JPH06337310A

JPH06337310A - 光学多層膜並びにその成膜方法及びその成膜装置

Info

Publication number: JPH06337310A
Application number: JP26611893A
Authority: JP
Inventors: Tsuguhiro Korenaga; 継博是永; Shinji Uchida; 真司内田; Hideo Kurokawa; 英雄黒川; Akito Sawada; 亮人沢田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-10-23
Filing date: 1993-10-25
Publication date: 1994-12-06

Abstract

(57)【要約】【目的】高い膜厚精度を要求される光学多層膜を広い
面積にて製造する技術を提供する。【構成】成膜が行われる基板５９を回転ド−ム５８上
にセットし、真空蒸着源からの蒸発粒子５６により、基
板５９上に光学多層膜を成膜する際、回転ド−ム５８
を、回転ドームの外周部に約１２０°間隔で配設された
位置調整機構５１１によって、回転中心軸から偏心する
ことなく回転させる様に回転案内することにより、従
来、回転ド−ム５８の円周方向に保持された基板間で発
生していた膜厚分布をも低減し、光学特性ばらつきの少
ない光学多層膜を広い面積で得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各層が極めて高い膜厚
精度を要求される光学多層膜並びにその成膜方法及び成
膜装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、広い面積にわたり均一な膜厚
分布を有した膜を基板上に形成するために、膜が形成さ
れる基板を回転ド−ムなどの回転型の基板ホルダ−に保
持しつつ、これに膜厚補正板を組み合わせることがよく
行われている。

【０００３】以下図面を参照しながら、従来の光学多層
膜の成膜装置と成膜方法について説明する。

【０００４】図１５は、従来の光学多層膜を成膜する装
置の構成図である（例えば、「光・薄膜技術マニュア
ル」、オプトロニクス社を参照）。

【０００５】排気ポンプＥ１によって高真空状態に保た
れた真空槽Ｅ２内に設けられた電子銃Ｅ３により、ハ−
スＥ４内の蒸着材料Ｅ５を加熱融解し、蒸発させる。蒸
発した蒸発粒子Ｅ６は、その一部は膜厚補正板Ｅ７によ
って進行を妨げられるが、残りは回転ド−ムＥ８上に設
置された基板Ｅ９に到達し、この基板Ｅ９上に薄膜を形
成する。

【０００６】なお、図面には基板Ｅ９は一つしか図示し
ていないが、実際にはドーム上に多数取り付けられてい
る。

【０００７】なお、基板Ｅ９上への薄膜形成に先立ち、
基板Ｅ９は、複数の基板加熱源により基板ド−ムの全体
で均一な温度に加熱されている。

【０００８】ハースＥ４に保持された第２、第３・・・
の蒸着材料Ｅ１０についても、上記と同様の工程により
基板Ｅ９上に順次、薄膜が形成され、基板Ｅ９上には、
第１、２、３・・・の蒸着材料による多層膜が作成され
る。

【０００９】各層の光学的膜厚については、同時成膜さ
れるモニタガラスＥ１１の反射率を測定することで高精
度に制御される。

【００１０】従来よりこのような成膜装置にて、ＴｉＯ
₂、ＳｉＯ₂などの材料を用いて、光学多層膜が製造され
ている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら近年、光
学デバイスに要求される仕様は厳しくなってきており、
極めて高い波長精度をもつ光学多層膜を大量に製造する
技術が必要となっている。

【００１２】我々は、図１５に示した従来の標準的な成
膜装置にて、ＴｉＯ₂とＳｉＯ₂よりなるバンドパスフィ
ルタを作成したところ、回転ド−ム上の被成膜基板のう
ち、ド−ム外周部に保持されてた基板上に成膜された多
層膜ほど、光学特性の立ち上がりと立ち下がりの波長差
が狭くなり、仕様を満足しないものが多く存在すること
がわかった。

【００１３】さらに回転ド−ムの円周方向についても、
半値波長（最大透過率の半分の透過率をもつ波長）のば
らつきが、最大約±５ｎｍ程度も存在することを新たに
見いだした。この円周方向のばらつきについては、従来
全く考察が加えられていないものであり、この円周方向
ばらつきは、ド−ム外周部において成膜されたもののほ
うが大きかった。

【００１４】現状要求される仕様から考えると、この回
転ド−ム円周方向の特性ばらつきは今や無視できないも
のである。

【００１５】また、さらに詳細な検討をした結果、回転
ド−ムの回転数に対する蒸発源からの蒸発レ−トの比が
大きいほど、円周方向の特性ばらつきも大きくなること
も新たに見いだされた。

【００１６】しかし、ド−ムの回転数はベアリングの寿
命等の機構面や被成膜基板の保持等の理由から上限があ
るため、膜厚精度を高めるには成膜レ−トを下げねばな
らず、量産性の面で課題となる。

【００１７】本発明は上記問題点に鑑み、光学特性ばら
つきの少ない光学多層膜を広い面積で製造することを目
的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ための第１の手段は、高精度なバンドパスフィルタを実
現するために各層の膜厚分布の精度を規定するものであ
る。

【００１９】第２の手段は、光学多層膜の成膜方法とし
て、真空を維持したまま可動な膜厚補正板を備え、異な
る蒸着材料毎にその膜厚補正板の形状、位置を変更する
ものである。

【００２０】第３の手段は、従来その存在を知られてい
なかった回転ホルダ−の円周方向の膜厚ばらつきを抑制
する手段を備えた光学多層膜の成膜装置とするものであ
る。

【００２１】第４の手段は、回転ホルダ−の同一円周上
の複数の被成膜基体に対し、各被成膜基体と回転ホルダ
−の回転軸との距離のばらつきと各被成膜基体の被成膜
面の法線の角度ばらつきを規定するものである。

【００２２】第５の手段は、蒸着源と被成膜基体との間
に回転する遮蔽部を設けたものである。

【００２３】さらに第６の手段は、光学多層膜を成膜す
るにあたり、各層の膜厚が予め設定された膜厚に到達す
る前に蒸発レ−トを所定値以下にするものである。

【００２４】

【作用】第１の手段の作用は以下のようになる。バンド
パスフィルタを構成しているＴｉＯ₂と、ＳｉＯ₂、それ
ぞれの膜厚精度を±１％以内に規定することで、立ち上
がり、立ち下がりの両方とも高波長精度をもつバンドパ
スフィルタが得られる。

【００２５】第２の手段の作用は以下のようになる。す
なわち、蒸発源からの蒸発粒子の分布が蒸着材料によっ
て異なることにより生じる光学多層膜の特性ばらつきを
補正するために、光学多層膜を構成する異なる材料を成
膜する毎に、膜厚補正板の形状や位置を真空を維持しな
がら変更することによって、広い面積で各層が均一な膜
厚分布をもつ光学多層膜を成膜できる。

【００２６】第３の手段の作用は以下のようになる。新
たに見いだされ、比較的ばらつきの大きい回転ド−ム円
周方向の膜厚ばらつきを抑制する手段を成膜装置に加え
ることにより、さらに光学特性ばらつきの小さい光学多
層膜を成膜できる。

【００２７】第４の手段の作用は以下のようになる。回
転ホルダ−の同一円周上の複数の被成膜基体に対し、各
被成膜基体と回転ホルダ−の回転軸との距離のばらつき
と、各被成膜基体の被成膜面の法線の角度ばらつきを規
定することにより、同一円周上の各被成膜基体が少ない
誤差範囲で同一軌道上を同じ傾きで回転することにな
り、回転ド−ム円周方向の膜厚ばらつきを抑制すること
が可能となる。

【００２８】第５の手段の作用は以下のようになる。回
転型ホルダ−にて光学多層膜を一層ずつ成膜する際に、
各層が膜厚センサにて設定膜厚に到達すると同時に蒸発
源からの蒸発粒子をシャッタにて遮って成膜を終了する
が、蒸発粒子をシャッタにて遮るのにかかる時間内でホ
ルダ上で成膜が進行している部分と成膜が終わっている
部分とが生じてしまう。このことが円周方向の膜厚ばら
つきの一因と考えられる。このような原因にて生じる膜
厚ばらつきは被成膜基体が一周する間の成膜レ−トの変
動が大きいほど顕著となる。特に膜厚補正版を使用して
いる際には補正板により隠された領域は完全に成膜レ−
トが０となるため成膜レ−ト変動が大きくなる。本発明
では膜厚補正のために回転する遮蔽部を設けることによ
り、遮蔽部により隠されて成膜されない領域を成膜され
る各位置に対して高速に移動させ、従来の成膜装置に比
べて見かけ上、回転ホルダ−を極めて高速に回転してい
るのと同じ状態を作り出すことにより、円周方向の成膜
レ−ト変動を小さくすることで回転ホルダ−の円周方向
の膜厚精度を極めて向上できる。

【００２９】第６の手段の作用は以下のようになる。我
々の検討によれば、回転ホルダ−の回転数に対する蒸発
源からの蒸発レ−トの比が大きいほど、円周方向の特性
ばらつきも大きくなることが判明した。成膜終了時に蒸
発粒子をシャッタにて遮るのにかかる時間内でホルダ上
で成膜が進行している部分と成膜が終わっている部分と
が生じ、両部分の膜厚差は成膜レ−トが大きく、回転ホ
ルダ−の回転数が低いほどシャッタを閉める際に生じる
円周方向の膜厚差が膜厚精度に大きく影響するためであ
る。従って、本発明は成膜途中にて大きな蒸発レ−トで
あっても、少なくとも、成膜終了直前には所定値以下の
低い蒸発レ−トにすることにより、成膜後の円周方向の
膜厚分布を減らすものである。これにより、高速成膜時
でも回転ホルダ−の円周方向の膜厚精度は維持され、光
学多層膜の量産性が極めて向上できる。

【００３０】

【実施例】

（実施例１）本発明の第１の発明の一実施例について説
明する。図１５に示すような従来の標準的な光学多層膜
の成膜装置を用いて、ＳｉＯ₂ とＴｉＯ₂ の２材料によ
り（表１）のような膜構成をもつバンドパスフィルタと
なる光学多層膜を成膜した。

【００３１】

【表１】

【００３２】このような膜構成にてガラス基板に成膜し
た光学多層膜の代表的な反射特性を図１に、回転ド−ム
の各位置における短長両半値波長を（表２）にそれぞれ
示す。

【００３３】

【表２】

【００３４】（表２）において、ド−ム上の段数とは、
図２に示すようにド−ムの回転軸から近い順に１段目、
２段目・・・の基板の配置となっており、用いた成膜装
置の実寸は蒸発源と回転ド−ムの回転軸の距離が１５ｃ
ｍ、回転ド−ムの曲率半径が３８ｃｍ、曲率中心の高さ
が２２ｃｍ、ド−ムの最大径が３１ｃｍである。

【００３５】（表２）の結果から、膜厚補正板により長
波長側の半値波長を同一値に揃えても、短長両半値波長
の差である反射帯幅は段数が増えるとともに狭くなって
おり、結果として短波長側の半値波長差は１段目と８段
目で１４ｎｍ程度あることがわかる。

【００３６】これらの１〜８段目の多層膜について、電
子顕微鏡の断面写真により各層の膜厚を測定したとこ
ろ、段数が多い程、すなわちド−ムの外側程、ＴｉＯ₂
の膜厚に対するＳｉＯ₂ の膜厚比が小さくなっているこ
とがわかった。

【００３７】すなわち回転ド−ム上の位置により多層膜
を構成している各層の膜厚が異なり、光学特性にばらつ
きが生じたといえる。

【００３８】近年では、バンドパスフィルタの波長精度
は、立ち上がりの半値波長（短波長側半値波長）、立ち
下がりの半値波長（長波長側半値波長）とも±５ｎｍ以
内におさめることが要求されており、このような精度を
実現するには反射帯幅をほとんど一定にする必要があ
る。

【００３９】カットオフフィルタのような単一の半値波
長に合わせることは、各層の膜厚精度が低くても各層の
膜厚の組合せによって可能である。このことは実験的に
も、シミュレ−ションにおいても確認している。

【００４０】バンドパスフィルタにおいて、以上のこと
を確認するために、上記のような多層膜の成膜実験を膜
厚設定を微妙に増減させつつ数回行った結果、立ち上が
りの半値波長（短波長側半値波長）、立ち下がりの半値
波長（長波長側半値波長）とも±５ｎｍ以内におさめる
ためには、各層の膜厚精度を±１％以下にする必要があ
ることが導びかれた。

【００４１】したがって、２つの半値波長を同時に精度
良く実現する必要のあるバンドパスフィルタに限り、各
層の膜厚精度を限定することが必要になる。逆にバンド
パスフィルタを構成する各層がこのような膜厚精度をも
つ光学多層膜であるならば実用上極めて有効なバンドパ
スフィルタとなる。

【００４２】（実施例２）次に第２の発明の光学多層膜
の成膜方法の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。

【００４３】図３は本発明の光学多層膜の成膜方法の一
実施例を具現化した光学多層膜の成膜装置の構成図であ
る。図３において、３１は排気ポンプ、３２は真空槽、
３３は電子銃、３４はハ−ス、３５は蒸着材料のＳｉＯ
₂ 、３６は第２の蒸着材料であるＴｉＯ₂、３７は蒸発
粒子、３８は第１の膜厚補正板（固定）、３９は第２の
膜厚補正板（可動）、３１０はモ−タ、３１１は基板ド
−ム、３１２は基板、３１３はシャッタである。

【００４４】このような構成において、モ−タ３１０が
回転すると、その回転軸に取り付けられた第２の膜厚補
正板３９が動く。このような機構により、真空中でも自
由に膜厚補正板と基板ドーム３１１との相対位置関係を
変えることができ、その結果、基板上の成膜に及ぼす膜
厚補正板の影響を制御できる。

【００４５】以下、従来例と比較しつつ、本実施例の効
果について説明する。膜材料としてＳｉＯ₂ とＴｉＯ₂
の２材料により、（表１）に示した膜構成をもつ、バン
ドパスフィルタとなる光学多層膜を図３の本実施例の成
膜装置により成膜した。その評価結果を（表３）に示
す。このときＴｉＯ₂ 成膜時には膜厚補正板を図４
（ａ）のようにし、ＳｉＯ₂ 成膜時には膜厚補正板を図
４（ｂ）のような配置とした。

【００４６】なお、従来の一般的な成膜装置にて成膜し
た結果は既に（表２）に示した。

【００４７】

【表３】

【００４８】（表３）の結果から、本実施例のように、
成膜材料ごとに、膜厚補正板の形状あるいは膜厚補正板
の、基板ドームとの相対的な位置関係を変更することに
より、半値波長、および反射帯幅が段数の増加と関係な
くほぼ一定に保たれていることがわかる。

【００４９】ところで、ＴｉＯ₂とＳｉＯ₂を蒸着材料と
して使い、電子ビ−ム蒸着にて多層膜を作成する場合、
前者はハ−ス内全体に溶解するが、後者は照射される電
子ビ−ムの中心部のみが選択的に溶解するという違いが
ある。ＴｉＯ₂ は面蒸発源となりほぼ余弦則に従うが、
昇華性をもつＳｉＯ₂ は比較的、点蒸発源に近くなり均
一に放射状に蒸発粒子が分布する。

【００５０】従って、従来例のように固定の膜厚補正板
を設けた場合では、カットオフフィルタのような一つの
半値波長を成膜面積内で高精度に実現することは可能で
あるが、バンドパスフィルタのように同時に二つの半値
波長を高精度に実現することは極めて困難である。これ
は両半値波長の差（バンド幅）が二つの材料の膜厚比に
よって変わるためである。

【００５１】それに対し、本実施例のように真空を維持
したまま、材料ごとに膜厚補正板の形状あるいは相対位
置を変更することによって、多層膜を形成する各層の膜
厚分布を均一にすることができ、バンドパスフィルタの
ような、複数の波長できわめて高い波長精度を要求され
る光学多層膜を、広い面積で成膜することが可能とな
る。

【００５２】本実施例により得られた光学多層膜の各層
の膜厚を電顕の断面写真により評価したところ、ＴｉＯ
₂膜とＳｉＯ₂膜は、それぞれの膜厚分布が１％以下であ
ることが確認できた。

【００５３】なお、本実施例においては膜材料としてＴ
ｉＯ₂ と、昇華性をもつＳｉＯ₂ を用いたが、一般に材
料によってその蒸発分布は異なるため、本発明が如何な
る膜材料に対しても有効であることは言うまでもない。

【００５４】特にＳｉＯ₂ のような昇華性をもつ膜材料
に対して極めて効果がある。また、膜構成にも制限はな
く、あらゆる光学多層膜に有効である。特にバンドパス
フィルタの製造には極めて効果が高い。

【００５５】また、本実施例では成膜方式を電子ビ−ム
蒸着としたが、スパッタ等の他の成膜方式であっても同
様に有効である。

【００５６】また、本実施例では固定と可動の２つの膜
厚補正板を用いたが、１つの膜厚補正板の位置を変更し
たり、あるいは３つ以上の膜厚補正板を組み合わせても
本実施例と同様の効果が得られる。

【００５７】さらに被成膜対象の形状には制限なく、回
転ド−ム以外の回転ホルダ−であってもかまわない。

【００５８】（実施例３）次に第３の発明の光学多層膜
の成膜装置の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。

【００５９】まず、従来例として（表１）の光学多層膜
を図１５の装置にて（表４）のような成膜条件で成膜し
たとき、その光学多層膜について、その光学特性を評価
した。その結果を（表５）に示す。

【００６０】

【表４】

【００６１】

【表５】

【００６２】（表５）における円周方向の位置とは、図
３に示すような同一段数上における位置を言い、（表
５）では、円周方向に９０゜ずつ離れた位置をサンプリ
ングしている。またこのときの回転ド−ムの回転数は１
回転／５ｓｅｃとし、シャッタが閉まるのに要する時間
は約０．２秒であった。

【００６３】（表５）より、従来の成膜装置にて成膜し
た光学多層膜には、光学特性にばらつきがあることがわ
かった。すなわちド−ムの円周方向に膜厚分布が生じて
いることが判明した。

【００６４】以上と同様の成膜実験、および評価を数回
繰り返した結果、同一円周方向における光学多層膜のサ
ンプル間の半値波長ばらつきは成膜バッチ間によって異
なり、±１．５ｎｍのものもあれば、±５ｎｍのものも
存在した。

【００６５】この程度の光学特性ばらつきは従来の光学
デバイスにとっては問題とならなかったため、従来の光
学多層膜の成膜装置には対策がなされていなかった。

【００６６】しかし、近年、光学デバイスには極めて高
い色再現性が必要とされており、それに伴い、このよう
なデバイスの核となる光学多層膜に対し、厳しい仕様が
要求されており、上記の円周方向ばらつきは無視できな
いものとなる。

【００６７】図１５に示すような従来の光学多層膜の成
膜装置における構造上の問題点として、まず回転ド−ム
は、被成膜基体を取り替えるために、通常、装置全体か
ら着脱可能に構成される。そのため軽量である必要があ
り、肉厚も数ｍｍ以下と、かなり薄く変形しやすい。

【００６８】また回転ド−ムが装置にセットされる際
は、回転機構上に何の規正もなく設置するのが一般的で
ある。従って、回転機構部の回転中心と回転ド−ムの中
心とが数ｍｍ程度ずれて偏心してしまうことが多々あ
る。これらの課題を解決しない限り、回転ド−ム円周方
向の特性ばらつきを低減することは困難である。

【００６９】この課題を解決する本願発明の一実施例
を、図面を参照しながら説明する。図５は本発明の実施
例における光学多層膜の成膜装置の構成図である。排気
ポンプ５１によって高真空状態に保たれた真空槽５２内
に設けられた電子銃５３により、ハ−ス５４内の蒸着材
料５５を加熱融解し、蒸発させる。蒸発した蒸発粒子５
６は、その一部が膜厚補正板５７によって進行を妨げら
れるが、残りは回転ド−ム５８上に設置された基板５９
に到達し、薄膜を形成する。

【００７０】回転ド−ムは着脱可能であり、基板を保持
するために多数の孔が開口している。また回転ド−ムの
底部（外周部）には補強部５１０が取り付けられてお
り、ド−ムを回転させる回転機構には、円周方向３カ所
において、ド−ムをその中心軸方向に押圧するマイクロ
メ−タ５１１が取り付けられている。基板は保持治具を
介して回転ド−ムに固定されている。

【００７１】各層の光学的膜厚については同時成膜され
るモニタガラス５１１の反射率を測定することで高精度
に制御される。

【００７２】図６に回転ド−ム付近の拡大図を示す。補
強部には溝状のガイドが切ってあり、回転ド−ムのエッ
ジ部Ｅがこのガイドにはめ込まれる。補強部の剛性によ
り回転ド−ムの変形を防止している。回転ド−ムは回転
機構上に乗せられた後、補強部を押圧する３つのマイク
ロメ−タにより、回転時に偏心しないように位置調整さ
れる。

【００７３】図７に基板付近の拡大図を示す。基板は治
具１の上に彫られたガイドにより位置を規正され、治具
１の筒部７１と回転ド−ム上に開口した孔とがはめ合う
ようになっている。筒部の先端に切られたねじにより治
具２と締め合わせることにより、回転ド−ムに固定され
るようになっている。

【００７４】図５の装置を用い、回転ド−ムの位置調整
をした後、（表１）の膜構成をもつ光学多層膜を（表
４）のような成膜レ−トで数回成膜した結果、問題であ
った回転ド−ムの円周方向の特性ばらつきは最大でも±
１ｎｍ程度に抑えられ、結果として同一バッチ全体でも
±２ｎｍ程度の特性ばらつきに低減できた。

【００７５】このように、新たに見いだした回転ド−ム
の円周方向の膜厚ばらつきを抑制する手段を設けること
によって、現状の要求を満足する光学特性ばらつきの少
ない光学多層膜を広い面積で製造が可能になる。なお、
その手段については上記の実施例における構成以外のい
かなる構成であってもかまわない。

【００７６】なお、本実施例においては膜材料としてＴ
ｉＯ₂ と、ＳｉＯ₂ を用いたが、本発明が如何なる膜材
料に対しても有効であることは言うまでもない。また、
膜構成にも制限はなく、あらゆる光学多層膜に有効であ
ることはいうまでもなく、光学多層膜以外の高い膜厚精
度を要求される薄膜であればすべて有効である。

【００７７】また、本実施例では成膜方式を電子ビ−ム
蒸着としたがスパッタ等の他の成膜方式であっても同様
に有効である。また、被成膜基体の形状には制限なく、
回転ド−ム以外の回転ホルダ−であってもかまわない。

【００７８】また、補強部の構造は回転ホルダ−が変形
しないものなら、いかなるものでもよく、ホルダ−との
取り付け手段も問わない。また、ホルダ−を位置ぎめす
る機構は押圧が可能であればマイクロメ−タに限らず、
その数も３カ所以上であれば何カ所でもよい。さらに、
被成膜基体を保持する治具の形状、あるいは回転ホルダ
−の切込みも丸である必要はなく、いかなる形状でもよ
い。

【００７９】（実施例４）次に第４の発明の光学多層膜
の成膜方法の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。

【００８０】実施例３にて示した図５の光学多層膜の成
膜装置を用い、（表１）の膜構成をもつ光学多層膜を成
膜した。このとき回転ド−ムの８段目の円周方向に２０
個のガラス基板をきっちり固定して配置し、わざと回転
ド−ムを５ｍｍ偏心させて成膜し、成膜後に各基板の特
性評価を行った。ここで、回転ド−ムを偏心させること
は円周方向の各位置によって基板が描く軌道が異なるこ
とになる。

【００８１】なお、使用した装置は標準的な光学多層膜
の成膜装置を改良したものであり、蒸発源の位置、及び
回転ド−ムの大きさ、その位置は改良前のままである。
具体的な寸法は、蒸発源と回転ド−ムの回転軸の距離が
１５ｃｍ、回転ド−ムの曲率半径が３８ｃｍ、曲率中心
の高さが２２ｃｍ、ド−ムの最大径が３１ｃｍである。

【００８２】図８は以上の検討結果を示す図である。横
軸は、各基板と回転ド−ムの回転軸との距離を、偏心が
ないときの基板と回転軸との距離に対する百分率で表し
たもので、縦軸は長波長側の半値波長とした。

【００８３】この結果から各基板と回転軸との距離のば
らつきが±１％以内のとき半値波長のばらつきが±１ｎ
ｍとなっており、現状の要求を満足する光学多層膜を実
現していることがわかる。

【００８４】１〜７段目の円周方向についても実験を行
ったが、同様の結果が得られた。標準的な光学多層膜の
成膜装置であれば、蒸発源と回転ホルダ−との相対比率
はほぼ同じであるので以上の結果が概ね成立する。

【００８５】次に再び図５の光学多層膜の成膜装置を用
いて、（表１）の膜構成の光学多層膜を成膜した。この
とき回転ド−ムの偏心がほぼ０となるように調整し、回
転ド−ムの８段目の円周方向に２０個のガラス基板を図
９のα、β２方向に±３゜程度まで３０分ずつ傾けて固
定し、成膜後に各基板の評価を行った。このとき各基板
と回転軸との距離のばらつきは±０．３％以下であっ
た。

【００８６】評価結果を図１０に示す。横軸は通常の保
持したときからのずれ角、縦軸は半値波長を示す。

【００８７】この結果よりα、β両方向とも±３０分以
下の傾きであれば半値波長のばらつきが±１ｎｍ程度の
ばらつきに抑えられることがわかる。従って被成膜面の
法線がα、βのどちらの方向にも±３０分以下の傾きで
あれば現状の要求を満足する光学多層膜を得られる。

【００８８】本実施例にて成膜された光学多層膜におい
ては、多層膜を構成する各層の膜厚を測定した結果、半
値波長の大きいものは各層がすべて厚めに成膜されてい
ることが、逆に半値波長の小さいものは各層がすべて薄
めに成膜されていることが確認された。

【００８９】なお、本実施例においては膜材料としてＴ
ｉＯ₂ と、ＳｉＯ₂ を用いたが、本発明が如何なる膜材
料に対しても有効であることは言うまでもない。また、
膜構成にも制限はなく、あらゆる光学多層膜に有効であ
ることはいうまでもない。また、本実施例では成膜方式
を電子ビ−ム蒸着としたがスパッタ蒸着、抵抗加熱法で
あっても同様に有効である。

【００９０】（実施例５）次に第５の発明の光学多層膜
の成膜方法の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。

【００９１】図１１は本実施例の光学多層膜の成膜装置
の構成図である。排気ポンプＡ１によって真空状態に保
たれた真空槽Ａ２内に設けられた電子銃Ａ３により、ハ
−スＡ４内の蒸着材料Ａ５を加熱融解し蒸発させる。

【００９２】被成膜基板Ａ６は、回転ド−ムＡ７上にホ
−ルドされており、ハ−スＡ４と偏心のない回転ド−ム
Ａ７の間には、蒸発粒子Ａ８を遮蔽する遮蔽板Ａ９が設
置されている。

【００９３】円環形状のレ−ルＡ１０の上にベアリング
を介して乗っているリングギアＡ１１に遮蔽板Ａ９は固
定されており、モ−タＡ１２が回転することによって遮
蔽板Ａ９は回転する。このとき回転ド−ムＡ７と遮蔽板
Ａ９の回転軸は同一であるが、両者の回転方向は互いに
逆になっている。

【００９４】膜厚は、モニタガラスＡ１３の反射率によ
り制御され、設定した膜厚になるとシャッタＡ１４が閉
じて成膜が終了する。

【００９５】図１５に示した従来の成膜装置と本実施例
の成膜装置を用いて（表６）の膜構成をもつＴｉＯ₂と
ＳｉＯ₂よりなるバンドパスフィルタを（表７）の成膜
条件で作成した。なお、両成膜装置とも共通部の大き
さ、仕様はほぼ同じとし、具体的な寸法は、回転ド−ム
の曲率半径が３８ｃｍ、曲率中心の高さが２２ｃｍ、ド
−ムの最大径が３１ｃｍとした。

【００９６】

【表６】

【００９７】

【表７】

【００９８】従来例と本実施例の装置にて成膜した光学
多層膜の評価結果を（表８）に示す。

【００９９】

【表８】

【０１００】（表８）には従来例、本実施例ともそれぞ
れ１０回ずつ成膜を行い、そのうち最もばらつきの大き
かったものを掲載した。ここで半値波長のばらつき±６
ｎｍが総膜厚に対する膜厚ばらつき±１％に相当する。

【０１０１】（表８）の結果から、本実施例の成膜装置
を用いることにより、従来よりもド−ム円周方向におけ
る膜厚ばらつきの小さい薄膜が得られることがわかる。

【０１０２】また、本実施例よりもさらに成膜レ−トを
倍程度まで増やしても、現レ−トの従来例と同等以上に
膜厚ばらつきを抑えることができ、遮蔽板の数を増やせ
ばさらに膜厚ばらつきが減らせることが判明した。

【０１０３】なお、本実施例においては、遮蔽部として
板状のものを用いたが厚み、形状はとくに限定せず、例
えば編目フィルタ状のものであってもよい。また遮蔽部
を回転させる機構も限定するものでない。

【０１０４】（実施例６）第５の発明の光学多層膜の成
膜方法の第２の実施例について図面を参照しながら説明
する。

【０１０５】図１２は本実施例を具現化した光学多層膜
の成膜装置の構成図である。蒸発粒子の遮蔽部以外は図
１１に示した第１の実施例の成膜装置の構成図と同様で
ある。

【０１０６】本実施例においては、遮蔽部としてド−ム
状遮蔽板Ｂ１を用いている。遮蔽板はその中心に対し軸
対称であり、モ−タに連動したリングギア上に固定され
中心を軸に回転する。

【０１０７】このド−ム状遮蔽板の詳細図を図１３に示
す。遮蔽板には中心軸から放射状にスリットがはいって
おり、そのスリットの幅は、回転中心に行くに従い狭く
なっている。これは遮蔽部を取り除いたときの回転ド−
ム上の膜厚は、ド−ムの段数が増えるにつれて薄くなっ
ているので、スリットの疎密により段方向の膜厚分布を
補正するためである。

【０１０８】遮蔽板はフレ−ムＣ１の上に複数のパレッ
トＣ５をはめ込んで組み合わせることによってできてお
り、スライドＣ２を動かすことにより各部のスリット幅
Ｃ３を変更でき、膜厚分布の微調整が可能である。

【０１０９】本実施例の成膜装置を用いて実施例１と同
じく、（表６）の膜構成をもつ光学多層膜を（表７）の
条件、および３倍の成膜レ−トにて成膜し評価した。こ
のときスリット数は６つとした。結果を（表９）に示
す。

【０１１０】

【表９】

【０１１１】このように本実施例の成膜装置を用いるこ
とにより、きわめて膜厚精度の良好な薄膜を広い面積で
高速に得ることができ量産性を極めて高められる。ま
た、スリットの数を増やすほどさらに高成膜レ−ト時で
も膜厚ばらつきを少なく抑えられることが判明し、回転
ド−ムと遮蔽部が同方向に回転している場合でも、従来
例よりも良い結果が得られた。これはスリット数を増や
すことによって、成膜されない領域が見かけ上、きわめ
て高速に基板上を移動するためである。

【０１１２】なお、本実施例においては、遮蔽部として
ド−ム状の遮蔽板を用いたが厚み、形状はとくに限定せ
ず、例えば円盤状のものであってもよいことは明らかで
ある。また、遮蔽部を回転させる機構も限定するもので
ない。

【０１１３】以上、実施例５、６により本発明の効果を
説明した。両実施例において膜厚制御手段は光学的膜厚
制御に限らず、水晶振動子制御でもよい。もし、時間制
御可能であれば必要でない。

【０１１４】また、成膜プロセスは電子ビ−ム蒸着に限
らず、抵抗加熱蒸着等の真空蒸着全般、あるいはスパッ
タ蒸着であってもよい。また、対象も光学多層膜に限ら
ない。また被成膜基体の形状も問わない。また回転ホル
ダ−もド−ム形状に限らず、例えば平板であってもかま
わない。

【０１１５】（実施例７）以下、第６の発明の一実施例
について説明する。

【０１１６】まず、従来例として（表１）の光学多層膜
を実施例４に示した図５の装置にて、回転ド−ムの偏心
をほぼ０に調整した上で（表１０）のような成膜条件で
成膜したとき、その成膜サンプルについてその光学特性
を評価した。その結果を（表１１）に示す。

【０１１７】

【表１０】

【０１１８】

【表１１】

【０１１９】成膜時の回転ド−ムの回転数は１回転／５
ｓｅｃとし、シャッタが閉まるのに要する時間は約０．
２秒であった。

【０１２０】（表１１）より、（表１０）のような成膜
レ−トで成膜したサンプルには光学特性にばらつきがあ
ることがわかった。すなわちド−ムの円周方向に膜厚分
布が生じていることが判明した。

【０１２１】この理由は、光学多層膜を一層ずつ成膜す
る際に、各層が膜厚センサにて設定膜厚に到達すると同
時に、蒸発源からの蒸発粒子をシャッタにて遮って成膜
を終了するが、蒸発粒子をシャッタにて遮るのにかかる
時間内でホルダ上で成膜が進行している部分と成膜が終
わっている部分とが生じてしまうためであり、成膜レ−
トが高いほどこれは顕著になると考えられる。

【０１２２】次に本発明の実施例について説明する。
（表１）に示す構成の光学多層膜を、図１４のように、
成膜終了前に成膜レ−トを落として成膜した。その結果
を（表１２）に示す。

【０１２３】

【表１２】

【０１２４】（表１２）より、成膜終了前に成膜レ−ト
を、すなわち蒸発源の蒸発レ−トを落として成膜するこ
とにより、回転ド−ムの円周方向の光学特性をほぼ同一
にできることがわかった。

【０１２５】本発明は蒸発レ−トが可変の蒸発源と、薄
膜層が形成される基板を保持する回転型の基板ホルダ
と、多層膜を構成する各層の膜厚を制御する手段を備え
た成膜装置であれば、極めて有用である。ただし、注意
しなければならないのは、成膜途中から成膜終了前へ急
激にレ−トを下げると、これによって膜厚分布を生じて
しまうため、ド−ムが１回転する間に円周上のレ−ト変
動パ−セント以内でレ−トを下げることが前提となる。

【０１２６】なお、本実施例においては膜材料としてＴ
ｉＯ₂ と、ＳｉＯ₂ を用いたが、本発明が如何なる膜材
料に対しても有効であることは言うまでもない。また、
膜構成にも制限はなく、あらゆる光学多層膜に有効であ
る。また、本実施例では成膜方式を電子ビ−ム蒸着とし
たがスパッタ等の他の成膜方式であっても同様に有効で
ある。また、回転型であれば回転ド−ム以外の基板ホル
ダであってもかまわない。また膜厚制御の手段も種類を
問わない。

【０１２７】

【発明の効果】以上に述べたように、従来、認識されて
いなかった回転ホルダ−円周方向の特性ばらつきを抑え
ることにより、近年必要とされている光学特性ばらつき
の極めて少ない光学多層膜を広い面積で製造することが
でき、非常に有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が対象とする光学多層膜の代表的な光学
的反射率特性図

【図２】本発明の光学多層膜の一実施例の成膜に用いた
回転ド−ムの概略図

【図３】本発明の実施例２で用いた光学多層膜の成膜装
置の構成図

【図４】図３における薄膜の成膜時における膜厚補正板
の配置図

【図５】本発明の実施例３で用いた光学多層膜の成膜装
置の構成図

【図６】本発明の実施例３における回転ド−ム付近の拡
大図

【図７】本発明の実施例３における基板付近の拡大図

【図８】本発明の実施例３における基板−回転軸間の距
離ばらつきと半値波長の相関図

【図９】本発明の実施例４における被成膜面の法線のふ
れ角α、βの幾何的配置図

【図１０】本発明の実施例４における被成膜面の法線の
ふれ角と半値波長の相関図

【図１１】本発明の実施例５において用いた光学多層膜
の成膜装置の構成図

【図１２】本発明の実施例６において用いた光学多層膜
の成膜装置の構成図

【図１３】本発明の実施例６におけるド−ム状遮蔽板の
詳細図

【図１４】本発明の実施例７における成膜時間と成膜レ
−トの関係図

【図１５】従来の光学多層膜の成膜装置の概略図

【符号の説明】

２１回転ド−ム２２被成膜基板３１排気ポンプ３２真空槽３３電子銃３４ハ−ス３５蒸着材料（ＳｉＯ₂）３６蒸着材料（ＴｉＯ₂）３７蒸発粒子３８第１の膜厚補正板（固定）３９第２の膜厚補正板（可動）３１０モ−タ３１１回転ド−ム３１２基板３１３シャッタ４１蒸発源４２第１の膜厚補正板（固定）４３第２の膜厚補正板（可動）４４モ−タ５１排気ポンプ５２真空槽５３電子銃５４ハ−ス５５蒸着材料５６蒸発粒子５７膜厚補正板５８回転ド−ム５９基板５１０補強部５１１マイクロメ−タ５１２モニタガラスＡ１排気ポンプＡ２真空槽Ａ３電子銃Ａ４ハ−スＡ５蒸着材料Ａ６被成膜基板Ａ７回転ド−ムＡ８蒸発粒子Ａ９遮蔽板Ａ１０レ−ルＡ１１リングギアＡ１２モ−タＡ１３モニタガラスＡ１４シャッタＢ１ド−ム状遮蔽板Ｃ１フレ−ムＣ２スライドＣ３スリット幅Ｃ４スリットガイドＣ５パレットＥ１排気ポンプＥ２真空槽Ｅ３電子銃Ｅ４ハ−スＥ５蒸着材料Ｅ６蒸発粒子Ｅ７膜厚補正板Ｅ８回転ド−ムＥ９基板Ｅ１０第２、第３、・・・の蒸着材料Ｅ１１モニタガラス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者沢田亮人大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＴｉＯ₂と、ＳｉＯ₂を交互に積層したバン
ドパスフィルタであって、前記バンドパスフィルタを構
成する各層の膜厚精度を±１％以下に構成した光学多層
膜。
【請求項２】複数の膜材料からなる光学多層膜を成膜す
るにあたり、異なる膜材料を成膜する毎に、真空を維持
したまま膜厚補正板の形状、位置を変更することを特徴
とする光学多層膜の成膜方法。
【請求項３】複数の膜材料のうち、少なくとも１つが昇
華性をもつことを特徴とする請求項２記載の光学多層膜
の成膜方法。
【請求項４】真空槽、蒸着源、被成膜基体を保持する回
転型ホルダ−を有し、前記回転型ホルダ−の円周方向に
おける成膜後の前記被成膜基体上の膜厚ばらつきを抑え
る手段を備えたことを特徴とする光学多層膜の成膜装
置。
【請求項５】回転型ホルダ−の円周方向における成膜後
の被成膜基体上の膜厚ばらつきを抑える手段として、前
記回転型ホルダ−を着脱可能とし、これを回転させる回
転機構部を備え、前記回転ホルダ−はその底部に補強部
を有し、さらに前記回転機構部に、その円周方向の少な
くとも３カ所に、前記補強部を同時に押圧する機構を有
する請求項４記載の光学多層膜の成膜装置。
【請求項６】回転型ホルダ−の円周方向における成膜後
の被成膜基体上の膜厚ばらつきを抑える手段として、前
記回転型ホルダ−が複数の開口した切込みを有し、被成
膜基体を保持するとともに、前記ホルダ−の切込みに嵌
合する治具Ａと、前記ホルダ−を間に挟んで前記治具Ａ
とねじ込みにより接合する治具Ｂを備えたことを特徴と
する請求項４記載の光学多層膜の成膜装置。
【請求項７】真空槽、蒸着源、被成膜領域が平面である
被成膜基体、および前記被成膜基体を保持する回転型ホ
ルダ−を有する成膜装置にて光学多層膜を成膜するにあ
たり、前記回転型ホルダ−の同一円周上に位置する各被
成膜基体と前記回転型ホルダ−の回転軸との距離のばら
つきが±１％以下であり、かつ前記各被成膜基体の被成
膜面の各法線の角度ばらつきが±３０分以下であること
を特徴とする光学多層膜の成膜方法。
【請求項８】真空槽、蒸着源、被成膜基体を保持する回
転ホルダ−を有し、前記蒸着源と前記回転ホルダ−の間
に、前記蒸着源から発する蒸発粒子の前記被成膜基体へ
の飛翔を妨げつつ回転する遮蔽部を備えたことを特徴と
する光学多層膜の成膜装置。
【請求項９】回転ホルダ−と逆方向に回転する遮蔽部を
設けたことを特徴とする請求項８記載の光学多層膜の成
膜装置。
【請求項１０】蒸発レ−トが可変の蒸発源と、被成膜基
体を保持する回転ホルダ−と、多層膜を構成する各層の
膜厚を制御する手段を備えた成膜装置にて光学多層膜を
成膜するにあたり、各層の膜厚が予め設定された膜厚に
到達する前に、蒸発レ−トを所定値以下にすることを特
徴とする光学多層膜の成膜方法。