(57)【要約】【課題】  成膜物質を放出する成膜源と被成膜物の成膜目的位置との位置関係に起因する、成膜物質が成膜目的位置に到達できない現象（ケラレ）の発生を判定して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】  成膜物質を放出する成膜源（Ａ）と被成膜物（３１）の成膜目的位置（Ｂ）との位置関係に起因する、上記成膜物質が成膜目的位置（Ｂ）に到達できない現象（ケラレ）を例えば成膜源（Ａ）と成膜目的位置（Ｂ）とを結ぶ直線（ＡＢ）が被成膜物（３１）内を通る場合に発生すると判定し、その判定結果に基づき薄膜（３１ａ）の膜厚を予測するようにしてある。【選択図】      図３Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜源から成膜物質を放出させること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、
前記成膜源と前記被成膜物の成膜目的位置との位置関係に起因する、前記成膜物質が前記成膜目的位置に到達できない現象を判定し、その判定結果に基づき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】
前記成膜源と前記成膜目的位置とを結ぶ直線が前記被成膜物内を通る場合に前記現象が発生すると判定す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】
前記被成膜物が凸曲面上にあり、前記成膜源と前記成膜目的位置とを結ぶ直線、前記成膜目的位置と該成膜目的位置の曲率中心点とを結ぶ直線のなす角度が約９０度未満又は２７０度を超える場合に前記現象が発生すると判定す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４】
前記角度をθとしてｃｏｓθ＞０のとき、前記現象が発生すると判定することを特徴とする請求項３記載の膜厚予測方法。
【請求項５】
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４のいずれか１項記載の膜厚予測方法。
【請求項６】
真空蒸着法により前記薄膜を成膜する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７】
成膜源から成膜物質を放出させること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、
前記成膜源と前記被成膜物の成膜目的位置との位置関係に起因する、前記成膜物質が前記成膜目的位置に到達できない現象を判定し、その判定結果に基づき前記薄膜を成膜することを特徴とする成膜方法。
【請求項８】
前記成膜源と前記成膜目的位置とを結ぶ直線が前記被成膜物内を通る場合に前記現象が発生すると判定することを特徴とする請求項７記載の成膜方法。
【請求項９】
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７又は請求項８記載の成膜方法。
【請求項１０】
真空蒸着法により前記薄膜を成膜することを特徴とする請求項７から請求項９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、光学素子等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】
上記のような手法で光学素子等の被成膜物に薄膜を成膜する際に、成膜物質を放出する成膜源と被成膜物の成膜目的位置との位置関係により成膜物質が成膜目的位置に到達できない現象（以下、ケラレという）が発生する。このケラレは、被成膜物の曲率が大きい場合や凹凸のある場合等に発生する。
【０００４】
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】
【０００５】
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ってはいるものの、ケラレを考慮していないため、ケラレが多く発生する場合には精度良く膜厚を予測することができないという問題があった。
【０００６】
また、ケラレを正確に判定していなかったために、ケラレを発生させない条件で成膜するという対策もたてておらず、例えば被成膜物が曲率の大きい曲面を有する場合では、曲面の中心部のみ膜厚が大きくなるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、成膜物質を放出する成膜源と被成膜物の成膜目的位置との位置関係に起因する、成膜物質が成膜目的位置に到達できない現象（ケラレ）の発生を判定して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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の膜厚予測方法は、成膜源から成膜物質を放出させること（例えば、真空蒸着法）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、上記成膜源と上記被成膜物の成膜目的位置との位置関係に起因する、上記成膜物質が上記成膜目的位置に到達できない現象を判定し、その判定結果に基づき上記膜厚を予測するようにしてある。
【０００９】
好ましくは、上記成膜源と上記成膜目的位置とを結ぶ直線が上記被成膜物内を通る場合に上記現象が発生すると判定するようにする。
また、上記被成膜物が凸曲面上にあり、上記成膜源と上記成膜目的位置とを結ぶ直線、上記成膜目的位置と上記成膜目的位置の曲率中心点とを結ぶ直線のなす角度が９０度未満又は２７０度を超える場合に上記現象が発生すると判定するようにし、また、上記角度をθとして、ｃｏｓθ＞０のとき、上記現象が発生すると判定するようにする。
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の成膜方法は、成膜源から成膜物質を放出させること（例えば、真空蒸着法）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、上記成膜源と上記被成膜物の成膜目的位置との位置関係に起因する、上記成膜物質が上記成膜目的位置に到達できない現象を判定し、その判定結果に基づき上記薄膜を成膜するようにする。
【００１１】
好ましくは、上記成膜源と上記成膜目的位置とを結ぶ直線が上記被成膜物内を通る場合に上記現象が発生すると判定するようにする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の膜厚予測方法及び成膜方法によれば、成膜物質を放出する成膜源と被成膜物の成膜目的位置との位置関係に起因する、上記成膜物質が上記成膜目的位置に到達できない現象（ケラレ）を例えば上記成膜源と上記成膜目的位置とを結ぶ直線が上記被成膜物内を通る場合に発生すると判定し、その判定結果に基づき膜厚を予測するため、例えば被成膜物の曲率が大きい場合にケラレが多く発生しても、上記膜厚を精度良く求めることができる。
【００１３】
また、ケラレを発生させない条件を特定することができるため、その条件下で成膜することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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の回転中心となる遊星ドーム回転軸１７に対して偏心した位置で遊星ドーム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、不図示の駆動源で公転軸１８を回転中心として回転する公転ガイド１６により、凸型光学素子１１は公転軸１８を中心にしても回転している。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。なお、遊星ドーム１２及び公転ガイド１６は、円形ドーム状あるいは円形板状に限らず、長い板形状や棒形状からなる支持部材としてもよい。
【００１５】
図２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。同図に示す蒸着装置１０は、遊星ドーム１２に固定されているのが凸型光学素子１１ではなく、凹型光学素子２１であるという点のみ図１に示す蒸着装置１０と異なる。
【００１６】
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３Ａ乃至図６を参照しつつ説明する。
図３Ａは、本発明の実施形態に係る光学素子と蒸着源との位置関係を示す断面図（その１）である。図３Ｂは、上記位置関係で成膜された場合の光学素子を示す断面図（その１）である。図３Ａにおいて、蒸着源Ａと凸型光学素子３１の成膜目的位置Ｂとを結ぶ直線ＡＢは、凸型光学素子３１内を通っている（すなわち、凸型光学素子３１内を横切っている。）。この場合、成膜目的位置Ｂでは、ケラレにより蒸着源Ａから蒸発される蒸着物質が届かない。このため、図３Ｂに示すように、凸型光学素子３１の曲面上に成膜される薄膜３１ａは成膜目的位置Ｂではケラレにより成膜されない。なお、図３Ｂは、ケラレによる影響を理解しやすくするために、便宜上、凸型光学素子３１を固定するドームを静止した状態で成膜を行った場合を示している。
【００１７】
図４Ａは、本発明の実施形態に係る光学素子と蒸着源との位置関係を示す断面図（その２）である。図４Ｂは、上記位置関係で成膜された場合の光学素子を示す断面図（その２）である。図４Ａにおいて、成膜目的位置Ｂは、蒸着源Ａと凹型光学素子４１の端縁（凹面の縁）４１ｂとを通る直線が凹面（曲面）と交差する位置にある。蒸着源Ａと凹型光学素子４１の成膜目的位置Ｂとを結ぶ直線ＡＢは、凹型光学素子４１の端縁４１ｂを通っているため、成膜目的位置Ｂの位置が一方にずれる（同図では右方向）と、すなわち直線ＡＢが凹型光学素子４１内を通らないと、ケラレない。また、成膜目的位置Ｂの位置がもう一方にずれる（同図では左方向）と、すなわち直線ＡＢが凹型光学素子４１内を横切っていると、ケラレる。
【００１８】
このため、図４Ｂに示すように、成膜目的位置Ｂを境にして、薄膜４１ａが形成される側と形成されない側とに分かれる。なお、図４Ｂは、ケラレによる影響を理解しやすくするために、便宜上、凹型光学素子４１を固定するドームを静止した状態で成膜を行った場合を示している。
【００１９】
図５Ａは、本発明の実施形態に係る光学素子と蒸着源との位置関係を示す断面図（その３）である。図５Ｂは、上記位置関係で成膜された場合の光学素子を示す断面図（その３）である。図５Ａにおいて、成膜目的位置Ｂは、蒸着源Ａを通る直線が凸型光学素子５１の凸面（曲面）に接している状態でのその接点上にある。また、蒸着源Ａと凸型光学素子５１の成膜目的位置Ｂとを結ぶ直線ＡＢ、成膜目的位置Ｂと該成膜目的位置Ｂの曲率中心点Ｃとを結ぶ直線ＢＣのなす角度θが９０度となっている。この場合、成膜目的位置Ｂの位置が一方にずれる（同図では右方向）と、すなわちこの角度θが９０度未満になると、ケラレる。また、成膜目的位置Ｂの位置がもう一方にずれる（同図では左方向）と、すなわちこの角度が９０度を超えるようになると、ケラレない。
【００２０】
そのため、図５Ｂに示すように、成膜目的位置Ｂを境にして、薄膜５１ａが形成される側と形成されない側とに分かれる。このように、蒸着源Ａと凸型光学素子５１の成膜目的位置Ｂとを結ぶ直線ＡＢ、成膜目的位置Ｂと該成膜目的位置Ｂの曲率中心点Ｃとを結ぶ直線ＢＣのなす角度が９０度未満又は該９０度未満に対し反対向きで測定して２７０度を超える場合に前記現象が発生すると判定することができる。このことは、上記角度をθとしたときにｃｏｓθ＞０の場合にケラレていると判定すると容易に判定しやすくなる。また、直線ＡＢ，ＢＣをそれぞれベクトルとして捉え、ベクトルＡＢとベクトルＢＣとの内積として判定することもできる。なお、図５Ｂは、ケラレによる影響を理解しやすくするために、便宜上、凸型光学素子５１を固定するドームを静止した状態で成膜を行った場合を示している。
【００２１】
以上のようなケラレの判定を、例えば図１に示す蒸着装置１０の凸型光学素子１１について行う際には、時間ごとの凸型光学素子１１の位置や傾き等を考慮する必要がある。この場合、公転軸１８回りの凸型光学素子１１の１回転を例えば１００分割すると、５回転の場合は５００分割してケラレを判定する。また、膜厚を膜厚分布として予測する際には、凸型光学素子１１上の複数箇所でケラレを判定する必要があり、例えば凸型光学素子１１上の９箇所でケラレを判定する際には４５００通りの計算を行い、通常の膜厚予測の計算結果より、各箇所でのケラレ相当の膜厚を差し引いて求める。
【００２２】
図６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６０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ＣＰＵ６１と、ＲＯＭやＲＡＭ及び磁気記憶装置などからなり、ＣＰＵ６１に各構成要素を制御させる制御プログラムの記憶やＣＰＵ６１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６２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６３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６４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６５とを備えている。
【００２３】
このようなごく標準的な構成を有するコンピュータ６０に本実施形態に係るケラレの判定及び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、ケラレの判定及び膜厚予測の式、及び成膜条件を記憶する記憶手段（記憶部６２）と、上記ケラレの判定及び膜厚予測の式を計算する計算手段（ＣＰＵ６１）とを備えることである。もちろん、上記膜厚予測式や成膜条件を入力する入力手段（入力部６３）、ケラレの判定結果や膜厚予測結果を出力する出力手段（出力部６４）、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６５）を備えることが好ましい。
【００２４】
上記膜厚予測装置で膜厚予測を行う際の流れは、光学素子の形状、蒸着源Ａと光学素子との位置関係等の成膜条件のデータを入力しておき、それに対し光学素子の曲面上において成膜目的位置Ｂを順次変更しながら、例えばその時々の角度θを求め、この角度θが所定の条件（ｃｏｓθ＞０）を満たしていれば、その時の成膜目的位置Ｂがケラレの領域内であるというように判定していき、最終的に、各成膜目的位置Ｂがケラレの領域内にあるのかどうかという点に着目しながら通常の膜厚予測の計算を行い、ケラレ相当の膜厚を差し引いて膜厚分布を予測する。
【００２５】
また、膜厚予測装置を用いてケラレの判定及び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。
【００２６】
また、上記ケラレの判定及び膜厚予測に基づき、成膜装置の成膜条件を変更することも考えられる。すなわち、上記ケラレの判定により、ケラレが多く発生すると確認した場合には、図１に示す蒸着源１４の位置を変更する、公転ガイド１６の大きさを調整するといった対処が可能となる。
【００２７】
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、蒸着物質１９（成膜物質）を放出する蒸着源１４，Ａ（成膜源）と光学素子３１（被成膜物）の成膜目的位置Ｂとの位置関係に起因する、蒸着物質１９（成膜物質）が成膜目的位置Ｂに到達できない現象（ケラレ）を例えば蒸着源１４，Ａ（成膜源）と成膜目的位置Ｂとを結ぶ直線ＡＢが光学素子３１（被成膜物）内を通る場合に発生すると判定し、その判定結果に基づき膜厚を予測するため、例えば光学素子３１（被成膜物）の曲率が大きい場合にケラレが多く発生しても、膜厚を精度良く予測することができる。
【００２８】
また、ケラレを発生させない条件を特定することができるため、その条件下で成膜することも可能である。
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、本発明はケラレの判定に特徴があるため、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。
【００２９】
また、本実施形態では、図１及び図２において、公転ガイド１６を不図示の駆動源で公転軸１８を中心として回転する構成としたが、これに限らず、被成膜物が蒸着源１４に対して自転かつ公転する蒸着装置であればよい。
【００３０】
例えば、公転ガイド１６として、外周面又は内周面に歯車の歯を形成した円盤板状やリング形状のガイドを用い、該ガイドを固定した構成とする。そして、遊星ドーム１２のアーム１３外周面に形成した歯車（遊星歯車）の歯を上記固定したガイドの歯と係合させると共に、不図示の駆動源でアーム１３を介して遊星ドーム１２を回転させると、アーム１３に形成した歯が上記ガイドの周面の歯に係合しつつ移動する。このような構成によっても、被成膜物を蒸着源１４に対して自転しつつ公転する構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【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蒸着装置を示す概略図（その２）である。
【図３Ａ】本発明の実施形態に係る光学素子と蒸着源との位置関係を示す断面図（その１）である。
【図３Ｂ】上記位置関係で成膜された場合の光学素子を示す断面図（その１）である。
【図４Ａ】本発明の実施形態に係る光学素子と蒸着源との位置関係を示す断面図（その２）である。
【図４Ｂ】上記位置関係で成膜された場合の光学素子を示す断面図（その２）である。
【図５Ａ】本発明の実施形態に係る光学素子と蒸着源との位置関係を示す断面図（その３）である。
【図５Ｂ】上記位置関係で成膜された場合の光学素子を示す断面図（その３）である。
【図６】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】
【００３２】
１０      蒸着装置（成膜装置）
１１      凸型光学素子（被成膜物）
１２      遊星ドーム
１３      アーム
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）
２１      凹型光学素子（被成膜物）
３１      凸型光学素子（被成膜物）
３１ａ      薄膜
４１      凹型光学素子（被成膜物）
４１ａ      薄膜
４１ｂ    端縁
５１      凸型光学素子
５１ａ      薄膜
６０      コンピュータ
６１      ＣＰＵ
６２      記憶部
６３      入力部
６４      出力部
６５      Ｉ／Ｆ部
Ａ        蒸着源
Ｂ        成膜目的位置
Ｃ        曲率中心点
【図１】
2006328485.tif 000003
【図２】
2006328485.tif 000004
【図３Ａ】
2006328485.tif 000005
【図３Ｂ】
2006328485.tif 000006
【図４Ａ】
2006328485.tif 000007
【図４Ｂ】
2006328485.tif 000008
【図５Ａ】
2006328485.tif 000009
【図５Ｂ】
2006328485.tif 000010
【図６】
2006328485.tif 000011