WO2021074953A1 - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents

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WO2021074953A1
WO2021074953A1 PCT/JP2019/040457 JP2019040457W WO2021074953A1 WO 2021074953 A1 WO2021074953 A1 WO 2021074953A1 JP 2019040457 W JP2019040457 W JP 2019040457W WO 2021074953 A1 WO2021074953 A1 WO 2021074953A1
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film forming
substrate
region
film
ion source
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PCT/JP2019/040457
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English (en)
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裕志 室谷
充祐 宮内
芳幸 大瀧
友和 長谷川
学幸 松平
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学校法人東海大学
株式会社シンクロン
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    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/221—Ion beam deposition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process

Definitions

  • the present invention relates to a film forming method and a film forming apparatus.
  • Non-Patent Document 1 Non-Patent Document 1
  • a surface layer is formed on glass having a refractive index of 1.5 by using a low-refractive material such as magnesium fluoride having a refractive index of 1.38.
  • a low-refractive material such as magnesium fluoride having a refractive index of 1.38.
  • a low index of refraction material of 1.38 1.4% reflection remains.
  • there is no thin film material having a low refractive index such as 1.1 to 1.2. Further, it is required to improve the mechanical strength of a film having a low refractive index so that it cannot be easily peeled off.
  • An object to be solved by the present invention is to provide a film forming method and a film forming apparatus capable of forming a film having a low refractive index with high mechanical strength.
  • the first region containing the thin-film deposition material inside the film-forming chamber is 5.0E-2 to 1.0E + 2Pa (5. 0 ⁇ 10 -2 is set to ambient pressure of ⁇ 1.0 ⁇ 10 2 Pa), the formed second region 5.0E-2 Pa or less including the inside of the deposition material film chamber (5.0 ⁇ 10 -
  • the atmospheric pressure is set to 2 Pa or less
  • the object to be deposited is irradiated with ions in this state
  • the vapor-deposited material is deposited on the object to be deposited by a vacuum vapor deposition method. ..
  • the atmospheric pressure of the first region including the film to be deposited inside the film forming chamber is set to 5.0 E-.
  • the means for setting 2 to 1.0 E + 2 Pa (5.0 ⁇ 10-2 to 1.0 ⁇ 10 2 Pa) and the atmospheric pressure of the second region including the vapor-deposited material inside the film forming chamber are 5.0 E.
  • the second region containing the thin-film deposition material inside the film-forming chamber is set to an atmospheric pressure of 5.0E-2Pa or less, vacuum-depositing is possible, while the object to be vapor-deposited inside the film-forming chamber is possible.
  • the first region containing the above is set to an atmospheric pressure of 5.0E-2 to 1.0E + 2Pa, and vacuum deposition is performed while irradiating the object to be deposited with ions, so that a film having high mechanical strength and a low refractive index is formed. can do.
  • FIG. 1 is a schematic vertical cross section showing a first embodiment of the film forming apparatus 1 according to the present invention.
  • the film forming apparatus 1 of the present embodiment includes a housing 2 constituting a film forming chamber 2a which is substantially a closed space, a first exhaust device 3 for depressurizing the entire inside of the film forming chamber 2a, and a substrate holder.
  • a nozzle 8 for introducing a predetermined gas into the first region A including the substrate S held by the substrate S, a gas supply source 9, and a first ion source 10A for ion assist are provided.
  • the film forming apparatus 1 of the present embodiment has a box shape having an upper surface (ceiling surface), a lower surface (bottom surface) and a plurality of side surfaces, or a tubular shape having an upper surface (ceiling surface), a lower surface (bottom surface) and curved side surfaces. It has a configured housing 2, and the inside of the housing 2 constitutes a film forming chamber 2a as a substantially closed space.
  • the upper surface of the housing 2 is conveniently referred to as an upper surface
  • the lower surface is referred to as a lower surface
  • the lateral surface is referred to as a side surface.
  • This is a convenient definition for explaining the relative positional relationship between the first exhaust device 3, the substrate holder 5, and the vapor deposition mechanism 6 provided in the housing 2, and is the posture of the film forming device 1 actually installed. Is not an absolute definition.
  • the substrate holder 5 and the vapor deposition mechanism 6 are arranged in the vertical direction (vertical direction), but the film forming method and the film forming apparatus of the present invention have this arrangement.
  • the substrate holder 5 and the vapor deposition mechanism 6 may be arranged in the left-right direction (horizontal direction) or in the oblique direction.
  • the first exhaust device 3 is mounted on the housing 2 due to the layout. Although it is arranged on the lower surface, the film forming method and the film forming apparatus of the present invention are not limited to this arrangement, and the first exhaust device 3 can be arranged at an appropriate place.
  • the first exhaust device 3 is provided on the lower surface of the housing 2, that is, in the vicinity of the vapor deposition mechanism 6 via a gate valve 3a.
  • the gate valve 3a is an airtight valve that opens and closes the first exhaust device 3 and the film forming chamber 2a.
  • the gate valve 3a is opened to open the substrate S which is an object to be deposited.
  • the gate valve 3a is closed in other cases, such as when the substrate S is put into the film forming chamber 2a or when the substrate S after film formation is taken out from the film forming chamber 2a.
  • a turbo molecular pump (TMP), a constant pressure pump (CP), a diffusion pump (DP), or the like is used for the first exhaust device 3, and the inside of the film forming chamber 2a is 1.0E-2Pa or less (1.0 ⁇ 10). It has a rated capacity that can reduce the pressure to -2 Pa or less)).
  • a plate-shaped substrate holder 5 is suspended by a rotating shaft 5b, and the rotating shaft 5b is rotatably supported on the upper surface of the housing 2.
  • the substrate holder 5 is rotatable about a rotation shaft 5b that is rotated by the drive unit 5c.
  • the substrate (material to be deposited) S to be vapor-deposited of the vapor-deposited material is held on the substrate-holding surface 5a of the substrate holder 5.
  • the number of substrates S held in the substrate holder 5 is not limited at all, and may be one or a plurality of substrates S.
  • the drive unit 5c may be omitted to form the non-rotating substrate holder 5.
  • a plurality of substrates S can be held on the substrate holding surface 5a of the substrate holder 5, and the substrate holder 5 is provided so that the plurality of substrates S are located directly above the vapor deposition mechanism 6. ing.
  • a thin-film deposition mechanism 6 is provided near the lower surface inside the film-forming chamber 2a.
  • the thin-film deposition mechanism 6 of the present embodiment includes an electron beam vapor deposition source, a crucible 6a for filling the vapor deposition material, and an electron gun 6b for irradiating the vapor deposition material filled with the thin-film deposition material with an electron beam. Further, above the crucible 6a, a shutter 6c for opening and closing the upper opening of the crucible 6a is movably provided.
  • the electron gun 6b is operated to heat and evaporate the vaporized material filled in the crucible 6a, and the shutter 6c is opened to evaporate the vaporized vapor deposition.
  • Reference numeral 6d shown in FIG. 1 is a cooling tube coil of the Mysna trap, which efficiently removes the water released from the substrate S when the inside of the film forming chamber 2a is evacuated. ..
  • the vapor deposition material used in the film forming apparatus 1 of the present embodiment is not particularly limited, but is SiO 2 , MgF 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , Ta 2 O 5 , TiO 2 , Nb 2 O 5 or HfO 2 , etc. can be used.
  • Resistive heating is a method in which a voltage is applied to both ends of a heating element and the Joule heat generated by the flowing current is used for heating.
  • the heating element used is a refractory metal such as tungsten, tantalum, or molybdenum, carbon, a boron nitride / titanium boride mixed sintered body, or the like.
  • the heating element may be processed into a suitable shape and used depending on the evaporated substance, or a heat-resistant crucible may be used in combination.
  • the film forming apparatus 1 of the present embodiment includes a nozzle 8 for introducing a predetermined gas and a gas supply source 9 in the first region A including the substrate S held by the substrate holder 5.
  • the gas supply source 9 is a supply source for supplying the atmospheric gas inside the film forming chamber 2a, for example, an inert gas.
  • FIG. 1 shows one nozzle 8 and a gas supply source 9, but a plurality of nozzles 8 are connected to one or a plurality of gas supply sources 9 and the plurality of nozzles 8 are directed toward the first region A. You may also blow a predetermined gas.
  • a first ion source 10A is installed in the second region B on the side of the vapor deposition mechanism 6 near the lower surface inside the film forming chamber 2a.
  • the first ion source 10A is an ion source for ion assist that assists the film formation process of the substrate S by the vapor deposition mechanism 6 with ions.
  • a so-called Kaufmann-type ion source is used as the first ion source 10A.
  • the operating pressure of the Kaufman-type ion source is 5.0 E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less).
  • the Kaufman-type first ion source 10A includes a housing, an anode and a filament arranged inside the housing, a magnet for generating a magnetic field arranged outside the housing, and an opening of the housing. It is provided with a screen electrode arranged at the same potential as the housing and a screen-shaped accelerating electrode arranged outside the screen electrode.
  • a reactive gas (O 2 etc.) or an inert gas (Ar etc.) is supplied into the housing and a positive potential is applied to the anode to heat the filament, an electric discharge is generated, and the electrons and gas generated by the electric discharge Plasma is generated in the housing due to the collision.
  • the generated plasma is densified by the magnetic field of the magnet.
  • a negative potential is applied to the accelerating electrode in this state, ions are extracted from the plasma, pass through the screen electrode, are accelerated, and are irradiated to the substrate S.
  • the substrate S is mounted on the substrate holding surface 5a of the substrate holder 5, the housing 2 is sealed, and then the gate valve 3a is opened to exhaust the first exhaust gas.
  • the device 3 operates, generally to reduce the internal pressure of the film forming chamber 2a by setting the set value of the first exhaust device 3 for example, 1.0E-2Pa (1.0 ⁇ 10 -2 Pa).
  • the drive unit 5c may be driven to start rotating at a predetermined rotation speed of the substrate holder 5.
  • the inside of the film forming chamber 2a is depressurized from the normal pressure, but the atmosphere of the second region B including the vapor deposition mechanism 6 provided in the vicinity of the first exhaust device 3 and the first ion source 10A.
  • the pressure is particularly low as compared with the general region inside the film forming chamber 2a.
  • the gas from the gas supply source 9 is introduced into the first region A including the substrate S held by the substrate holder 5 via the nozzle 8, the atmospheric pressure in the first region A is set. The pressure is higher than that of the general region inside the film forming chamber 2a.
  • the atmospheric pressure in the second region B is preferably 5.0 E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less).
  • atmospheric pressure in the first region a is 5.0E-2 ⁇ 1.0E + 2Pa ( 5.0 ⁇ 10 -2 ⁇ 1.0 ⁇ 10 2 Pa) since, crucible 6a by operating the electron gun 6b deposition mechanism 6 The vaporized material filled in the above is heated and evaporated, and the shutter 6c is opened to attach the evaporated vaporized material to the substrate S.
  • the first ion source 10A starts operating at the same time as the operation of the thin-film deposition mechanism 6 or before or after the operation of the thin-film deposition mechanism 6 to irradiate the substrate S with ions. Since the first ion source 10A is a Kaufmann-type ion source having an operating pressure of 5.0 E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less), it operates properly within the atmospheric pressure of the second region B. To do. The ions irradiated from the first ion source 10A are vaporized by the vapor deposition mechanism 6 to accelerate the floating vapor deposition material and press it against the substrate S. As a result, the thin film formed on the surface of the substrate S has high adhesion, denseness, and mechanical strength.
  • FIG. 9 is a graph showing the atmospheric pressure in the first region A and the second region B and the set pressure of the first exhaust device 3, and the vertical axis shows the logarithm of the pressure.
  • the reason why the second region B including the thin-film deposition mechanism 6 is set to 5.0 E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less) is that the vapor-deposited material evaporates when the atmospheric pressure is higher than this. Because it doesn't.
  • the reason why the first region A including the substrate S is set to 5.0 E-2 Pa or more (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or more) is that a thin film having a low refractive index cannot be obtained if the atmospheric pressure is lower than this.
  • the pressure is 1.0 E + 2 Pa or less (1.0 ⁇ 10 2 Pa or less) is that if the atmospheric pressure is higher than this, the vapor-deposited material does not reach the substrate S and the film cannot be formed.
  • the second region B containing evaporation mechanism 6 5.0E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less), the first region A including the substrate S, 5.0Ee-2 ⁇ 1 .0E + 2Pa since it become a (5.0 ⁇ 10 -2 ⁇ 1.0 ⁇ 10 2 Pa), setting a pressure in the first exhaust device 3, the gas supply amount from the nozzle 8 and the gas supply source 9 particularly limited Not done.
  • the atmospheric pressure of the second region B including the vapor deposition mechanism 6 can be vapor-deposited (preferably in a range close to the upper limit). Since the atmospheric pressure of the first region A including the substrate S is set to a relatively high pressure, a thin film having a low refractive index can be obtained by the vacuum vapor deposition method. Further, since the ion assist is performed using the first ion source 10A that can operate in the second region B, the mechanical strength of the thin film having a low refractive index can be increased as compared with the case where the ion assist is not performed.
  • a shutter for blocking the irradiation of ions to the substrate S, an adjusting plate for adjusting the directivity of ions, and the like may be installed above the first ion source 10A. Further, in order to electrically neutralize the substrate S charged by the positive ions irradiated from the first ion source 10A, a neutralizer that irradiates the substrate S with negative electrons is installed in the film forming chamber 2a. You may.
  • the first ion source 10A is not limited to the Kaufman type, the operating pressure is 5.0E-2 Pa or less is the atmosphere pressure of the second region B (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less) any For example, other types of ion sources may be used.
  • the substrate S corresponds to the object to be vapor-deposited of the present invention
  • the nozzle 8 and the gas supply source 9 correspond to the first atmospheric pressure setting means, the pressure increasing means, and the pressure adjusting means of the present invention.
  • the exhaust device 3 corresponds to the second atmospheric pressure setting means of the present invention
  • the first ion source 10A corresponds to the first ion source of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic vertical cross section showing a second embodiment of the film forming apparatus 1 according to the present invention.
  • the film forming apparatus 1 of the present embodiment includes a housing 2 constituting a film forming chamber 2a which is substantially a closed space, a first exhaust device 3 for depressurizing the entire inside of the film forming chamber 2a, and a substrate holder.
  • a nozzle 8 for introducing a predetermined gas into the first region A including the substrate S held by the substrate S, a gas supply source 9, and a second ion source 10B for ion assist are provided.
  • the film forming apparatus 1 of the present embodiment has a box shape having an upper surface (ceiling surface), a lower surface (bottom surface) and a plurality of side surfaces, or an upper surface (ceiling surface), a lower surface (bottom surface), as in the first embodiment described above. It has a tubular housing 2 having curved side surfaces, and the inside of the housing 2 constitutes a film forming chamber 2a as a substantially closed space.
  • the upper surface of the housing 2 is conveniently referred to as an upper surface
  • the lower surface is referred to as a lower surface
  • the lateral surface is referred to as a side surface.
  • This is a convenient definition for explaining the relative positional relationship between the first exhaust device 3, the substrate holder 5, and the vapor deposition mechanism 6 provided in the housing 2, and is the posture of the film forming device 1 actually installed. Is not an absolute definition.
  • the substrate holder 5 and the vapor deposition mechanism 6 are arranged in the vertical direction (vertical direction), but the film forming method and the film forming apparatus of the present invention have this arrangement.
  • the substrate holder 5 and the vapor deposition mechanism 6 may be arranged in the left-right direction (horizontal direction) or in the oblique direction.
  • the first exhaust device 3 is mounted on the housing 2 due to the layout. Although it is arranged on the lower surface, the film forming method and the film forming apparatus of the present invention are not limited to this arrangement, and the first exhaust device 3 can be arranged at an appropriate place.
  • the first exhaust device 3 is provided on the lower surface of the housing 2, that is, in the vicinity of the vapor deposition mechanism 6 via the gate valve 3a.
  • the gate valve 3a is an airtight valve that opens and closes the first exhaust device 3 and the film forming chamber 2a.
  • the gate valve 3a is opened to open the substrate S which is an object to be deposited.
  • the gate valve 3a is closed in other cases, such as when the substrate S is put into the film forming chamber 2a or when the substrate S after film formation is taken out from the film forming chamber 2a.
  • a turbo molecular pump (TMP), a constant pressure pump (CP), a diffusion pump (DP), or the like is used for the first exhaust device 3, and the inside of the film forming chamber 2a is 1.0E. It has a rated capacity that can reduce the pressure to -2 Pa or less (1.0 x 10 -2 Pa or less).
  • a plate-shaped substrate holder 5 is suspended by a rotating shaft 5b, and the rotating shaft 5b is rotatably supported on the upper surface of the housing 2.
  • the substrate holder 5 is rotatable about a rotation shaft 5b that is rotated by the drive unit 5c.
  • the substrate (material to be deposited) S to be vapor-deposited of the vapor-deposited material is held on the substrate-holding surface 5a of the substrate holder 5.
  • the number of substrates S held in the substrate holder 5 is not limited at all, and may be one or a plurality of substrates S.
  • the drive unit 5c may be omitted to form the non-rotating substrate holder 5.
  • a plurality of substrates S can be held on the substrate holding surface 5a of the substrate holder 5, and the substrate holder 5 is provided so that the plurality of substrates S are located directly above the vapor deposition mechanism 6. ing.
  • a thin-film deposition mechanism 6 is provided near the lower surface inside the film-forming chamber 2a.
  • the thin-film deposition mechanism 6 of the present embodiment includes an electron beam vapor deposition source, a crucible 6a for filling the vapor deposition material, and an electron gun 6b for irradiating the vapor deposition material filled with the thin-film deposition material with an electron beam. Further, above the crucible 6a, a shutter 6c for opening and closing the upper opening of the crucible 6a is movably provided.
  • the electron gun 6b is operated to heat and evaporate the vaporized material filled in the crucible 6a, and the shutter 6c is opened to evaporate the vaporized vapor deposition.
  • Reference numeral 6d shown in FIG. 2 is a cooling tube coil of the Mysna trap, which efficiently removes the water released from the substrate S when the inside of the film forming chamber 2a is evacuated. ..
  • the vapor deposition material used in the film forming apparatus 1 of the present embodiment is not particularly limited, but is SiO 2 , MgF 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , Ta 2 O 5 , TiO 2 , Nb 2 O 5 or HfO 2 , etc. can be used.
  • Resistive heating is a method in which a voltage is applied to both ends of a heating element and the Joule heat generated by the flowing current is used for heating.
  • the heating element used is a refractory metal such as tungsten, tantalum, or molybdenum, carbon, a boron nitride / titanium boride mixed sintered body, or the like.
  • the heating element may be processed into a suitable shape and used depending on the evaporated substance, or a heat-resistant crucible may be used in combination.
  • the film forming apparatus 1 of the present embodiment includes a nozzle 8 for introducing a predetermined gas and a gas supply source 9 in the first region A including the substrate S held by the substrate holder 5.
  • the gas supply source 9 is a supply source for supplying the atmospheric gas inside the film forming chamber 2a, for example, an inert gas.
  • FIG. 2 shows one nozzle 8 and a gas supply source 9, but a plurality of nozzles 8 are connected to one or a plurality of gas supply sources 9 and the plurality of nozzles 8 are directed toward the first region A. You may also blow a predetermined gas.
  • a second ion source 10B is located between the vapor deposition mechanism 6 and the substrate holder 5, more specifically, in the first region A located above the vapor deposition mechanism 6 and below the substrate holder 5.
  • the second ion source 10B is an ion source for ion assist that assists the film formation process of the substrate S by the vapor deposition mechanism 6 with ions.
  • an end-hole type ion source that irradiates ions by utilizing the Hall effect is used as the second ion source 10B.
  • End Hall ion source is operable at 5.0E-2 ⁇ 1.0E + 2Pa ( 5.0 ⁇ 10 -2 ⁇ 1.0 ⁇ 10 2 Pa) in atmosphere pressure.
  • the end-hole type second ion source 10B has a cylindrical housing in which the bottom surface side is closed and the top surface side is opened, a magnet arranged on the bottom surface side in the housing, and above the magnet. It includes an arranged disc-shaped anode and a cathode arranged above the anode.
  • the anode is provided so as to penetrate a conical plasma generating portion having an opening on the upper surface larger than that on the lower surface.
  • a reactive gas (O 2 or the like) or an inert gas (Ar or the like) is supplied into the housing, and the supplied gas passes through the housing and is introduced into the plasma generation section of the anode.
  • the substrate S is mounted on the substrate holding surface 5a of the substrate holder 5, the housing 2 is sealed, and then the gate valve 3a is opened to exhaust the first exhaust gas.
  • the device 3 operates, generally to reduce the internal pressure of the film forming chamber 2a by setting the set value of the first exhaust device 3 for example, 1.0E-2Pa (1.0 ⁇ 10 -2 Pa).
  • the drive unit 5c may be driven to start rotating at a predetermined rotation speed of the substrate holder 5.
  • the inside of the film forming chamber 2a is depressurized from the normal pressure, but the atmospheric pressure of the second region B including the vapor deposition mechanism 6 provided in the vicinity of the first exhaust device 3 is the atmospheric pressure of the film forming chamber 2a.
  • the pressure is particularly low compared to the general area inside.
  • the gas from the gas supply source 9 is introduced through the nozzle 8 into the first region A including the substrate S held by the substrate holder 5 and the second ion source 10B, the second ion source 10B is included.
  • the atmospheric pressure in the 1 region A is higher than that in the general region inside the film forming chamber 2a.
  • the atmospheric pressure in the second region B is preferably 5.0 E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less).
  • atmospheric pressure in the first region a is 5.0E-2 ⁇ 1.0E + 2Pa ( 5.0 ⁇ 10 -2 ⁇ 1.0 ⁇ 10 2 Pa) since, crucible 6a by operating the electron gun 6b deposition mechanism 6 The vaporized material filled in the above is heated and evaporated, and the shutter 6c is opened to attach the evaporated vaporized material to the substrate S.
  • the second ion source 10B starts operating at the same time as the operation of the thin-film deposition mechanism 6 or before or after the operation of the thin-film deposition mechanism 6 to irradiate the substrate S with ions.
  • the second ion source 10B since the operating pressure is 5.0E-2 ⁇ 1.0E + 2Pa ( 5.0 ⁇ 10 -2 ⁇ 1.0 ⁇ 10 2 Pa) and, end Hall ion source, first Operates properly within the atmospheric pressure of region A.
  • the ions irradiated from the second ion source 10B are vaporized by the vapor deposition mechanism 6 to accelerate the floating vapor deposition material and press it against the substrate S.
  • the thin film formed on the surface of the substrate S has high adhesion, denseness, and mechanical strength.
  • FIG. 9 is a graph showing the atmospheric pressure in the first region A and the second region B and the set pressure of the first exhaust device 3, and the vertical axis shows the logarithm of the pressure.
  • the reason why the second region B including the thin-film deposition mechanism 6 is set to 5.0 E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less) is that the vapor-deposited material evaporates when the atmospheric pressure is higher than this. Because it doesn't.
  • the reason why the first region A including the substrate S is set to 5.0 E-2 Pa or more (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or more) is that a thin film having a low refractive index cannot be obtained if the atmospheric pressure is lower than this.
  • the pressure is 1.0 E + 2 Pa or less (1.0 ⁇ 10 2 Pa or less) is that if the atmospheric pressure is higher than this, the vapor-deposited material does not reach the substrate S and the film cannot be formed.
  • the second region B including the vapor deposition mechanism 6 is 5.0E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less)
  • the first region A including the substrate S is 5.0E-2 to 1 .0E + 2Pa since it become a (5.0 ⁇ 10 -2 ⁇ 1.0 ⁇ 10 2 Pa), setting a pressure in the first exhaust device 3, the gas supply amount from the nozzle 8 and the gas supply source 9 particularly limited Not done.
  • the atmospheric pressure of the second region B including the vapor deposition mechanism 6 can be vapor-deposited (preferably in a range close to the upper limit). Since the atmospheric pressure of the first region A including the substrate S is set to a relatively high pressure, a thin film having a low refractive index can be obtained by the vacuum vapor deposition method. Further, since the ion assist is performed using the second ion source 10B that can operate in the first region A, the mechanical strength of the thin film having a low refractive index can be increased as compared with the case where the ion assist is not performed.
  • the distance between the substrate S and the second ion source 10B is closer than that in the first embodiment, so that the energy decrease due to the length of the ion movement distance can be reduced. Therefore, since the substrate S can be irradiated with ions with higher energy than in the first embodiment, a thin film having higher mechanical strength can be produced.
  • a shutter that blocks the irradiation of ions on the substrate S, an adjusting plate for adjusting the directivity of the ions, and the like may be installed above the second ion source 10B. Further, in order to electrically neutralize the substrate S charged by the positive ions irradiated from the second ion source 10B, a neutralizer that irradiates the substrate S with negative electrons is installed in the film forming chamber 2a. You may. Further, the second ion source 10B is not limited to the end hole type, and the operating pressure is 5.0E-2 to 1.0E + 2Pa (5.0 ⁇ 10 -2 to) which is the atmospheric pressure of the first region A. Other types of ion sources may be used as long as they are within the range of 1.0 ⁇ 10 2 Pa).
  • the substrate S corresponds to the object to be vapor-deposited of the present invention
  • the nozzle 8 and the gas supply source 9 correspond to the first atmospheric pressure setting means, the pressure increasing means, and the pressure adjusting means of the present invention.
  • the exhaust device 3 corresponds to the second atmospheric pressure setting means of the present invention
  • the second ion source 10B corresponds to the second ion source of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic vertical cross section showing a third embodiment of the film forming apparatus 1 according to the present invention.
  • the film forming apparatus 1 of the present embodiment includes a housing 2 constituting a film forming chamber 2a which is substantially a closed space, a first exhaust device 3 for reducing the pressure inside the entire inside of the film forming chamber 2a, and a first.
  • a shielding member 7 that blocks a part of the exhaust gas of the film forming chamber 2a by the exhaust device 3 and a second ion source 10B for ion assist are provided.
  • the film forming apparatus 1 of the present embodiment has a top surface (ceiling surface), a bottom surface (bottom surface), and a box shape having a plurality of side surfaces, or an upper surface (ceiling surface), as in the first and second embodiments described above. It has a tubular housing 2 having a lower surface (bottom surface) and curved side surfaces, and the inside of the housing 2 constitutes a film forming chamber 2a as a substantially closed space.
  • the upper surface of the housing 2 is conveniently referred to as an upper surface
  • the lower surface is referred to as a lower surface
  • the lateral surface is referred to as a side surface.
  • This is a convenient definition for explaining the relative positional relationship between the first exhaust device 3, the substrate holder 5, and the vapor deposition mechanism 6 provided in the housing 2, and is the posture of the film forming device 1 actually installed. Is not an absolute definition.
  • the substrate holder 5 and the vapor deposition mechanism 6 are arranged in the vertical direction (vertical direction), but the film forming method and the film forming apparatus of the present invention have this arrangement.
  • the substrate holder 5 and the vapor deposition mechanism 6 may be arranged in the left-right direction (horizontal direction) or in the oblique direction.
  • the first exhaust device 3 is mounted on the housing 2 due to the layout. Although it is arranged on the lower surface, the film forming method and the film forming apparatus of the present invention are not limited to this arrangement, and the first exhaust device 3 can be arranged at an appropriate place.
  • the first exhaust device 3 is provided on the lower surface of the housing 2, that is, in the vicinity of the vapor deposition mechanism 6 via the gate valve 3a.
  • the gate valve 3a is an airtight valve that opens and closes the first exhaust device 3 and the film forming chamber 2a.
  • the gate valve 3a is opened to open the substrate S which is an object to be deposited.
  • the gate valve 3a is closed in other cases, such as when the substrate S is put into the film forming chamber 2a or when the substrate S after film formation is taken out from the film forming chamber 2a.
  • a turbo molecular pump (TMP), a constant pressure pump (CP), a diffusion pump (DP), or the like is used for the first exhaust device 3, and the inside of the film forming chamber 2a is 1.0E-2Pa or less (1.0 ⁇ 10). It has a rated capacity that can reduce the pressure to -2 Pa or less).
  • a plate-shaped substrate holder 5 is suspended by a rotating shaft 5b, and the rotating shaft 5b is rotatably supported on the upper surface of the housing 2.
  • the substrate holder 5 is rotatable about a rotation shaft 5b that is rotated by the drive unit 5c.
  • the substrate (material to be deposited) S to be vapor-deposited of the vapor-deposited material is held on the substrate-holding surface 5a of the substrate holder 5.
  • the number of substrates S held in the substrate holder 5 is not limited at all, and may be one or a plurality of substrates S.
  • the drive unit 5c may be omitted to form the non-rotating substrate holder 5.
  • a plurality of substrates S can be held on the substrate holding surface 5a of the substrate holder 5, and the substrate holder 5 is provided so that the plurality of substrates S are located directly above the vapor deposition mechanism 6. ing.
  • a thin-film deposition mechanism 6 is provided near the lower surface inside the film-forming chamber 2a.
  • the thin-film deposition mechanism 6 of the present embodiment includes an electron beam vapor deposition source, a crucible 6a for filling the vapor deposition material, and an electron gun 6b for irradiating the vapor deposition material filled with the thin-film deposition material with an electron beam. Further, above the crucible 6a, a shutter 6c for opening and closing the upper opening of the crucible 6a is movably provided.
  • the electron gun 6b is operated to heat and evaporate the vaporized material filled in the crucible 6a, and the shutter 6c is opened to evaporate the vaporized vapor deposition.
  • Reference numeral 6d shown in FIG. 3 is a cooling tube coil of the Mysna trap, which efficiently removes the water released from the substrate S when the inside of the film forming chamber 2a is evacuated. ..
  • the vapor deposition material used in the film forming apparatus 1 of the present embodiment is not particularly limited, but is SiO 2 , MgF 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , Ta 2 O 5 , TiO 2 , Nb 2 O 5 or HfO 2 , etc. can be used.
  • Resistive heating is a method in which a voltage is applied to both ends of a heating element and the Joule heat generated by the flowing current is used for heating.
  • the heating element used is a refractory metal such as tungsten, tantalum, or molybdenum, carbon, a boron nitride / titanium boride mixed sintered body, or the like.
  • the heating element may be processed into a suitable shape and used depending on the evaporated substance, or a heat-resistant crucible may be used in combination.
  • the shielding member 7 is fixed between the first region A including the substrate S held by the substrate holder 5 and the second region B including the vapor deposition mechanism 6.
  • the shielding member 7 of the present embodiment is formed of a disk-shaped flat plate having a circular, elliptical, or rectangular opening in the center, and controls a function of shielding a part of the exhaust of the film forming chamber 2a by the first exhaust device 3. That is, as shown in FIG. 3, when the region including the substrate S held by the substrate holder 5 is set as the first region A, the gas inside the film forming chamber 2a is exhausted by the first exhaust device 3. By partially shielding the exhaust gas of the gas in the first region A, the decompression effect of the first region A is reduced.
  • a second ion source 10B is installed in the first region A above the shielding member 7.
  • the second ion source 10B is an ion source for ion assist that assists the film formation process of the substrate S by the vapor deposition mechanism 6 with ions.
  • an end-hole type ion source that irradiates ions by utilizing the Hall effect is used.
  • End Hall ion source is operable at 5.0E-2 ⁇ 1.0E + 2Pa ( 5.0 ⁇ 10 -2 ⁇ 1.0 ⁇ 10 2 Pa) in atmosphere pressure.
  • the end-hole type second ion source 10B has a cylindrical housing in which the bottom surface side is closed and the top surface side is opened, a magnet arranged on the bottom surface side in the housing, and above the magnet. It includes an arranged disc-shaped anode and a cathode arranged above the anode.
  • the anode is provided so as to penetrate a conical plasma generating portion having an opening on the upper surface larger than that on the lower surface.
  • a reactive gas (O 2 or the like) or an inert gas (Ar or the like) is supplied into the housing, and the supplied gas passes through the housing and is introduced into the plasma generation section of the anode.
  • the substrate S is mounted on the substrate holding surface 5a of the substrate holder 5, the housing 2 is sealed, and then the gate valve 3a is opened to exhaust the first exhaust gas.
  • the device 3 operates, generally to reduce the internal pressure of the film forming chamber 2a by setting the set value of the first exhaust device 3 for example, 1.0E-2Pa (1.0 ⁇ 10 -2 Pa).
  • the drive unit 5c may be driven to start rotating at a predetermined rotation speed of the substrate holder 5.
  • the atmospheric pressure of the second region B including the vapor deposition mechanism 6 provided in the vicinity of the first exhaust device 3 is the atmospheric pressure of the film forming chamber 2a.
  • the pressure is particularly low compared to the general area inside.
  • the atmospheric pressure of the first region A including the substrate S held by the substrate holder 5 and the second ion source 10B is higher than that of the general region inside the film forming chamber 2a.
  • the atmospheric pressure in the second region B is preferably 5.0 E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less), and the atmosphere in the first region A is equal to or less than 5.0 E-2 Pa.
  • the pressure is 5.0E-2 ⁇ 1.0E + 2Pa ( 5.0 ⁇ 10 -2 ⁇ 1.0 ⁇ 10 2 Pa) since, vapor deposition is charged into a crucible 6a by operating the electron gun 6b deposition mechanism 6 The material is heated and evaporated, and the shutter 6c is opened to attach the evaporated vaporized material to the substrate S.
  • the second ion source 10B starts operating at the same time as the operation of the thin-film deposition mechanism 6 or before or after the operation of the thin-film deposition mechanism 6 to irradiate the substrate S with ions.
  • the second ion source 10B since the operating pressure is 5.0E-2 ⁇ 1.0E + 2Pa ( 5.0 ⁇ 10 -2 ⁇ 1.0 ⁇ 10 2 Pa) and, end Hall ion source, the second Operates properly within the atmospheric pressure of region B.
  • the ions irradiated from the second ion source 10B are vaporized by the vapor deposition mechanism 6 to accelerate the floating vapor deposition material and press it against the substrate S.
  • the thin film formed on the surface of the substrate S has high adhesion, denseness, and mechanical strength.
  • FIG. 9 is a graph showing the atmospheric pressure in the first region A and the second region B and the set pressure of the first exhaust device 3, and the vertical axis shows the logarithm of the pressure.
  • the reason why the second region B including the thin-film deposition mechanism 6 is set to 5.0 E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less) is that the vapor-deposited material evaporates when the atmospheric pressure is higher than this. Because it doesn't.
  • the reason why the first region A including the substrate S is set to 5.0 E-2 Pa or more (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or more) is that a thin film having a low refractive index cannot be obtained if the atmospheric pressure is lower than this.
  • the pressure is 1.0 E + 2 Pa or less (1.0 ⁇ 10 2 Pa or less) is that if the atmospheric pressure is higher than this, the vapor-deposited material does not reach the substrate S and the film cannot be formed.
  • the second region B including the vapor deposition mechanism 6 is 5.0E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less)
  • the first region A including the substrate S is 5.0E-2 to 1 Since it may be 0.0E + 2Pa (5.0 ⁇ 10 -2 to 1.0 ⁇ 10 2 Pa)
  • the set pressure of the first exhaust device 3 and the structure of the shielding member 7 are particularly important. Not limited.
  • the atmospheric pressure of the second region B including the vapor deposition mechanism 6 can be vapor-deposited (preferably in a range close to the upper limit). Since the atmospheric pressure of the first region A including the substrate S is set to a relatively high pressure, a thin film having a low refractive index can be obtained by the vacuum vapor deposition method.
  • the distance between the substrate S and the second ion source 10B is closer than that in the first embodiment, so that the energy decrease due to the length of the ion movement distance can be reduced. Therefore, since the substrate S can be irradiated with ions with higher energy than in the first embodiment, a thin film having higher mechanical strength can be produced.
  • a shutter that blocks the irradiation of ions on the substrate S, an adjusting plate for adjusting the directivity of the ions, and the like may be installed above the second ion source 10B. Further, in order to electrically neutralize the substrate S charged by the positive ions irradiated from the second ion source 10B, a neutralizer that irradiates the substrate S with negative electrons is installed in the film forming chamber 2a. You may. Further, the second ion source 10B is not limited to the end hole type, and the operating pressure is 5.0E-2 to 1.0E + 2Pa (5.0 ⁇ 10 -2 to) which is the atmospheric pressure of the first region A. Other types of ion sources may be used as long as they are within the range of 1.0 ⁇ 10 2 Pa).
  • the substrate S corresponds to the material to be vapor-deposited of the present invention
  • the shielding member 7 corresponds to the first atmospheric pressure setting means, the pressure increasing means, and the pressure adjusting means of the present invention
  • the first exhaust device 3 corresponds to the first exhaust device 3.
  • the second ion source 10B corresponds to the second ion source of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic vertical cross section showing a fourth embodiment of the film forming apparatus 1 according to the present invention.
  • the film forming apparatus 1 of the present embodiment is an embodiment in which the above-described first embodiment and the second embodiment are combined, and is composed of a housing 2 constituting a film forming chamber 2a which is substantially a closed space.
  • a first exhaust device 3 for depressurizing the entire inside of the membrane chamber 2a, a nozzle 8 for introducing a predetermined gas into a first region A including a substrate S held in a substrate holder 5, a gas supply source 9, and a second.
  • a shielding member 7 that blocks a part of the exhaust gas of the film forming chamber 2a by the exhaust device 3 and a second ion source 10B for ion assist are provided.
  • the film forming apparatus 1 of the present embodiment has a top surface (ceiling surface), a bottom surface (bottom surface), and a box shape having a plurality of side surfaces, or an upper surface surface, as in the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment described above. It has a tubular housing 2 having a (ceiling surface), a lower surface (bottom surface), and curved side surfaces, and the inside of the housing 2 constitutes a film forming chamber 2a as a substantially closed space.
  • the upper surface of the housing 2 is conveniently referred to as an upper surface
  • the lower surface is referred to as a lower surface
  • the lateral surface is referred to as a side surface.
  • the substrate holder 5 and the vapor deposition mechanism 6 are arranged in the vertical direction (vertical direction), but the film forming method and the film forming apparatus of the present invention have this arrangement.
  • the substrate holder 5 and the vapor deposition mechanism 6 may be arranged in the left-right direction (horizontal direction) or in the oblique direction.
  • the first exhaust device 3 is mounted on the housing 2 due to the layout. Although it is arranged on the lower surface, the film forming method and the film forming apparatus of the present invention are not limited to this arrangement, and the first exhaust device 3 can be arranged at an appropriate place.
  • the first exhaust device 3 is provided on the lower surface of the housing 2, that is, in the vicinity of the vapor deposition mechanism 6 via the gate valve 3a.
  • the gate valve 3a is an airtight valve that opens and closes the first exhaust device 3 and the film forming chamber 2a.
  • the gate valve 3a is opened to open the substrate S which is an object to be deposited.
  • the gate valve 3a is closed in other cases, such as when the substrate S is put into the film forming chamber 2a or when the substrate S after film formation is taken out from the film forming chamber 2a.
  • a turbo molecular pump (TMP), a constant pressure pump (CP), a diffusion pump (DP), or the like is used for the first exhaust device 3, and the inside of the film forming chamber 2a is 1.0E-2Pa or less (1.0 ⁇ 10). It has a rated capacity that can reduce the pressure to -2 Pa or less).
  • a plate-shaped substrate holder 5 is suspended by a rotating shaft 5b, and the rotating shaft 5b is rotatably supported on the upper surface of the housing 2.
  • the substrate holder 5 is rotatable about a rotation shaft 5b that is rotated by the drive unit 5c.
  • the substrate (material to be deposited) S to be vapor-deposited of the vapor-deposited material is held on the substrate-holding surface 5a of the substrate holder 5.
  • the number of substrates S held in the substrate holder 5 is not limited at all, and may be one or a plurality of substrates S.
  • the drive unit 5c may be omitted to form the non-rotating substrate holder 5.
  • a plurality of substrates S can be held on the substrate holding surface 5a of the substrate holder 5, and the substrate holder 5 is provided so that the plurality of substrates S are located directly above the vapor deposition mechanism 6. ing.
  • a thin-film deposition mechanism 6 is provided near the lower surface inside the film-forming chamber 2a.
  • the thin-film deposition mechanism 6 of the present embodiment includes an electron beam vapor deposition source, a crucible 6a for filling the vapor deposition material, and an electron gun 6b for irradiating the vapor deposition material filled with the thin-film deposition material with an electron beam. Further, above the crucible 6a, a shutter 6c for opening and closing the upper opening of the crucible 6a is movably provided.
  • the electron gun 6b is operated to heat and evaporate the vaporized material filled in the crucible 6a, and the shutter 6c is opened to evaporate the vaporized vapor deposition.
  • Reference numeral 6d shown in FIG. 4 is a cooling tube coil of the Mysna trap, which efficiently removes the water released from the substrate S when the inside of the film forming chamber 2a is evacuated. ..
  • the vapor deposition material used in the film forming apparatus 1 of the present embodiment is not particularly limited, but is SiO 2 , MgF 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , Ta 2 O 5 , TiO 2 , Nb 2 O 5 or HfO 2 , etc. can be used.
  • resistance heating may be used instead of the electron gun (electron beam heating).
  • Resistive heating is a method in which a voltage is applied to both ends of a heating element and the Joule heat generated by the flowing current is used for heating.
  • the heating element used is a refractory metal such as tungsten, tantalum, or molybdenum, carbon, a boron nitride / titanium boride mixed sintered body, or the like.
  • the heating element may be processed into a suitable shape and used depending on the evaporated substance, or a heat-resistant crucible may be used in combination.
  • the film forming apparatus 1 of the present embodiment includes a nozzle 8 for introducing a predetermined gas and a gas supply source 9 in the first region A including the substrate S held by the substrate holder 5.
  • the gas supply source 9 is a supply source for supplying the atmospheric gas inside the film forming chamber 2a, for example, an inert gas.
  • FIG. 4 shows one nozzle 8 and a gas supply source 9, but a plurality of nozzles 8 are connected to one or a plurality of gas supply sources 9 and the plurality of nozzles 8 are directed toward the first region A. You may also blow a predetermined gas.
  • the shielding member 7 is fixed between the first region A including the substrate S held by the substrate holder 5 and the second region B including the vapor deposition mechanism 6. ..
  • the shielding member 7 of the present embodiment is formed of a disk-shaped flat plate having a circular, elliptical, or rectangular opening in the center, and controls a function of shielding a part of the exhaust of the film forming chamber 2a by the first exhaust device 3. That is, as shown in FIG. 4, when the region including the substrate S held by the substrate holder 5 is defined as the first region A, the gas inside the film forming chamber 2a is exhausted by the first exhaust device 3. By partially shielding the exhaust gas of the gas in the first region A, the decompression effect of the first region A is reduced.
  • a second ion source 10B is installed in the first region A above the shielding member 7.
  • the second ion source 10B is an ion source for ion assist that assists the film formation process of the substrate S by the vapor deposition mechanism 6 with ions.
  • an end-hole type ion source that irradiates ions by utilizing the Hall effect is used.
  • End Hall ion source is operable at 5.0E-2 ⁇ 1.0E + 2Pa ( 5.0 ⁇ 10 -2 ⁇ 1.0 ⁇ 10 2 Pa) in atmosphere pressure.
  • the end-hole type second ion source 10B has a cylindrical housing in which the bottom surface side is closed and the top surface side is opened, a magnet arranged on the bottom surface side in the housing, and above the magnet. It includes an arranged disc-shaped anode and a cathode arranged above the anode.
  • the anode is provided so as to penetrate a conical plasma generating portion having an opening on the upper surface larger than that on the lower surface.
  • a reactive gas (O 2 or the like) or an inert gas (Ar or the like) is supplied into the housing, and the supplied gas passes through the housing and is introduced into the plasma generation section of the anode.
  • the substrate S is mounted on the substrate holding surface 5a of the substrate holder 5, the housing 2 is sealed, and then the gate valve 3a is opened to exhaust the first exhaust gas.
  • the device 3 operates, generally to reduce the internal pressure of the film forming chamber 2a by setting the set value of the first exhaust device 3 for example, 1.0E-2Pa (1.0 ⁇ 10 -2 Pa).
  • the drive unit 5c may be driven to start rotating at a predetermined rotation speed of the substrate holder 5.
  • the inside of the film forming chamber 2a is depressurized from the normal pressure, but the atmospheric pressure of the second region B including the vapor deposition mechanism 6 provided in the vicinity of the first exhaust device 3 is the atmospheric pressure of the film forming chamber 2a.
  • the pressure is particularly low compared to the general area inside.
  • the first region A including the substrate S held by the substrate holder 5 and the second ion source 10B a part of the entire exhaust gas by the first exhaust device 3 is blocked by the shielding member 7.
  • the atmospheric pressure of the first region A including the substrate S held by the substrate holder 5 is generally the pressure inside the film forming chamber 2a. The pressure is higher than the area.
  • the atmospheric pressure in the second region B is preferably 5.0 E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less), and the atmosphere in the first region A is equal to or less than 5.0 E-2 Pa.
  • the pressure is 5.0E-2 ⁇ 1.0E + 2Pa ( 5.0 ⁇ 10 -2 ⁇ 1.0 ⁇ 10 2 Pa) since, vapor deposition is charged into a crucible 6a by operating the electron gun 6b deposition mechanism 6 The material is heated and evaporated, and the shutter 6c is opened to attach the evaporated vaporized material to the substrate S.
  • the second ion source 10B starts operating at the same time as the operation of the thin-film deposition mechanism 6 or before or after the operation of the thin-film deposition mechanism 6 to irradiate the substrate S with ions.
  • the second ion source 10B since the operating pressure is 5.0E-2 ⁇ 1.0E + 2Pa ( 5.0 ⁇ 10 -2 ⁇ 1.0 ⁇ 10 2 Pa) and, end Hall ion source, the second Operates properly within the atmospheric pressure of region B.
  • the ions irradiated from the second ion source 10B are vaporized by the vapor deposition mechanism 6 to accelerate the floating vapor deposition material and press it against the substrate S.
  • the thin film formed on the surface of the substrate S has high adhesion, denseness, and mechanical strength.
  • FIG. 9 is a graph showing the atmospheric pressure in the first region A and the second region B and the set pressure of the first exhaust device 3, and the vertical axis shows the logarithm of the pressure.
  • the reason why the second region B including the vapor deposition mechanism 6 is set to 5.0 E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less) is that the vapor-deposited material evaporates when the atmospheric pressure is higher than this. Because it doesn't.
  • the reason why the first region A including the substrate S is set to 5.0 E-2 Pa or more (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or more) is that a thin film having a low refractive index cannot be obtained if the atmospheric pressure is lower than this.
  • the pressure is 1.0 E + 2 Pa or less (1.0 ⁇ 10 2 Pa or less) is that if the atmospheric pressure is higher than this, the vapor-deposited material does not reach the substrate S and the film cannot be formed.
  • the second region B containing evaporation mechanism 6 is 0.05Pa or less, the first region A including the substrate S, 5.0E-2 ⁇ 1.0E + 2Pa (5.0 ⁇ 10 -2 ⁇ 1. Since it suffices to be 0 ⁇ 10 2 Pa), the set pressure of the first exhaust device 3, the amount of gas supplied from the nozzle 8 and the gas supply source 9, and the structure of the shielding member 7 (for example, the shape and area of the opening) are determined. There is no particular limitation.
  • the atmospheric pressure of the second region B including the vapor deposition mechanism 6 can be vapor-deposited (preferably in a range close to the upper limit). Since the atmospheric pressure of the first region A including the substrate S is set to a relatively high pressure, a thin film having a low refractive index can be obtained by the vacuum vapor deposition method.
  • the distance between the substrate S and the second ion source 10B is closer than that in the first embodiment, so that the energy decrease due to the moving distance of the ions can be reduced. Therefore, since the substrate S can be irradiated with ions with higher energy than in the first embodiment, a thin film having higher mechanical strength can be produced.
  • a shutter that blocks the irradiation of ions on the substrate S, an adjusting plate for adjusting the directivity of the ions, and the like may be installed above the second ion source 10B. Further, in order to electrically neutralize the substrate S charged by the positive ions irradiated from the second ion source 10B, a neutralizer that irradiates the substrate S with negative electrons is installed in the film forming chamber 2a. You may. Further, the second ion source 10B is not limited to the end hole type, and the operating pressure is 5.0E-2 to 1.0E + 2Pa (5.0 ⁇ 10 -2 to) which is the atmospheric pressure of the first region A. Other types of ion sources may be used as long as they are within the range of 1.0 ⁇ 10 2 Pa).
  • the substrate S corresponds to the object to be vapor-deposited of the present invention
  • the shielding member 7, the nozzle 8, and the gas supply source 9 correspond to the first atmospheric pressure setting means, the pressure increasing means, and the pressure adjusting means of the present invention.
  • the first exhaust device 3 corresponds to the second atmospheric pressure setting means of the present invention
  • the second ion source 10B corresponds to the second ion source of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic vertical cross section showing a fifth embodiment of the film forming apparatus 1 according to the present invention.
  • the film forming apparatus 1 of the present embodiment includes a housing 2 constituting a film forming chamber 2a which is substantially a closed space, a first exhaust device 3 for depressurizing the entire inside of the film forming chamber 2a, and a substrate holder.
  • a nozzle 8 for introducing a predetermined gas into the first region A including the substrate S held by the substrate S, a gas supply source 9, and a first ion source 10A for ion assist are provided.
  • the difference from the first embodiment described above is that the first exhaust device 3 is provided on the side surface of the housing 2, and the other configurations are almost the same.
  • the film forming apparatus 1 of the present embodiment has a box shape having an upper surface (ceiling surface), a lower surface (bottom surface) and a plurality of side surfaces, or a tubular shape having an upper surface (ceiling surface), a lower surface (bottom surface) and curved side surfaces. It has a configured housing 2, and the inside of the housing 2 constitutes a film forming chamber 2a as a substantially closed space.
  • the upper surface of the housing 2 is conveniently referred to as an upper surface
  • the lower surface is referred to as a lower surface
  • the lateral surface is referred to as a side surface.
  • This is a convenient definition for explaining the relative positional relationship between the first exhaust device 3, the substrate holder 5, and the vapor deposition mechanism 6 provided in the housing 2, and is the posture of the film forming device 1 actually installed. Is not an absolute definition.
  • the substrate holder 5 and the vapor deposition mechanism 6 are arranged in the vertical direction (vertical direction), but the film forming method and the film forming apparatus of the present invention have this arrangement.
  • the substrate holder 5 and the vapor deposition mechanism 6 may be arranged in the left-right direction (horizontal direction) or in the oblique direction.
  • the first exhaust device 3 is mounted on the housing 2 due to the layout. Although it is arranged on the side surface, the film forming method and the film forming apparatus of the present invention are not limited to this arrangement, and the first exhaust device 3 can be arranged at an appropriate position.
  • the first exhaust device 3 is provided on the relatively lower side of the side surface of the housing 2, that is, in the vicinity of the vapor deposition mechanism 6 via the gate valve 3a.
  • the gate valve 3a is an airtight valve that opens and closes the first exhaust device 3 and the film forming chamber 2a.
  • the gate valve 3a is opened to open the substrate S which is an object to be deposited.
  • the gate valve 3a is closed in other cases, such as when the substrate S is put into the film forming chamber 2a or when the substrate S after film formation is taken out from the film forming chamber 2a.
  • a turbo molecular pump (TMP), a constant pressure pump (CP), a diffusion pump (DP), or the like is used for the first exhaust device 3, and the inside of the film forming chamber 2a is 1.0E-2Pa or less (1.0 ⁇ 10). It has a rated capacity that can reduce the pressure to -2 Pa or less).
  • a plate-shaped substrate holder 5 is suspended by a rotating shaft 5b, and the rotating shaft 5b is rotatably supported on the upper surface of the housing 2.
  • the substrate holder 5 is rotatable about a rotation shaft 5b that is rotated by the drive unit 5c.
  • the substrate (material to be deposited) S to be vapor-deposited of the vapor-deposited material is held on the substrate-holding surface 5a of the substrate holder 5.
  • the number of substrates S held in the substrate holder 5 is not limited at all, and may be one or a plurality of substrates S.
  • the drive unit 5c may be omitted to form the non-rotating substrate holder 5.
  • a plurality of substrates S can be held on the substrate holding surface 5a of the substrate holder 5, and the substrate holder 5 is provided so that the plurality of substrates S are located directly above the vapor deposition mechanism 6. ing.
  • a thin-film deposition mechanism 6 is provided near the lower surface inside the film-forming chamber 2a.
  • the thin-film deposition mechanism 6 of the present embodiment includes an electron beam vapor deposition source, a crucible 6a for filling the vapor deposition material, and an electron gun 6b for irradiating the vapor deposition material filled with the thin-film deposition material with an electron beam. Further, above the crucible 6a, a shutter 6c for opening and closing the upper opening of the crucible 6a is movably provided.
  • the electron gun 6b is operated to heat and evaporate the vaporized material filled in the crucible 6a, and the shutter 6c is opened to evaporate the vaporized vapor deposition.
  • Reference numeral 6d shown in FIG. 5 is a cooling tube coil of the Mysna trap, which efficiently removes the water released from the substrate S when the inside of the film forming chamber 2a is evacuated. ..
  • the vapor deposition material used in the film forming apparatus 1 of the present embodiment is not particularly limited, but is SiO 2 , MgF 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , Ta 2 O 5 , TiO 2 , Nb 2 O 5 or HfO 2 , etc. can be used.
  • resistance heating may be used instead of the electron gun (electron beam heating).
  • Resistive heating is a method in which a voltage is applied to both ends of a heating element and the Joule heat generated by the flowing current is used for heating.
  • the heating element used is a refractory metal such as tungsten, tantalum, or molybdenum, carbon, a boron nitride / titanium boride mixed sintered body, or the like.
  • the heating element may be processed into a suitable shape and used depending on the evaporated substance, or a heat-resistant crucible may be used in combination.
  • the film forming apparatus 1 of the present embodiment includes a nozzle 8 for introducing a predetermined gas and a gas supply source 9 in the first region A including the substrate S held by the substrate holder 5.
  • the gas supply source 9 is a supply source for supplying the atmospheric gas inside the film forming chamber 2a, for example, an inert gas.
  • FIG. 5 shows one nozzle 8 and a gas supply source 9, but a plurality of nozzles 8 are connected to one or a plurality of gas supply sources 9 and the plurality of nozzles 8 are directed toward the first region A. You may also blow a predetermined gas.
  • a first ion source 10A is installed in the second region B on the side of the vapor deposition mechanism 6 near the lower surface inside the film forming chamber 2a.
  • the first ion source 10A is an ion source for ion assist that assists the film formation process of the substrate S by the vapor deposition mechanism 6 with ions.
  • a so-called Kaufmann-type ion source is used as the first ion source 10A.
  • the operating pressure of the Kaufman-type ion source is 5.0 E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less).
  • the Kaufman-type first ion source 10A includes a housing, an anode and a filament arranged inside the housing, a magnet for generating a magnetic field arranged outside the housing, and an opening of the housing. It is provided with a screen electrode arranged at the same potential as the housing and a screen-shaped accelerating electrode arranged outside the screen electrode.
  • a reactive gas (O 2 etc.) or an inert gas (Ar etc.) is supplied into the housing and a positive potential is applied to the anode to heat the filament, an electric discharge is generated, and the electrons and gas generated by the electric discharge Plasma is generated in the housing due to the collision.
  • the generated plasma is densified by the magnetic field of the magnet.
  • a negative potential is applied to the accelerating electrode in this state, ions are extracted from the plasma, pass through the screen electrode, are accelerated, and are irradiated to the substrate S.
  • the substrate S is mounted on the substrate holding surface 5a of the substrate holder 5, the housing 2 is sealed, and then the gate valve 3a is opened to exhaust the first exhaust gas.
  • the device 3 operates, generally to reduce the internal pressure of the film forming chamber 2a by setting the set value of the first exhaust device 3 for example, 1.0E-2Pa (1.0 ⁇ 10 -2 Pa).
  • the drive unit 5c may be driven to start rotating at a predetermined rotation speed of the substrate holder 5.
  • the inside of the film forming chamber 2a is depressurized from the normal pressure, but the atmosphere of the second region B including the vapor deposition mechanism 6 provided in the vicinity of the first exhaust device 3 and the first ion source 10A.
  • the pressure is particularly low as compared with the general region inside the film forming chamber 2a.
  • the gas from the gas supply source 9 is introduced into the first region A including the substrate S held by the substrate holder 5 via the nozzle 8, the atmospheric pressure in the first region A is set. The pressure is higher than that of the general region inside the film forming chamber 2a.
  • the atmospheric pressure in the second region B is preferably 5.0 E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less).
  • atmospheric pressure in the first region a is 5.0E-2 ⁇ 1.0E + 2Pa ( 5.0 ⁇ 10 -2 ⁇ 1.0 ⁇ 10 2 Pa) since, crucible 6a by operating the electron gun 6b deposition mechanism 6 The vaporized material filled in the above is heated and evaporated, and the shutter 6c is opened to attach the evaporated vaporized material to the substrate S.
  • the first ion source 10A starts operating at the same time as the operation of the thin-film deposition mechanism 6 or before or after the operation of the thin-film deposition mechanism 6 to irradiate the substrate S with ions. Since the first ion source 10A is a Kaufmann-type ion source having an operating pressure of 5.0 E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less), it operates appropriately within the atmospheric pressure of the second region B. To do. The ions irradiated from the first ion source 10A are vaporized by the vapor deposition mechanism 6 to accelerate the floating vapor deposition material and press it against the substrate S. As a result, the thin film formed on the surface of the substrate S has high adhesion, denseness, and mechanical strength.
  • FIG. 9 is a graph showing the atmospheric pressure in the first region A and the second region B and the set pressure of the first exhaust device 3, and the vertical axis shows the logarithm of the pressure.
  • the reason why the second region B including the thin-film deposition mechanism 6 is set to 5.0 E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less) is that the vapor-deposited material evaporates when the atmospheric pressure is higher than this. Because it doesn't.
  • the reason why the first region A including the substrate S is set to 5.0 E-2 Pa or more (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or more) is that a thin film having a low refractive index cannot be obtained if the atmospheric pressure is lower than this.
  • the pressure is 1.0 E + 2 Pa or less (1.0 ⁇ 10 2 Pa or less) is that if the atmospheric pressure is higher than this, the vapor-deposited material does not reach the substrate S and the film cannot be formed.
  • the second region B including the vapor deposition mechanism 6 is 5.0E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less)
  • the first region A including the substrate S is 5.0E-2 to 1 .0E + 2Pa since it become a (5.0 ⁇ 10 -2 ⁇ 1.0 ⁇ 10 2 Pa), setting a pressure in the first exhaust device 3, the gas supply amount from the nozzle 8 and the gas supply source 9 particularly limited Not done.
  • the atmospheric pressure of the second region B including the vapor deposition mechanism 6 can be vapor-deposited (preferably in a range close to the upper limit). Since the atmospheric pressure of the first region A including the substrate S is set to a relatively high pressure, a thin film having a low refractive index can be obtained by the vacuum vapor deposition method. Further, since the ion assist is performed using the first ion source 10A that can operate in the second region B, the mechanical strength of the thin film having a low refractive index can be increased as compared with the case where the ion assist is not performed.
  • a shutter for blocking the irradiation of ions to the substrate S, an adjusting plate for adjusting the directivity of ions, and the like may be installed above the first ion source 10A. Further, in order to electrically neutralize the substrate S charged by the positive ions irradiated from the first ion source 10A, a neutralizer that irradiates the substrate S with negative electrons is installed in the film forming chamber 2a. You may.
  • the first ion source 10A is not limited to the Kaufman type, the operating pressure is 5.0E-2 Pa or less is the atmosphere pressure of the second region B (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less) any For example, other types of ion sources may be used.
  • the end-hole type second ion source 10B is used instead of the first ion source 10A, and the second ion source 10B is placed in the first region A near the substrate holder 5. It may be arranged.
  • the substrate S corresponds to the object to be vapor-deposited of the present invention
  • the nozzle 8 and the gas supply source 9 correspond to the first atmospheric pressure setting means, the pressure increasing means, and the pressure adjusting means of the present invention.
  • the exhaust device 3 corresponds to the second atmospheric pressure setting means of the present invention
  • the first ion source 10A corresponds to the first ion source of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic vertical cross section showing a fifth embodiment of the film forming apparatus 1 according to the present invention.
  • the film forming apparatus 1 of the present embodiment includes a housing 2 constituting a film forming chamber 2a which is substantially a closed space, a first exhaust device 3 for reducing the pressure inside the entire inside of the film forming chamber 2a, and a first.
  • a shielding member 7 that blocks a part of the exhaust gas of the film forming chamber 2a by the exhaust device 3 and a first ion source 10A for ion assist are provided.
  • the first exhaust device 3 is provided on the side surface of the housing 2 and the shape of the shielding member 7 is substantially the same.
  • the film forming apparatus 1 of the present embodiment has a box shape having an upper surface (ceiling surface), a lower surface (bottom surface) and a plurality of side surfaces, or an upper surface (ceiling surface), a lower surface (bottom surface), as in the third embodiment described above. It has a tubular housing 2 having curved side surfaces, and the inside of the housing 2 constitutes a film forming chamber 2a as a substantially closed space.
  • the upper surface of the housing 2 is conveniently referred to as an upper surface
  • the lower surface is referred to as a lower surface
  • the lateral surface is referred to as a side surface.
  • This is a convenient definition for explaining the relative positional relationship between the first exhaust device 3, the substrate holder 5, and the vapor deposition mechanism 6 provided in the housing 2, and is the posture of the film forming device 1 actually installed. Is not an absolute definition.
  • the substrate holder 5 and the vapor deposition mechanism 6 are arranged in the vertical direction (vertical direction), but the film forming method and the film forming apparatus of the present invention have this arrangement.
  • the substrate holder 5 and the vapor deposition mechanism 6 may be arranged in the left-right direction (horizontal direction) or in the oblique direction.
  • the first exhaust device 3 is mounted on the housing 2 due to the layout. Although it is arranged on the lower surface, the film forming method and the film forming apparatus of the present invention are not limited to this arrangement, and the first exhaust device 3 can be arranged at an appropriate place.
  • the first exhaust device 3 is provided at substantially the center of the side surface of the housing 2 via a gate valve 3a.
  • the gate valve 3a is an airtight valve that opens and closes the first exhaust device 3 and the film forming chamber 2a.
  • the gate valve 3a is opened to open the substrate S which is an object to be deposited.
  • the gate valve 3a is closed in other cases, such as when the substrate S is put into the film forming chamber 2a or when the substrate S after film formation is taken out from the film forming chamber 2a.
  • a turbo molecular pump (TMP), a constant pressure pump (CP), a diffusion pump (DP), or the like is used for the first exhaust device 3, and the inside of the film forming chamber 2a is 1.0E-2Pa or less (1.0 ⁇ 10). It has a rated capacity that can reduce the pressure to -2 Pa or less).
  • a plate-shaped substrate holder 5 is suspended by a rotating shaft 5b, and the rotating shaft 5b is rotatably supported on the upper surface of the housing 2.
  • the substrate holder 5 is rotatable about a rotation shaft 5b that is rotated by the drive unit 5c.
  • the substrate (material to be deposited) S to be vapor-deposited of the vapor-deposited material is held on the substrate-holding surface 5a of the substrate holder 5.
  • the number of substrates S held in the substrate holder 5 is not limited at all, and may be one or a plurality of substrates S.
  • the drive unit 5c may be omitted to form the non-rotating substrate holder 5.
  • a plurality of substrates S can be held on the substrate holding surface 5a of the substrate holder 5, and the substrate holder 5 is provided so that the plurality of substrates S are located directly above the vapor deposition mechanism 6. ing.
  • a thin-film deposition mechanism 6 is provided near the lower surface inside the film-forming chamber 2a.
  • the thin-film deposition mechanism 6 of the present embodiment includes an electron beam vapor deposition source, a crucible 6a for filling the vapor deposition material, and an electron gun 6b for irradiating the vapor deposition material filled with the thin-film deposition material with an electron beam. Further, above the crucible 6a, a shutter 6c for opening and closing the upper opening of the crucible 6a is movably provided.
  • the electron gun 6b is operated to heat and evaporate the vaporized material filled in the crucible 6a, and the shutter 6c is opened to evaporate the vaporized vapor deposition.
  • Reference numeral 6d shown in FIG. 6 is a cooling tube coil of the Mysna trap, which efficiently removes the water released from the substrate S when the inside of the film forming chamber 2a is evacuated. ..
  • the vapor deposition material used in the film forming apparatus 1 of the present embodiment is not particularly limited, but is SiO 2 , MgF 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , Ta 2 O 5 , TiO 2 , Nb 2 O 5 or HfO 2 , etc. can be used.
  • resistance heating may be used instead of the electron gun (electron beam heating).
  • Resistive heating is a method in which a voltage is applied to both ends of a heating element and the Joule heat generated by the flowing current is used for heating.
  • the heating element used is a refractory metal such as tungsten, tantalum, or molybdenum, carbon, a boron nitride / titanium boride mixed sintered body, or the like.
  • the heating element may be processed into a suitable shape and used depending on the evaporated substance, or a heat-resistant crucible may be used in combination.
  • the shielding member 7 is fixed at a position surrounding the substrate S held by the substrate holder 5 including the substrate holder 5.
  • the shielding member 7 of the present embodiment is formed in a tubular shape having an open upper surface and a lower surface (the cross section may be circular, elliptical, or rectangular, and may be set according to the shape of the substrate holder 5).
  • It controls the function of blocking the exhaust of a part of the film forming chamber 2a by the first exhaust device 3. That is, as shown in FIG. 6, when the region including the substrate S held by the substrate holder 5 is set as the first region A, the gas inside the film forming chamber 2a is exhausted by the first exhaust device 3. By partially shielding the exhaust gas of the gas in the first region A, the decompression effect of the first region A is reduced.
  • a first ion source 10A is installed in the second region B on the side of the vapor deposition mechanism 6 near the lower surface inside the film forming chamber 2a.
  • the first ion source 10A is an ion source for ion assist that assists the film formation process of the substrate S by the vapor deposition mechanism 6 with ions.
  • a so-called Kaufmann-type ion source is used as the first ion source 10A.
  • the operating pressure of the Kaufman-type ion source is 5.0 E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less).
  • the Kaufman-type first ion source 10A includes a housing, an anode and a filament arranged inside the housing, a magnet for generating a magnetic field arranged outside the housing, and an opening of the housing. It is provided with a screen electrode arranged at the same potential as the housing and a screen-shaped accelerating electrode arranged outside the screen electrode.
  • a reactive gas (O 2 etc.) or an inert gas (Ar etc.) is supplied into the housing and a positive potential is applied to the anode to heat the filament, an electric discharge is generated, and the electrons and gas generated by the electric discharge Plasma is generated in the housing due to the collision.
  • the generated plasma is densified by the magnetic field of the magnet.
  • a negative potential is applied to the accelerating electrode in this state, ions are extracted from the plasma, pass through the screen electrode, are accelerated, and are irradiated to the substrate S.
  • the substrate S is mounted on the substrate holding surface 5a of the substrate holder 5, the housing 2 is sealed, and then the gate valve 3a is opened to exhaust the first exhaust gas.
  • the device 3 operates, generally to reduce the internal pressure of the film forming chamber 2a by setting the set value of the first exhaust device 3 for example, 1.0E-2Pa (1.0 ⁇ 10 -2 Pa).
  • the drive unit 5c may be driven to start rotating at a predetermined rotation speed of the substrate holder 5.
  • the inside of the film forming chamber 2a is depressurized from the normal pressure, but the first region A including the substrate S held by the substrate holder 5 and the first ion source 10A is formed by the shielding member 7. 1 Since a part of the entire exhaust by the exhaust device 3 is blocked, the atmospheric pressure of the first region A including the substrate S held by the substrate holder 5 is higher than that of the general region inside the film forming chamber 2a. It becomes. On the other hand, the atmospheric pressure of the second region B including the vapor deposition mechanism 6 which the shielding member 7 does not exert the decompression suppressing effect is substantially the same as the general region inside the film forming chamber 2a.
  • the atmospheric pressure in the second region B is preferably 5.0 E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less), and the atmosphere in the first region A is equal to or less than 5.0 E-2 Pa.
  • the pressure is 5.0E-2 ⁇ 1.0E + 2Pa ( 5.0 ⁇ 10 -2 ⁇ 1.0 ⁇ 10 2 Pa) since, vapor deposition is charged into a crucible 6a by operating the electron gun 6b deposition mechanism 6 The material is heated and evaporated, and the shutter 6c is opened to attach the evaporated vaporized material to the substrate S.
  • the first ion source 10A starts operating at the same time as the operation of the thin-film deposition mechanism 6 or before or after the operation of the thin-film deposition mechanism 6 to irradiate the substrate S with ions. Since the first ion source 10A is a Kaufmann-type ion source having an operating pressure of 5.0 E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less), it operates appropriately within the atmospheric pressure of the second region B. To do. The ions irradiated from the first ion source 10A are vaporized by the vapor deposition mechanism 6 to accelerate the floating vapor deposition material and press it against the substrate S. As a result, the thin film formed on the surface of the substrate S has high adhesion, denseness, and mechanical strength.
  • FIG. 9 is a graph showing the atmospheric pressure in the first region A and the second region B and the set pressure of the first exhaust device 3, and the vertical axis shows the logarithm of the pressure.
  • the reason why the second region B including the thin-film deposition mechanism 6 is set to 5.0 E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less) is that the vapor-deposited material evaporates when the atmospheric pressure is higher than this. Because it doesn't.
  • the reason why the first region A including the substrate S is set to 5.0 E-2 Pa or more (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or more) is that a thin film having a low refractive index cannot be obtained if the atmospheric pressure is lower than this.
  • the pressure is 1.0 E + 2 Pa or less (1.0 ⁇ 10 2 Pa or less) is that if the atmospheric pressure is higher than this, the vapor-deposited material does not reach the substrate S and the film cannot be formed.
  • the second region B containing evaporation mechanism 6 5.0E-2 Pa or less, the first region A including the substrate S, 5.0E-2 ⁇ 1.0E + 2Pa (5.0 ⁇ 10 -2 ⁇ Since it may be 1.0 ⁇ 10 2 Pa), the set pressure of the first exhaust device 3 and the structure of the shielding member 7 (for example, the shape and area of the opening and the length of the shielding member 7 in the vertical direction) are particularly limited. Not done.
  • the atmospheric pressure of the second region B including the vapor deposition mechanism 6 can be vapor-deposited (preferably in a range close to the upper limit). Since the atmospheric pressure of the first region A including the substrate S is set to a relatively high pressure, a thin film having a low refractive index can be obtained by the vacuum vapor deposition method. Further, since the ion assist is performed using the first ion source 10A that can operate in the second region B, the mechanical strength of the thin film having a low refractive index can be increased as compared with the case where the ion assist is not performed.
  • a shutter for blocking the irradiation of ions to the substrate S, an adjusting plate for adjusting the directivity of ions, and the like may be installed above the first ion source 10A. Further, in order to electrically neutralize the substrate S charged by the positive ions irradiated from the first ion source 10A, a neutralizer that irradiates the substrate S with negative electrons is installed in the film forming chamber 2a. You may.
  • the first ion source 10A is not limited to the Kaufman type, the operating pressure is 5.0E-2 Pa or less is the atmosphere pressure of the second region B (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less) any For example, other types of ion sources may be used.
  • the substrate S corresponds to the material to be vapor-deposited of the present invention
  • the shielding member 7 corresponds to the first atmospheric pressure setting means, the pressure increasing means, and the pressure adjusting means of the present invention
  • the first exhaust device 3 corresponds to the first exhaust device 3.
  • the first ion source 10A corresponds to the first ion source of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic vertical cross section showing a seventh embodiment of the film forming apparatus 1 according to the present invention.
  • the film forming apparatus 1 of the present embodiment is an embodiment in which the above-mentioned fifth embodiment and the sixth embodiment are combined, and is composed of a housing 2 constituting a film forming chamber 2a which is substantially a closed space.
  • a first exhaust device 3 for depressurizing the entire inside of the membrane chamber 2a, a nozzle 8 for introducing a predetermined gas into a first region A including a substrate S held in a substrate holder 5, a gas supply source 9, and a second.
  • a shielding member 7 that blocks a part of the exhaust gas of the film forming chamber 2a by the exhaust device 3 and a first ion source 10A for ion assist are provided.
  • the film forming apparatus 1 of the present embodiment has a top surface (ceiling surface), a bottom surface (bottom surface), and a box shape having a plurality of side surfaces, or an upper surface (ceiling surface), as in the first and second embodiments described above. It has a tubular housing 2 having a lower surface (bottom surface) and curved side surfaces, and the inside of the housing 2 constitutes a film forming chamber 2a as a substantially closed space.
  • the upper surface of the housing 2 is conveniently referred to as an upper surface
  • the lower surface is referred to as a lower surface
  • the lateral surface is referred to as a side surface.
  • This is a convenient definition for explaining the relative positional relationship between the first exhaust device 3, the substrate holder 5, and the vapor deposition mechanism 6 provided in the housing 2, and is the posture of the film forming device 1 actually installed. Is not an absolute definition.
  • the substrate holder 5 and the vapor deposition mechanism 6 are arranged in the vertical direction (vertical direction), but the film forming method and the film forming apparatus of the present invention have this arrangement.
  • the substrate holder 5 and the vapor deposition mechanism 6 may be arranged in the left-right direction (horizontal direction) or in the oblique direction.
  • the first exhaust device 3 is mounted on the housing 2 due to the layout. Although it is arranged on the lower surface, the film forming method and the film forming apparatus of the present invention are not limited to this arrangement, and the first exhaust device 3 can be arranged at an appropriate place.
  • the first exhaust device 3 is provided at substantially the center of the side surface of the housing 2 via a gate valve 3a.
  • the gate valve 3a is an airtight valve that opens and closes the first exhaust device 3 and the film forming chamber 2a.
  • the gate valve 3a is opened to open the substrate S which is an object to be deposited.
  • the gate valve 3a is closed in other cases, such as when the substrate S is put into the film forming chamber 2a or when the substrate S after film formation is taken out from the film forming chamber 2a.
  • a turbo molecular pump (TMP), a constant pressure pump (CP), a diffusion pump (DP), or the like is used for the first exhaust device 3, and the inside of the film forming chamber 2a is 1.0E-2Pa or less (1.0 ⁇ 10). It has a rated capacity that can reduce the pressure to -2 Pa or less).
  • a plate-shaped substrate holder 5 is suspended by a rotating shaft 5b, and the rotating shaft 5b is rotatably supported on the upper surface of the housing 2.
  • the substrate holder 5 is rotatable about a rotation shaft 5b that is rotated by the drive unit 5c.
  • the substrate (material to be deposited) S to be vapor-deposited of the vapor-deposited material is held on the substrate-holding surface 5a of the substrate holder 5.
  • the number of substrates S held in the substrate holder 5 is not limited at all, and may be one or a plurality of substrates S.
  • the drive unit 5c may be omitted to form the non-rotating substrate holder 5.
  • a plurality of substrates S can be held on the substrate holding surface 5a of the substrate holder 5, and the substrate holder 5 is provided so that the plurality of substrates S are located directly above the vapor deposition mechanism 6. ing.
  • a thin-film deposition mechanism 6 is provided near the lower surface inside the film-forming chamber 2a.
  • the thin-film deposition mechanism 6 of the present embodiment includes an electron beam vapor deposition source, a crucible 6a for filling the vapor deposition material, and an electron gun 6b for irradiating the vapor deposition material filled with the thin-film deposition material with an electron beam. Further, above the crucible 6a, a shutter 6c for opening and closing the upper opening of the crucible 6a is movably provided.
  • the electron gun 6b is operated to heat and evaporate the vaporized material filled in the crucible 6a, and the shutter 6c is opened to evaporate the vaporized vapor deposition.
  • Reference numeral 6d shown in FIG. 7 is a cooling tube coil of the Mysna trap, which efficiently removes the water released from the substrate S when the inside of the film forming chamber 2a is evacuated. ..
  • the vapor deposition material used in the film forming apparatus 1 of the present embodiment is not particularly limited, but is SiO 2 , MgF 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , Ta 2 O 5 , TiO 2 , Nb 2 O 5 or HfO 2 , etc. can be used.
  • resistance heating may be used instead of the electron gun (electron beam heating).
  • Resistive heating is a method in which a voltage is applied to both ends of a heating element and the Joule heat generated by the flowing current is used for heating.
  • the heating element used is a refractory metal such as tungsten, tantalum, or molybdenum, carbon, a boron nitride / titanium boride mixed sintered body, or the like.
  • the heating element may be processed into a suitable shape and used depending on the evaporated substance, or a heat-resistant crucible may be used in combination.
  • the shielding member 7 is fixed at a position surrounding the substrate S held by the substrate holder 5 including the substrate holder 5.
  • the shielding member 7 of the present embodiment is formed in a tubular shape having an open upper surface and a lower surface (the cross section may be circular, elliptical, or rectangular, and may be set according to the shape of the substrate holder 5). , It controls the function of blocking the exhaust of a part of the film forming chamber 2a by the first exhaust device 3. That is, as shown in FIG. 7, when the region including the substrate S held by the substrate holder 5 is defined as the first region A, the gas inside the film forming chamber 2a is exhausted by the first exhaust device 3. By partially shielding the exhaust gas of the gas in the first region A, the decompression effect of the first region A is reduced.
  • the nozzle 8 for introducing a predetermined gas and the gas supply source 9 are provided in the first region A including the substrate S held by the substrate holder 5.
  • the nozzle 8 may be fixed by penetrating, for example, the shielding member 7.
  • the gas supply source 9 is a supply source for supplying the atmospheric gas inside the film forming chamber 2a, for example, an inert gas.
  • FIG. 7 shows one nozzle 8 and a gas supply source 9, but a plurality of nozzles 8 are connected to one or a plurality of gas supply sources 9 and the plurality of nozzles 8 are directed toward the first region A. You may also blow a predetermined gas.
  • a first ion source 10A is installed in the second region B on the side of the vapor deposition mechanism 6 near the lower surface inside the film forming chamber 2a.
  • the first ion source 10A is an ion source for ion assist that assists the film formation process of the substrate S by the vapor deposition mechanism 6 with ions.
  • a so-called Kaufmann-type ion source is used as the first ion source 10A.
  • the operating pressure of the Kaufman-type ion source is 5.0 E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less).
  • the Kaufman-type first ion source 10A includes a housing, an anode and a filament arranged inside the housing, a magnet for generating a magnetic field arranged outside the housing, and an opening of the housing. It is provided with a screen electrode arranged at the same potential as the housing and a screen-shaped accelerating electrode arranged outside the screen electrode.
  • a reactive gas (O 2 etc.) or an inert gas (Ar etc.) is supplied into the housing and a positive potential is applied to the anode to heat the filament, an electric discharge is generated, and the electrons and gas generated by the electric discharge Plasma is generated in the housing due to the collision.
  • the generated plasma is densified by the magnetic field of the magnet.
  • a negative potential is applied to the accelerating electrode in this state, ions are extracted from the plasma, pass through the screen electrode, are accelerated, and are irradiated to the substrate S.
  • the substrate S is mounted on the substrate holding surface 5a of the substrate holder 5, the housing 2 is sealed, and then the gate valve 3a is opened to exhaust the first exhaust gas.
  • the device 3 operates, generally to reduce the internal pressure of the film forming chamber 2a by setting the set value of the first exhaust device 3 for example, 1.0E-2Pa (1.0 ⁇ 10 -2 Pa).
  • the drive unit 5c may be driven to start rotating at a predetermined rotation speed of the substrate holder 5.
  • the inside of the film forming chamber 2a is depressurized from the normal pressure, but the first region A including the substrate S held by the substrate holder 5 is entirely formed by the first exhaust device 3 by the shielding member 7.
  • the gas from the gas supply source 9 is introduced into the first region A including the substrate S held by the substrate holder 5 through the nozzle 8, so that the gas from the gas supply source 9 is introduced into the substrate holder 5.
  • the atmospheric pressure of the first region A including the retained substrate S is higher than that of the general region inside the film forming chamber 2a.
  • the atmospheric pressure of the second region B including the vapor deposition mechanism 6 and the first ion source 10A, which are not affected by the decompression suppressing effect of the shielding member 7, is substantially the same as the general region inside the film forming chamber 2a. It becomes.
  • the atmospheric pressure in the second region B is preferably 5.0 E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less).
  • the atmosphere pressure of the first region a is 5.0E-2 ⁇ 1.0E + 2Pa ( 5.0 ⁇ 10 -2 ⁇ 1.0 ⁇ 10 2 Pa) since, by operating the electron gun 6b deposition mechanism 6 The vaporized material filled in the electron gun 6a is heated and evaporated, and the shutter 6c is opened to attach the evaporated vaporized material to the substrate S.
  • the first ion source 10A starts operating at the same time as the operation of the thin-film deposition mechanism 6 or before or after the operation of the thin-film deposition mechanism 6 to irradiate the substrate S with ions. Since the first ion source 10A is a Kaufmann-type ion source having an operating pressure of 5.0 E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less), it operates appropriately within the atmospheric pressure of the second region B. To do. The ions irradiated from the first ion source 10A are vaporized by the vapor deposition mechanism 6 to accelerate the floating vapor deposition material and press it against the substrate S. As a result, the thin film formed on the surface of the substrate S has high adhesion, denseness, and mechanical strength.
  • FIG. 9 is a graph showing the atmospheric pressure in the first region A and the second region B and the set pressure of the first exhaust device 3, and the vertical axis shows the logarithm of the pressure.
  • the reason why the second region B including the thin-film deposition mechanism 6 is set to 5.0 E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less) is that the vapor-deposited material evaporates when the atmospheric pressure is higher than this. Because it doesn't.
  • the reason why the first region A including the substrate S is set to 5.0 E-2 Pa or more (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or more) is that a thin film having a low refractive index cannot be obtained if the atmospheric pressure is lower than this.
  • the pressure is 1.0 E + 2 Pa or less (1.0 ⁇ 10 2 Pa or less) is that if the atmospheric pressure is higher than this, the vapor-deposited material does not reach the substrate S and the film cannot be formed.
  • the second region B containing evaporation mechanism 6 5.0E-2 Pa or less, the first region A including the substrate S, 5.0E-2 ⁇ 1.0E + 2Pa (5.0 ⁇ 10 -2 ⁇ Since it may be 1.0 ⁇ 10 2 Pa), the set pressure of the first exhaust device 3, the amount of gas supplied from the nozzle 8 and the gas supply source 9, and the structure of the shielding member 7 (for example, the shape and area of the opening). ) Is not particularly limited.
  • the atmospheric pressure of the second region B including the vapor deposition mechanism 6 can be vapor-deposited (preferably in a range close to the upper limit). Since the atmospheric pressure of the first region A including the substrate S is set to a relatively high pressure, a thin film having a low refractive index can be obtained by the vacuum vapor deposition method. Further, since the ion assist is performed using the first ion source 10A that can operate in the second region B, the mechanical strength of the thin film having a low refractive index can be increased as compared with the case where the ion assist is not performed.
  • a shutter for blocking the irradiation of ions to the substrate S, an adjusting plate for adjusting the directivity of ions, and the like may be installed above the first ion source 10A. Further, in order to electrically neutralize the substrate S charged by the positive ions irradiated from the first ion source 10A, a neutralizer that irradiates the substrate S with negative electrons is installed in the film forming chamber 2a. You may.
  • the first ion source 10A is not limited to the Kaufman type, the operating pressure is 5.0E-2 Pa or less is the atmosphere pressure of the second region B (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less) any For example, other types of ion sources may be used.
  • the substrate S corresponds to the object to be vapor-deposited of the present invention
  • the shielding member 7, the nozzle 8, and the gas supply source 9 correspond to the first atmospheric pressure setting means, the pressure increasing means, and the pressure adjusting means of the present invention.
  • the first exhaust device 3 corresponds to the second atmospheric pressure setting means of the present invention
  • the first ion source 10A corresponds to the first ion source of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic vertical cross section showing an eighth embodiment of the film forming apparatus 1 according to the present invention.
  • the film forming apparatus 1 of the present embodiment is an embodiment in which the second exhaust device 4 and the gate valve 4a are added to the above-described seventh embodiment, and is a housing constituting the film forming chamber 2a which is substantially a closed space.
  • a first exhaust device 3 for depressurizing the entire inside of the film forming chamber 2a
  • a nozzle 8 for introducing a predetermined gas into a first region A including a substrate S held by a substrate holder 5, and a gas supply source.
  • a shielding member 7 for blocking a part of the exhaust of the film forming chamber 2a by the first exhaust device 3, a second exhaust device 4 and a gate valve 4a, and a first ion source 10A for ion assist are provided.
  • the film forming apparatus 1 of the present embodiment has a box shape having an upper surface (ceiling surface), a lower surface (bottom surface) and a plurality of side surfaces, or an upper surface (ceiling surface) and a lower surface (ceiling surface).
  • the bottom surface) has a tubular housing 2 having curved side surfaces, and the inside of the housing 2 constitutes a film forming chamber 2a as a substantially closed space.
  • the upper surface of the housing 2 is conveniently referred to as an upper surface
  • the lower surface is referred to as a lower surface
  • the lateral surface is referred to as a side surface.
  • the substrate holder 5 and the vapor deposition mechanism 6 are arranged in the vertical direction (vertical direction), but the film forming method and the film forming apparatus of the present invention have this arrangement.
  • the substrate holder 5 and the vapor deposition mechanism 6 may be arranged in the left-right direction (horizontal direction) or in the oblique direction.
  • the first exhaust device 3 is mounted on the housing 2 due to the layout. Although it is arranged on the lower surface, the film forming method and the film forming apparatus of the present invention are not limited to this arrangement, and the first exhaust device 3 can be arranged at an appropriate place.
  • the first exhaust device 3 is provided at substantially the center of the side surface of the housing 2 via a gate valve 3a.
  • the gate valve 3a is an airtight valve that opens and closes the first exhaust device 3 and the film forming chamber 2a.
  • the gate valve 3a is opened to open the substrate S which is an object to be deposited.
  • the gate valve 3a is closed in other cases, such as when the substrate S is put into the film forming chamber 2a or when the substrate S after film formation is taken out from the film forming chamber 2a.
  • a turbo molecular pump (TMP), a constant pressure pump (CP), a diffusion pump (DP), or the like is used for the first exhaust device 3, and the inside of the film forming chamber 2a is 1.0E-2Pa or less (1.0 ⁇ 10). It has a rated capacity that can reduce the pressure to -2 Pa or less).
  • the second exhaust device 4 is provided on the lower surface of the housing 2 directly below the vapor deposition mechanism 6 via a gate valve 4a.
  • the gate valve 4a is an airtight valve that opens and closes the second exhaust device 4 and the film forming chamber 2a.
  • the gate valve 4a is opened to open the substrate S which is an object to be deposited.
  • the gate valve 4a is closed in other cases, such as when the substrate S is put into the film forming chamber 2a or when the substrate S after forming the film is taken out from the film forming chamber 2a.
  • a turbo molecular pump (TMP), a constant pressure pump (CP), a diffusion pump (DP), or the like is used for the second exhaust device 4, and the second region B including the vapor deposition mechanism 6 inside the film forming chamber 2a is set to 1. .0E-2Pa below to (1.0 ⁇ 10 -2 Pa or less) having a rated capacity to reduced pressure.
  • a plate-shaped substrate holder 5 is suspended by a rotating shaft 5b, and the rotating shaft 5b is rotatably supported on the upper surface of the housing 2.
  • the substrate holder 5 is rotatable about a rotation shaft 5b that is rotated by the drive unit 5c.
  • the substrate (material to be deposited) S to be vapor-deposited of the vapor-deposited material is held on the substrate-holding surface 5a of the substrate holder 5.
  • the number of substrates S held in the substrate holder 5 is not limited at all, and may be one or a plurality of substrates S.
  • the drive unit 5c may be omitted to form the non-rotating substrate holder 5.
  • a plurality of substrates S can be held on the substrate holding surface 5a of the substrate holder 5, and the substrate holder 5 is provided so that the plurality of substrates S are located directly above the vapor deposition mechanism 6. ing.
  • a thin-film deposition mechanism 6 is provided near the lower surface inside the film-forming chamber 2a.
  • the thin-film deposition mechanism 6 of the present embodiment includes an electron beam vapor deposition source, a crucible 6a for filling the vapor deposition material, and an electron gun 6b for irradiating the vapor deposition material filled with the thin-film deposition material with an electron beam. Further, above the crucible 6a, a shutter 6c for opening and closing the upper opening of the crucible 6a is movably provided.
  • the electron gun 6b is operated to heat and evaporate the vaporized material filled in the crucible 6a, and the shutter 6c is opened to evaporate the vaporized vapor deposition.
  • Reference numeral 6d shown in FIG. 8 is a cooling tube coil of the Mysna trap, which efficiently removes the water released from the substrate S when the inside of the film forming chamber 2a is evacuated. ..
  • the vapor deposition material used in the film forming apparatus 1 of the present embodiment is not particularly limited, but is SiO 2 , MgF 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , Ta 2 O 5 , TiO 2 , Nb 2 O 5 or HfO 2 , etc. can be used.
  • resistance heating may be used instead of the electron gun (electron beam heating).
  • Resistive heating is a method in which a voltage is applied to both ends of a heating element and the Joule heat generated by the flowing current is used for heating.
  • the heating element used is a refractory metal such as tungsten, tantalum, or molybdenum, carbon, a boron nitride / titanium boride mixed sintered body, or the like.
  • the heating element may be processed into a suitable shape and used depending on the evaporated substance, or a heat-resistant crucible may be used in combination.
  • the shielding member 7 is fixed at a position surrounding the substrate S held by the substrate holder 5 including the substrate holder 5.
  • the shielding member 7 of the present embodiment is formed in a tubular shape having an open upper surface and a lower surface (the cross section may be circular, elliptical, or rectangular, and may be set according to the shape of the substrate holder 5).
  • It controls the function of blocking the exhaust of a part of the film forming chamber 2a by the first exhaust device 3. That is, as shown in FIG. 8, when the region including the substrate S held by the substrate holder 5 is defined as the first region A, the gas inside the film forming chamber 2a is exhausted by the first exhaust device 3. By partially shielding the exhaust gas of the gas in the first region A, the decompression effect of the first region A is reduced.
  • the nozzle 8 for introducing a predetermined gas and the gas supply source 9 are provided in the first region A including the substrate S held by the substrate holder 5.
  • the nozzle 8 may be fixed by penetrating, for example, the shielding member 7.
  • the gas supply source 9 is a supply source for supplying the atmospheric gas inside the film forming chamber 2a, for example, an inert gas.
  • FIG. 8 shows one nozzle 8 and a gas supply source 9, but a plurality of nozzles 8 are connected to one or a plurality of gas supply sources 9 and the plurality of nozzles 8 are directed toward the first region A. You may also blow a predetermined gas.
  • a first ion source 10A is installed in the second region B on the side of the vapor deposition mechanism 6 near the lower surface inside the film forming chamber 2a.
  • the first ion source 10A is an ion source for ion assist that assists the film formation process of the substrate S by the vapor deposition mechanism 6 with ions.
  • a so-called Kaufmann-type ion source is used as the first ion source 10A.
  • the operating pressure of the Kaufman-type ion source is 5.0 E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less).
  • the Kaufman-type first ion source 10A includes a housing, an anode and a filament arranged inside the housing, a magnet for generating a magnetic field arranged outside the housing, and an opening of the housing. It is provided with a screen electrode arranged at the same potential as the housing and a screen-shaped accelerating electrode arranged outside the screen electrode.
  • a reactive gas (O 2 etc.) or an inert gas (Ar etc.) is supplied into the housing and a positive potential is applied to the anode to heat the filament, an electric discharge is generated, and the electrons and gas generated by the electric discharge Plasma is generated in the housing due to the collision.
  • the generated plasma is densified by the magnetic field of the magnet.
  • a negative potential is applied to the accelerating electrode in this state, ions are extracted from the plasma, pass through the screen electrode, are accelerated, and are irradiated to the substrate S.
  • the substrate S is mounted on the substrate holding surface 5a of the substrate holder 5, the housing 2 is sealed, and then the gate valve 3a is opened to exhaust the first exhaust gas.
  • the device 3 operates, generally to reduce the internal pressure of the film forming chamber 2a by setting the set value of the first exhaust device 3 for example, 1.0E-2Pa (1.0 ⁇ 10 -2 Pa).
  • the second exhaust device 4 opens the gate valve 4a, sets the setting value of the second exhaust system 4 for example, 1.0E-2Pa (1.0 ⁇ 10 -2 Pa)
  • the second region B including the vapor deposition mechanism 6 is locally depressurized.
  • the drive unit 5c may be driven to start rotating at a predetermined rotation speed of the substrate holder 5.
  • the inside of the film forming chamber 2a is depressurized from the normal pressure, but the first region A including the substrate S held by the substrate holder 5 is entirely formed by the first exhaust device 3 by the shielding member 7.
  • the gas from the gas supply source 9 is introduced into the first region A including the substrate S held by the substrate holder 5 through the nozzle 8, so that the gas from the gas supply source 9 is introduced into the substrate holder 5.
  • the atmospheric pressure of the first region A including the retained substrate S is higher than that of the general region inside the film forming chamber 2a.
  • the atmospheric pressure in the second region B including the vapor deposition mechanism 6 and the first ion source 10A, which are not affected by the decompression suppressing effect of the shielding member 7, is locally exhausted by the second exhaust device 4. Therefore, the pressure is lower than that of the general region inside the film forming chamber 2a.
  • the atmospheric pressure in the second region B is preferably 5.0E-2Pa or less (5.0). ⁇ 10 -2 Pa or less), when the atmospheric pressure in the first region a is 5.0E-2 ⁇ 1.0E + 2Pa ( 5.0 ⁇ 10 -2 ⁇ 1.0 ⁇ 10 2 Pa) since, the deposition mechanism 6
  • the electron gun 6b is operated to heat and evaporate the vaporized material filled in the pit 6a, and the shutter 6c is opened to attach the evaporated vaporized material to the substrate S.
  • the first ion source 10A starts operating at the same time as the operation of the thin-film deposition mechanism 6 or before or after the operation of the thin-film deposition mechanism 6 to irradiate the substrate S with ions. Since the first ion source 10A is a Kaufmann-type ion source having an operating pressure of 5.0 E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less), it operates appropriately within the atmospheric pressure of the second region B. To do. The ions irradiated from the first ion source 10A are vaporized by the vapor deposition mechanism 6 to accelerate the floating vapor deposition material and press it against the substrate S. As a result, the thin film formed on the surface of the substrate S has high adhesion, denseness, and mechanical strength.
  • FIG. 9 is a graph showing the atmospheric pressures of the first region A and the second region B and the set pressures of the first exhaust device 3 and the second exhaust device 4, and the vertical axis shows the logarithm of the pressure.
  • the reason why the second region B including the thin-film deposition mechanism 6 is set to 5.0 E-2 Pa or less (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less) is that the vapor-deposited material evaporates when the atmospheric pressure is higher than this. Because it doesn't.
  • the reason why the first region A including the substrate S is set to 5.0 E-2 Pa or more (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or more) is that a thin film having a low refractive index cannot be obtained if the atmospheric pressure is lower than this.
  • the pressure is 1.0 E + 2 Pa or less (1.0 ⁇ 10 2 Pa or less) is that if the atmospheric pressure is higher than this, the vapor-deposited material does not reach the substrate S and the film cannot be formed.
  • the second region B containing evaporation mechanism 6 5.0E-2 Pa or less, the first region A including the substrate S, 5.0E-2 ⁇ 1.0E + 2Pa (5.0 ⁇ 10 -2 ⁇ Since it may be 1.0 ⁇ 10 2 Pa), the set pressure of the first exhaust device 3 and the second exhaust device, the amount of gas supplied from the nozzle 8 and the gas supply source 9, and the structure of the shielding member 7 (for example).
  • the shape and area of the opening) are not particularly limited.
  • the atmospheric pressure of the second region B including the vapor deposition mechanism 6 can be vapor-deposited (preferably in a range close to the upper limit). Since the atmospheric pressure of the first region A including the substrate S is set to a relatively high pressure, a thin film having a low refractive index can be obtained by the vacuum vapor deposition method. Further, since the ion assist is performed using the first ion source 10A that can operate in the second region B, the mechanical strength of the thin film having a low refractive index can be increased as compared with the case where the ion assist is not performed.
  • a shutter for blocking the irradiation of ions to the substrate S, an adjusting plate for adjusting the directivity of ions, and the like may be installed above the first ion source 10A. Further, in order to electrically neutralize the substrate S charged by the positive ions irradiated from the first ion source 10A, a neutralizer that irradiates the substrate S with negative electrons is installed in the film forming chamber 2a. You may.
  • the first ion source 10A is not limited to the Kaufman type, the operating pressure is 5.0E-2 Pa or less is the atmosphere pressure of the second region B (5.0 ⁇ 10 -2 Pa or less) any For example, other types of ion sources may be used.
  • the substrate S corresponds to the object to be vapor-deposited of the present invention
  • the shielding member 7, the nozzle 8, and the gas supply source 9 correspond to the first atmospheric pressure setting means, the pressure increasing means, and the pressure adjusting means of the present invention
  • the first exhaust device 3 and the second exhaust device 4 correspond to the second atmospheric pressure setting means of the present invention
  • the first ion source 10A corresponds to the first ion source of the present invention.
  • the first ion source 10A is installed in the second region B and the second ion source 10B is installed in the first region A.
  • the first region A and the second region B have been described.
  • An ion source that can operate at the atmospheric pressure in the region may be installed in the region between and the region.

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Abstract

成膜室（２ａ）の内部に少なくとも蒸着材料と基板（Ｓ）を設置し、成膜室（２ａ）の内部の基板（Ｓ）を含む第１領域（Ａ）を５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａの雰囲気に設定し、成膜室（２ａ）の内部の蒸着材料を含む第２領域（Ｂ）を５．０Ｅ－２Ｐａ以下の雰囲気に設定し、この状態で、基板（Ｓ）にイオンを照射し、真空蒸着法により基板（Ｓ）に蒸着材料を成膜する。

Description

成膜方法及び成膜装置
　本発明は、成膜方法及び成膜装置に関するものである。
　撮像素子として用いられるＣＣＤやＣＭＯＳは、銀塩写真フィルムに比べて表面での光反射が強いため、フレアやゴーストが発生し易い。また曲率半径の小さいレンズでは、光線の入射角度が位置によって大きく異なるため、レンズ表面の傾斜が大きな部分では低い反射率を保てない。さらに、ＬＣＤのような平面ディスプレイにおいては、ディスプレイ表面の光反射による外光の映り込みが問題になるので、アンチグレア処理が施されているが、ディスプレイの高密度化が進むと、液晶を透過した光がアンチグレア処理された表面で乱反射し、画像の高解像度化の妨げになる。このような基板表面の反射を低減するためには、低屈折率の表面層を成膜することが必要とされる（非特許文献１）。
反射低減技術の新展開（菊田久雄著，日本光学会会誌「光学」第４０巻第１号，２０１１年１月）
　屈折率が１．５のガラスに、屈折率が１．３８のフッ化マグネシウムのような低屈折材料を用いて表面層を形成することは知られている。しかしながら、１．３８の低屈折率材料を用いても、１．４％の反射が残る。現在のところ、１．１～１．２といった低屈折率の薄膜材料は存在しない。また、低屈折率の膜に対し、簡単には剥がれないような機械的強度の向上も求められている。
　本発明が解決しようとする課題は、低屈折率の膜を高い機械強度で形成できる成膜方法及び成膜装置を提供することである。
　本発明は、成膜室の内部に少なくとも蒸着材料と被蒸着物を設置し、前記成膜室の内部の前記被蒸着物を含む第１領域を５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）の雰囲気圧力に設定し、前記成膜室の内部の前記蒸着材料を含む第２領域を５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）の雰囲気圧力に設定し、この状態で、前記被蒸着物にイオンを照射し、真空蒸着法により前記被蒸着物に前記蒸着材料を成膜する成膜方法によって上記課題を解決する。
　また本発明は、少なくとも蒸着材料と被蒸着物とが設けられる成膜室を備える成膜装置において、前記成膜室の内部の前記被蒸着物を含む第１領域の雰囲気圧力を５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）に設定する手段と、前記成膜室の内部の前記蒸着材料を含む第２領域の雰囲気圧力を５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）に設定する手段と、真空蒸着法により前記被蒸着物に前記蒸着材料を成膜する際に、前記被蒸着物にイオンを照射するイオン源と、を備える成膜装置によって上記課題を解決する。
　本発明によれば、成膜室の内部の蒸着材料を含む第２領域を５．０Ｅ－２Ｐａ以下の雰囲気圧力に設定するので真空蒸着が可能となる一方、成膜室の内部の被蒸着物を含む第１領域を５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａの雰囲気圧力に設定し、被蒸着物にイオンを照射しながら真空蒸着を行うので、機械的強度の高い、低屈折率の膜を形成することができる。
本発明に係る成膜装置の第１実施形態を示す概略縦断面である。 本発明に係る成膜装置の第２実施形態を示す概略縦断面である。 本発明に係る成膜装置の第３実施形態を示す概略縦断面である。 本発明に係る成膜装置の第４実施形態を示す概略縦断面である。 本発明に係る成膜装置の第５実施形態を示す概略縦断面である。 本発明に係る成膜装置の第６実施形態を示す概略縦断面である。 本発明に係る成膜装置の第７実施形態を示す概略縦断面である。 本発明に係る成膜装置の第８実施形態を示す概略縦断面である。 図１～図８に示す第１領域Ａ及び第２領域Ｂの雰囲気圧並びに第１排気装置及び第２排気装置の設定圧力を示すグラフ（縦軸は圧力の対数）である。
《第１実施形態》
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る成膜装置１の第１実施形態を示す概略縦断面である。本実施形態の成膜装置１は、実質的に密閉空間となる成膜室２ａを構成する筐体２と、成膜室２ａの内部全体を減圧するための第１排気装置３と、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む第１領域Ａに所定のガスを導入するノズル８及びガス供給源９と、イオンアシスト用の第１イオン源１０Ａと、を備える。
　本実施形態の成膜装置１は、上面（天井面）、下面（底面）及び複数の側面を有する箱形、又は上面（天井面）、下面（底面）、曲面状の側面を有する筒形で構成された筐体２を有し、当該筐体２の内部が、実質的に密閉空間としての成膜室２ａを構成する。図１に示す成膜装置１の姿勢において、筐体２の上側の面を上面、下側の面を下面、横側の面を側面と便宜的に称するが、これは単に筐体２と、当該筐体２に設けられる第１排気装置３、基板ホルダ５及び蒸着機構６との相対的な位置関係を説明するための便宜的な定義であり、実際に設置された成膜装置１の姿勢を絶対的に定義するものではない。
　たとえば、図１に示す実施形態の成膜装置１は、基板ホルダ５と蒸着機構６とを上下方向（鉛直方向）に配置しているが、本発明の成膜方法及び成膜装置はこの配置に何ら限定されず、基板ホルダ５と蒸着機構６とを左右方向（水平方向）や斜め方向に配置してもよい。また、図１に示す実施形態の成膜装置１は、基板ホルダ５と蒸着機構６とを上下方向（鉛直方向）に配置したため、そのレイアウトの関係で、第１排気装置３を筐体２の下面に配置したが、本発明の成膜方法及び成膜装置はこの配置に何ら限定されず、第１排気装置３は適宜箇所に配置することができる。
　第１排気装置３は、図１に示すように、筐体２の下面に、すなわち蒸着機構６の近傍に、ゲートバルブ３ａを介して設けられている。ゲートバルブ３ａは、第１排気装置３と成膜室２ａとを開閉する気密バルブであり、成膜室２ａの内部を減圧する場合にはゲートバルブ３ａを開き、被蒸着物である基板Ｓを成膜室２ａに投入する場合や、成膜を終えた基板Ｓを成膜室２ａから取り出する場合など、それ以外の場合はゲートバルブ３ａを閉じる。第１排気装置３には、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）、定圧ポンプ（ＣＰ）又は拡散ポンプ（ＤＰ）等が用いられ、成膜室２ａの内部を１．０Ｅ－２Ｐａ以下（１．０×１０－２Ｐａ以下））まで減圧できる定格能力を有する。
　成膜室２ａの内部には、板状の基板ホルダ５が回転軸５ｂにより懸架され、回転軸５ｂは筐体２の上面に回転可能に支持されている。そして、基板ホルダ５は、駆動部５ｃにより回転する回転軸５ｂを中心に回転可能とされている。基板ホルダ５の基板保持面５ａには、蒸着材料の蒸着対象となる基板（被蒸着物）Ｓが保持される。なお、基板ホルダ５に保持する基板Ｓの数量は何ら限定されず、１枚であっても複数枚であってもよい。また、駆動部５ｃを省略して非回転の基板ホルダ５としてもよい。図１に示す第１実施形態では、基板ホルダ５の基板保持面５ａに複数の基板Ｓが保持可能とされ、蒸着機構６の直上に複数の基板Ｓが位置するように基板ホルダ５が設けられている。
　成膜室２ａの内部の下面近傍には、蒸着機構６が設けられている。本実施形態の蒸着機構６は、電子ビーム蒸着源からなり、蒸着材料を充填する坩堝６ａと、坩堝６ａに充填された蒸着材料に電子ビームを照射する電子銃６ｂとを備える。また、坩堝６ａの上方には、当該坩堝６ａの上部開口を開閉するシャッタ６ｃが移動可能に設けられている。基板ホルダ５に保持された基板Ｓに対して成膜処理を行う場合には、電子銃６ｂを作動して坩堝６ａに充填された蒸着材料を加熱蒸発させるとともにシャッタ６ｃを開いて、蒸発した蒸着材料を基板Ｓに付着させる。なお、図１に示す符号６ｄは、マイスナトラップの冷却管コイルであって、成膜室２ａの内部を真空排気したときに、基板Ｓから放出される水分を効率的に除去するものである。本実施形態の成膜装置１にて用いられる蒸着材料としては、特に限定はされないが、ＳｉＯ２，ＭｇＦ２，Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，Ｎｂ２Ｏ５又はＨｆＯ２、などを用いることができる。
　なお、蒸着機構６の蒸発源として、電子銃（電子ビーム加熱）の代わりに、抵抗加熱を用いてもよい。抵抗加熱は、発熱体の両端に電圧をかけ、流れる電流によるジュール熱で加熱する方法である。発熱体として用いられるのは、タングステン、タンタル、モリブデンなどの高融点金属や、カーボン、窒化ホウ素・ホウ化チタン混合焼結体などである。発熱体は蒸発物質に応じて、適した形状に加工して用いてもよいし、耐熱性の坩堝を併用してもよい。
　本実施形態の成膜装置１では、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む第１領域Ａに、所定のガスを導入するノズル８及びガス供給源９を備える。ガス供給源９は、成膜室２ａの内部の雰囲気ガス、たとえば不活性ガスなどを供給するための供給源である。図１には、１つのノズル８及びガス供給源９を示しているが、１つ又は複数のガス供給源９に複数のノズル８を接続し、当該複数のノズル８から第１領域Ａに向かって所定のガスを吹き付けるようにしてもよい。
　成膜室２ａの内部の下面近傍で、蒸着機構６の側方の第２領域Ｂには、第１イオン源１０Ａが設置されている。第１イオン源１０Ａは、蒸着機構６による基板Ｓの成膜処理を、イオンによって補助するイオンアシスト用のイオン源である。本実施形態では、第１イオン源１０Ａとして、例えば、プラズマからのイオンの引き出しに格子状の電極を利用するイオン源、いわゆるカウフマン型イオン源を用いている。カウフマン型イオン源の動作圧力は、５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）である。
　カウフマン型の第１イオン源１０Ａは、詳しくは図示しないが、筐体と、筐体内に配されたアノード及びフィラメントと、筐体外部に配された磁界発生用のマグネットと、筐体の開口部に配されて筐体と同電位に保たれたスクリーン電極と、スクリーン電極の外側に配されるスクリーン状の加速電極とを備える。筐体内に反応性ガス（Ｏ２等）又は不活性ガス（Ａｒ等）を供給し、アノードに正の電位を印可してフィラメントを加熱すると放電が発生し、放電により発生した電子とガスとの衝突により筐体内にプラズマが生成される。生成されたプラズマは、マグネットの磁界によって高密度化される。この状態で、加速電極に負の電位を印可すると、プラズマからイオンが引き出されてスクリーン電極を通過し、加速されて基板Ｓに照射される。
　次に作用を説明する。
　本実施形態の成膜装置１及びこれを用いた成膜方法は、基板ホルダ５の基板保持面５ａに基板Ｓを装着し、筐体２を密閉したのち、ゲートバルブ３ａを開いて第１排気装置３を作動し、当該第１排気装置３の設定値をたとえば１．０Ｅ－２Ｐａ（１．０×１０－２Ｐａ）に設定して成膜室２ａの内部を全体的に減圧する。なお、この時点で駆動部５ｃを駆動して基板ホルダ５の所定の回転速度で回転し始めてもよい。
　時間の経過とともに成膜室２ａの内部は、常圧から減圧されるが、第１排気装置３の近傍に設けられた蒸着機構６と、第１イオン源１０Ａとを含む第２領域Ｂの雰囲気圧力は、成膜室２ａの内部の一般領域に比べて特に低圧となる。これに対して、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む第１領域Ａには、ガス供給源９からのガスがノズル８を介して導入されるので、第１領域Ａの雰囲気圧力は、成膜室２ａの内部の一般領域に比べて高圧となる。
　これら第１排気装置３と、ノズル８及びガス供給源９との作用により、好ましくは、第２領域Ｂの雰囲気圧力が５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）、第１領域Ａの雰囲気圧力が５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）になったら、蒸着機構６の電子銃６ｂを作動して坩堝６ａに充填された蒸着材料を加熱蒸発させるとともにシャッタ６ｃを開いて、蒸発した蒸着材料を基板Ｓに付着させる。また、第１イオン源１０Ａは、蒸着機構６の作動と同時、あるいは蒸着機構６の作動よりも先あるいは後に動作を開始し、基板Ｓに向けてイオンを照射する。第１イオン源１０Ａは、動作圧力が５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）とされたカウフマン型イオン源であるため、第２領域Ｂの雰囲気圧力内で適正に動作する。第１イオン源１０Ａから照射されたイオンは、蒸着機構６により蒸発されて浮遊している蒸着材料を加速させて基板Ｓに押し付ける。これにより、基板Ｓの表面に形成される薄膜は、密着性、緻密性及び機械的強度が高くなる。
　図９は、第１領域Ａ及び第２領域Ｂの雰囲気圧並びに第１排気装置３の設定圧力を示すグラフであり、縦軸は圧力の対数を示す。同図に示すように、蒸着機構６を含む第２領域Ｂを５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）にするのは、これより雰囲気圧力が高いと蒸着材料が蒸発しないからである。一方、基板Ｓを含む第１領域Ａを５．０Ｅ－２Ｐａ以上（５．０×１０－２Ｐａ以上）にするのは、これより雰囲気圧力が低いと低屈折率の薄膜が得られないからであり、１．０Ｅ＋２Ｐａ以下（１．０×１０２Ｐａ以下）にするのは、これより雰囲気圧力が高いと蒸着材料が基板Ｓに届かず成膜できないからである。本実施形態では、蒸着機構６を含む第２領域Ｂが５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）、基板Ｓを含む第１領域Ａが、５．０Ｅｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）になればよいので、第１排気装置３の設定圧力と、ノズル８及びガス供給源９からのガス供給量は特に限定されない。
　以上のとおり、本実施形態の成膜装置１及びこれを用いた成膜方法によれば、蒸着機構６を含む第２領域Ｂの雰囲気圧力を蒸着が可能な圧力（好ましくは上限に近い範囲の圧力）に設定する一方で、基板Ｓを含む第１領域Ａの雰囲気圧力は相対的に高圧にするので、真空蒸着法により低屈折率の薄膜を得ることができる。また、第２領域Ｂ内で動作可能な第１イオン源１０Ａを用いてイオンアシストを行うので、イオンアシストを行わない場合よりも低屈折率の薄膜の機械的強度を高めることができる。
　なお、第１イオン源１０Ａの上方に、基板Ｓに対するイオンの照射を遮るシャッタや、イオンの指向性を調整するための調整板などを設置してもよい。また、第１イオン源１０Ａから照射された正イオンにより帯電した基板Ｓを電気的に中和するために、基板Ｓに向けて負の電子を照射するニュートラライザを成膜室２ａ内に設置してもよい。さらに、第１イオン源１０Ａは、カウフマン型に限定されるものではなく、動作圧力が第２領域Ｂの雰囲気圧力である５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）であれば、他の形式のイオン源を用いてもよい。
　なお、上記基板Ｓが、本発明の被蒸着物に相当し、ノズル８及びガス供給源９が、本発明の第１雰囲気圧力設定手段、増圧手段、圧力調整手段に相当し、上記第１排気装置３が、本発明の第２雰囲気圧力設定手段に相当し、第１イオン源１０Ａが、本発明の第１イオン源に相当する。
《第２実施形態》
　図２は、本発明に係る成膜装置１の第２実施形態を示す概略縦断面である。本実施形態の成膜装置１は、実質的に密閉空間となる成膜室２ａを構成する筐体２と、成膜室２ａの内部全体を減圧するための第１排気装置３と、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む第１領域Ａに所定のガスを導入するノズル８及びガス供給源９と、イオンアシスト用の第２イオン源１０Ｂと、を備える。
　本実施形態の成膜装置１は、上述した第１実施形態と同様、上面（天井面）、下面（底面）及び複数の側面を有する箱形、又は上面（天井面）、下面（底面）、曲面状の側面を有する筒形で構成された筐体２を有し、当該筐体２の内部が、実質的に密閉空間としての成膜室２ａを構成する。図２に示す成膜装置１の姿勢において、筐体２の上側の面を上面、下側の面を下面、横側の面を側面と便宜的に称するが、これは単に筐体２と、当該筐体２に設けられる第１排気装置３、基板ホルダ５及び蒸着機構６との相対的な位置関係を説明するための便宜的な定義であり、実際に設置された成膜装置１の姿勢を絶対的に定義するものではない。
　たとえば、図２に示す実施形態の成膜装置１は、基板ホルダ５と蒸着機構６とを上下方向（鉛直方向）に配置しているが、本発明の成膜方法及び成膜装置はこの配置に何ら限定されず、基板ホルダ５と蒸着機構６とを左右方向（水平方向）や斜め方向に配置してもよい。また、図２に示す実施形態の成膜装置１は、基板ホルダ５と蒸着機構６とを上下方向（鉛直方向）に配置したため、そのレイアウトの関係で、第１排気装置３を筐体２の下面に配置したが、本発明の成膜方法及び成膜装置はこの配置に何ら限定されず、第１排気装置３は適宜箇所に配置することができる。
　第１排気装置３は、図２に示すように、筐体２の下面に、すなわち蒸着機構６の近傍に、ゲートバルブ３ａを介して設けられている。ゲートバルブ３ａは、第１排気装置３と成膜室２ａとを開閉する気密バルブであり、成膜室２ａの内部を減圧する場合にはゲートバルブ３ａを開き、被蒸着物である基板Ｓを成膜室２ａに投入する場合や、成膜を終えた基板Ｓを成膜室２ａから取り出する場合など、それ以外の場合はゲートバルブ３ａを閉じる。第１排気装置３には、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）、定圧ポンプ（ＣＰ）又は拡散ポンプ（ＤＰ）等が用いられ、成膜室２ａの内部を１．０Ｅ
－２Ｐａ以下（１．０×１０－２Ｐａ以下）まで減圧できる定格能力を有する。
　成膜室２ａの内部には、板状の基板ホルダ５が回転軸５ｂにより懸架され、回転軸５ｂは筐体２の上面に回転可能に支持されている。そして、基板ホルダ５は、駆動部５ｃにより回転する回転軸５ｂを中心に回転可能とされている。基板ホルダ５の基板保持面５ａには、蒸着材料の蒸着対象となる基板（被蒸着物）Ｓが保持される。なお、基板ホルダ５に保持する基板Ｓの数量は何ら限定されず、１枚であっても複数枚であってもよい。また、駆動部５ｃを省略して非回転の基板ホルダ５としてもよい。図２に示す第２実施形態では、基板ホルダ５の基板保持面５ａに複数の基板Ｓが保持可能とされ、蒸着機構６の直上に複数の基板Ｓが位置するように基板ホルダ５が設けられている。
　成膜室２ａの内部の下面近傍には、蒸着機構６が設けられている。本実施形態の蒸着機構６は、電子ビーム蒸着源からなり、蒸着材料を充填する坩堝６ａと、坩堝６ａに充填された蒸着材料に電子ビームを照射する電子銃６ｂとを備える。また、坩堝６ａの上方には、当該坩堝６ａの上部開口を開閉するシャッタ６ｃが移動可能に設けられている。基板ホルダ５に保持された基板Ｓに対して成膜処理を行う場合には、電子銃６ｂを作動して坩堝６ａに充填された蒸着材料を加熱蒸発させるとともにシャッタ６ｃを開いて、蒸発した蒸着材料を基板Ｓに付着させる。なお、図２に示す符号６ｄは、マイスナトラップの冷却管コイルであって、成膜室２ａの内部を真空排気したときに、基板Ｓから放出される水分を効率的に除去するものである。本実施形態の成膜装置１にて用いられる蒸着材料としては、特に限定はされないが、ＳｉＯ２，ＭｇＦ２，Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，Ｎｂ２Ｏ５又はＨｆＯ２、などを用いることができる。
　なお、蒸着機構６の蒸発源として、電子銃（電子ビーム加熱）の代わりに、抵抗加熱を用いてもよい。抵抗加熱は、発熱体の両端に電圧をかけ、流れる電流によるジュール熱で加熱する方法である。発熱体として用いられるのは、タングステン、タンタル、モリブデンなどの高融点金属や、カーボン、窒化ホウ素・ホウ化チタン混合焼結体などである。発熱体は蒸発物質に応じて、適した形状に加工して用いてもよいし、耐熱性の坩堝を併用してもよい。
　本実施形態の成膜装置１では、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む第１領域Ａに、所定のガスを導入するノズル８及びガス供給源９を備える。ガス供給源９は、成膜室２ａの内部の雰囲気ガス、たとえば不活性ガスなどを供給するための供給源である。図２には、１つのノズル８及びガス供給源９を示しているが、１つ又は複数のガス供給源９に複数のノズル８を接続し、当該複数のノズル８から第１領域Ａに向かって所定のガスを吹き付けるようにしてもよい。
　成膜室２ａの内部には、蒸着機構６と基板ホルダ５との間、より詳しくは、蒸着機構６の上方で基板ホルダ５の下方の位置である第１領域Ａに、第２イオン源１０Ｂが設置されている。第２イオン源１０Ｂは、蒸着機構６による基板Ｓの成膜処理を、イオンによって補助するイオンアシスト用のイオン源である。本実施形態では、第２イオン源１０Ｂとして、ホール効果を利用してイオンを照射するエンドホール型イオン源を用いている。エンドホール型イオン源は、５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）の雰囲気圧力内で動作可能である。
　エンドホール型の第２イオン源１０Ｂは、詳しくは図示しないが、底面側が閉塞され、上面側が開口された円筒形状の筐体と、筐体内の底面側に配された磁石と、磁石の上方に配された円板状のアノードと、アノードの上方に配されたカソードとを備える。アノードには、上面の開口が下面よりも大きくされた円錐形状のプラズマ生成部が貫通するように設けられている。筐体内には、反応性ガス（Ｏ２等）又は不活性ガス（Ａｒ等）が供給され、供給されたガスは、筐体内を通過してアノードのプラズマ生成部に導入される。この状態でアノードとカソードとの間に電圧を印可すると、カソードからアノードに向けて電子が供給され、電子とガスとの衝突によってプラズマ生成部内でプラズマが生成される。また、カソードから供給された電子は、磁石の磁界によって軌道が曲げられて移動距離が増大するので、ガスとの衝突断面積が増えてプラズマが高密度化される。プラズマに含まれるイオンは、カソードによって引き出され、加速されて基板Ｓに照射される。
　次に作用を説明する。
　本実施形態の成膜装置１及びこれを用いた成膜方法は、基板ホルダ５の基板保持面５ａに基板Ｓを装着し、筐体２を密閉したのち、ゲートバルブ３ａを開いて第１排気装置３を作動し、当該第１排気装置３の設定値をたとえば１．０Ｅ－２Ｐａ（１．０×１０－２Ｐａ）に設定して成膜室２ａの内部を全体的に減圧する。なお、この時点で駆動部５ｃを駆動して基板ホルダ５の所定の回転速度で回転し始めてもよい。
　時間の経過とともに成膜室２ａの内部は、常圧から減圧されるが、第１排気装置３の近傍に設けられた蒸着機構６を含む第２領域Ｂの雰囲気圧力は、成膜室２ａの内部の一般領域に比べて特に低圧となる。これに対して、基板ホルダ５に保持された基板Ｓと、第２イオン源１０Ｂとを含む第１領域Ａには、ガス供給源９からのガスがノズル８を介して導入されるので、第１領域Ａの雰囲気圧力は、成膜室２ａの内部の一般領域に比べて高圧となる。
　これら第１排気装置３と、ノズル８及びガス供給源９との作用により、好ましくは、第２領域Ｂの雰囲気圧力が５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）、第１領域Ａの雰囲気圧力が５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）になったら、蒸着機構６の電子銃６ｂを作動して坩堝６ａに充填された蒸着材料を加熱蒸発させるとともにシャッタ６ｃを開いて、蒸発した蒸着材料を基板Ｓに付着させる。また、第２イオン源１０Ｂは、蒸着機構６の作動と同時、あるいは蒸着機構６の作動よりも先あるいは後に動作を開始し、基板Ｓに向けてイオンを照射する。第２イオン源１０Ｂは、動作圧力が５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）とされたエンドホール型イオン源であるため、第１領域Ａの雰囲気圧力内で適正に動作する。第２イオン源１０Ｂから照射されたイオンは、蒸着機構６により蒸発されて浮遊している蒸着材料を加速させて基板Ｓに押し付ける。これにより、基板Ｓの表面に形成される薄膜は、密着性、緻密性及び機械的強度が高くなる。
　図９は、第１領域Ａ及び第２領域Ｂの雰囲気圧並びに第１排気装置３の設定圧力を示すグラフであり、縦軸は圧力の対数を示す。同図に示すように、蒸着機構６を含む第２領域Ｂを５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）にするのは、これより雰囲気圧力が高いと蒸着材料が蒸発しないからである。一方、基板Ｓを含む第１領域Ａを５．０Ｅ－２Ｐａ以上（５．０×１０－２Ｐａ以上）にするのは、これより雰囲気圧力が低いと低屈折率の薄膜が得られないからであり、１．０Ｅ＋２Ｐａ以下（１．０×１０２Ｐａ以下）にするのは、これより雰囲気圧力が高いと蒸着材料が基板Ｓに届かず成膜できないからである。本実施形態では、蒸着機構６を含む第２領域Ｂが５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）、基板Ｓを含む第１領域Ａが、５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）になればよいので、第１排気装置３の設定圧力と、ノズル８及びガス供給源９からのガス供給量は特に限定されない。
　以上のとおり、本実施形態の成膜装置１及びこれを用いた成膜方法によれば、蒸着機構６を含む第２領域Ｂの雰囲気圧力を蒸着が可能な圧力（好ましくは上限に近い範囲の圧力）に設定する一方で、基板Ｓを含む第１領域Ａの雰囲気圧力は相対的に高圧にするので、真空蒸着法により低屈折率の薄膜を得ることができる。また、第１領域Ａ内で動作可能な第２イオン源１０Ｂを用いてイオンアシストを行うので、イオンアシストを行わない場合よりも低屈折率の薄膜の機械的強度を高めることができる。特に、この第２実施形態では、基板Ｓと第２イオン源１０Ｂとの距離が第１実施形態よりも近くなるので、イオンの移動距離の長さによるエネルギ低下を小さくすることができる。したがって、第１実施形態よりも高いエネルギでイオンを基板Ｓに照射することができるので、より機械的強度の高い薄膜を生成することができる。
　なお、第２イオン源１０Ｂの上方に、基板Ｓに対するイオンの照射を遮るシャッタや、イオンの指向性を調整するための調整板などを設置してもよい。また、第２イオン源１０Ｂから照射された正イオンによって帯電した基板Ｓを電気的に中和するために、基板Ｓに向けて負の電子を照射するニュートラライザを成膜室２ａ内に設置してもよい。さらに、第２イオン源１０Ｂは、エンドホール型に限定されるものではなく、動作圧力が第１領域Ａの雰囲気圧力である５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）の範囲内であれば、他の形式のイオン源を用いてもよい。
　なお、上記基板Ｓが、本発明の被蒸着物に相当し、ノズル８及びガス供給源９が、本発明の第１雰囲気圧力設定手段、増圧手段、圧力調整手段に相当し、上記第１排気装置３が、本発明の第２雰囲気圧力設定手段に相当し、第２イオン源１０Ｂが、本発明の第２イオン源に相当する。
《第３実施形態》
　図３は、本発明に係る成膜装置１の第３実施形態を示す概略縦断面である。本実施形態の成膜装置１は、実質的に密閉空間となる成膜室２ａを構成する筐体２と、成膜室２ａの内部全体を減圧するための第１排気装置３と、第１排気装置３による成膜室２ａの一部の排気を遮る遮蔽部材７と、イオンアシスト用の第２イオン源１０Ｂと、を備える。
　本実施形態の成膜装置１は、上述した第１実施形態及び第２実施形態と同様、上面（天井面）、下面（底面）及び複数の側面を有する箱形、又は上面（天井面）、下面（底面）、曲面状の側面を有する筒形で構成された筐体２を有し、当該筐体２の内部が、実質的に密閉空間としての成膜室２ａを構成する。図３に示す成膜装置１の姿勢において、筐体２の上側の面を上面、下側の面を下面、横側の面を側面と便宜的に称するが、これは単に筐体２と、当該筐体２に設けられる第１排気装置３、基板ホルダ５及び蒸着機構６との相対的な位置関係を説明するための便宜的な定義であり、実際に設置された成膜装置１の姿勢を絶対的に定義するものではない。
　たとえば、図３に示す実施形態の成膜装置１は、基板ホルダ５と蒸着機構６とを上下方向（鉛直方向）に配置しているが、本発明の成膜方法及び成膜装置はこの配置に何ら限定されず、基板ホルダ５と蒸着機構６とを左右方向（水平方向）や斜め方向に配置してもよい。また、図３に示す実施形態の成膜装置１は、基板ホルダ５と蒸着機構６とを上下方向（鉛直方向）に配置したため、そのレイアウトの関係で、第１排気装置３を筐体２の下面に配置したが、本発明の成膜方法及び成膜装置はこの配置に何ら限定されず、第１排気装置３は適宜箇所に配置することができる。
　第１排気装置３は、図３に示すように、筐体２の下面に、すなわち蒸着機構６の近傍に、ゲートバルブ３ａを介して設けられている。ゲートバルブ３ａは、第１排気装置３と成膜室２ａとを開閉する気密バルブであり、成膜室２ａの内部を減圧する場合にはゲートバルブ３ａを開き、被蒸着物である基板Ｓを成膜室２ａに投入する場合や、成膜を終えた基板Ｓを成膜室２ａから取り出する場合など、それ以外の場合はゲートバルブ３ａを閉じる。第１排気装置３には、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）、定圧ポンプ（ＣＰ）又は拡散ポンプ（ＤＰ）等が用いられ、成膜室２ａの内部を１．０Ｅ－２Ｐａ以下（１．０×１０－２Ｐａ以下）まで減圧できる定格能力を有する。
　成膜室２ａの内部には、板状の基板ホルダ５が回転軸５ｂにより懸架され、回転軸５ｂは筐体２の上面に回転可能に支持されている。そして、基板ホルダ５は、駆動部５ｃにより回転する回転軸５ｂを中心に回転可能とされている。基板ホルダ５の基板保持面５ａには、蒸着材料の蒸着対象となる基板（被蒸着物）Ｓが保持される。なお、基板ホルダ５に保持する基板Ｓの数量は何ら限定されず、１枚であっても複数枚であってもよい。また、駆動部５ｃを省略して非回転の基板ホルダ５としてもよい。図３に示す第３実施形態では、基板ホルダ５の基板保持面５ａに複数の基板Ｓが保持可能とされ、蒸着機構６の直上に複数の基板Ｓが位置するように基板ホルダ５が設けられている。
　成膜室２ａの内部の下面近傍には、蒸着機構６が設けられている。本実施形態の蒸着機構６は、電子ビーム蒸着源からなり、蒸着材料を充填する坩堝６ａと、坩堝６ａに充填された蒸着材料に電子ビームを照射する電子銃６ｂとを備える。また、坩堝６ａの上方には、当該坩堝６ａの上部開口を開閉するシャッタ６ｃが移動可能に設けられている。基板ホルダ５に保持された基板Ｓに対して成膜処理を行う場合には、電子銃６ｂを作動して坩堝６ａに充填された蒸着材料を加熱蒸発させるとともにシャッタ６ｃを開いて、蒸発した蒸着材料を基板Ｓに付着させる。なお、図３に示す符号６ｄは、マイスナトラップの冷却管コイルであって、成膜室２ａの内部を真空排気したときに、基板Ｓから放出される水分を効率的に除去するものである。本実施形態の成膜装置１にて用いられる蒸着材料としては、特に限定はされないが、ＳｉＯ２，ＭｇＦ２，Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，Ｎｂ２Ｏ５又はＨｆＯ２、などを用いることができる。
　なお、蒸着機構６の蒸発源として、電子銃（電子ビーム加熱）の代わりに、抵抗加熱を用いてもよい。抵抗加熱は、発熱体の両端に電圧をかけ、流れる電流によるジュール熱で加熱する方法である。発熱体として用いられるのは、タングステン、タンタル、モリブデンなどの高融点金属や、カーボン、窒化ホウ素・ホウ化チタン混合焼結体などである。発熱体は蒸発物質に応じて、適した形状に加工して用いてもよいし、耐熱性の坩堝を併用してもよい。
　本実施形態の成膜装置１では、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む第１領域Ａと、蒸着機構６を含む第２領域Ｂとの間に、遮蔽部材７が固定されている。本実施形態の遮蔽部材７は、中央が円形、楕円形又は矩形などに開口した円盤状平板で構成され、第１排気装置３による成膜室２ａの一部の排気を遮る機能を司る。すなわち、図３に示すように、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む領域を第１領域Ａとしたときに、第１排気装置３により成膜室２ａの内部の気体が排気される際に当該第１領域Ａのガスの排気を部分的に遮蔽することで、第１領域Ａの減圧効果を低減する。
　成膜室２ａの内部には、遮蔽部材７の上方の第１領域Ａ内に第２イオン源１０Ｂが設置されている。第２イオン源１０Ｂは、蒸着機構６による基板Ｓの成膜処理を、イオンによって補助するイオンアシスト用のイオン源である。本実施形態では、第２イオン源１０Ｂとして、ホール効果を利用してイオンを照射するエンドホール型イオン源を用いている。エンドホール型イオン源は、５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）の雰囲気圧力内で動作可能である。
　エンドホール型の第２イオン源１０Ｂは、詳しくは図示しないが、底面側が閉塞され、上面側が開口された円筒形状の筐体と、筐体内の底面側に配された磁石と、磁石の上方に配された円板状のアノードと、アノードの上方に配されたカソードとを備える。アノードには、上面の開口が下面よりも大きくされた円錐形状のプラズマ生成部が貫通するように設けられている。筐体内には、反応性ガス（Ｏ２等）又は不活性ガス（Ａｒ等）が供給され、供給されたガスは、筐体内を通過してアノードのプラズマ生成部に導入される。この状態でアノードとカソードとの間に電圧を印可すると、カソードからアノードに向けて電子が供給され、電子とガスとの衝突によってプラズマ生成部内でプラズマが生成される。また、カソードから供給された電子は、磁石の磁界によって軌道が曲げられて移動距離が増大するので、ガスとの衝突断面積が増えてプラズマが高密度化される。プラズマに含まれるイオンは、カソードによって引き出され、加速されて基板Ｓに照射される。
　次に作用を説明する。
　本実施形態の成膜装置１及びこれを用いた成膜方法は、基板ホルダ５の基板保持面５ａに基板Ｓを装着し、筐体２を密閉したのち、ゲートバルブ３ａを開いて第１排気装置３を作動し、当該第１排気装置３の設定値をたとえば１．０Ｅ－２Ｐａ（１．０×１０－２Ｐａ）に設定して成膜室２ａの内部を全体的に減圧する。なお、この時点で駆動部５ｃを駆動して基板ホルダ５の所定の回転速度で回転し始めてもよい。
　時間の経過とともに成膜室２ａの内部は、常圧から減圧されるが、第１排気装置３の近傍に設けられた蒸着機構６を含む第２領域Ｂの雰囲気圧力は、成膜室２ａの内部の一般領域に比べて特に低圧となる。これに対して、基板ホルダ５に保持された基板Ｓと、第２イオン源１０Ｂとを含む第１領域Ａは、遮蔽部材７により第１排気装置３による全体的な排気の一部が遮られるので、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む第１領域Ａの雰囲気圧力は、成膜室２ａの内部の一般領域に比べて高圧となる。
　これら第１排気装置３と遮蔽部材７との作用により、好ましくは、第２領域Ｂの雰囲気圧力が５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）、第１領域Ａの雰囲気圧力が５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）になったら、蒸着機構６の電子銃６ｂを作動して坩堝６ａに充填された蒸着材料を加熱蒸発させるとともにシャッタ６ｃを開いて、蒸発した蒸着材料を基板Ｓに付着させる。また、第２イオン源１０Ｂは、蒸着機構６の作動と同時、あるいは蒸着機構６の作動よりも先あるいは後に動作を開始し、基板Ｓに向けてイオンを照射する。第２イオン源１０Ｂは、動作圧力が５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）とされたエンドホール型イオン源であるため、第２領域Ｂの雰囲気圧力内で適正に動作する。第２イオン源１０Ｂから照射されたイオンは、蒸着機構６により蒸発されて浮遊している蒸着材料を加速させて基板Ｓに押し付ける。これにより、基板Ｓの表面に形成される薄膜は、密着性、緻密性及び機械的強度が高くなる。
　図９は、第１領域Ａ及び第２領域Ｂの雰囲気圧並びに第１排気装置３の設定圧力を示すグラフであり、縦軸は圧力の対数を示す。同図に示すように、蒸着機構６を含む第２領域Ｂを５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）にするのは、これより雰囲気圧力が高いと蒸着材料が蒸発しないからである。一方、基板Ｓを含む第１領域Ａを５．０Ｅ－２Ｐａ以上（５．０×１０－２Ｐａ以上）にするのは、これより雰囲気圧力が低いと低屈折率の薄膜が得られないからであり、１．０Ｅ＋２Ｐａ以下（１．０×１０２Ｐａ以下）にするのは、これより雰囲気圧力が高いと蒸着材料が基板Ｓに届かず成膜できないからである。本実施形態では、蒸着機構６を含む第２領域Ｂが５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）、基板Ｓを含む第１領域Ａが、５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）になればよいので、第１排気装置３の設定圧力と、遮蔽部材７の構造（たとえば開口の形状や面積）は特に限定されない。
　以上のとおり、本実施形態の成膜装置１及びこれを用いた成膜方法によれば、蒸着機構６を含む第２領域Ｂの雰囲気圧力を蒸着が可能な圧力（好ましくは上限に近い範囲の圧力）に設定する一方で、基板Ｓを含む第１領域Ａの雰囲気圧力は相対的に高圧にするので、真空蒸着法により低屈折率の薄膜を得ることができる。特に、この第３実施形態では、基板Ｓと第２イオン源１０Ｂとの距離が第１実施形態よりも近くなるので、イオンの移動距離の長さによるエネルギ低下を小さくすることができる。したがって、第１実施形態よりも高いエネルギでイオンを基板Ｓに照射することができるので、より機械的強度の高い薄膜を生成することができる。
　なお、第２イオン源１０Ｂの上方に、基板Ｓに対するイオンの照射を遮るシャッタや、イオンの指向性を調整するための調整板などを設置してもよい。また、第２イオン源１０Ｂから照射された正イオンによって帯電した基板Ｓを電気的に中和するために、基板Ｓに向けて負の電子を照射するニュートラライザを成膜室２ａ内に設置してもよい。さらに、第２イオン源１０Ｂは、エンドホール型に限定されるものではなく、動作圧力が第１領域Ａの雰囲気圧力である５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）の範囲内であれば、他の形式のイオン源を用いてもよい。
　なお、上記基板Ｓが、本発明の被蒸着物に相当し、遮蔽部材７が、本発明の第１雰囲気圧力設定手段、増圧手段、圧力調整手段に相当し、上記第１排気装置３が、本発明の第２雰囲気圧力設定手段に相当し、第２イオン源１０Ｂが、本発明の第２イオン源に相当する。
《第４実施形態》
　図４は、本発明に係る成膜装置１の第４実施形態を示す概略縦断面である。本実施形態の成膜装置１は、上述した第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせた実施形態であり、実質的に密閉空間となる成膜室２ａを構成する筐体２と、成膜室２ａの内部全体を減圧するための第１排気装置３と、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む第１領域Ａに所定のガスを導入するノズル８及びガス供給源９と、第１排気装置３による成膜室２ａの一部の排気を遮る遮蔽部材７と、イオンアシスト用の第２イオン源１０Ｂと、を備える。
　本実施形態の成膜装置１は、上述した第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態と同様、上面（天井面）、下面（底面）及び複数の側面を有する箱形、又は上面（天井面）、下面（底面）、曲面状の側面を有する筒形で構成された筐体２を有し、当該筐体２の内部が、実質的に密閉空間としての成膜室２ａを構成する。図４に示す成膜装置１の姿勢において、筐体２の上側の面を上面、下側の面を下面、横側の面を側面と便宜的に称するが、これは単に筐体２と、当該筐体２に設けられる第１排気装置３、基板ホルダ５及び蒸着機構６との相対的な位置関係を説明するための便宜的な定義であり、実際に設置された成膜装置１の姿勢を絶対的に定義するものではない。
　たとえば、図４に示す実施形態の成膜装置１は、基板ホルダ５と蒸着機構６とを上下方向（鉛直方向）に配置しているが、本発明の成膜方法及び成膜装置はこの配置に何ら限定されず、基板ホルダ５と蒸着機構６とを左右方向（水平方向）や斜め方向に配置してもよい。また、図４に示す実施形態の成膜装置１は、基板ホルダ５と蒸着機構６とを上下方向（鉛直方向）に配置したため、そのレイアウトの関係で、第１排気装置３を筐体２の下面に配置したが、本発明の成膜方法及び成膜装置はこの配置に何ら限定されず、第１排気装置３は適宜箇所に配置することができる。
　第１排気装置３は、図４に示すように、筐体２の下面に、すなわち蒸着機構６の近傍に、ゲートバルブ３ａを介して設けられている。ゲートバルブ３ａは、第１排気装置３と成膜室２ａとを開閉する気密バルブであり、成膜室２ａの内部を減圧する場合にはゲートバルブ３ａを開き、被蒸着物である基板Ｓを成膜室２ａに投入する場合や、成膜を終えた基板Ｓを成膜室２ａから取り出する場合など、それ以外の場合はゲートバルブ３ａを閉じる。第１排気装置３には、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）、定圧ポンプ（ＣＰ）又は拡散ポンプ（ＤＰ）等が用いられ、成膜室２ａの内部を１．０Ｅ－２Ｐａ以下（１．０×１０－２Ｐａ以下）まで減圧できる定格能力を有する。
　成膜室２ａの内部には、板状の基板ホルダ５が回転軸５ｂにより懸架され、回転軸５ｂは筐体２の上面に回転可能に支持されている。そして、基板ホルダ５は、駆動部５ｃにより回転する回転軸５ｂを中心に回転可能とされている。基板ホルダ５の基板保持面５ａには、蒸着材料の蒸着対象となる基板（被蒸着物）Ｓが保持される。なお、基板ホルダ５に保持する基板Ｓの数量は何ら限定されず、１枚であっても複数枚であってもよい。また、駆動部５ｃを省略して非回転の基板ホルダ５としてもよい。図４に示す第４実施形態では、基板ホルダ５の基板保持面５ａに複数の基板Ｓが保持可能とされ、蒸着機構６の直上に複数の基板Ｓが位置するように基板ホルダ５が設けられている。
　成膜室２ａの内部の下面近傍には、蒸着機構６が設けられている。本実施形態の蒸着機構６は、電子ビーム蒸着源からなり、蒸着材料を充填する坩堝６ａと、坩堝６ａに充填された蒸着材料に電子ビームを照射する電子銃６ｂとを備える。また、坩堝６ａの上方には、当該坩堝６ａの上部開口を開閉するシャッタ６ｃが移動可能に設けられている。基板ホルダ５に保持された基板Ｓに対して成膜処理を行う場合には、電子銃６ｂを作動して坩堝６ａに充填された蒸着材料を加熱蒸発させるとともにシャッタ６ｃを開いて、蒸発した蒸着材料を基板Ｓに付着させる。なお、図４に示す符号６ｄは、マイスナトラップの冷却管コイルであって、成膜室２ａの内部を真空排気したときに、基板Ｓから放出される水分を効率的に除去するものである。本実施形態の成膜装置１にて用いられる蒸着材料としては、特に限定はされないが、ＳｉＯ２，ＭｇＦ２，Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，Ｎｂ２Ｏ５又はＨｆＯ２、などを用いることができる。
　なお、蒸着機構６の蒸発源としては、電子銃（電子ビーム加熱）の代わりに、抵抗加熱を用いてもよい。抵抗加熱は、発熱体の両端に電圧をかけ、流れる電流によるジュール熱で加熱する方法である。発熱体として用いられるのは、タングステン、タンタル、モリブデンなどの高融点金属や、カーボン、窒化ホウ素・ホウ化チタン混合焼結体などである。発熱体は蒸発物質に応じて、適した形状に加工して用いてもよいし、耐熱性の坩堝を併用してもよい。
　本実施形態の成膜装置１では、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む第１領域Ａに、所定のガスを導入するノズル８及びガス供給源９を備える。ガス供給源９は、成膜室２ａの内部の雰囲気ガス、たとえば不活性ガスなどを供給するための供給源である。図４には、１つのノズル８及びガス供給源９を示しているが、１つ又は複数のガス供給源９に複数のノズル８を接続し、当該複数のノズル８から第１領域Ａに向かって所定のガスを吹き付けるようにしてもよい。
　また本実施形態の成膜装置１では、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む第１領域Ａと、蒸着機構６を含む第２領域Ｂとの間に、遮蔽部材７が固定されている。本実施形態の遮蔽部材７は、中央が円形、楕円形又は矩形などに開口した円盤状平板で構成され、第１排気装置３による成膜室２ａの一部の排気を遮る機能を司る。すなわち、図４に示すように、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む領域を第１領域Ａとしたときに、第１排気装置３により成膜室２ａの内部の気体が排気される際に当該第１領域Ａのガスの排気を部分的に遮蔽することで、第１領域Ａの減圧効果を低減する。
　成膜室２ａの内部には、遮蔽部材７の上方の第１領域Ａ内に第２イオン源１０Ｂが設置されている。第２イオン源１０Ｂは、蒸着機構６による基板Ｓの成膜処理を、イオンによって補助するイオンアシスト用のイオン源である。本実施形態では、第２イオン源１０Ｂとして、ホール効果を利用してイオンを照射するエンドホール型イオン源を用いている。エンドホール型イオン源は、５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）の雰囲気圧力内で動作可能である。
　エンドホール型の第２イオン源１０Ｂは、詳しくは図示しないが、底面側が閉塞され、上面側が開口された円筒形状の筐体と、筐体内の底面側に配された磁石と、磁石の上方に配された円板状のアノードと、アノードの上方に配されたカソードとを備える。アノードには、上面の開口が下面よりも大きくされた円錐形状のプラズマ生成部が貫通するように設けられている。筐体内には、反応性ガス（Ｏ２等）又は不活性ガス（Ａｒ等）が供給され、供給されたガスは、筐体内を通過してアノードのプラズマ生成部に導入される。この状態でアノードとカソードとの間に電圧を印可すると、カソードからアノードに向けて電子が供給され、電子とガスとの衝突によってプラズマ生成部内でプラズマが生成される。また、カソードから供給された電子は、磁石の磁界によって軌道が曲げられて移動距離が増大するので、ガスとの衝突断面積が増えてプラズマが高密度化される。プラズマに含まれるイオンは、カソードによって引き出され、加速されて基板Ｓに照射される。
　次に作用を説明する。
　本実施形態の成膜装置１及びこれを用いた成膜方法は、基板ホルダ５の基板保持面５ａに基板Ｓを装着し、筐体２を密閉したのち、ゲートバルブ３ａを開いて第１排気装置３を作動し、当該第１排気装置３の設定値をたとえば１．０Ｅ－２Ｐａ（１．０×１０－２Ｐａ）に設定して成膜室２ａの内部を全体的に減圧する。なお、この時点で駆動部５ｃを駆動して基板ホルダ５の所定の回転速度で回転し始めてもよい。
　時間の経過とともに成膜室２ａの内部は、常圧から減圧されるが、第１排気装置３の近傍に設けられた蒸着機構６を含む第２領域Ｂの雰囲気圧力は、成膜室２ａの内部の一般領域に比べて特に低圧となる。これに対して、基板ホルダ５に保持された基板Ｓと、第２イオン源１０Ｂとを含む第１領域Ａは、遮蔽部材７により第１排気装置３による全体的な排気の一部が遮られるのと同時に、ガス供給源９からのガスがノズル８を介して導入されるので、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む第１領域Ａの雰囲気圧力は、成膜室２ａの内部の一般領域に比べて高圧となる。
　これら第１排気装置３と遮蔽部材７との作用により、好ましくは、第２領域Ｂの雰囲気圧力が５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）、第１領域Ａの雰囲気圧力が５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）になったら、蒸着機構６の電子銃６ｂを作動して坩堝６ａに充填された蒸着材料を加熱蒸発させるとともにシャッタ６ｃを開いて、蒸発した蒸着材料を基板Ｓに付着させる。また、第２イオン源１０Ｂは、蒸着機構６の作動と同時、あるいは蒸着機構６の作動よりも先あるいは後に動作を開始し、基板Ｓに向けてイオンを照射する。第２イオン源１０Ｂは、動作圧力が５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）とされたエンドホール型イオン源であるため、第２領域Ｂの雰囲気圧力内で適切に動作する。第２イオン源１０Ｂから照射されたイオンは、蒸着機構６により蒸発されて浮遊している蒸着材料を加速させて基板Ｓに押し付ける。これにより、基板Ｓの表面に形成される薄膜は、密着性、緻密性及び機械的強度が高くなる。
　図９は、第１領域Ａ及び第２領域Ｂの雰囲気圧並びに第１排気装置３の設定圧力を示すグラフであり、縦軸は圧力の対数を示す。同図に示すように、蒸着機構６を含む第２領域Ｂを５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）にするのは、これより雰囲気圧力が高いと蒸着材料が蒸発しないからである。一方、基板Ｓを含む第１領域Ａを５．０Ｅ－２Ｐａ以上（５．０×１０－２Ｐａ以上）にするのは、これより雰囲気圧力が低いと低屈折率の薄膜が得られないからであり、１．０Ｅ＋２Ｐａ以下（１．０×１０２Ｐａ以下）にするのは、これより雰囲気圧力が高いと蒸着材料が基板Ｓに届かず成膜できないからである。本実施形態では、蒸着機構６を含む第２領域Ｂが０．０５Ｐａ以下、基板Ｓを含む第１領域Ａが、５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）になればよいので、第１排気装置３の設定圧力と、ノズル８及びガス供給源９からのガス供給量と、遮蔽部材７の構造（たとえば開口の形状や面積）は特に限定されない。
　以上のとおり、本実施形態の成膜装置１及びこれを用いた成膜方法によれば、蒸着機構６を含む第２領域Ｂの雰囲気圧力を蒸着が可能な圧力（好ましくは上限に近い範囲の圧力）に設定する一方で、基板Ｓを含む第１領域Ａの雰囲気圧力は相対的に高圧にするので、真空蒸着法により低屈折率の薄膜を得ることができる。特に、この第２実施形態では、基板Ｓと第２イオン源１０Ｂとの距離が第１実施形態よりも近くなるので、イオンの移動距離によるエネルギ低下を小さくすることができる。したがって、第１実施形態よりも高いエネルギでイオンを基板Ｓに照射することができるので、より機械的強度の高い薄膜を生成することができる。
　なお、第２イオン源１０Ｂの上方に、基板Ｓに対するイオンの照射を遮るシャッタや、イオンの指向性を調整するための調整板などを設置してもよい。また、第２イオン源１０Ｂから照射された正イオンによって帯電した基板Ｓを電気的に中和するために、基板Ｓに向けて負の電子を照射するニュートラライザを成膜室２ａ内に設置してもよい。さらに、第２イオン源１０Ｂは、エンドホール型に限定されるものではなく、動作圧力が第１領域Ａの雰囲気圧力である５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）の範囲内であれば、他の形式のイオン源を用いてもよい。
　なお、上記基板Ｓが、本発明の被蒸着物に相当し、遮蔽部材７並びにノズル８及びガス供給源９が、本発明の第１雰囲気圧力設定手段、増圧手段、圧力調整手段に相当し、上記第１排気装置３が、本発明の第２雰囲気圧力設定手段に相当し、第２イオン源１０Ｂが、本発明の第２イオン源に相当する。
《第５実施形態》
　図５は、本発明に係る成膜装置１の第５実施形態を示す概略縦断面である。本実施形態の成膜装置１は、実質的に密閉空間となる成膜室２ａを構成する筐体２と、成膜室２ａの内部全体を減圧するための第１排気装置３と、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む第１領域Ａに所定のガスを導入するノズル８及びガス供給源９と、イオンアシスト用の第１イオン源１０Ａと、を備える。上述した第１実施形態と異なる点は、第１排気装置３を筐体２の側面に設けたことにあり、その他の構成はほぼ同じである。
　本実施形態の成膜装置１は、上面（天井面）、下面（底面）及び複数の側面を有する箱形、又は上面（天井面）、下面（底面）、曲面状の側面を有する筒形で構成された筐体２を有し、当該筐体２の内部が、実質的に密閉空間としての成膜室２ａを構成する。図５に示す成膜装置１の姿勢において、筐体２の上側の面を上面、下側の面を下面、横側の面を側面と便宜的に称するが、これは単に筐体２と、当該筐体２に設けられる第１排気装置３、基板ホルダ５及び蒸着機構６との相対的な位置関係を説明するための便宜的な定義であり、実際に設置された成膜装置１の姿勢を絶対的に定義するものではない。
　たとえば、図５に示す実施形態の成膜装置１は、基板ホルダ５と蒸着機構６とを上下方向（鉛直方向）に配置しているが、本発明の成膜方法及び成膜装置はこの配置に何ら限定されず、基板ホルダ５と蒸着機構６とを左右方向（水平方向）や斜め方向に配置してもよい。また、図５に示す実施形態の成膜装置１は、基板ホルダ５と蒸着機構６とを上下方向（鉛直方向）に配置したため、そのレイアウトの関係で、第１排気装置３を筐体２の側面に配置したが、本発明の成膜方法及び成膜装置はこの配置に何ら限定されず、第１排気装置３は適宜箇所に配置することができる。
　第１排気装置３は、図５に示すように、筐体２の側面の比較的下側に、すなわち蒸着機構６の近傍に、ゲートバルブ３ａを介して設けられている。ゲートバルブ３ａは、第１排気装置３と成膜室２ａとを開閉する気密バルブであり、成膜室２ａの内部を減圧する場合にはゲートバルブ３ａを開き、被蒸着物である基板Ｓを成膜室２ａに投入する場合や、成膜を終えた基板Ｓを成膜室２ａから取り出する場合など、それ以外の場合はゲートバルブ３ａを閉じる。第１排気装置３には、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）、定圧ポンプ（ＣＰ）又は拡散ポンプ（ＤＰ）等が用いられ、成膜室２ａの内部を１．０Ｅ－２Ｐａ以下（１．０×１０－２Ｐａ以下）まで減圧できる定格能力を有する。
　成膜室２ａの内部には、板状の基板ホルダ５が回転軸５ｂにより懸架され、回転軸５ｂは筐体２の上面に回転可能に支持されている。そして、基板ホルダ５は、駆動部５ｃにより回転する回転軸５ｂを中心に回転可能とされている。基板ホルダ５の基板保持面５ａには、蒸着材料の蒸着対象となる基板（被蒸着物）Ｓが保持される。なお、基板ホルダ５に保持する基板Ｓの数量は何ら限定されず、１枚であっても複数枚であってもよい。また、駆動部５ｃを省略して非回転の基板ホルダ５としてもよい。図５に示す第５実施形態では、基板ホルダ５の基板保持面５ａに複数の基板Ｓが保持可能とされ、蒸着機構６の直上に複数の基板Ｓが位置するように基板ホルダ５が設けられている。
　成膜室２ａの内部の下面近傍には、蒸着機構６が設けられている。本実施形態の蒸着機構６は、電子ビーム蒸着源からなり、蒸着材料を充填する坩堝６ａと、坩堝６ａに充填された蒸着材料に電子ビームを照射する電子銃６ｂとを備える。また、坩堝６ａの上方には、当該坩堝６ａの上部開口を開閉するシャッタ６ｃが移動可能に設けられている。基板ホルダ５に保持された基板Ｓに対して成膜処理を行う場合には、電子銃６ｂを作動して坩堝６ａに充填された蒸着材料を加熱蒸発させるとともにシャッタ６ｃを開いて、蒸発した蒸着材料を基板Ｓに付着させる。なお、図５に示す符号６ｄは、マイスナトラップの冷却管コイルであって、成膜室２ａの内部を真空排気したときに、基板Ｓから放出される水分を効率的に除去するものである。本実施形態の成膜装置１にて用いられる蒸着材料としては、特に限定はされないが、ＳｉＯ２，ＭｇＦ２，Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，Ｎｂ２Ｏ５又はＨｆＯ２、などを用いることができる。
　なお、蒸着機構６の蒸発源としては、電子銃（電子ビーム加熱）の代わりに、抵抗加熱を用いてもよい。抵抗加熱は、発熱体の両端に電圧をかけ、流れる電流によるジュール熱で加熱する方法である。発熱体として用いられるのは、タングステン、タンタル、モリブデンなどの高融点金属や、カーボン、窒化ホウ素・ホウ化チタン混合焼結体などである。発熱体は蒸発物質に応じて、適した形状に加工して用いてもよいし、耐熱性の坩堝を併用してもよい。
　本実施形態の成膜装置１では、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む第１領域Ａに、所定のガスを導入するノズル８及びガス供給源９を備える。ガス供給源９は、成膜室２ａの内部の雰囲気ガス、たとえば不活性ガスなどを供給するための供給源である。図５には、１つのノズル８及びガス供給源９を示しているが、１つ又は複数のガス供給源９に複数のノズル８を接続し、当該複数のノズル８から第１領域Ａに向かって所定のガスを吹き付けるようにしてもよい。
　成膜室２ａの内部の下面近傍で、蒸着機構６の側方の第２領域Ｂには、第１イオン源１０Ａが設置されている。第１イオン源１０Ａは、蒸着機構６による基板Ｓの成膜処理を、イオンによって補助するイオンアシスト用のイオン源である。本実施形態では、第１イオン源１０Ａとして、例えば、プラズマからのイオンの引き出しに格子状の電極を利用するイオン源、いわゆるカウフマン型イオン源を用いている。カウフマン型イオン源の動作圧力は、５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）である。
　カウフマン型の第１イオン源１０Ａは、詳しくは図示しないが、筐体と、筐体内に配されたアノード及びフィラメントと、筐体外部に配された磁界発生用のマグネットと、筐体の開口部に配されて筐体と同電位に保たれたスクリーン電極と、スクリーン電極の外側に配されるスクリーン状の加速電極とを備える。筐体内に反応性ガス（Ｏ２等）又は不活性ガス（Ａｒ等）を供給し、アノードに正の電位を印可してフィラメントを加熱すると放電が発生し、放電により発生した電子とガスとの衝突により筐体内にプラズマが生成される。生成されたプラズマは、マグネットの磁界によって高密度化される。この状態で、加速電極に負の電位を印可すると、プラズマからイオンが引き出されてスクリーン電極を通過し、加速されて基板Ｓに照射される。
　次に作用を説明する。
　本実施形態の成膜装置１及びこれを用いた成膜方法は、基板ホルダ５の基板保持面５ａに基板Ｓを装着し、筐体２を密閉したのち、ゲートバルブ３ａを開いて第１排気装置３を作動し、当該第１排気装置３の設定値をたとえば１．０Ｅ－２Ｐａ（１．０×１０－２Ｐａ）に設定して成膜室２ａの内部を全体的に減圧する。なお、この時点で駆動部５ｃを駆動して基板ホルダ５の所定の回転速度で回転し始めてもよい。
　時間の経過とともに成膜室２ａの内部は、常圧から減圧されるが、第１排気装置３の近傍に設けられた蒸着機構６と、第１イオン源１０Ａとを含む第２領域Ｂの雰囲気圧力は、成膜室２ａの内部の一般領域に比べて特に低圧となる。これに対して、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む第１領域Ａには、ガス供給源９からのガスがノズル８を介して導入されるので、第１領域Ａの雰囲気圧力は、成膜室２ａの内部の一般領域に比べて高圧となる。
　これら第１排気装置３と、ノズル８及びガス供給源９との作用により、好ましくは、第２領域Ｂの雰囲気圧力が５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）、第１領域Ａの雰囲気圧力が５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）になったら、蒸着機構６の電子銃６ｂを作動して坩堝６ａに充填された蒸着材料を加熱蒸発させるとともにシャッタ６ｃを開いて、蒸発した蒸着材料を基板Ｓに付着させる。また、第１イオン源１０Ａは、蒸着機構６の作動と同時、あるいは蒸着機構６の作動よりも先あるいは後に動作を開始し、基板Ｓに向けてイオンを照射する。第１イオン源１０Ａは、動作圧力が５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）とされたカウフマン型イオン源であるため、第２領域Ｂの雰囲気圧力内で適切に動作する。第１イオン源１０Ａから照射されたイオンは、蒸着機構６により蒸発されて浮遊している蒸着材料を加速させて基板Ｓに押し付ける。これにより、基板Ｓの表面に形成される薄膜は、密着性、緻密性及び機械的強度が高くなる。
　図９は、第１領域Ａ及び第２領域Ｂの雰囲気圧並びに第１排気装置３の設定圧力を示すグラフであり、縦軸は圧力の対数を示す。同図に示すように、蒸着機構６を含む第２領域Ｂを５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）にするのは、これより雰囲気圧力が高いと蒸着材料が蒸発しないからである。一方、基板Ｓを含む第１領域Ａを５．０Ｅ－２Ｐａ以上（５．０×１０－２Ｐａ以上）にするのは、これより雰囲気圧力が低いと低屈折率の薄膜が得られないからであり、１．０Ｅ＋２Ｐａ以下（１．０×１０２Ｐａ以下）にするのは、これより雰囲気圧力が高いと蒸着材料が基板Ｓに届かず成膜できないからである。本実施形態では、蒸着機構６を含む第２領域Ｂが５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）、基板Ｓを含む第１領域Ａが、５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）になればよいので、第１排気装置３の設定圧力と、ノズル８及びガス供給源９からのガス供給量は特に限定されない。
　以上のとおり、本実施形態の成膜装置１及びこれを用いた成膜方法によれば、蒸着機構６を含む第２領域Ｂの雰囲気圧力を蒸着が可能な圧力（好ましくは上限に近い範囲の圧力）に設定する一方で、基板Ｓを含む第１領域Ａの雰囲気圧力は相対的に高圧にするので、真空蒸着法により低屈折率の薄膜を得ることができる。また、第２領域Ｂ内で動作可能な第１イオン源１０Ａを用いてイオンアシストを行うので、イオンアシストを行わない場合よりも低屈折率の薄膜の機械的強度を高めることができる。
　なお、第１イオン源１０Ａの上方に、基板Ｓに対するイオンの照射を遮るシャッタや、イオンの指向性を調整するための調整板などを設置してもよい。また、第１イオン源１０Ａから照射された正イオンによって帯電した基板Ｓを電気的に中和するために、基板Ｓに向けて負の電子を照射するニュートラライザを成膜室２ａ内に設置してもよい。さらに、第１イオン源１０Ａは、カウフマン型に限定されるものではなく、動作圧力が第２領域Ｂの雰囲気圧力である５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）であれば、他の形式のイオン源を用いてもよい。
　また、第１実施形態と同様に、第１イオン源１０Ａの代わりにエンドホール型の第２イオン源１０Ｂを利用し、この第２イオン源１０Ｂを基板ホルダ５の近傍の第１領域Ａ内に配置してもよい。
　なお、上記基板Ｓが、本発明の被蒸着物に相当し、ノズル８及びガス供給源９が、本発明の第１雰囲気圧力設定手段、増圧手段、圧力調整手段に相当し、上記第１排気装置３が、本発明の第２雰囲気圧力設定手段に相当し、第１イオン源１０Ａが、本発明の第１イオン源に相当する。
《第６実施形態》
　図６は、本発明に係る成膜装置１の第５実施形態を示す概略縦断面である。本実施形態の成膜装置１は、実質的に密閉空間となる成膜室２ａを構成する筐体２と、成膜室２ａの内部全体を減圧するための第１排気装置３と、第１排気装置３による成膜室２ａの一部の排気を遮る遮蔽部材７と、イオンアシスト用の第１イオン源１０Ａと、を備える。上述した第３実施形態と異なる点は、第１排気装置３を筐体２の側面に設けたことと、遮蔽部材７の形状にあり、その他の構成はほぼ同じである。
　本実施形態の成膜装置１は、上述した第３実施形態と同様、上面（天井面）、下面（底面）及び複数の側面を有する箱形、又は上面（天井面）、下面（底面）、曲面状の側面を有する筒形で構成された筐体２を有し、当該筐体２の内部が、実質的に密閉空間としての成膜室２ａを構成する。図６に示す成膜装置１の姿勢において、筐体２の上側の面を上面、下側の面を下面、横側の面を側面と便宜的に称するが、これは単に筐体２と、当該筐体２に設けられる第１排気装置３、基板ホルダ５及び蒸着機構６との相対的な位置関係を説明するための便宜的な定義であり、実際に設置された成膜装置１の姿勢を絶対的に定義するものではない。
　たとえば、図６に示す実施形態の成膜装置１は、基板ホルダ５と蒸着機構６とを上下方向（鉛直方向）に配置しているが、本発明の成膜方法及び成膜装置はこの配置に何ら限定されず、基板ホルダ５と蒸着機構６とを左右方向（水平方向）や斜め方向に配置してもよい。また、図６に示す実施形態の成膜装置１は、基板ホルダ５と蒸着機構６とを上下方向（鉛直方向）に配置したため、そのレイアウトの関係で、第１排気装置３を筐体２の下面に配置したが、本発明の成膜方法及び成膜装置はこの配置に何ら限定されず、第１排気装置３は適宜箇所に配置することができる。
　第１排気装置３は、図６に示すように、筐体２の側面のほぼ中央に、ゲートバルブ３ａを介して設けられている。ゲートバルブ３ａは、第１排気装置３と成膜室２ａとを開閉する気密バルブであり、成膜室２ａの内部を減圧する場合にはゲートバルブ３ａを開き、被蒸着物である基板Ｓを成膜室２ａに投入する場合や、成膜を終えた基板Ｓを成膜室２ａから取り出する場合など、それ以外の場合はゲートバルブ３ａを閉じる。第１排気装置３には、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）、定圧ポンプ（ＣＰ）又は拡散ポンプ（ＤＰ）等が用いられ、成膜室２ａの内部を１．０Ｅ－２Ｐａ以下（１．０×１０－２Ｐａ以下）まで減圧できる定格能力を有する。
　成膜室２ａの内部には、板状の基板ホルダ５が回転軸５ｂにより懸架され、回転軸５ｂは筐体２の上面に回転可能に支持されている。そして、基板ホルダ５は、駆動部５ｃにより回転する回転軸５ｂを中心に回転可能とされている。基板ホルダ５の基板保持面５ａには、蒸着材料の蒸着対象となる基板（被蒸着物）Ｓが保持される。なお、基板ホルダ５に保持する基板Ｓの数量は何ら限定されず、１枚であっても複数枚であってもよい。また、駆動部５ｃを省略して非回転の基板ホルダ５としてもよい。図６に示す第６実施形態では、基板ホルダ５の基板保持面５ａに複数の基板Ｓが保持可能とされ、蒸着機構６の直上に複数の基板Ｓが位置するように基板ホルダ５が設けられている。
　成膜室２ａの内部の下面近傍には、蒸着機構６が設けられている。本実施形態の蒸着機構６は、電子ビーム蒸着源からなり、蒸着材料を充填する坩堝６ａと、坩堝６ａに充填された蒸着材料に電子ビームを照射する電子銃６ｂとを備える。また、坩堝６ａの上方には、当該坩堝６ａの上部開口を開閉するシャッタ６ｃが移動可能に設けられている。基板ホルダ５に保持された基板Ｓに対して成膜処理を行う場合には、電子銃６ｂを作動して坩堝６ａに充填された蒸着材料を加熱蒸発させるとともにシャッタ６ｃを開いて、蒸発した蒸着材料を基板Ｓに付着させる。なお、図６に示す符号６ｄは、マイスナトラップの冷却管コイルであって、成膜室２ａの内部を真空排気したときに、基板Ｓから放出される水分を効率的に除去するものである。本実施形態の成膜装置１にて用いられる蒸着材料としては、特に限定はされないが、ＳｉＯ２，ＭｇＦ２，Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，Ｎｂ２Ｏ５又はＨｆＯ２、などを用いることができる。
　なお、蒸着機構６の蒸発源としては、電子銃（電子ビーム加熱）の代わりに、抵抗加熱を用いてもよい。抵抗加熱は、発熱体の両端に電圧をかけ、流れる電流によるジュール熱で加熱する方法である。発熱体として用いられるのは、タングステン、タンタル、モリブデンなどの高融点金属や、カーボン、窒化ホウ素・ホウ化チタン混合焼結体などである。発熱体は蒸発物質に応じて、適した形状に加工して用いてもよいし、耐熱性の坩堝を併用してもよい。
　本実施形態の成膜装置１では、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを、当該基板ホルダ５を含めて囲む位置に、遮蔽部材７が固定されている。本実施形態の遮蔽部材７は、上面及び下面が開口した筒状（断面は、円形、楕円形、矩形のいずれでもよく、基板ホルダ５の形状に応じて設定してもよい。）に形成され、第１排気装置３による成膜室２ａの一部の排気を遮る機能を司る。すなわち、図６に示すように、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む領域を第１領域Ａとしたときに、第１排気装置３により成膜室２ａの内部の気体が排気される際に当該第１領域Ａのガスの排気を部分的に遮蔽することで、第１領域Ａの減圧効果を低減する。
　成膜室２ａの内部の下面近傍で、蒸着機構６の側方の第２領域Ｂには、第１イオン源１０Ａが設置されている。第１イオン源１０Ａは、蒸着機構６による基板Ｓの成膜処理を、イオンによって補助するイオンアシスト用のイオン源である。本実施形態では、第１イオン源１０Ａとして、例えば、プラズマからのイオンの引き出しに格子状の電極を利用するイオン源、いわゆるカウフマン型イオン源を用いている。カウフマン型イオン源の動作圧力は、５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）である。
　カウフマン型の第１イオン源１０Ａは、詳しくは図示しないが、筐体と、筐体内に配されたアノード及びフィラメントと、筐体外部に配された磁界発生用のマグネットと、筐体の開口部に配されて筐体と同電位に保たれたスクリーン電極と、スクリーン電極の外側に配されるスクリーン状の加速電極とを備える。筐体内に反応性ガス（Ｏ２等）又は不活性ガス（Ａｒ等）を供給し、アノードに正の電位を印可してフィラメントを加熱すると放電が発生し、放電により発生した電子とガスとの衝突により筐体内にプラズマが生成される。生成されたプラズマは、マグネットの磁界によって高密度化される。この状態で、加速電極に負の電位を印可すると、プラズマからイオンが引き出されてスクリーン電極を通過し、加速されて基板Ｓに照射される。
　次に作用を説明する。
　本実施形態の成膜装置１及びこれを用いた成膜方法は、基板ホルダ５の基板保持面５ａに基板Ｓを装着し、筐体２を密閉したのち、ゲートバルブ３ａを開いて第１排気装置３を作動し、当該第１排気装置３の設定値をたとえば１．０Ｅ－２Ｐａ（１．０×１０－２Ｐａ）に設定して成膜室２ａの内部を全体的に減圧する。なお、この時点で駆動部５ｃを駆動して基板ホルダ５の所定の回転速度で回転し始めてもよい。
　時間の経過とともに成膜室２ａの内部は、常圧から減圧されるが、基板ホルダ５に保持された基板Ｓと、第１イオン源１０Ａとを含む第１領域Ａは、遮蔽部材７により第１排気装置３による全体的な排気の一部が遮られるので、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む第１領域Ａの雰囲気圧力は、成膜室２ａの内部の一般領域に比べて高圧となる。これに対して、遮蔽部材７による減圧抑制効果が及ばない蒸着機構６を含む第２領域Ｂの雰囲気圧力は、成膜室２ａの内部の一般領域とほぼ同圧となる。
　これら第１排気装置３と遮蔽部材７との作用により、好ましくは、第２領域Ｂの雰囲気圧力が５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）、第１領域Ａの雰囲気圧力が５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）になったら、蒸着機構６の電子銃６ｂを作動して坩堝６ａに充填された蒸着材料を加熱蒸発させるとともにシャッタ６ｃを開いて、蒸発した蒸着材料を基板Ｓに付着させる。また、第１イオン源１０Ａは、蒸着機構６の作動と同時、あるいは蒸着機構６の作動よりも先あるいは後に動作を開始し、基板Ｓに向けてイオンを照射する。第１イオン源１０Ａは、動作圧力が５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）とされたカウフマン型イオン源であるため、第２領域Ｂの雰囲気圧力内で適切に動作する。第１イオン源１０Ａから照射されたイオンは、蒸着機構６により蒸発されて浮遊している蒸着材料を加速させて基板Ｓに押し付ける。これにより、基板Ｓの表面に形成される薄膜は、密着性、緻密性及び機械的強度が高くなる。
　図９は、第１領域Ａ及び第２領域Ｂの雰囲気圧並びに第１排気装置３の設定圧力を示すグラフであり、縦軸は圧力の対数を示す。同図に示すように、蒸着機構６を含む第２領域Ｂを５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）にするのは、これより雰囲気圧力が高いと蒸着材料が蒸発しないからである。一方、基板Ｓを含む第１領域Ａを５．０Ｅ－２Ｐａ以上（５．０×１０－２Ｐａ以上）にするのは、これより雰囲気圧力が低いと低屈折率の薄膜が得られないからであり、１．０Ｅ＋２Ｐａ以下（１．０×１０２Ｐａ以下）にするのは、これより雰囲気圧力が高いと蒸着材料が基板Ｓに届かず成膜できないからである。本実施形態では、蒸着機構６を含む第２領域Ｂが５．０Ｅ－２Ｐａ以下、基板Ｓを含む第１領域Ａが、５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）になればよいので、第１排気装置３の設定圧力と、遮蔽部材７の構造（たとえば開口の形状、面積、遮蔽部材７の縦方向の長さ）は特に限定されない。
　以上のとおり、本実施形態の成膜装置１及びこれを用いた成膜方法によれば、蒸着機構６を含む第２領域Ｂの雰囲気圧力を蒸着が可能な圧力（好ましくは上限に近い範囲の圧力）に設定する一方で、基板Ｓを含む第１領域Ａの雰囲気圧力は相対的に高圧にするので、真空蒸着法により低屈折率の薄膜を得ることができる。また、第２領域Ｂ内で動作可能な第１イオン源１０Ａを用いてイオンアシストを行うので、イオンアシストを行わない場合よりも低屈折率の薄膜の機械的強度を高めることができる。
　なお、第１イオン源１０Ａの上方に、基板Ｓに対するイオンの照射を遮るシャッタや、イオンの指向性を調整するための調整板などを設置してもよい。また、第１イオン源１０Ａから照射された正イオンによって帯電した基板Ｓを電気的に中和するために、基板Ｓに向けて負の電子を照射するニュートラライザを成膜室２ａ内に設置してもよい。さらに、第１イオン源１０Ａは、カウフマン型に限定されるものではなく、動作圧力が第２領域Ｂの雰囲気圧力である５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）であれば、他の形式のイオン源を用いてもよい。
　なお、上記基板Ｓが、本発明の被蒸着物に相当し、遮蔽部材７が、本発明の第１雰囲気圧力設定手段、増圧手段、圧力調整手段に相当し、上記第１排気装置３が、本発明の第２雰囲気圧力設定手段に相当し、第１イオン源１０Ａが、本発明の第１イオン源に相当する。
《第７実施形態》
　図７は、本発明に係る成膜装置１の第７実施形態を示す概略縦断面である。本実施形態の成膜装置１は、上述した第５実施形態と第６実施形態とを組み合わせた実施形態であり、実質的に密閉空間となる成膜室２ａを構成する筐体２と、成膜室２ａの内部全体を減圧するための第１排気装置３と、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む第１領域Ａに所定のガスを導入するノズル８及びガス供給源９と、第１排気装置３による成膜室２ａの一部の排気を遮る遮蔽部材７と、イオンアシスト用の第１イオン源１０Ａと、を備える。
　本実施形態の成膜装置１は、上述した第１実施形態及び第２実施形態と同様、上面（天井面）、下面（底面）及び複数の側面を有する箱形、又は上面（天井面）、下面（底面）、曲面状の側面を有する筒形で構成された筐体２を有し、当該筐体２の内部が、実質的に密閉空間としての成膜室２ａを構成する。図７に示す成膜装置１の姿勢において、筐体２の上側の面を上面、下側の面を下面、横側の面を側面と便宜的に称するが、これは単に筐体２と、当該筐体２に設けられる第１排気装置３、基板ホルダ５及び蒸着機構６との相対的な位置関係を説明するための便宜的な定義であり、実際に設置された成膜装置１の姿勢を絶対的に定義するものではない。
　たとえば、図７に示す実施形態の成膜装置１は、基板ホルダ５と蒸着機構６とを上下方向（鉛直方向）に配置しているが、本発明の成膜方法及び成膜装置はこの配置に何ら限定されず、基板ホルダ５と蒸着機構６とを左右方向（水平方向）や斜め方向に配置してもよい。また、図７に示す実施形態の成膜装置１は、基板ホルダ５と蒸着機構６とを上下方向（鉛直方向）に配置したため、そのレイアウトの関係で、第１排気装置３を筐体２の下面に配置したが、本発明の成膜方法及び成膜装置はこの配置に何ら限定されず、第１排気装置３は適宜箇所に配置することができる。
　第１排気装置３は、図７に示すように、筐体２の側面のほぼ中央に、ゲートバルブ３ａを介して設けられている。ゲートバルブ３ａは、第１排気装置３と成膜室２ａとを開閉する気密バルブであり、成膜室２ａの内部を減圧する場合にはゲートバルブ３ａを開き、被蒸着物である基板Ｓを成膜室２ａに投入する場合や、成膜を終えた基板Ｓを成膜室２ａから取り出する場合など、それ以外の場合はゲートバルブ３ａを閉じる。第１排気装置３には、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）、定圧ポンプ（ＣＰ）又は拡散ポンプ（ＤＰ）等が用いられ、成膜室２ａの内部を１．０Ｅ－２Ｐａ以下（１．０×１０－２Ｐａ以下）まで減圧できる定格能力を有する。
　成膜室２ａの内部には、板状の基板ホルダ５が回転軸５ｂにより懸架され、回転軸５ｂは筐体２の上面に回転可能に支持されている。そして、基板ホルダ５は、駆動部５ｃにより回転する回転軸５ｂを中心に回転可能とされている。基板ホルダ５の基板保持面５ａには、蒸着材料の蒸着対象となる基板（被蒸着物）Ｓが保持される。なお、基板ホルダ５に保持する基板Ｓの数量は何ら限定されず、１枚であっても複数枚であってもよい。また、駆動部５ｃを省略して非回転の基板ホルダ５としてもよい。図７に示す第７実施形態では、基板ホルダ５の基板保持面５ａに複数の基板Ｓが保持可能とされ、蒸着機構６の直上に複数の基板Ｓが位置するように基板ホルダ５が設けられている。
　成膜室２ａの内部の下面近傍には、蒸着機構６が設けられている。本実施形態の蒸着機構６は、電子ビーム蒸着源からなり、蒸着材料を充填する坩堝６ａと、坩堝６ａに充填された蒸着材料に電子ビームを照射する電子銃６ｂとを備える。また、坩堝６ａの上方には、当該坩堝６ａの上部開口を開閉するシャッタ６ｃが移動可能に設けられている。基板ホルダ５に保持された基板Ｓに対して成膜処理を行う場合には、電子銃６ｂを作動して坩堝６ａに充填された蒸着材料を加熱蒸発させるとともにシャッタ６ｃを開いて、蒸発した蒸着材料を基板Ｓに付着させる。なお、図７に示す符号６ｄは、マイスナトラップの冷却管コイルであって、成膜室２ａの内部を真空排気したときに、基板Ｓから放出される水分を効率的に除去するものである。本実施形態の成膜装置１にて用いられる蒸着材料としては、特に限定はされないが、ＳｉＯ２，ＭｇＦ２，Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，Ｎｂ２Ｏ５又はＨｆＯ２、などを用いることができる。
　なお、蒸着機構６の蒸発源としては、電子銃（電子ビーム加熱）の代わりに、抵抗加熱を用いてもよい。抵抗加熱は、発熱体の両端に電圧をかけ、流れる電流によるジュール熱で加熱する方法である。発熱体として用いられるのは、タングステン、タンタル、モリブデンなどの高融点金属や、カーボン、窒化ホウ素・ホウ化チタン混合焼結体などである。発熱体は蒸発物質に応じて、適した形状に加工して用いてもよいし、耐熱性の坩堝を併用してもよい。
　本実施形態の成膜装置１では、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを、当該基板ホルダ５を含めて囲む位置に、遮蔽部材７が固定されている。本実施形態の遮蔽部材７は、上面及び下面が開口した筒状（断面は、円形、楕円形、矩形のいずれでもよく、基板ホルダ５の形状に応じて設定してもよい。）に形成され、第１排気装置３による成膜室２ａの一部の排気を遮る機能を司る。すなわち、図７に示すように、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む領域を第１領域Ａとしたときに、第１排気装置３により成膜室２ａの内部の気体が排気される際に当該第１領域Ａのガスの排気を部分的に遮蔽することで、第１領域Ａの減圧効果を低減する。
　また本実施形態の成膜装置１では、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む第１領域Ａに、所定のガスを導入するノズル８及びガス供給源９を備える。ノズル８は、図７に示すように、たとえば遮蔽部材７を貫通して固定してもよい。ガス供給源９は、成膜室２ａの内部の雰囲気ガス、たとえば不活性ガスなどを供給するための供給源である。図７には、１つのノズル８及びガス供給源９を示しているが、１つ又は複数のガス供給源９に複数のノズル８を接続し、当該複数のノズル８から第１領域Ａに向かって所定のガスを吹き付けるようにしてもよい。
　成膜室２ａの内部の下面近傍で、蒸着機構６の側方の第２領域Ｂには、第１イオン源１０Ａが設置されている。第１イオン源１０Ａは、蒸着機構６による基板Ｓの成膜処理を、イオンによって補助するイオンアシスト用のイオン源である。本実施形態では、第１イオン源１０Ａとして、例えば、プラズマからのイオンの引き出しに格子状の電極を利用するイオン源、いわゆるカウフマン型イオン源を用いている。カウフマン型イオン源の動作圧力は、５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）である。
　カウフマン型の第１イオン源１０Ａは、詳しくは図示しないが、筐体と、筐体内に配されたアノード及びフィラメントと、筐体外部に配された磁界発生用のマグネットと、筐体の開口部に配されて筐体と同電位に保たれたスクリーン電極と、スクリーン電極の外側に配されるスクリーン状の加速電極とを備える。筐体内に反応性ガス（Ｏ２等）又は不活性ガス（Ａｒ等）を供給し、アノードに正の電位を印可してフィラメントを加熱すると放電が発生し、放電により発生した電子とガスとの衝突により筐体内にプラズマが生成される。生成されたプラズマは、マグネットの磁界によって高密度化される。この状態で、加速電極に負の電位を印可すると、プラズマからイオンが引き出されてスクリーン電極を通過し、加速されて基板Ｓに照射される。
　次に作用を説明する。
　本実施形態の成膜装置１及びこれを用いた成膜方法は、基板ホルダ５の基板保持面５ａに基板Ｓを装着し、筐体２を密閉したのち、ゲートバルブ３ａを開いて第１排気装置３を作動し、当該第１排気装置３の設定値をたとえば１．０Ｅ－２Ｐａ（１．０×１０－２Ｐａ）に設定して成膜室２ａの内部を全体的に減圧する。なお、この時点で駆動部５ｃを駆動して基板ホルダ５の所定の回転速度で回転し始めてもよい。
　時間の経過とともに成膜室２ａの内部は、常圧から減圧されるが、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む第１領域Ａは、遮蔽部材７により第１排気装置３による全体的な排気の一部が遮られると同時に、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む第１領域Ａには、ガス供給源９からのガスがノズル８を介して導入されるので、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む第１領域Ａの雰囲気圧力は、成膜室２ａの内部の一般領域に比べて高圧となる。これに対して、遮蔽部材７による減圧抑制効果が及ばない蒸着機構６と、第１イオン源１０Ａとを含む第２領域Ｂの雰囲気圧力は、成膜室２ａの内部の一般領域とほぼ同圧となる。
　これら第１排気装置３と遮蔽部材７とノズル８及びガス供給源９との作用により、好ましくは、第２領域Ｂの雰囲気圧力が５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）、第１領域Ａの雰囲気圧力が５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）になったら、蒸着機構６の電子銃６ｂを作動して坩堝６ａに充填された蒸着材料を加熱蒸発させるとともにシャッタ６ｃを開いて、蒸発した蒸着材料を基板Ｓに付着させる。また、第１イオン源１０Ａは、蒸着機構６の作動と同時、あるいは蒸着機構６の作動よりも先あるいは後に動作を開始し、基板Ｓに向けてイオンを照射する。第１イオン源１０Ａは、動作圧力が５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）とされたカウフマン型イオン源であるため、第２領域Ｂの雰囲気圧力内で適切に動作する。第１イオン源１０Ａから照射されたイオンは、蒸着機構６により蒸発されて浮遊している蒸着材料を加速させて基板Ｓに押し付ける。これにより、基板Ｓの表面に形成される薄膜は、密着性、緻密性及び機械的強度が高くなる。
　図９は、第１領域Ａ及び第２領域Ｂの雰囲気圧並びに第１排気装置３の設定圧力を示すグラフであり、縦軸は圧力の対数を示す。同図に示すように、蒸着機構６を含む第２領域Ｂを５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）にするのは、これより雰囲気圧力が高いと蒸着材料が蒸発しないからである。一方、基板Ｓを含む第１領域Ａを５．０Ｅ－２Ｐａ以上（５．０×１０－２Ｐａ以上）にするのは、これより雰囲気圧力が低いと低屈折率の薄膜が得られないからであり、１．０Ｅ＋２Ｐａ以下（１．０×１０２Ｐａ以下）にするのは、これより雰囲気圧力が高いと蒸着材料が基板Ｓに届かず成膜できないからである。本実施形態では、蒸着機構６を含む第２領域Ｂが５．０Ｅ－２Ｐａ以下、基板Ｓを含む第１領域Ａが、５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）になればよいので、第１排気装置３の設定圧力と、ノズル８及びガス供給源９からのガス供給量と、遮蔽部材７の構造（たとえば開口の形状や面積）は特に限定されない。
　以上のとおり、本実施形態の成膜装置１及びこれを用いた成膜方法によれば、蒸着機構６を含む第２領域Ｂの雰囲気圧力を蒸着が可能な圧力（好ましくは上限に近い範囲の圧力）に設定する一方で、基板Ｓを含む第１領域Ａの雰囲気圧力は相対的に高圧にするので、真空蒸着法により低屈折率の薄膜を得ることができる。また、第２領域Ｂ内で動作可能な第１イオン源１０Ａを用いてイオンアシストを行うので、イオンアシストを行わない場合よりも低屈折率の薄膜の機械的強度を高めることができる。
　なお、第１イオン源１０Ａの上方に、基板Ｓに対するイオンの照射を遮るシャッタや、イオンの指向性を調整するための調整板などを設置してもよい。また、第１イオン源１０Ａから照射された正イオンによって帯電した基板Ｓを電気的に中和するために、基板Ｓに向けて負の電子を照射するニュートラライザを成膜室２ａ内に設置してもよい。さらに、第１イオン源１０Ａは、カウフマン型に限定されるものではなく、動作圧力が第２領域Ｂの雰囲気圧力である５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）であれば、他の形式のイオン源を用いてもよい。
　なお、上記基板Ｓが、本発明の被蒸着物に相当し、遮蔽部材７並びにノズル８及びガス供給源９が、本発明の第１雰囲気圧力設定手段、増圧手段、圧力調整手段に相当し、上記第１排気装置３が、本発明の第２雰囲気圧力設定手段に相当し、第１イオン源１０Ａが、本発明第１イオン源に相当する。
《第８実施形態》
　図８は、本発明に係る成膜装置１の第８実施形態を示す概略縦断面である。本実施形態の成膜装置１は、上述した第７実施形態に第２排気装置４及びゲートバルブ４ａを付加した実施形態であり、実質的に密閉空間となる成膜室２ａを構成する筐体２と、成膜室２ａの内部全体を減圧するための第１排気装置３と、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む第１領域Ａに所定のガスを導入するノズル８及びガス供給源９と、第１排気装置３による成膜室２ａの一部の排気を遮る遮蔽部材７と、第２排気装置４及びゲートバルブ４ａと、イオンアシスト用の第１イオン源１０Ａと、を備える。
　本実施形態の成膜装置１は、上述した第１～第７実施形態と同様、上面（天井面）、下面（底面）及び複数の側面を有する箱形、又は上面（天井面）、下面（底面）、曲面状の側面を有する筒形で構成された筐体２を有し、当該筐体２の内部が、実質的に密閉空間としての成膜室２ａを構成する。図８に示す成膜装置１の姿勢において、筐体２の上側の面を上面、下側の面を下面、横側の面を側面と便宜的に称するが、これは単に筐体２と、当該筐体２に設けられる第１排気装置３、基板ホルダ５及び蒸着機構６との相対的な位置関係を説明するための便宜的な定義であり、実際に設置された成膜装置１の姿勢を絶対的に定義するものではない。
　たとえば、図８に示す実施形態の成膜装置１は、基板ホルダ５と蒸着機構６とを上下方向（鉛直方向）に配置しているが、本発明の成膜方法及び成膜装置はこの配置に何ら限定されず、基板ホルダ５と蒸着機構６とを左右方向（水平方向）や斜め方向に配置してもよい。また、図８に示す実施形態の成膜装置１は、基板ホルダ５と蒸着機構６とを上下方向（鉛直方向）に配置したため、そのレイアウトの関係で、第１排気装置３を筐体２の下面に配置したが、本発明の成膜方法及び成膜装置はこの配置に何ら限定されず、第１排気装置３は適宜箇所に配置することができる。
　第１排気装置３は、図８に示すように、筐体２の側面のほぼ中央に、ゲートバルブ３ａを介して設けられている。ゲートバルブ３ａは、第１排気装置３と成膜室２ａとを開閉する気密バルブであり、成膜室２ａの内部を減圧する場合にはゲートバルブ３ａを開き、被蒸着物である基板Ｓを成膜室２ａに投入する場合や、成膜を終えた基板Ｓを成膜室２ａから取り出する場合など、それ以外の場合はゲートバルブ３ａを閉じる。第１排気装置３には、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）、定圧ポンプ（ＣＰ）又は拡散ポンプ（ＤＰ）等が用いられ、成膜室２ａの内部を１．０Ｅ－２Ｐａ以下（１．０×１０－２Ｐａ以下）まで減圧できる定格能力を有する。
　第２排気装置４は、図８に示すように、筐体２の下面であって蒸着機構６の直下に、ゲートバルブ４ａを介して設けられている。ゲートバルブ４ａは、第２排気装置４と成膜室２ａとを開閉する気密バルブであり、成膜室２ａの内部を減圧する場合にはゲートバルブ４ａを開き、被蒸着物である基板Ｓを成膜室２ａに投入する場合や、成膜を終えた基板Ｓを成膜室２ａから取り出する場合など、それ以外の場合はゲートバルブ４ａを閉じる。第２排気装置４には、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）、定圧ポンプ（ＣＰ）又は拡散ポンプ（ＤＰ）等が用いられ、成膜室２ａの内部のうち蒸着機構６を含む第２領域Ｂを１．０Ｅ－２Ｐａ以下（１．０×１０－２Ｐａ以下）まで減圧できる定格能力を有する。
　成膜室２ａの内部には、板状の基板ホルダ５が回転軸５ｂにより懸架され、回転軸５ｂは筐体２の上面に回転可能に支持されている。そして、基板ホルダ５は、駆動部５ｃにより回転する回転軸５ｂを中心に回転可能とされている。基板ホルダ５の基板保持面５ａには、蒸着材料の蒸着対象となる基板（被蒸着物）Ｓが保持される。なお、基板ホルダ５に保持する基板Ｓの数量は何ら限定されず、１枚であっても複数枚であってもよい。また、駆動部５ｃを省略して非回転の基板ホルダ５としてもよい。図８に示す第８実施形態では、基板ホルダ５の基板保持面５ａに複数の基板Ｓが保持可能とされ、蒸着機構６の直上に複数の基板Ｓが位置するように基板ホルダ５が設けられている。
　成膜室２ａの内部の下面近傍には、蒸着機構６が設けられている。本実施形態の蒸着機構６は、電子ビーム蒸着源からなり、蒸着材料を充填する坩堝６ａと、坩堝６ａに充填された蒸着材料に電子ビームを照射する電子銃６ｂとを備える。また、坩堝６ａの上方には、当該坩堝６ａの上部開口を開閉するシャッタ６ｃが移動可能に設けられている。基板ホルダ５に保持された基板Ｓに対して成膜処理を行う場合には、電子銃６ｂを作動して坩堝６ａに充填された蒸着材料を加熱蒸発させるとともにシャッタ６ｃを開いて、蒸発した蒸着材料を基板Ｓに付着させる。なお、図８に示す符号６ｄは、マイスナトラップの冷却管コイルであって、成膜室２ａの内部を真空排気したときに、基板Ｓから放出される水分を効率的に除去するものである。本実施形態の成膜装置１にて用いられる蒸着材料としては、特に限定はされないが、ＳｉＯ２，ＭｇＦ２，Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，Ｎｂ２Ｏ５又はＨｆＯ２、などを用いることができる。
　なお、蒸着機構６の蒸発源としては、電子銃（電子ビーム加熱）の代わりに、抵抗加熱を用いてもよい。抵抗加熱は、発熱体の両端に電圧をかけ、流れる電流によるジュール熱で加熱する方法である。発熱体として用いられるのは、タングステン、タンタル、モリブデンなどの高融点金属や、カーボン、窒化ホウ素・ホウ化チタン混合焼結体などである。発熱体は蒸発物質に応じて、適した形状に加工して用いてもよいし、耐熱性の坩堝を併用してもよい。
　本実施形態の成膜装置１では、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを、当該基板ホルダ５を含めて囲む位置に、遮蔽部材７が固定されている。本実施形態の遮蔽部材７は、上面及び下面が開口した筒状（断面は、円形、楕円形、矩形のいずれでもよく、基板ホルダ５の形状に応じて設定してもよい。）に形成され、第１排気装置３による成膜室２ａの一部の排気を遮る機能を司る。すなわち、図８に示すように、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む領域を第１領域Ａとしたときに、第１排気装置３により成膜室２ａの内部の気体が排気される際に当該第１領域Ａのガスの排気を部分的に遮蔽することで、第１領域Ａの減圧効果を低減する。
　また本実施形態の成膜装置１では、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む第１領域Ａに、所定のガスを導入するノズル８及びガス供給源９を備える。ノズル８は、図８に示すように、たとえば遮蔽部材７を貫通して固定してもよい。ガス供給源９は、成膜室２ａの内部の雰囲気ガス、たとえば不活性ガスなどを供給するための供給源である。図８には、１つのノズル８及びガス供給源９を示しているが、１つ又は複数のガス供給源９に複数のノズル８を接続し、当該複数のノズル８から第１領域Ａに向かって所定のガスを吹き付けるようにしてもよい。
　成膜室２ａの内部の下面近傍で、蒸着機構６の側方の第２領域Ｂには、第１イオン源１０Ａが設置されている。第１イオン源１０Ａは、蒸着機構６による基板Ｓの成膜処理を、イオンによって補助するイオンアシスト用のイオン源である。本実施形態では、第１イオン源１０Ａとして、例えば、プラズマからのイオンの引き出しに格子状の電極を利用するイオン源、いわゆるカウフマン型イオン源を用いている。カウフマン型イオン源の動作圧力は、５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）である。
　カウフマン型の第１イオン源１０Ａは、詳しくは図示しないが、筐体と、筐体内に配されたアノード及びフィラメントと、筐体外部に配された磁界発生用のマグネットと、筐体の開口部に配されて筐体と同電位に保たれたスクリーン電極と、スクリーン電極の外側に配されるスクリーン状の加速電極とを備える。筐体内に反応性ガス（Ｏ２等）又は不活性ガス（Ａｒ等）を供給し、アノードに正の電位を印可してフィラメントを加熱すると放電が発生し、放電により発生した電子とガスとの衝突により筐体内にプラズマが生成される。生成されたプラズマは、マグネットの磁界によって高密度化される。この状態で、加速電極に負の電位を印可すると、プラズマからイオンが引き出されてスクリーン電極を通過し、加速されて基板Ｓに照射される。
　次に作用を説明する。
　本実施形態の成膜装置１及びこれを用いた成膜方法は、基板ホルダ５の基板保持面５ａに基板Ｓを装着し、筐体２を密閉したのち、ゲートバルブ３ａを開いて第１排気装置３を作動し、当該第１排気装置３の設定値をたとえば１．０Ｅ－２Ｐａ（１．０×１０－２Ｐａ）に設定して成膜室２ａの内部を全体的に減圧する。これと相前後してゲートバルブ４ａを開いて第２排気装置４を作動し、当該第２排気装置４の設定値をたとえば１．０Ｅ－２Ｐａ（１．０×１０－２Ｐａ）に設定して蒸着機構６を含む第２領域Ｂを局所的に減圧する。なお、この時点で駆動部５ｃを駆動して基板ホルダ５の所定の回転速度で回転し始めてもよい。
　時間の経過とともに成膜室２ａの内部は、常圧から減圧されるが、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む第１領域Ａは、遮蔽部材７により第１排気装置３による全体的な排気の一部が遮られると同時に、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む第１領域Ａには、ガス供給源９からのガスがノズル８を介して導入されるので、基板ホルダ５に保持された基板Ｓを含む第１領域Ａの雰囲気圧力は、成膜室２ａの内部の一般領域に比べて高圧となる。これに対して、遮蔽部材７による減圧抑制効果が及ばない蒸着機構６と、第１イオン源１０Ａとを含む第２領域Ｂの雰囲気圧力は、第２排気装置４により局所的な排気が行われるため、成膜室２ａの内部の一般領域よりも低圧となる。
　これら第１排気装置３と第２排気装置４と遮蔽部材７とノズル８及びガス供給源９との作用により、好ましくは、第２領域Ｂの雰囲気圧力が５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）、第１領域Ａの雰囲気圧力が５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）になったら、蒸着機構６の電子銃６ｂを作動して坩堝６ａに充填された蒸着材料を加熱蒸発させるとともにシャッタ６ｃを開いて、蒸発した蒸着材料を基板Ｓに付着させる。また、第１イオン源１０Ａは、蒸着機構６の作動と同時、あるいは蒸着機構６の作動よりも先あるいは後に動作を開始し、基板Ｓに向けてイオンを照射する。第１イオン源１０Ａは、動作圧力が５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）とされたカウフマン型イオン源であるため、第２領域Ｂの雰囲気圧力内で適切に動作する。第１イオン源１０Ａから照射されたイオンは、蒸着機構６により蒸発されて浮遊している蒸着材料を加速させて基板Ｓに押し付ける。これにより、基板Ｓの表面に形成される薄膜は、密着性、緻密性及び機械的強度が高くなる。
　図９は、第１領域Ａ及び第２領域Ｂの雰囲気圧並びに第１排気装置３及び第２排気装置４の設定圧力を示すグラフであり、縦軸は圧力の対数を示す。同図に示すように、蒸着機構６を含む第２領域Ｂを５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）にするのは、これより雰囲気圧力が高いと蒸着材料が蒸発しないからである。一方、基板Ｓを含む第１領域Ａを５．０Ｅ－２Ｐａ以上（５．０×１０－２Ｐａ以上）にするのは、これより雰囲気圧力が低いと低屈折率の薄膜が得られないからであり、１．０Ｅ＋２Ｐａ以下（１．０×１０２Ｐａ以下）にするのは、これより雰囲気圧力が高いと蒸着材料が基板Ｓに届かず成膜できないからである。本実施形態では、蒸着機構６を含む第２領域Ｂが５．０Ｅ－２Ｐａ以下、基板Ｓを含む第１領域Ａが、５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａ（５．０×１０－２～１．０×１０２Ｐａ）になればよいので、第１排気装置３及び第２排気装置の設定圧力と、ノズル８及びガス供給源９からのガス供給量と、遮蔽部材７の構造（たとえば開口の形状や面積）は特に限定されない。
　以上のとおり、本実施形態の成膜装置１及びこれを用いた成膜方法によれば、蒸着機構６を含む第２領域Ｂの雰囲気圧力を蒸着が可能な圧力（好ましくは上限に近い範囲の圧力）に設定する一方で、基板Ｓを含む第１領域Ａの雰囲気圧力は相対的に高圧にするので、真空蒸着法により低屈折率の薄膜を得ることができる。また、第２領域Ｂ内で動作可能な第１イオン源１０Ａを用いてイオンアシストを行うので、イオンアシストを行わない場合よりも低屈折率の薄膜の機械的強度を高めることができる。
　なお、第１イオン源１０Ａの上方に、基板Ｓに対するイオンの照射を遮るシャッタや、イオンの指向性を調整するための調整板などを設置してもよい。また、第１イオン源１０Ａから照射された正イオンによって帯電した基板Ｓを電気的に中和するために、基板Ｓに向けて負の電子を照射するニュートラライザを成膜室２ａ内に設置してもよい。さらに、第１イオン源１０Ａは、カウフマン型に限定されるものではなく、動作圧力が第２領域Ｂの雰囲気圧力である５．０Ｅ－２Ｐａ以下（５．０×１０－２Ｐａ以下）であれば、他の形式のイオン源を用いてもよい。
　なお、上記基板Ｓが、本発明の被蒸着物に相当し、遮蔽部材７並びにノズル８及びガス供給源９が、本発明の第１雰囲気圧力設定手段、増圧手段、圧力調整手段に相当し、上記第１排気装置３及び第２排気装置４が、本発明の第２雰囲気圧力設定手段に相当し、第１イオン源１０Ａが、本発明の第１イオン源に相当する。
　なお、上記各実施形態では、第１イオン源１０Ａを第２領域Ｂに設置し、第２イオン源１０Ｂを第１領域Ａに設置するように説明したが、第１領域Ａと第２領域Ｂとの間の領域に、当該領域内の雰囲気圧力で動作可能なイオン源を設置するようにしてもよい。
１…成膜装置
２…筐体
　２ａ…成膜室
３…第１排気装置
　３ａ…ゲートバルブ
４…第２排気装置
５…基板ホルダ
　５ａ…基板保持面
　５ｂ…回転軸
　５ｃ…駆動部
６…蒸着機構
　６ａ…坩堝
　６ｂ…電子銃
　６ｃ…シャッタ
　６ｄ…マイスナトラップ
７…遮蔽部材
８…ノズル
９…ガス供給源
１０Ａ…第１イオン源
１０Ｂ…第２イオン源
Ａ…第１領域
Ｂ…第２領域

Claims (13)

  1. 　成膜室の内部に少なくとも蒸着材料と被蒸着物を設置し、
    　前記成膜室の内部の前記被蒸着物を含む第１領域を５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａの雰囲気に設定し、
    　前記成膜室の内部の前記蒸着材料を含む第２領域を５．０Ｅ－２Ｐａ以下の雰囲気に設定し、
    　この状態で、前記被蒸着物にイオンを照射し、真空蒸着法により前記被蒸着物に前記蒸着材料を成膜する成膜方法。
  2. 　前記イオンは、前記第２領域に設置された、動作圧力が５．０Ｅ－２Ｐａ以下の第１イオン源により照射する請求項１に記載の成膜方法。
  3. 　前記イオンは、前記第１領域に設置された、動作圧力が５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａの第２イオン源により照射する請求項１に記載の成膜方法。
  4. 　少なくとも蒸着材料と被蒸着物とが設けられる成膜室を備える成膜装置において、
    　前記成膜室の内部の前記被蒸着物を含む第１領域の雰囲気圧力を５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａに設定する第１雰囲気圧力設定手段と、
    　前記成膜室の内部の前記蒸着材料を含む第２領域の雰囲気圧力を５．０Ｅ－２Ｐａ以下に設定する第２雰囲気圧力設定手段と、
    　真空蒸着法により前記被蒸着物に前記蒸着材料を成膜する際に、前記被蒸着物にイオンを照射するイオン源と、を備える成膜装置。
  5. 　前記イオン源は、前記第２領域に設置された、動作圧力が５．０Ｅ－２Ｐａ以下の第１イオン源である請求項４に記載の成膜装置。
  6. 　前記イオン源は、前記第１領域に配置された、動作圧力が５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａの第２イオン源である請求項４に記載の成膜装置。
  7. 　少なくとも蒸着材料と被蒸着物とが設けられる成膜室を構成する筐体と、
    　前記成膜室の内部の全体を蒸着可能な雰囲気圧力に減圧する第１排気装置と、
    　前記成膜室の内部の前記被蒸着物を含む第１領域の雰囲気圧力を、前記成膜室の内部の雰囲気圧力に対して局所的に増圧する増圧手段と、
    　真空蒸着法により前記被蒸着物に前記蒸着材料を成膜する際に、前記被蒸着物にイオンを照射するイオン源と、を備える成膜装置。
  8. 　前記増圧手段は、
    　前記成膜室の内部の前記第１領域にガスを導入する圧力調整手段を含む請求項７に記載の成膜装置。
  9. 　前記増圧手段は、
    　前記第１排気装置による前記第１領域の減圧の一部を遮る遮蔽部材を含む請求項７又は８に記載の成膜装置。
  10. 　少なくとも蒸着材料と被蒸着物とが設けられる成膜室を構成する筐体と、
    　前記成膜室の内部の全体を蒸着可能な雰囲気圧力より高い圧力に減圧する第１排気装置と、
    　前記成膜室の内部の前記蒸着材料を含む第２領域を蒸着可能な圧力に局所的に減圧する第２排気装置と、
    　真空蒸着法により前記被蒸着物に前記蒸着材料を成膜する際に、前記被蒸着物にイオンを照射するイオン源と、を備える成膜装置。
  11. 　前記成膜室の内部の前記被蒸着物を含む第１領域を５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａの雰囲気に設定し、
    　前記成膜室の内部の前記蒸着材料を含む第２領域を５．０Ｅ－２Ｐａ以下の雰囲気に設定する請求項４～１０のいずれか一項に記載の成膜装置。
  12. 　前記イオン源は、前記第２領域に設置された、動作圧力が５．０Ｅ－２Ｐａ以下の第１イオン源である請求項１１に記載の成膜装置。
  13. 　前記イオン源は、前記第１領域に配置された、動作圧力が５．０Ｅ－２～１．０Ｅ＋２Ｐａの第２イオン源である請求項１１に記載の成膜装置。
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