JP2001081558A

JP2001081558A - 成膜装置および成膜方法

Info

Publication number: JP2001081558A
Application number: JP25947799A
Authority: JP
Inventors: Hideo Fujii; 秀雄藤井
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1999-09-13
Filing date: 1999-09-13
Publication date: 2001-03-27

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前記
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、ガイド部材１５とを有している。
第１の材料供給源７は、チャンバ２の底部に固定される
固定材料供給源であり、第２の材料供給源８は、駆動系
１１により移動可能な可動材料供給源である。

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】従来、眼鏡レンズやカメラレンズのよう
な光学部品に用いられる反射防止膜、高反射膜、光学フ
ィルタ等の光学薄膜は、多層膜あるいは単層膜として作
製されている。その光学薄膜は、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、それらの供給電力を制御することにより、各蒸発源
からの蒸発速度を調整する方法が知られる。

【０００５】しかしながら、前述の方法の場合では、供
給電力と蒸発速度との応答性が低いため、供給電力を調
整しても所定の蒸発速度となるまでに長時間を必要とす
る。そのため、前述の方法では、迅速な蒸発速度の切替
が困難であり、所望の光学特性を有する薄膜を得るに
は、多くの製造時間が必要であるという欠点を有する。
さらに、前述の供給電力と蒸発速度との応答性が低いた
め薄膜の再現性が低いという欠点を有する。

【０００６】

【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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（１５）の本発明により達成される。

【０００８】（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、この移動により前記薄膜形成対象物の成膜面の法
線と、前記材料供給源と前記成膜面とを結ぶ線とのなす
角度が変更されることを特徴とする成膜装置。

【０００９】これにより、移動可能な材料供給源を移動
させ、前記角度を変更することで材料供給源からの膜材
料の拡散方向を変化させることができ、前記成膜面に対
する前記材料供給源からの材料の単位時間当たりの付着
量を変更することができる結果、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・膜構成を有
する薄膜を効率的に製造でき、特に、傾斜屈折率薄膜を
容易に製造することができる。

【００１０】（２）前記角度は、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
記載の成膜装置。

【００１１】これにより、チャンバを閉鎖したままチャ
ンバ外部から薄膜形成対象物の成膜面の法線と、前記材
料供給源と前記成膜面とを結ぶ線とのなす角度を変更す
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。

【００１２】（３）前記角度の変更を周期的に行う上
記（１）または（２）に記載の成膜装置。

【００１３】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。

【００１４】（４）前記材料供給源の移動により、該
材料供給源と前記薄膜形成対象物を結ぶ線と前記法線と
のなす角度と、その他の材料供給源と前記薄膜形成対象
物を結ぶ線と前記法線とのなす角度との大小関係を逆転
することができる上記（１）ないし（３）のいずれかに
記載の成膜装置。

【００１５】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。

【００１６】（５）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）ないし（４）
のいずれかに記載の成膜装置。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。

【００１７】（６）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
ある上記（５）に記載の成膜装置。

【００１８】これにより、薄膜形成対象物の成膜面の法
線と、材料供給源と前記成膜面とを結ぶ線とのなす角度
を変更することにより膜組成・膜構成を制御でき、所望
の薄膜を容易に得ることができる。

【００１９】（７）前記角度の増大に伴い、前記材料
供給速度を減少させるよう制御する制御手段がある上記
（１）ないし（５）いずれかに記載の成膜装置。

【００２０】これにより、薄膜形成対象物に形成する薄
膜の構成成分の差をより大きくすることができる。

【００２１】（８）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（７）のいずれかに記載の
成膜装置。

【００２２】これにより、成膜の際、薄膜の膜厚をモニ
タすることができ、所望の膜厚を形成することができ
る。

【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
対象物の成膜面の法線と、前記成膜面と前記材料供給源
とを結ぶ線とのなす角度を変更しつつ、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
させ、前記角度を変更することで材料供給源からの膜材
料の拡散方向を変化させることができ、前記成膜面に対
する前記材料供給源からの材料の単位時間当たりの付着
量を変更することができる結果、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・膜構成を有
する薄膜を効率的に製造でき、特に、傾斜屈折率薄膜を
容易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、薄膜形成対象物の成膜面の法
線と、前記成膜面と前記材料供給源とを結ぶ線とのなす
角度が変化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、薄膜形成対象物の成膜面の法
線と、材料供給源と前記成膜面とを結ぶ線とのなす角度
を変更することにより膜組成・膜構成を制御でき、所望
の薄膜を容易に得ることができる。

【００３４】（１５）前記角度の増大に伴い、前記材
料供給速度を減少させるよう成膜を行う上記（１２）ま
たは（１３）に記載の成膜方法。

【００３５】これにより、薄膜形成対象物に形成する薄
膜の構成成分の差をより大きくすることができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の成膜装置および成
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。

【００３７】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、多く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、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が
ある。

【００３８】以下の説明では、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。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中の可
動材料供給源およびガイド部材の近傍を示す拡大平面
図、図３は、図２中のＡ−Ａ線断面図、図４は、本発明
の成膜装置で得られた薄膜の屈折率と角度との関係を示
すグラフ、図５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６は、図５中の分光反射特
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７は、本発明の成膜装置
で用いられた材料供給源の往復動（１サイクル）を示す
グラフである。

【００３９】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、ガイド部材１５とを有して
いる。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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^-3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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】基板ホルダ４１には、基板３の成膜面に垂
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。

【００４６】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。

【００４７】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の内部と外気とを遮断して
いる。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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の成膜面と同等の薄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。

【００５３】膜厚計５に内蔵さ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
る検出値に基づいて基板３の薄膜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。

【００５４】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の側部の一部
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。

【００５５】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。

【００５６】シャッタ６の開閉の制御方法は、後述の制
御手段１２について説明する部分で詳細に説明する。

【００５７】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。

【００５８】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、
後述する駆動系１１により移動可能な可動材料供給源で
ある。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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薄膜の膜厚を検出
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。材料供給速度については、
後述する。

【００６３】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。

【００６４】図１中一点鎖線（図１中上下方向）は、基
板３の成膜面の法線であって、かつ回転ホルダ４１の回
転軸と一致する線３１である。第１の材料供給源７は、
この線３１上にはなく、線３１から所定の距離、離間し
た位置に配置されている。すなわち、線３１と、前記成
膜面と第１の材料供給源７とを結ぶ線３２（図１中二点
鎖線）とは、所定の角度θ₁をなしている。

【００６５】また、第１の材料供給源７は、その高さを
変更できるようになっていてもよい。この場合、第１の
材料供給源７の高さを変更する手段としては、例えば、
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（図示せず）を設置し、その支持部材に第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を取
付けたり、高さの異なる支持部材を適宜交換して使用す
る構成とすることが挙げられる。

【００６６】また、前述した支持部材の形状および設置
位置（例えば、図１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。

【００６７】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、摺動部
８５（図２）とで構成されている。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】第２の材料供給源８を移動するための駆動
系１１は、モータ部１６と、出力軸１７と、出力軸１７
に設置されているウォーム１８とを有している。

【００７１】チャンバ２の外部に配置されたモータ部１
６は、ステッピングモータ（図示せず）、変速機（図示
せず）等を内蔵している。そのステッピングモータの駆
動により生じる回転力は、変速機で調整されつつ、出力
軸１７を介してウォーム１８に伝達される。なお、出力
軸１７は、チャンバ２内の底壁２３を貫通している。こ
の出力軸１７が通る貫通孔には、シール部材１９が設置
され、チャンバ２内と外気とを遮断し、チャンバ２の気
密性を保っている。また、ステッピングモータの作動／
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。

【００７２】ウォーム１８は、ガイド部材１５の下部に
位置している。このウォーム１８の全体形状は、第２の
材料供給源８がガイド部材１５に沿って移動した際、ウ
ォーム１８と第２の材料供給源８の底面８２１に形成さ
れた歯とが、常に歯合していすように、その外径が中央
部から両端部に向かってそれぞれ増大するような形状を
なしている。

【００７３】図２および図３に示すように、第２の材料
供給源８の両側部には、各々一対の摺動部８５が設置さ
れている。この摺動部８５は、管状をなしており、その
中空孔に後述するガイド部材１５が挿通されている。

【００７４】チャンバ２の下方には、一対の棒状のガイ
ド部材１５が配置されている。各ガイド部材１５の一端
は、チャンバ２の側部に固定され、他端は、チャンバ２
の底部に固定されている。また、各ガイド部材１５は、
第２の材料供給源８が移動するとき、第２の材料供給源
８と基板３の成膜面（線３１の上端）との距離を一定に
保つよう、円弧状に湾曲している。第２の材料供給源８
は、摺動部８５を介して各ガイド部材１５に支持されて
いる。

【００７５】第２の材料供給源８は、線３１上にはな
く、線３１から所定の距離、離間した位置で移動する。
従って、線３１と、前記成膜面と第２の材料供給源８と
を結ぶ線３３（図１中二点鎖線）とは、所定の角度θ₂
をなしている。

【００７６】ステッピングモータを所定の方向に駆動回
転すると、それによりウォーム１８を回転し、第２の材
料供給源８は、ガイド部材１５に沿ってウォーム１８の
一端から他端までの範囲で移動する。

【００７７】角度θ₂は、第２の材料供給源８の移動と
ともに変化する。この角度θ₂は、第２の材料供給源８
がウォーム１８のモータ部１６からの遠位端に位置した
とき最大となり、近位端に位置したとき最小となる。ま
た、本実施形態では、角度θ₂の最小の角度と角度θ₁が
一致するよう設定されている。

【００７８】角度θ₂の範囲は、チャンバ２の形状、材
料供給源の形状、特に、ルツボの形状等の諸条件により
異なるが、０〜８０°で行うことが好ましく、０〜６０
°で行うことがより好ましい。８０°を超えると、成膜
装置が大型化する。なお、図示の実施形態では、角度θ
₂の範囲は、１０〜４０°である。

【００７９】なお、ステッピングモータを用いることで
第２の材料供給源８は、前記範囲を高速で、かつ所望の
位置に正確に移動することができる。

【００８０】また、このような構成では、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の外部から第２の材料供給源８の移動を制御でき、角
度θ ₂を変更することできる。特に、角度θ₂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。

【００８１】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および８３１、ステッピングモータ（図示せず）等を
制御している。

【００８２】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。

【００８３】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と、薄膜対
象物の成膜面の法線と前記成膜面と材料供給源とを結ぶ
線とのなす角度との３つの条件により薄膜の膜組成・膜
構成が決定されるが、その内の材料供給速度を一定の速
度に固定し、材料供給源と基板の成膜面との距離も一定
の距離に固定しておけば、前記角度の変更のみで薄膜の
膜組成・膜構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。制御手段１２は、蒸発源７１および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および８３の作動を制御する。

【００８４】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
給源の位置や角度に応じて可変とするよう制御してもよ
い。例えば、角度の増大に伴い、前記材料供給速度を減
少させるよう制御することができる。このときには、角
度θ₂が最大となると、材料供給速度が小または０とな
り、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、蒸発源７１の材料の屈折率により近い薄膜が
形成される。逆に、角度θ₂が最小となると、材料供給
速度が大となり、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、蒸発源８１の材料の屈折率によ
り近い薄膜が形成される。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。

【００８５】材料供給速度は、例えば蒸発源７１および
８１近傍に設置された膜厚計７４、８４に１秒間に形成
される薄膜の膜厚として知ることができ、制御手段１２
は、その膜厚計７４、８４の検出値によりそれぞれの材
料供給速度を制御する。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】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の作動／不作動、駆動量、駆動
方向、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。

【００８９】また、角度θ₂の変更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。

【００９０】前述した角度θ₂の変更の周期を１サイク
ルとしたとき、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２０サイクル以上で行うことが好ましく、１サイクル
を３０〜１５０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、作動するウ
ォーム１８と第２の材料供給源８の底面８２１に形成さ
れた歯との負担が集中し、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、所望の光学特性を得るまでに薄膜
の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。

【００９１】なお、本発明においてステッピングモータ
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。

【００９２】図１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、角
度θ₁、角度θ₂および成膜される薄膜材料の屈折率との
関係を説明する。なお、付着速度は、材料供給速度を一
定の速度にし、線３１と、各線３２および線３３とのな
す角度を角度θ₁、角度θ₂とした時、cosθ（θ＝θ₁，
θ₂）のｎ乗（ｎ＝１〜３）に比例する（点蒸発源、平
面蒸発源等の蒸発形態、その他、種々の成膜条件に依存
する）ことが成り立つ。ここで、付着速度とは、単位時
間当たりに基板の成膜面に付着する材料の量をいう。

【００９３】第２の材料供給源８が移動すると、角度θ
₂が変化する。前記角度θ₂を変更することで蒸発源８１
からの材料の拡散方向を変化させることができ、基板３
の成膜面に対する付着速度を変更することができる。例
えば、角度θ₂が最大（角度θ_2MAX）となるとき、付着
速度は最小となる。よって、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、蒸発源７１の材料の
屈折率に近い薄膜が形成される。また、角度θ₂が最小
（角度θ_2MIN）となるとき、付着速度は最大となるが、
本実施形態では、角度θ_2MIN＝角度θ₁であるので、蒸
発源８１の材料の付着速度と、蒸発源７１の材料の付着
速度とは同一付着速度となる。よって、基板３の成膜面
には、蒸発源８１の材料と、蒸発源７１の材料とが同一
の付着量で成膜され、蒸発源８１の材料の屈折率と、蒸
発源７１の材料の屈折率との和の約半分の屈折率を有す
る薄膜が形成される。

【００９４】また、各材料供給源７および８の蒸発速度
（材料供給速度）および各材料供給源から基板３の成膜
面の距離を１対１の比率とした場合、得られる薄膜の屈
折率の幅は、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、角度
θ₁と角度θ_2MINとが等角度のとき、蒸発源８１の材料
の屈折率と蒸発源７１の材料の屈折率との和の半分程度
の屈折率から蒸発源７１の材料の屈折率に近い屈折率ま
での範囲となる。

【００９５】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。

【００９６】また、第１の材料供給源７は、角度θ_2MIN
＜角度θ₁＜角度θ_2MAXとなるよう設置されていてもよ
い。この場合、角度θ₂と角度θ₁との大小関係を逆転す
るよう第２の材料供給源８を移動すると、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。

【００９７】また、第２の材料供給源８の移動を周期的
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。よって、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。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一例を示す。

【００９８】[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および８には、それぞれの上
面から１００mmのところに膜厚計７４および８４を設置
した。また、ＴｉＯ₂から任意の基板までの距離を８０
０mmと定め、角度θ₁を１０°となるよう固定し、駆動
系１１に設置したＳｉＯ₂から任意の基板までの距離を
７５０mmと定め、角度θ₂を１０〜４０°（可変）とな
るよう設置した。なお、薄膜を形成させる際、各角度θ
₁およびθ₂、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４
１が１回転した際の平均の角度を角度θ₁、角度θ₂と
し、蒸発源と基板との平均の距離を距離とする。このよ
うな条件下で、以下の手順により成膜を行った。

【００９９】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。

【０１００】次に、電子銃７３、８３から電子ビーム７
３２、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６
０nm/sec、膜厚計８４へのＳｉＯ₂の成膜速度が８０nm/
secとなるようにフィードバック制御した。

【０１０１】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上でＴｉＯ₂となる
よう設定した。

【０１０２】次に、シャッタ６を開放し、基板３への成
膜を開始した。薄膜の膜厚を膜厚計５でモニタし、モニ
タした検出値に基づいて制御手段１２により薄膜の膜厚
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。

【０１０３】成膜の際、角度θ₂を１０°、２０°、３
０°、４０°と変更し、それぞれの角度で薄膜の膜厚が
約１００nmになるまで成膜を行った。そして、それぞれ
の角度で得られた薄膜の各屈折率を測定した。その結果
を図４に示す。

【０１０４】図４に示すように、角度θ₂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１．７
８０〜１．８５７の間で連続的に変化することが認めら
れた。

【０１０５】[ＩＩ] 傾斜屈折率薄膜の形成前述した[Ｉ]の結果に基づいて角度θ₂１０〜４０°の
間の移動を周期的に行った。その際、図５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７に示すように第２の材料供
給源８の往復動（１サイクル）は、１サイクルの所要時
間が約６６秒であり、図６に示すように屈折率変化のサ
イクルが１０２サイクルなので、これと同様に前記往復
動を１０２サイクル行った。形成された薄膜の膜厚は、
約１４．５μmであった。図５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。

【０１０６】図５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。

【０１０７】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。

【０１０８】図８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、駆動
系１１の配置が前記第１実施形態と異なる。すなわち、
駆動系１１は、角度θ₂の増大に伴って第２の材料供給
源８と基板３の成膜面との距離が増大し、角度θ₂の減
少に伴って前記距離が減少するよう第２の材料供給源８
の移動が行なわれるものである。

【０１０９】図８に示すように、チャンバ２の底部に
は、一対のＬ字状をなすガイド部材１５が同方向に並ぶ
ように、かつチャンバ２の底部に平行に設置されてい
る。そのガイド部材１５の一端は、チャンバ２の側部に
固定され、その他端は、チャンバ２の底部に固定されて
いる。

【０１１０】このガイド部材１５の下部には、チャンバ
２の底部に平行にウォーム１８が配置されている。この
ウォーム１８の全体形状は、円筒状（同一外径）をなし
ている。

【０１１１】第２の材料供給源８は、ウォーム１８の一
端から他端までの範囲でガイド部材１５に沿って基板３
の成膜面に対し平行に（直線的に）移動する。この際、
第２の材料供給源８は、角度θ₂の増大に伴って第２の
材料供給源８と基板３の成膜面との距離が増大し、角度
θ₂の減少に伴って前記距離が減少するように移動す
る。

【０１１２】角度θ₂は、第２の材料供給源８がウォー
ム１８のモータ部１６からの近位端に位置したとき、最
大となり、かつ第２の材料供給源８と基板３の成膜面と
の距離が最長となる。前記モータ部１６からの遠位端に
位置したとき、最小となり、前記成膜面との距離が最短
となる。本実施形態では、角度θ₁と角度θ₂は、角度θ
_2MIN＜角度θ₁＜角度θ_2MAXとなるよう設定されてい
る。

【０１１３】図８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、角
度θ₁、角度θ₂および成膜する薄膜の屈折率との関係を
説明する。なお、第２の材料供給源８が移動すると、角
度θ₂と、第２の材料供給源８と基板３の成膜面との距
離とが共に変化するが、前記距離に着目すれば、第２の
材料供給源８が前記成膜面から遠ざかるにつれて付着速
度は小さくなり、前記成膜面に近づくにつれて付着速度
は大きくなる。よって、本実施形態のように前記角度の
増減と前記距離の増減とを組合わせることにより、前記
薄膜の屈折率の幅をより拡大し、またはシフトすること
ができる。

【０１１４】また、角度θ₂と角度θ₁との大小関係を逆
転するよう第２の材料供給源８を移動する場合、角度θ
₂が最大となるとき、第２の材料供給源８からの材料の
付着量が最小となり、蒸発源７１の材料が優先的に成膜
され、蒸発源７１の材料の屈折率により近い薄膜が形成
される。逆に、角度θ₂が最小となるとき、第２の材料
供給源８からの材料の付着量が最大となり、蒸発源８１
の材料が優先的に成膜され、蒸発源８１の材料の屈折率
により近い薄膜が形成される。

【０１１５】また、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
は、蒸発源８１の材料の屈折率により近い屈折率から蒸
発源７１の材料の屈折率により近い屈折率までの範囲と
なる。

【０１１６】また、第１の材料供給源７の固定位置を変
更してもよい。このときの作用・効果は、前記第１実施
形態と同様である。また、このとき、第２の材料供給源
８の移動を周期的に行うことで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、このときの作用・
効果は、前記第１実施形態と同様である。

【０１１７】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。

【０１１８】例えば、本成膜装置は、屈折率の異なる物
質を交互に積層させて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
定の角度に設定し、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。

【０１１９】

【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。

【０１２０】また、チャンバを閉鎖したまま、チャンバ
外部から薄膜形成対象物の成膜面と材料供給源とを結ぶ
線と、薄膜形成対象物の成膜面の法線とのなす角度の変
更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。

【０１２１】傾斜屈折率薄膜等を形成する場合、薄膜形
成対象物の成膜面と材料供給源とを結ぶ線と、薄膜形成
対象物の成膜面の法線とのなす角度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。

【０１２２】また、薄膜形成対象物の成膜面と材料供給
源とを結ぶ線と、薄膜形成対象物の成膜面の法線とのな
す角度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。

【０１２３】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中の可動材料供給源およびガイド部材の近
傍を示す拡大平面図である。

【図３】図２中のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】本発明の成膜装置で得られた薄膜の屈折率と角
度との関係を示すグラフである。

【図５】薄膜の分光反射特性（実測値および目標値）を
示すグラフである。

【図６】図５中の分光反射率曲線（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）である。

【図７】本発明の成膜装置で用いられた材料供給源の往
復動（１サイクル）を示すグラフである。

【図８】本発明の成膜装置の第２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底面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８５摺動部１１駆動系１２制御手段１３バルブ１４バルブ１５ガイド部材１６モータ部１７出力軸１８ウォーム１９シール部材３１線３２線３３線

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、こ
の移動により前記薄膜形成対象物の成膜面の法線と、前
記材料供給源と前記成膜面とを結ぶ線とのなす角度が変
更されることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】前記角度は、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に記載の成
膜装置。
【請求項３】前記角度の変更を周期的に行う請求項１
または２に記載の成膜装置。
【請求項４】前記材料供給源の移動により、該材料供
給源と前記薄膜形成対象物を結ぶ線と前記法線とのなす
角度と、その他の材料供給源と前記薄膜形成対象物を結
ぶ線と前記法線とのなす角度との大小関係を逆転するこ
とができる請求項１ないし３のいずれかに記載の成膜装
置。
【請求項５】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ないし４のいずれかに
記載の成膜装置。
【請求項６】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５に記載の成膜装置。
【請求項７】前記角度の増大に伴い、前記材料供給速
度を減少させるよう制御する制御手段がある請求項１な
いし５のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項８】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、薄膜形成対象物の成膜面の法線と、前記成膜面と前
記材料供給源とを結ぶ線とのなす角度を変更しつつ、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、薄膜形成対象物の
成膜面の法線と、前記成膜面と前記材料供給源とを結ぶ
線とのなす角度が変化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。
【請求項１５】前記角度の増大に伴い、前記材料供給
速度を減少させるよう成膜を行う請求項１２または１３
に記載の成膜方法。