板S(SCHOTT公司制造N-BK7、板厚1.0mm、40×40mm、折射率nd:1.5168)的单面成膜出SiO2膜,利用分光光度计(日本分光公司制造V-570)测定分光透射率,由该透射率计算出成膜后的膜的折射率,同时对于相同的膜进行划格试验(依照JISB7080-4光学和光子学-光学涂层-第4部:特定试验方法7.划格试验(条件方法03)))和铅笔硬度试验(依照JIS K5600涂料一般试验方法4.4划痕硬度(铅笔法))。此时的成膜装置的成膜条件如下所述。
真空容器2的容积与差压容器6的容积之比为1:0.02,图1所示的真空蒸发机构9的坩埚9a与基板S的垂直方向的距离H为35cm~50cm,高真空区域A的目标真空度为7×10-4Pa,差压区域B的目标真空度为1Pa~10-1Pa。另外,关于溅射成膜,为溅射电源7c使用了RF电源的RF溅射。作为靶材7a,使用Si靶材,作为溅射气体,导入氧(5sccm、20sccm、35sccm)、氩(45sccm、60sccm、75sccm),使合计的气体流量为80sccm。溅射电源7c的RF功率为100W、200W、300W。
另外,关于真空蒸镀成膜,使用SiO2作为蒸镀材料,电子枪9b的电流量设为70mA、120mA。另外,在高真空区域A未导入氧等反应性气体。并且,基板S加热至200℃。需要说明的是,下述表1的溅射膜重量比例(%)由(溅射速率/蒸镀速率)×100进行换算。另外,比较例1是使用相同的成膜装置1并仅通过真空蒸镀进行成膜(RF功率为0,溅射气体流量为0)的例子,比较例2是使用相同的成膜装置1并仅通过溅射进行成膜(蒸镀电子枪电流为0)的例子,比较例3是使用相同的成膜装置1,使RF功率为0、溅射气体合计流量为80sccm,仅流入溅射气体而未进行基于溅射的成膜的例子。
[表1]
表1
Figure BDA0002119963210000091
将由实施例1、比较例1、比较例2得到的膜切断,使用扫描型电子显微镜进行观察,将结果示于图4。另外,对于由实施例1、比较例1、比较例2得到的膜的晶体结构,通过X射线衍射法进行分析,将结果示于图5。此外,使用分光光度计(日本分光公司制造V-570)测定实施例1、比较例1、比较例2的膜和基板S的透射率,将结果示于图6。
《考察》
(1)如比较例1和2所示,仅通过真空蒸镀法或仅通过溅射法在玻璃基板的表面形成SiO2膜时,形成与成膜材料SiO2的折射率1.457大致相等的膜。与此相对,如实施例1~8所示,若重复进行真空蒸镀法和溅射法,则形成折射率低于成膜材料SiO2的折射率1.457而为1.31~1.41的膜。并且,实施例1~8的低折射率的膜与比较例3的低折射率(1.32)的膜相比,在划格试验和铅笔硬度试验等中确认到的机械强度也格外大。
(2)关于这种低折射率与高强度的兼顾性的详细机理尚不明确,但推测由于下述理由影响得到实施例1~8的低折射率且高强度的薄膜。即,如比较例3所示,使溅射成膜为零而仅进行真空蒸镀成膜的情况下,得到1.32左右的低折射率的膜,但如划格试验和铅笔硬度试验的结果所示强度不足,因而由于从差压容器6(差压区域B)漏出的气体而使高真空区域A的真空度降低,从而膜的致密性降低,发生多孔化,由此折射率降低。这与SEM观察吻合。并且,通过溅射成膜时的溅射颗粒碰撞等对基于该真空蒸镀的正在多孔化的膜施加物理能量,多孔膜发生压缩或冷凝,由此原本低强度的多孔膜发生高强度化。这与下述情况吻合,即,即使基于溅射成膜的膜重量比为0.2%~2.1%左右,也如实施例1~8那样得到低折射率且高强度的薄膜。另外,根据图5所示的X射线衍射分析的结果,由于未观察到基于结晶面的衍射的强峰,因此所得到的薄膜为非晶质,也与膜的强度提高不是基于结晶化吻合。
(3)顺便提及,由于即使基于溅射成膜的膜重量比为0.2%~2.1%左右也如实施例1~8那样得到低折射率且高强度的薄膜,因此还认为溅射工序的等离子体能量对薄膜的高强度化产生影响。
(4)如图6所示,实施例1中得到的薄膜在包括可见光360nm~830nm的300nm~2000nm的波长区域呈91%以上的透射率。
(5)若比较将基板支架5的转速变化为5rpm、10rpm、20rpm的实施例7、5、8的折射率,则为1.41、1.37、1.37,结果转速对折射率的影响不大。
(6)若分别比较使蒸镀电子枪电流为70mA和120mA、使RF功率为相同值的实施例1和4、实施例2和5、实施例3和6的折射率,则将蒸镀电子枪电流设定为相对低的70mA时成为低折射率的膜。
符号说明
A…高真空区域
B…差压区域
G…间隙
S…基板
1…成膜装置
2…真空容器
3…排气装置
4a…驱动部
4b…旋转轴
5…基板支架
5a…基板保持面
5b…溅射部
6…差压容器
6a…端面
7…溅射机构
7a…靶材
7b…溅射电极
7c…溅射电源
7d…挡板
8…气体导入系统
8a、8d…气瓶
8b、8e…阀
8c、8f…质量流量控制器
8g…配管
9…真空蒸镀机构
9a…坩埚
9b…电子枪
9c…挡板
10…压力计
11…膜厚传感器。

Claims (11)

1.一种成膜方法,其在基板的表面重复进行下述工序而形成折射率小于成膜材料的折射率的膜,所述工序为:
通过真空蒸镀法将蒸镀材料成膜的工序;和通过溅射将靶材构成物质成膜的工序;
基于所述溅射的膜重量相对于所得到的总膜重量为0.2%~2.1%。
2.一种成膜方法,其在基板的表面重复进行下述工序而形成折射率小于成膜材料的折射率的膜,所述工序为:
通过真空蒸镀法将蒸镀材料成膜的工序;和通过溅射将靶材构成物质成膜的工序;
所述成膜材料为MgF2,形成折射率小于1.38的膜。
3.如权利要求1所述的成膜方法,其中,所述成膜材料为SiO2,形成折射率小于1.46的膜。
4.如权利要求1所述的成膜方法,其中,所述成膜材料为MgF2,形成折射率小于1.38的膜。
5.如权利要求3所述的成膜方法,其中,形成折射率为1.41以下的膜。
6.如权利要求1~5中任一项所述的成膜方法,其中,形成铅笔硬度为B以上的膜。
7.如权利要求2所述的成膜方法,其中,基于所述溅射的膜重量小于基于所述真空蒸镀法的膜重量。
8.如权利要求7所述的成膜方法,其中,基于所述溅射的膜重量相对于所得到的总膜重量为0.2%~2.1%。
9.如权利要求1~5中任一项所述的成膜方法,其中,所述蒸镀材料为SiO2、MgF2、Al2O3、ZrO2、Ta2O5、TiO2、Nb2O5或HfO2,所述靶材构成物质为Si、Al、Zr、Ta、Ti、Nb、Hf或它们的金属氧化物,所述基板为玻璃基板或塑料基板。
10.如权利要求1~5中任一项所述的成膜方法,其中,使用所述蒸镀材料和与所述蒸镀材料不同材质的靶材构成物质,对形成的膜的折射率进行控制。
11.如权利要求1~5中任一项所述的成膜方法,其中,该成膜方法为使用下述成膜装置在真空容器内在所述基板的表面形成薄膜的成膜方法,所述成膜装置具备:
所述真空容器;
基板支架,其可旋转地设置于所述真空容器的内部,将所述基板保持于基板保持面;
差压容器,其与所述真空容器的内部的所述基板保持面的一部分相向地设置,以通过微小的间隙与所述真空容器的内部的其他区域连通的状态被物理隔离;
溅射机构,其设置于所述差压容器的内部;
气体导入系统,其向所述差压容器的内部导入溅射气体;和
真空蒸镀机构,其在所述真空容器的内部与基板保持面相向地设置,
在该成膜方法中,
将所述真空容器内减压而调整为第1压力,
一边使保持所述基板的基板支架旋转,一边向所述差压容器中导入溅射气体,调整溅射气体的流量和所述间隙的间隔,由此将所述差压容器的内部压力调整为高于所述第1压力的第2压力,之后重复进行下述工序:
溅射工序,所述差压容器的内部的气体通过所述间隙以利用所述溅射气体的流量和所述间隙的间隔进行了调整的流量漏出,在该状态下在所述差压容器的内部产生等离子体,在所述基板保持面的一部分通过溅射在所述基板的表面成膜;和
蒸镀工序,一边使所述基板支架旋转,一边在所述基板保持面中的所述差压容器不相向的部分通过真空蒸镀法在所述基板的表面成膜。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN209065995U (zh) * 2018-10-15 2019-07-05 株式会社新柯隆 成膜装置
US12119613B2 (en) 2019-08-21 2024-10-15 Hamamatsu Photonics K.K. Sintered body, sputtering target, film, quantum cascade laser, and method of film formation
WO2021074953A1 (ja) * 2019-10-15 2021-04-22 学校法人東海大学 成膜方法及び成膜装置
JPWO2021074952A1 (ja) * 2019-10-15 2021-11-04 学校法人東海大学 真空蒸着方法及び真空蒸着装置
KR102244873B1 (ko) * 2019-12-31 2021-04-27 주식회사 이노션테크 디스플레이 기판용 기능성 코팅막 및 그 제조방법
JP7253207B2 (ja) * 2021-04-13 2023-04-06 株式会社シンクロン 成膜装置及びこれを用いた成膜方法
JP2023158648A (ja) * 2022-04-18 2023-10-30 株式会社シンクロン 光学薄膜及びその製造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001207260A (ja) * 2000-01-27 2001-07-31 Canon Inc 成膜方法および成膜装置
CN1484330A (zh) * 2002-09-16 2004-03-24 铼德科技股份有限公司 多层反射膜及其制程
JP2006249499A (ja) * 2005-03-10 2006-09-21 Canon Inc 複合成膜装置
JP2010007125A (ja) * 2008-06-26 2010-01-14 Shincron:Kk 成膜方法及び成膜装置
JP2014227566A (ja) * 2013-05-21 2014-12-08 学校法人東海大学 成膜方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI384086B (zh) * 2004-03-15 2013-02-01 Ulvac Inc Film forming apparatus and thin film forming method
JP4804830B2 (ja) * 2005-08-29 2011-11-02 株式会社昭和真空 多層膜の成膜方法および成膜装置
JP5543907B2 (ja) * 2010-12-24 2014-07-09 日東電工株式会社 透明導電性フィルムおよびその製造方法
WO2013121552A1 (ja) * 2012-02-16 2013-08-22 株式会社シンクロン 透光性硬質薄膜
WO2015097898A1 (ja) * 2013-12-27 2015-07-02 株式会社シンクロン 多層反射防止膜の成膜方法
WO2016203585A1 (ja) * 2015-06-17 2016-12-22 株式会社シンクロン 成膜方法及び成膜装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001207260A (ja) * 2000-01-27 2001-07-31 Canon Inc 成膜方法および成膜装置
CN1484330A (zh) * 2002-09-16 2004-03-24 铼德科技股份有限公司 多层反射膜及其制程
JP2006249499A (ja) * 2005-03-10 2006-09-21 Canon Inc 複合成膜装置
JP2010007125A (ja) * 2008-06-26 2010-01-14 Shincron:Kk 成膜方法及び成膜装置
JP2014227566A (ja) * 2013-05-21 2014-12-08 学校法人東海大学 成膜方法

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