專利名稱：光學(xué)薄膜沉積裝置及光學(xué)薄膜的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)薄膜沉積裝置及光學(xué)薄膜的制造方法，尤其涉及具有向基體照射 離子的離子源的光學(xué)薄膜沉積裝置及光學(xué)薄膜的制造方法。
背景技術(shù)：
以往，公知有當(dāng)在真空容器內(nèi)朝向基板表面蒸發(fā)薄膜材料時(shí)，通過(guò)向堆積在基板 上的沉積層照射離子來(lái)實(shí)現(xiàn)致密化的沉積裝置、即離子輔助沉積裝置。在該沉積裝置中，利 用離子源向基體照射能量較低的離子束(氣體離子)，同時(shí)利用被稱為neutralize!·的中和 器向基板照射中和電子(電子)。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能夠中和通過(guò)離子束而沉積在基板上的電 荷，并利用離子束的動(dòng)能鍍制致密的光學(xué)薄膜(例如專利文獻(xiàn)1)。根據(jù)專利文獻(xiàn)1公開(kāi)的技術(shù)，如圖7所示，從沉積源134交替地蒸發(fā)高折射率物質(zhì) 和低折射率物質(zhì)并將其層疊，能夠得到由多層膜構(gòu)成的光學(xué)薄膜。在分別對(duì)高折射率物質(zhì) 和低折射率物質(zhì)進(jìn)行成膜時(shí)，利用從離子源138照射的氬離子或氧離子，使 附著在基板114 上的蒸發(fā)物質(zhì)致密化，同時(shí)利用從中和器140照射的中和電子防止基板114和基板支架等 電荷沉積。并且，在專利文獻(xiàn)1公開(kāi)的技術(shù)中公開(kāi)的沉積裝置構(gòu)成為，在與基板114相對(duì)的位 置即真空容器的底面?zhèn)扰渲贸练e源134和離子源138。在這種結(jié)構(gòu)的裝置中，為了使膜厚分 布保持固定，需要根據(jù)基板支架的大小，將沉積源134與基板支架(基板114)之間的距離 設(shè)為固定的比率。因此，在具有直徑較大的基板支架的沉積裝置中，如果把沉積源134和基 板114配置為合適的距離，則成為基板支架與離子源138之間的距離較遠(yuǎn)的配置，造成離子 輔助的效果降低。為了解決這種問(wèn)題而提出了下述的技術(shù)，在與沉積源相比更靠近基板支架的真空 容器的側(cè)面位置安裝離子源，由此提高離子輔助效果，防止成膜效率的降低(參照專利文 獻(xiàn)2 4)。專利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)2007-248828號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開(kāi)2000-129421號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開(kāi)2004-131783號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 日本特開(kāi)2006-045632號(hào)公報(bào)根據(jù)上述專利文獻(xiàn)2 4公開(kāi)的技術(shù)，在與沉積源相比更靠近基板支架的位置、或 者在與沉積源相比更靠近基板支架的位置且真空容器的側(cè)面附近安裝離子源，由此能夠在 某種程度上防止離子輔助的效果和離子鍍引起的成膜效率的降低。更具體地講，根據(jù)上述 專利文獻(xiàn)2 4公開(kāi)的技術(shù)，雖然能夠?qū)碾x子源照射的離子束保持較高能量狀態(tài)照射到 基板上，但還期望得到更高的離子輔助的效果。另一方面，作為組合高折射率物質(zhì)和低折射率物質(zhì)得到的光學(xué)薄膜的一例，列舉 遮擋特定波長(zhǎng)的光而使除此波長(zhǎng)之外的波長(zhǎng)的光透射的截止濾波器。在截止濾波器等的光 學(xué)薄膜中，透射光的損失越小、白濁越少，越能成為良好的光學(xué)薄膜，作為其膜質(zhì)量的指標(biāo)，使用反射率與透射率之和的值(％)。并且，一般該值越接近100%，越能成為良好的光學(xué)薄 膜。因此，期望反射率與透射率之和的值接近100%、而且如上所述確保較高的成膜效率的 光學(xué)薄膜的形成裝置。但是，在上述專利文獻(xiàn)2公開(kāi)的技術(shù)中，由于基板支架是平面狀的，因而通過(guò)設(shè)于 真空容器側(cè)的離子源得到的離子輔助效果難以相對(duì)于基板固定，結(jié)果，存在得到的光學(xué)薄 膜的膜質(zhì)量難以均勻的問(wèn)題。另外，雖然專利文獻(xiàn)3和4的基板支架是圓頂狀的，但是沒(méi)有 具體公開(kāi)從離子源向所設(shè)置的基板照射的離子束的角度等、離子源與基板支架之間的位置 關(guān)系。因此，在專利文獻(xiàn)3和4公開(kāi)的技術(shù)中，雖然能夠得到離子輔助效果，但是沒(méi)有公開(kāi) 與離子源的安裝位置相關(guān)聯(lián)的離子輔助效果的程度。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，很難實(shí)現(xiàn)獲得較高的離子輔助效果、膜質(zhì)量均勻、并具有較 高的光學(xué)特性的光學(xué)薄膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有離子源的光學(xué)薄膜沉積裝置，能夠獲得更高的離子輔助效果，而且膜質(zhì)量均勻，具有良好的光學(xué)特性。并且，本發(fā)明的其他目的在于，提供能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)薄膜的制造成本降低、并制造高 性能的光學(xué)薄膜的光學(xué)薄膜沉積裝置，以及制造成本低廉而且高性能的光學(xué)薄膜的制造方 法。本發(fā)明的發(fā)明人為了解決上述問(wèn)題，經(jīng)過(guò)反復(fù)認(rèn)真研究，結(jié)果得到了下述的新見(jiàn) 解并完成了本發(fā)明，即，通過(guò)使照射離子的軸線與相對(duì)于基體表面的垂線形成預(yù)定的角度 而入射來(lái)進(jìn)行成膜處理，能夠獲得高于以往的離子照射的效果。所述問(wèn)題是利用本發(fā)明的光學(xué)薄膜沉積裝置解決的，一種在真空容器內(nèi)向基體沉 積沉積物質(zhì)的光學(xué)薄膜沉積裝置，所述光學(xué)薄膜沉積裝置具有圓頂形的基體保持單元，其 設(shè)置在所述真空容器內(nèi)，用于保持所述基體；旋轉(zhuǎn)單元，其使該基體保持單元旋轉(zhuǎn)；沉積單 元，其與所述基體相對(duì)設(shè)置；離子源，其向所述基體照射離子；以及中和器，其向所述基體 照射電子，所述離子源被設(shè)置在下述位置的下述范圍內(nèi)，即，上述位置是使從所述離子源照 射離子的軸線、與相對(duì)于保持在所述基體保持單元上的所述基體表面的垂線之間的最大角 度為8°以上40°以下的位置，上述范圍是使所述基體保持單元與旋轉(zhuǎn)軸中心的交點(diǎn)和所 述離子源的中心之間的垂直方向的距離、與所述基體保持單元的直徑之比為0. 5以上1. 2 以下的范圍。這樣，光學(xué)薄膜沉積裝置具有圓頂狀的基體保持單元，其將基體保持在真空容器 內(nèi)；旋轉(zhuǎn)單元，其使該基體保持單元旋轉(zhuǎn)；沉積單元，其與所述基體相對(duì)設(shè)置；離子源，其向 所述基體照射離子；以及中和器，其向所述基體照射電子，該光學(xué)薄膜沉積裝置交替地沉積 高折射率物質(zhì)和低折射率物質(zhì)來(lái)形成光學(xué)薄膜，離子源被安裝成為使從離子源照射離子的 軸線相對(duì)于基體保持單元旋轉(zhuǎn)的軸線形成預(yù)定角度。并且，通過(guò)將從離子源照射離子的軸線和相對(duì)于基體表面的垂線形成的最大角度 設(shè)計(jì)為8°以上40°以下，與使離子束以幾乎接近直角的角度沖擊基體的以往的光學(xué)薄膜 沉積裝置相比，在離子束沖擊時(shí)，能夠使橫斷方向的作用力作用于基體表面。即，給沉積物 質(zhì)的能量較大，使堆積在基體表面上的沉積物質(zhì)移動(dòng)，平滑化、致密化以及使薄膜組織均勻化的效果較高。因此，能夠以更小的功率或者在短時(shí)間內(nèi)對(duì)膜質(zhì)量均勻的光學(xué)薄膜進(jìn)行成 膜，并能夠?qū)崿F(xiàn)膜質(zhì)量的改善。并且，如上所述，相對(duì)基體表面的垂線和離子束的軸線形成的最大角度為8°以上 40°以下，照射的離子不會(huì)被基體保持單元遮擋，因而能夠獲得成膜于基體上的薄膜均勻、 膜質(zhì)量良好的光學(xué)薄膜。與此相對(duì)，在上述的角度之外、例如相對(duì)于基體表面的垂線和離子束的軸線形成 的最大角度大于40°的情況下，尤其在使用彎曲的基體保持單元時(shí)，離子束被基體保持單 元遮擋，得到的光學(xué)薄膜的膜質(zhì)量在基體上不均勻。另一方面，在相對(duì)于基體表面的垂線和 離子束的軸線形成的角度小于8°的情況下，離子源與基板的距離變遠(yuǎn)，因而離子輔助效果 變小，不是優(yōu)選方式。
另外，離子源的安裝位置被配置成為，使基體保持單元與旋轉(zhuǎn)軸中心的交點(diǎn)和離 子源的中心之間的垂直方向的距離、與基體保持單元的直徑之比為0. 5 1. 2，由此離子束 不會(huì)被基體保持單元遮擋，容易均勻地照射基體。結(jié)果，能夠?qū)﹄x子輔助效果較高、而且具 有良好的光學(xué)特性的光學(xué)薄膜進(jìn)行成膜。因此，通過(guò)使相對(duì)于基體表面的垂線和離子束的軸線形成的最大角度為8°以上 40°以下，在使用具有凹凸的基體(例如凹透鏡等透鏡形狀的基體)的情況下，離子束也不 會(huì)被基體的一部分遮擋，能夠形成可對(duì)膜質(zhì)量良好的光學(xué)薄膜進(jìn)行成膜的沉積裝置。此時(shí)，如權(quán)利要求2所述，優(yōu)選所述離子源被設(shè)置在所述真空容器的側(cè)面。這樣，離子源被設(shè)置在真空容器的側(cè)面，由此能夠?qū)㈦x子源配置在基板的附近，同 時(shí)容易將離子束相對(duì)于基板的入射角度保持為期望的大小。通過(guò)形成這種結(jié)構(gòu)，能夠增大 離子束的入射角度，給沉積物質(zhì)的能量增大，能夠進(jìn)一步提高堆積在基板表面上的沉積物 質(zhì)的清潔化、平滑化、以及使薄膜組織致密化的效果。即，能夠使保持較高能量的狀態(tài)的離 子束以合適的入射角度沖擊基板表面，因而成膜于基板表面上的薄膜致密、而且組分的均 勻性提高。并且，通過(guò)這樣將離子源設(shè)置在真空容器的側(cè)面，能夠保持預(yù)定的離子束入射角 度，關(guān)于基板實(shí)現(xiàn)作用力型畸變的減小。結(jié)果，能夠形成可制造下述光學(xué)器件的光學(xué)薄膜沉 積裝置，該光學(xué)器件的折射率的變動(dòng)較小(均勻性提高)、光的吸收系數(shù)較小。另外，此時(shí)離子源被設(shè)置在真空容器的側(cè)面，在相對(duì)于基體表面的垂線和離子束 的軸線形成的最大角度為上述角度之外的角度、尤其大于40°的情況下，將成為離子源被 設(shè)置在沉積對(duì)象即基體附近的結(jié)構(gòu)，離子源暴露于飛散的沉積物質(zhì)中，容易被污染。因此， 需要頻繁地進(jìn)行離子源的維護(hù)，但通過(guò)設(shè)為上述的角度范圍(8°以上40°以下)，離子源 從基體隔開(kāi)合適的距離進(jìn)行設(shè)置，因而附著沉積物質(zhì)的污物的情況減少，因此本發(fā)明的光 學(xué)薄膜沉積裝置的維護(hù)容易進(jìn)行。另外，此時(shí)如權(quán)利要求3所述，優(yōu)選將所述離子源設(shè)置成為，使從所述基板到所述 離子源的距離為從所述離子源照射的所述離子的平均自由行程以下。這樣，離子源被設(shè)置成為使從基板到離子源的距離為從離子源照射的離子的平均 自由行程以下，由此即使是具有直徑較大的基板支架的沉積裝置，從離子源放出的多數(shù)離 子也以無(wú)碰撞狀態(tài)到達(dá)基板，因而能夠向基板照射保持較高動(dòng)能的離子束。另外，通過(guò)將離 子源安裝在上述位置，離子輔助的效果增大，能夠以更低的功率或在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行成膜。另 夕卜，能夠形成可提高得到的光學(xué)薄膜的膜質(zhì)量的沉積裝置。
并且，如權(quán)利要求4所述，優(yōu)選所述離子源具有離子源主體，其照射所述離子；連 接部，其將該離子源主體和所述真空容器連接；以及真空導(dǎo)入部，其向所述真空容器內(nèi)至少 提供所述離子的原料氣體，通過(guò)變更所述連接部，能夠調(diào)整相對(duì)于下述垂線照射所述離子 的角度，所述垂線是相對(duì)于所述基體表面的垂線。這樣，離子源具有設(shè)置在真空容器和離子源主體之間的連接部，通過(guò)適當(dāng)變更連 接部，能夠自由調(diào)整離子源的安裝角度。通過(guò)連接部安裝在真空容器的側(cè)面，由此能夠?qū)㈦x 子束的損失抑制在最小限度，并對(duì)成膜區(qū)域進(jìn)行調(diào)整，以使離子電流密度成為均勻的分布。 因此，容易均勻地控制離子電流密度分布，因而能夠?qū)崿F(xiàn)得到的光學(xué)薄膜的沉積物質(zhì)均勻 地成膜、并形成膜質(zhì)量良好的光學(xué)薄膜的沉積裝置。此時(shí)，如權(quán)利要求5所述，優(yōu)選所述連接部具有托架，其固定在所述真空容器側(cè)； 以及制動(dòng)部件，其以預(yù)定角度固定所述離子源主體的傾斜。通過(guò)形成上述結(jié)構(gòu)，在變更離子照射角度時(shí)，作業(yè)者只適當(dāng)變更制動(dòng)部件，即可容 易地變更離子照射角度，能夠形成作業(yè)性良好的光學(xué)薄膜沉積裝置。并且，如權(quán)利要求6所述，優(yōu)選所述中和器被設(shè)置在與所述離子源隔開(kāi)預(yù)定距離 的位置。這樣，通過(guò)將中和器設(shè)置在從離子源隔開(kāi)預(yù)定距離的位置，能夠提供可實(shí)現(xiàn)高效 成膜的光學(xué)薄膜沉積裝置，而不會(huì)損失從離子源照射的離子或從中和器照射的電子。另外，如權(quán)利要求7所述，優(yōu)選所述離子源沿著所述基板支架的旋轉(zhuǎn)方向設(shè)有多 個(gè)。這樣，基板支架構(gòu)成為能夠旋轉(zhuǎn)，離子源沿著基板支架的旋轉(zhuǎn)方向設(shè)有多個(gè)，由此 能夠更容易地進(jìn)行照射到基板的離子束的分布調(diào)整，尤其在大型的沉積裝置中能夠容易地 調(diào)整照射到基板的離子束的密度分布。并且，所述問(wèn)題是利用權(quán)利要求8所述的光學(xué)薄膜的制造方法解決的，使用權(quán)利 要求1 7中的任意一項(xiàng)所述的光學(xué)薄膜沉積裝置進(jìn)行鍍制。這樣，通過(guò)使用權(quán)利要求1 7中的任意一項(xiàng)所述的光學(xué)薄膜沉積裝置，能夠制造 膜厚均勻的、具有良好的光學(xué)特性的光學(xué)薄膜。根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)薄膜沉積裝置，給沉積物質(zhì)的能量較大，使堆積在基 體表面上的沉積物質(zhì)移動(dòng)，平滑化、致密化以及使薄膜組織均勻化的效果較高，能夠高效地 實(shí)現(xiàn)膜質(zhì)量的改善。根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)薄膜沉積裝置，能夠適當(dāng)?shù)乇３蛛x子束相對(duì)于基板的 入射角度，能夠高效地提高成膜于基板上的薄膜組織的均勻性。根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)薄膜沉積裝置，能夠使保持較高能量的狀態(tài)的離子束 沖擊基板表面，因而離子輔助的效果增大，能夠以更低的功率或在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行成膜，能夠 高效地實(shí)現(xiàn)膜質(zhì)量的改善。根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)薄膜沉積裝置，能夠?qū)㈦x子束的損失抑制在最小限 度，并對(duì)成膜區(qū)域進(jìn)行調(diào)整，以使離子電流密度成為均勻的分布。根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)薄膜沉積裝置，能夠容易地變更離子照射角度。根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)薄膜沉積裝置，能夠高效地進(jìn)行成膜，而不會(huì)損失從 離子源照射的離子或從中和器照射的電子。
根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)薄膜沉積裝置，能夠容易地調(diào)整照射到基板的離子束 的分布。根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)薄膜的制造方法，制造成本比較低廉，能夠制造具有 良好特性的光學(xué)薄膜。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的光學(xué)薄膜沉積裝置的簡(jiǎn)要剖面圖。
圖2是表示離子束入射角度e與光學(xué)薄膜的透射率+反射率的關(guān)系的曲線圖。圖3是表示離子束入射角度e與光學(xué)薄膜的透射率+反射率的關(guān)系的曲線圖。圖4是表示實(shí)施例3與比較例1的光學(xué)薄膜的透射率的曲線圖。圖5是表示實(shí)施例3與比較例1的光學(xué)薄膜的透射率+反射率的曲線圖。圖6是表示實(shí)施例4、5的光學(xué)薄膜的透射率+反射率的曲線圖。圖7是以往的光學(xué)薄膜沉積裝置的簡(jiǎn)要剖面圖。標(biāo)號(hào)說(shuō)明1光學(xué)薄膜沉積裝置；10、100真空容器；12基板支架(基體保持單元)；14、114 基板(基體)；34、134沉積源；34a、38a閘門；38、138離子源；40、140中和器；44連接部件 (連接部)；9安裝角度(離子束入射角度)；H從離子源到基板支架的中心的高度；h安裝 高度；D基板支架的直徑；d從離子源到基板支架的中心的距離；T透射率；R反射率；\波 長(zhǎng)；I平均自由行程。
具體實(shí)施例方式以下，參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。另外，以下說(shuō)明的部件、配置等只是具體 實(shí)施發(fā)明的一個(gè)示例，不能限定本發(fā)明，當(dāng)然能夠根據(jù)本發(fā)明的宗旨進(jìn)行各種變更。圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的光學(xué)薄膜沉積裝置1的簡(jiǎn)要剖面圖。光學(xué)薄膜沉 積裝置1是能夠從離子源38向基板照射離子束(氣體離子)，同時(shí)進(jìn)行成膜處理的離子輔 助沉積裝置，作為基體保持單元的基板支架12被保持在縱向放置的圓筒狀真空容器10內(nèi) 部的上方。在真空容器10內(nèi)部的下方設(shè)有作為沉積單元的沉積源34。并且，離子源38和 中和器40設(shè)置在真空容器10內(nèi)部的側(cè)面。利用未圖示的排氣單元，將真空容器10的內(nèi)側(cè)排氣使之成為預(yù)定的壓力(例如 3X10-2 l(T4Pa 左右)。作為基體保持單元的基板支架12是形成為圓頂狀的不銹鋼制的部件，被保持在 真空容器10內(nèi)的上側(cè)且能夠圍繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，基板支架12與作為旋轉(zhuǎn)單元的未圖示的電 機(jī)的輸出軸連結(jié)。作為多個(gè)基體的基板14被支撐在基板支架12的下表面上，使成膜面朝 下?；?4是表面通過(guò)成膜附著有電介質(zhì)膜或吸收膜的樹(shù)脂(例如聚酰亞胺)或石 英等具有透光性的部件。在本實(shí)施方式中，基板14采用圓板狀的基板，但形狀不限于此，只 要能夠在表面形成薄膜，例如也可以是透鏡形狀、圓筒狀、圓環(huán)狀等其他形狀。真空容器10是通常在公知的成膜裝置中使用的大致圓筒形狀的不銹鋼制的容 器，被設(shè)為接地電位。
在真空容器10上設(shè)有未圖示的排氣口，通過(guò)排氣口連接未圖示的真空泵。并且， 在真空容器10上形成有用于向內(nèi)部導(dǎo)入氣體的氣體導(dǎo)入管(未圖示)。沉積源34設(shè)置在真空容器10內(nèi)的下側(cè)，是采用電子束加熱方式將高折射率物質(zhì) 和低折射率物質(zhì)加熱并朝向基板14放出的蒸發(fā)單元。能夠開(kāi)閉操作的閘門34a安裝在沉 積源34的上方。閘門34a由未圖示的控制器適當(dāng)控制開(kāi)閉。在本實(shí)施方式中，進(jìn)行成膜的光學(xué)濾波器交替地層疊高折射率物質(zhì)和低折射率物 質(zhì)來(lái)進(jìn)行成膜，但本發(fā)明也能夠適用于由一種或多種蒸發(fā)物質(zhì)構(gòu)成的光學(xué)濾波器的成膜， 在這種情況下，能夠適當(dāng)變更沉積源的數(shù)量和配置。另外，作為在本實(shí)施方式中鍍制的光學(xué)濾波器的具體示例，列舉了短波長(zhǎng)透射濾 波器(SWPF)和紅外線截止濾波器，但也能夠適用于除此之外的短波長(zhǎng)透射濾波器、帶通濾 波器、ND濾波器等的薄膜器件。離子源38具有照射離子的離子源主體；連接部(連接部件44)，用于將離子源主 體設(shè)置在真空容器10上；以及真空導(dǎo)入部(未圖示的凸緣)，用于至少將成為被照射的離 子的原料的氣體導(dǎo)入到真空容器10的內(nèi)部。真空導(dǎo)入部還具有作為給進(jìn)部分的作用，用于 導(dǎo)入除氣體之外的電氣、冷卻水。離子源38用于朝向基板14放出離子束(ion beam)，從反 應(yīng)氣體(例如02)或稀有氣體(例如Ar)的等離子中引出電荷沉積的離子(02+、Ar+)，并通 過(guò)加速電壓加速后射出。并且，在離子源38的上方安裝有能夠由未圖示的控制器適當(dāng)控制 開(kāi)閉的閘門38a。中和器40用于朝向基板14放出電子(e_)，從Ar等稀有氣體的等離子中引出電子， 并通過(guò)加速電壓加速后放出電子。利用從此射出的電子，將附著在基板14表面上的離子中 和。在本實(shí)施方式的光學(xué)薄膜沉積裝置1中，中和器40與離子源38隔開(kāi)預(yù)定距離設(shè) 置。中和器40的安裝位置只要是能夠向基板14照射電子進(jìn)行中和的位置即可。下面，說(shuō)明離子源38的安裝方法和位置。離子源38通過(guò)作為連接部的連接部件44安裝在真空容器10的側(cè)面。通過(guò)將離 子源38安裝在真空容器10的側(cè)面，從離子源38照射的離子束以較短的飛行距離到達(dá)基板 14，因而能夠抑制沖擊基板14時(shí)的離子的動(dòng)能的降低。另外，在本實(shí)施方式中，離子源38設(shè)置在真空容器10的側(cè)面，但只要是滿足后面 敘述的安裝角度9、安裝高度h的位置，則也可以設(shè)于底面。在此，通過(guò)將離子源38安裝在真空容器10的側(cè)面，離子束具有角度地入射到基板 14上。入射到基板14上的離子束具有角度，被認(rèn)為具有較大的優(yōu)點(diǎn)。即，如后所述，發(fā)現(xiàn)通 過(guò)使保持較高的動(dòng)能的狀態(tài)的離子束從傾斜方向沖擊基板14表面，能夠獲得高于以往的 離子輔助的效果，例如使更大的能量作用于堆積在基板14表面上的沉積物質(zhì)等。另外，在本實(shí)施方式中，離子源38配置在與沉積源34的配置位置相比更靠近基板 14的位置，其接近程度為離子源38的主體長(zhǎng)度以上。并且，為了容易進(jìn)行離子源38的安 裝，使真空容器10的側(cè)面的一部分傾斜形成，但安裝離子源38的位置是任意位置。另外， “離子源38的主體長(zhǎng)度”是指，從離子源38 (離子槍)的電極到設(shè)置有離子源38的真空容 器10的壁面(側(cè)壁)之間的距離。連接部件44是離子源38的連接部，被安裝在真空容器10的側(cè)面。另外，在本實(shí)施方式中，離子源38設(shè)置在真空容器10的側(cè)壁上，但也可以設(shè)置在底面上，在這種情況下， 連接部件44也可以設(shè)置在真空容器10的底面上。連接部件44的主要構(gòu)成要素包括被固 定在真空容器10側(cè)的托架(未圖示)；連接銷(未圖示)，其支撐在離子源38上，且使離 子源主體(未圖示)側(cè)能夠相對(duì)于托架傾斜；以及制動(dòng)部件(未圖示)，由在預(yù)定位置固定 離子源38的傾斜的螺釘構(gòu)成。因此，能夠任意調(diào)節(jié)離子源38的安裝角度。另外，通過(guò)把托 架設(shè)在真空容器10側(cè)，并固定在能夠調(diào)整位置的未圖示的基礎(chǔ)板上，不僅能夠調(diào)整安裝角 度，而且能夠調(diào)整高度方向、真空容器10的半徑方向的位置。另外，通過(guò)使上述的托架抵接 基礎(chǔ)板來(lái)進(jìn)行固定，能夠把離子源38調(diào)整到合適的位置。離子源38的高度方向、真空容器 10的半徑方向的位置調(diào)整，通過(guò)使基礎(chǔ)板沿真空容器10的上下方向和半徑方向移動(dòng)來(lái)進(jìn) 行。通過(guò)變更離子源38的安裝高度h(以后稱為“安裝高度h”)和真空容器10的半 徑方向的位置，能夠?qū)㈦x子源38和基板14調(diào)整為合適的距離，通過(guò)變更安裝離子源38的 角度，能夠調(diào)整沖擊基板14的離子束的入射角度和位置。S卩，通過(guò)調(diào)整離子源38的高度方向、真空容器10的半徑方向的位置以及安裝角 度，能夠?qū)㈦x子束的損失抑制在最小限度，并對(duì)成膜區(qū)域進(jìn)行調(diào)整，使得離子電流密度為均 勻的分布。其中，離子源38的安裝角度e (以后稱為“安裝角度e ”)是指，照射離子束的軸 線與相對(duì)于設(shè)置于基板支架12上的基板14的表面的垂線形成的最大角度。如上所述，在 基板支架12旋轉(zhuǎn)時(shí)，基板14的位置變化，隨之相對(duì)于基板14的表面的垂線與離子束形成 的角度變化，把該角度最大時(shí)的角度定義為安裝角度9。另外，在本說(shuō)明書(shū)中，安裝角度e 與離子束照射角度是相同意思。如果該安裝角度e過(guò)大，則基板14的表面與離子束形成的角度變小，結(jié)果，即使 沖擊基板14也不會(huì)對(duì)基板14產(chǎn)生較大的效果，離子束彈起并返回，因而認(rèn)為離子輔助的效 果降低。另外，如果安裝角度e較大，尤其在使用彎曲的基板支架12的情況下，離子束被 基板支架12遮擋，因而成膜于基板14上的光學(xué)薄膜的膜質(zhì)量不均勻。并且，在安裝角度e 過(guò)大的情況下，離子束被形成為圓頂狀的基板支架12的一部分遮擋，成為離子輔助效率降 低的原因。另一方面，在安裝角度e較小的情況下，離子源38與基板的距離變遠(yuǎn)，因而離子 輔助效果變小，不是優(yōu)選方式。即，在該安裝角度9較小的情況下，離子束以接近直角的角 度沖擊基板14的表面，因而不能對(duì)沉積物質(zhì)產(chǎn)生較大的能量，使堆積的沉積層致密化的效 果降低。因此，如下所述，通過(guò)把安裝角度e設(shè)為6°以上70°以下、優(yōu)選設(shè)為8°以上 40°以下，在使用例如具有像透鏡等那樣的凹凸的基板14的情況下，離子束也不會(huì)被基板 14的一部分遮擋，能夠?qū)崿F(xiàn)可對(duì)膜質(zhì)量良好的光學(xué)薄膜進(jìn)行成膜的沉積裝置。并且，關(guān)于使離子束從傾斜方向入射到基板14表面的方法，只要基板14與離子源 38的距離為平均自由行程以下或者相同，就能確認(rèn)到效果，而與該距離無(wú)關(guān)。即，只要是來(lái) 自離子源38的離子束能夠到達(dá)基板14的范圍，通過(guò)適用使離子束從傾斜方向入射到基板 14表面的方法，就能夠獲得較高的離子輔助的效果。
另外，只要上述的安裝角度e在上述的角度范圍內(nèi)，當(dāng)然也能夠根據(jù)基板支架12 和真空容器10的大小或成膜材料適當(dāng)變更安裝角度9。安裝高度h被設(shè)定成為使離子源38與基板14的距離成為合適的距離。如果安裝 高度h過(guò)高，則離子源38與基板14的距離變近，因而離子源38容易被飛散的沉積物質(zhì)污 染。另一方面，如果安裝高度h過(guò)低，則基板14與離子源38的距離變長(zhǎng)，同時(shí)安裝角度e 過(guò)小。因此，需要將安裝高度h設(shè)為能夠獲得合適的安裝角度0的位置。關(guān)于離子源38的安裝位置，在把基板支架12與旋轉(zhuǎn)軸中心的交點(diǎn)和離子源38的 中心之間的垂直方向的距離、即從離子源到基板支架的中心的高度設(shè)為H，把基板支架12 的直徑設(shè)為D時(shí)，優(yōu)選H與D之比、即H/D的值為0. 5 1. 2。例如，按照下面的表1所示設(shè) 定上述D和H。[表 1] 優(yōu)選離子源38和基板14的距離與從離子源38照射的離子的平均自由行程I相 同或在其之下。例如，如果平均自由行程I = 500mm,則優(yōu)選離子源38和基板14的距離為 500mm以下。通過(guò)把離子源38和基板14的距離設(shè)為平均自由行程I以下，能夠使從離子源 38放出的離子的半數(shù)以上以無(wú)沖擊狀態(tài)沖擊基板14。由于能夠使離子束在具有較高能量 的狀態(tài)下照射基板14，因而離子輔助的效果增大，能夠以更低的功率或在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行成 膜。另外，“離子源38與基板14的距離”是指，從離子源38的中心到基板支架12的成 膜面?zhèn)鹊闹行闹g的距離。同樣，“沉積源34與基板14的距離”是指，從沉積源34的中心 到基板支架12的成膜面?zhèn)鹊闹行闹g的距離。離子源38的安裝位置不限于真空容器10的側(cè)面的位置，也可以利用連接部件44 配置在遠(yuǎn)離真空容器10的側(cè)面的壁面的位置。連接部件44能夠在真空容器10的半徑方 向調(diào)整離子源38的位置，因而能夠容易地進(jìn)行合適的配置。在這種情況下，能夠從更近的位置向基板14照射離子束，因而在能量(功耗)更 小時(shí)也能夠獲得良好的離子輔助效果。并且，在大型的沉積裝置中，當(dāng)在真空度較低的成膜 條件下進(jìn)行成膜時(shí)，也能夠適用本實(shí)施方式。另外，在基板支架12與真空容器10的內(nèi)側(cè)的 壁面之間的距離較遠(yuǎn)的沉積裝置中，也能夠良好地適用本實(shí)施方式。當(dāng)然，也可以把離子源38設(shè)置在底部。在這種情況下，只要在底部安裝臺(tái)座而把 離子源38安裝在臺(tái)座上即可。并且，如上所述，由于在離子電流(功耗)更小時(shí)也能夠獲得良好的離子輔助效 果，因而因離子束的沖擊而造成的、附著在基板14表面或基板支架12上的沉積物質(zhì)的剝離減少。即，能夠減小存在于真空容器10內(nèi)的異物，能夠進(jìn)行更高精度的成膜。S卩，通過(guò)提高 成膜步驟的成品率，能夠?qū)崿F(xiàn)制造成本的降低，同時(shí)制造高精度的光學(xué)濾波器。另外，通過(guò)把離子源38安裝在真空容器10的側(cè)面，離子束不會(huì)受到配置于沉積源 34和基板14之間的膜厚校正板(未圖示)的阻礙，離子的損失減小，能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的成膜。另外，伴隨離子束向基板14的入射角度的增大，離子輔助的效果緩慢提高，因而 通過(guò)增大安裝角度9，能夠?qū)崿F(xiàn)功耗降低和延長(zhǎng)離子槍的壽命。具體情況將根據(jù)后面的實(shí) 施例進(jìn)行說(shuō)明。下面，說(shuō)明中和器40的安裝位置。如上所述，中和器40的安裝位置只要是能夠向基板14照射電子進(jìn)行中和的位置 即可。但是，通過(guò)將中和器40配置在接近基板支架12的位置，能夠朝向附著有從離子源38 照射的離子的基板14的區(qū)域準(zhǔn)確地照射電子。并且，如果中和器40被配置在與離子源38隔開(kāi)預(yù)定距離的位置，與從離子源38 朝向基板14移動(dòng)的離子的直接反應(yīng)減少，能夠高效地中和基板14的電荷。因此，與以往的 光學(xué)薄膜沉積裝置相比，即使將施加給中和器40的電流值設(shè)為較低的值，也能夠良好地中 和基板14。例如，在進(jìn)行高折射率膜和低折射率膜等電介質(zhì)膜的成膜時(shí)，能夠向基板14表 面提供充足的電子，因而針對(duì)氧離子的靜電斥力難以作用在基板14上，氧離子容易飛向基 板14。結(jié)果，能夠使高折射率膜和低折射率膜等電介質(zhì)膜完全氧化。另外，優(yōu)選中和器40與離子源38的距離為200mm左右，但也能夠根據(jù)期望的成膜 條件適當(dāng)變更。此時(shí)，通過(guò)調(diào)整支撐離子源38的連接部件44，能夠適當(dāng)變更中和器40與離 子源38的距離。本實(shí)施方式的光學(xué)薄膜沉積裝置1利用一個(gè)離子源38和一個(gè)中和器40構(gòu)成，但 也能夠形成為分別配置多個(gè)離子源38和多個(gè)中和器40的結(jié)構(gòu)。例如，也可以形成為沿著 旋轉(zhuǎn)的基板支架12的旋轉(zhuǎn)方向設(shè)有多個(gè)離子源38和多個(gè)中和器40的結(jié)構(gòu)。通過(guò)形成這 種結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒈景l(fā)明更有效地適用于具有尺寸較大的基板支架12的大型沉積裝置。下面說(shuō)明該光學(xué)薄膜沉積裝置1的動(dòng)作。將基板14設(shè)置在真空容器10內(nèi)的基板支架12上，將真空容器10內(nèi)排氣使之成 為預(yù)定壓力。并且，使基板支架12以預(yù)定轉(zhuǎn)數(shù)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)利用未圖示的加熱器將基板14的 溫度設(shè)為預(yù)定溫度。并且，把離子源38設(shè)為能夠馬上進(jìn)行離子照射的空轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，把沉積源34設(shè)為 能夠通過(guò)閘門34a的打開(kāi)動(dòng)作而馬上放出蒸發(fā)微粒的狀態(tài)。另外，在基板支架12的轉(zhuǎn)數(shù)和 基板14的溫度達(dá)到預(yù)定條件后，轉(zhuǎn)入沉積步驟。在沉積步驟中，控制用于放出高折射率物質(zhì)(例如Ta205或Ti02)或低折射率物質(zhì) (例如Si02)的沉積源34的閘門開(kāi)閉，朝向基板14交替地放出高折射率物質(zhì)和低折射率物 質(zhì)。在放出這些沉積物質(zhì)的期間，使離子源38的閘門38a進(jìn)行打開(kāi)動(dòng)作，使放出的離子(例 如02+或Ar+)沖擊基板14，由此使附著在基板14上的沉積物質(zhì)的表面變平滑，同時(shí)變致密。 將該操作反復(fù)進(jìn)行預(yù)定次數(shù)，由此形成多層膜。此時(shí)，雖然在照射離子束時(shí)會(huì)在基板14產(chǎn)生電荷的偏向，但該電荷的偏向通過(guò)從 中和器40向基板14照射電子而進(jìn)行中和。
在此，考察將離子源38安裝在真空容器10的側(cè)面的效果。作為第1效果，離子源38與基板14的距離與以往的光學(xué)薄膜沉積裝置相比更接 近，因而能夠向基板14照射保持較高能量的狀態(tài)的離子束。因此，能夠以更低的功率或在 短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行成膜，還能夠?qū)崿F(xiàn)膜質(zhì)量的改善。作為第2效果，由于離子束以預(yù)定的角度入射到基板14上，因而與離子束以接近 直角的角度沖擊基板14時(shí)相比，能夠使橫斷方向的作用力作用于基板14表面。S卩，給沉積 物質(zhì)的能量增大，使堆積在基板14表面上的沉積物質(zhì)移動(dòng)的效果提高，因此能夠以更低的 功耗或在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行成膜，還能夠?qū)崿F(xiàn)膜質(zhì)量的改善。膜質(zhì)量的改善是指，實(shí)現(xiàn)堆積在基板14上的薄膜的清潔化和平滑化或薄膜組織 的致密化，這種效果能夠通過(guò)使構(gòu)成堆積在基板14表面上的沉積層的分子(沉積分子)移 動(dòng)直到停止于基板14上的穩(wěn)定的位置為止而表現(xiàn)出來(lái)。此時(shí)，被照射的離子束(離子)沖 擊，由此促進(jìn)沉積分子的移動(dòng)，因而薄膜變致密，而且組分的均勻性提高，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)薄 膜組織的作用力型畸變的降低。這樣，通過(guò)使成膜后的組織具有較高的均勻性，能夠獲得折射率的變動(dòng)較小、光的 吸收系數(shù)在一定以下的穩(wěn)定的光學(xué)濾波器。在本實(shí)施方式中，在安裝角度e為8°以上40°以下的角度范圍時(shí)，能夠獲得較 高的離子輔助效果，因此能夠?qū)崿F(xiàn)功耗降低、膜質(zhì)量良好的薄膜。具體情況將根據(jù)后面的實(shí) 施例進(jìn)行說(shuō)明。[實(shí)施例1]關(guān)于使用圖1所示的光學(xué)薄膜沉積裝置1進(jìn)行成膜的結(jié)果，參照?qǐng)D2進(jìn)行說(shuō)明。圖 2是表示安裝角度(離子束入射角度)e與光學(xué)薄膜的透射率+反射率的關(guān)系的曲線圖，表 示透射率T+反射率R(波長(zhǎng)入=450 550nm的平均值)。測(cè)定到的安裝角度0在8 45°的范圍內(nèi)。安裝角度0通過(guò)調(diào)整離子源38的安裝位置和連接部件44而變化。另夕卜，圖2表示成膜時(shí)的離子束的能量密度為50mW/cm2的情況。在圖2中，評(píng)價(jià) 后的光學(xué)薄膜都是交替地對(duì)作為沉積物質(zhì)的高折射率物質(zhì)和低折射率物質(zhì)進(jìn)行成膜而得 到的光學(xué)薄膜。另外，在任何光學(xué)薄膜中，都是對(duì)由使用Ta205作為高折射率物質(zhì)、使用Si02 作為低折射率物質(zhì)的36層構(gòu)成的短波長(zhǎng)透射濾波器(Short Wave Pass Filter :SWPF)的 多層膜進(jìn)行成膜。圖2中的各個(gè)光學(xué)薄膜的成膜條件如下所述。另外，由于Ta-0鍵和Si-0鍵的鍵 能不同，Si和Ta的原子量不同，因而如下所述Ta205和Si02是在不同的成膜條件下成膜的。基板BK7(折射率n = 1.52)膜材料Ta205 (高折射率膜)、Si02 (低折射率膜)Ta205 的成膜速度1. lnm/secSi02 的成膜速度1. 5nm/secTa205/Si02蒸發(fā)時(shí)的離子源條件導(dǎo)入氣體氧氣60sccm離子加速電壓800V離子電流850mA離子束能量密度50mW/cm2
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安裝角度e :8 45°中和器的條件中和器電流1000mA放電氣體氬氣lOsccm根據(jù)圖2，在安裝角度0 =8 40°的范圍內(nèi)鍍制的多層膜，其透射率T+反射率 R穩(wěn)定，并顯示出較高的值。關(guān)于圖2所示的多層膜，利用具體的透射率T+反射率R的值進(jìn)行比較，在安裝角 度e = 8°時(shí)為99.4%，0 =40°時(shí)為99. 5%，與此相對(duì)，在安裝角度e =43°時(shí)為 96.9%，根據(jù)圖2可以明確得知，在安裝角度0大于40°的范圍時(shí)，透射率T+反射率R的值 變小。根據(jù)圖2，透射率T+反射率R的值超過(guò)99%的范圍截止到安裝角度0 =8 40°， 通過(guò)設(shè)為這種安裝角度e的范圍，離子輔助效果提高，能夠?qū)鈱W(xué)特性良好的多層膜進(jìn)行 成膜。[實(shí)施例2]下面，關(guān)于使用圖1所示的光學(xué)薄膜沉積裝置1進(jìn)行成膜的結(jié)果，參照?qǐng)D3進(jìn)行說(shuō) 明。圖3是表示安裝角度(離子束入射角度)e與光學(xué)薄膜的透射率+反射率的關(guān)系的曲 線圖，表示波長(zhǎng)入=550nm時(shí)的透射率T+反射率R。測(cè)定到的安裝角度0在0 85°的 范圍內(nèi)。安裝角度9通過(guò)調(diào)整離子源38的安裝位置和連接部件44而變化。在上述實(shí)施例1中把離子束的能量密度設(shè)為50mW/cm2，而在實(shí)施例2中，按照下面 所述設(shè)定離子束的能量密度，并把安裝角度9設(shè)為0 85°進(jìn)行成膜。安裝角度e通過(guò) 調(diào)整離子源38的安裝位置和連接部件44而變化。并且，相對(duì)于由36層膜構(gòu)成的實(shí)施例1，實(shí)施例2是由使用Ti205作為高折射率物 質(zhì)、使用Si02作為低折射率物質(zhì)的27層構(gòu)成的紅外線截止濾波器的多層膜。實(shí)施例2的成膜條件如下所述?；錌K7(折射率 n = 1. 52)膜材料Ti205(高折射率膜)、Si02 (低折射率膜)Ti205/Si02蒸發(fā)時(shí)的離子源條件導(dǎo)入氣體氧氣60sccm離子加速電壓200 1200V離子電流200 1000mA離子束能量密度5 150mW/cm2安裝角度9:0 85° (合計(jì)16個(gè)條件)中和器的條件中和器電流1000mA放電氣體氬氣lOsccm另外，Ti205/Si02的成膜速度是根據(jù)安裝角度e的值而變化的值。因此，根據(jù)安裝 角度9的值，適當(dāng)在上述的條件范圍內(nèi)改變離子加速電壓和離子電流，以使Ti205/Si02& 成膜速度固定。這樣，在上述的成膜條件下，在安裝角度e為6 70°的范圍內(nèi)，確認(rèn)到透射率 T+反射率R的值得到改善的效果。即，通過(guò)使離子束以預(yù)定的角度入射到基板14上，能夠獲得光的吸收系數(shù)在一定以下、具有良好的膜質(zhì)量的光學(xué)濾波器。并且，在上述的成膜條件下，發(fā)現(xiàn)在將離子源38設(shè)置在真空容器10的底部側(cè)的情 況下，在安裝角度9 =6 70°的范圍內(nèi)，也能夠獲得膜質(zhì)量良好的薄膜，因而與離子源 38和基板14的距離無(wú)關(guān)，根據(jù)使離子束以預(yù)定的角度入射到基板14上的方法，能夠獲得具 有良好的膜質(zhì)量的薄膜。另外，確認(rèn)到伴隨安裝角度e的增大，離子輔助的效果緩慢提高的效果。即，確認(rèn) 到伴隨安裝角度9的增大，最佳的離子加速電壓和離子電流緩慢下降的現(xiàn)象，因而通過(guò)設(shè) 定較大的安裝角度9，在改善膜質(zhì)量的基礎(chǔ)上，還能夠?qū)崿F(xiàn)功耗的降低并延長(zhǎng)離子槍的壽 命。因此，根據(jù)上述實(shí)施例1和2的測(cè)定結(jié)果，優(yōu)選安裝角度e至少在波長(zhǎng)入=550nm 時(shí)為6 70°，在安裝角度e為8 40°時(shí)，在波長(zhǎng)為450nm 550nm的范圍內(nèi)，透射率 T+反射率R的值較大，因而是更優(yōu)選的方式。另外，對(duì)得到的光學(xué)薄膜實(shí)施純水煮沸試驗(yàn)，結(jié)果在安裝角度e =45°以上時(shí)得 到的光學(xué)薄膜中觀察到了波長(zhǎng)推移，而在安裝角度9 =8 40°時(shí)得到的光學(xué)薄膜中沒(méi) 有觀察到波長(zhǎng)推移。這表示在正常環(huán)境下使用安裝角度9 = 45°以上時(shí)得到的光學(xué)薄膜 時(shí)，由于大氣中的水分吸收，最初的光學(xué)特性發(fā)生變化。因此，確認(rèn)到在安裝角度e =8 40°時(shí)，能夠通過(guò)離子輔助來(lái)有效地抑制(或 防止)上述的波長(zhǎng)推移。并且，明確了通過(guò)設(shè)定上述的安裝角度e的范圍，尤其能夠抑制 波長(zhǎng)推移，離子輔助的效果表現(xiàn)得更明顯。[實(shí)施例3、比較例1]關(guān)于使用圖1所示的光學(xué)薄膜沉積裝置1進(jìn)行成膜的實(shí)施例1(安裝角度e = 40° )，與利用以往的光學(xué)薄膜沉積裝置(參照?qǐng)D7)進(jìn)行成膜的比較例1(安裝角度e = 0° )進(jìn)行對(duì)比說(shuō)明。另外，安裝角度e =0°是指離子源38與基板支架12的曲率中心一 致的情況。實(shí)施例1和比較例1都是交替地對(duì)作為沉積物質(zhì)的高折射率物質(zhì)和低折射率物質(zhì) 進(jìn)行成膜。另外，在實(shí)施例1和比較例1中都是對(duì)由使用Ta205作為高折射率物質(zhì)、使用Si02 作為低折射率物質(zhì)的36層構(gòu)成的短波長(zhǎng)透射濾波器(Short Wave Pass Filter :SWPF)的 多層膜進(jìn)行成膜。并且，圖4、圖5表示與鍍制出的SWPF多層膜的光學(xué)特性有關(guān)的測(cè)定結(jié)果。實(shí)施例3的成膜條件如下所述。另外，由于Ta-0鍵與Si_0鍵的鍵能不同，Si和 Ta的原子量不同，因而如下所述Ta205和Si02是在不同的成膜條件下成膜的?；錌K7(折射率 n = 1. 52)膜材料Ta205(高折射率膜)、Si02 (低折射率膜)Ta205 的成膜速度0. 5nm/secSi02 的成膜速度1. Onm/secTa205蒸發(fā)時(shí)的離子源條件導(dǎo)入氣體氧氣60sccm、氬氣7sccm離子加速電壓500V離子電流500mA
安裝角度e :40°Si02蒸發(fā)時(shí)的離子源條件導(dǎo)入氣體氧氣50sccm離子加速電壓500V離子電流500mA安裝角度0 40°中和器的條件中和器電流1000mA放電氣體氬氣lOsccm比較例1的成膜條件如下所述。另外，由于Ta-0鍵與Si-0鍵的鍵能不同，Si和 Ta的原子量不同，因而如下所述Ta205和Si02是在不同的成膜條件下成膜的?；錌K7(折射率 n = 1. 52)膜材料Ta205 (高折射率膜)、Si02 (低折射率膜)Ta205 的成膜速度0. 5nm/secSi02 的成膜速度1. Onm/secTa205蒸發(fā)時(shí)的離子源條件導(dǎo)入氣體氧氣60sccm、氬氣7sccm離子加速電壓500V離子電流500mA安裝角度e :0°Si02蒸發(fā)時(shí)的離子源條件導(dǎo)入氣體氧氣50sccm離子加速電壓500V離子電流500mA安裝角度6 0°中和器的條件中和器電流1000mA放電氣體氬氣lOsccm在此，說(shuō)明在比較例1中使用的以往的光學(xué)薄膜沉積裝置、和在實(shí)施例3中使用的 光學(xué)薄膜沉積裝置1在無(wú)沖擊狀態(tài)下的離子到達(dá)概率。假設(shè)實(shí)施例3和比較例1的真空狀態(tài)為氧氣氛圍、250°C、2. 5X 10_2Pa，平均自由行 程I都是500mm。以往的光學(xué)薄膜沉積裝置的從離子源38到基板支架12的中心之間的距 離(距離d)為1012mm，而光學(xué)薄膜沉積裝置1的距離d為439mm，因而以往的光學(xué)薄膜沉 積裝置在無(wú)沖擊狀態(tài)下的離子到達(dá)概率是13%，而光學(xué)薄膜沉積裝置1是41%。S卩，在把離子源38的條件設(shè)為相同條件進(jìn)行對(duì)比時(shí)，與以往的光學(xué)薄膜沉積裝置 相比，光學(xué)薄膜沉積裝置1約有3倍的離子在不沖擊氣體分子的狀態(tài)下到達(dá)基板14。因此， 在光學(xué)薄膜沉積裝置1中，照射到基板14的離子具有高于以往的光學(xué)薄膜沉積裝置的動(dòng) 能。圖4是表示實(shí)施例3與比較例1的光學(xué)濾波器的透射分光特性(透射率)的曲線圖，向鍍制出的SWPF多層膜照射波長(zhǎng)\為400nm lOOOnm的光，并相對(duì)于波長(zhǎng)\繪制出
其透射率T。根據(jù)圖4，在波長(zhǎng)\為400nm 550nm的范圍內(nèi)，去除了一部分的波長(zhǎng)區(qū)域，在實(shí) 施例3中鍍制出的多層膜與比較例1的多層膜相比，透射率T顯示出較高的值。具體地講，利用波長(zhǎng)入= 480nm時(shí)的透射率T進(jìn)行對(duì)比，比較例1的多層膜的透 射率T是91.5%，實(shí)施例3的多層膜的透射率T是94.5%。并且，利用波長(zhǎng)X = 550nm時(shí) 的透射率T進(jìn)行對(duì)比，比較例1的多層膜的透射率T是92. 1%，實(shí)施例3的多層膜的透射率 T 是 94. 3%。因此，與以安裝角度e =0°成膜的比較例1的多層膜相比，以安裝角度e = 40°成膜的實(shí)施例3的多層膜顯示出具有更高的透射率T。圖5是表示實(shí)施例3與比較例1的光學(xué)濾波器的透射率T+反射率R之和的曲線 圖，向鍍制出的多層膜照射波長(zhǎng)、為400nm lOOOnm的光，并相對(duì)于波長(zhǎng)\繪制出將反 射率R與該波長(zhǎng)時(shí)的透射率T相加得到的值(透射率T+反射率R)。根據(jù)圖5，在波長(zhǎng)人為400nm 800nm的范圍內(nèi)，在實(shí)施例3中鍍制出的多層膜顯 示出透射率T+反射率R高于比較例1的多層膜的值。另外，在實(shí)施例1中鍍制出的多層膜與比較例1的多層膜相比，顯示出透射率T+ 反射率R比較平坦的推移。例如，在比較例1中鍍制出的多層膜中，確認(rèn)到在波長(zhǎng)\為 680nm附近時(shí)透射率T+反射率R的下降，在實(shí)施例1中鍍制出的多層膜中沒(méi)有確認(rèn)到這種 下降的位置。利用波長(zhǎng)入=480nm時(shí)的透射率T+反射率R進(jìn)行對(duì)比，比較例1的多層膜的透射 率T+反射率R是96. 9%，實(shí)施例3的多層膜的透射率T+反射率R是99. 6%。并且，利用波 長(zhǎng)人= 550nm時(shí)的透射率T+反射率R進(jìn)行對(duì)比，比較例1的多層膜的透射率T是97.4%， 實(shí)施例3的多層膜的透射率T+反射率R是99. 6%。另外，實(shí)施例3的多層膜在400nm lOOOnm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，透射率T+反射率R的值比較平坦(固定)，而在比較例1的多層膜 中，越到長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域，透射率T+反射率R的值越變動(dòng)。因此，與以安裝角度e =0°成膜的比較例1的多層膜相比，以安裝角度e = 40°成膜的實(shí)施例3的多層膜的透射率T+反射率R的值更高，并且實(shí)施例3的多層膜在更 寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的光學(xué)特性。這樣，與利用現(xiàn)有裝置鍍制出的多層膜(比較例1)相比，利用本發(fā)明的光學(xué)薄膜 沉積裝置1鍍制出的多層膜(實(shí)施例3)在波長(zhǎng)\為400nm 550nm的范圍內(nèi)，透射率T 提高，同時(shí)透射率T+反射率R的值也明顯提高。并且，實(shí)施例3在更寬的波長(zhǎng)區(qū)域中顯示 出比較平坦的透射率T+反射率R。S卩，上述的實(shí)施例3的光學(xué)薄膜具有折射率的變動(dòng)較小、光的吸收系數(shù)在一定以 下且穩(wěn)定的特性，可以說(shuō)是具有良好的光學(xué)特性的多層膜。[實(shí)施例4、5]圖6是表示實(shí)施例4、5的光學(xué)薄膜的透射率T+反射率R之和的曲線圖，向鍍制出 的多層膜照射波長(zhǎng)、為400nm lOOOnm的光，并相對(duì)于波長(zhǎng)\繪制出將反射率R與該波 長(zhǎng)時(shí)的透射率T相加得到的值(透射率T+反射率R)。實(shí)施例4、5都是交替地對(duì)作為沉積 物質(zhì)的高折射率物質(zhì)和低折射率物質(zhì)進(jìn)行成膜。另外，在實(shí)施例1和比較例1中都是對(duì)由使用Ta205作為高折射率物質(zhì)、使用Si02作為低折射率物質(zhì)的36層構(gòu)成的短波長(zhǎng)透射濾波 器(Short Wave Pass Filter :SWPF)的多層膜進(jìn)行成膜。并且，圖6表示與鍍制出的SWPF多層膜的光學(xué)特性有關(guān)的測(cè)定結(jié)果。實(shí)施例4、5的成膜條件如下所述。另夕卜，由于Ta-0鍵與Si-0鍵的鍵能不同，Si和 Ta的原子量不同，因而如下所述Ta205和Si02是在不同的成膜條件下成膜的。基板:BK7(折射率 n = 1. 52)膜材料Ta205(高折射率膜)、Si02 (低折射率膜)Ta205 的成膜速度0. 5nm/secSi02 的成膜速度1. Onm/secTa205蒸發(fā)時(shí)的離子源條件導(dǎo)入氣體氧氣60sccm、氬氣7sccm離子加速電壓500V離子電流500mA安裝角度0 45°Si02蒸發(fā)時(shí)的離子源條件導(dǎo)入氣體氧氣50sccm離子加速電壓500V離子電流500mA安裝角度0 40°中和器的條件中和器電流1000mA放電氣體氬氣lOsccm圖6示出在安裝角度0為27° (實(shí)施例4)、10° (實(shí)施例5)這兩個(gè)條件下成膜 的多層膜的測(cè)定結(jié)果。在任何條件的情況下都顯示出在波長(zhǎng)X = 400nm 600nm的范圍 內(nèi)，透射率T+反射率R的值大于99 %，都是光學(xué)特性良好的多層膜。這樣，在安裝角度e被設(shè)定為8 40° (對(duì)于以特定的成膜條件、特定的使用 環(huán)境為對(duì)象的光學(xué)薄膜是6 70° )的范圍內(nèi)成膜的多層膜，尤其在波長(zhǎng)\ = 400nm 600nm的范圍內(nèi)，透射率T+反射率R的值提高，并且基本固定。即，通過(guò)使離子束以預(yù)定的 角度入射到基板14上，能夠獲得光的吸收系數(shù)在一定以下、具有良好的膜質(zhì)量的光學(xué)濾波
o并且，在將離子源38配置在真空容器10的底部側(cè)的情況下，在安裝角度0 =8 40° (對(duì)于以特定的成膜條件、特定的使用環(huán)境為對(duì)象的光學(xué)薄膜是6 70° )的范圍內(nèi)， 光學(xué)特性不會(huì)因?yàn)榇髿庵械乃侄兓?，能夠獲得膜質(zhì)量良好的薄膜。因此，在把離子源38 與基板14的距離設(shè)為與平均自由行程I相同或在其之下，并使離子束以預(yù)定的角度入射到 基板14上的結(jié)構(gòu)中，能夠獲得具有良好的膜質(zhì)量的薄膜，而且與離子源38和基板14的距 罔無(wú)關(guān)。另外，此時(shí)確認(rèn)到伴隨安裝角度e的增大，離子輔助的效果緩慢提高的效果。即， 確認(rèn)到伴隨安裝角度e的增大，最佳的離子加速電壓和離子電流緩慢下降的現(xiàn)象，因而通 過(guò)設(shè)定較大的安裝角度9，在改善膜質(zhì)量的基礎(chǔ)上，還能夠?qū)崿F(xiàn)功耗的降低并延長(zhǎng)離子源38的壽命。
權(quán)利要求
一種在真空容器內(nèi)向基體沉積沉積物質(zhì)的光學(xué)薄膜沉積裝置，其特征在于，所述光學(xué)薄膜沉積裝置具有圓頂形的基體保持單元，其設(shè)置在所述真空容器內(nèi)，用于保持所述基體；旋轉(zhuǎn)單元，其使該基體保持單元旋轉(zhuǎn)；沉積單元，其與所述基體相對(duì)設(shè)置；離子源，其向所述基體照射離子；以及中和器，其向所述基體照射電子，所述離子源被設(shè)置在下述位置的下述范圍內(nèi)，即，上述位置是使從所述離子源照射離子的軸線、與相對(duì)于保持在所述基體保持單元上的所述基體表面的垂線之間的最大角度為8°以上40°以下的位置，上述范圍是使所述基體保持單元與旋轉(zhuǎn)軸中心的交點(diǎn)和所述離子源的中心之間的垂直方向的距離、與所述基體保持單元的直徑之比為0.5以上1.2以下的范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)薄膜沉積裝置，其特征在于，所述離子源被設(shè)置在所述 真空容器的側(cè)面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)薄膜沉積裝置，其特征在于，將所述光學(xué)薄膜沉積裝置 設(shè)置成為，使所述離子源與所述基體之間的距離為從所述離子源照射的所述離子的平均自 由行程以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)薄膜沉積裝置，其特征在于， 所述離子源具有離子源主體，其照射所述離子； 連接部，其將該離子源主體和所述真空容器連接；以及 真空導(dǎo)入部，其向所述真空容器內(nèi)至少提供所述離子的原料氣體， 通過(guò)變更所述連接部，能夠調(diào)整相對(duì)于下述垂線照射所述離子的角度，所述垂線是相 對(duì)于所述基體表面的垂線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)薄膜沉積裝置，其特征在于， 所述連接部具有托架，其固定在所述真空容器側(cè)；以及制動(dòng)部件，其以預(yù)定角度固定所述離子源主體的傾斜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)薄膜沉積裝置，其特征在于，所述中和器被設(shè)置在與所 述離子源隔開(kāi)預(yù)定距離的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)薄膜沉積裝置，其特征在于，所述離子源沿著所述基體 保持單元的旋轉(zhuǎn)方向設(shè)有多個(gè)。
8.一種使用了權(quán)利要求1 7中的任意一項(xiàng)所述的光學(xué)薄膜沉積裝置的光學(xué)薄膜的制 造方法。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠制造具有良好的光學(xué)特性的光學(xué)薄膜的光學(xué)薄膜沉積裝置，以及制造成本低廉而且具有良好的光學(xué)特性的光學(xué)薄膜的制造方法。在真空容器(10)內(nèi)向基體(14)沉積沉積物質(zhì)的光學(xué)薄膜沉積裝置具有圓頂形的基體保持單元(12)，其設(shè)置在真空容器(10)內(nèi)，用于保持基體(14)；旋轉(zhuǎn)單元，其使基體保持單元(12)旋轉(zhuǎn)；沉積單元(34)，其與基體(14)相對(duì)設(shè)置；離子源(38)，其向基體(14)照射離子；以及中和器(40)，其向基體(14)照射電子。離子源(38)被設(shè)置在下述位置，即，所述位置是使從離子源(38)照射離子的軸線、與相對(duì)于基體(14)的表面的垂線之間的角度為8°以上40°以下，并使基體保持單元的旋轉(zhuǎn)軸中心和離子源(38)的中心之間的垂直方向的距離、與基體保持單元(12)的直徑之比為0.5以上1.2以下的范圍。
文檔編號(hào)C23C14/22GK101861408SQ20098010099
公開(kāi)日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2009年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月15日
發(fā)明者古川誠(chéng), 塩野一郎, 姜友松, 村田尊則, 林達(dá)也, 清水匡之, 長(zhǎng)江亦周 申請(qǐng)人:株式會(huì)社新柯隆