JP2001059172A

JP2001059172A - 成膜装置および成膜方法

Info

Publication number: JP2001059172A
Application number: JP11234683A
Authority: JP
Inventors: Hideo Fujii; 秀雄藤井
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1999-08-20
Filing date: 1999-08-20
Publication date: 2001-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】多彩な膜組成・膜構成を得ることができ、所望
の薄膜を短時間で効率的に製造でき、特に、傾斜屈折率
薄膜を容易に形成することができる成膜装置およびこの
成膜装置を用いた成膜方法を提供することにある。【解決手段】成膜装置１は、チャンバ２と、基板３を保
持する保持部４と、膜厚計５と、シャッタ６と、第１の
材料供給源７と、第２の材料供給源８と、駆動系１１
と、制御手段１２とを有している。第１の材料供給源７
は、チャンバ２の底部に固定・配設されている。第２の
材料供給源８は、駆動系１１を備え、基板３の成膜面に
対して垂直方向に移動することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、成膜装置および成
膜方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、眼鏡レンズやカメラレンズのよ
うな光学部品には、薄膜を積層させた多層膜からなる光
学薄膜が設けられている。光学薄膜は、通常、屈折率の
異なる層を交互に積層し、所望の光学特性を得るが、そ
の他にも、層内で屈折率が連続的に変化する傾斜屈折率
薄膜により所望の光学特性を得る方法がある。

【０００３】傾斜屈折率薄膜としては、反射防止膜、マ
イナスフィルタ、偏向ビームスプリッタ等に用いられる
ルーゲットフィルタ（Rugate Filter）が挙げられる。

【０００４】そのような傾斜屈折率薄膜の製造方法は、
従来、屈折率の異なる複数の材料の蒸発源をそれぞれ設
け、それらからの蒸発速度を制御する第１の方法と、チ
ャンバ内に導入する反応ガスの混合比を制御し、混合比
に基づいた薄膜を連続的に積層させる第２の方法とが知
られる。

【０００５】しかしながら、第１の方法の場合、急激に
蒸発速度を変更することは困難であり、所望の光学特性
を有する薄膜を得るには、多くの製造時間を必要とする
という欠点を有する。

【０００６】また、第２の方法の場合、チャンバ内での
反応ガス濃度を一定にするまでの時間が長く、製造時間
に長時間を要する。さらに、膜組成は、蒸発源と反応ガ
スの混合比とで決定されるので膜組成の種類は限定され
る。そのため、傾斜屈折率薄膜において屈折率の幅(差)
を大きくとれず所望の光学特性を得難い。よって、膜厚
を厚くする必要があり、このことからも製造時間が長時
間となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、多彩
な膜組成・膜構成を得ることができ、所望の薄膜を短時
間で効率的に製造でき、特に、傾斜屈折率薄膜を容易に
形成することができる成膜装置およびこの成膜装置を用
いた成膜方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（１４）の本発明により達成される。

【０００９】（１）チャンバと、チャンバ内に配置さ
れた複数の材料供給源と、薄膜形成対象物を保持する保
持部とを有し、気相成膜法により材料供給源から供給さ
れる膜材料により薄膜形成対象物に成膜する成膜装置で
あって、前記材料供給源の少なくとも１つが移動可能で
あり、前記薄膜形成対象物に対する距離が可変であるこ
とを特徴とする成膜装置。

【００１０】これにより、移動可能な材料供給源を移動
し、該材料供給源と薄膜形成対象物との距離を接近／離
間させることで、薄膜の構成成分の比率を任意に設定し
たり、その比率を連続的に変化させたりすることができ
る。よって、多彩な膜組成・膜構成を容易に実現でき、
特に、傾斜屈折率薄膜をも短時間で効率的に製造するこ
とができる。

【００１１】（２）前記距離は、チャンバを閉鎖した
ままでチャンバ外部から変更が可能である上記（１）に
記載した成膜装置。

【００１２】これにより、チャンバを閉鎖したままチャ
ンバ外部から材料供給源の移動を変更することができ、
成膜作業を中断することなく、製造時間を短縮すること
ができる。

【００１３】（３）前記材料供給源からの材料供給速
度を検出する検出手段を有する上記（１）または（２）
に記載の成膜装置。これにより、材料供給速度を検出で
き、所望の膜組成・膜構成を実現できる。

【００１４】（４）前記検出手段の検出値に基づいて
前記材料供給速度を一定となるよう制御する制御手段が
ある上記（３）に記載の成膜装置。

【００１５】これにより、薄膜形成対象物と材料供給源
との距離を変更することで膜の組成を制御でき、所望の
薄膜を容易に得ることができる。

【００１６】（５）前記薄膜形成対象物に成膜する薄
膜の膜厚をモニタするモニタ手段を有する上記（１）な
いし（４）のいずれかに記載の成膜装置。

【００１７】これにより、成膜時の膜厚をモニタするこ
とができ、所望の膜厚を形成することができる。

【００１８】（６）前記材料供給源の移動により、該
材料供給源およびその他の材料供給源の前記薄膜形成対
象物との距離の大小関係を逆転することができる上記
（１）ないし（５）のいずれかに記載の成膜装置。

【００１９】これにより、得られる薄膜における屈折率
の幅を拡大またはシフトすることができる。

【００２０】（７）前記材料供給源の移動は、前記薄
膜形成対象物の成膜面に対して垂直方向に行われる上記
（１）ないし（６）のいずれかに記載の成膜装置。これ
により、薄膜形成対象物側への材料供給源の接近／離間
を効率的に行う。

【００２１】（８）前記材料供給源の移動は、前記薄
膜形成対象物との接近／離間を周期的に行う上記（１）
ないし（７）のいずれかに記載の成膜装置。

【００２２】これにより、薄膜形成対象物の成膜面に屈
折率が連続的に変化する薄膜、例えば、ルーゲットフィ
ルタのような傾斜屈折率薄膜を形成することができる。

【００２３】（９）前記材料供給源を移動するための
駆動源としてステッピングモータを備えた上記（１）な
いし（８）のいずれかに記載の成膜装置。

【００２４】これにより、材料供給源の移動が、高速
で、かつ所定の駆動量を正確に行うことができる。

【００２５】（１０）前記駆動源を制御する制御手段
を有する上記（９）に記載の成膜装置。

【００２６】これにより、成膜装置の自動化が図れ、成
膜を繰り返し行った場合に再現性良く成膜できる。

【００２７】（１１）前記薄膜形成対象物に傾斜屈折
率薄膜を形成するための成膜装置である上記（１）ない
し（１０）のいずれかに記載の成膜装置。これにより、
薄膜形成対象物に傾斜屈折率薄膜を形成することができ
る。

【００２８】（１２）チャンバと、チャンバ内に配置
された複数の材料供給源とを有する成膜装置を用いて薄
膜形成対象物に成膜する成膜方法であって、前記材料供
給源の少なくとも１つを移動することにより、薄膜形成
対象物との距離を変更しつつ、成膜を行うことを特徴と
する成膜方法。

【００２９】これにより、移動可能な材料供給源を移動
し、該材料供給源と薄膜形成対象物との距離を接近／離
間させることで、薄膜の構成成分の比率を任意に設定し
たり、その比率を連続的に変化させたりすることができ
る。よって、多彩な膜組成・膜構成を容易に実現でき、
特に、傾斜屈折率薄膜をも短時間で効率的に製造するこ
とができる。

【００３０】（１３）チャンバと、チャンバ内に配置
された複数の材料供給源とを有する成膜装置を用いて薄
膜形成対象物に成膜する成膜方法であって、前記材料供
給源の少なくとも１つを薄膜形成対象物と接近／離間す
るよう周期的に移動しつつ成膜することを特徴とする成
膜方法。

【００３１】これにより、薄膜形成対象物の成膜面に
は、屈折率が連続的に変化する薄膜、特に、ルーゲット
フィルタのような傾斜屈折率薄膜を形成することができ
る。

【００３２】（１４）前記各材料供給源からの材料供
給速度をそれぞれ一定にしつつ成膜を行う上記（１２）
または（１３）に記載の成膜方法。

【００３３】これにより、薄膜形成対象物と材料供給源
との距離を変更することで膜組成を制御でき、所望の薄
膜を容易に得ることができる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の成膜装置および前
記成膜装置を用いた成膜方法を添付図面に示す好適実施
形態に基づいて詳細に説明する。なお、説明中「膜厚」
とは、物理的膜厚を意味するものとする。

【００３５】本発明の成膜装置は、気相成膜法により成
膜を行う装置である。この気相成膜法としては、例え
ば、真空蒸着法、イオンアシスト蒸着法、イオンプレー
ティング、スパッタリング等が挙げられる。特に、真空
蒸着法は、多種の材料に適用が可能であり、成膜条件の
制御が比較的簡易であることから、膜厚、屈折率の再現
性に優れ、目的とする多層薄膜を精度よく形成すること
ができる。また、成膜装置の構成が比較的簡単であると
いう利点もある。

【００３６】以下の説明では、代表的に真空蒸着法によ
り成膜を行う成膜装置について説明する。

【００３７】図１は、本発明の成膜装置の第１実施形態
を示す断面図、図２は、図１中の駆動系および駆動系近
傍の部分拡大断面図、図３は、本発明の成膜装置で得ら
れた薄膜の屈折率と基板間距離との関係を示すグラフ、
図４は、薄膜の分光反射率特性（実測値および目標値）
を示すグラフ、図５は、図４中、分光反射特性（目標
値）を得るための計算により求めた屈折率分布図（屈折
率プロファイル）、図６は、本発明の成膜装置で用いら
れた駆動系の１サイクルを示すグラフである。

【００３８】図１に示すように、成膜装置１は、チャン
バ（真空炉）２と、基板（薄膜形成対象物）３を保持す
る保持部４と、膜厚計５と、シャッタ６と、第１の材料
供給源（固定材料供給源）７と、第２の材料供給源（可
動材料供給源）８と、駆動系１１と、制御手段１２と、
加熱ヒータ（図示せず）とを有している。

【００３９】チャンバ２には、複数の管路が接続されて
いる。その管路の１つは、チャンバ２内の雰囲気ガスを
排気する真空ポンプ（図示せず）に接続されている。チ
ャンバ２と真空ポンプの間には、バルブ１３が取付けら
れている。また、他の管路は、雰囲気ガス（不活性ガ
ス、反応ガス等）を導入するための管路である。その管
路の途中には、バルブ１４が取付けられている。

【００４０】このチャンバ２の雰囲気としては、通常、
非酸化性雰囲気、例えば、減圧（真空）状態下、あるい
は窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスが好ましい。
ここで雰囲気中には、少量の反応ガス（酸素ガス等）を
導入することができる。酸化チタンには、ＴｉＯ、Ｔｉ
₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂があるが、成膜の際、これらが混合して
基板３に成膜する可能性がある。そのため、チャンバ２
内の酸素分圧を制御することにより蒸発物と酸素原子と
の結合を調整して所望の価数の酸化チタンを得ることが
できる。

【００４１】例えば、ＴｉＯ、Ｔｉ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂のう
ちで光の吸収が最も少ないＴｉＯ₂を基板３に成膜しよ
うとするには、酸素分圧を比較的高くすることが好まし
い。このときの酸素分圧は、５×１０^-3Pa以上にして成
膜することが好ましく、１×１０^-2〜３×１０^-2Paにし
て成膜することがより好ましい。５×１０^-3Pa未満で
は、結合する酸素原子が不足し、ＴｉＯやＴｉ₂Ｏ₃の量
が増大するおそれがある。

【００４２】また、チャンバ２上部には、保持部４が設
けられている。この保持部４は、基板ホルダ４１と、回
転軸４２と、基板ホルダ回転機構４３とで構成されてい
る。

【００４３】基板ホルダ４１は、チャンバ２内の上部に
配置されている。この基板ホルダ４１の全体形状は、円
盤状をなしている。

【００４４】基板ホルダ４１には、基板３の基板面に垂
直方向に、すなわち、図１中上下方向に平行な複数の貫
通した開口４１１が形成されている。開口４１１の形状
は、基板３の形状に対応し、本実施形態では、円形状を
なしている。

【００４５】回転軸４２は、チャンバ２内の上部と上壁
２１とを貫通して、その一端が基板ホルダ４１に設置さ
れている。

【００４６】回転軸４２が通る貫通孔には、シール部材
２２が設置され、チャンバ２内部と外気とを遮断してい
る。

【００４７】チャンバ２の外部には、支持部材（図示せ
ず）により基板ホルダ回転機構４３が設置されている。

【００４８】基板ホルダ回転機構４３は、モータ（図示
せず）と、減速手段（図示せず）等とを内蔵しており、
このモータの回転を減速手段で減速しつつ、回転軸４２
に伝達する。なお、モータの作動／停止、回転速度、回
転方向等は、後述する制御手段１２により制御される。

【００４９】基板ホルダ４１の上面４１２には、複数の
基板（成膜形成対象物）３が保持されている。基板３の
形状は、円盤状をなしている。それぞれ、基板３は、基
板ホルダ４１の上面４１２に開放する開口４１１に対応
するよう配置されている。そして、それぞれの基板３に
は、対応した開口４１１内の領域に薄膜が形成される。

【００５０】この基板３としては、各種の光学ガラス
や、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリア
リレート系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等の樹脂材料等
の光学材料が挙げられる。

【００５１】また、基板ホルダ４１近傍には、膜厚計５
が配置されている。この膜厚計５は、支持部材５１に支
持され、基板３の成膜面と同等の成膜が形成される位置
に膜厚モニタ（モニタ手段）として設置されている。

【００５２】膜厚計５の内部に組込まれた水晶振動子の
固有振動数の変化から薄膜の膜厚を検出する。この検出
値は、制御手段１２に入力される。制御手段１２は、入
力された検出値に基づいて基板３の膜厚を求めることが
できる。これにより、所望の膜厚を精度良く形成するこ
とができる。

【００５３】また、基板ホルダ４１の下部近傍には、シ
ャッタ６が配置されている。シャッタ６側部の一部は、
チャンバ２の側部に設置・固定され、シャッタ６の全体
を支持している。

【００５４】図１に示すように、シャッタ６は、基板３
と蒸発源から蒸発した材料（成膜材料）とを遮断するよ
う閉じられている。これにより、シャッタ６の開放前に
基板３に薄膜が形成することを防止できるので精度の高
い膜厚を得ることができる。

【００５５】シャッタ６の開閉の制御方法は、後述の制
御手段１２についての説明の部分で詳細に説明する。

【００５６】また、基板ホルダ４１と上壁２１との間に
は、加熱ヒータが配置されている。この加熱ヒータは、
チャンバ２内の基板３および雰囲気を加熱する。この
際、光学ガラスの場合には、基板温度を１５０〜３５０
℃に加熱・保持することが好ましく、２００〜３００℃
に加熱・保持することがより好ましい。これにより、得
られる薄膜の膜密度が向上する。樹脂材料等の光学材料
を使う場合には、基板変形を生じない程度に加熱・保持
することが好ましい。なお、基板３および雰囲気の温度
は、加熱ヒータ近傍に設置された熱電対（図示せず）に
より計測され、計測値は制御手段１２に入力される。そ
の計測値に基づいて制御手段１２が加熱ヒータを制御す
る。

【００５７】チャンバ２内の底部には、第１の材料供給
源７と第２の材料供給源８とが隣接して配置されてい
る。第１の材料供給源７は、チャンバ２内の底面に固定
された固定材料供給源であり、第２の材料供給源８は、
その底部に後述する駆動系１１を備えた移動可能な可動
材料供給源である。

【００５８】まず、第１の材料供給源７は、蒸発源７１
と、ルツボ７２と、電子銃７３と、電子銃用電源７３１
と、膜厚計７４と、支持部材７４１とで構成されてい
る。

【００５９】ルツボ７２内には、蒸発源７１が配置され
ている。この第１の材料供給源７の側部には、電子銃７
３が設置されている。該電子銃７３は、高エネルギー密
度の電子ビーム７３２を放出し、ルツボ７２内の蒸発源
７１を加熱し、蒸発させる。

【００６０】第１の材料供給源７の上部には、所定の高
さに設置された膜厚計７４が設置され、支持部材７４１
に支持されている。

【００６１】この膜厚計７４は、前述の膜厚計５と同様
に水晶振動子の固定振動数の変化から膜厚を検出する。
この検出値は、後述する制御手段１２に入力される。こ
れにより、後述する制御手段１２は、材料供給速度を制
御することができる。材料供給速度の制御については、
後述する。

【００６２】電子銃用電源７３１は、チャンバ２の外部
に設置されている。電子銃用電源７３１からの配線によ
り電子銃７３に電力を供給する。電子銃７３の電力は、
制御手段１２により制御される。

【００６３】次に、第２の材料供給源８は、蒸発源８１
と、ルツボ８２と、電子銃８３と、電子銃用電源８３１
と、膜厚計８４と、支持部材８４１と、駆動系１１とで
構成されている。

【００６４】上記においてルツボ８２に配置される蒸発
源８１は、蒸発源７１とは異なる組成の材料とされる。

【００６５】ルツボ８２、電子銃８３、電子銃用電源８
３１、膜厚計８４、支持部材８４１は、前述のルツボ７
２、電子銃７３、電子銃用電源７３１、膜厚計７４、支
持部材７４１と同様のものである。

【００６６】駆動系１１は、チャンバの底部と底壁２３
とを貫通して設置されている。以下、図２を用いて駆動
系１１を詳細に説明する。

【００６７】駆動系１１は、ベローズ管１５と、ステッ
ピングモータ１６と、ピニオンギア１７と、ラックギア
１８が形成された支持部材２５と、ガイド部材１９とを
有している。

【００６８】図２中上部、第２の材料供給源８の下面８
２１にベローズ管１５の上部が固着されている。このベ
ローズ管１５は、伸縮自在であり、後述する支持部材２
５の駆動に対応して伸縮する。ベローズ管１５の形状
は、中空円筒状をなしている。ベローズ管１５の内部
は、空洞部２６を形成している。

【００６９】空洞部２６内では、第２の材料供給源８の
下面８２１に支持部材２５の上部が固定されている。支
持部材２５は、ガイド部材１９に支持されている。ま
た、支持部材２５の側部には、レール２７が形成されて
おり、このレール２７により、支持部材２５は、ガイド
部材１９に沿って図２中の上下方向にのみ移動する。こ
れにより、支持部材２５は、第２の材料供給源８を上下
方向、すなわち、基板３の成膜面に垂直な方向に移動す
ることができ、第２の材料供給源８の基板３側への接近
／離間を効率的に行うことができる。

【００７０】また、この支持部材２５には、レール２７
の反対側の側部にラックギア１８が形成されている。支
持部材２５の近傍には、ステッピングモータ１６が配置
されている。ステッピングモータ１６の回転軸には、ラ
ックギア１８と歯合するピニオンギア１７が取付けられ
ている。このステッピングモータ１６の駆動により生じ
る回転力は、ピニオンギア１７およびラックギア１８を
介して支持部材２５に伝達され、支持部材２５を高速
で、かつ所望の移動距離を正確に上下方向に移動するこ
とができる。

【００７１】また、ステッピングモータ１６は、後述す
る制御手段１２により、チャンバ２を閉鎖したままチャ
ンバ２の外部からその駆動を制御できるので、材料供給
源と基板との距離を必要時にはいつでも、特に、成膜作
業中でも変更することできる。よって、前記距離を変更
するためにチャンバ２を開く等の成膜作業を中断するこ
となく、製造時間を短縮することができる。

【００７２】制御手段１２は、通常、マイクロコンピュ
ータ（ＣＰＵ）で構成されている。制御手段１２は、基
板ホルダ回転機構４３、シャッタ６、電子銃用電源７３
１、８３１、ステッピングモータ１６等を制御してい
る。

【００７３】制御手段１２は、前述した基板ホルダ回転
機構４３のモータの作動／不作動を制御し、さらに、作
動中の回転速度、回転方向等を制御する。この回転速度
は、２〜１００rpmであることが好ましく、１０〜５０r
pmであることがより好ましい。２rpm未満では、膜厚を
均一化することが困難であり、１００rpmを超えると、
回転の遠心力により基板３が固定位置から外れるおそれ
がある。なお、回転方向は、一方向に限るものではな
く、例えば、正回転と逆回転を組み合わせた回転であっ
てもよい。

【００７４】成膜の際、各材料供給源からのそれぞれの
材料供給速度と、材料供給源と基板との距離の２つの条
件により膜組成が決定されるが、その内の材料供給速度
を一定の速度に固定しておけば、前記距離の変更のみで
膜の組成を制御できるので所望の薄膜を容易に得ること
ができる。この場合、制御手段１２は、蒸発源７１、８
１においてそれぞれの材料供給速度が一定になるよう電
子銃７３、８３の作動を制御する。

【００７５】制御手段１２は、各材料供給源からのそれ
ぞれの材料供給速度を経時的に変化させるよう制御して
もよい。特に、制御手段１２は、第１の材料供給源７お
よび第２の材料供給源８からの材料供給速度を各材料供
給源の移動する距離に応じて可変とするよう制御しても
よい。例えば、第２の材料供給源８が基板３側に近づい
たときにその材料供給速度を大とすれば、基板３の成膜
面には、蒸発源８１の材料が優先的に成膜され、第２の
材料供給源８が遠ざかったときにその材料供給速度を小
とすれば、基板３の成膜面には、蒸発源７１の材料が優
先的に成膜される。これにより、基板３に形成される薄
膜における含有成分の濃淡（含有量の差）をより大きく
することができる。

【００７６】材料供給速度は、例えば、蒸発源近傍に設
置された膜厚計７４、８４に１秒間に形成される膜厚と
して知ることができ、制御手段１２は、その膜厚計７
４、８４の検出値に基づいてそれぞれの材料供給速度を
制御する。

【００７７】成膜開始時において、制御手段１２は、前
述の膜厚計７４、８４の検出値に基づいてそれぞれの材
料供給速度があらかじめ設定した速度に安定したと判断
したら、シャッタ６を開く。

【００７８】また、成膜終了時において、制御手段１２
は、膜厚計５からの検出値に基づいて所望の膜厚に達し
たと判断したら、シャッタ６を閉じる。これにより、過
剰な成膜を防止することができ、精度の高い膜厚を得る
ことができる。

【００７９】薄膜を形成するにおいて、制御手段１２
は、ステッピングモータ１６の作動／不作動、駆動量、
駆動のタイミング等をあらかじめ設定されたプログラム
に従ってシーケンス制御する。これにより、成膜装置１
の自動化が図れ、成膜を繰り返し行った場合に再現性良
く成膜できる。

【００８０】また、第２の供給材料源８の移動を基板３
に対して接近／離間を周期的に行うよう制御した場合、
基板３の成膜面に屈折率が連続的に変化する薄膜、例え
ば、ルーゲットフィルタのような傾斜屈折率薄膜を形成
することができる。

【００８１】前述の接近／離間の周期を１サイクルとし
た場合、求める傾斜屈折率薄膜を形成するには、１サイ
クルにおける移動距離、材料供給速度（蒸発速度）、チ
ャンバ２内の雰囲気等の諸条件により異なるが、その一
例を挙げれば、１サイクルを１０〜５００秒で１０サイ
クル以上で行うことが好ましく、１サイクルを３０〜１
５０秒で２０サイクル以上で行うことがより好ましい。
１サイクルの間隔が狭すぎると、往復動を行うピニオン
ギア１７およびラックギア１８への負担が集中し、摩耗
・損傷等を起こしやすく、成膜装置１の使用寿命を縮め
る。また、１サイクルの間隔が広すぎると、膜厚が過剰
に厚くなり使用用途を狭め、長時間の製造時間が必要と
なり生産性を低下させる。また、サイクルの回数が少な
すぎると、所望の光学特性を得ることができないおそれ
が生じる。

【００８２】なお、本発明においてステッピングモータ
１６の制御は、シーケンス制御に限るものではなく、手
動制御でもよい。

【００８３】ルーゲットフィルタのような傾斜屈折率薄
膜を形成する場合について、第１の材料供給源７と基板
３との距離（以下、単に「第１の材料供給源７の基板間
距離」という）と、第２の材料供給源８と基板３との距
離（以下、単に「第２の材料供給源８の基板間距離」と
いう）と、成膜される薄膜材料の屈折率との関係を説明
する。なお、真空蒸着法では、蒸発源からの蒸発量を一
定にした場合、基板での蒸着量が基板と蒸発源との間の
距離の２乗に反比例する関係が成立する。

【００８４】第２の材料供給源８は、基板３側に対し接
近／離間する。この場合、第２の材料供給源８が最も下
降するとき、その基板間距離が最長となる。このとき、
第２の材料供給源８の基板間距離は、第１の材料供給源
７の基板間距離にほぼ等しくなる。また、第２の材料供
給源８が最も上昇する場合にその基板間距離が最短とな
る。

【００８５】前述の基板間距離の位置関係において、各
材料供給源７および８の蒸発速度を１対１の比率とした
場合、得られる薄膜の屈折率の幅、すなわち、高屈折率
の部位と低屈折率の部位との差（以下、単に「屈折率の
幅」という）は、蒸発源８１の材料の屈折率と蒸発源７
１の材料の屈折率との和の半分程度の屈折率から蒸発源
８１の材料の屈折率に近い屈折率までの範囲となる。

【００８６】また、各材料供給源７および８の蒸発速度
の比率は、１対１に限らず、任意の比率に設定すること
ができる。これにより、得られる薄膜の屈折率の幅（範
囲）をシフトすることができる。前述のような成膜装置
を用いて前記気相成膜法により傾斜屈折率薄膜を形成し
た実施例について、以下に説明する。

【００８７】[Ｉ]薄膜の形成まず、基板３には、光学ガラス（Ｂｋ７；屈折率１．５
２）を用いた。固定された第１の材料供給源７には、蒸
発源７１としてＴｉＯ₂（屈折率２．２５）を配置し
た。駆動系１１に設置された第２の材料供給源８には、
蒸発源８１としてＳｉＯ₂（屈折率１．４７）を配置し
た。また、各材料供給源７、８には、それぞれの上面か
ら１００mmのところに膜厚計７４、８４を設置した。ま
た、ＴｉＯ ₂の基板間距離を８００mmと定め、駆動系１
１に設置したＳｉＯ₂の基板間距離を３５０〜７５０mm
と定めた。なお、薄膜を形成させる際、蒸発源と基板と
の距離は、基板ホルダ４１が回転するため変化する。本
明細書では、基板ホルダ４１が１回転した際の蒸発源と
基板との平均距離を基板間距離とする。このような条件
下で、以下の手順により成膜を行った。

【００８８】まず、チャンバ２内を約２×１０^-3Paの真
空度まで真空ポンプで排気した。また、加熱ヒータによ
りチャンバ２内の基板３および雰囲気を加熱し、基板３
が約２５０℃に達するまで加熱した。保持部４を駆動し
て、基板ホルダ４１を２０rpmの回転速度で回転させ
た。

【００８９】次に、電子銃７３、８３からは電子ビーム
７３２、８３２が蒸発源７１、８１に照射され、それぞ
れの蒸発源を融解した。それぞれの蒸発源７１、８１か
らの蒸発量を膜厚計７４、８４で検出しつつ、その検出
値に基づいて制御手段１２が電子銃電源７３１、８３１
の電力を制御し、膜厚計７４へのＴｉＯ₂の成膜速度が
６０nm/sec、膜厚計８４へのＳｉＯ₂の成膜速度が４０n
m/secとなるようにフィードバック制御した。

【００９０】次に、バルブ１４を開き、チャンバ２内に
酸素ガスを導入し、酸素分圧を２．５×１０^-2Paとし
て、蒸発源７１からの蒸発物が基板３上でＴｉＯ₂とな
るよう設定した。

【００９１】次に、シャッタ６を開放し、任意の基板３
への成膜を開始した。膜厚を膜厚計５でモニタし、モニ
タした検出値に基づいて制御手段１２により膜厚を求め
た。所定の膜厚に達したと制御手段１２が判断した後、
シャッタ６を閉鎖し、成膜を終了した。

【００９２】成膜の際、ＳｉＯ₂の基板間距離を３５０m
m、４５０mm、５５０mm、６５０mm、７５０mmと変更
し、それぞれの距離で膜厚が約１００nmになるまで成膜
を行った。そして、それぞれの距離で得られた薄膜の各
屈折率を測定した。その結果を図３に示す。

【００９３】図３に示すように、ＳｉＯ₂の基板間距離
を変更することにより、基板３上に成膜された薄膜の屈
折率が１．６４〜１．９１の間で連続的に変化すること
が認められた。

【００９４】[ＩＩ] 傾斜屈折率薄膜の形成前述した[Ｉ]の結果に基づいてＳｉＯ₂からの基板間距
離を３５０〜７５０mmの間で接近／離間を周期的に行っ
た。その際、図４に点線で示された分光反射特性を有す
る傾斜屈折率薄膜を得るよう成膜を行った。このとき、
図６に示すように駆動系１１の往復動（１サイクル）
は、約４３秒の周期であり、図５に示すように屈折率変
化のサイクルが２７サイクルなので、これと同じように
前記往復動を２７サイクル行った。形成された薄膜の膜
厚は、約２７００nmであった。図４中に得られた傾斜屈
折率薄膜の分光反射特性を実線で示した。

【００９５】図４に示すように、得られた傾斜屈折率薄
膜の分光反射曲線は、計算による分光反射曲線と近似し
ていることが認められた。これにより、本発明の成膜装
置１を用いてほぼ所望の傾斜屈折率薄膜を得られたこと
が確認された。

【００９６】次に、第２実施形態について説明する。こ
の場合、第１実施形態の成膜装置との共通点については
説明を省略し、主な相違点を説明する。

【００９７】図７は、本発明の成膜装置の第２実施形態
を示す断面図である。本実施形態の成膜装置１は、第１
の材料供給源７の設定位置が第１実施形態と異なる。す
なわち、第１の材料供給源７とチャンバ２の底部との間
に支持部材７５が配置されている。

【００９８】図７に示すように、第１の材料供給源７
は、支持部材７５により所定の高さに設置されている。
第１の材料供給源７の高さは、蒸発源７１が第２の材料
供給源８の移動ストロークの最高位と最低位の中間位置
（二点鎖線で示す）となるように設定されている。

【００９９】図７のような成膜装置１においてルーゲッ
トフィルタのような傾斜屈折率薄膜を形成する場合、第
１の材料供給源７の基板間距離と第２の材料供給源８の
基板間距離と成膜される薄膜の屈折率との関係を説明す
る。

【０１００】第２の材料供給源８の基板間距離が最短の
場合、すなわち、第２の材料供給源８が図７中一点鎖線
で示された位置に移動した場合、基板３には、蒸発源８
１の材料が優先的に成膜され、蒸発源８１の材料の屈折
率に近い薄膜が形成される。

【０１０１】第２の材料供給源８の基板間距離が最長の
場合、すなわち、第２の材料供給源８が図７中実線で示
された位置に移動した場合、基板３には、蒸発源７１の
材料が優先的に成膜され、蒸発源７１の材料の屈折率に
近い薄膜が形成される。

【０１０２】以上のように第１の材料供給源７の基板間
距離と第２の材料供給源８の基板間距離との距離の大小
関係が逆転するよう第２の材料供給源８を移動すること
により、得られる傾斜屈折率薄膜の屈折率の幅を拡大ま
たはシフトすることができる。

【０１０３】また、第１の材料供給源７は、その高さを
変更するようになっていてもよい。その高さを変更する
手段としては、例えば、支持部材７５に第１の材料供給
源７の設置高さを変更するためのアジャスタ機構が取付
けられていたり、高さの異なる支持部材７５を適宜交換
して使用する構成とすることが挙げられる。

【０１０４】また、前述した支持部材７５の形状および
設置位置（例えば、図７中の左右方向の位置）を変更し
てもよい。なお、このような調整は、通常、成膜を開始
する以前に行う。

【０１０５】次に、第３実施形態について説明する。こ
の場合、第１実施形態の成膜装置との共通点については
説明を省略し、主な相違点を説明する。

【０１０６】図８は、本発明の成膜装置の第３実施形態
を示す断面図である。本実施形態の成膜装置１は、第１
の材料供給源７が移動可能であることが第１実施形態と
異なる。すなわち、第２の材料供給源８と同様に駆動系
１１が第２の材料供給源８の底部に設置され、第１の材
料供給源７の蒸発源７１と基板３との距離が変動する。

【０１０７】第１の材料供給源７に設置された駆動系１
１は、第２の材料供給源８に設置された駆動系１１と同
様に制御手段１２により制御される。

【０１０８】図８のような成膜装置１において第１の材
料供給源７の基板間距離と、第２の材料供給源８の基板
間距離と、成膜される薄膜の屈折率との関係を説明す
る。

【０１０９】第１の材料供給源７の上昇／下降と第２の
材料供給源８の上昇／下降とを逆位相で行う。すなわ
ち、第１の材料供給源７が最高位にあるとき、第２の材
料供給源８を最低位にし、第２の材料供給源８が最低位
にあるとき、第１の材料供給源７を最高位にあるように
する。これにより、得られる薄膜の屈折率の幅を最も広
くすることができる。

【０１１０】また、前述のように両材料供給源の上昇／
下降を逆位相で周期的に行うことにより、ルーゲットフ
ィルタのような傾斜屈折率薄膜における含有成分の濃淡
（含有量の差）をより大きくすることができる。これに
より、所望の光学特性を得る上で、より前記サイクルの
回数を少なくできる。従って、膜厚をより薄くすること
ができ、製造時間を短縮することができる。

【０１１１】以上のように、本発明の成膜装置および前
記成膜装置を用いた成膜方法を各実施形態に基づいて説
明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、
各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに
置換することができる。

【０１１２】例えば、本成膜装置は、屈折率の異なる物
質を交互に積層し、多層光学薄膜を形成することに用い
てもよい。その一例を述べると、可動材料供給源を所定
の高さに設定し、固定した後、該材料供給源と他の材料
供給源の作動を択一的に行って、両材料供給源の材料に
よる薄膜を交互に形成する。また、材料供給源の作動の
切換の際、シャッタを一旦閉じる操作を組合わせてもよ
く、この場合には、隣接する層間の境界をよりシャープ
とすることができる。

【０１１３】

【発明の効果】以上述べたように、多彩な膜組成・膜構
成を有する薄膜を形成することができ、特に、傾斜屈折
率薄膜を容易に形成することができる。

【０１１４】また、チャンバを閉鎖したまま、チャンバ
外部から材料供給源の移動ができるようにすると、所望
の薄膜をより短時間で簡単に成膜することができ、生産
性の向上が図れる。

【０１１５】傾斜屈折率薄膜等を形成する場合、蒸発源
からの基板間距離と、他の蒸発源からの基板間距離との
距離の大小関係を逆転するよう移動させることにより、
得られる薄膜の屈折率の幅を拡大またはシフトすること
ができる。これにより、設計の幅を拡大し、所望の光学
特性を得る上で、膜厚（総厚）をより薄くすることがで
き、製造時間を短縮することができる。

【０１１６】また、基板と蒸発源との距離を変更する駆
動源としてステッピングモータを用いることで、得られ
る薄膜を精度良く形成することができ、特に、傾斜屈折
率薄膜の生産性を向上することができる。

【０１１７】このような成膜装置により成膜される薄
膜、特に、ルーゲットフィルタのような傾斜屈折率薄膜
は、設計通り製造できるので、これらを用いた眼鏡、カ
メラ、望遠鏡等の光学機器および光学部品の性能を十分
に発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の成膜装置の第１実施形態を示す断面図
である。

【図２】図１中、駆動系および駆動系近傍を示す拡大断
面図である。

【図３】本発明の成膜装置で得られた薄膜の屈折率と基
板間距離との関係を示すグラフである。

【図４】薄膜の分光反射率特性（実測値および目標値）
を示すグラフである。

【図５】図４中、分光反射特性（目標値）を得るための
計算により求めた屈折率分布図である。

【図６】本発明の成膜装置で用いられた駆動系の１サイ
クルを示すグラフである。

【図７】本発明の成膜装置の第２実施形態を示す断面図
である。

【図８】本発明の成膜装置の第３実施形態を示す断面図
である。

【符号の説明】

１成膜装置２チャンバ（真空炉）２１上壁２２シール部材２３底壁３基板４保持部４１基板ホルダ４１１開口４１２上面４２回転軸４３基板ホルダ回転機構５膜厚計５１支持部材６シャッタ７第１の材料供給源（固定材料供給源）７１蒸発源７２ルツボ７３電子銃７３１電子銃電源７３２電子ビーム７４膜厚計７４１支持部材７５支持部材８第２の材料供給源（可動材料供給源）８１蒸発源８２ルツボ８２１下面８３電子銃８３１電子銃電源８３２電子ビーム８４膜厚計８４１支持部材１１駆動系１２制御手段１３バルブ１４バルブ１５ベローズ管１６ステッピングモータ１７ピニオンギア１８ラックギア１９ガイド部材２５支持部材２６空洞部２７レール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チャンバと、チャンバ内に配置された複
数の材料供給源と、薄膜形成対象物を保持する保持部と
を有し、気相成膜法により材料供給源から供給される膜
材料により薄膜形成対象物に成膜する成膜装置であっ
て、前記材料供給源の少なくとも１つが移動可能であり、前
記薄膜形成対象物に対する距離が可変であることを特徴
とする成膜装置。
【請求項２】前記距離は、チャンバを閉鎖したままで
チャンバ外部から変更が可能である請求項１に記載した
成膜装置。
【請求項３】前記材料供給源からの材料供給速度を検
出する検出手段を有する請求項１または２に記載の成膜
装置。
【請求項４】前記検出手段の検出値に基づいて前記材
料供給速度が一定となるよう制御する制御手段がある請
求項３に記載の成膜装置。
【請求項５】前記薄膜形成対象物に成膜する薄膜の膜
厚をモニタするモニタ手段を有する請求項１ないし４の
いずれかに記載の成膜装置。
【請求項６】前記材料供給源の移動により、該材料供
給源およびその他の材料供給源の前記薄膜形成対象物と
の距離の大小関係を逆転することができる請求項１ない
し５のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項７】前記材料供給源の移動は、前記薄膜形成
対象物の成膜面に対して垂直方向に行われる請求項１な
いし６のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項８】前記材料供給源の移動は、前記薄膜形成
対象物との接近／離間を周期的に行う請求項１ないし７
のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項９】前記材料供給源を移動するための駆動源
としてステッピングモータを備えた請求項１ないし８の
いずれかに記載の成膜装置。
【請求項１０】前記駆動源を制御する制御手段を有す
る請求項９に記載の成膜装置。
【請求項１１】前記薄膜形成対象物に傾斜屈折率薄膜
を形成するための成膜装置である請求項１ないし１０の
いずれかに記載の成膜装置。
【請求項１２】チャンバと、チャンバ内に配置された
複数の材料供給源とを有する成膜装置を用いて薄膜形成
対象物に成膜する成膜方法であって、前記材料供給源の少なくとも１つを移動することによ
り、薄膜形成対象物との距離を変更しつつ、成膜を行う
ことを特徴とする成膜方法。
【請求項１３】チャンバと、チャンバ内に配置された
複数の材料供給源とを有する成膜装置を用いて薄膜形成
対象物に成膜する成膜方法であって、前記材料供給源の少なくとも１つを薄膜形成対象物と接
近／離間するよう周期的に移動しつつ成膜することを特
徴とする成膜方法。
【請求項１４】前記各材料供給源からの材料供給速度
をそれぞれ一定にしつつ成膜を行う請求項１２または１
３に記載の成膜方法。