JPWO2009125802A1 - 蒸発源及び成膜装置 - Google Patents

Abstract

メンテナンス性を損なうことなく、成膜材料（２９）の利用効率を向上させた蒸発源（２０）。蒸発源（２０）は、複数の収容空間（２５Ｓ）を有する管状の一つの周壁（２５）と、周壁（２５）の内部を該複数の収容空間に仕切る複数の隔壁部（２７）と、を含む。周壁（２５）には、収容空間（２５Ｓ）ごとに少なくとも１つずつ配置される複数の孔（２８）が形成されている。複数の孔（２８）は、複数の収容空間（２５Ｓ）の各々に収容された成膜材料（２９）を各収容空間から外方へ向けて蒸発させるべく、複数の収容空間と外方とを連通する。【選択図】図２

Description

本発明は、蒸発源及び成膜装置に関する。

光学製品に利用される光学薄膜は、屈折率の異なる複数の層を備え、各層が基板の上に積層されることにより、反射防止特性、フィルター特性、反射特性等、各種の光学特性を発現する。高屈折率材料としては、例えば、タンタル、チタン、ニオブ、ジルコニウム等の金属の酸化物が利用され、低屈折率材料としては、例えば、シリコン酸化物やフッ化マグネシウムが利用されている。

光学薄膜の製造工程には、低屈折率材料や高屈折率材料等の誘電体からなる複数のターゲットを用い、各ターゲットから放出されるスパッタ粒子を順に基板の上に堆積させる、いわゆる、スパッタ法が用いられている。この種のスパッタ法としては、ターゲットの表面付近にプラズマを閉じ込めるマグネトロンスパッタ法、ターゲットに高周波電力を印加する高周波スパッタ法等が知られている。

スパッタ法におけるターゲット材料に誘電体を用いる場合には、誘電体に蓄積する電荷が異常放電を発生し易いことから、一般的に、高周波スパッタ法が選択される。一方、高周波スパッタ法を用いる場合には、マグネトロンスパッタ法に比べて、基板の搬送等に伴うプラズマ密度の変動を招き易く、また、成膜速度を大幅に遅くしてしまう問題がある。そこで、光学薄膜の製造方法においては、上記問題を解決するため、従来から、各種の提案がなされている。

特許文献１に記載する成膜装置は、真空槽の内部に回転ドラムを配置し、真空槽の内部を、回転ドラムの周方向に沿って、複数の処理領域に区画する。例えば、回転ドラムの回りには、マグネトロンスパッタ法を用いて金属膜を形成するための処理領域と、マグネトロンスパッタ法を用いてシリコン膜を形成するための処理領域と、酸素プラズマを生成して酸化処理を実行するための処理領域とが区画される。特許文献１に記載する成膜装置は、回転ドラムを回転することによって、回転ドラムに取付けられる基板の表面に、金属膜の形成と、シリコン膜の形成と、各膜の酸化処理とを選択的に繰り返して実行する。これによって、特許文献１は、高屈折率材料の堆積と、低屈折率材料の堆積とを安定な堆積条件の下で加速できることから、光学薄膜の成膜処理の安定化と高速化とを図ることができる。

光学製品に利用される光学薄膜は、外部からの各種液状体が薄膜表面に付着することにより、その光学特性を容易に劣化させてしまう。そのため、光学薄膜の表面には、各種液状体を撥液するための撥液性を有した撥液膜を形成することが望まれている。撥液膜の形成技術には、液体を撥液するための撥液基と、加水分解性の重縮合基とを備えたシランカップリング剤を、光学薄膜の表面に蒸着して重合させる、いわゆる、蒸着重合法が用いられる。

基板表面に成膜材料を蒸着する場合、一般的に、成膜材料の濃度が蒸発源の近傍で高くなることから、膜厚の均一性を得るためには、蒸発源が基板から大きく離間していなければならない。この結果、上記撥液膜の形成工程では、蒸発源からの成膜材料を基板の外方にも無駄に拡散させなければならず、成膜材料の利用効率が大幅に低くなってしまう。こうした問題は、複数の蒸発源を基板の近傍で配列することにより回避可能と考えられる。

しかしながら、複数の蒸発源を用いる場合には、成膜材料を補充するたびに、蒸発源の数量の分だけ、蒸発源の着脱に多大な時間を要し、ひいては、成膜装置のメンテナンス性を大きく低下させてしまう。

特開２００７−２４７０２８号公報

本発明は、メンテナンス性を損なうことなく、成膜材料の利用効率を向上させた蒸発源と、該蒸発源を搭載する成膜装置とを提供する。
本発明の一態様は、蒸発源である。該蒸発源は、複数の収容空間を有する管状の一つの周壁と、周壁の内部を前記複数の収容空間に仕切る複数の隔壁部と、を備え、周壁には、収容空間ごとに少なくとも１つずつ配置される複数の孔が形成されており、複数の孔は、複数の収容空間の各々に収容された成膜材料を各収容空間から外方へ向けて蒸発させるべく、複数の収容空間と外方とを連通する。

本発明の別の態様は、成膜装置である。該成膜装置は、真空槽と、真空槽で基板を回転させる回転機構と、回転される基板に向けて成膜材料を蒸発させることにより、基板上に薄膜を成膜する成膜部と、を備え、成膜部は、成膜材料を収容する蒸発源と、蒸発源を加熱して蒸発源から成膜材料を蒸発させる加熱部と、を含み、蒸発源は、基板の回転軸方向に延びる管状を成し、複数の収容空間を有する一つの周壁と、周壁の内部を軸方向において前記複数の収容空間に仕切る複数の隔壁部と、を含み、周壁には、収容空間ごとに少なくとも１つずつ配置される複数の孔が形成されており、複数の孔は、複数の収容空間の各々に収容された成膜材料を基板に向けて蒸発させるべく、複数の収容空間から基板に向けて周壁を貫通している。

成膜装置を模式的に示す図。 蒸発源の正面図。 蒸発源の側面図。 蒸発源からのシランカップリング剤の蒸発状態を示す図。

以下、一実施形態の成膜装置１０を図面に従って説明する。図１は成膜装置１０を模式的に示す平面図である。図１において、成膜装置１０は、紙面に対して垂直方向（以下単に、回転軸方向と言う。）に延びる多角筒状の真空槽１１を備えている。

真空槽１１は、回転軸方向に延びる円柱状の回転ドラム１２を内部に備えている。回転ドラム１２は、回転機構の一例である。回転ドラム１２は、その中心軸（以下単に、回転軸Ｃと言う。）を中心にして、所定速度で左回り（図１に示す矢印方向）に回転する。回転ドラム１２は、その外周面に沿って、成膜対象物としての基板Ｓを着脱可能に保持するホルダであり、基板Ｓの表面を、真空槽１１の内側面に対向させながら、回転ドラム１２の周方向に沿って回転させる。

真空槽１１は、回転ドラム１２の径方向外側、すなわち、基板Ｓの回転経路と対向する位置に、複数の表面処理部１３を備えている。複数の表面処理部１３の各々は、回転ドラム１２の外周面、すなわち、基板Ｓの表面へ向けて、複数の異なる成膜粒子や酸化ガスを供給する。一例として、真空槽１１は、金属粒子を基板Ｓへ供給するための第一成膜処理部１４と、シリコン粒子を基板Ｓへ供給するための第二成膜処理部１５と、活性な酸素を基板Ｓへ供給するための酸化処理部１６とを備えている。なお、第一成膜処理部１４、第二成膜処理部１５、および酸化処理部１６は、酸化物膜形成部の一例である。図１に示す例では、複数（例えば２つ）の第一成膜処理部１４が設けられている。さらに、真空槽１１は、液体材料（成膜材料）を基板Ｓへ供給するための第三成膜処理部１７（成膜部）を備えている。液体材料として、液体を撥液するための撥液基と、加水分解性の重縮合基とを有するシランカップリング剤、例えばＣ_８Ｆ_１７Ｃ_２Ｈ_４Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３を用いることができる。

第一成膜処理部１４は、タンタルやアルミニウム等の金属からなる第一ターゲット１４ａと、第一ターゲット１４ａをスパッタするための図示しない電極と、第一ターゲット１４ａから見て回転ドラム１２に近い側を開閉する第一シャッタ１４ｂとを搭載する。第一成膜処理部１４は、成膜処理を実行するとき、第一シャッタ１４ｂを開け、第一ターゲット１４ａから放出される金属粒子を回転ドラム１２の外周面へ、すなわち、基板Ｓの表面へ供給する。第一成膜処理部１４は、成膜処理を実行しないとき、第一シャッタ１４ｂを閉じ、第一ターゲット１４ａに対して他の元素からの汚染を防ぐ。

第二成膜処理部１５は、シリコンからなる第二ターゲット１５ａと、第二ターゲット１５ａをスパッタするための図示しない電極と、第二ターゲット１５ａから見て回転ドラム１２に近い側を開閉する第二シャッタ１５ｂとを搭載する。第二成膜処理部１５は、成膜処理を実行するとき、第二シャッタ１５ｂを開け、第二ターゲット１５ａから放出されるシリコン粒子を基板Ｓの表面へ供給する。第二成膜処理部１５は、成膜処理を実行しないとき、第二シャッタ１５ｂを閉じ、第二ターゲット１５ａに対して他の元素からの汚染を防ぐ。

酸化処理部１６は、酸素ガスを用いてプラズマを生成する酸素プラズマ源であり、回転ドラム１２に近い側を開閉するための酸化シャッタ１６ｂを搭載する。酸化処理部１６は、酸化処理を実行するとき、酸化シャッタ１６ｂを開け、酸素プラズマ源によって生成される酸素プラズマを基板Ｓの表面へ照射する。酸化処理部１６は、酸化処理を実行しないとき、酸化シャッタ１６ｂを閉じ、プラズマ源に対して他の元素からの汚染を防ぐ。

第三成膜処理部１７は、シランカップリング剤を収容する蒸発源２０と、蒸発源２０を加熱する加熱部としてのヒータ１７ａと、蒸発源２０から見て回転ドラム１２に近い側を開閉する第三シャッタ１７ｂとを搭載する。第三成膜処理部１７は、撥液膜を成膜するとき、ヒータ１７ａを駆動すると共に第三シャッタ１７ｂを開け、蒸発源２０から放出されるシランカップリング剤を、基板Ｓの表面へ供給する。第三成膜処理部１７は、撥液膜を成膜しないとき、第三シャッタ１７ｂを閉じ、蒸発源２０に対して他の元素からの汚染を防ぐ。

成膜装置１０は、基板Ｓに光学薄膜を成膜するとき、回転ドラム１２を所定速度で回転すると共に、第一シャッタ１４ｂ、第二シャッタ１５ｂ、酸化シャッタ１６ｂ、及び第三シャッタ１７ｂを閉じた状態で第一成膜処理部１４、第二成膜処理部１５、酸化処理部１６、及び第三成膜処理部１７を駆動する。そして、成膜装置１０は、回転ドラム１２の回転を継続させながら、第一シャッタ１４ｂを開けることによって、基板Ｓの表面に被酸化物膜としての金属膜を形成し、酸化シャッタ１６ｂを開けることによって、金属酸化物膜を形成する。また、成膜装置１０は、回転ドラム１２の回転を継続させながら、第二シャッタ１５ｂを開けることによって、基板Ｓの表面に被酸化物膜としてのシリコン膜を形成し、酸化シャッタ１６ｂを開けることによって、シリコン酸化物膜を形成する。そして、成膜装置１０は、第三シャッタ１７ｂを開けることによって、基板Ｓの表面に撥液膜を形成する。

次いで、第三成膜処理部１７に搭載される蒸発源２０について以下に説明する。図２は蒸発源２０を回転軸Ｃから見た正面図であり、図３は蒸発源２０を第二成膜処理部１５から見た側面図である。図４は、蒸発源２０がシランカップリング剤を蒸発する状態を模式的に示す図である。なお、以下では、回転軸Ｃに沿う方向を、上下方向と言う。

図２及び図３において、蒸発源２０は、上下方向に沿って延びる管状を成す周壁２５を有する。周壁２５の上下両端部２６は、それぞれ周壁２５の内部を封止するために、一方向（図３の左右方向）へ押し潰され、第三成膜処理部１７の筐体にネジ止め固定されるようになっている。周壁２５は、熱伝導性の高い管によって形成され、ヒータ１７ａからの熱量を受けるときに、周壁２５の内部を所定温度に昇温する。

周壁２５は、自身の内部を上下方向で複数の収容空間２５Ｓに仕切るための複数の隔壁部２７を有する。複数の隔壁部２７の各々は、周壁２５を一方向（図２の左右方向）へ押し潰すことにより形成され、隣接する収容空間２５Ｓとの間における気体の出入を防ぐ。周壁２５は、収容空間２５Ｓごとに、収容空間２５Ｓと真空槽１１との間を連通する複数の貫通孔（以下単に、ノズル２８と言う。）を有する。各ノズル２８は、水平方向に沿って形成され、各ノズル２８の開口は、収容空間２５Ｓから回転ドラム１２の外周面、すなわち、基板Ｓの表面へ向けて配置されている。複数の収容空間２５Ｓの各々は、ノズル２８から注入されるシランカップリング剤２９を収容する。

図４において、蒸発源２０は、ヒータ１７ａからの加熱を受け、各ノズル２８を通して、各収容空間２５Ｓの内部にあるシランカップリング剤２９を、それぞれ基板Ｓの表面に向けて蒸発させる。これによって、蒸発源２０は、基板Ｓの上下方向において、収容空間２５Ｓの数量に応じて、シランカップリング剤２９を均一に分散できる。したがって、蒸発源２０は、同じ膜厚均一性を得る上において、シランカップリング剤２９を分散させるにつれて、基板Ｓと蒸発源２０との間の距離Ｄを短くできる。この結果、蒸発源２０は、収容空間２５Ｓに収容するシランカップリング剤２９の殆どを基板Ｓの表面へ蒸着させることができ、シランカップリング剤の利用効率を向上させられる。そして、一つの蒸発源２０が複数の収容空間２５Ｓを有することから、蒸発源２０は、第三成膜処理部１７の筐体において、上下両端部２６を着脱するだけで、その上下方向の全幅にわたるメンテナンスを実施できる。

基板Ｓに蒸着するシランカップリング剤は、水等の重合縮合開始剤が供給されることにより、加水分解と重縮合反応とを開始して、基板Ｓの上に撥液膜を形成する。
上記実施形態の成膜装置１０は以下の利点を有する。

（１）蒸発源２０は、上下方向に延びる管状を成す一つの周壁２５を有する。周壁２５は、上下方向において、自身の内部を複数の収容空間２５Ｓに仕切るための複数の隔壁部２７と、収容空間２５Ｓごとに周壁２５に形成されて複数の収容空間２５Ｓの各々と真空槽１１の内部との間を水平方向に沿って連通するノズル２８とを有する。

したがって、蒸発源２０は、上下方向において、収容空間２５Ｓの数に応じてシランカップリング剤２９を分散できることから、同じ膜厚均一性を得る上で、基板Ｓと蒸発源２０との間の距離Ｄを短くできる。この結果、蒸発源２０は、シランカップリング剤２９の利用効率を向上させられる。そして、一つの蒸発源２０が複数の収容空間２５Ｓを有することから、成膜装置１０は、一つの蒸発源２０を着脱するだけで、上下方向の全幅にわたるメンテナンスを実施できる。よって、成膜装置１０は、メンテナンス性を損なうことなく、シランカップリング剤２９の利用効率を向上できる。

（２）複数の隔壁部２７の各々は、周壁２５の一部が周壁２５の内部へ押し潰された部分である。したがって、各収容空間２５Ｓが周壁２５から連続する隔壁部２７によって囲まれることから、別途隔壁部２７を取り付ける場合に比べ、隣接する収容空間２５Ｓの間の封止性が向上する。この結果、蒸発源２０は、隣接する収容空間２５Ｓの間において、シランカップリング剤２９の出入を好適に防ぐことができる。よって、蒸発源２０は、各収容空間２５Ｓに収容されるシランカップリング剤２９を、対向する基板Ｓの領域へ好適に分散でき、各隔壁部２７を別途設ける場合に比べて、シランカップリング剤２９の利用効率を向上できる。

（３）また、複数の隔壁部２７の各々が周壁２５の一部からなるため、蒸発源２０を製造する上においては、別途隔壁部２７を取り付ける場合に比べ、部材点数を大幅に削減できる。したがって、蒸発源２０の生産性を大幅に向上できる。

（４）また、複数の隔壁部２７の各々が周壁２５を押し潰すことによって形成されることから、蒸発源２０は、押し潰す位置を変更するだけで、収容空間２５Ｓのサイズや数量を容易に変更できる。したがって、蒸発源２０は、基板Ｓのサイズや膜厚の均一性の変更に対して容易に対応できることから、収容空間２５Ｓの設計の自由度を大幅に向上でき、その適応範囲を拡大させられる。

尚、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・隔壁部２７の各々は周壁２５の一部から成るものに限らず、隔壁部２７を周壁２５と異なる部材によって構成し、この別途の隔壁部を周壁２５に取り付けても良い。すなわち、蒸発源の「隔壁部」は、周壁２５の内部を上下方向において複数の収容空間２５Ｓに仕切る構成であれば良い。

・周壁２５は円管状を成すが、これに限らず、周壁２５は楕円管状を成す構成であっても良く、あるいは、断面が矩形を成す管状であっても良い。すなわち、蒸発源の「周壁」は、上下方向に延びる管状を成す構成であれば良い。

・周壁２５は収容空間２５Ｓごとに２つのノズル２８を有するが、これに限らず、周壁２５は収容空間２５Ｓごとに１つ、あるいは、３つ以上のノズル２８を有する構成であっても良い。

・回転ドラム１２は円柱状を成すが、これに限らず、回転ドラム１２は多角柱状を成す構成であっても良い。

Claims (5)

1. 加熱を受けて成膜材料を蒸発させる蒸発源であって、
   複数の収容空間を有する管状の一つの周壁と、
   前記周壁の内部を前記複数の収容空間に仕切る複数の隔壁部と、を備え、
   前記周壁には、前記収容空間ごとに少なくとも１つずつ配置される複数の孔が形成されており、該複数の孔は、前記複数の収容空間の各々に収容された前記成膜材料を各収容空間から外方へ向けて蒸発させるべく、複数の収容空間と外方とを連通することを特徴とする蒸発源。
2. 請求項１に記載の蒸発源において、
   前記複数の隔壁部の各々は、前記周壁の一部が該周壁の内部へ押し潰された部分であることを特徴とする蒸発源。
3. 真空槽と、前記真空槽内で基板を回転させる回転機構と、前記回転される基板に向けて成膜材料を蒸発させることにより、前記基板上に薄膜を成膜する成膜部と、を備える成膜装置であって、
   前記成膜部は、
   前記成膜材料を収容する蒸発源と、
   前記蒸発源を加熱して前記蒸発源から前記成膜材料を蒸発させる加熱部と、を含み、
   前記蒸発源は、
   前記基板の回転軸方向に延びる管状を成し、複数の収容空間を有する一つの周壁と、
   前記周壁の内部を前記軸方向において前記複数の収容空間に仕切る複数の隔壁部と、を含み、
   前記周壁には、前記収容空間ごとに少なくとも１つずつ配置される複数の孔が形成されており、該複数の孔は、前記複数の収容空間の各々に収容された前記成膜材料を前記基板に向けて蒸発させるべく、前記複数の収容空間から前記基板に向けて前記周壁を貫通していることを特徴とする成膜装置。
4. 請求項３に記載の成膜装置において、
   前記複数の隔壁部の各々は、前記周壁の一部が該周壁の内部へ押し潰された部分であることを特徴とする成膜装置。
5. 請求項３又は４に記載の成膜装置は更に、
   前記回転される基板に向けて粒子を放出することにより前記基板上に被酸化物膜を形成し、前記回転される基板上の前記被酸化物膜に向けて酸素プラズマを照射することにより前記基板上に酸化物膜を形成する酸化物膜形成部を備え、
   前記成膜材料は、撥液基を有するシランカップリング剤であり、
   前記蒸発源は、前記酸化物膜に向けて前記シランカップリング剤を蒸発させることにより前記酸化物膜上に撥液膜を形成することを特徴とする成膜装置。

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