JP2003201558A

JP2003201558A - 成膜方法および装置

Info

Publication number: JP2003201558A
Application number: JP2001401666A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Hiraizumi; 敦嗣平泉; Koji Masuda; 幸治増田; Tetsuo Wada; 哲郎和田; Koichi Shintomi; 浩一新富; Kazuyasu Mizuno; 一庸水野
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2003-07-18
Also published as: US20030180454A1; US7291357B2

Abstract

(57)【要約】【課題】多層膜フィルタの各層の膜厚分布を均一化す
る。【解決手段】真空容器２内の被成膜基板５に対して膜
生成材料を蒸着させて被成膜基板５に光学的特性を有す
る光学膜を生成する成膜装置１Ｂ。この成膜装置１Ｂ
は、真空容器２内に設けられており、膜生成材料を含む
成膜源３ａ１、３ａ２と、真空容器２内に設けられてお
り、被成膜基板５を保持する基板保持部材６、７、８
と、基板５を、その基板５に直交する軸を回転軸として
回転させる回転機構２０とを備え、被成膜基板５の中心
を通り、成膜源３ａ１、３ａ２が含まれる水平面に直交
する基準線が水平面と交わる第１の交点と被成膜基板５
の中心との距離をZkとし、第１の交点から成膜源３ａ
１、３ａ２までの距離をXkとした場合、そのXk/Zkを下
式（１）に示す範囲内に設定している。【数２０】・・・（１）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に使用され
る光学フィルタ等、光学的特性を有する光学膜を生成す
るための成膜方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ブロードバンド時代の到来により、デー
タ伝送量のさらなる増加が求められている現在、互いに
異なる波長を有する複数の光を多重して伝送する波長多
重伝送システム｛ＷＤＭ（Wavelength Division Multip
lexing）伝送システム｝に大きな期待が寄せられてい
る。

【０００３】このＷＤＭ伝送システムにおけるキーデバ
イスの１つに、入射光に光学的作用を施す光学フィルタ
がある。例えば、光学フィルタとして、異なる波長が多
重光された入射光から、予め設定した所望の波長帯の光
のみを通過させる光帯域通過フィルタ（バンドパスフィ
ルタ、Band Pass Filter; BPF）や、EDFA等の光ファイ
バ増幅器の出力を平坦化するゲインフラットニングフィ
ルタ（Gain Flattening Filter; GFF）等がある。

【０００４】この種の光学フィルタとして、屈折率の異
なる複数の誘電体多層膜から成る多層膜フィルタが知ら
れている。この多層膜フィルタによれば、各層の膜厚お
よび屈折率を好適に設定することにより、所望の波長透
過特性を得ることが可能になる。

【０００５】多層膜フィルタ、すなわち、多層膜を生成
する成膜方法および装置としては、例えば基板上に真空
蒸着法やスパッタリング法等を用いて光学膜（フィルタ
膜）を順次積層していく方法および装置が知られてい
る。

【０００６】図１８は、従来の成膜装置５０の概略構成
を示す図である。

【０００７】図１８に示すように、従来の成膜装置５０
によれば、真空容器５１の底部に設けられた成膜材料を
含む成膜源５２の上方には、成膜源５２を含む水平面
（成膜源を点近似した場合のこの成膜源を含む水平面）
に対して平行な基板取付け面５３を有する基板ホルダ５
４が設置されている。この基板ホルダ５４の基板取付け
面５３には、被成膜基板５５が取付けられている。

【０００８】すなわち、成膜源５２内の成膜材料は、図
示しない加熱装置からの加熱により蒸発する。その蒸発
粒子は、真空容器５１内を上昇して被成膜基板５５に到
達し、被成膜基板５５上に薄膜を形成する。

【０００９】上記薄膜形成工程を、屈折率の異なる複数
の成膜材料により順次繰返し行うことにより、被成膜基
板５５に多層膜を形成している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、多層
膜フィルタは、多層膜を構成する各薄膜層の膜厚により
所望のフィルタ特性を得ているため、各薄膜層の膜厚を
高精度に設定することが要求される。

【００１１】しかしながら、従来の成膜方法および装置
によれば、成膜源と被成膜基板の取付け位置が適切では
ない。このため、成膜作業全体からみて、被成膜基板上
の成膜物質の堆積量（膜厚）に分布（膜厚分布）が生じ
る。

【００１２】この膜厚分布により、最終的に生成した光
学フィルタの光学特性に変化（例えば、光学フィルタに
おける膜厚に差が生じている領域間での特性差）が生
じ、所望の波長透過特性を均等に得ることができる光学
フィルタを生成することが困難であった。

【００１３】特に、上述したＢＰＦのような非常に高い
精度の膜厚分布が要求される光学フィルタでは、要求さ
れる仕様がその膜厚分布の偏差で０．１％以下と大変厳
しいものになっている。

【００１４】したがって、１バッチあたりの成膜面積が
小さくなり、また、製造歩留まりも低かった。

【００１５】本発明は上述した事情に鑑みてなされたも
ので、多層膜フィルタの各層の膜厚分布を均一化、例え
ば、その偏差を０．１％以下にすることを特徴とする成
膜方法および装置を提供することをその第１の目的とす
る。

【００１６】また、本発明は上述した事情に鑑みてなさ
れたもので、各層の膜厚分布を均一化した多層膜フィル
タを広い成膜面積で製造可能な成膜方法および装置を提
供することをその第２の目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様によ
れば、真空容器内の被成膜基板に対して膜生成材料を蒸
着させて当該被成膜基板に光学的特性を有する光学膜を
生成する成膜装置であって、（ａ）前記真空容器内に設
けられており、前記膜生成材料を含む成膜源と、（ｂ）
前記真空容器内に設けられており、前記被成膜基板を保
持する基板保持部材と、（ｃ）前記基板を、当該基板に
直交する軸を回転軸として回転させる回転機構とを備
え、前記被成膜基板の中心を通り、前記成膜源が含まれ
る水平面に直交する基準線が前記水平面と交わる第１の
交点と前記被成膜基板の中心との距離をZkとし、当該第
１の交点から前記成膜源までの距離をXkとした場合、そ
のXk/Zkを下式（１）に示す範囲内に設定している。

【数７】・・・（１）

【００１８】本発明の第２の態様によれば、真空容器内
の被成膜基板に対して膜生成材料を蒸着させて当該被成
膜基板に光学的特性を有する光学膜を生成する成膜装置
であって、（ａ）前記真空容器内に設けられており、前
記膜生成材料を含む成膜源と、（ｂ）前記真空容器内に
設けられており、前記被成膜基板を、前記成膜源が含ま
れる水平面に対して所定角度で傾斜させて保持する基板
保持部材と、（ｃ）前記基板を、当該基板に直交する軸
を回転軸として回転させる回転機構とを備えている。

【００１９】本発明の第２の態様において、前記基板保
持部材の被成膜基板の傾斜角度をΨとし、前記被成膜基
板の中心を通り、前記成膜源が含まれる水平面に直交す
る基準線が前記水平面と交わる第１の交点と前記被成膜
基板の中心との距離をZkとし、当該第１の交点から前記
成膜源までの距離をXkとした場合において、そのXk/Zk
を下式（２）で表した際に、前記傾斜角度Ψを下式
（３）で示す範囲内に設定し、前記Xk/Zkを下式（４）
で表した際に、前記傾斜角度Ψを下式（５）で示す範囲
内に設定している。

【数８】・・・（２）

【数９】・・・（３）

【数１０】・・・（４）

【数１１】・・・（５）

【００２０】本発明の第２の態様において、前記成膜源
は少なくとも２つであり、当該２つの成膜源を、前記保
持板の中心を通り当該２つの成膜源の何れか一方が含ま
れる水平面に直交する基準線から等距離に配置してい
る。

【００２１】本発明の第２の態様において、前記被成膜
基板の傾斜方向は、前記少なくとも２つの成膜源間の距
離の中心に向かう方向である。

【００２２】本発明の第２の態様において、前記成膜源
は３つ以上であり、当該３つ以上の成膜源が円周方向に
沿って等間隔で配置されている。

【００２３】本発明の第３の態様によれば、真空容器内
の被成膜基板に光学的特性を有する光学膜を生成する成
膜方法であって、（ａ）前記真空容器内に前記膜生成材
料の源となる成膜源を用意するステップと、（ｂ）前記
被成膜基板保持用の基板保持部材を用意し、この基板保
持部材により、前記被成膜基板を保持するステップと、
（ｃ）前記被成膜基板の中心を通り、前記成膜源が含ま
れる水平面に直交する基準線が前記水平面と交わる第１
の交点と前記被成膜基板の中心との距離をZkとし、当該
第１の交点から前記成膜源までの距離をXkとした場合、
そのXk/Zkが下式（６）：

【数１２】・・・（６）を満足するように、前記被成膜基板および前記成膜源を
配置するステップと、（ｄ）前記基板を、当該基板に直
交する軸を回転軸として回転させるステップとを備えて
いる。

【００２４】本発明の第４の態様によれば、真空容器内
の被成膜基板に光学的特性を有する光学膜を生成する成
膜方法であって、（ａ）前記真空容器内に前記膜生成材
料の源となる成膜源を用意するステップと、（ｂ）前記
被成膜基板保持用の基板保持部材を用意し、この基板保
持部材により、前記被成膜基板を、前記成膜源が含まれ
る水平面に対して所定角度で傾斜した状態で保持するス
テップと、（ｃ）前記真空容器内を真空排気した状態に
おいて、前記被成膜基板を、当該基板に直交する軸を回
転軸として回転させながら、前記成膜源の膜生成材料を
蒸発させて前記被成膜基板に対して蒸着を行うステップ
とを備えている。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２６】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施の形態に係わる成膜装置１の概略構成を示す図
である。

【００２７】図１に示すように、成膜装置１は、真空容
器２内の例えば底部に並置された例えば２つの成膜源
（るつぼ等）３ａ１、３ａ２と、真空容器２内における
成膜源３ａ１、３ａ２と反対側（上部）に設けられてお
り、被成膜基板５を保持する基板保持部材６とを備えて
いる。

【００２８】例えば、２つの成膜源３ａ１、３ａ２内の
成膜材料として、その一方の高屈折材料としては、主に
タンタル系、チタン系、ニオブ系等の酸化物等があり、
他方の低屈折材料としては、主にシリコン系の酸化物等
がある。

【００２９】本実施形態において、基板保持部材６は、
図１に示すように、被成膜基板５が保持された円形板状
の基板ホルダ７ａを有し、この基板ホルダ７ａを回転自
在に支持するホルダ回転支持部７と、真空容器２上部に
対して、各成膜源３ａ１、３ａ２を含む水平面（各成膜
源を点近似した場合のこの各成膜源を含む水平面であ
り、成膜材料が蒸発される蒸発面）に平行且つ対向配置
されており、ホルダ回転支持部７を取付けて固定支持す
る固定支持部材８とを備えている。

【００３０】本実施形態においては、図１に示すよう
に、ホルダ回転支持部７は、その基板ホルダ７ａが上記
成膜源を含む水平面に平行な面に対して所定角度Ψで傾
斜するように固定支持部材８に支持されている。すなわ
ち、基板ホルダ７ａとその保持板の一部を通り上記成膜
源を含む水平面に平行な面とのなす角度がΨとなってい
る。

【００３１】そして、成膜装置１は、真空容器２の例え
ば一側壁に設けられており、真空容器２内の空気を排気
して真空状態にするための排気ポンプ１２と、真空容器
２内に設けられており、成膜源３ａ１、３ａ２内に電子
ビームを照射して成膜源３ａ１、３ａ２内の成膜材料を
加熱させるための電子銃１３ａ１、１３ａ２と、成膜時
における膜厚モニタ用のモニタ光を発するための光源１
４とを備えている。

【００３２】さらに、成膜装置１は、シャッタ信号に応
じて成膜源３ａ１、３ａ２の上方を覆うことにより成膜
動作を停止させ、開放信号に応じて成膜源３ａ１、３ａ
２の上方を開放して成膜動作を開始させるためのシャッ
タ装置１５ａ１、１５ａ２と、光源１４から発せられ、
成膜中の薄膜および基板７ａ等を透過したモニタ光を受
光する受光器１６と、この受光器１６により受光された
モニタ光の受光量に対応する光量信号を受信し、受信し
た光量信号に応じてシャッタ装置１５ａ１、１５ａ２に
対して個別にシャッタ信号／開放信号を送信して被成膜
基板５上に成膜された各薄膜層の膜厚を制御する制御装
置１７とを備えている。

【００３３】また、ホルダ回転支持部７には、基板ホル
ダ７ａを、その保持板の中心を通りホルダ７ａに直交す
る軸を回転軸として回転させるための回転機構２０が設
けられている。この回転機構２０は、モータを有してお
り、このモータの駆動軸が基板ホルダ７ａの中心に連結
されている。この結果、基板ホルダ７ａは、回転機構
（モータ）２０の駆動によりその中心軸線を中心にして
回転可能になっている。

【００３４】２つの成膜源３ａ１、３ａ２は、基板ホル
ダ７ａの中心を通り、各成膜源３ａ１、３ａ２が含まれ
る水平面に直交する基準線ＬＲから等距離に、且つ円周
方向に沿って１８０°離れて配置されている。

【００３５】また、ホルダ７ａの傾斜方向、すなわち、
被成膜基板５の傾斜方向は、２つの成膜源３ａ１、３ａ
２間の距離の中心に向かう方向（すなわち、各成膜源３
ａ１、３ａ２から円周方向に沿って９０°の方向）とな
っている。

【００３６】以下、本発明の第１の実施の形態における
成膜装置１の全体動作について説明する。

【００３７】まず、排気ポンプ１２を動作させて、真空
容器２内の空気を排出して、真空容器２内を真空状態に
する。次いで、制御装置１７から一方のシャッタ装置
（例えば、シャッタ装置１５ａ１）に開放信号を送信し
てシャッタ装置１５ａ１を開動作させ、次いで、他方の
シャッタ装置（例えば、シャッタ装置１５ａ２）にシャ
ッタ信号を送信してシャッタ装置１５ａ２を閉動作（シ
ャッタ動作）させる。

【００３８】この状態において、電子銃１３ａ１、１３
ａ２を動作させて電子ビームを成膜源３ａ１、３ａ２に
照射することにより、成膜源３ａ１、３ａ２内の成膜材
料を加熱融解する。この結果、成膜源３ａ１、３ａ２内
の成膜材料は蒸発する。

【００３９】このとき、上方をシャッタ装置により覆わ
れていない成膜源３ａ１から蒸発した蒸発粒子は、真空
容器２内を上昇して、被成膜基板５に到達する。

【００４０】被成膜基板５は、回転機構２０により、基
板中心（保持板中心）を通り基板表面（保持板）に直交
する軸を回転軸としてホルダ７ａと一体に回転（自転）
している。蒸発粒子は、自転中の被成膜基板５の表面に
付着し、この結果、基板表面上に薄膜が形成される。

【００４１】一方、光源１４から出射され基板５等を透
過したモニタ光は、受光器１６を介して受光量に対応す
る光量信号として制御装置１７に送信される。

【００４２】制御装置１７では、光量信号に応じて基板
５の表面上に形成される薄膜の膜厚がモニタされてお
り、この膜厚が所定の厚さに到達した時点で、シャッタ
装置の切換（シャッタ装置１７ａ１→シャッタ動作、シ
ャッタ装置１７ａ２→開放動作）をさせる。この結果、
先に生成された薄膜に対応する成膜材料とは異なる成膜
材料の蒸着が行われ、その先に生成された薄膜の上にさ
らに薄膜が形成・積層される。

【００４３】すなわち、上記薄膜形成動作をシャッタ装
置を切換ながら繰り返し行うことにより、基板５の表面
上に多数の薄膜から成る多層膜を形成することができ
る。

【００４４】このとき、本実施形態によれば、成膜源３
ａ１、３ａ２に対して基板ホルダ７ａ、すなわち、被成
膜基板５を傾斜且つ回転（自転）させながらその基板５
上に成膜を行っているため、各成膜源３ａ１、３ａ２か
ら基板５の中心までの距離と、各成膜源３ａ１、３ａ２
から基板５の周縁までの距離とをトータル的に略同一に
することができる。

【００４５】以下、本実施形態に基づく成膜装置１およ
び成膜方法を用いて実際に成膜した場合の検証結果につ
いて説明する。

【００４６】例えば、基板ホルダ７ａとして、図２に示
すように、全体でφ２００であり、中心点Ａ、および中
心点Ａから等距離に位置する（中心点Ａを中心とする正
方形の各頂点に位置する）Ｂ〜Ｅにそれぞれ取付孔２５
（φ２２．５）が設けられた３枚の基板ホルダを用意し
た。そして、各基板ホルダ７ａの各取付孔２５に被成膜
基板５を取り付け、基板保持部材６のホルダ回転支持部
７を、そのホルダ７ａ（基板５）が（１）傾斜しない状
態（傾斜角Ψ＝０°）、（２）Ψ＝２０°傾斜する状
態、（３）Ψ＝４０°傾斜する状態、となるように固定
支持部材８に取り付けた。

【００４７】この状態で、上述した成膜動作に従って、
上記（１）〜（３）パターンの各被成膜基板５に対し
て、例えば、SiO₂を成膜材料として基板ホルダ７ａの回
転速度を変えながら（０ｒｐｍ、２００ｒｐｍ、８００
ｒｐｍ）蒸着を実行した。ここで、成膜時の成膜源（例
えば、３ａ２）と基板ホルダ７ａとの位置関係を図３お
よび図４に示す。

【００４８】すなわち、傾斜角Ψ＝０°、２０°、４０
°の基板ホルダ７ａは、その中心が蒸発面から１０００
ｍｍの高さに配置されており、また、各成膜源３ａ１、
３ａ２は、基板ホルダ７ａの中心を通り、各成膜源３ａ
１、３ａ２が含まれる水平面に直交する基準線ＬＲから
等距離（３００ｍｍ）に配置されている。

【００４９】また、上記蒸着にあたっては、例えば基板
ホルダ７ａの中心Ａの位置に置いた基板５（Ａ）の受光
量に基づく光量信号を制御装置１７でモニタリングし
て、光学膜厚がちょうど１５５０ｎｍの１／４に到達し
た所でシャッタ装置を動作させて蒸着を停止した。

【００５０】上記（１）〜（３）それぞれの基板ホルダ
７ａを用いた場合について、５枚の被成膜基板５に成膜
された成膜材料（例えば、SiO₂、なお、Ta₂O₅等の他の
膜厚材料でもよい）の物理膜厚を測定し、上記中心Ａ位
置に置いた基板５（Ａ）の膜厚を１としてそれぞれの膜
厚を換算（規格化）した結果を図５〜図７に示す。

【００５１】すなわち、図５〜図７に示すように、基板
ホルダ７ａ（基板５）を傾斜させず（Ψ＝０°）に回転
させて蒸着した場合の膜厚偏差が０．００３４５（０．
３４５％）であったのに対し、Ψ＝４０°に傾斜したも
のでは、０．０００１６（０．０１６％）と大幅に減少
し、ＢＰＦにおいて必要な膜厚分布偏差（０．１％以
下）もクリアしている。

【００５２】以上述べたように、本実施形態によれば、
被成膜基板５を傾斜且つ回転（自転）させながらその基
板５上に成膜を行って、各成膜源３ａ１、３ａ２から基
板５の中心までの距離と、各成膜源３ａ１、３ａ２から
基板５の周縁までの距離とをトータル的に略同一にした
結果、成膜された各薄膜の堆積量、すなわち、膜厚分布
を例えば０．０１％台まで均一化することができる。

【００５３】この結果、所望の波長透過特性（損失特
性）をフィルタ面全体で均等に得ることが可能なフィル
タを提供できる。

【００５４】なお、本実施形態では、成膜源を２つ配置
した場合について説明したが、３つ以上でもよいのは当
然である。

【００５５】上記成膜源を３つ以上配置する場合におい
ては、基板ホルダ７ａ全体を回転（公転）させることも
可能である。

【００５６】図８は、上記成膜源を３つ以上配置する場
合における第１実施形態の変形例に係わる成膜装置１Ａ
を示す図である。

【００５７】図８に示すように、成膜装置１Ａの基板保
持部材６は、各成膜源３ａ１、３ａ２を含む水平面に平
行且つ対向配置されており、ホルダ回転支持部７を取り
付けて固定支持するための図示しない複数の取付穴を有
する円形支持部材８ａを備えている。

【００５８】さらに、成膜装置１Ａは、円形支持部材８
ａに連結されており、円形支持部材８ａを含む基板保持
部材６を上記成膜源を含む水平面に沿って回転自在に支
持する回転支持部材９を備えている。

【００５９】この変形例においては、図８に示すよう
に、ホルダ回転支持部７は、その基板ホルダ７ａがその
保持板中心を通り上記成膜源を含む水平面に平行な面に
対して所定角度Ψで傾斜するように、円形支持部材８ａ
の一つの取付穴に取り付けられている。

【００６０】例えば、４つ（第１〜第４）の成膜源３ａ
１〜３ａ４が、基準線ＬＲから等距離に、それぞれ円周
方向に９０°間隔で配置されていたとする。まず、基板
ホルダ７ａ（基板５）を第１〜第２の成膜源３ａ１〜３
ａ２の中間に向かって傾斜させた状態で、第１〜第２の
成膜源３ａ１〜３ａ２から蒸発された成膜材料に基づい
て成膜を実行する。

【００６１】次いで、円形支持部材８ａを回転させて、
基板ホルダ７ａ（基板５）を第３〜第４の成膜源３ａ３
〜３ａ４の中間に向かって傾斜させた状態で、第３〜第
４の成膜源３ａ３〜３ａ４から蒸発された成膜材料に基
づいて成膜を実行する。

【００６２】この結果、第１、第２の成膜源３ａ１〜３
ａ２と同等に第３〜第４の成膜源３ａ３〜３ａ４に対し
て成膜を実行することができる。

【００６３】なお、円形支持部材８ａを設けずに、成膜
源を回転させてもよい。

【００６４】円形支持部材８ａの回転は、例えば回転動
力源としてモータ等を有する回転支持部材９により行わ
れているが、レバー等の手動構造でもよく、少なくとも
１８０°回転すればよい。

【００６５】４つの成膜源を配置する場合、２つの成膜
源の下方にターンテーブル等に搭載された複数の交代用
成膜源（るつぼ）を配置しておき、最初に２つの成膜源
を用いて蒸着が終了した後、ターンテーブルを介して残
りの２つの成膜源を代わりに配置する構成であってもよ
い。この場合、被成膜基板は成膜源に対して常に同一の
角度になるため、回転支持部材は不要になる。（第２の
実施の形態）本実施形態に係わる成膜装置においては、
基板ホルダ７ａに保持された被成膜基板５自体の配置関
係およびその被成膜基板５と各成膜源３ａ１、３ａ２と
の配置関係が特に第１実施形態と異なる。したがって、
その配置関係を中心に説明し、後の説明は省略または簡
略化する。

【００６６】本実施形態における基板ホルダ７ａに保持
された被成膜基板５と各成膜源３ａ１、３ａ２との配置
関係について図９〜図１０を用いて説明する。

【００６７】なお、図９〜図１０において、説明を容易
にするため、一方の成膜源３ａ１、３ａ２を含む水平面
（各成膜源を点近似した場合のこの各成膜源を含む水平
面であり、成膜材料が蒸発される蒸発面）が一致するも
のとし、一方の成膜源（例えば、成膜源３ａ１）と被成
膜基板５との配置関係について説明する。なお、他方の
成膜源３ａ２に対しても、同様の関係が成立することは
当然である。

【００６８】成膜源３ａ１を含む水平面を（ｘ、ｙ）平
面とし、この（ｘ、ｙ）平面に直交する軸をｚ軸とし、
全体で３次元空間（ｘ、ｙ、ｚ）を構成しているものと
する。また、上記各成膜源３ａ１を点近似した場合の水
平面（蒸発面）上の位置座標をＥ（０、０、０）とし、
基板ホルダ７ａは（ｘ、ｙ）平面に対して傾斜角度Ψだ
け傾斜しているものとする。

【００６９】今、成膜源３ａ１の大きさが被成膜基板５
の大きさに比べて非常に小さく、点近似（Ｅとして表
す）できるとき、基板５表面上の点Ａにおける膜厚ｔ
は、下式（７）で表現できる。

【数１３】・・・（７）

【００７０】但し、ｍ：成膜材料の蒸発速度（ｇ／ｓｅ
ｃ） δ：薄膜における蒸着物質密度（ｇ／ｃｍ³）Ｒ：基板表面上点Ａと成膜源Ｅ（０、０、０）との距離 θ：成膜源を含む水平面（蒸発面）の法線方向と線分Ｅ
Ａのなす角度（ｒａｄ） φ：基板表面の法線方向と線分ＡＥとがなす角度（ｒａ
ｄ）ｎ：成膜源からの飛散分布を表すパラメータをそれぞれ表す。

【００７１】今、基板ホルダ７ａが前記成膜源を含む水
平面（ｘ、ｙ平面）に対して所定角度Ψで傾斜している
ため、基板５も、前記成膜源を含む水平面（ｘ、ｙ平
面）に対して所定角度Ψで傾斜している。したがって、
基板５上の座標Ａ（Ｘａ、Ｙａ、Ｚａ）を、下式（８）
〜（１０）により表すことができる。

【００７２】

【数１４】・・・（８）

【数１５】・・・（９）

【数１６】・・・（１０）

【００７３】但し、（Ｘｏ、Ｙｏ、Ｚｏ）：基板中心Ｏの座標ｒ：基板中心Ｏと基板上の任意の点までの距離 α：基板内周方向の位置をそれぞれ表す。

【００７４】ここで、点Ａと成膜源Ｅ（０、０、０）と
を結ぶ線分（ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＝ｄ）と基板平面（ｌｘ
＋ｍｙ＋ｎｚ＝ｐ）との交角γは、下式（１１）で表現
できる。

【００７５】

【数１７】・・・（１１）

【００７６】なお、線分ＡＥ（ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＝ｄ）
と基板平面（ｌｘ＋ｍｙ＋ｎｚ＝ｐ）との交角γは、線
分ＡＥ（ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＝ｄ）の上記基板平面（ｌｘ
＋ｍｙ＋ｎｚ＝ｐ）上への投影線の線分と当該線分ＡＥ
とのなす角と定義され、その交角の定義から、φ＝π／
２−γで表される。

【００７７】上記（７）〜（１１）式を用いて数値計算
することにより、基板５上の座標Ａでの膜厚ｔを算出す
ることができる。また、実際の装置では、第１実施形態
で述べたように、基板５を高速で自転回転させることに
より、周方向の膜厚均一化を図っているが、本数値計算
では、同一径の値を加算平均することで対応している。

【００７８】ここで、本実施形態の成膜装置１Ｂにおい
ては、まず、傾斜角Ψ＝０°、すなわち、図１１に示す
ように、ホルダ回転支持部７は、その基板ホルダ７ａが
上記成膜源を含む水平面に平行な面に対して平行（傾斜
角Ψ＝０）となるように固定支持部材８に支持されてい
る。

【００７９】そして、この成膜装置１Ｂにおいて、成膜
源が含まれる水平面に対し、被成膜基板５（その基板中
心Ｏ）を通り成膜源が含まれる水平面に直交する基準線
がその水平面と交わる第１の交点と被成膜基板５の基板
中心Ｏとの距離をＺｋとし、第１の交点から成膜源３ａ
１までの距離をＸｋとした場合の膜厚分布の関係を調べ
た。但し、（６）式において、ｎ＝１とした。

【００８０】上記膜厚分布（膜厚比）の計算結果を図１
２に示す。なお、図１２は、Ｘｋを５００ｍｍ（Ｘｏ＝
５００、Ｙｏ＝０）とし、Ｚを５５０〜８５０ｍｍまで
５０ｍｍ刻みで振った場合の膜厚比（第１実施形態と同
様に、中心位置での膜厚で規格化している）を求めた。

【００８１】ＷＤＭ通信に使用されるＢＰＦ等において
は、膜厚分布が０．１％以内（膜厚比±１．００１以
下）の高精度で成膜する必要がある。図１２において、
Ｚｋが５５０〜６５０ｍｍ付近の場合、膜厚比は１以上
であり、膜厚比が０．１％に収まる範囲は、基板中心か
ら３０〜５５付近の距離でしかない。また、Ｚｋが７５
０〜８５０ｍｍの場合、膜厚比は１以下であり、膜厚比
が０．１％に収まる範囲は、基板中心から４０〜７０ｍ
ｍ付近となる。しかし、Ｚｋ＝７００ｍｍの場合、計算
上膜厚比が０．１％に収まる範囲は、１００ｍｍ以上と
大幅に改善される。

【００８２】膜厚分布を改善できる範囲を広くすること
で、１バッチで取り出せる製品面積を拡大することがで
きるため、歩留まりを大きく向上させることができる。

【００８３】そこで、本発明者等は、膜厚分布が成膜源
３ａ１と被成膜基板５との配置に関係があると考え、Ｘ
ｋ／Ｚｋ（以下、△とする）と膜厚分布との関係につい
て数値計算の検討を行行ったところ、△＝０．７１付近
の場合に最も膜厚分布が改善されることを確認した（Ψ
＝０、ｎ＝１）。さらに、上記位置関係において、実際
の成膜装置１Ｂを用いて第１の成膜実験を行い、その有
用性を確認した。この実験結果を図１３に示した。

【００８４】図１３は、Ｘｋ＝３８７ｍｍ、Ｚｋ＝５４
５ｍｍで、△＝０．７１の時の数値計算結果（シミュレ
ーション値）と実験結果（実測値）とをプロットしたも
のである。なお、成膜材料として第１実施形態と同様に
SiO₂を用いている。但し、真空容器２内の真空度を１０
^-2Ｐａ、蒸着レート５A／秒とし、固定した実験用基板
ホルダ７ａ（第１実施形態の図２と同様）にサンプル基
板５を径方向に所定間隔（２７．５ｍｍ）毎および周方
向に９０°間隔で計１３枚配置し、光学膜厚を受光器１
６を介して制御装置１７で測定した。そして、同一周
（同一径）上のサンプル基板５の光学膜厚を加算平均し
て膜厚比を算出した（図１４参照）。

【００８５】図１３において、△＝０．７１の場合、実
験値において膜厚分布が０．１％以内に入ることを確認
した。また、図１３においては、ＸｋおよびＺｋの組み
合わせが多少異なっていても、△が同一であれば、膜厚
分布の改善効果に大きな影響がないことを確認した。ま
た、実験結果(実測値)と数値計算結果（シミュレーショ
ン値）とを比較すれば分かるように、両者の略一致して
おり、計算モデルの妥当性を確認することができた。

【００８６】次に、成膜装置１Ｃとして、第１実施形態
と同様に、基板５を傾斜（傾斜角Ψ）して配置した場
合、膜厚分布に変化が見られるか否かについて検討を行
った。図１５は、基板傾斜角度Ψを０°とし、△＝０．
４４（Ｘｋ＝２４０ｍｍ、Ｚｋ＝５４５ｍｍ）、に配置
した状態における膜厚比の数値計算結果（シミュレート
値）と実験結果（第２の成膜実験の結果）とをそれぞれ
グラフ化したものである。また、図１６は、基板傾斜角
度Ψを３６°とし、△＝０．４４（Ｘｋ＝２４０、Ｚｋ
＝５４５ｍｍ）に配置した状態における膜厚比の数値計
算結果（シミュレート値）と実験結果（第２の成膜実験
の結果）とをそれぞれグラフ化したものである。但し、
実験条件は先の第１の成膜実験と同様とする。

【００８７】図１５に示すように、基板を傾斜させない
場合には、膜厚分布は基板中心から２０ｍｍ付近で０．
９９９以下となる。また、図１６に示すように、基板を
３６°傾斜（Ψ＝３６°）させた場合においては、膜厚
分布は９０ｍｍで０．９９９以下となる。したがって、
基板傾斜角度（Ψ）についても、基板配置と同様に膜厚
分布改善に大きく寄与することが分かる。

【００８８】そして、成膜原料（蒸着材料）の飛散分布
が成膜装置によって異なる場合、各々の装置での最適な
△や基板傾斜角度が異なることが予想される。成膜原料
（蒸着材料）の飛散分布は、蒸発面の法線方向と線分Ｅ
Ａとのなす角度をθとした場合、式（７）のｃｏｓⁿθ
項で表現できる。飛散分布は、材料溶融手段や機器によ
り異なるが、図１に示した電子銃１３ａ１、１３ａ２に
よる電子ビーム蒸着の場合、ｎ＝１〜４付近が妥当であ
る。

【００８９】そこで、式（６）を基に、各々の飛散分布
（ｃｏｓθ〜ｃｏｓ⁴θ）において基板中心膜厚に対し
各基板中心位置からの距離（半径方向）における膜厚の
誤差（膜厚誤差）が最小となる△と基板傾斜角度とを算
出した。その数値計算結果を図１７（ａ）、（ｂ）に示
す。但し、本計算では、各々の飛散分布（ｎ値）に対し
て△（Ｘｋ＝５００ｍｍ固定）を変数（パラメータ；図
１７（ｂ）参照）として振り、傾斜角度算出方法として
膜厚自乗誤差の積算値で評価した。

【００９０】図１７（ａ）により、基板配置（△）と基
板傾斜角度との最適な関係は、楕円状の曲線にプロット
されている。すなわち、図１７（ａ）に示すように、基
板傾斜角度が０°の場合には、△が０．４８以上、０．
７８以下に基板と成膜源とを配置することにより、各々
の飛散分布に対応した膜厚分布の改善が期待できる。但
し、△が０．２以下の場合でも同様な効果が期待できる
が、保持板の中心（基板中心）を通り、成膜源が含まれ
る水平面に直交する基準線がその水平面と交わる第１の
交点と被成膜基板５の中心との距離Ｚｋを大きくとる必
要があり、蒸着レートが小さくなるため、現実的ではな
い。

【００９１】また、第１の交点から成膜源３ａ１までの
距離Ｘｋを小さくすることで、△を小さくすることもで
きるが、この場合は、蒸着粒子の基板への入射角度θが
小さくなり、膜厚分布改善の効果が小さくなる。現実的
なＸｋの範囲は２００ｍｍ以上である。

【００９２】以上のことから、本実施形態では、各々の
飛散分布に対して基板の傾斜角度Ψと基板・成膜源との
配置関係を、下式（１２）〜（１３）式で示す範囲内に
調整することで、膜厚分布を改善することができる。

【数１８】・・・（１２）

【数１９】・・・（１３）但し、式（１２）においては、0.2≦Xk/Zk＜0.４8であ
り、式（１３）では、0.48≦Xk/Zk≦0.78である。

【００９３】なお、第２の実施の形態において、成膜源
３ａ１と被成膜基板５との配置関係について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、成膜源３
ａ２と被成膜基板５との配置関係も、成膜源３ａ１と被
成膜基板３ａ１との配置関係と同一に設定することによ
り、同一の効果が得られる。

【００９４】また、第２の実施形態においては、各成膜
源３ａ１、３ａ２の水平面（蒸発面）を同一としたが、
本発明はこれに限定されるものではなく、それぞれ異な
る独立の水平面としてもよい。

【００９５】このとき、被成膜基板５（その基板中心）
を通り成膜源が含まれる水平面に直交する基準線が各成
膜源３ａ１、３ａ２の水平面と交わる第１の各交点と被
成膜基板５の基板中心との距離をＺｋ１、Ｚｋ２とし、
第１の各交点から各成膜源３ａ１、３ａ２までの距離を
Ｘｋ１、Ｘｋ２とすれば、上述した△＝（Ｘｋ／Ｚｋ）
を成膜源３ａ１、３ａ２毎の△１＝Ｘｋ１／Ｚｋ１、△
２＝Ｘｋ２／Ｚｋ２とすることができる。

【００９６】そして、各成膜源３ａ１、３ａ２と被成膜
基板５との位置関係を、各成膜源３ａ１、３ａ２に対応
する△１＝Ｘｋ１／Ｚｋ１、△２＝Ｘｋ２／Ｚｋ２が
０．４８以上、０．７８以下となるように配置すれば、
上述した各々の飛散分布に対応した膜厚分布の改善効果
が期待できる。

【００９７】また、各成膜源３ａ１、３ａ２と被成膜基
板５との位置関係を、各成膜源３ａ１、３ａ２に対応す
る△１＝Ｘｋ１／Ｚｋ１、△２＝Ｘｋ２／Ｚｋ２が上記
（１２）および（１３）を満足するように定めることに
より、上述した膜厚分布の改善に寄与することができ
る。成膜源が３個以上の場合であっても同様である。

【００９８】さらに、被成膜基板５が複数の場合には、
各成膜源の何れの被成膜基板に対する配置関係において
も上記関係が成り立つように、各被成膜基板および各成
膜源を配置すればよい。

【００９９】また、第１および第２の実施形態において
は、成膜方式として、電子銃から照射された電子ビーム
による蒸着方式としたが、本発明はこれに限定されるも
のではない。例えば、スパッタ方式のような他の成膜手
段であっても、その成膜源が点近似できる程度の大きさ
のものであり、成膜材料の飛散分布が適合すれば同様に
有効である。

【０１００】そして、第１および第２の実施の形態にお
いては、基板ホルダ７ａを、その保持板の中心を通りホ
ルダ７ａに直交する軸を回転軸として回転させたが、本
発明はこれに限定されるものではなく、その保持板の少
なくとも一部を通り保持板に直交する軸を回転軸として
回転させればよい。また、回転も一方向に限らず、反対
方向に交互に回転させる、いわゆる揺動させることも可
能である。

【０１０１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に成膜方法お
よび装置によれば、被成膜基板を傾斜且つ回転させなが
らその基板に成膜を行うことができるため、成膜源から
基板の中心までの距離と、成膜源から基板の周縁までの
距離とをトータル的に略同一にすることができる。この
結果、成膜された各薄膜の堆積量、すなわち、膜厚分布
を均一化することができ、フィルタ面全体で光学特性の
均等なフィルタを提供できる。

【０１０２】また、本発明によれば、被成膜基板と成膜
源との配置および被成膜基板の傾斜角度を所定の範囲内
に設定することにより、膜厚分布のバラツキが極めて小
さい光学的多層膜を広い面積で製造することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる成膜装置の
概略構成を示す図。

【図２】第１実施形態における基板ホルダの一例を示す
図。

【図３】第１実施形態の効果検証時における成膜時の成
膜源と基板ホルダとの位置関係を示す図。

【図４】第１実施形態の効果検証時における成膜時の成
膜源と基板ホルダとの位置関係を示す図。

【図５】第１実施形態の効果検証時において、基板傾斜
角度が０°の場合の膜厚偏差を示す図である。

【図６】第１実施形態の効果検証時において、基板傾斜
角度が２０°の場合の膜厚偏差を示す図である。

【図７】第１実施形態の効果検証時において、基板傾斜
角度が４０°の場合の膜厚偏差を示す図である。

【図８】第１実施形態の変形例に係わる成膜装置の概略
構成を示す図。

【図９】第２実施形態における基板ホルダに保持された
被成膜基板と各成膜源との配置関係を示す図。

【図１０】第２実施形態における基板ホルダに保持され
た被成膜基板と各成膜源との配置関係を示す図。

【図１１】本発明の第２の実施の形態に係わる成膜装置
の概略構成を示す図。

【図１２】第２実施形態における膜厚分布の計算結果を
示すグラフ。

【図１３】第２実施形態において、Ｘｋ＝３８７ｍｍ、
Ｚｋ＝５４５ｍｍで、△＝０．７１の時のシミュレーシ
ョン値と実測値とをプロットしたグラフ。

【図１４】第２実施形態におけるサンプル基板の概略構
成を示す図。

【図１５】第２実施形態において、基板傾斜角度Ψを０
°、△＝０．４４（Ｘｋ＝２４０ｍｍ、Ｚｋ＝５４５ｍ
ｍ）、に配置した状態における膜厚比のシミュレート値
と実測値とをそれぞれ示すグラフ。

【図１６】第２実施形態において、基板傾斜角度Ψを３
６°、△＝０．４４（Ｘｋ＝２４０、Ｚｋ＝５４５ｍ
ｍ）に配置した状態における膜厚比のシミュレート値と
実測値とをそれぞれ示すグラフ。

【図１７】（ａ）は、第２実施形態において、各々の飛
散分布において基板中心膜厚に対し各基板中心位置から
の半径方向の距離における膜厚誤差が最小となる△と基
板傾斜角度との算出結果を示す図であり、（ｂ）は、上
記算出処理におけるパラメータの値を示す図。

【図１８】従来の成膜装置の概略構成を示すブロック
図。

【符号の説明】

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ：成膜装置２：真空容器３ａ１、３ａ２：成膜源５：被成膜基板６：基板保持部材７ａ：基板ホルダ７：ホルダ回転支持部材８：固定支持部材８ａ：円形支持部材９：回転支持部材１３ａ１、１３ａ２：電子銃１４：光源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者和田哲郎東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内 (72)発明者新富浩一東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内 (72)発明者水野一庸東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内Ｆターム(参考） 2H048 GA57 GA60 GA62 4K029 BA43 BB02 BC07 CA01 CA15 DA12 DB14 JA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器内の被成膜基板に対して膜生成
材料を蒸着させて当該被成膜基板に光学的特性を有する
光学膜を生成する成膜装置であって、（ａ）前記真空容
器内に設けられており、前記膜生成材料を含む成膜源
と、（ｂ）前記真空容器内に設けられており、前記被成
膜基板を保持する基板保持部材と、（ｃ）前記基板を、
当該基板に直交する軸を回転軸として回転させる回転機
構とを備え、前記被成膜基板の中心を通り、前記成膜源
が含まれる水平面に直交する基準線が前記水平面と交わ
る第１の交点と前記被成膜基板の中心との距離をZkと
し、当該第１の交点から前記成膜源までの距離をXkとし
た場合、そのXk/Zkを下式（１）に示す範囲内に設定し
たことを特徴とする成膜装置。【数１】・・・（１）
【請求項２】真空容器内の被成膜基板に対して膜生成
材料を蒸着させて当該被成膜基板に光学的特性を有する
光学膜を生成する成膜装置であって、（ａ）前記真空容
器内に設けられており、前記膜生成材料を含む成膜源
と、（ｂ）前記真空容器内に設けられており、前記被成
膜基板を、前記成膜源が含まれる水平面に対して所定角
度で傾斜させて保持する基板保持部材と、（ｃ）前記基
板を、当該基板に直交する軸を回転軸として回転させる
回転機構とを備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項３】前記基板保持部材の被成膜基板の傾斜角
度をΨとし、前記被成膜基板の中心を通り、前記成膜源
が含まれる水平面に直交する基準線が前記水平面と交わ
る第１の交点と前記被成膜基板の中心との距離をZkと
し、当該第１の交点から前記成膜源までの距離をXkとし
た場合において、そのXk/Zkを下式（２）で表した際
に、前記傾斜角度Ψを下式（３）で示す範囲内に設定
し、前記Xk/Zkを下式（４）で表した際に、前記傾斜角
度Ψを下式（５）で示す範囲内に設定したことを特徴と
する請求項２記載の成膜装置。【数２】・・・（２）【数３】・・・（３）【数４】・・・（４）【数５】・・・（５）
【請求項４】前記成膜源は少なくとも２つであり、当
該２つの成膜源を、前記保持板の中心を通り当該２つの
成膜源の何れか一方が含まれる水平面に直交する基準線
から等距離に配置したことを特徴とする請求項１乃至３
の内の何れか１項記載の成膜装置。
【請求項５】前記被成膜基板の傾斜方向は、前記少な
くとも２つの成膜源間の距離の中心に向かう方向である
ことを特徴とする請求項４記載の成膜装置。
【請求項６】前記成膜源は３つ以上であり、当該３つ
以上の成膜源が円周方向に沿って等間隔で配置されてい
ることを特徴とする請求項１乃至３の内の何れか１項記
載の成膜装置。
【請求項７】真空容器内の被成膜基板に光学的特性を
有する光学膜を生成する成膜方法であって、（ａ）前記
真空容器内に前記膜生成材料の源となる成膜源を用意す
るステップと、（ｂ）前記被成膜基板保持用の基板保持
部材を用意し、この基板保持部材により、前記被成膜基
板を保持するステップと、（ｃ）前記被成膜基板の中心
を通り、前記成膜源が含まれる水平面に直交する基準線
が前記水平面と交わる第１の交点と前記被成膜基板の中
心との距離をZkとし、当該第１の交点から前記成膜源ま
での距離をXkとした場合、そのXk/Zkが下式（６）：【数６】・・・（６）を満足するように、前記被成膜基板および前記成膜源を
配置するステップと、（ｄ）前記基板を、当該基板に直
交する軸を回転軸として回転させるステップとを備えた
ことを特徴とする成膜方法。
【請求項８】真空容器内の被成膜基板に光学的特性を
有する光学膜を生成する成膜方法であって、（ａ）前記
真空容器内に前記膜生成材料の源となる成膜源を用意す
るステップと、（ｂ）前記被成膜基板保持用の基板保持
部材を用意し、この基板保持部材により、前記被成膜基
板を、前記成膜源が含まれる水平面に対して所定角度で
傾斜した状態で保持するステップと、（ｃ）前記真空容
器内を真空排気した状態において、前記被成膜基板を、
当該基板に直交する軸を回転軸として回転させながら、
前記成膜源の膜生成材料を蒸発させて前記被成膜基板に
対して蒸着を行うステップとを備えたことを特徴とする
成膜方法。