JPH02209471A - 真空蒸着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、たとえば光学用基体上に、誘電体、金属等の
膜を形成するための真空蒸着装置に関し、特に大面積の
基体に均一の厚さの膜を形成し得る真空蒸着装置に関す
るものである。

［従来の技術および問題点］ 従来、多数の小口径基板上に同一膜厚を形成するための
装置としては、特公昭５３−１８３３８号公報に開示さ
れるような、自公転機構を有するもの、あるいはそれを
改良したものが一般的である。しかしながらこの装置は
、自公転ドームに対して基板が小さく、かつ、基板面が
ドーム曲率から著しくずれない場合には有効であるが、
基板の径が例えば数百１と大きい大面積基板に対しては
、ドーム曲率からのズレ、および基板の保持方法に問題
があった。

大面積基板に対しては、特公昭５１−２０３５６号公報
に開示されるように、基板を成膜中に平行移動する装置
、あるいは、逆に蒸発源を平行移動する装置があるが、
機構が複雑になる上、高精度の膜厚制御を必要とする誘
電体多層膜の成膜の場合には膜厚制御が困難でムラが生
じていた。

また、マスクを用いて膜厚を補正する装置としては、特
開昭５０−１４６５２８号公報に開示されるものがある
が、この装置ではマスクが固定のため基板の回転中心近
傍に円形状あるいはリング状のカゲが生じ大面積基板の
全面にわたり均一膜厚を形成することが出来ないという
欠点があった。

大面積でかつ重量を有する基板に、膜厚が均一な膜を形
成するための装置は、ＵＳＰ３，１２８，２０５　。

ＵＳＰ３，８５８，５４７に開示される自公転機構を有
するものである。しかしながら、この装置は、高精度の
膜厚の均一化を図る上では不十分であり、ＵＳＰ４，２
２２．３４５に開示されるように回転マスクを用いる機
構が必要とされている。この回転マスクを用いる機構で
特徴的な点として、基板の公転中心とマスクの回転中心
が一致していることがあげられる。

このとき自公転の回転数の比に依存する膜厚のムラを平
均化できる効用がある。

しかし、ＵＳＰ４，２２２，３４５に開示されている装
置では、基板の径に対して少くとも２．９倍の径を有す
る容器が必要となり、ためにそれに見合った排気能力を
有する排気系が必要となるために、製造の容易さ、装置
コスト、スペースの点で不利であった。

また、この装置を使用しても均一な膜厚が必ずしも得ら
れないことが本発明者の調査により見い出された。すな
わち、直径１ｍの基板について調査したところ、第４図
（ａ）示すような膜厚のムラが生ずることがわかった。

なお、第４図（ａ）において、０印は、蒸発粒子がほぼ
ｅａｓθの分布をしているときのものであり、・印は蒸
発粒子の分布が経時的に変化しているときのものである
。このように、蒸発粒子の分布が経時的に変化する場合
に特に膜厚のムラが大きいことがわかった。

さらに、物理的には均一の膜厚であっても光学的特性（
たとえば屈折率）のムラが基板に垂直方向に存在するこ
ともわかった。すなわち、蒸発源と基板との距離を約１
．２＋＊とじて、基板にＺｒＯ２を蒸着させ、基板の外
周近傍で、垂直方向の屈折率のムラを調査したところ、
屈折率の大きなところと小さなところとでは約０．１５
の屈折率の差があることがわかった。

本発明は、従来技術には上述したような問題点があるこ
とを見い出しなされたものであり、本発明の目的は、膜
厚ムラ、光学的特性のムラが小さな蒸着層の形成が可能
な、小型の蒸着装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の要旨は、基体を保持し自転させるための機構と
、該基体のほぼ中心の下方に設置された、蒸発源を収納
する装置と、その蒸発源と自転基体との間に設けられた
膜厚補正用の回転マスクとを有し、該回転マスクの回転
軸が基体の自転軸から偏心していることを特徴とする真
空蒸着装置に存在する。

［作用］ 本発明では、基体の回転が自転だけのため、装置の小型
化が可能となり、また、蒸発源を基体のほぼ中心の下方
に設置することと相まち、基体に対する蒸着流の入射角
を小さくすることが可能となり、高精度の膜厚の均一化
を計ることができる。ひいては、蒸発流の基体に対する
入射角を小さくできるため、蒸発粒子の飛距離が短くな
り、基板への密着力、膜構造、膜堆積速度に影響を与え
、光学的にも均質でかつ散乱吸収などの損失が少く、ま
た機械的強度に侵れる膜を大面積にわたって得ることが
できる。

さらには、蒸発流の基板に対する入射角が小さく、蒸発
粒子の飛距離が短いため、蒸着薬品を少量にすることが
できる。

［実施例］ 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図に本発明の実施例に係る蒸着装置の正面断面図を
示す。

装置は角形の器壁１で構成され、その天板上に大面積基
板を自転させるための回転ユニットが設けられる。これ
はモータ２、減速機３、プーリ４、回転伝導ベルト５、
基板回転軸６から構成される。基板回転軸６はベアリン
グ７を介して円柱状の室枠８によって保持される。基板
回転軸６の回転は補強円板２７．２８を設けた基板ホル
ダ固定用アーム９に結合部材２６を介して伝えられる。

基板ホルダ固定用アーム９は、基板ホルダ固定枠２９に
とりつけられたビン１０を介して基板ホルダを保持する
構造となっており、ここに、基板ホルダは側面リング１
２、底板リング１１、基板カバー１３で構成される。基
板カバー１３は、基板１４の裏面への損傷、成膜中の汚
れをさけるために設けられる。１５は蒸発源であり、基
板１４のほぼ中心の下方に設置されている。蒸発源１５
からの蒸発流は、モータ１７により回転するマスク回転
軸１８に固定された回転マスク１９によって一部さえぎ
られる。蒸発源１５はメンテナス着脱が容易なように円
形状底板１６の上に設けられる。

第２図は、第１図のＡ−Ａ’断面図であり、第２図に基
き説明する。本例では、回転マスク１９は４分割の羽状
体をその周辺部を外リング２０に固定保持することによ
り構成されており、その回転軸を、基板の回転軸から偏
心させて設けである。この羽状体の中央部は幅広になさ
れており、この中央部が蒸発源のほぼ真上を通過する。

なお、この羽状体の形状は、実験等により蒸発源の分布
が均一となるような条件を求めて設計すればよい。なお
、回転マスクは上下方向に移動可能としてもよい。

回転マスク１９の基板面の高さでの膜厚補正領域は、基
板の外周２１、基板ホルダ固定枠の外周２２を含んだ領
域２３で示されている。

また、本例では、第３図に示すように膜厚制御用の２基
の光学モニタ２４．２５が設けており、これにより膜厚
制御の精度をさに向上させることができる。この光学モ
ニタは反射タイプであり、その表面に堆積した膜の厚み
を感知することにより基板表面に堆積した膜厚を知るこ
とができる。

この光学モニタは回転マスク１９によるチョッピングを
さけ、かつ膜厚補正領域２３の中に入るように設けられ
ている。蒸発源１５からの蒸発分布の主たる方向は、電
子銃のフィラメント３０からの電子ビームの方向および
蒸着薬品の材料の違いに依存して電子ビームから遠ざか
る方向３１や電子ビームに近づく方向３２のように変化
する。このとき、モニタ２４、またはモニタ２５のどち
らか一基だけの膜厚制御では、自転基板１４に堆積した
膜厚とモニタとの膜厚の間に誤差が生じるが、本例のよ
うに２つの光学モニタ２３．２４を設けておくと、両方
の光学モニタの平均が基板に堆積した膜の膜厚となるの
で、蒸発源の蒸発分布の変化に対応することが回部であ
る。制御方法としては、モニタ高さ、モニタ位置、モニ
タ波長のパラメータがあるが、これは装置構造、必要膜
特性から最適な方法を選択すればよい。

上記実施例に示す本発明の蒸着装置の作動手順は次のよ
うに示される。すなわち、基板を保持した基板ホルダを
蒸着室の基板ホルダ固定用アームに固定し、所定の真空
度まで排気する。成膜前から基板マスクを各々回転し、
定められた条件のもとで成膜を開始する。このとき自転
している基板は回転マスクによって膜厚補正を受け、大
面積にわたって均一の膜厚で成膜される。

上記の装置を使用して、直径１ｍの基板に対し、ＺｒＯ
２の膜を形成した。なお、その際、蒸発源と基板との距
離を第４図（ｂ）に示すように変化させた。基板温度は
３００℃、真空度は、１×１０〜４Ｔｏｒｒとし、酸素
雰囲気中で成膜を行った。なお、回転マスクと基板との
回転は逆方向とし、（基板回転数）／（回転マスク回転
数）を約１．３とした。

得られた膜につき膜厚のムラを調査したところ、第４図
（ｂ）に示すような結果が得られた。第４図（ｂ）から
れかるように、本実施例では、蒸発物質が安定なとき（
Ｏ印）のみならず、経時的に変化するとき（＊印）も膜
厚のムラが少ないことがわかる。

また、基板の垂直方向の光学的特性（屈折率）のムラを
調査したところ、最も大きなものと最も小さなものとの
差は０．０２であり、光学的ムラが従来に比べ非常に小
さかった。

（比較例１） 上記実施例において、回転マスクを設けず、他の条件は
実施例と同一として蒸着を行ったところ、第４図（ｃ）
に示すような膜厚ムラのグラフが得られた。なお、第４
図（Ｃ）はいずれも、蒸発粒の分布が経時的には一定の
場合（経時的に変化する場合に比べ膜厚のムラが少ない
と考えらえる）であり、０印は蒸発粒がほぼｃｏｓ　Ｏ
θの分布をなしている場合を示し、の印は蒸発粒がほぼ
ＣＯＢθの分布をなしている場合を示し、・印は蒸発粒
がほぼＣｏｇ　２θの分布をなしている場合を示してい
る。

図に示すように、いずれも場合も実施例に比べ大きな膜
厚ムラが生じていることがわかる。

（比較例２） 上記実施例において、回転マスクを回転させず、他の条
件は実施例と同一として蒸着を行ったところ、基板中心
部およびその近傍において膜厚ムラが極めて大きくなっ
た。これは、基板中心部およびその近傍に、回転マスク
によって、常に蒸発流がさえぎられる部分とまったく膜
厚補正を受けない部分とが生じるためと考えられる。

［発明の効果］ 上記実施例に示す本発明の装置により以下の効果を得る
ことが出来る。

一つは装置容積を小型化出来ることである。すなわち直
径Ａの基板に均一膜厚を形成するためには、ＵＳＰ４，
２２２，３４５に開示される従来の自公転機構を有する
装置を用いると、少くとも、２．９倍の槽径、及び１．
９倍の槽高さを必要とし、その真空容積はＡ３の約１２
．５倍程度となる。しかるに本発明では第１図および第
２図に示すごとく、Ａ３の約５．１２倍であり、その容
積は約４１％に小型化される。このため蒸着槽、及び基
板回転、基板の保持のための治具の製作が容易となるだ
けではなく、排気系の能力を半分にすることが出来、装
置価格の大巾な低減が図れる。

さらには、基板回転が自公転ではなく自転だけのため、
槽の高さを必要以上に高くすることなく、基板に対する
蒸発流の入射角を小さくすることが出来、回転マスクを
用いて従来より高精度に膜厚の均一化を計ることが可使
となる。

さらには、従来より、基板に対する蒸発流の入射角が小
さく、又、蒸発粒子の基板までの飛距離も短いため、基
板への密着性、膜構造、膜堆積速度に影響をうけず、光
学的に均質で、かつ散乱、吸収等の損失が少く、又、機
械的強度に優れる膜を大面積にわたって得ることが可使
となる。

さらには、基板に対する蒸発流の入射角が小さく、又、
蒸発粒子の基板までの飛距離が短かくすることができる
ため従来より少量の蒸着薬品で成膜することが可能とな
り、その供給方法、蒸発源の大きさ、個数等において蒸
発源自体の簡素化を図ることができる。

さらには、自転する基板の周辺に、２基のモニタ機構を
有することにより高精度に膜厚を制御することが可能と
なる。

以上、本発明の真空蒸着装置が大面積基板上に均一膜厚
を形成する目的で、大きな効果を有することは明白であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の正面断面図、第２図は第１図の
Ａ−Ａ　’断面図、第３図はモニター機構配置の模式図
である。第４図は、従来例と実施例における膜厚のムラ
を示すためのグラフである。 す、５・・・回転伝導ベルト、６・・・基板回転軸、７
・・・ベアリング、８・・・室枠、９・・・基板ホルダ
固定用アーム、１０・・・ビン、１１・・・底板リング
、１２・・・側面リング、１３・・・基板カバー、１４
・・・基板、１５・・・蒸発源、１６・・・円形状底板
、１７・・・モータ、１８・・・マスク回転軸、１９・
・・回転マスク、２０・・・外リング、２１・・・基板
の外周、２２・・・基板ホルダ固定枠の外周、２３・・
・膜厚補正領域、２４・・・モニタ、２５・・・モニタ
、２６・・・結合部材、２７・・・補強円板、２８・・
・補強円板、２９・・・基板ホルダ固定枠、３０・・・
電子銃のフィラメント、３１・・・蒸発方向、３２・・
・蒸発方向。 １・・・器壁、２・・・モータ、３・・・減速機、４・
・・プー第 図 第 図（ａ） 第 図（ｂ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体を保持し自転させるための機構と、該基体の
   ほぼ中心の下方に設置された、蒸発源を収納する装置と
   、その蒸発源と自転基体との間に設けられた膜厚補正用
   の回転マスクとを有し、該回転マスクの回転軸が基体の
   自転軸から偏心していることを特徴とする真空蒸着装置
   。
2. （２）基体の径外の周辺に、少なくとも２基以上の膜厚
   制御用光学モニターを有することを特徴とする請求項１
   に記載の真空蒸着装置。