WO2022224929A1 - 積層薄膜とその製造方法 - Google Patents

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WO2022224929A1
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裕志 室谷
学幸 松平
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株式会社シンクロン
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    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process

Definitions

  • the present invention relates to a laminated thin film and its manufacturing method.
  • An example of an optical thin film used in a short wavelength range of 150 nm to 200 nm includes a layer made of a fluoride-based material, and the layer made of a fluoride-based material is a high refractive index layer made of a material having a refractive index higher than that of the substrate. and a low refractive index layer made of a substance having a refractive index lower than that of the substrate are alternately laminated.
  • Materials for forming the high refractive index layer include neodymium fluoride (NdF 3 ), lanthanum fluoride (LaF 3 ), gadolinium fluoride (GdF 3 ), dysprosium fluoride (DyF 3 ), yttrium fluoride ( YF 3 ), lead fluoride (PbF 2 ), and mixtures or compounds thereof, and substances forming the low refractive index layer include magnesium fluoride (MgF 2 ), aluminum fluoride (AlF 3 ), sodium fluoride ( NaF), lithium fluoride (LiF), calcium fluoride ( CaF2 ), barium fluoride (BaF2), strontium fluoride ( SrF2 ), cryolite ( Na3AlF6 ) , thiolite ( Na5Al3F ) 14 ), and mixtures or compounds thereof (Patent Document 1).
  • NdF 3 neodymium fluoride
  • LaF 3 lanthanum
  • the substance forming the high refractive index layer and the substance forming the low refractive index layer are different. No matter which method is used, there is a problem of low productivity due to the need to replace the vapor deposition material or the target constituent material.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a laminated thin film with high productivity and a manufacturing method thereof.
  • the present invention comprises a first thin film layer made of a predetermined material and having a refractive index of n1, and a second thin film layer made of the predetermined material and having a refractive index of n2 (where n2 ⁇ n1).
  • it may be a laminated thin film consisting of only the first thin film layer and the second thin film layer. Moreover, in the above invention, a plurality of the first thin film layers and a plurality of the second thin films may be laminated. Moreover, in the above invention, a plurality of pairs of the first thin film layer and the second thin film layer may be laminated.
  • the predetermined material may be silicon dioxide.
  • the refractive index of the first thin film layer may be 1.46 or more, and the refractive index of the second thin film layer may be less than 1.46.
  • the laminated thin film may constitute at least part of an edge filter, an antireflection film, a high reflection film, or an interference filter.
  • the pressure in the second pressure region in which the vapor deposition material is provided in the deposition chamber is set to a pressure at which the mean free path of the second pressure region is greater than the distance between the object to be deposited and the vapor deposition material. death,
  • the pressure in the first pressure region different from the pressure in the second pressure region in the deposition chamber is the pressure at which the mean free path of the first pressure region is smaller than the distance between the object to be deposited and the vapor deposition material.
  • a vapor deposition material made of a predetermined material is evaporated in the second pressure region by a vapor deposition method, and in the second pressure region, the deposition material is made of the predetermined vapor deposition material and has a refractive index.
  • forming a first thin film layer of n 1 Before or after this, the vapor deposition material made of the predetermined material is evaporated in the second pressure region by the vapor deposition method, and the deposition material is made of the predetermined vapor deposition material in the first pressure region.
  • the step of forming the first thin film layer and the step of forming the second thin film layer may be repeated.
  • a film formation chamber in which the vapor deposition material and the object to be formed are provided, an exhaust device for reducing the pressure of the entire interior of the film formation chamber, and a gas that does not react with the formed film in the first pressure region. and a blocking member that suppresses the gas supplied from the air supply device from flowing toward the second pressure region, when forming the first thin film layer, stopping the supply of the gas by the air supply device;
  • the gas may be supplied to the first pressure region by the gas supply device.
  • the pressure in the first pressure region may be set to 0.05Pa to 100Pa, and the pressure in the second pressure region may be set to less than 0.05Pa.
  • a film made of a predetermined material is applied to an object to be film-formed placed in a film-forming chamber by either the step of forming a film of a vapor deposition material by a vapor deposition method or the step of forming a film of a target constituent material by a sputtering method. , forming a first thin film layer with a refractive index of n1, Before or after this, the step of forming a film by the vapor deposition method and the step of forming a film by the sputtering method are repeated to form a second film made of the predetermined material and having a refractive index of n 2 (where n 2 ⁇ n 1 ).
  • n 2 refractive index of n 2
  • the step of forming the first thin film layer and the step of forming the second thin film layer may be repeated.
  • the film-forming chamber a holder rotatably provided in the film-forming chamber for holding the object to be film-formed, and a part of the holder provided facing the holder in the film-forming chamber,
  • a differential pressure vessel physically isolated while communicating with other regions in the deposition chamber through a small gap, a sputtering mechanism provided in the differential pressure vessel, and a sputtering gas introduced into the differential pressure vessel.
  • a deposition mechanism provided facing the holder in the deposition chamber, When forming the first thin film layer, one of the sputtering mechanism or the vapor deposition mechanism is stopped; When forming the second thin film layer, the sputtering mechanism and the vapor deposition mechanism may be operated.
  • the first thin film layer and the second thin film layer are made of the same material, either the vapor deposition method or the sputtering method can be used to eliminate the need for a step of exchanging the vapor deposition material or the target constituent material. can enhance sexuality.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing another embodiment of the laminated thin film according to the present invention
  • FIG. 1B is a scanning electron micrograph obtained by observing the laminated thin film of FIG. 1A from a bird's eye view.
  • 1D is a graph showing spectral reflectance characteristics of the laminated thin film of FIG. 1C
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing still another embodiment of the laminated thin film according to the present invention
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing still another embodiment of the laminated thin film according to the present invention
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing still another embodiment of the laminated thin film according to the present invention
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing still another embodiment of the laminated thin film according to the present invention
  • 2B is a scanning electron micrograph obtained by observing the laminated thin film of FIG. 2A from a bird's eye view.
  • 2D is a graph showing spectral reflectance characteristics of the laminated thin film of FIG. 2C;
  • 4 is a graph showing spectral reflectance characteristics of still another embodiment of the laminated thin film according to the present invention.
  • 3 is a scanning electron microscopic photograph of a laminated thin film according to still another embodiment of the present invention, which is observed from a bird's eye view.
  • 3B is a graph showing spectral reflectance characteristics of the laminated thin film of FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line V-V of FIG. 4; 5 is a graph showing the atmospheric pressures in the first pressure region R1 and the second pressure region R2 shown in FIG. 4 and the set pressures of the first exhaust device and the second exhaust device (the vertical axis is the logarithm of the pressure).
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line V-V of FIG. 4; 5 is a graph showing the atmospheric pressures in the first pressure region R1 and the second pressure region R2 shown in FIG. 4 and the set pressures of the first exhaust device and the second exhaust device (the vertical axis is the logarithm of the pressure).
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing another example of a film forming apparatus that realizes the method for manufacturing a laminated thin film according to the present invention
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line IX-IX of FIG. 8; It is process drawing which shows other embodiment of the manufacturing method of the laminated thin film which concerns on this invention.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view showing one embodiment of a laminated thin film according to the present invention.
  • the laminated thin film F according to the present embodiment is made of a predetermined material, and is made of the same predetermined material as the first thin film layer L1 having a refractive index of n1, and has a refractive index of n2 . and a second thin film layer L2 having a relatively smaller refractive index n1 (n 1 >n 2 ) than the first thin film layer L1.
  • the laminated thin film F of this embodiment is formed on the surface of a film-forming object S made of, for example, an inorganic material, an organic material, or a metal material.
  • the object S to be deposited refers to an object on which the laminated thin film F according to the present invention is to be formed, and is a so-called substrate such as glass, plastic, or steel plate.
  • the predetermined material forming the first thin film layer L1 and the predetermined material forming the second thin film layer L2 are the same material.
  • predetermined materials that can be used as the laminated thin film F of this embodiment include silicon dioxide, magnesium fluoride, aluminum oxide, zirconium dioxide, tantalum oxide, titanium dioxide, niobium oxide, and hafnium dioxide.
  • silicon dioxide is used as the predetermined material
  • both the first thin film layer L1 and the second thin film layer L2 are made of silicon dioxide.
  • the refractive index of the first thin film layer L1 is n 1 and the refractive index of the second thin film layer L2 is n 2
  • the relationship of n 1 >n 2 is satisfied. formed to hold.
  • silicon dioxide is used as the predetermined material, for example, the refractive index n1 of the first thin film layer L1 is 1.46 or more, and the refractive index n2 of the second thin film layer L2 is less than 1.46. It is formed.
  • the laminated thin film F of the present embodiment is configured by laminating the first thin film layer L1 and the second thin film layer L2, but either of them may be formed first.
  • the first thin film layer L1 and the second thin film layer L2 are turned upside down, the second thin film layer L2 is formed on the surface of the film-forming object S, and the surface , the first thin film layer L1 may be formed.
  • the laminated thin film F obtained by laminating the first thin film layer L1 with a high refractive index and the second thin film layer L2 with a low refractive index in this way can be used as an optical thin film such as a high reflection film (mirror).
  • a second thin film layer L2 made of silicon dioxide (SiO 2 ) is formed on the surface of the film-forming object S, and a first thin film layer L1 made of silicon dioxide (SiO 2 ) is formed on the surface.
  • the laminated thin film F shown in the figure is formed using the film forming apparatus 51 shown in FIGS. is laminated with the film thickness of the second thin film layer L2 of 250 nm.
  • the refractive index n1 of the first thin film layer L1 is 1.30
  • the refractive index n2 of the second thin film layer L2 is 1.46. All the refractive indices referred to in this specification are values at a wavelength of 550 nm.
  • the second thin film layer L2 is coarse, has low density, and is porous, whereas the first thin film layer L1 is formed as a dense film. Moreover, even if the first thin film layer L1 is laminated on the surface of the second thin film layer L2 which is made porous, a mixed film is formed at the interface between the second thin film layer L2 and the first thin film layer L1. It was confirmed that the two thin film layers were laminated independently without any compression of the second thin film layer L2 by the first thin film layer L1.
  • FIG. 1D is a graph showing spectral reflectance characteristics of the laminated thin film shown in FIG. 1C. As shown in the figure, it was confirmed that the reflectance was high in the band of 300 nm or more, so it can be put into practical use as an optical thin film such as a highly reflective film (mirror).
  • a highly reflective film mirror
  • FIG. 2A is a cross-sectional view showing still another embodiment of the laminated thin film according to the present invention.
  • the second thin film layer L2 is formed on the surface of the object S to be deposited, the first thin film layer L1 is formed on the surface, and the second thin film layer L2 is formed on the surface. , forming a first thin film layer L1 on its surface, repeating this, and finally forming a second thin film layer L2.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view showing still another embodiment of the laminated thin film according to the present invention.
  • the second thin film layer L2 is formed on the surface of the object S to be deposited
  • the first thin film layer L1 is formed on the surface
  • the second thin film layer L2 is formed on the surface.
  • forming a first thin film layer L1 on its surface repeating this
  • a first thin film layer L1 is formed on the surface of the object S, a second thin film layer L2 is formed thereon, and a first thin film layer L2 is formed thereon.
  • the second thin film layer L2 may be formed on the surface of the first thin film layer L1, and this process may be repeated to finally form the first thin film layer L1.
  • a first thin film layer L1 with a high refractive index is formed on the surface of a second thin film layer L2 with a low refractive index, and a second thin film layer L2 with a low refractive index is formed thereon.
  • a laminated thin film having an optical film thickness ratio of these three layers of 0.5:1:0.5 is used as one unit, and a laminated thin film F obtained by laminating one or more units of this is a short wave pass filter (SWPF). It can be practically used as an edge filter such as Further, as shown in FIG.
  • SWPF short wave pass filter
  • the second thin film layer L2 with a low refractive index is formed on the surface of the first thin film layer L1 with a high refractive index
  • the first thin film layer L1 with a high refractive index is formed on the surface thereof.
  • a laminated thin film having an optical film thickness ratio of these three layers of 0.5: 1: 0.5 is used as one unit, and a laminated thin film F obtained by laminating one or more units of this is a long wave pass filter ( LWPF) can be practically used as an edge filter.
  • LWPF long wave pass filter
  • a second thin film layer L2 made of silicon dioxide (SiO 2 ) is formed on the surface of the film-forming object S, and a first thin film layer L1 made of silicon dioxide (SiO 2 ) is formed on the surface. Furthermore, a second thin film layer L2 is formed on the surface thereof, and a laminated thin film having an optical film thickness ratio of 0.5:1:0.5 of these three layers is used as one unit, and 6 units are formed.
  • 1 is a scanning electron microscope photograph of a thin film F observed from a bird's eye view, showing cross sections of a film-forming object S and a laminated thin film F, and the surface of the laminated thin film F.
  • the laminated thin film F shown in the figure is formed by the film forming apparatus shown in FIGS. 8 and 9, which will be described later.
  • the ratio of the optical film thicknesses of the three layers constituting one unit of laminated thin film was 0.5:1:0.5, and the design target wavelength ⁇ was set to 365 nm.
  • the physical film thicknesses of the second thin film layer L2, the first thin film layer L1, and the second thin film layer L2 are 35.05 nm, 62.6 nm, and 35.05 nm in this order.
  • FIG. 2D is a graph showing spectral reflectance characteristics of the laminated thin film shown in FIG. 2C. As shown in the figure, it was confirmed that the transmittance was high in the band around the design reference wavelength of 365 nm, so it can be used as an edge filter such as a short wave pass filter (SWPF).
  • SWPF short wave pass filter
  • FIG. 2E is a graph showing spectral reflectance characteristics of another embodiment of the laminated thin film F shown in FIG. 2C.
  • a second thin film layer L2 made of silicon dioxide (SiO2) is formed on the surface of the object S to be deposited, and a first thin film layer L1 made of silicon dioxide (SiO2) is formed on the surface.
  • a second thin film layer L2 is formed on the surface thereof, and a laminated thin film having an optical film thickness ratio of these three layers of 0.5:1:0.5 is regarded as one unit, and 25 units of this are formed. It is a multi-layered thin film.
  • This laminated thin film is also formed by the film forming apparatus shown in FIGS. 8 and 9, which will be described later.
  • the physical film thicknesses of the second thin film layer L2, the first thin film layer L1, and the second thin film layer L2 constituting one unit of laminated thin film are 35.05 nm, 62.6 nm, and 35.05 nm in this order. be.
  • the number of laminated thin film units in which the second thin film layer L2 with a low refractive index, the first thin film layer L1 with a high refractive index, and the second thin film layer L2 with a low refractive index are used as one unit It was confirmed that by increasing , the width of the transmitted wavelength band becomes narrower, and the boundary (edge) of the characteristic curve between the transmitted wavelength and the non-transmitted wavelength becomes sharper.
  • a second thin film layer L2 made of silicon dioxide (SiO 2 ) is formed on the surface of a film-forming object S, and a first thin film layer L1 made of silicon dioxide (SiO 2 ) is formed on the surface. Furthermore, a second thin film layer L2 is formed on the surface thereof, and a laminated thin film having an optical film thickness ratio of 0.5:1:0.5 of these three layers is used as one unit, and 6 units are formed.
  • 1 is a scanning electron microscope photograph of a thin film F observed from a bird's eye view, showing cross sections of a film-forming object S and a laminated thin film F, and the surface of the laminated thin film F.
  • the laminated thin film F shown in the figure is formed by the film forming apparatus shown in FIGS. 8 and 9, which will be described later.
  • the optical film thickness ratio of the three layers constituting one unit of laminated thin film was 0.5:1:0.5, and the design target wavelength ⁇ was set to 1574 nm.
  • the physical film thicknesses of the second thin film layer L2, the first thin film layer L1, and the second thin film layer L2 are 158.9 nm, 355.7 nm, and 158.9 nm in this order.
  • FIG. 3B is a graph showing spectral reflectance characteristics of the laminated thin film shown in FIG. 3A. As shown in the figure, it was confirmed that the transmittance was high in the band around the design reference wavelength of 1574 nm, so it can be used as an edge filter such as a long wave pass filter (LWPF).
  • LWPF long wave pass filter
  • the film thickness of the first thin film layer L1 and the film thickness of the second thin film layer L2 constituting the laminated thin film F according to the present invention to appropriate values, antireflection films, interference filters, etc. It can also be put to practical use as an optical thin film.
  • FIG. 4 is a schematic longitudinal section showing a vacuum vapor deposition apparatus 1, which is a first embodiment of a film forming apparatus that realizes the method for producing a laminated thin film F according to the present invention
  • FIG. 5 is an arrow view along line VV in FIG. It is a diagram. Note that this vacuum deposition apparatus 1 is also a film forming apparatus that implements the film forming method according to the present invention.
  • the vacuum deposition apparatus 1 of the present embodiment includes a housing 2 forming a film forming chamber 2a which is a substantially closed space, a first exhaust device 3 for reducing the pressure of the entire inside of the film forming chamber 2a, and a film forming chamber.
  • an air supply device 8 that introduces a predetermined gas into the first pressure region R1, a blocking member 7 that suppresses the gas supplied from the air supply device 8 from flowing toward the second pressure region R2, and a film formation
  • a control device 10 that evaporates the vapor deposition material M while controlling the atmospheric pressure inside the chamber 2a and performs control of forming a film of the evaporated vapor deposition material M on the substrate S1, and an ion source 11 for ion assist.
  • the first pressure region R1 may be a region set to a higher pressure (low vacuum) than the second pressure region R2 inside the film forming chamber 2a, and the range is clearly defined. but not limited in any way.
  • the second pressure region R2 may be a region set to a lower pressure (high vacuum) than the first pressure region R1 inside the film forming chamber 2a, and the range is clearly defined. but not limited in any way.
  • the film forming chamber 2a may or may not include regions other than the first pressure region R1 and the second pressure region R2.
  • both the region containing the substrate S1 and the region containing the vapor deposition material M are the second pressure region inside the film forming chamber 2a. R2.
  • the region containing the substrate S1 is defined as the first pressure region R1 inside the film forming chamber 2a, and the region containing the vapor deposition material M is the second pressure region R2.
  • the vacuum deposition apparatus 1 of this embodiment has a box shape having an upper surface (ceiling surface), a lower surface (bottom surface) and a plurality of side surfaces, or a cylindrical shape having an upper surface (ceiling surface), a lower surface (bottom surface) and curved side surfaces.
  • a housing 2 is provided, 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 referred to as the upper surface
  • the lower surface is referred to as the lower surface
  • the lateral surface is referred to as the side surface for convenience.
  • It is a convenient definition for explaining the relative positional relationship among the first exhaust device 3, the substrate holder 5, and the vapor deposition mechanism 6 provided in the housing 2, and the attitude of the actually installed vacuum vapor deposition device 1. is not defined absolutely.
  • the substrate holder 5 and the deposition mechanism 6 are arranged vertically (vertically). is not limited to this arrangement, and the substrate holder 5 and the vapor deposition mechanism 6 may be arranged in the left-right direction, the horizontal direction, or the oblique direction. Further, in the vacuum deposition apparatus 1 of the embodiment shown in FIG. 4, the substrate holder 5 and the deposition mechanism 6 are arranged vertically (vertically).
  • the second exhaust device 4 is arranged on the side surface and the second exhaust device 4 is arranged on the bottom surface of the housing 2, the method for manufacturing a laminated thin film and the film forming apparatus according to the present invention are not limited to this arrangement, and the first exhaust device 3 and the second exhaust device 4 are arranged on the bottom surface of the housing 2. 2
  • the exhaust device 4 can be arranged at an appropriate location with respect to the housing 2 .
  • the first exhaust device 3 is provided approximately in 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 formation chamber 2a, and the gate valve 3a is opened when the pressure in the film formation chamber 2a is reduced.
  • the gate valve 3a is closed when the substrate S1 is introduced into the film formation chamber 2a through an opening (not shown) or when the substrate S1 on which film formation is completed is taken out from the film formation chamber 2a.
  • a turbomolecular pump (TMP) or a constant pressure pump (CP) can be used, and it is desirable that the device has a rated capacity to reduce the pressure inside the film forming chamber 2a to 0.01 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 formation chamber 2a, and the gate valve 4a is opened when the pressure inside the film formation chamber 2a is reduced.
  • the gate valve 4a is closed when the substrate S1 is introduced into the film formation chamber 2a through an opening (not shown) or when the substrate S1 on which film formation is completed is taken out from the film formation chamber 2a.
  • a turbomolecular pump (TMP) or a constant pressure pump (CP) can be used as the second exhaust device 4. It is desirable to have a rated capacity that can
  • 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 around a rotating shaft 5b rotated by a driving portion 5c.
  • the substrate holding surface 5a of the substrate holder 5 holds the substrate S1 on which the vapor deposition material M is deposited.
  • the number of substrates S1 held by the substrate holder 5 is not limited at all, and may be one or more.
  • the holding portion that holds the substrate S1 may be configured to be rotatable with respect to the substrate holder 5, and the substrate S1 may be rotated and revolved by a planetary mechanism.
  • the drive unit 5c may be omitted to provide a non-rotating substrate holder 5.
  • FIG. 4 In the first embodiment shown in FIG. 4, a plurality of substrates S1 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 S1 are positioned directly above the vapor deposition mechanism 6. ing.
  • a vapor deposition mechanism 6 is provided in the vicinity of the lower surface inside the film forming chamber 2a.
  • the vapor deposition mechanism 6 of this embodiment is composed of an electron beam vapor deposition source, and includes a crucible 6a filled with a vapor deposition material M and an electron gun 6b for irradiating the vapor deposition material M filled in the crucible 6a with an electron beam.
  • a shutter 6c for opening and closing an upper opening of the crucible 6a is movably provided above the crucible 6a.
  • a material M is deposited on the substrate S1.
  • Reference numeral 6d shown in FIG. 4 denotes a Meissner trap cooling pipe coil, which efficiently removes water released from the substrate S1 when the inside of the film forming chamber 2a is evacuated.
  • the vapor deposition material M used in the vacuum vapor deposition apparatus 1 of the present embodiment is a predetermined material that can be used as the laminated thin film F described above, and is not particularly limited. Zirconium, tantalum oxide, titanium dioxide, niobium oxide, hafnium dioxide, and the like can be mentioned.
  • Resistance heating may be used as the evaporation source of the vapor deposition mechanism 6 instead of electron beam heating using an electron gun. Resistance heating is a method in which voltage is applied across a heating element and heating is performed by Joule heat generated by flowing current.
  • the heating elements used include high-melting-point metals such as tungsten, tantalum, and molybdenum, carbon, boron nitride/titanium boride mixed sintered bodies, and the like. Depending on the substance to be evaporated, the heating element may be processed into a shape suitable for use, or a heat-resistant crucible may be used in combination.
  • An ion source 11 is installed in the second pressure region R2 on the side of the vapor deposition mechanism 6 near the lower surface inside the film forming chamber 2a.
  • the ion source 11 is an ion assisting ion source that assists the film formation process of the substrate S1 by the vapor deposition mechanism 6 with ions.
  • the irradiation range of the ion beam of the ion source 11 is a predetermined range of all or part of the substrate holding surface 5 a of the substrate holder 5 . A portion of the substrate S1 held on the substrate holding surface 5a of the substrate holder 5 of this embodiment is temporarily hidden by the blocking member 7 as the substrate holder 5 rotates, so that the ion beam is not blocked by the blocking member 7. An ion beam from the ion source 11 is irradiated toward the range.
  • the ion source 11 for example, an ion source that uses grid-shaped electrodes to extract ions from the plasma, that is, a so-called Kaufmann ion source is used.
  • the operating pressure of the Kaufman-type ion source is 0.02 Pa or less.
  • the Kaufman-type ion source 11 includes a housing, an anode and a filament arranged in the housing, a magnet for generating a magnetic field arranged outside the housing, and an opening of the housing. and a screen-shaped acceleration electrode arranged outside the screen electrode.
  • a reactive gas such as oxygen or an inert gas such as argon is supplied into the housing and a positive potential is applied to the anode to heat the filament, an electric discharge occurs.
  • a plasma is generated in the enclosure.
  • the generated plasma is densified by the magnetic field of a magnet arranged outside the housing.
  • ions are extracted from the plasma, pass through the screen electrode, are accelerated, and the substrate S is irradiated with the ions.
  • a shutter for blocking the irradiation of the substrate S1 with ions an adjustment plate for adjusting the directivity of the ions, or the like may be installed. Further, in order to electrically neutralize the substrate S1 charged by the positive ions irradiated from the ion source 11, a neutralizer for irradiating the substrate S1 with negative electrons may be installed in the film formation chamber 2a. .
  • the ion source 11 is not limited to the Kaufmann type ion source, and an ion source of a type other than the Kauffman type may be used as long as the operating pressure is 0.05 Pa or less, which is the atmospheric pressure in the second pressure region R2. . Furthermore, in the vacuum deposition apparatus 1 of the present embodiment, the ion source 11 is not an essential component, and the ion source 11 may be omitted as necessary if there is no problem with the strength of the laminated thin film F to be manufactured. good.
  • the vacuum vapor deposition apparatus 1 of the present embodiment sets the atmospheric pressure of the first pressure region R1 including the substrate S1 in the film formation chamber 2a to the first pressure, while the vapor deposition material in the film formation chamber 2a is set to the first pressure.
  • the vapor deposition process can be performed by setting the atmospheric pressure of the second pressure region R2 containing M to a second pressure lower than the first pressure. Then, the second pressure of the second pressure region R2 containing the vapor deposition material M is set by the exhaust of the first exhaust device 3 and the second exhaust device 4 described above.
  • the first pressure in the first pressure region R1 including the substrate S1 is generated by the supply of gas by the air supply device 8 and the shutoff member in addition to the exhaust by the first exhaust device 3 and the second exhaust device 4 described above. 7 is set by controlling the gas flow.
  • the vacuum deposition apparatus 1 of the present embodiment is an air supply device that introduces a predetermined inert gas or an active gas that does not react with the formed film into the first pressure region R1 including the substrate S1 held by the substrate holder 5.
  • the air supply device 8 of this embodiment includes a nozzle 8a and a gas supply source 8b.
  • the gas supply source 8b is a supply source for supplying the atmosphere gas inside the film forming chamber 2a, for example, argon gas, other inert gas, or a gas that does not react with the formed film. be.
  • the nozzle 8a and the gas supply source 8b have the sole purpose of increasing the atmospheric pressure in the first pressure region R1 with respect to the atmospheric pressure in the second pressure region R2, and supply a reactive gas for reaction. It does not produce a thin film. Therefore, an active gas that hardly reacts with the formed silicon dioxide film, such as oxygen gas when the vapor deposition material is silicon dioxide, may be introduced into the first pressure region R1.
  • a plurality of nozzles 8a are connected to one or more gas supply sources 8b, and from the plurality of nozzles 8a to the first pressure region R1. You may make it blow predetermined gas toward.
  • the inside of the film forming chamber 2a is an inert gas atmosphere or an active gas atmosphere that does not react with the formed film.
  • the vacuum deposition apparatus 1 of the present embodiment prevents the gas supplied from the air supply device 8 from flowing toward the second pressure region R2 in order to set the first pressure in the first pressure region R1 including the substrate S1.
  • a blocking member 7 is provided for restraining.
  • the blocking member 7 of the present embodiment has a bottom surface 7a and a side surface 7b rising from the bottom surface 7a, and is formed in a bottomed cylindrical shape with an upper surface 7c facing the bottom surface 7a that is entirely or partially opened. .
  • the cross section of the blocking member 7 shown in FIG. 4 is circular as shown in FIG. May be set. Further, as shown in FIG. 4, the nozzle 8a may be fixed through the blocking member 7.
  • the blocking member 7 of the present embodiment is arranged so that a predetermined gap G is formed between the opened upper surface 7c and the substrate holding surface 5a of the substrate holder 5. As shown in FIG. In this gap G, when gas is introduced from the air supply device 8 into the third pressure region R3 surrounded by the blocking member 7, the gas leaks through the gap G into the first pressure region R1 and the first pressure region R1 The dimension of the region R1 is such that it can be adjusted to a first pressure higher than the second pressure region R2. By providing this gap G, the gas supplied from the air supply device 8 and blown out to the third pressure region R3 is prevented from flowing directly toward the second pressure region R2 by the bottom surface 7a and/or the side surface 7b of the blocking member 7.
  • Suitable dimensions of the gap G are mainly determined by the volume of the third pressure region R3 surrounded by the blocking member 7, the flow rate of the gas from the air supply device 8, the first pressure and the second pressure of the first pressure region R1 to be adjusted. It can be determined by the second pressure in region R2.
  • the control device 10 includes ON/OFF of the first exhaust device 3, opening and closing of the gate valve 3a, ON/OFF of the second exhaust device 4, opening and closing of the gate valve 4a, and ON/OFF of the driving portion 5c of the substrate holder 5. It governs rotational speed control, operation control of the vapor deposition mechanism 6 including opening and closing of the shutter 6c, gas flow control including ON/OFF of the nozzle 8a, operation control including ON/OFF of the ion source 11, and the like. Then, while the inside of the film-forming chamber 2a is controlled to have a predetermined atmospheric pressure, film-forming control is performed by the ion-assisted vacuum deposition method.
  • FIG. 7 is a process chart showing the method for manufacturing the laminated thin film of this embodiment.
  • the substrate S1 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 remove the first exhaust device. 3 is operated to set the set value of the first exhaust device 3 to, for example, 0.01 Pa, thereby depressurizing the entire interior of the film forming chamber 2a.
  • the gate valve 4a is opened to operate the second exhaust device 4, and the set value of the second exhaust device 4 is set to, for example, 0.01 Pa, and the second pressure region R2 including the vapor deposition mechanism 6 is reduced.
  • the pressure is locally reduced (ST1 in FIG. 7).
  • the supply of gas from the air supply device 8 to the third pressure region R3 is started (ST2 in FIG. 7).
  • the drive unit 5c may be driven to start rotating the substrate holder 5 at a predetermined rotational speed (ST1 in FIG. 7).
  • the pressure inside the film forming chamber 2a is reduced from the normal pressure. As shown, it flows towards a first pressure region R1 which includes substrate S1 held on substrate holder 5 . As a result, the atmospheric pressure in the first pressure region R1 including the substrate S1 held by the substrate holder 5 becomes higher than that in the general region inside the film forming chamber 2a.
  • the gas supplied to the third pressure region R3 is suppressed or prevented from flowing directly toward the second pressure region R2 by the bottom surface 7a and/or the side surface 7b of the blocking member 7.
  • the pressure increasing effect of the air supply device 8 does not reach the second pressure region R2.
  • the atmospheric pressure of the second pressure region R2 including the vapor deposition mechanism 6 and the ion source 11 is locally exhausted by the second exhaust device 4, so that a lower pressure atmosphere is maintained than that of the first pressure region R1. It will be.
  • the atmospheric pressure in the second pressure region R2 is 0.05 Pa or less, and the pressure in the first pressure region R1 is
  • the electron gun 6b of the vapor deposition mechanism 6 is operated to heat and evaporate the vapor deposition material M filled in the crucible 6a, and the shutter 6c is opened.
  • the vapor deposition material M is deposited on the substrate S (ST4 in FIG. 7).
  • each of the first pressure region R1 and the second pressure region R2 is provided with a pressure sensor for detecting the atmospheric pressure. Opening/closing control of the shutter 6c of the mechanism 6 is executed.
  • the ion source 11 starts operating simultaneously with the operation of the vapor deposition mechanism 6, before or after the operation of the vapor deposition mechanism 6, and irradiates the substrate S1 with ions. Since the ion source 11 is a Kaufmann ion source with an operating pressure of 0.05 Pa or less, it operates properly at the atmospheric pressure in the second pressure region R2. The kinetic energy of the ions irradiated from the ion source 11 accelerates the vapor deposition material M which is vaporized and floating by the vapor deposition mechanism 6 and presses it against the substrate S1, or densifies the surface of the thin film deposited on the substrate S. . Thereby, the thin film formed on the surface of the substrate S has high adhesiveness, denseness and mechanical strength.
  • FIG. 6 is a graph showing the atmospheric pressures in the first pressure region R1 and the second pressure region R2 and the set pressures of the first exhaust device 3 and the second exhaust device 4, and the vertical axis represents the logarithm of the pressure.
  • the second pressure region R2 including the vapor deposition mechanism 6 is set to a pressure such that the mean free path of the second pressure region R2 is greater than the distance between the substrate S1 and the vapor deposition material M.
  • the reason for setting the pressure to 0.05 Pa or less is that if the atmospheric pressure is higher than this, the vapor deposition material M will not evaporate.
  • the reason for setting the first pressure region R1 including the substrate S1 to a pressure at which the mean free path of the first pressure region R1 is larger than the distance between the substrate S1 and the deposition material M specifically 0.05 Pa
  • the reason for the above is that if the atmospheric pressure is lower than this, a desired low refractive index thin film cannot be obtained.
  • the reason why the first pressure region R1 including the substrate S1 is set to 100 Pa or less is that if the atmospheric pressure is higher than this, the vapor deposition material M cannot reach the substrate S1 and the film cannot be formed.
  • the second pressure region R2 including the deposition mechanism 6 should be 0.05 Pa or less, and the first pressure region R1 including the substrate S should be 0.05 to 100 Pa. 2
  • the set pressure of the exhaust device 4 and the specific numerical values of the gas supply amount from the air supply device 8 are not particularly limited.
  • the atmosphere pressure of the second pressure region R2 containing the deposition material M is set to 0.05 Pa or less, and the atmosphere pressure of the first pressure region R1 containing the substrate S1 is set to 0.05 to 100 Pa.
  • FIG. 1B, FIG. 2A, and FIG. 2B are formed (ST4 in FIG. 7).
  • the first thin film layer L1 having a relatively low refractive index can be formed.
  • a command signal from the control device 10 is sent to the air supply device 8 to stop the gas supply from the nozzle 8a (Fig. ST7 of 7).
  • the atmospheric pressure in the first pressure region R1 which has been set to a high pressure of 0.05 to 100 Pa, is reduced to 0.05 Pa, which is the same pressure as the atmospheric pressure in the second pressure region R2 containing the evaporation material M. be.
  • the shutter 6c of the deposition mechanism 6 is held until the physical range including the substrate S1 becomes the same pressure as the second pressure region R2 of the physical range including the deposition material M after the gas supply from the nozzle 8a is stopped. is closed (ST6 in FIG. 7) to prevent vaporized material from adhering to substrate S1.
  • the shutter 6c of the vapor deposition mechanism 6 is opened, and the substrate S1 is exposed to the first 1 thin film layer L1 is formed (ST9 in FIG. 7). Since the entire interior of the film forming chamber 2a has a low pressure of 0.05 Pa, a dense thin film with a high refractive index can be formed.
  • the shutter 6c of the vapor deposition mechanism 6 is closed (ST11 of FIG. 7).
  • the laminated thin film F to be manufactured consists of a pair of the first thin film layer L1 and the second thin film layer L2 shown in FIG. If the thin film layer L1 and the second thin film layer L2 are stacked two times or more (Y in ST12 in FIG. 7), the process returns to step ST2 to transmit the command signal from the control device 10 to the air supply device 8. , the gas supply from the nozzle 8a is restarted, and the atmospheric pressure in the physical range including the substrate S1 is again set to the high pressure of 0.05 to 100 Pa in the first pressure region R1.
  • the first thin film layer L1 and the second thin film layer L2 are continuously formed without exchanging the vapor deposition material M of the vapor deposition mechanism 6. Since the film can be formed, the productivity of the laminated thin film F is improved.
  • FIG. 8 is a schematic longitudinal section showing a film forming apparatus 51, which is a second embodiment of the film forming apparatus for realizing the method for manufacturing the laminated thin film F according to the present invention, and FIG. 9 is taken along line IX-IX in FIG. 10A and 10B are process diagrams showing the film forming method of this embodiment.
  • the method for producing a laminated thin film of the present embodiment repeats the step of forming a film of a vapor deposition material by a vacuum vapor deposition method and the step of forming a film of a target constituent material by a sputtering method. While forming the second thin film layer L2 shown in FIG. 2B, the first thin film is formed by using only one of the step of forming a film of a vapor deposition material by a vacuum vapor deposition method and the step of forming a film of a target constituent material by a sputtering method. It is a method of forming a layer L1.
  • the film forming apparatus 51 of this embodiment includes a housing 52, an exhaust device 53 for decompressing the inside of the housing 52, and a rotating shaft 54b rotated by a driving unit 54a.
  • a disk-shaped substrate holder 55 capable of holding the substrate S in the space between the substrate holder 55 and the substrate holding surface 55a of the substrate holder 55;
  • a sputtering mechanism 57 provided inside, a gas introduction system 58 for introducing a sputtering gas into the interior of the differential pressure vessel 56, and a vacuum deposition system provided inside the housing 52 so as to face the substrate holding surface 55a. and a vacuum deposition mechanism 59 .
  • the substrate holder 55 of the present embodiment is formed in a disc shape, and a rotating shaft 54b that rotates in one direction by a drive unit 54a is fixed to the center of the disc.
  • the lower surface of the substrate holder 55 serves as a substrate holding surface 55a for fixing and holding the substrate S1.
  • An example of mounting the substrate S1 by the substrate holder 55 is shown in FIG. 9, but the present invention is not limited to such a mounting form, and various forms can be adopted.
  • a first pressure region A (relatively high pressure (low vacuum)) inside the differential pressure vessel 56 is provided between the substrate holding surface 5a of the substrate holder 55 and the upper end surface 56a of the differential pressure vessel 56. (differential pressure region) and the second pressure region B (relatively low pressure (high vacuum) region) outside the differential pressure vessel 56, a gap G1 is provided to allow slight gas communication.
  • the gap G1 is formed in a disk shape to facilitate adjustment of the gap G1.
  • the shape is not limited to the disk shape, and the shape may be a dome shape or a cylindrical shape used in a carousel type rotary film forming apparatus.
  • the differential pressure container 56 is formed in a cylindrical shape, and consists of a container body in which one axial end surface 56b (lower surface in FIG. 8) is closed and the other end surface 56a (upper surface in FIG. 8) is open.
  • the differential pressure container 56 separates the interior of the housing 52 into a second pressure region B outside the differential pressure container 56 and a first pressure region A inside the differential pressure container 56 .
  • the open end face 56a of the differential pressure container 56 is circular, for example, and is arranged with a predetermined gap G1 from the substrate holding surface 55a of the substrate holder 55.
  • the gap G1 causes the sputtering gas to leak into the second pressure region B through the gap G1. It is an interval that can be adjusted to a predetermined pressure higher than the second pressure region B (in other words, the first pressure region A is a lower vacuum than the second pressure region B).
  • a suitable size of the gap G1 can be determined mainly by the volume of the differential pressure vessel 56, the flow rate of the sputtering gas, and the pressures in the second pressure region B and the first pressure region A to be adjusted.
  • the differential pressure container 56 faces a part of the substrate holder 55 and has a communicating portion such as a hole or a gap through which gas can slightly communicate with the other second pressure region B inside the housing 52. and is not limited to the illustrated cylindrical body.
  • the first pressure area A may be formed by providing a shielding wall or the like on the inner wall of the housing 52 .
  • the end surface 56a and the substrate holding surface 55a may be arranged close to each other and the differential pressure vessel 56 may be provided with a gas communication hole.
  • a sputtering mechanism 57 is provided in the differential pressure container 56 .
  • the sputtering mechanism 57 of this embodiment includes a target 57a arranged inside a differential pressure vessel 56, a sputtering electrode 57b holding the target 57a, a sputtering power supply 57c supplying power to the sputtering electrode 57b, a target 57a and a substrate. and a shutter 57d disposed between the holder 55 and covering or opening the target 57a.
  • the sputtering mechanism 57 of this embodiment is based on a DC (direct current) or RF (radio frequency) sputtering method.
  • the target 57 a is formed by forming a film raw material into a flat plate shape, and is arranged inside the differential pressure vessel 56 so as to face the substrate holding surface 55 a of the substrate holder 55 .
  • metal targets such as Si, Zr, Al, Ti, Ta, Nb, and Hf can be used, and in addition to these, metal oxide targets such as SiO 2 may be used. .
  • a gas introduction system 58 for introducing the sputtering gas into the first pressure region A is provided inside the differential pressure vessel 56 .
  • the gas introduction system 58 includes gas cylinders 58a and 58d for storing the sputtering gas, valves 58b and 58e provided corresponding to the gas cylinders 58a and 58d, mass flow controllers 58c and 58f for adjusting the flow rate of the sputtering gas, and a pipe 58g as a supply channel.
  • the gas cylinder 58a, valve 58b, and mass flow controller 58c are used to supply oxygen gas, and the gas cylinder 58d, valve 58e, and mass flow controller 58f are used to supply argon gas.
  • an inert gas such as argon or helium and, if necessary, a reactive gas such as oxygen or nitrogen are introduced as the sputtering gas.
  • DC (direct current) sputtering using a metal target is effective in increasing the deposition rate in sputtering deposition.
  • it is necessary to react with oxygen, nitrogen, or the like, but the reaction may not always proceed and may be incomplete.
  • the ratio of the reactive gas introduced into the first pressure region A to the inert gas should be 0.5% to 15%, preferably 0.5% to 8%.
  • the vacuum vapor deposition mechanism 59 consists of an electron beam vapor deposition source, and includes a crucible 59a filled with vapor deposition material and an electron gun 59b for irradiating the vapor deposition material filled in the crucible 59a with an electron beam.
  • a shutter 59c for opening and closing an upper opening of the crucible 59a is movably provided above the crucible 59a.
  • the vapor deposition material is a predetermined material that can be used as the laminated thin film F described above, and is not particularly limited, but may be silicon dioxide, magnesium fluoride, aluminum oxide, zirconium dioxide, tantalum oxide, titanium dioxide, niobium oxide, or dioxide. Examples include hafnium. In this case, the same metal oxide as the metal or metal oxide forming the target 57a can be used.
  • a film forming apparatus 51 used in this embodiment includes a sputtering mechanism 57 and a vacuum deposition mechanism 59 inside a single housing 52 .
  • the structure for coexisting two film forming methods, the sputtering method and the vacuum vapor deposition method, which require a greatly different degree of vacuum is provided in the differential pressure container 56 in which the target 57a of the sputtering mechanism 57 is stored. be.
  • the pressure in the first pressure area A of the differential pressure vessel 56 is made higher than the second pressure area B inside the housing 52, thereby enabling sputtering.
  • the degree of vacuum can be 1 to 10 -1 Pa.
  • the pressure in the first pressure region A is controlled by adjusting the flow rate of the sputtering gas and the dimension of the gap G1.
  • the gap G1 is set to a very small width, a large amount of gas from the differential pressure vessel 56 does not flow into the second pressure region B inside the housing 52, so the degree of vacuum near the evaporation source of the vacuum deposition mechanism 59 is reduced to , and a vacuum degree of 10 ⁇ 1 to 10 ⁇ 6 Pa that allows vacuum deposition.
  • sputtering film formation and vacuum vapor deposition film formation can be performed inside the same housing 52 .
  • the film forming apparatus 51 used in this embodiment includes a rotary substrate holder 55 that holds and rotates the substrate S1. Therefore, the substrate S1 rotates inside the housing 52 around the rotating shaft 54b during film formation. As a result, the substrate S1 moves between the first pressure region A for sputtering film formation and the second pressure region B for vacuum deposition film formation. The time spent in each area A, B can be adjusted to any time. This indicates that the film formed by the sputtering method and the film formed by the vacuum deposition method can be formed in the same housing 52 .
  • sputtering film formation is performed while the substrate S1 is also passed through the second pressure region B, which is a higher vacuum than the pressure suitable for the sputtering method, by rotating the substrate holder 55. Therefore, the film formation particles Adhesion to other substrates S1 can be suppressed, leading to production of a good quality film.
  • the residence time of the substrate S1 in the first pressure region A for sputtering film formation and the second pressure region B for vacuum vapor deposition film formation is By adjusting the film forming conditions of the sputtering mechanism 57 or the vacuum deposition mechanism 59, etc., the ratio of the film weight by sputtering and the film weight by vacuum deposition and the total film formation amount (film thickness) are set to desired values. be able to.
  • 10A to 10D are process diagrams showing a method for manufacturing a laminated thin film according to this embodiment.
  • a step of forming a silicon dioxide film on one side of a substrate S1 by a sputtering method using a sputtering mechanism 57 and a step of forming a silicon dioxide film by a vacuum deposition method using a vacuum deposition mechanism 59 are performed. , are alternately repeated to form the second thin film layer L2 shown in FIGS. Membrane.
  • step ST101 the housing 52 is sealed, and the inside of the housing 52 is evacuated (reduced pressure) using the exhaust device 53.
  • FIG. in step ST102 the pressure gauge 60 provided to face the second pressure region B of the housing 52 is used to check whether the inside of the housing 52 has reached a predetermined pressure, for example, 7 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa. judge. If the inside of the housing 52 has not reached the predetermined pressure, eg, 7 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa, the process returns to step ST101, and the evacuation is repeated until the pressure reaches 7 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa.
  • a predetermined pressure for example, 7 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa.
  • step ST103 the rotation of the substrate holder 55 in step ST103 is started prior to the introduction of the gas in step ST104. good too.
  • the rotation of the substrate holder 55 affects the flow rate of the gas leaking out of the differential pressure vessel 56 through the gap G1 between the substrate holder 55 and the differential pressure vessel 56. preferably before the introduction of or during the introduction of the gas.
  • step ST104 the valves 58b and 58e are opened to introduce oxygen gas and argon gas into the first pressure region A inside the differential pressure vessel 56 from the gas cylinders 58a and 58d, respectively.
  • the oxygen gas and the argon gas are introduced into the first pressure region A
  • the first pressure region A which has been decompressed to about 7 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa by the exhaust device 53, is locally filled with oxygen gas. and argon gas are introduced, and a very small amount of these gases leaks to the outside of the differential pressure vessel 56 through the gap G1 at a constant flow rate.
  • the pressure in the first pressure region A reaches the desired value.
  • the pressure is 1 to 10 ⁇ 1 Pa, which is suitable for sputtering film formation.
  • the pressure in the first pressure region A may be detected by providing a pressure gauge inside the differential pressure vessel 56, but experiments show that plasma is generated when the pressure reaches 1 to 10 -1 Pa. Confirmed. Therefore, in the present embodiment, when plasma is generated inside the differential pressure vessel 56, it is determined that the predetermined pressure of 1 to 10 -1 Pa has been reached.
  • step ST104 if plasma is not generated even after waiting for a while, the introduction speed of the oxygen gas and the argon gas is slower than the leak speed of the gas from the gap G1. It is expected that the pressure has not risen sufficiently. Therefore, by adjusting the mass flow controllers 58c and 58f, the flow rates of oxygen gas and argon gas are increased.
  • step ST105 the shutter 57d covering the target 57a until then is opened to perform sputtering film formation, and the shutter 59c closing the crucible 59a until then is opened to emit an electron beam from the electron gun 59b to the crucible 59a.
  • Vacuum vapor deposition film formation is performed by irradiation.
  • step ST106 the non-contact film thickness sensor 61 determines whether the film thickness of the thin film formed on the substrate S1 has reached a predetermined required film thickness. If the film thickness of the thin film formed on the substrate S1 has not reached the predetermined required film thickness, step ST105 is repeated until the required film thickness is reached. Thereby, the second thin film layer L2 having a relatively low film refractive index can be formed.
  • step ST107 the shutter of the vacuum deposition mechanism 59 is 59c is closed to finish the vapor deposition.
  • film formation by the sputtering mechanism 57 continues.
  • a dense first thin film layer L1 with a high refractive index can be formed on the surface of the second thin film layer L2.
  • the film thickness of the first thin film layer L1 formed on the second thin film layer L2 reaches the predetermined target film thickness (Y in ST108 of FIG. 10), and the laminated thin film F to be manufactured is the same as that shown in FIG.
  • the film forming process is completed (Y in ST109 of FIG. 10), but the first thin film is formed as shown in FIG. 2A.
  • the process returns to step ST105 to continue the sputtering film formation and close the shutter 59c of the vacuum deposition mechanism 59.
  • An electron beam is irradiated from the electron gun 59b to the crucible 59a to perform vacuum vapor deposition film formation.
  • the second thin film layer L2 is formed on the surface of the first thin film layer L1. By repeating this, a desired laminated thin film F is obtained.
  • the first thin film layer L1 and the second thin film can be produced without exchanging the vapor deposition material of the vacuum vapor deposition mechanism 59 and the target 57a of the sputtering mechanism 57. Since the layer L2 can be formed continuously, the productivity of the laminated thin film F is improved.

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Abstract

所定の材料からなり、屈折率がｎ１の第１の薄膜層と、前記所定の材料からなり、屈折率がｎ２（ただし、ｎ２＜ｎ１）の第２の薄膜層と、を含む積層薄膜である。

Description

積層薄膜とその製造方法
　本発明は、積層薄膜とその製造方法に関するものである。
　波長が１５０ｎｍ～２００ｎｍの短波長域で用いる光学薄膜の一例として、フッ化物系物質からなる層を含み、このフッ化物系物質からなる層は、基板の屈折率以上の物質からなる高屈折率層と、基板の屈折率以下の物質からなる低屈折率層とを交互に積層してなるものが知られている。そして、高屈折率層を形成する物質は、フッ化ネオジウム（ＮｄＦ３）、フッ化ランタン（ＬａＦ３）、フッ化ガドリニウム（ＧｄＦ３）、フッ化ディスプロシウム（ＤｙＦ３）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、フッ化鉛（ＰｂＦ２）、およびこれら混合物又は化合物であり、低屈折率層を形成する物質は、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦ２）、クリオライト（Ｎａ３ＡｌＦ６）、チオライト（Ｎａ５Ａｌ３Ｆ１４）、及びこれら混合物又は化合物であるとされている（特許文献１）。
特開２００２－１４２０２号公報
　しかしながら、上述した従来技術では、高屈折率層を形成する物質と低屈折率層を形成する物質が異なるため、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層する場合、蒸着法及びスパッタ法の何れを用いても蒸着材料又はターゲット構成物質の交換工程が必要になり、生産性が低いという問題がある。
　本発明が解決しようとする課題は、生産性が高い積層薄膜及びその製造方法を提供することである。
　本発明は、所定の材料からなり、屈折率がｎ１の第１の薄膜層と、前記所定の材料からなり、屈折率がｎ２（ただし、ｎ２＜ｎ１）の第２の薄膜層と、を含む積層薄膜によって、上記課題を解決する。
　上記発明において、前記第１の薄膜層と前記第２の薄膜層のみからなる積層薄膜であってもよい。また上記発明において、複数の前記第１の薄膜層と複数の前記第２の薄膜とが積層されていてもよい。また上記発明において、一対の前記第１の薄膜層と前記第２の薄膜層が、複数対積層されていてもよい。
　上記発明において、前記所定の材料が、二酸化ケイ素であってもよい。この場合において、前記第１の薄膜層の屈折率が、１．４６以上、前記第２の薄膜層の屈折率が、１．４６未満であってもよい。
　上記発明において、積層薄膜は、エッジフィルタ、反射防止膜、高反射膜又は干渉フィルタの少なくとも一部を構成してもよい。
　また本発明は、成膜室内の蒸着材料が設けられる第２圧力領域の圧力を、当該第２圧力領域の平均自由行程が、被成膜物と前記蒸着材料との距離より大きくなる圧力に設定し、
　前記成膜室内の前記第２圧力領域とは圧力が異なる第１圧力領域の圧力を、当該第１圧力領域の平均自由行程が、前記被成膜物と前記蒸着材料との距離より小さくなる圧力に設定し、
　前記蒸着材料に所定の材料からなる蒸着材料を用い、
　この状態で、蒸着法により、前記第２圧力領域において前記所定の材料からなる蒸着材料を蒸発させ、前記第２圧力領域において前記被成膜物に、前記所定の蒸着材料からなり、屈折率がｎ１の第１の薄膜層を形成し、
　この前又はこの後に、前記蒸着法により、前記第２圧力領域において前記所定の材料からなる蒸着材料を蒸発させ、前記第１圧力領域において前記被成膜物に、前記所定の蒸着材料からなる、屈折率がｎ２（ただし、ｎ２＜ｎ１）の第２の薄膜層を形成する積層薄膜の製造方法によって、上記課題を解決する。
　上記発明において、前記第１の薄膜層を形成する工程と前記第２の薄膜層を形成する工程とを繰り返してもよい。
　上記発明において、前記蒸着材料と前記被成膜物とが設けられる成膜室と、前記成膜室の内部全体を減圧する排気装置と、前記第１圧力領域に、形成した膜と反応しないガスを供給する給気装置と、前記給気装置から供給したガスが、前記第２圧力領域に向かって流れるのを抑制する遮断部材と、を備える成膜装置を用い、
　前記第１の薄膜層を形成する場合には、前記給気装置による前記ガスの供給を停止し、
　前記第２の薄膜層を形成する場合には、前記給気装置により、前記第１圧力領域に前記ガスを供給してもよい。
　上記発明において、前記第１圧力領域の圧力を０．０５Ｐａ～１００Ｐａに設定し、前記第２圧力領域の圧力を０．０５Ｐａ未満に設定してもよい。
　また本発明は、成膜室内に配置された被成膜物に対し、蒸着材料を蒸着法により成膜する工程又はターゲット構成物質をスパッタ法により成膜する工程の一方により、所定の材料からなり、屈折率がｎ１の第１の薄膜層を形成し、
　この前又はこの後に、前記蒸着法により成膜する工程と前記スパッタ法により成膜する工程とを繰り返し、前記所定の材料からなり、屈折率がｎ２（ただし、ｎ２＜ｎ１）の第２の薄膜層を形成する積層薄膜の製造方法により、上記課題を解決する。
　上記発明において、前記第１の薄膜層を形成する工程と前記第２の薄膜層を形成する工程とを繰り返してもよい。
　上記発明において、前記成膜室と、前記成膜室内に回転可能に設けられ、前記被成膜物を保持するホルダと、前記成膜室内の前記ホルダの一部に対向して設けられ、前記成膜室内の他の領域と僅かな隙間を通じて連通した状態で物理的に隔離された差圧容器と、前記差圧容器内に設けられたスパッタ機構と、前記差圧容器内にスパッタガスを導入するガス導入系統と、前記成膜室内に前記ホルダに対向して設けられた蒸着機構と、を備える成膜装置を用い、
　前記第１の薄膜層を形成する場合には、前記スパッタ機構又は前記蒸着機構の一方を停止し、
　前記第２の薄膜層を形成する場合には、前記スパッタ機構及び前記蒸着機構を作動してもよい。
　本発明によれば、第１の薄膜層と第２の薄膜層は同一の材料からなるので、蒸着法及びスパッタ法の何れを用いても蒸着材料又はターゲット構成物質の交換工程が不要となり、生産性を高めることができる。
本発明に係る積層薄膜の一実施の形態を示す断面図である。 本発明に係る積層薄膜の他の実施の形態を示す断面図である。 図１Ａの積層薄膜を鳥瞰観察した走査型電子顕微鏡写真である。 図１Ｃの積層薄膜の分光反射率特性を示すグラフである。 本発明に係る積層薄膜のさらに他の実施の形態を示す断面図である。 本発明に係る積層薄膜のさらに他の実施の形態を示す断面図である。 図２Ａの積層薄膜を鳥瞰観察した走査型電子顕微鏡写真である。 図２Ｃの積層薄膜の分光反射率特性を示すグラフである。 本発明に係る積層薄膜のさらに他の実施の形態の分光反射率特性を示すグラフである。 本発明に係る積層薄膜のさらに他の実施の形態の積層薄膜を鳥瞰観察した走査型電子顕微鏡写真である。 図３Ａの積層薄膜の分光反射率特性を示すグラフである。 本発明に係る積層薄膜の製造方法を実現する成膜装置の一例を示す概略断面図である。 図４のV-V線に沿う断面図である。 図４に示す第１圧力領域Ｒ１及び第２圧力領域Ｒ２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。 本発明に係る積層薄膜の製造方法の一実施の形態を示す工程図である。 本発明に係る積層薄膜の製造方法を実現する成膜装置の他例を示す概略断面図である。 図８のIX-IX線に沿う断面図である。 本発明に係る積層薄膜の製造方法の他の実施の形態を示す工程図である。
　以下、本発明に係る積層薄膜及びその製造方法の実施形態を図面に基づいて説明する。
《積層薄膜》
　図１Ａは、本発明に係る積層薄膜の一実施の形態を示す断面図である。本実施形態に係る積層薄膜Ｆは、図１に示すように、所定の材料からなり、屈折率がｎ１の第１の薄膜層Ｌ１と、同じ所定の材料からなり、屈折率ｎ２が第１の薄膜層Ｌ１の屈折率ｎ１より相対的に小さい（ｎ１＞ｎ２）第２の薄膜層Ｌ２と、が積層されてなる。本実施形態の積層薄膜Ｆは、図１に示すように、たとえば、無機材料、有機材料又は金属材料からなる被成膜物Ｓの表面に成膜される。被成膜物Ｓとは、本発明に係る積層薄膜Ｆを形成する対象物を言い、ガラス、プラスチック又は鋼板など、いわゆる基板である。
　本実施形態の積層薄膜Ｆにおいて、第１の薄膜層Ｌ１を構成する所定の材料と、第２の薄膜層Ｌ２を構成する所定の材料とは、同じ材料とされている。本実施形態の積層薄膜Ｆとして用いることができる所定の材料としては、二酸化ケイ素，フッ化マグネシウム，酸化アルミニウム，二酸化ジルコニウム，酸化タンタル，二酸化チタン，酸化ニオブ又は二酸化ハフニウムなどを例示することができる。所定の材料として二酸化ケイ素を用いた場合、第１の薄膜層Ｌ１及び第２の薄膜層Ｌ２のいずれも二酸化ケイ素から構成される。
　また、本実施形態の積層薄膜Ｆは、上述したとおり第１の薄膜層Ｌ１の屈折率をｎ１、第２の薄膜層Ｌ２の屈折率をｎ２とすると、ｎ１＞ｎ２の関係が成り立つように形成される。所定の材料として二酸化ケイ素を用いた場合、たとえば、第１の薄膜層Ｌ１の屈折率ｎ１が１．４６以上、第２の薄膜層Ｌ２の屈折率ｎ２が１．４６未満となるように形成される。
　本実施形態の積層薄膜Ｆは、第１の薄膜層Ｌ１と第２の薄膜層Ｌ２とを積層して構成されるが、その形成順序はどちらが先でもよい。図１に示す積層薄膜Ｆは、被成膜物Ｓの表面に第１の薄膜層Ｌ１を形成し、その表面に第２の薄膜層Ｌ２を形成して成り、一対の第１の薄膜層Ｌ１及び第２の薄膜層Ｌ２のみからなる積層薄膜である。この場合、図１Ｂに示すように、第１の薄膜層Ｌ１と第２の薄膜層Ｌ２との上下を逆にし、被成膜物Ｓの表面に第２の薄膜層Ｌ２を形成し、その表面に第１の薄膜層Ｌ１を形成してもよい。このように高屈折率の第１の薄膜層Ｌ１と低屈折率の第２の薄膜層Ｌ２とを積層して成る積層薄膜Ｆは、たとえば高反射膜（ミラー）などの光学薄膜として実用できる。
　図１Ｃは、被成膜物Ｓの表面に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる第２の薄膜層Ｌ２を形成し、その表面に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる第１の薄膜層Ｌ１を形成した積層薄膜Ｆを鳥瞰観察した走査型電子顕微鏡写真であり、被成膜物Ｓ及び積層薄膜Ｆの断面と積層薄膜Ｆの表面を示す。同図に示す積層薄膜Ｆは、後述する図８及び図９に示す成膜装置５１を用いて形成したものであり、高屈折率の第１の薄膜層Ｌ１の膜厚を２５０ｎｍ、低屈折率の第２の薄膜層Ｌ２の膜厚を２５０ｎｍにして積層したものである。波長５５０ｎｍにおける屈折率を算出すると、第１の薄膜層Ｌ１の屈折率ｎ１は１．３０、第２の薄膜層Ｌ２の屈折率ｎ２は１．４６である。なお、本明細書でいう屈折率は、全て波長５５０ｎｍにおける値である。
　図２Ｃに示すように、第２の薄膜層Ｌ２は、膜が粗笨で緻密性が低く、多孔質化しているのに対し、第１の薄膜層Ｌ１は、緻密な膜に形成されている。また、多孔質化した第２の薄膜層Ｌ２の表面に第１の薄膜層Ｌ１を積層しても、第２の薄膜層Ｌ２と第１の薄膜層Ｌ１との界面において混合した膜が形成されることも観察されず、また第２の薄膜層Ｌ２が第１の薄膜層Ｌ１によって圧縮されることもなく、２つの薄膜層が独立して積層されていることが確認された。
　図１Ｄは、図１Ｃに示す積層薄膜の分光反射率特性を示すグラフである。同図に示すように、３００ｎｍ以上の帯域において反射率が高いことが確認されたので、高反射膜（ミラー）などの光学薄膜として実用できる。
　本発明の積層薄膜Ｆは、図１Ａ及び図１Ｂに示す実施の形態に限定されず、図２Ａに示すように、第１の薄膜層Ｌ１と第２の薄膜Ｌ２とのそれぞれを複数積層してもよい。図２Ａは、本発明に係る積層薄膜のさらに他の実施の形態を示す断面図である。図２Ａに示す積層薄膜Ｆは、被成膜物Ｓの表面に第２の薄膜層Ｌ２を形成し、その表面に第１の薄膜層Ｌ１を形成し、さらにその表面に第２の薄膜層Ｌ２を形成し、さらにその表面に第１の薄膜層Ｌ１を形成し、これを繰り返し、最後に第２の薄膜層Ｌ２を形成して成る。またこれに代えて、図２Ｂに示すように、被成膜物Ｓの表面に第１の薄膜層Ｌ１を形成し、その表面に第２の薄膜層Ｌ２を形成し、さらにその表面に第１の薄膜層Ｌ１を形成し、さらにその表面に第２の薄膜層Ｌ２を形成し、これを繰り返し、最後に第１の薄膜層Ｌ１を形成してもよい。
　図２Ａに示すように、低屈折率の第２の薄膜層Ｌ２の表面に高屈折率の第１の薄膜層Ｌ１を形成し、さらにその表面に低屈折率の第２の薄膜層Ｌ２を形成し、これら３層の光学膜厚の比を０．５：１：０．５とした積層薄膜を一単位とし、これを１又は複数単位積層した積層薄膜Ｆは、ショートウェイブパスフィルタ（ＳＷＰＦ）などのエッジフィルタとして実用できる。また、図２Ｂに示すように、高屈折率の第１の薄膜層Ｌ１の表面に低屈折率の第２の薄膜層Ｌ２を形成し、さらにその表面に高屈折率の第１の薄膜層Ｌ１を形成し、これら３層の光学膜厚の比を０．５：１：０．５とした積層薄膜を一単位とし、これを１又は複数単位積層した積層薄膜Ｆは、ロングウェイブパスフィルタ（ＬＷＰＦ）などのエッジフィルタとして実用できる。
　図２Ｃは、被成膜物Ｓの表面に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる第２の薄膜層Ｌ２を形成し、その表面に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる第１の薄膜層Ｌ１を形成し、さらにその表面に第２の薄膜層Ｌ２を形成し、これら３層の光学膜厚の比を０．５：１：０．５とした積層薄膜を一単位とし、これを６単位形成した積層薄膜Ｆを、鳥瞰観察した走査型電子顕微鏡写真であり、被成膜物Ｓ及び積層薄膜Ｆの断面と積層薄膜Ｆの表面を示す。同図に示す積層薄膜Ｆは、後述する図８及び図９に示す成膜装置により形成したものである。なお、一単位の積層薄膜を構成する３層の光学膜厚の比が０．５：１：０．５であり、設計目標波長λ＝３６５ｎｍとしたので、一単位の積層薄膜を構成する第２の薄膜層Ｌ２、第１の薄膜層Ｌ１、第２の薄膜層Ｌ２の物理的膜厚は、この順に３５．０５ｎｍ、６２．６ｎｍ、３５．０５ｎｍである。
　図２Ｄは、図２Ｃに示す積層薄膜の分光反射率特性を示すグラフである。同図に示すように、設計基準波長３６５ｎｍ付近の帯域において透過率が高いことが確認されたので、ショートウェイブパスフィルタ（ＳＷＰＦ）などのエッジフィルタとして実用できる。
　図２Ｅは、図２Ｃに示す積層薄膜Ｆの他の実施形態の分光反射率特性を示すグラフである。本例の積層薄膜Ｆは、被成膜物Ｓの表面に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる第２の薄膜層Ｌ２を形成し、その表面に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる第１の薄膜層Ｌ１を形成し、さらにその表面に第２の薄膜層Ｌ２を形成し、これら３層の光学膜厚の比を０．５：１：０．５とした積層薄膜を一単位とし、これを２５単位形成した積層薄膜である。この積層薄膜も後述する図８及び図９に示す成膜装置により形成したものである。なお、図２Ｃに示す積層薄膜Ｆと同様、一単位の積層薄膜を構成する３層の光学膜厚の比が０．５：１：０．５であり、設計目標波長λ＝３６５ｎｍとしたので、一単位の積層薄膜を構成する第２の薄膜層Ｌ２、第１の薄膜層Ｌ１、第２の薄膜層Ｌ２の物理的膜厚は、この順に３５．０５ｎｍ、６２．６ｎｍ、３５．０５ｎｍである。
　図２Ｅに示すように、低屈折率の第２の薄膜層Ｌ２、高屈折率の第１の薄膜層Ｌ１、低屈折率の第２の薄膜層Ｌ２を一単位とする積層薄膜の積層単位数を多くすることで、透過する波長帯域の幅が狭くなり、特性曲線の透過波長と非透過波長の境界（エッジ）がシャープになることが確認された。
　図３Ａは、被成膜物Ｓの表面に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる第２の薄膜層Ｌ２を形成し、その表面に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる第１の薄膜層Ｌ１を形成し、さらにその表面に第２の薄膜層Ｌ２を形成し、これら３層の光学膜厚の比を０．５：１：０．５とした積層薄膜を一単位とし、これを６単位形成した積層薄膜Ｆを、鳥瞰観察した走査型電子顕微鏡写真であり、被成膜物Ｓ及び積層薄膜Ｆの断面と積層薄膜Ｆの表面を示す。同図に示す積層薄膜Ｆは、後述する図８及び図９に示す成膜装置により形成したものである。なお、一単位の積層薄膜を構成する３層の光学膜厚の比が０．５：１：０．５であり、設計目標波長λ＝１５７４ｎｍとしたので、一単位の積層薄膜を構成する第２の薄膜層Ｌ２、第１の薄膜層Ｌ１、第２の薄膜層Ｌ２の物理的膜厚は、この順に１５８．９ｎｍ、３５５．７ｎｍ、１５８．９ｎｍである。
　図３Ｂは、図３Ａに示す積層薄膜の分光反射率特性を示すグラフである。同図に示すように、設計基準波長１５７４ｎｍ付近の帯域において透過率が高いことが確認されたので、ロングウェイブパスフィルタ（ＬＷＰＦ）などのエッジフィルタとして実用できる。
　なお、本発明に係る積層薄膜Ｆを構成する第１の薄膜層Ｌ１の膜厚と第２の薄膜層Ｌ２の膜厚をそれぞれ適宜の値に設定することで、反射防止膜又は干渉フィルタなどの光学薄膜として実用することもできる。
《積層薄膜の製造方法（その１）》
　次に、上述した本発明に係る積層薄膜Ｆの製造方法について説明する。
　図４は、本発明に係る積層薄膜Ｆの製造方法を実現する成膜装置の第１実施形態である真空蒸着装置１を示す概略縦断面、図５は、図４のV-V線に沿う矢視図である。なお、この真空蒸着装置１は、本発明に係る成膜方法を実施する成膜装置でもある。
　本実施形態の真空蒸着装置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、成膜室２ａの内部の第２圧力領域Ｒ２を局所的に減圧する第２排気装置４と、被蒸着物である基板Ｓ１（本発明に係る被成膜物）を保持する基板ホルダ５と、蒸着機構６と、第１圧力領域Ｒ１に所定のガスを導入する給気装置８と、給気装置８から供給したガスが第２圧力領域Ｒ２に向かって流れるのを抑制する遮断部材７と、成膜室２ａの内部の雰囲気圧力を制御しながら蒸着材料Ｍを蒸発させ、基板Ｓ１に蒸発した蒸着材料Ｍを成膜する制御を実行する制御装置１０と、イオンアシスト用のイオン源１１と、を備える。
　なお、第１圧力領域Ｒ１とは、成膜室２ａの内部において第２圧力領域Ｒ２に対して高圧力（低真空）に設定された領域であればよく、その範囲は明確に規定されるものではなく、何ら限定されない。同様に、第２圧力領域Ｒ２は、成膜室２ａの内部において第１圧力領域Ｒ１に対して低圧力（高真空）に設定された領域であればよく、その範囲は明確に規定されるものではなく、何ら限定されない。また、成膜室２ａは、第１圧力領域Ｒ１及び第２圧力領域Ｒ２以外の領域を含んでもよく、含まなくてもよい。本実施形態において、高屈折率の第１の薄膜層Ｌ１を形成する工程では、成膜室２ａの内部において、基板Ｓ１を含んだ領域と蒸着材料Ｍを含んだ領域がいずれも第２圧力領域Ｒ２とされる。これに対し、低屈折率の第２の薄膜層Ｌ２を形成する工程では、成膜室２ａの内部において、基板Ｓ１を含んだ領域が第１圧力領域Ｒ１とされ、蒸着材料Ｍを含んだ領域が第２圧力領域Ｒ２とされる。
　本実施形態の真空蒸着装置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４に示す真空蒸着装置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、実際に設置された真空蒸着装置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に示す実施形態の真空蒸着装置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、本発明に係る積層薄膜の製造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、または斜め方向に配置してもよい。また、図４に示す実施形態の真空蒸着装置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、第２排気装置４を筐体２の下面に配置したが、本発明に係る積層薄膜の製造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及び第２排気装置４は、筐体２に対して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を減圧する場合にはゲートバルブ３ａが開放される。一方、図示しない開口部を介して、基板Ｓ１を成膜室２ａに投入する場合や、成膜を終えた基板Ｓ１を成膜室２ａから取り出する場合などは、ゲートバルブ３ａが閉塞される。第１排気装置３として、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）や定圧ポンプ（ＣＰ）を挙げることができ、成膜室２ａの内部を０．０１Ｐａ以下まで減圧できる定格能力を有することが望ましい。
　第２排気装置４は、図４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が開放される。一方、図示しない開口部を介して、基板Ｓ１を成膜室２ａに投入する場合や、成膜を終えた基板Ｓ１を成膜室２ａから取り出する場合などは、ゲートバルブ４ａが閉塞される。第２排気装置４として、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）や定圧ポンプ（ＣＰ）を挙げることができ、成膜室２ａの内部のうち蒸着機構６を含む第２圧力領域Ｒ２を０．０１Ｐａ以下まで減圧できる定格能力を有することが望ましい。
　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Ｍの蒸着対象となる基板Ｓ１が保持される。なお、基板ホルダ５に保持する基板Ｓ１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、基板Ｓ１を保持する保持部を基板ホルダ５に対して自転可能に構成し、遊星機構により基板Ｓ１を自転及び公転させてもよい。さらに、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Ｓ１が保持可能とされ、蒸着機構６の直上に複数の基板Ｓ１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Ｍを充填する坩堝６ａと、坩堝６ａに充填された蒸着材料Ｍ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Ｓ１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Ｍを加熱蒸発させるとともにシャッタ６ｃを開き、蒸発した蒸着材料Ｍを基板Ｓ１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Ｓ１から放出される水分を効率的に除去するものである。本実施形態の真空蒸着装置１にて用いられる蒸着材料Ｍは、上述した積層薄膜Ｆとして用いることができる所定の材料であり、特に限定はされないが、二酸化ケイ素，フッ化マグネシウム，酸化アルミニウム，二酸化ジルコニウム，酸化タンタル，二酸化チタン，酸化ニオブ又は二酸化ハフニウム、などを挙げることができる。
　なお、蒸着機構６の蒸発源として、電子銃を用いた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。
　成膜室２ａの内部の下面近傍で、蒸着機構６の側方の第２圧力領域Ｒ２には、イオン源１１が設置されている。イオン源１１は、蒸着機構６による基板Ｓ１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。イオン源１１のイオンビームの照射範囲は、基板ホルダ５の基板保持面５ａの全部又は一部の所定範囲とされている。本実施形態の基板ホルダ５の基板保持面５ａに保持された基板Ｓ１の一部は、基板ホルダ５の回転に伴って一時的に遮断部材７により隠れるため、イオンビームが遮断部材７により遮蔽されない範囲に向けてイオン源１１からのイオンビームが照射される。
　本実施形態では、イオン源１１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、０．０２Ｐａ以下である。図示は省略するが、カウフマン型のイオン源１１は、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。筐体内に酸素などの反応性ガス又はアルゴンなどの不活性ガスを供給し、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する。生成したプラズマは、筐体外部に配された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。
　蒸着機構６により基板Ｓ１に堆積する蒸着膜にイオンビームを照射することで、緻密で強度が高く、表面が平滑な膜を得ることができる。なお、イオン源１１の上方に、基板Ｓ１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、イオン源１１から照射された正イオンにより帯電した基板Ｓ１を電気的に中和するために、基板Ｓ１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に設置してもよい。さらに、イオン源１１は、カウフマン型イオン源に限定されず、動作圧力が第２圧力領域Ｒ２の雰囲気圧力である０．０５Ｐａ以下であれば、カウフマン型以外の形式のイオン源を用いてもよい。さらに、本実施形態の真空蒸着装置１において、イオン源１１は必須の構成要素ではなく、製造される積層薄膜Ｆの強度などに問題がなければ、必要に応じてイオン源１１を省略してもよい。
　本実施形態の真空蒸着装置１は、成膜室２ａのうちの、基板Ｓ１を含む第１圧力領域Ｒ１の雰囲気圧力を第１圧力に設定する一方で、成膜室２ａのうちの、蒸着材料Ｍを含む第２圧力領域Ｒ２の雰囲気圧力を第１圧力より低い第２圧力に設定し、蒸着処理を行うことができる。そして、蒸着材料Ｍを含む第２圧力領域Ｒ２の第２圧力は、上述した第１排気装置３と第２排気装置４の排気によって設定される。これに対して、基板Ｓ１を含む第１圧力領域Ｒ１の第１圧力は、上述した第１排気装置３と第２排気装置４の排気に加え、給気装置８によるガスの供給と、遮断部材７によるガス流れの制御によって設定される。
　すなわち、本実施形態の真空蒸着装置１は、基板ホルダ５に保持された基板Ｓ１を含む第１圧力領域Ｒ１に、所定の不活性ガス又は形成した膜と反応しない活性ガスを導入する給気装置８を備える。本実施形態の給気装置８は、ノズル８ａ及びガス供給源８ｂを含む。ガス供給源８ｂは、成膜室２ａの内部の雰囲気ガスを供給するための供給源であり、たとえばアルゴンガスその他の不活性ガス又は形成した膜と反応しないガスなどを供給するための供給源である。ノズル８ａ及びガス供給源８ｂは、第１圧力領域Ｒ１の雰囲気圧力を第２圧力領域Ｒ２の雰囲気圧力に対して増加させることを唯一の目的とするものであり、反応性ガスを供給して反応した膜を生成するものではない。したがって、蒸着材料が二酸化ケイ素の場合の酸素ガスのように、活性ガスであっても、形成した二酸化ケイ素の膜とほとんど反応しない活性ガスは、第１圧力領域Ｒ１に導入してもよい。
　図４には、１つのノズル８ａ及びガス供給源８ｂを示しているが、１つ又は複数のガス供給源８ｂに複数のノズル８ａを接続し、当該複数のノズル８ａから第１圧力領域Ｒ１に向かって所定のガスを吹き付けるようにしてもよい。なお、成膜室２ａの内部は、不活性ガス雰囲気又は形成した膜と反応しない活性ガス雰囲気とされている。
　また本実施形態の真空蒸着装置１は、基板Ｓ１を含む第１圧力領域Ｒ１の第１圧力を設定するために、給気装置８から供給したガスが第２圧力領域Ｒ２に向かって流れるのを抑制する遮断部材７を備える。本実施形態の遮断部材７は、底面７ａと、当該底面７ａから立ち上がる側面７ｂとを有するとともに、底面７ａに対面する上面７ｃの全部又は一部が開口された有底筒状に形成されている。図４に示す遮断部材７の横断面は、図５に示すように円形であるが、本発明ではこれに限定されず、楕円形、多角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。また、図４に示すように、遮断部材７を貫通してノズル８ａを固定してもよい。
　そして、本実施形態の遮断部材７は、その開口した上面７ｃと基板ホルダ５の基板保持面５ａとの間に、所定の隙間Ｇが形成されるように配置されている。この隙間Ｇは、遮断部材７で囲まれた第３圧力領域Ｒ３に給気装置８からガスを導入したときに、当該ガスが隙間Ｇを通って第１圧力領域Ｒ１に漏れるとともに、第１圧力領域Ｒ１を第２圧力領域Ｒ２よりも高い第１圧力に調整可能な寸法とされている。この隙間Ｇを設けることにより、給気装置８から供給されて第３圧力領域Ｒ３に吹出したガスは、遮断部材７の底面７ａ及び／又は側面７ｂによって第２圧力領域Ｒ２に直接向かう流れが抑制されながら、上面７ｃの開口に至り、当該隙間Ｇを介して基板ホルダ５の基板保持面５ａに沿って第１圧力領域Ｒ１へ流出する。好適な隙間Ｇの寸法は、主として、遮断部材７で囲まれる第３圧力領域Ｒ３の容積，給気装置８からのガスの流量，調整される第１圧力領域Ｒ１の第１圧力及び第２圧力領域Ｒ２の第２圧力により決定することができる。
　制御装置１０は、第１排気装置３のＯＮ／ＯＦＦ、ゲートバルブ３ａの開閉、第２排気装置４のＯＮ／ＯＦＦ、ゲートバルブ４ａの開閉、基板ホルダ５の駆動部５ｃのＯＮ／ＯＦＦを含む回転速度制御、シャッタ６ｃの開閉を含む蒸着機構６の作動制御、ノズル８ａのＯＮ／ＯＦＦを含むガス流量制御、イオン源１１のＯＮ／ＯＦＦを含む作動制御などを司る。そして、成膜室２ａの内部を所定の雰囲気圧力に制御した状態で、イオンアシスト真空蒸着法による成膜制御を実行する。
　次に作用を説明する。図７は、本実施形態の積層薄膜の製造方法を示す工程図である。
　本実施形態の積層薄膜の製造方法及び真空蒸着装置１では、まず基板ホルダ５の基板保持面５ａに基板Ｓ１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０．０１Ｐａ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０．０１Ｐａに設定して蒸着機構６を含む第２圧力領域Ｒ２を局所的に減圧する（図７のＳＴ１）。また、これと相前後して給気装置８からガスを第３圧力領域Ｒ３に供給し始める（図７のＳＴ２）。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（図７のＳＴ１）。
　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３圧力領域Ｒ３に供給されて隙間Ｇから漏れ出した不活性ガス等が、図４及び図５に破線矢印で示すように、基板ホルダ５に保持された基板Ｓ１を含む第１圧力領域Ｒ１に向かって流れる。これにより、基板ホルダ５に保持された基板Ｓ１を含む第１圧力領域Ｒ１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、第３圧力領域Ｒ３に供給されたガスは、遮断部材７の底面７ａ及び／又は側面７ｂによって、第２圧力領域Ｒ２へ向かって直接流れることが抑制又は阻止されるので、第２圧力領域Ｒ２には給気装置８による増圧効果は及ばない。これにより、蒸着機構６及びイオン源１１を含む第２圧力領域Ｒ２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、第１圧力領域Ｒ１よりも低圧雰囲気が維持されることになる。
　これら第１排気装置３、第２排気装置４、給気装置８及び遮断部材７の協働作用により、好ましくは、第２圧力領域Ｒ２の雰囲気圧力が０．０５Ｐａ以下、第１圧力領域Ｒ１の雰囲気圧力が０．０５～１００Ｐａになったら（図７のＳＴ３においてＹ）、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Ｍを加熱蒸発させるとともにシャッタ６ｃを開き、蒸発した蒸着材料Ｍを基板Ｓに付着させる（図７のＳＴ４）。なお、図示は省略するが、第１圧力領域Ｒ１及び第２圧力領域Ｒ２のそれぞれには雰囲気圧力を検出する圧力センサが設けられ、この圧力センサの出力信号を制御装置１０で読み出すことで、蒸着機構６のシャッタ６ｃの開閉制御が実行される。
　また、イオン源１１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Ｓ１に向けてイオンを照射する。イオン源１１は、動作圧力が０．０５Ｐａ以下とされたカウフマン型イオン源であるため、第２圧力領域Ｒ２の雰囲気圧力で適正に動作する。イオン源１１から照射されたイオンの運動エネルギにより、蒸着機構６により蒸発されて浮遊している蒸着材料Ｍを加速させて基板Ｓ１に押し付けたり、基板Ｓに堆積した薄膜の表面を緻密化したりする。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６は、第１圧力領域Ｒ１及び第２圧力領域Ｒ２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圧力領域Ｒ２を、当該第２圧力領域Ｒ２の平均自由行程が、基板Ｓ１と蒸着材料Ｍとの距離より大きくなる圧力に設定する理由、具体的には０．０５Ｐａ以下にする理由は、これより雰囲気圧力が高いと蒸着材料Ｍが蒸発しないからである。一方、基板Ｓ１を含む第１圧力領域Ｒ１を、当該第１圧力領域Ｒ１の平均自由行程が、基板Ｓ１と蒸着材料Ｍとの距離より大きくなる圧力に設定する理由、具体的には０．０５Ｐａ以上にする理由は、これより雰囲気圧力が低いと所望の低屈折率の薄膜が得られないからである。また、基板Ｓ１を含む第１圧力領域Ｒ１を１００Ｐａ以下にする理由は、これより雰囲気圧力が高いと蒸着材料Ｍが基板Ｓ１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圧力領域Ｒ２が０．０５Ｐａ以下、基板Ｓを含む第１圧力領域Ｒ１が、０．０５～１００Ｐａになればよいので、第１排気装置３及び第２排気装置４の設定圧力と、給気装置８からのガス供給量の具体的数値は特に限定されない。
　以上のように、蒸着材料Ｍを含む第２圧力領域Ｒ２の雰囲気圧力を０．０５Ｐａ以下、基板Ｓ１を含む第１圧力領域Ｒ１の雰囲気圧力を０．０５～１００Ｐａに設定した状態で、図１Ａ，図１Ｂ，図２Ａ，図２Ｂに示す第２の薄膜層Ｌ２を形成する（図７のＳＴ４）。これにより、膜の屈折率が相対的に低い第１の薄膜層Ｌ１を形成することができる。
　第２の薄膜層Ｌ２が目標膜厚に達したら（図７のＳＴ５においてＹ）、制御装置１０からの指令信号を給気装置８に送信し、ノズル８ａからのガスの供給を停止する（図７のＳＴ７）。これにより、それまで０．０５～１００Ｐａの高圧に設定されていた第１圧力領域Ｒ１の雰囲気圧力が、蒸発材料Ｍを含む第２圧力領域Ｒ２の雰囲気圧力と同圧の０．０５Ｐａに減圧される。これにより、それまで第１圧力領域Ｒ１とされていた基板Ｓ１を含む物理的範囲が、第２圧力領域Ｒ２に変ることになる。ノズル８ａからのガスの供給を停止してから基板Ｓ１を含む物理的範囲が、蒸着材料Ｍを含む物理的範囲の第２圧力領域Ｒ２と同圧になるまでの間、蒸着機構６のシャッタ６ｃを閉じ（図７のＳＴ６）、蒸発した材料が基板Ｓ１に付着しないようにすることが望ましい。
　基板Ｓ１を含む物理的範囲の雰囲気圧力が、第２圧力領域Ｒ２の雰囲気圧力である０．０５Ｐａに達したら（図７のＳＴ８においてＹ）、蒸着機構６のシャッタ６ｃを開き、基板Ｓ１に第１の薄膜層Ｌ１を形成する（図７のＳＴ９）。成膜室２ａの内部全体が０．０５Ｐａの低圧になっているので、緻密で高屈折率の薄膜を形成することができる。この第１の薄膜層Ｌ１が目標膜厚に達したら（図７のＳＴ１０においてＹ）、蒸着機構６のシャッタ６ｃを閉じる（図７のＳＴ１１）。製造すべき積層薄膜Ｆが図１Ａに示す一対の第１の薄膜層Ｌ１及び第２の薄膜層Ｌ２からなる場合は、これで成膜工程を終了するが、図２Ａに示すように第１の薄膜層Ｌ１及び第２の薄膜層Ｌ２の積層回数が２回以上である場合（図７のＳＴ１２においてＹ）は、ステップＳＴ２に戻り、制御装置１０からの指令信号を給気装置８に送信し、ノズル８ａからのガスの供給を再開し、再び基板Ｓ１を含む物理的範囲の雰囲気圧力を、第１圧力領域Ｒ１の０．０５～１００Ｐａの高圧に設定する。そして、基板Ｓ１を含む物理的範囲の雰囲気圧力が、第２圧力領域Ｒ２の雰囲気圧力より高圧の０．０５～１００Ｐａ（第１圧力領域Ｒ１）に達したら、蒸着機構６のシャッタ６ｃを開き、第１の薄膜層Ｌ１の表面に第２の薄膜層Ｌ２を形成する。以下、これを繰り返すことにより所望の積層薄膜Ｆを得る。
　以上のとおり、本実施形態の積層薄膜Ｆを製造する方法によれば、蒸着機構６の蒸着材料Ｍを交換することなく、第１の薄膜層Ｌ１と第２の薄膜層Ｌ２とを連続して成膜することができるので、積層薄膜Ｆの生産性が向上する。
《積層薄膜の製造方法（その２）》
　上述した第１実施形態の成膜装置は、真空蒸着装置であるが、図１Ａ，図１Ｂ，図２Ａ及び図２Ｂに示す積層薄膜Ｆを得ることができる製造方法は、真空蒸着方法にのみ限定されない。図８は、本発明に係る積層薄膜Ｆの製造方法を実現する成膜装置の第２実施形態である成膜装置５１を示す概略縦断面、図９は、図８のIX-IX線に沿う断面図、図１０は、本実施形態の成膜方法を示す工程図である。
　本実施形態の積層薄膜の製造方法は、蒸着材料を真空蒸着法により成膜する工程と、ターゲット構成物質をスパッタ法により成膜する工程とを繰り返すことで、図１Ａ，図１Ｂ，図２Ａ及び図２Ｂに示す第２の薄膜層Ｌ２を形成する一方、蒸着材料を真空蒸着法により成膜する工程と、ターゲット構成物質をスパッタ法により成膜する工程との一方のみを用いて第１の薄膜層Ｌ１を形成する方法である。
　本実施形態の成膜装置５１は、筐体５２と、筐体５２の内部を減圧するための排気装置５３と、駆動部５４ａにより回転する回転軸５４ｂを中心に回転可能で、基板保持面５５ａに基板Ｓを保持可能な円板状の基板ホルダ５５と、基板ホルダ５５の基板保持面５５ａの一部のスパッタ部５５ｂに対向するように設けられた差圧容器５６と、差圧容器５６の内部に設けられたスパッタ機構５７と、差圧容器５６の内部にスパッタガスを導入するガス導入系統５８と、筐体５２の内部に基板保持面５５ａに対向するように設けられた真空蒸着用の真空蒸着機構５９と、を備える。
　本実施形態の基板ホルダ５５は、図８，図９に示すように、円板状に形成され、円板の中心に、駆動部５４ａにより一方向に回転する回転軸５４ｂが固定されている。基板ホルダ５５の下面は、基板Ｓ１を固定して保持する基板保持面５５ａとされている。基板ホルダ５５による基板Ｓ１の装着の一例を図９に示すが、本発明はこうした装着形態に限定されず、種々の形態を採用することができる。
　本実施形態では、基板ホルダ５５の基板保持面５ａと差圧容器５６の上方の端面５６ａとの間に、差圧容器５６の内部の第１圧力領域Ａ（相対的に高圧（低真空）の差圧領域）と差圧容器５６外の第２圧力領域Ｂ（相対的に低圧（高真空）の領域）とを、僅かにガスが連通可能な隙間Ｇ１を設けるため、基板ホルダ５５は、適当な隙間Ｇ１の間隔を調整しやすい円板状に形成されている。ただし、隙間Ｇ１を適切に調整可能であれば、円板状に限定されず、ドーム状や、カルーセル式の回転式成膜装置に用いられる円筒状に構成してもよい。
　差圧容器５６は、円筒状に形成され、軸方向の一方の端面５６ｂ（図８の下面）が閉塞され、他方の端面５６ａ（図８の上面）が開放された容器体からなる。差圧容器５６により、筐体５２の内部は、差圧容器５６の外部の第２圧力領域Ｂと、差圧容器５６の内部の第１圧力領域Ａとに分離される。
　差圧容器５６の開放された端面５６ａは、たとえば円形とされ、基板ホルダ５５の基板保持面５５ａから所定の隙間Ｇ１を空けて配置されている。この隙間Ｇ１は、第１圧力領域Ａにガス導入系統５８からスパッタガスを導入したときに、スパッタガスが隙間Ｇ１を通って第２圧力領域Ｂに漏れることにより、第１圧力領域Ａを、第２圧力領域Ｂよりも高い所定圧力（換言すれば第１圧力領域Ａを第２圧力領域Ｂよりも低真空）に調整可能な間隔とされている。好適な隙間Ｇ１の大きさは、主として、差圧容器５６の容積，スパッタガスの流量，調整される第２圧力領域Ｂ及び第１圧力領域Ａの圧力により決定することができる。
　なお、差圧容器５６は、基板ホルダ５５の一部に対向し、筐体５２の内部の他の第２圧力領域Ｂとの間に、気体が僅かに連通可能な孔，隙間等の連通部を備えて、物理的に隔離可能な形状であればよく、図示する円筒体にのみ限定されない。例えば、筐体５２の内壁に遮蔽壁等を設けることにより、第１圧力領域Ａを形成してもよい。また、端面５６ａと基板保持面５５ａの間に隙間Ｇ１を設ける代わりに、端面５６ａと基板保持面５５ａを近接して配置し、差圧容器５６にガスの連通孔を設けてもよい。
　差圧容器５６には、スパッタ機構５７が設けられている。本実施形態のスパッタ機構５７は、差圧容器５６の内部に配置されたターゲット５７ａと、ターゲット５７ａを保持するスパッタ電極５７ｂと、スパッタ電極５７ｂに電力を供給するスパッタ電源５７ｃと、ターゲット５７ａと基板ホルダ５５との間に配置され、ターゲット５７ａを被覆又は開放するシャッタ５７ｄと、を備える。本実施形態のスパッタ機構５７は、ＤＣ（直流）又はＲＦ（高周波）スパッタリング法によるものである。
　ターゲット５７ａは、膜原料物質を平板状に形成したものであり、差圧容器５６の内部に、基板ホルダ５５の基板保持面５５ａに対向するように配置される。ターゲット５７ａとしては、Ｓｉ，Ｚｒ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｈｆ等の金属ターゲットを用いることができ、これらに加えて、ＳｉＯ２のようなこれらの金属酸化物ターゲット等を用いてもよい。
　差圧容器５６の内部には、第１圧力領域Ａにスパッタガスを導入するガス導入系統５８が設けられている。ガス導入系統５８は、スパッタガスを貯蔵するガスボンベ５８ａ，５８ｄと、ガスボンベ５８ａ，５８ｄに対応して設けられたバルブ５８ｂ，５８ｅと、スパッタガスの流量を調整するマスフローコントローラ５８ｃ，５８ｆと、スパッタガス供給路としての配管５８ｇと、を備える。
　ガスボンベ５８ａ，バルブ５８ｂ，マスフローコントローラ５８ｃは、酸素ガスの供給に用いられ、ガスボンベ５８ｄ，バルブ５８ｅ，マスフローコントローラ５８ｆは、アルゴンガスの供給に用いられる。本実施形態では、スパッタガスとして、アルゴンやヘリウム等の不活性ガスと、必要に応じて酸素や窒素等の反応性ガスが導入される。
　スパッタリング成膜において成膜速度を高めるには、金属ターゲットを用いたＤＣ（直流）スパッタリングが有効である。誘電体膜や酸化膜を得る場合、酸素や窒素などと反応させる必要があるが、必ずしも反応が進まないことがあり、不完全な状態になることがある。
　本実施形態では、金属ターゲットを用いて、酸素等の反応性ガス量を、アルゴンガス等の不活性ガス量に対して、例えば反応性ガス：不活性ガス＝１：８０程度の微量とし、成膜する。これにより、後述する真空蒸着成膜を行う第２圧力領域Ｂで完全酸化物を供給することにより、全体として完全酸化物に近い膜を得ることができる。この結果、成膜速度が速く、密着性が高く、低応力で、光学的にも吸収のない膜を得ることができる。なお、第１圧力領域Ａに導入する反応性ガスの不活性ガスに対する比率は、０．５％～１５％、好ましくは０．５％～８％であるとよい。
　真空蒸着機構５９は、電子ビーム蒸着源からなり、蒸着材料を充填する坩堝５９ａと、坩堝５９ａに充填された蒸着材料に電子ビームを照射する電子銃５９ｂとを備える。また、坩堝５９ａの上方には、当該坩堝５９ａの上部開口を開閉するシャッタ５９ｃが移動可能に設けられている。蒸着材料としては、上述した積層薄膜Ｆとして用いることができる所定の材料であり、特に限定はされないが、二酸化ケイ素，フッ化マグネシウム，酸化アルミニウム，二酸化ジルコニウム，酸化タンタル，二酸化チタン，酸化ニオブ又は二酸化ハフニウムなどを例示することができる。この場合、ターゲット５７ａを構成する金属又は金属酸化物と同じ金属の酸化物を用いることができる。
　本実施形態で使用される成膜装置５１は、単一の筐体５２の内部に、スパッタ機構５７と真空蒸着機構５９とが設けられている。この成膜装置５１において、要求される真空度が大きく異なるスパッタリング法と真空蒸着法という二つの成膜方法が両立するための構成は、スパッタ機構５７のターゲット５７ａが格納される差圧容器５６にある。
　差圧容器５６の内部にスパッタガスを導入することにより、差圧容器５６の第１圧力領域Ａの圧力を、筐体５２の内部の第２圧力領域Ｂより高くし、これによりスパッタリングが可能な真空度１～１０－１Ｐａにすることができる。このとき、スパッタガスの流量と隙間Ｇ１の寸法とを調整することにより、第１圧力領域Ａの圧力をコントロールする。すなわち、隙間Ｇ１を微小な幅に設定すれば、差圧容器５６から大量のガスが筐体５２の内部の第２圧力領域Ｂに流れ込まないので、真空蒸着機構５９の蒸発源付近の真空度を、真空蒸着可能な真空度１０－１～１０－６Ｐａとすることができる。この構成により、同一の筐体５２の内部において、スパッタリング成膜と真空蒸着成膜を行うことが可能となる。しかも、スパッタリング成膜と真空蒸着成膜を切り替える間に、筐体５２の内部圧力を、それぞれの成膜方法に適した圧力に調整する工程が不要となる。
　また、本実施形態で使用される成膜装置５１は、基板Ｓ１を保持して回転する回転式の基板ホルダ５５を備えている。そのため、基板Ｓ１は、成膜中において、回転軸５４ｂを中心に筐体５２の内部において回転する。これにより、基板Ｓ１は、スパッタリング成膜の第１圧力領域Ａと真空蒸着成膜の第２圧力領域Ｂとの間を移動するが、駆動部５４ａによる基板ホルダ５５の回転速度を制御すれば、各領域Ａ，Ｂに滞在する時間を任意の時間に調整することができる。このことは、スパッタリング法により成膜される膜と、真空蒸着法により成膜される膜とが、同一の筐体５２で成膜可能であることを示している。
　さらに本実施形態によれば、基板ホルダ５５の回転により、基板Ｓ１を、スパッタリング法に適した圧力よりも高真空の第２圧力領域Ｂも通過させながら、スパッタリング成膜を行うため、成膜粒子以外の基板Ｓ１への付着を抑制することができ、良質な膜を作製することにつながる。
　そして、スパッタリング成膜と真空蒸着成膜を同時、すなわち交互に繰り返して行う場合には、スパッタリング成膜の第１圧力領域Ａと真空蒸着成膜の第２圧力領域Ｂとにおける基板Ｓ１の滞在時間、スパッタ機構５７又は真空蒸着機構５９の成膜条件などを調整することにより、スパッタリングによる膜重量と真空蒸着による膜重量との比率や、総成膜量（膜厚）を所望の値に設定することができる。
　従来、真空度の異なる領域を実現するためには、差動排気装置が必要であり、差動排気装置を用いた場合には、排気系が２系統必要になり、その配管系統も複雑になっていた。これに対し、本実施形態では、真空度の異なる領域Ａ，Ｂを、差圧容器５６という簡単な構造で実現でき、装置全体が単純化及び小型化されている。
　次に作用を説明する。図１０は、本実施形態に係る積層薄膜の製造方法を示す工程図である。本実施形態は、基板Ｓ１の片面に、スパッタ機構５７を用いたスパッタリング法で二酸化ケイ素膜を形成する工程と、真空蒸着機構５９を用いた真空蒸着法で二酸化ケイ素膜を成膜する工程とを、交互に繰り返すことで、図１Ａ，図１Ｂ，図２Ａ及び図２Ｂに示す第２の薄膜層Ｌ２を形成する一方、第１の薄膜層Ｌ１を形成する場合には、スパッタ成膜又は蒸着成膜とのいずれか一方を実施するものである。
　前準備として、基板ホルダ５５に基板Ｓ１をセットし、これを筐体５２に取り付ける。また、ターゲット５７ａとしてシリコンターゲットをセットし、坩堝５９ａに、蒸着材料として二酸化ケイ素を充填した後、図１０の処理を開始する。
　ステップＳＴ１０１において、筐体５２を密閉し、排気装置５３を用いて筐体５２の内部を真空排気（減圧）する。ステップＳＴ１０２において、筐体５２の第２圧力領域Ｂに臨むように設けられた圧力計６０を用いて、筐体５２の内部が、所定の圧力、例えば７×１０－４Ｐａに達したかを判定する。筐体５２の内部が、所定の圧力、例えば７×１０－４Ｐａに達していない場合にはステップＳＴ１０１へ戻り、７×１０－４Ｐａに達するまで、真空排気を繰り返す。
　筐体５２の内部が、所定の圧力に達したら、真空蒸着機構５９による真空蒸着に適した真空度まで減圧されたものとして、ステップＳＴ１０３へ進み、基板ホルダ５５の回転を開始する。なお、本実施形態では、ステップＳＴ１０３の基板ホルダ５５の回転を、ステップＳＴ１０４のガスの導入より先に開始しているが、ガスの導入の途中又はガスの導入後に基板Ｓ１の回転を開始してもよい。但し、基板ホルダ５５の回転により、基板ホルダ５５と差圧容器５６との間の隙間Ｇ１から差圧容器５６の外部に漏出するガスの流量が影響を受けるため、基板ホルダ５５の回転は、ガスの導入より前か、ガスの導入中に開始するのが好ましい。
　ステップＳＴ１０４において、バルブ５８ｂ，５８ｅを開けてガスボンベ５８ａ，５８ｄからそれぞれ、酸素ガスとアルゴンガスを、差圧容器５６の内部の第１圧力領域Ａに導入する。第１圧力領域Ａに酸素ガスとアルゴンガスが導入されると、それまで、排気装置５３により、７×１０－４Ｐａ程度まで減圧されていた第１圧力領域Ａ内は、局所的に酸素ガスとアルゴンガスが導入され、かつ、これらのガスが隙間Ｇ１を通じて微量だけ差圧容器５６の外部へ一定の流量で漏れる状態となる。
　第１圧力領域Ａへのガスの導入量と、隙間Ｇ１を通じた第１圧力領域Ａからのガスの漏出量とが、所定のバランスとなったときに、第１圧力領域Ａの圧力は、所望の圧力、本実施形態では、スパッタリング成膜に適した１～１０－１Ｐａとなる。第１圧力領域Ａの圧力は、差圧容器５６の内部に圧力計を設けて検出してもよいが、圧力が１～１０－１Ｐａになったときにプラズマが発生することが、実験により確認されている。したがって、本実施形態では、差圧容器５６の内部にプラズマが発生したときに、所定の圧力である１～１０－１Ｐａに達したと判断する。なお、ステップＳＴ１０４において、しばらく待ってもプラズマが発生しない場合には、隙間Ｇ１からのガスの漏出速度に対して、酸素ガス及びアルゴンガスの導入速度が遅いために、差圧容器５６の内部の圧力が十分上がっていないことが予想される。そのため、マスフローコントローラ５８ｃ，５８ｆを調整することにより、酸素ガス及びアルゴンガスの流量を上昇させる。
　ステップＳＴ１０５において、それまでターゲット５７ａを被覆していたシャッタ５７ｄを開放し、スパッタリング成膜を行うと共に、それまで坩堝５９ａを閉塞していたシャッタ５９ｃを開け、電子銃５９ｂから坩堝５９ａに電子ビームを照射して、真空蒸着成膜を行う。
　ステップＳＴ１０６において、非接触式の膜厚センサ６１により、基板Ｓ１上に形成された薄膜の膜厚が、予め定められた要求膜厚に達しているかを判定する。基板Ｓ１上に形成された薄膜の膜厚が、予め定められた要求膜厚に達していない場合には、要求膜厚に達するまで、ステップＳＴ１０５を繰り返す。これにより、膜の屈折率が相対的に低い第２の薄膜層Ｌ２を形成することができる。
　基板Ｓ１上に形成された第２の薄膜層Ｌ２の膜厚が、予め定められた目標膜厚に達した場合には（図１０のＳＴ１０６においてＹ）、ステップＳＴ１０７において、真空蒸着機構５９のシャッタ５９ｃを閉じて蒸着を終了する。ただし、スパッタ機構５７による成膜は継続する。このスパッタ成膜により、緻密で高屈折率の第１の薄膜層Ｌ１を第２の薄膜層Ｌ２の表面に形成することができる。第２の薄膜層Ｌ２の上に形成された第１の薄膜層Ｌ１の膜厚が、予め定められた目標膜厚に達し（図１０のＳＴ１０８においてＹ）、製造すべき積層薄膜Ｆが図１Ａに示す一対の第１の薄膜層Ｌ１及び第２の薄膜層Ｌ２からなる場合は、これで成膜工程を終了する（図１０のＳＴ１０９においてＹ）が、図２Ａに示すように第１の薄膜層Ｌ１及び第２の薄膜層Ｌ２の積層回数が２回以上である場合（図１０のＳＴ１０９においてＮ）は、ステップＳＴ１０５に戻り、スパッタ成膜を継続すると共に、真空蒸着機構５９のシャッタ５９ｃを開け、電子銃５９ｂから坩堝５９ａに電子ビームを照射して、真空蒸着成膜を行う。これにより、第１の薄膜層Ｌ１の表面に第２の薄膜層Ｌ２を形成する。以下、これを繰り返すことにより所望の積層薄膜Ｆを得る。
　以上のとおり、本実施形態の積層薄膜Ｆを製造する方法によれば、真空蒸着機構５９の蒸着材料及びスパッタ機構５７のターゲット５７ａを交換することなく、第１の薄膜層Ｌ１と第２の薄膜層Ｌ２とを連続して成膜することができるので、積層薄膜Ｆの生産性が向上する。
Ｆ…積層薄膜
Ｌ１…第１の薄膜層
Ｌ２…第２の薄膜層
Ｓ…被成膜物
１…真空蒸着装置
２…筐体
　２ａ…成膜室
３…第１排気装置
４…第２排気装置
５…基板ホルダ
６…蒸着機構
７…遮断部材
８…給気装置
　８ａ…ノズル
１０…制御装置
１１…イオン源
Ｒ１…第１圧力領域
Ｒ２…第２圧力領域
Ｒ３…第３圧力領域
Ｓ１…基板
Ｍ…蒸着材料
５１…成膜装置
５２…筐体
５３…排気装置
５５…基板ホルダ
５６…差圧容器
５７…スパッタ機構
５７ａ…ターゲット
５９…真空蒸着機構
Ａ…第１圧力領域
Ｂ…第２圧力領域
Ｇ１…隙間

Claims (14)

  1. 　所定の材料からなり、屈折率がｎ１の第１の薄膜層と、
    　前記所定の材料からなり、屈折率がｎ２（ただし、ｎ２＜ｎ１）の第２の薄膜層と、を含む積層薄膜。
  2. 　前記第１の薄膜層と前記第２の薄膜層のみからなる請求項１に記載の積層薄膜。
  3. 　複数の前記第１の薄膜層と複数の前記第２の薄膜とが積層されている請求項１又は２に記載の積層薄膜。
  4. 　前記第１の薄膜層と前記第２の薄膜層とを一単位とする積層薄膜が、複数単位積層されている請求項３に記載の積層薄膜。
  5. 　前記所定の材料が、二酸化ケイ素である請求項１～４のいずれか一項に記載の積層薄膜。
  6. 　前記第１の薄膜層の屈折率が、１．４６以上、
    　前記第２の薄膜層の屈折率が、１．４６未満である請求項５に記載の積層薄膜。
  7. 　前記積層薄膜が、エッジフィルタ、反射防止膜、高反射膜又は干渉フィルタの少なくとも一部を構成する請求項１～６のいずれか一項に記載の積層薄膜。
  8. 　成膜室内の蒸着材料が設けられる第２圧力領域の圧力を、当該第２圧力領域の平均自由行程が、被成膜物と前記蒸着材料との距離より大きくなる圧力に設定し、
    　前記成膜室内の前記第２圧力領域とは圧力が異なる第１圧力領域の圧力を、当該第１圧力領域の平均自由行程が、前記被成膜物と前記蒸着材料との距離より小さくなる圧力に設定し、
    　前記蒸着材料に所定の材料からなる蒸着材料を用い、
    　この状態で、蒸着法により、前記第２圧力領域において前記所定の材料からなる蒸着材料を蒸発させ、前記第２圧力領域において前記被成膜物に、前記所定の蒸着材料からなり、屈折率がｎ１の第１の薄膜層を形成し、
    　この前又はこの後に、前記蒸着法により、前記第２圧力領域において前記所定の材料からなる蒸着材料を蒸発させ、前記第１圧力領域において前記被成膜物に、前記所定の蒸着材料からなる、屈折率がｎ２（ただし、ｎ２＜ｎ１）の第２の薄膜層を形成する積層薄膜の製造方法。
  9. 　前記第１の薄膜層を形成する工程と前記第２の薄膜層を形成する工程とを繰り返す請求項８に記載の積層薄膜の製造方法。
  10. 　前記蒸着材料と前記被成膜物とが設けられる成膜室と、
    　前記成膜室の内部全体を減圧する排気装置と、
    　前記第１圧力領域に、形成した膜と反応しないガスを供給する給気装置と、
    　前記給気装置から供給したガスが、前記第２圧力領域に向かって流れるのを抑制する遮断部材と、を備える成膜装置を用い、
    　前記第１の薄膜層を形成する場合には、前記給気装置による前記ガスの供給を停止し、
    　前記第２の薄膜層を形成する場合には、前記給気装置により、前記第１圧力領域に前記ガスを供給する請求項８又は９に記載の積層薄膜の製造方法。
  11. 　前記第１圧力領域の圧力を０．０５Ｐａ～１００Ｐａに設定し、
    　前記第２圧力領域の圧力を０．０５Ｐａ未満に設定する請求項８～１０のいずれか一項に記載の積層薄膜の製造方法。
  12. 　成膜室内に配置された被成膜物に対し、
    　蒸着材料を蒸着法により成膜する工程又はターゲット構成物質をスパッタ法により成膜する工程の一方により、所定の材料からなり、屈折率がｎ１の第１の薄膜層を形成し、
    　この前又はこの後に、前記蒸着法により成膜する工程と前記スパッタ法により成膜する工程とを繰り返し、前記所定の材料からなり、屈折率がｎ２（ただし、ｎ２＜ｎ１）の第２の薄膜層を形成する積層薄膜の製造方法。
  13. 　前記第１の薄膜層を形成する工程と前記第２の薄膜層を形成する工程とを繰り返す請求項１２に記載の積層薄膜の製造方法。
  14. 　前記成膜室と、
    　前記成膜室内に回転可能に設けられ、前記被成膜物を保持するホルダと、
    　前記成膜室内の前記ホルダの一部に対向して設けられ、前記成膜室内の他の領域と僅かな隙間を通じて連通した状態で物理的に隔離された差圧容器と、
    　前記差圧容器内に設けられたスパッタ機構と、
    　前記差圧容器内にスパッタガスを導入するガス導入系統と、
    　前記成膜室内に前記ホルダに対向して設けられた蒸着機構と、を備える成膜装置を用い、
    　前記第１の薄膜層を形成する場合には、前記スパッタ機構又は前記蒸着機構の一方を停止し、
    　前記第２の薄膜層を形成する場合には、前記スパッタ機構及び前記蒸着機構を作動する請求項１２又は１３に記載の積層薄膜の製造方法。
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