(57)【要約】【課題】  複雑な計算をすることなく容易に被成膜物に成膜する薄膜の膜厚を予測する膜厚予測方法及び成膜方法の提供を課題とする。【解決手段】  成膜装置により被成膜物（１１）に成膜する薄膜（１１ａ）の膜厚（Ｙ）を予測する膜厚予測方法において、上記成膜装置及び被成膜物（１１）の構成に関するパラメータを用いた、膜厚（Ｙ）の予測式を求め、上記予測式に各パラメータの値を与えることで上記膜厚を予測するようにしてある。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜装置により被成膜物に成膜する薄膜の膜厚を予測する膜厚予測方法において、
前記成膜装置及び前記被成膜物の構成に関するパラメータを用いた、前記膜厚の予測式を求め、該予測式に各パラメータの値を与えることで前記膜厚を予測することを特徴とする膜厚予測方法。
【請求項２】
前記各パラメータの複数の水準から実験計画法により前記水準の組み合わせを選定し、該選定する水準の組み合わせから前記予測式を求めることを特徴とする請求項１記載の膜厚予測方法。
【請求項３】
前記各パラメータの複数の水準の組み合わせを基に応答曲面法により前記予測式を求めることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の膜厚予測方法。
【請求項４】
前記パラメータは、前記被成膜物の直径、曲率又は曲率半径のいずれかを含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項記載の膜厚予測方法。
【請求項５】
前記パラメータは、前記被成膜物の直径をＤ、曲率半径をＲとしてＤ／Ｒを含むことを特徴とする請求項４記載の膜厚予測方法。
【請求項６】
前記成膜装置は、成膜物質を放出する成膜源、前記被成膜物を固定して自転軸を中心に回転する遊星ドーム、前記遊星ドームと連結し該遊星ドームを、公転軸を中心に公転させる公転ガイドを備え、
前記パラメータは、前記遊星ドームの自転軸と前記公転軸との傾き、前記公転軸から成膜物質を放出する成膜源までの距離、前記公転ガイドから前記成膜源までの距離、前記公転ガイドの直径、前記被成膜物の前記遊星ドームの回転に伴う回転軌道の直径、前記遊星ドームの自転と公転との回転比、前記遊星ドームと前記公転ガイドとを連結する連結部の長さのいずれかを含むことを特徴とする請求項１から請求項５記載の膜厚予測方法。
【請求項７】
前記成膜装置は、成膜物質を放出する成膜源、該成膜源と相対回転し前記被成膜物を固定する公転ドームを備え、
前記パラメータは、前記成膜源と前記公転ドームとの相対回転の回転軸から前記成膜源までの距離、前記相対回転する被成膜物又は成膜源の回転軌道の直径、前記相対回転の回転軸に対する前記公転ドームの前記被成膜物が固定されている面の傾きを含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項記載の膜厚予測方法。
【請求項８】
前記被成膜物が光学素子であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項記載の膜厚予測方法。
【請求項９】
前記成膜装置が蒸着装置であり、真空蒸着法により成膜することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項記載の膜厚予測方法。
【請求項１０】
成膜装置により被成膜物の表面に薄膜を形成する成膜方法において、
前記成膜装置及び前記被成膜物の構成に関するパラメータを用いた、前記薄膜の膜厚の予測式を求め、該予測式に各パラメータの値を与えることで前記膜厚を予測し、その予測結果に基づき前記成膜装置により成膜することを特徴とする成膜方法。
【請求項１１】
前記各パラメータの複数の水準から実験計画法により前記水準の組み合わせを選定し、該選定した水準の組み合わせから前記予測式を求めることを特徴とする請求項１０記載の成膜方法。
【請求項１２】
前記各パラメータの複数の水準の組み合わせを基に応答曲面法により前記予測式を求めることを特徴とする請求項１０又は請求項１１記載の成膜方法。
【請求項１３】
前記被成膜物が光学素子であることを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれか１項記載の成膜方法。
【請求項１４】
前記成膜装置が蒸着装置であり、真空蒸着法により成膜することを特徴とする請求項１０から請求項１３のいずれか１項記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被成膜物に成膜する薄膜の膜厚を予測する膜厚予測方法及び成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レンズ、プリズム等の光学素子や基板に反射防止膜、ビームスプリッター、バンドパスフィルター（帯域フィルター）として薄膜を成膜している。成膜の手法としては、真空中で金属や化合物の成膜物質を蒸発させて被成膜物に薄膜を成膜する真空蒸着法、同様に真空中で成膜物質をイオンの衝撃により被成膜物に成膜するスパッタリング等がある。
【０００３】
膜厚の予測方法の例として、特許文献１では、次のような薄膜分布予測方法が提案されている。
この膜厚分布予測方法は、蒸発源を複数の微小平面蒸発源によりモデル化する段階を備え、さらに上記各微小平面蒸発源により基板上に形成される薄膜の膜厚（ｄ）の分布を、
ｄ∝Ｗｃｏｓθｃｏｓφ／ｒ2
Ｗ：各微小平面蒸発源の重み
θ：基板に対する蒸気の入射角度
φ：蒸気の放射角度
ｒ：蒸発源と基板面との距離
なる式で算出する段階を備えるようにしてある。
【特許文献１】特開２００１−１４００５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の膜厚分布予測方法では、被成膜物と成膜源との時間ごとの距離の変化や被成膜物の傾きの変化などを細かに追跡し、それらを基に複雑な計算を行う必要があり、計算に多くの時間がかかっていた。
【０００５】
また、被成膜物の形状が変わると、成膜源と被成膜物との角度等の条件も変わるために、同じ成膜装置で成膜する場合にも被成膜物に合わせた複雑な計算を行わなければならなかった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、複雑な計算をすることなく容易に被成膜物に成膜する薄膜の膜厚を予測する膜厚予測方法及び成膜方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の膜厚予測方法は、成膜装置（例えば、蒸着装置）により被成膜物（例えば、光学素子）に成膜する薄膜の膜厚を予測する膜厚予測方法において、上記成膜装置及び上記被成膜物の構成に関するパラメータを用いた、上記膜厚の予測式を求め、上記予測式に各パラメータの値を与えることで上記膜厚を予測するようにしてある。
【０００８】
好ましくは、上記各パラメータの複数の水準から実験計画法により上記水準の組み合わせを選定し、上記選定する水準の組み合わせから上記予測式を求めるようにし、また、上記各パラメータの複数の水準の組み合わせを基に応答曲面法により上記予測式を求めるようにする。
【０００９】
より好ましくは、上記パラメータは、上記被成膜物の直径、曲率又は曲率半径のいずれかを含むようにし、また、上記パラメータは、上記被成膜物の直径をＤ、曲率半径をＲとしてＤ／Ｒを含むようにするとよい。
【００１０】
さらに好ましくは、上記成膜装置は、成膜物質を放出する成膜源、上記被成膜物を固定して自転軸を中心に回転する遊星ドーム、上記遊星ドームと連結し上記遊星ドームを、公転軸を中心に公転させる公転ガイドを備え、上記パラメータは、上記遊星ドームの自転軸と上記公転軸との傾き、上記公転軸から成膜物質を放出する成膜源までの距離、上記公転ガイドから上記成膜源までの距離、上記公転ガイドの直径、上記被成膜物の上記遊星ドームの回転に伴う回転軌道の直径、上記遊星ドームの自転と公転との回転比、上記遊星ドームと上記公転ガイドとを連結する連結部の長さのいずれかを含むようにし、又は、上記成膜装置は、成膜物質を放出する成膜源、上記成膜源と相対回転し上記被成膜物を固定する公転ドームを備え、上記パラメータは、上記成膜源と上記公転ドームとの相対回転の回転軸から上記成膜源までの距離、上記相対回転する被成膜物又は成膜源の回転軌道の直径、上記相対回転の回転軸に対する上記公転ドームの上記被成膜物が固定されている面の傾きを含むようにする。
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の成膜方法は、成膜装置（例えば、蒸着装置）により被成膜物（例えば、光学素子）の表面に薄膜を形成する成膜方法において、上記成膜装置及び上記被成膜物の構成に関するパラメータを用いた、上記薄膜の膜厚の予測式を求め、上記予測式に各パラメータの値を与えることで上記膜厚を予測し、その予測結果に基づき上記成膜装置により成膜するようにしてある。
【００１２】
好ましくは、上記各パラメータの複数の水準から実験計画法により上記水準の組み合わせを選定し、上記選定した水準の組み合わせから上記予測式を求めるようにし、また、上記各パラメータの複数の水準の組み合わせを基に応答曲面法により上記予測式を求めるようにする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の膜厚予測方法及び成膜方法によれば、成膜装置（例えば、蒸着装置）及び被成膜物（例えば、光学素子）の構成に関するパラメータを用いた、膜厚の予測式を求め、この予測式に各パラメータの値を与えることで上記膜厚を予測するようにしてあることで、成膜時の被成膜物の位置変化等を考慮する必要がなく、複雑な計算を省くことができる。また、被成膜物の形状等の条件が変わっても、各パラメータの値を変更すればよいため、非常に効率良く薄膜の膜厚を予測することができる。
【００１４】
また、上記各パラメータの複数の水準から実験計画法により上記水準の組み合わせを選定し、上記選定する水準の組み合わせを基に応答曲面法により上記予測式を求めるようにすることで、薄膜の膜厚予測がさらに容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施形態に係る膜厚予測方法及び成膜方法について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る蒸着装置を示す概略図（その１）である。同図において、成膜装置としての蒸着装置１０は、被成膜物としての凸型光学素子１１を固定する遊星ドーム１２、アーム１３、成膜源としての蒸着源１４、真空槽１５、公転ガイド１６等から構成される。凸型光学素子１１は、遊星ドーム１２に固定されており、遊星ドーム回転軸１７を中心に回転する構成になっている。また、遊星ドーム１２は連結部としてのアーム１３を介して公転ガイド１６に連結しており、凸型光学素子１１は公転軸１８を中心にも回転している。この公転ガイド１６は、ドーム状に限らず、円盤状あるいは細長い板状や棒状の支持部材であってもよい。
【００１６】
ここで、公転軸１８に対する遊星ドーム回転軸１７の傾きは角度θになっており、この傾き角度θは蒸着に適した角度に調整可能となっている。また、蒸着源１４からはフッ化マグネシウム（MｇＦ2）等の成膜物質としての蒸着物質１９が真空槽１５内で蒸発可能となっている。
【００１７】
図２は、本発明の実施形態に係る光学素子を示す断面図（その１）である。同図において、凸型光学素子１１は、曲率半径Ｒ，直径Ｄであり、膜厚Ｙの薄膜１１ａが施されている。この薄膜１１ａは、凸型光学素子１１が例えば図１に示す蒸着装置１０により遊星ドーム回転軸１７及び公転軸１８を中心に回転しつつ蒸着源１４から蒸着されることにより形成される。
【００１８】
図３は、本発明の実施形態に係る蒸着装置を示す概略図（その２）である。同図において、蒸着装置２０は図１に示す蒸着装置１０と異なり、凸型光学素子２１は遊星ドームではなく公転ドーム２６に固定されている。そして、凸型光学素子２１は公転ドーム回転軸２８のみを中心に回転している。公転ドーム２６は、公転ドーム回転軸２８付近では水平な平面であるが、外周部にかけて蒸着源２４に近づく傾斜面２６ａを有している。このため、凸型光学素子２１が固定される傾斜面２６ａは、公転ドーム回転軸２８と垂直ではなく、蒸着が行いやすい角度φになっている。なお、この蒸着装置２０では、公転ドーム２６が回転する構成となっているが、蒸着源２４が回転する構成も考えられる。
【００１９】
図４は、本発明の実施形態に係る光学素子を示す断面図（その２）である。同図において、凹型光学素子３１は、凹部の直径がＤ、曲率半径がＲであり、膜厚Ｙの薄膜３１ａが施されている。薄膜３１ａは、図２に示す薄膜１１ａと同様に、凹型光学素子２１が例えば蒸着により成膜されることで形成される。
【００２０】
次に、本実施形態に係る膜厚予測方法及び成膜方法について、図５乃至図８を参照しつつ説明する。膜厚の予測は、成膜装置及び被成膜物の構成に関するパラメータを用いた、膜厚の予測式により予測する。予測式には、パラメータとして例えば被成膜物の直径Ｄ、曲率半径Ｒ、図１に示す蒸着装置１０の公転軸１８に対する遊星ドーム回転軸１７の傾き角度θの３つを選定する。なお、曲率半径Ｒに代えて曲率１／Ｒを用いてもよい。
【００２１】
図５は、本発明の実施形態に係る膜厚予測式のパラメータの水準を示す図表である。同図に示すように、被成膜物の直径Ｄ，曲率半径Ｒ，傾き角度θにそれぞれ大，中，小の３水準の振幅を与える。
【００２２】
図６は、上記パラメータの水準の組み合わせを示す直交表である。通常３つのパラメータにそれぞれ３つの水準を与えると２７通りの組み合わせになるが、同図において、例えば実験計画法に基づく実験番号１乃至９の９通りの組み合わせを示す。この９通りの組み合わせからそれぞれ応答曲面法等により、膜厚をＹとして、以下のような膜厚の予測式を求める。
【００２３】
Ｙ＝ｂ0＋ａ11Ｄ＋ａ12Ｄ2＋ａ21Ｒ＋ａ22Ｒ2＋ａ31θ＋ａ32θ2
ここで、ｂ0，ａ11，ａ12，ａ21，ａ22，ａ31，ａ32は応答曲面法により求まる定数である。この式は、３つのパラメータで設定した振幅の全域で成立するものである。
【００２４】
なお、パラメータの数は要求する精度を考慮しながら、３つより少なくすることも多くすることも可能である。また、上記パラメータは、直径Ｄと曲率半径Ｒをそれぞれ１つのパラメータとしているが、Ｄ／Ｒのように複数の条件を１つのパラメータに組み込むことも考えられる。
【００２５】
パラメータの例としては、図１に示す蒸着装置１０では、公転軸１８から蒸着源１４までの距離Ｅ、公転ガイド１６から蒸着源１４までの距離Ｆ、遊星ドーム回転軸１７と交差する位置における回転軌道の公転ガイド１６の直径Ｇ、凸型光学素子１１の遊星ドーム１２の回転に伴う回転軌道の直径Ｈ、遊星ドーム１２の自転と公転との回転比、遊星ドーム１２と公転ガイド１６とを連結する連結部（アーム１３）の長さＪ等が考えられる。
【００２６】
また、図３に示す蒸着装置２０では、パラメータとして、公転軸２８から蒸着源２４までの距離Ｋ、光学素子２１（成膜源２４）の回転軌道の直径Ｌ、公転ドーム回転軸２８に対する傾斜面２６ａの傾き（傾き角度ともいう）φ等が考えられる。
【００２７】
図７は、上記膜厚予測式により求まる計算値と実測値との比較を示す特性図である。同図に示すように、凸型光学素子１１上の位置ごとの膜厚を比較したところ実測値と計算値との誤差は約５％という実用に十分な精度を有することがわかる。膜厚の予測精度を高める場合には、パラメータを増やすことで誤差をさらに減らすことが可能である。
【００２８】
以上のような膜厚の予測を膜厚分布として予測する際には、被成膜物上の複数箇所で予測する必要があり、例えば９箇所での膜厚を予測する。
図８は、本発明の実施形態に係る膜厚予測方法を実行可能なコンピュータのハードウェア構成を示す模式図である。同図において、コンピュータ４０は、制御プログラムを実行することで各構成要素を制御するＣＰＵ４１と、ＲＯＭやＲＡＭ及び磁気記憶装置などからなり、ＣＰＵ４１に各構成要素を制御させる制御プログラムの記憶やＣＰＵ４１が制御プログラムを実行する際のワークエリアあるいは各種データの記憶領域として使用される記憶部４２と、ユーザによる操作に対応する各種のデータが取得される入力部４３と、ディスプレイなどに各種のデータを提示してユーザに通知する出力部４４と、他の機器とのデータ授受のためのインタフェース機能を提供するＩ／Ｆ部４５とを備えている。
【００２９】
このような標準的な構成を有するコンピュータ４０に本実施形態に係る膜厚予測を実行させることができる。その場合に膜厚予測装置として最低限必要となるのは、パラメータ（成膜装置及び被成膜物の構成）を用いた膜厚の予測式を記憶する記憶手段（記憶部４２）と、上記膜厚予測式を計算する計算手段（ＣＰＵ４１）とを備えることである。もちろん、上記膜厚予測式やパラメータを入力する入力手段（入力部４３）、膜厚予測結果を出力する出力手段（出力部４４）、他の機器とのデータ授受のためのインタフェース機能を提供する手段（Ｉ／Ｆ部４５）を備えることが好ましい。
【００３０】
また、コンピュータ（膜厚予測装置）を用いて膜厚予測を行う際には、上記記憶手段や計算手段等の機能をコンピュータに実行させる膜厚予測プログラムを作成して、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録させておき、その膜厚予測プログラムを記録媒体からコンピュータに読み出させて実行させればよい。
【００３１】
上述した本実施形態に係る膜厚予測方法及び成膜方法によれば、蒸着装置１０（成膜装置）及び凸型光学素子１１（被成膜物）の構成に関するパラメータを用いた、膜厚の予測式を求め、この予測式に各パラメータの値を与えることで上記膜厚を予測するようにしてあることで、成膜時の凸型光学素子１１（被成膜物）の位置変化等を考慮する必要がなく、複雑な計算を省くことができる。また、凸型光学素子１１（被成膜物）の形状等の条件が変わっても、各パラメータの値を変更すればよいため、非常に効率良く薄膜１１ａの膜厚を予測することができる。
【００３２】
また、上記各パラメータの複数の水準から実験計画法により上記水準の組み合わせを選定し、上記選定する水準の組み合わせを基に応答曲面法により上記予測式を求めるようにすることで、薄膜１１ａの膜厚予測がさらに容易になる。
【００３３】
なお、本実施形態では、被成膜物を光学素子として説明を行っているが、本発明は膜厚の予測式に特徴があるため、被成膜物が光学素子でなくとも何ら問題ない。また、成膜手法は、真空蒸着法に限らず、スパッタリング等の他の手法も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に係る蒸着装置を示す概略図（その１）である。
【図２】本発明の実施形態に係る光学素子を示す断面図（その１）である。
【図３】本発明の実施形態に係る蒸着装置を示す概略図（その２）である。
【図４】本発明の実施形態に係る光学素子を示す断面図（その２）である。
【図５】本発明の実施形態に係る膜厚予測式のパラメータの水準を示す図表である。
【図６】上記パラメータの水準の組み合わせを示す直交表である。
【図７】上記膜厚予測式により求まる計算値と実測値との比較を示す特性図である。
【図８】本発明の実施形態に係る膜厚予測方法を実行可能なコンピュータのハードウェア構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０      蒸着装置（成膜装置）
１１      凸型光学素子（被成膜物）
１１ａ      薄膜
１２      遊星ドーム
１３      アーム（連結部）
１４      蒸着源（成膜源）
１５      真空槽
１６      公転ガイド
１７      遊星ドーム回転軸
１８      公転軸
１９      蒸着物質（成膜物質）
２０      蒸着装置（成膜装置）
２１      凸型光学素子（被成膜物）
２４      蒸着源（成膜源）
２６      公転ドーム
２６ａ      傾斜面
２８      公転ドーム回転軸
３１      凹型光学素子（被成膜物）
３１ａ      薄膜
４０      コンピュータ
４１      ＣＰＵ
４２      記憶部
４３      入力部
４４      出力部
４５      Ｉ／Ｆ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006328488.tif 000008
【図７】
2006328488.tif 000009
【図８】
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