JP3384055B2 - 真空薄膜形成装置 - Google Patents

真空薄膜形成装置

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JP3384055B2
JP3384055B2 JP23759093A JP23759093A JP3384055B2 JP 3384055 B2 JP3384055 B2 JP 3384055B2 JP 23759093 A JP23759093 A JP 23759093A JP 23759093 A JP23759093 A JP 23759093A JP 3384055 B2 JP3384055 B2 JP 3384055B2
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浩 中村
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、物理的方法によって基
板上に薄膜を形成する真空薄膜形成装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】真空薄膜形成装置は、例えば、反射防止
や反射増加等の機能を有する光学薄膜を基板上に形成す
るときに使用される。光学薄膜の例として、X線多層膜
反射鏡に用いられる薄膜がある。X線多層膜反射鏡は基
板上に、2種類又は2種類以上の物質薄膜(膜厚は数n
m程度)を交互に積層(数十〜数百層)したものであり
真空蒸着装置やスパッタリング装置等の真空薄膜形成装
置で作製される。
【0003】X線多層膜反射鏡は、多数の層の界面で反
射した光の干渉効果を利用するものである。即ち、X線
の波長をλ、多層膜の1周期の長さ(周期長)をd、X
線の斜入射角をθとすると、 2d・sinθ=λ(ブラッグの条件)・・・(1)式 を満たすときに、高い反射率が得られ、この条件からは
ずれたところではX線はほとんど反射しない。
【0004】従って、ある特定の波長のX線を多層膜に
入射させ、入射角に対して反射率を測定すると(1)式
のブラッグの条件を満たす角度でピークをもつようにな
る。ピーク反射率は多層膜の積層数を大きくするほど高
くなるが、逆にピークの半値幅は小さくなる。通常、X
線多層膜反射鏡は、高い反射率を得るために積層数を大
きくしている。このため、X線多層膜反射鏡は、入射角
が所定値から少しずれただけでも反射率が著しく低下す
るという一般的な性質を有する。
【0005】ところで、軸外回転楕円面、軸外回転放物
面、軸外回転双曲面等の複雑な形状の面を有する基板上
の該面に多層膜を形成して反射面とするX線多層膜集光
光学系では、一般に反射面上の各場所で斜入射角(θ)
が異なる。従って、効率よくX線を反射させるために
は、反射面の各場所毎に、それぞれブラッグの条件を満
たすように多層膜の周期長(d)を変える必要がある。
即ち、多層膜反射鏡の反射効率を最大にする最適な多層
膜の膜厚分布は、多層膜を形成する基板面の形状に応じ
て決まることになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】基板面に多層膜を形成
する際の多層膜の膜厚分布は、基板面の形状、薄膜形成
装置、成膜(薄膜形成)条件などによって決まるが、従
来の真空薄膜形成装置では、前記最適な膜厚分布の多層
膜を形成することができなかった。即ち、従来の真空薄
膜形成装置では、複雑な形状の面を有する基板上の該面
に、任意の(所望の)膜厚分布を有する薄膜を形成する
ことができないという問題点があった。
【0007】従って、従来の真空薄膜形成装置で作製し
たX線多層膜反射鏡では、ブラッグの条件を満たす(X
線の反射に寄与する)領域は反射面の極一部だけに限ら
れ、残りの大部分の反射面では、ブラッグの条件を満た
さないので、X線をほとんど反射しない。即ち、従来の
真空薄膜形成装置で作製したX線多層膜反射鏡では、設
計上の集光効率よりも著しく低い効率しか得られなかっ
た。
【0008】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、複雑な形状の面を有する基板上の該面にも任意
の(所望の)膜厚分布を有する薄膜を形成できる真空薄
膜形成装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】そのため、本発明は第一
に、「物理的方法によって基板上に薄膜を形成する真空
薄膜形成装置であって、少なくとも、真空チャンバー
と、該チャンバー内に設けられた蒸発源、基板ホルダ
ー、該基板ホルダーの揺動及び回転手段、膜厚補正板、
膜厚補正板の揺動手段及び回転手段とからなる真空薄膜
形成装置(請求項1)」を提供する。また、本発明は第
二に「前記基板ホルダーの回転手段及び揺動手段の駆動
源が同一であることを特徴とする請求項1記載の真空薄
膜形成装置(請求項2)」を提供する。また、本発明は
第三に「前記膜厚補正板に複数個の開口部を設けたこと
を特徴とする請求項1〜2記載の真空薄膜形成装置(請
求項3)」を提供する。
【0010】
【0011】
【0012】
【作用】本発明の真空薄膜形成装置は、その一例を図1
により説明すると、物理的方法によって基板3上に薄膜
5を形成する真空薄膜形成装置であり、少なくとも、真
空チャンバーCと、該チャンバーC内に設けられた蒸発
源4、基板ホルダー、該基板ホルダーの揺動手段、膜厚
補正板2とからなる。
【0013】前記物理的方法には、例えば、蒸着法、イ
オンプレーティング法、スパッタリング法等があるが、
これらに限定されるものではない。軸外回転楕円面を有
する基板上の該面に多層膜を形成して反射面とした、前
記X線多層膜反射鏡3(図5参照)の作製を例にして、
本発明の真空薄膜形成装置により、複雑な形状の面を有
する基板上の該面にも任意の(所望の)膜厚分布を有す
る薄膜を形成できることを説明するが、本発明の真空薄
膜形成装置は、この説明例における装置に限定されるも
のではない。
【0014】図6にX線多層膜反射鏡3の多層膜形成面
内における、最適な膜厚分布を示した。膜厚は中心(Y
=Z=0)で1に規格化してある。高い集光効率を得る
ために、任意のYの値(座標値)におけるZ軸方向に
は、入射角が一定であるので、多層膜の周期を均一にす
る必要があり、かつ、Y軸(回転軸)方向には、Yの値
に対して入射角が変化するので、これに合わせて多層膜
の周期を変化させる必要がある。
【0015】X線多層膜反射鏡の作製に用いる真空薄膜
形成装置では、成膜速度に影響を与える要因として、蒸
着(蒸発)源からの距離と蒸着(蒸発)物質の飛来方向
(通常は蒸着源の法線方向)に対する基板の傾きの二つ
がある。蒸着源からの距離が短いほど成膜速度は早く、
基板の傾きが大きいほど成膜速度は遅い。成膜速度はこ
の両者の兼ね合いによって決まる。さらに、多層膜形成
面内における膜厚分布を考えるためには、蒸着物質の空
間的な密度分布を考慮しなければならない。
【0016】本発明にかかる基板ホルダーの揺動手段
は、例えば、図2(a)に示すように点1を揺動中心と
して、基板ホルダー(図示せず)にセットされた基板3
を揺り動かすものである(揺動手段は図示していな
い)。図中の基板3は、軸外回転楕円面のZ軸方向の断
面を示している。まず、Z軸方向について考える。図中
のA部とB部に注目すると、基板3がイの位置にある時
には、B部はA部に比べて蒸着源4からの距離は短い
が、蒸着物質が基板3に入射する角度の傾きは大きい。
ロの位置になると、逆にB部は蒸着源4からの距離は長
くなるが、傾きは小さくなる。揺動手段を用いて基板3
を1周期揺動すると、A部とB部の蒸着源4からの距離
と基板の傾きが平均化されるので、膜厚分布をある程度
均一にすることができる。なお、場合によっては、基板
3を揺動手段により揺動させると同時に、基板ホルダー
の回転手段を設けて基板3を回転させてもよい。
【0017】しかし、ここでは蒸着物質の密度分布を考
慮していない。蒸着物質の密度分布を図中の点線13の
ように仮定すると、前記揺動により、A部の方がB部よ
り膜厚が厚くなる。そこで、蒸着源4と基板3の間に膜
厚補正板2を設けて、膜厚の均一化を行う。複雑な形状
面を有する基板上の該面への薄膜形成における、膜厚の
均一効果を高めるために、膜厚補正板には複数個の開口
部を設けることが好ましい。例えば、図2(b)の例で
は、中心から外に向かうにしたがい、開口の幅aが広く
なるように(ai <ai+1 )複数個の開口14を設けた
膜厚補正板2を用いることによって、Z軸方向の膜厚分
布を均一化することができる。また、Y軸方向について
も同様であり、Y軸方向の蒸着物質の密度分布を考慮し
て、理想的な膜厚分布になるように、膜厚分布補正板2
の開口部14を図2(b)のように台形状にしている。
【0018】以上のように、例えば、図2(a)のよう
に基板3を揺動させ、図2(b)のような膜厚補正板2
を用いることによって、軸外回転楕円面形状のように複
雑な形状の面を有する基板上の該面にも任意の(所望
の)膜厚分布を有する薄膜を形成できる。基板3を揺動
及び回転させる場合には、膜厚補正板も同様に揺動及び
回転させることが好ましい。この場合には、前記基板ホ
ルダーの回転手段及び揺動手段の駆動源を同一にする
と、装置を小型化できるので好ましい。
【0019】なお、本発明にかかる真空薄膜形成装置に
より、軸外回転楕円面、軸外回転放物面、軸外回転双曲
面等の複雑な形状の面を有する基板上の該面に、均一な
膜厚で形成できる薄膜はX線多層膜に限らない。また、
本発明にかかる真空薄膜形成装置により、複雑な形状の
面を有する基板上の該面に、任意の(所望の)膜厚分布
で形成できる薄膜は、X線多層膜反射鏡用の多層膜に限
定されるものではなく、他の波長域の光学薄膜や、光学
薄膜以外にも膜厚分布を精密に制御する必要のある全て
の薄膜に適用できるものであることは言うまでもない。
【0020】以下、実施例により本発明を具体的に説明
するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【0021】
【実施例】図3は本発明にかかる真空薄膜形成装置の一
例であるイオンビームスパッタ装置の一部を示す概略側
面図である。真空チャンバーC内にイオン源6とターゲ
ットホルダー7が固定されている。ターゲットホルダー
7には2種類のターゲット8A,8Bが装着されてい
る。ターゲットホルダー7は回転軸を中心に回転可能で
あり、ターゲット8A,8Bを交互にスパッタすること
ができる。
【0022】本実施例では、図5のような形状で、以下
の(2)式で表される軸外回転楕円面の一部を切りだし
た形状を有する基板3に、前記イオンビームスパッタ装
置を用いてX線多層膜反射鏡を作製した。 x2/ a2 + y2/ b2 + z2/ a2=1(a=87 mm, b=185 mm )・・・(2) 成膜した多層膜は、波長4.5 nmのX線に対して高い反
射率が得られるクロム(Cr)とカーボン(C)の組み
合わせを選んだ。基板3の寸法は、80 mm ×130 mm で
ある。
【0023】図4に本実施例の真空薄膜形成装置におけ
る、基板3の回転及び揺動の手段を示す。回転駆動源9
によって、回転(自転)する円板R、可動ギヤ12、固
定ギヤ11を組み合わせて、基板3を回転及び揺動させ
る。円板Rが自転すると、可動ギヤ12は固定ギヤ11
の内周に沿って自公転をする。円板Rの自転により、基
板3は回転し、可動ギヤ12の自転によって基板3が揺
動される。
【0024】本実施例では、固定ギヤ11と可動ギヤ1
2のギヤ比を3としているので、基板3が1回転する間
に、基板3は3往復揺動される。さらに、本実施例では
膜厚補正板2を、図2に示すように基板3と一緒に回転
及び揺動させた。本実施例のイオンビームスパッタ装置
では、スパッタされたターゲット物質の密度分布は、タ
ーゲット8Aに垂直な法線方向に対する傾き角度θに依
存し、角度θに対してほぼcos θに比例した分布にな
る。このスパッタ物質の密度分布、揺動による基板の傾
き、ターゲットからの距離を考慮して、図2(b)と同
様に、Z軸方向に等間隔で寸法の異なる台形形状の開口
部14を複数個有する膜厚補正板2を用いた。開口部1
4は、ai <ai+1 、ai >bi の関係を満たしてい
る。この膜厚補正板2を用いて成膜した多層膜の膜厚分
布は、理想的な膜厚分布からのずれが1%以内であっ
た。
【0025】このようにして、本発明にかかる真空薄膜
形成装置を用いて、Cr/C多層膜を軸外回転楕円面を
有する基板の該面に形成して作製したX線多層膜反射鏡
と従来の真空薄膜形成装置(同じくイオンビームスパッ
タ装置であるが、基板ホルダーの揺動手段、膜厚補正板
の揺動手段及び回転手段を設けていない)を用いてCr
/C多層膜を軸外回転楕円面を有する基板の該面に形成
して作製したX線多層膜反射鏡(最適な膜厚補正ができ
ていない)について、波長4.5 nmのX線における集光
効率を比較した。
【0026】その結果、本発明ににかかる真空薄膜形成
装置を用いて膜厚分布を最適化した反射鏡では約20%
の集光効率が得られたが、従来の真空薄膜形成装置で作
製した反射鏡では、最適な膜厚補正ができなかったので
約5%の集光効率しか得られなかった。
【0027】
【発明の効果】以上のように、本発明の真空薄膜形成装
置によれば、複雑な形状の面を有する基板上の該面に、
任意の(所望の)膜厚分布を有する薄膜を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】は、本発明にかかる真空薄膜形成装置の一例を
示す概略側面図である。
【図2】は、本発明にかかる真空薄膜形成装置による薄
膜形成の一例を示す概略側面図(上)及び膜厚補正板の
一例を示す概略平面図(下)である。
【図3】は、実施例のイオンビームスパッタ装置(本発
明にかかる真空薄膜形成装置の一例)を示す概略側面図
である。
【図4】は、基板ホルダーHの回転手段及び揺動手段が
同一の駆動源9を有する例を示す概略側面図(上)及び
概略平面図(下)である。
【図5】は、実施例の軸外回転楕円面X線多層膜反射鏡
の説明図である。
【図6】は、図5の軸外回転楕円面X線多層膜反射鏡に
形成する多層膜の最適な膜厚分布を示した図である。
【符号の説明】
1・・・基板(基板ホルダー)の揺動中心 2・・・膜厚補正板 3・・・基板 4・・・蒸着源 5・・・形成される薄膜 6・・・イオン源 7・・・ターゲットホルダー 8A・・ターゲット 8B・・別材料のターゲット 9・・・回転駆動源 10・・・真空チャンバーの壁 11・・・固定ギヤ 12・・・可動ギヤ 13・・・蒸着物質の密度分布 14・・・膜厚補正板の開口部 C・・・真空チャンバー R・・・円板 以 上
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/203,21/363 C23C 14/00 - 14/56

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 物理的方法によって基板上に薄膜を形成
    する真空薄膜形成装置であって、少なくとも、真空チャ
    ンバーと、該チャンバー内に設けられた蒸発源、基板ホ
    ルダー、該基板ホルダーの揺動及び回転手段、膜厚補正
    板、膜厚補正板の揺動手段及び回転手段とからなる真空
    薄膜形成装置。
  2. 【請求項2】 前記基板ホルダーの回転手段及び揺動手
    段の駆動源が同一であることを特徴とする請求項1記載
    の真空薄膜形成装置。
  3. 【請求項3】 前記膜厚補正板に複数個の開口部を設け
    たことを特徴とする請求項1〜2記載の真空薄膜形成装
    置。
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