JP4512669B2 - 蒸着装置及び薄膜デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、薄膜の蒸着装置に係り、特に、真空容器の内壁が電気的にフローティングされた蒸着装置、及びこの蒸着装置を用いて作製した光学フィルター等の薄膜デバイスの製造方法に関する。
なお、本明細書中において、電気的にフローティングとは、他の部材とは電気的に絶縁されている状態をいうものとする。

従来から、真空容器内で基板表面に向けて薄膜材料を蒸発させる際に、基板上に堆積した蒸着層にイオンを照射することによって緻密化を行う蒸着装置（イオンアシスト蒸着装置）が知られている。このような蒸着装置では、イオン銃で比較的低いエネルギーのガスイオンを基板に照射すると共に、ニュートラライザによって基板に中和電子（電子）を照射することで、ガスイオンによる基板上の電荷の偏りを中和しつつ、ガスイオンの運動エネルギーによって緻密な膜を作製することができる（例えば、特許文献１，２）。

特許文献１，２に示された技術では、図４のように、複数の蒸発源１３４，１３６から高屈折物質と低屈折物質とを交互に蒸発、積層させて多層膜からなる反射防止膜を得ることができる。このような技術においては、高屈折物質と低屈折物質のそれぞれの成膜の際に、イオン銃１３８から照射したアルゴンイオンや酸素イオンによって基板１１４に付着した蒸発物質を緻密化すると共に、ニュートラライザ１４０より照射した中和電子によって基板などが帯電することを防いでいる。

一方、特許文献３には、プラズマガンにより生成したプラズマビームの軌道を磁場によって制御して成膜物質に照射，加熱し、この成膜物質を基板に向けて蒸発させる蒸着装置が開示されている。
このような蒸着装置においては、この蒸着装置に取り付けられた基板の周囲の防着板は、接地された真空容器に対して電気的に浮遊状態（フローティング）とされている。このように防着板を電気的に浮遊状態とすることで、防着板を帯電させて、成膜物質の真空容器の壁面への付着を抑制している。

特開平１０−１２３３０１号公報 特開２００７−２４８８２８号公報 特開２０００−０１７４２９号公報

しかしながら、上記特許文献１若しくは特許文献２に示された技術によれば、成膜の際、成膜物質が真空容器の内面側に付着して帯電するために、真空容器内の電位構造が変化し、その変化に伴いイオンの照射範囲などの成膜条件が経時的に変化することが知られている。そのため、真空容器の内面側に一様に成膜物質が付着して成膜条件が安定するまで、予備的な成膜処理（捨てバッチ）を行う必要があり、生産性が低下するという問題があった。

また、イオン銃とニュートラライザが比較的近接して配設されているため、イオン銃から照射されたイオンの一部が基板に到達する前に、ニュートラライザから照射された電子とイオン銃から照射されたイオンとが反応して中和される現象が生じていた。このニュートラライザに近い領域を通過するイオンが中和される現象が、真空容器内の電位構造の偏りや、イオンの照射範囲の変化の原因の１つになっていた。さらに、基板に到達する前に中和されるため、中和されるイオンや電子を有効に活用することができなかった。

更に、この真空容器内の電位構造やイオンの照射範囲の偏りは、成膜条件の経時的な変化や、真空容器の内面側に一様に成膜物質が付着するまでの条件などに悪影響を及ぼす要因となる虞があった。
また、真空容器の壁面に衝突するイオンの照射範囲が変化することによって、壁面に付着していた付着物が剥がれて飛散する数が増加するため、基板に付着する異物が増える虞があった。

なお、上記特許文献３の技術によれば、成膜条件の経時的な変化をある程度抑制することができるものの、このような、イオン銃とニュートラライザを備える蒸着装置では、イオン銃とニュートラライザが近接して配設されることに起因する上述した問題に対しては十分な効果を得ることができなかった。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、イオン銃とニュートラライザを備える蒸着装置において、成膜条件の経時的な変化を抑制することができる蒸着装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、光学フィルターの製造コストの低減を図りつつ、高精度の光学フィルターを製造することができる蒸着装置を提供することにある。

前記課題は、請求項１の蒸着装置によれば、接地された真空容器と、該真空容器内に支持された基板ホルダと、該基板ホルダに保持可能な基板と、該基板と所定距離離間して対向する蒸着手段と、前記基板に対してイオンを照射するイオン銃と、前記基板に対して電子を照射するニュートラライザと、を備える蒸着装置において、前記真空容器には、前記真空容器に対して電気的にフローティングされた内壁が備えられており、前記ニュートラライザは、前記真空容器の側面側に配設されるとともに、前記イオン銃は、前記真空容器内部の、前記基板ホルダが配設される側と反対方向側に、イオン照射口が前記基板に対向する状態で配設され、前記ニュートラライザと前記イオン銃とは、所定距離離間して配設されており、前記内壁には開口領域が形成されるとともに、前記内壁の内側面は絶縁性のセラミックでコーティングされ、前記ニュートラライザは、前記内壁と電気的に接触しない状態で、前記開口領域の内側に配設されることにより解決される。

このように、本発明に係る蒸着装置は、基板に対してイオンを照射するイオン銃と、基板に対して電子を照射するニュートラライザと、を備えており、これに加え、真空容器の内側には、真空容器から電気的にフローティングされた内壁を備える構造が採られている。
このため、成膜を行う際に、真空容器の内壁へ成膜物質が付着することに起因して、内壁の状態が経時的に変化したとしても、電位構造の変化を抑制することができる。
また、ニュートラライザは、真空容器の側面側の、イオン銃と離間した位置に配設されるよう構成されているため、イオン銃から照射されたイオンと、ニュートラライザから照射された電子とが、基板に到達する前に反応して中和されることを抑制することができる。
よって、イオン銃から照射されたイオンやニュートラライザから照射された電子をロスすることがなく、真空容器内の電位構造やイオンの照射範囲の偏りが起こらない。従って、成膜条件の経時的な変化を抑制することができ、予備的な成膜処理を行う必要のない生産性の高い蒸着装置を提供することができる。

具体的には、前記内壁には開口領域が形成されるとともに、前記ニュートラライザは、前記内壁と電気的に接触しない状態で、前記開口領域の内側に配設されると好適である。
このように、本発明に係るニュートラライザは、電気的にフローティングされた内壁の開口領域の内側に、内壁と電気的に接触しない状態で、配設される。このため、内壁のフローティング状態を維持したまま、ニュートラライザをイオン銃から任意の距離離間した位置に配設することができる。よって、イオン銃から照射されたイオンやニュートラライザから照射された電子をロスすることがなく、真空容器内の電位構造の変化やイオンの照射範囲の偏りを抑制することができる。以上より、成膜条件の経時的な変化をより効果的に防止することができることとなる。

さらに具体的には、前記ニュートラライザは、前記内壁と電気的に接触しない状態で、前記内壁に形成された開口領域の内側に配設されており、前記内壁の内側面は、絶縁性のセラミックでコーティングされているとさらに好適である。
このように、電気的にフローティングされた内壁の内側面が、絶縁性のセラミックでコーティングされることにより、絶縁性の成膜物質が内壁の表面に部分的に付着したとしても、電位構造が変化することを有効に抑制することができる。

また、請求項２のように、前記イオン銃のイオン照射口から前記基板ホルダへ向かう位置には、イオンの照射範囲を規制する照射イオンガイド部材が備えられており、前記照射イオンガイド部材は筒状であって、前記イオン照射口から照射された前記イオンの拡散範囲を縮小するように配設されるとともに、前記真空容器に対して電気的にフローティングされていると好適である。
このように、イオン銃のイオン照射口側に、電気的にフローティングされた照射イオンガイド部材を配設したため、照射イオンガイド部材と反発する方向にイオンを誘導することができる。つまり、イオンの照射にともない、照射イオンガイド部材のイオン通過側面がイオンと同じ電荷に帯電することとなるため、この部分を追って通過するイオンは、斥力を受け、この斥力によりイオンが誘導される。
このようにイオンガイド部材の存在によって、イオンの照射範囲を規制すると共に照射範囲の変化を抑制することができ、真空容器内側の壁面に衝突するイオンを減少させることが可能となる。こうして、基板に付着する異物を減少させることができるため、高精度の光学フィルターを作製することができる。

さらに、請求項３のように、前記ニュートラライザの電子照射口から前記基板ホルダへ向かう位置には、電子の照射範囲を規制する照射電子ガイド部材が備えられており、前記照射電子ガイド部材は筒状であって、前記電子照射口から照射された前記電子の拡散範囲を縮小するように配設されるとともに、前記真空容器に対して電気的にフローティングされていると好適である。
このように、ニュートラライザの電子照射口側に、電気的にフローティングされた照射電子ガイド部材を配設したため、照射電子ガイド部材と反発する方向に電子が誘導することができる。つまり、電子の照射にともない、照射電子ガイド部材の電子通過側面が電子と同じ電荷に帯電することとなるため、この部分を追って通過する電子は、斥力を受け、この斥力により電子が誘導される。
このように照射電子ガイド部材の存在により、電子を狙いの領域に正確に照射することができるため、基板に到達する前に電子と反応して中和されるイオンの量を減少させることができる。このため、真空容器内の電位構造の偏りや、イオンの照射範囲の変化を有効に抑制することができる。よって、成膜条件の経時的な変化を効果的に防止することができる。

具体的には、イオン銃のイオン照射口から基板ホルダへ向かう位置には、真空容器に対して電気的にフローティングされ、イオンの照射範囲を規制する照射イオンガイド部材が備えられるとともに、ニュートラライザの電子照射口から基板ホルダへ向かう位置には、真空容器に対して電気的にフローティングされ、電子の照射範囲を規制する照射電子ガイド部材が備えられており、照射イオンガイド部材及び照射電子ガイド部材の少なくとも一方は、筒状に形成されると好適である。
このように、照射イオンガイド部材及び照射電子ガイド部材の少なくとも一方が、筒状に形成されることによって、イオン若しくは電子は、照射イオンガイド部材及び照射電子ガイド部材の一端の開口部から照射方向に向けて、正確に照射されることとなる。このため、基板に付着する異物を低減することができるとともに、イオンの照射範囲の変化などをより効果的に抑制することができる。

前記課題は、請求項４に係る薄膜デバイスの製造方法によれば、接地されて自己に対して電気的にフローティングされ、開口領域が形成されるとともに内側面が絶縁性のセラミックでコーティングされた内壁が備えられた真空容器と、該真空容器内に支持された基板ホルダと、該基板ホルダに保持可能な基板と、該基板と所定距離離間して対向する蒸着手段と、前記真空容器内部の、前記基板ホルダが配設される側と反対方向側に、イオン照射口が前記基板に対向する状態で配設される、前記基板に対してイオンを照射するためのイオン銃と、該イオン銃とは所定距離離間して配設されており、前記真空容器の側面側に配設されるとともに前記内壁と電気的に接触しない状態で前記開口領域の内側に配設される、前記基板に対して電子を照射するためのニュートラライザと、前記蒸着手段の蒸着物質照射口及び前記イオン銃のイオン照射口の直近に各々配設されるシャッタと、を備えた蒸着装置を使用し、前記基板ホルダに前記基板を配設する配設工程と、前記基板ホルダを所定回転数で回転させ、前記真空容器内の圧力を所定値に設定し、前記基板温度を所定値に加温する設定工程と、前記イオン銃及び前記蒸着手段をアイドル運転状態とする準備工程と、前記シャッタを開放することにより前記蒸着物質を前記基板へと照射する蒸着工程と、を行い、該蒸着工程においては、前記イオン銃より前記基板へ向けてイオンが照射され、前記基板ホルダに近接して配設されるとともに、前記イオン銃と所定距離離間して配設される前記ニュートラライザから、前記基板へと向けて電子が照射されることにより解決される。
このように、本発明によれは、請求項１及び２に記載の効果を有効に有する蒸着装置により、従来の問題が解消された薄膜デバイス製造を実施することができ、この蒸着装置により本方法で作製された薄膜デバイスは、製造コストが比較的低廉でありながら優れた特性を有するものとなる。

本発明に係る蒸着装置によれば、成膜時に成膜物質が真空容器の内壁へ付着することによって内壁の状態が経時的に変化しても、電位構造の変化を抑制すると共に、イオン銃から照射されたイオンやニュートラライザから照射された電子をロスすることがない。このため、光学フィルターの製造コストを低減することができる。
また、イオン銃から任意の距離離間した位置にニュートラライザを配設するよう構成されているため、イオン銃から照射されたイオンやニュートラライザから照射された電子をロスすることがない。
更に、電気的にフローティングされた内壁の内側面が絶縁性のセラミックでコーティングされることにより、成膜の際に、絶縁性の成膜物質が内壁の表面に部分的に付着したとしても、電位構造が変化することを抑制することができる。
また、真空容器の壁面に衝突するイオンを減少させることにより、基板に付着する異物を減少させ、高精度の光学フィルターを作製することができる。
更に、真空容器内の電位構造の偏りやイオンの照射範囲の変化を抑制することができ、成膜条件の経時的な変化を効果的に防止することができる。
また、照射方向に向けて正確に照射を行うことができるため、基板に付着する異物の低減や、イオンの照射範囲の変化などをより効果的に抑制することができる。
更に、薄膜デバイスの製造方法によれば、優れた特性を有する薄膜デバイスを製造することができる。

本発明の第１の実施形態に係る蒸着装置の概念図である。 実施例１と比較例１の光学フィルターの透過率を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る蒸着装置の概念図である。 従来の蒸着装置の概念図である。

１，２ 蒸着装置
１０，１００ 真空容器
１２ 基板ホルダ
１４，１１４ 基板
１８ 水晶モニタ
１９ 膜厚検出部
３０ 内壁
３１ 開口領域
３４，３６，１３４，１３６ 蒸発源
３４ａ，３６ａ，３８ａ シャッタ
３８，１３８ イオン銃
４０，１４０ ニュートラライザ
５０ 照射イオンガイド部材
５２ 照射電子ガイド部材
Ｔ 透過率
λ 波長

以下に、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する部材，配置等は発明を具体化した一例であって本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。

図１及び図２は、本発明の第１の実施形態を示すものであり、図１は蒸着装置の概念図、図２は実施例１と比較例１の光学フィルターの透過率を示すグラフである。
また、図３は第２の実施形態に係る蒸着装置の概念図である。

（第１の実施形態）
図１により、本発明の第１の実施形態に係る蒸着装置１の構成を説明する。
図１は第１の実施形態に係る蒸着装置１の概念図である。
本実施形態に係る蒸着装置１は、真空容器１０、基板ホルダ１２、蒸発源３４，３６、イオン銃３８、ニュートライザ４０を主要構成として形成される。

本実施形態に係る真空容器１０は、公知の成膜装置で通常用いられる縦置き円筒状のステンレス製容器であり、接地されて接地電位とされている。
この真空容器１０の内側に備えられる内壁３０は、真空容器１０の内側の側面と上面に沿って配設された略円筒状の部材であり、真空容器１０に対して電気的にフローティングされている。また、後述する基板ホルダ１２の上側と周方向の側面を取り囲むように配設される。
また、この内壁３０は、接地電位にある真空容器１０の内側面とは、碍子などの不図示の絶縁部材を介して固定されている。このように、真空容器１０と絶縁することで内壁３０のフローティング処理がなされている。
なお、内壁３０は、真空容器１０と同じステンレス製の部材で形成されており、内側の面には、シリカなどのセラミックでコーティングされた不図示のセラミックシートが貼り付けられている。

更に、真空容器１０及び内壁３０の側面部分には、内部と外部が連通するように開口領域３１が設けられており、この開口領域３１に後述するニュートラライザ４０が配設される。
本実施形態においては、開口領域３１は、内壁３０に囲まれた穴状に形成されている。
ただし、開口領域３１の形状は、内壁３０の下側の一部を切り欠き状に切除した形状であってもよい。また、開口領域３１は、真空容器１０の側面側に形成されているが任意の位置に設けることができる。
なお、この真空容器１０の内側は、図示しない排気手段によって所定の圧力（例えば３×１０^―２〜１０^−４ Ｐａ程度）に排気されるよう構成されている。

本実施形態に係る基板ホルダ１２は、ドーム状（略半球面状）に形成されたステンレス製の部材であり、真空容器１０内の上側に、垂直軸回りに回転可能に保持される。
この基板ホルダ１２は、図示しないモータの出力軸に対して同軸状に接続されている。
また、基板ホルダ１２の下面には、多数の基板１４が成膜面を下向きにして固定されている。

更に、基板ホルダ１２は、不図示のモータ（真空容器１０の外側に固定されている）の出力軸に、碍子などの不図示の絶縁物質を介して支持されており、真空容器１０に対して電気的にフローティングされている。
また、基板ホルダ１２の中心に設けられた穴部には膜厚検出装置が配設されている。本実施形態では、膜厚検出装置として公知の水晶モニタ１８が設けられている。水晶モニタ１８は、その表面に薄膜が付着することによる共振周波数の変化から物理膜厚を膜厚検出部１９で検出する。

この基板ホルダ１４に装着される基板１４は、光透過性を有する材料で形成されており、その表面に誘電体膜や吸収膜が成膜によって付着される。本実施形態では基板１４として円板状のものを用いているが、形状としてはこれに限定されず、表面に薄膜を形成できるものであれば、例えばレンズ形状、円筒状、円環状といった他の形状でもよい。

本実施形態に係る蒸発源３４，３６は、電子ビーム加熱方式によって、高屈折率物質や低屈折率物質を加熱して蒸発させるための装置であり、真空容器１０内の下側に配設される。
本実施形態においては、蒸発源３４は高屈折率物質の蒸発手段として構成されるとともに、蒸発源３６は低屈折率物質の蒸発手段として構成される。
また、蒸発源３４，３６及び後述するイオン銃３８の上方には、開閉操作可能なシャッタ３４ａ，３６ａ，３８ａが取り付けられている。これらシャッタ３４ａ，３６ａ，３８ａは不図示のコントローラにより適宜開閉制御される。

なお、本実施形態において成膜される光学フィルターは、高屈折率物質と低屈折率物質とを交互に積層させることにより成膜を行っているが、一種類若しくは複数種類の蒸発物質からなる光学フィルターの成膜に対しても本発明は適用可能であり、その場合は、蒸発源の数や配置を適宜変更可能である。
更に、本実施形態において作製する光学フィルターの具体例として、短波長透過フィルター（ＳＷＰＦ）を挙げているが、これ以外にも、長波長透過フィルター、バンドパスフィルター、ＮＤフィルターなどの薄膜デバイスについても適用可能である。

本実施形態に係るイオン銃３８は、イオン（ｉｏｎ）を基板１４に向かって放出する装置であり、反応ガス（例えばＯ_２）や希ガス（例えばＡｒ）のプラズマから帯電したイオン（Ｏ_２ ^＋，Ａｒ^＋）を引き出して、加速電圧により加速して射出する。

また、ニュートラライザ４０は、電子（ｅ⁻）を基板１４に向かって放出するものであり、Ａｒなど希ガスのプラズマから電子を引き出し、加速電圧で加速して電子を放出する。ここから射出される電子は、基板１４表面に付着したイオンを中和する。
本実施形態に係る蒸着装置１では、ニュートラライザ４０はイオン銃３８と離れた位置に配設されている。

具体的には、ニュートラライザ４０は、内壁３０に開口領域３１を設け、この開口領域を貫通した状態で、真空容器１０の側面に直接取り付けられている。このとき、ニュートラライザ４０は、内壁３０と直接接触しない構成となっている。
また、このニュートラライザ４０に配設位置は、従来のこの種の装置での配置位置よりもイオン銃３８と離隔した位置となるように設計されているとともに、基板ホルダ１２の配設位置と近接した位置となるように設計されている。
更に、ニュートラライザ４０を、開口領域３１の内側に、内壁と接触しない状態で配設することにより、内壁３０のフローティング状態を維持したまま、ニュートラライザ４０をイオン銃３８から任意の距離離間した位置に配設することができるため、イオン銃３８から照射されたイオンやニュートラライザ４０から照射された電子をロスすることを防止し、真空容器内１０の電位構造やイオンの照射範囲の偏りを抑制することができる。
なお、前述のとおり、本実施形態においては、開口領域３１は、内壁３０に囲まれた穴状としているが、内壁３０の下側の一部を切り欠き状に切除した形状であってもよい。また、開口領域３１は、真空容器１０の側面側に形成されているが任意の位置に設けることができる。

以上のように、本実施形態に係る蒸着装置１は、真空容器１０、基板ホルダ１２、蒸発源３４，３６、イオン銃３８、ニュートライザ４０を主要構成として形成される。
その各々の配置を説明すると、まず、縦置き円筒状の真空容器１０の内部の上方には基板ホルダ１２が保持されており、真空容器１０内部の下方には、蒸発源３４，３６と、イオン銃３８が配設されている。また、ニュートラライザ４０は真空容器１０内部の側面側に開口領域３１を貫通した状態で配設されている。
更に、イオン銃３８は、蒸発源３４，３６の間に配置され、この蒸発源３４，３６及びイオン銃３８の射出口側（基板ホルダ１２に保持された基板１４表面が配設される側）には、シャッタ３４ａ，３６ａ，３８ａが取り付けられている。

以下に、この蒸着装置１の動作について説明する。
まず、真空容器１０内の基板ホルダ１２に基板１４をセットし、真空容器１０内を所定圧力まで排気する。
そして、基板ホルダ１２を所定回転数で回転させると共に、不図示の電気ヒータによって基板１４の温度を所定温度に加温する。
次いで、イオン銃３８のイオン源を、直ちにイオンの照射可能なアイドル運転状態とする。同時に、蒸発源３４，３６を直ちに蒸発粒子を放出できる状態としておく（つまり、シャッタ３４ａ，３６ａの開動作を行うことにより直ちに蒸発粒子が放出できる状態としておく）。
このような操作を行い、基板ホルダ１２の回転数と基板１４の温度が所定の条件に達したことを確認した後、蒸着工程を実行する。

蒸着工程においては、高屈折率物質（例えば、Ｔａ_２Ｏ_５やＴｉＯ_２）を放出する蒸発源３４と、低屈折率物質（例えば、ＳｉＯ_２）を放出する蒸発源３６のシャッタ開閉を制御して、高屈折率物質と低屈折率物質を交互に基板１４に向かって放出する。これらの蒸着物質を放出する間、イオン銃３８のシャッタ３８ａを開動作して放出したイオン（例えば、Ｏ_２ ^＋）を基板１４に衝突させることによって、基板１４に付着した蒸着物質を緻密化する。この操作を所定回数繰り返すことにより多層膜を形成する。

通常、イオンの照射により、基板ホルダ１２に電荷の偏りが生じる。しかし、本蒸着装置１では、この基板ホルダ１２の電荷の偏りを、ニュートラライザ４０から基板ホルダ１２に向かって電子を照射することで中和している。
また、ニュートラライザ４０を基板ホルダ１２に近い位置に配設することで、基板ホルダ１２の、イオン銃３８から照射されたイオンが付着する領域に向かって、正確に電子を照射することができる。
更に、ニュートラライザ４０はイオン銃３８と離れた位置に配設されているために、イオン銃３８から基板１４に向かって移動中のイオンとニュートラライザ４０から放出された電子とが直接反応することが少なく、効率よく基板ホルダ１２の電荷を中和することができる。そのため、従来の蒸着装置よりもニュートラライザ４０に印加される電流値を低い値にしても正常に基板ホルダ１２を中和することができる。
具体的には、基板ホルダ１２を電気的に中和するために要するイオン銃３８に印加する電流値（イオン電流）と、ニュートラライザ４０に印加する電流値（ニュートラライザ電流）とを、ほぼ同程度の電流値としても正常に光学フィルターを製造することができる。

また、内壁３０を電気的にフローティングしたことで、成膜条件が経時的に変化する現象が解決された。特に真空容器１０内の清掃などのチャンバメンテナンスを行った後の成膜条件の経時的変化の防止に効果がある。
更に、内壁３０は、基板ホルダ１２の上側と側面側を取り囲んで配設されているため、内側の全面に渡って電位構造の変化を防ぐことができる。

なお、内壁３０の内側にセラミックシートを貼り付けることにより、内壁３０の絶縁性を高めて、絶縁性を有する蒸着物質が部分的に付着した場合の内壁３０及び真空容器１０内の電位状態の変動をさらに小さくする効果が期待できる。
但し、セラミックシートを有さない構成としてもよい。この場合においても、内壁３０がフローティング処理されているため、内壁３０への蒸着物質の付着による電位構造の変化を小さな範囲に抑えることができる。

ここで、内壁３０のフローティング化による成膜工程への影響について考察する。
従来の蒸着装置（図４参照）では、成膜装置のメンテナンス（チャンバメンテナンス）によって、真空容器の内面（チャンバ内壁）に付着した絶縁性の蒸着物質が取り除かれると、チャンバメンテナンス後、チャンバ内壁はチャンバ本体と導通して接地電位となる。
このため、メンテナンス後の成膜では、電子がチャンバ内壁に吸収されてしまう。
一方、高屈折率膜や低屈折率膜などの誘電体膜を完全に酸化させるためには、酸素イオン（Ｏ_２ ^＋）のみではなく、電子（ｅ⁻）も十分に供給されることが必要である。チャンバ内壁がチャンバ本体と通電状態にあるときは、基板上の誘電体膜は十分な電子を受け取ることができず、完全に酸化するに至らない。
また、成膜を行うことによりチャンバ内壁に絶縁性の蒸発物質が付着するため、真空容器内の電位構造が徐々に変化する。

本実施形態に係る蒸着装置１（図１参照）のように、真空容器１０の内側を２重とし、その内壁３０をフローティング化することにより、チャンバメンテナンス後においても、内壁３０は真空容器１０に対して通電状態にはならない。従って、真空容器１０内の電位構造が徐々に変化することがなく、チャンバメンテナンス直後から安定した成膜ができる。
このため、従来、イオンアシスト蒸着法による成膜で行っていた捨てバッチ（チャンバメンテナンスを実施した後に、チャンバ内壁の電位状態が安定するまで成膜を行うこと）の実施が不要となった。

また、従来、膜厚検出装置として水晶モニタ１８と公知の光学モニタとを併設して、膜厚を測定していた。しかし、本実施形態による蒸着装置１によれば、チャンバメンテナンス後にも真空容器１０内の電位構造が変化しなくなり、成膜条件の経時的変化、特に、イオン銃３８から照射されるイオンの照射範囲の変化が生じなくなるため、成膜速度も安定し水晶モニタ１８のみでの膜厚測定であっても高精度な膜厚測定が可能となる。

（実施例１）
図１に示した蒸着装置１を使用して成膜を行った実施例１について、従来の蒸着装置（図４参照）により成膜を行った比較例１と比較して説明する。
実施例１及び比較例１はいずれも、高屈折率物質としてＴａ_２Ｏ_５、低屈折率物質としてＳｉＯ_２を用い、３７層からなる、短波長透過フィルター（Ｓｈｏｒｔ Ｗａｖｅ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ ：ＳＷＰＦ)の多層膜（総膜厚：３３００ｎｍ）を、チャンバメンテナンス後の１バッチ目に成膜したものである。
また、作製したＳＷＰＦ多層膜の光学特性の測定結果を図２に示した。

実施例1の成膜条件は以下の通りである。
基板：ＢＫ７（屈折率ｎ＝１．５２）
基板温度：１５０℃
膜材料： Ｔａ_２Ｏ_５（高屈折率膜），ＳｉＯ_２（低屈折率膜）
Ｔａ_２Ｏ_５の成膜速度： ０．７ｎｍ／ｓｅｃ
ＳｉＯ_２の成膜速度： １．０ｎｍ／ｓｅｃ
Ｔａ_２Ｏ_５蒸発時のイオン銃条件
導入ガス：酸素６０ｓｃｃｍ
イオン加速電圧：１０００Ｖ
イオン電流：１２００ｍＡ
ＳｉＯ_２蒸発時のイオン銃条件
導入ガス：酸素６０ｓｃｃｍ
イオン加速電圧：１０００Ｖ
イオン電流：１２００ｍＡ
ニュートラライザの条件
加速電圧：３０Ｖ
ニュートラライザ電流：１２００ｍＡ
放電ガス：アルゴン１０ｓｃｃｍ

比較例1の成膜条件は以下の通りである。実施例1と比べて、ニュートラライザ電流の値が異なる。
基板：ＢＫ７（屈折率ｎ＝１．５２）
基板温度：１５０℃
膜材料： Ｔａ_２Ｏ_５（高屈折率膜），ＳｉＯ_２（低屈折率膜）
Ｔａ_２Ｏ_５の成膜速度： ０．７ｎｍ／ｓｅｃ
ＳｉＯ_２の成膜速度： １．０ｎｍ／ｓｅｃ
Ｔａ_２Ｏ_５蒸発時のイオン銃条件
導入ガス：酸素６０ｓｃｃｍ
イオン加速電圧：１０００Ｖ
イオン電流：１２００ｍＡ
ＳｉＯ_２蒸発時のイオン銃条件
導入ガス：酸素６０ｓｃｃｍ
イオン加速電圧：１０００Ｖ
イオン電流：１２００ｍＡ
ニュートラライザの条件
加速電圧：３０Ｖ
ニュートラライザ電流：２０００ｍＡ
放電ガス：アルゴン１０ｓｃｃｍ

この実施例１及び比較例１で作製したＳＷＰＦ多層膜の光学特性の測定値を図２に示す。
図２は、実施例１と比較例１の光学フィルターの透過率を示すグラフであり、作製したＳＷＰＦ多層膜に、４００〜８００ｎｍの可視光領域の波長λを照射し、その透過率Ｔを、波長λに対してプロットしたものである。
図２によれば、波長λが４００〜５００ｎｍの範囲で、実施例１において作製された多層膜は、比較例１での多層膜に比べて透過率Ｔが高い値を示している。

具体的には、波長λ＝５００ｎｍでの透過率Ｔで比較すると、設計値９４．８％に対して、比較例１での多層膜の透過率Ｔは６８．７％、実施例１での多層膜の透過率Ｔは９３．３％であった。また、波長λ＝４００ｎｍでの透過率Ｔで比較すると、設計値９５．１％に対して、比較例１での多層膜の透過率Ｔは５５．９％、実施例１での多層膜の透過率Ｔは９２．６％であった。

このように、チャンバメンテナンス後の１バッチ目での成膜において、従来装置により作製されたＳＷＰＦ多層膜（比較例１）と比較して、本発明に係る蒸着装置１により作製されたＳＷＰＦ多層膜（実施例１）は、波長λが４００〜５００ｎｍの範囲内において、透過率Ｔが著しく改善されると共に、この波長領域においてほぼ平坦な透過率特性を示している。
更に、波長λが５２０〜７８０ｎｍの範囲内では、透過率Ｔの変化は認められず、実施例１及び比較例１とも、ほぼ透過率ゼロであった。

内壁３０を電気的にフローティングしたことによる透過率Ｔの向上は、以下のような理由に基づくと考察される。
真空容器１０の内壁３０のフローティング化により、メンテナンス後に内壁３０から吸収される電子の量が少なくなる。そのため、基板１４表面に十分な電子が供給され、高屈折率膜や低屈折率膜などの誘電体膜を完全に酸化させることができるようになり、成膜された組織の均一性が向上する。こうして、形成された膜組織が、良好な均一性を有することで、屈折率の変動が少なく、光の吸収係数が一定以下で安定した膜を得ることができることとなる。

なお、実施例１において、基板ホルダ１２を電気的にフローティングしない状態としても、チャンバメンテナンス後の１バッチ目で成膜したＳＷＰＦ多層膜の光学特性は、上述した実施例１とほぼ同様の結果となった。
これは、基板ホルダ１２のフローティング化に比べて、内壁３０のフローティング化の方が、成膜条件に与える影響が大きいためであると考えられる。

（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態に係る蒸着装置２の概念図である。
なお、以下の各実施の形態において、第１の実施形態と同様部材、配置等には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
本実施形態に係る蒸着装置２は、第１の実施形態に係る蒸着装置１に、照射イオンガイド部材５０と照射電子ガイド部材５２が取り付けられた構成となっている。

本実施形態に係る照射イオンガイド部材５０は、イオン銃３８のイオン照射口の近傍に配設される略筒状、より具体的にはラッパ状に形成されたステンレス製の部材であり、イオン銃３８と離間する側の端部の開口幅が大きく形成されている。照射イオンガイド部材５０は、取り付け治具と碍子を介して真空容器１０の下面側に取り付けられ、真空容器１０に対して電気的にフローティングされている。そして、イオン銃３８から照射されるイオンが、照射イオンガイド部材５０の筒状部分を挿通するように配設されている。

本実施形態に係る照射電子ガイド部材５２は、ニュートラライザ４０の電子照射口の近傍に配設される略筒状のステンレス製の部材であり、上述した照射イオンガイド部材５０と近似した形状を有している。そして、ニュートラライザ４０から照射される電子が、照射電子ガイド部材５２の筒状部分を挿通するように配設される。真空容器１０に取り付け治具と碍子を介して取り付けられ、真空容器１０に対して電気的にフローティングされている。

ここで、照射イオンガイド部材５０の効果について説明する。
イオン銃３８からイオンが照射されて、照射イオンガイド部材５０の内側をイオンが通過すると、その内面側がイオンの電荷に応じて帯電する。本実施形態においては、イオンとしてＯ_２ ^＋を用いているため、照射イオンガイド部材５０の内側はプラスに帯電する。
このため、イオン銃３８から照射されたＯ_２ ^＋は、プラス側に帯電された照射イオンガイド部材５０の内側面と反発して、照射イオンガイド部材５０の開口方向に誘導される。
このように、狙いの方向に放出されるイオンが増加する一方、狙いをはずれて内壁３０などのチャンバ壁面に衝突するイオンが減少する。このため、壁面に付着していた付着物がイオンの衝突により飛散して、基板１４に異物として付着することを抑制することができる。

また、照射イオンガイド部材５０には、イオン銃３８から照射されるイオンの密度を上げる効果がある。
これは、フローティング処理によって帯電した部材にイオンが反射されて、照射イオンガイド部材５０の開口部に誘導されることによる。すなわち、従来の照射イオンガイド部材５０を備えない蒸着装置では、周辺方向に照射され散逸していたイオンを狙いの方向に放出することができるため、その分、照射されるイオンの密度を上げることができる。

このように、照射イオンガイド部材５０を通過して照射されるイオンの密度が高くなることから、基板１４に付着した蒸着物質の緻密化を効率よく行うことができるようになる。
このため、照射イオンガイド部材５０を備えた蒸着装置２によって作製した光学フィルターは緻密になり光学特性が向上する。具体的には、光学フィルターに入射した可視光線の吸収率が低下し、透過率を向上させた高精度な光学フィルターを作製することができる。
もちろん、処理時間の短縮を図ることも可能であり、この場合、生産性及び低コスト化を図ることができる。

次に、照射電子ガイド部材５２の効果について説明する。
ニュートラライザ４０から照射された電子が、筒状の照射電子ガイド部材５２の内側を通過すると、その内面側がマイナスに帯電する。このため、ニュートラライザ４０から照射された電子は、電子と同じマイナス側に帯電された照射電子ガイド部材５２の内側面と反発し、照射電子ガイド部材５２の開口方向に誘導される。
こうして、狙いの方向に放出される電子が増加する一方、照射方向から外れて散逸する電子が減少するため、イオン銃３８から照射され基板１４に向かうイオンの中和に電子が消費されることや、照射イオンガイド部材５０に帯電された電荷の中和に電子が消費されることを抑制することができる。すなわち、照射電子ガイド部材５２を備えることによって、イオン銃３８や、照射イオンガイド部材５０をより効率的に使用することができる。

上述した蒸着装置２は、照射イオンガイド部材５０と照射電子ガイド部材５２を備えることにより、基板１４に付着した蒸着物質を緻密化して透過率の高い光学フィルターを作製できると共に、イオンの照射によるチャンバ壁面からの異物の飛散を防止して、成膜不良を低減することができる。また、照射電子ガイド部材５２を備えることによって、イオン銃３８から照射されて基板１４に向かうイオンや、照射イオンガイド部材５０に帯電された電荷などの不必要な中和を防止できるため、イオン銃３８や、照射イオンガイド部材５０をより効率的に使用することができる。
もちろん、蒸着装置２は、蒸着装置１と同様に、真空容器１０の内壁３０がフローティング化されているため、第１の実施形態に係る蒸着装置１の有する効果を合わせ有しており、基板１４表面に十分な電子を供給し、高屈折率膜や低屈折率膜などの誘電体膜を完全に酸化させることができる。

上述した第２の実施形態において、照射イオンガイド部材５０は、略筒状に形成されているが、他の形状であってもよく、中空な角柱状、若しくはリング状であってもよい。また、イオン銃３８の上部を部分的に遮蔽する板状（シャッター状）の部材（遮蔽部材）として構成してもよい。
例えば、電気的にフローティングされた板状の遮蔽部材によって、イオン銃３８の照射口を所定の割合遮蔽すると、フローティング処理によって帯電した遮蔽部材にイオンは衝突することができず、遮蔽されていない開口部から放出されることとなる。そのため、第２の実施形態の照射イオンガイド部材５０と同様に、イオン銃３８から照射されるイオンの密度を向上させることができる。すなわち、フローティングされた遮蔽部材によって部分的に遮蔽されたイオン銃３８の照射口から放出されたイオンを、基板１４に衝突させることによって、基板１４に付着した蒸着物質の緻密化を効率よく行うことができる。なお、イオン銃３８の照射口を遮蔽する割合は、１０〜７０％とすることができ、特に３０％程度とすると好適である。

また、本発明において、内壁３０は、基板ホルダ１２の周囲を囲う略円筒状に形成されているが、イオン銃３８から照射されるイオンが衝突する範囲をカバーする形状であれば他の形状としてもよい。例えば、基板ホルダ１２の周辺に配置される複数の板状部材として構成することもできる。
内壁３０及び照射イオンガイド部材５０若しくは照射電子ガイド部材５２は、ステンレス製であるが、他の材料から構成してもよい。例えば、アルミニウム合金製、セラミック製などとすることができる。

Claims (4)

1. 接地された真空容器と、
   該真空容器内に支持された基板ホルダと、
   該基板ホルダに保持可能な基板と、
   該基板と所定距離離間して対向する蒸着手段と、
   前記基板に対してイオンを照射するイオン銃と、
   前記基板に対して電子を照射するニュートラライザと、を備える蒸着装置において、
   前記真空容器には、前記真空容器に対して電気的にフローティングされた内壁が備えられており、
   前記ニュートラライザは、前記真空容器の側面側に配設されるとともに、前記イオン銃は、前記真空容器内部の、前記基板ホルダが配設される側と反対方向側に、イオン照射口が前記基板に対向する状態で配設され、
   前記ニュートラライザと前記イオン銃とは、所定距離離間して配設されており、
   前記内壁には開口領域が形成されるとともに、前記内壁の内側面は絶縁性のセラミックでコーティングされ、
   前記ニュートラライザは、前記内壁と電気的に接触しない状態で、前記開口領域の内側に配設されることを特徴とする蒸着装置。
2. 前記イオン銃のイオン照射口から前記基板ホルダへ向かう位置には、イオンの照射範囲を規制する照射イオンガイド部材が備えられており、
   前記照射イオンガイド部材は筒状であって、前記イオン照射口から照射された前記イオンの拡散範囲を縮小するように配設されるとともに、前記真空容器に対して電気的にフローティングされていることを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置。
3. 前記ニュートラライザの電子照射口から前記基板ホルダへ向かう位置には、電子の照射範囲を規制する照射電子ガイド部材が備えられており、
   前記照射電子ガイド部材は筒状であって、前記電子照射口から照射された前記電子の拡散範囲を縮小するように配設されるとともに、前記真空容器に対して電気的にフローティングされていることを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置。
4. 接地されて自己に対して電気的にフローティングされ、開口領域が形成されるとともに内側面が絶縁性のセラミックでコーティングされた内壁が備えられた真空容器と、
   該真空容器内に支持された基板ホルダと、
   該基板ホルダに保持可能な基板と、
   該基板と所定距離離間して対向する蒸着手段と、
   前記真空容器内部の、前記基板ホルダが配設される側と反対方向側に、イオン照射口が前記基板に対向する状態で配設される、前記基板に対してイオンを照射するためのイオン銃と、
   該イオン銃とは所定距離離間して配設されており、前記真空容器の側面側に配設されるとともに前記内壁と電気的に接触しない状態で前記開口領域の内側に配設される、前記基板に対して電子を照射するためのニュートラライザと、
   前記蒸着手段の蒸着物質照射口及び前記イオン銃のイオン照射口の直近に各々配設されるシャッタと、を備えた蒸着装置を使用し、
   前記基板ホルダに前記基板を配設する配設工程と、
   前記基板ホルダを所定回転数で回転させ、前記真空容器内の圧力を所定値に設定し、前記基板温度を所定値に加温する設定工程と、
   前記イオン銃及び前記蒸着手段をアイドル運転状態とする準備工程と、
   前記シャッタを開放することにより前記蒸着物質を前記基板へと照射する蒸着工程と、を行い、
   該蒸着工程においては、
   前記イオン銃より前記基板へ向けてイオンが照射され、
   前記基板ホルダに近接して配設されるとともに、前記イオン銃と所定距離離間して配設される前記ニュートラライザから、前記基板へと向けて電子が照射されることを特徴とする薄膜デバイスの製造方法。

Images