(57)【要約】【課題】  成膜プロセス領域内の局所的な成膜レートの違いにより基板間で生じる膜厚の差を、膜厚分布に関する情報として取得することが可能な薄膜形成装置を提供する。【解決手段】  薄膜形成装置１は、基板Ｓとターゲット２２ａ、２２ｂとの間において、ターゲット面上の異なる複数の位置に対応して配設され、成膜プロセス領域内での発光を夫々受光する複数の光ファイバ３１−１〜３１−５を備えている。光ファイバ３１−１〜３１−５で受光した光から成膜プロセス領域２０から発光する光を夫々受光して、光学測定装置３３で所定の波長における発光強度を測定することにより膜厚分布に関する情報を取得する。更に、取得した膜厚分布に関する情報に基づいて、スパッタガスの流量調整や補正小片を駆動制御することで、成膜レートを局所的に調整して基板間で均一な膜厚となるようにする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、該真空容器の内部に設置され基体を保持する基体保持手段と、前記真空容器の内部に配設されるスパッタ電極と、該スパッタ電極に保持されるターゲットと、該ターゲットにガスを供給するガス供給手段と、を備え、前記ターゲットから前記基体に膜原料物質を供給する薄膜形成装置であって、
該薄膜形成装置は、前記基体へ供給される膜原料物質の供給量を測定する供給量測定手段を備え、
該供給量測定手段は、前記基体と前記ターゲットとの間において、ターゲット面上の異なる複数の位置に対応して配設され、前記基体とターゲットとの間で発光する光を夫々受光する複数の受光部と、
前記複数の受光部で受光した光のうち所定の波長における光の強度を前記基体に供給される膜原料物質の供給量として測定する光学測定部と、を具備することを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
前記所定の波長は、前記ターゲットに供給されるスパッタガス，前記ターゲットを構成する物質，前記ターゲットを構成する物質の反応物のうち少なくとも１つから選択される物質から発光される光の波長であって、前記物質を夫々識別可能な波長であることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
前記薄膜形成装置は、前記光の強度の時間に対する積分値を演算して前記基体へ供給される膜原料物質の供給量の積算値を算出する演算手段を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
前記薄膜形成装置は、前記受光部の前面に移動可能に配置される遮蔽部材と、
前記受光部の前面を遮断する第一の位置と遮蔽しない第二の位置との間で前記遮蔽部材を移動可能な遮蔽部材駆動手段と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
前記ガス供給手段は、ターゲットにガスを供給する供給路と、該供給路を通じてターゲットに供給されるガスの流量を調整する流量調整部を備え、
前記供給路には、前記ターゲットへガスを導入する複数の導入口が形成され、前記複数の導入口は前記複数の受光部に夫々対応する位置に配設され、
前記流量調整部は、前記複数の供給量測定手段で測定された前記供給量に対応して、ターゲットへ導入されるガスの流量を調整することを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
【請求項６】
前記ガスは、スパッタガス及び反応性ガスであり、
前記流量調整部は、前記複数の供給量測定手段で測定された前記供給量に対応して、前記スパッタガスの流量及び前記反応性ガスの流量を夫々調整することを特徴とする請求項５記載の薄膜形成装置。
【請求項７】
前記薄膜形成装置は、前記ターゲットと前記基体との間に配置されると共に、前記複数の受光部に夫々対応する位置に配設された複数の補正小片と、
前記複数の補正小片を前記ターゲットの前面を遮蔽する方向に夫々進退可能に駆動する補正小片駆動手段を備え、
前記補正小片駆動手段は、前記複数の供給量測定手段で測定された前記供給量に対応して，前記補正小片を進退させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄膜形成装置に係り、特に、基板に形成される薄膜の膜厚を所望の膜厚分布とすることが可能な薄膜形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリング等の物理蒸着により、基板表面に光学薄膜を形成させて干渉フィルター、例えば反射防止フィルター、ハーフミラー、各種バンドパスフィルター、ダイクロイックフィルターなどの光学製品を製造したり、各種装飾品の表面に色付けコートを行って特定の光学特性を有する装飾品等を製造したりすることが一般的に行われている。
【０００３】
近年、特に光学製品の高機能化が進み、これに伴い基板等の表面に形成される光学薄膜についても厳密に膜厚が制御されることが要求されている。
一般に、スパッタリングにより基板表面に形成される薄膜の膜厚は、スパッタによる成膜レートと時間との積で決定される。すなわち、基板表面に形成される膜厚は、成膜レートが所定の条件であれば、成膜時間を計測することにより算出される。従って、成膜開始からの時間を測定して、所定の時間になると所望の膜厚になったものと判断して、成膜プロセスを停止する方法が従来から採用されていた。
しかし、ターゲットのエロージョンや、真空装置内の基板ホルダ駆動機構などに膜原料物質が付着して回転速度が変化するなどの要因により、成膜工程の進行に伴って成膜レートが変化することがあった。このため、時間によって成膜工程を停止する方法では，所定の時間で薄膜形成工程を停止したとしても、必ずしも所望の膜厚を有する光学製品が得られるとは限らなかった。
【０００４】
このような不都合を解消するため、スパッタリングにより発生するプラズマ中に含まれる物質の発光強度を測定することにより、基板表面に形成される薄膜の膜厚を間接的に計測する方法が行われていた（例えば、特許文献１）。この方法によれば、スパッタ装置内のプラズマによる発光を分光器で所定の波長に分光し、この波長の光の強度を積分して、一定の値になったところで成膜工程を停止する。
【０００５】
【特許文献１】特開平０３−１５０３５８号公報
【０００６】
上述の従来技術によれば、時間により成膜工程を停止する方法と比較して、膜厚を正確に計測することが可能となる。しかしながら、上述のように、エロージョンによりターゲット表面の場所によって成膜レートに差が生じたり、スパッタ領域に流入する不活性ガスや反応ガスの密度分布に揺らぎが生じたりすることにより、成膜レートに局所的な差が生じることがあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような成膜レートの局所的な差は、基板表面に形成される膜厚の分布に影響する。すなわち、複数の基板を保持する基板ホルダでは、基板間で膜厚に差が生じたり、単一の基板であっても基板表面の位置によって膜厚の厚い領域と薄い領域が生じたりするという不都合があった。このような膜厚分布のばらつきは、製品ロット間での光学特性の違いといった不都合や、単一の製品であっても基板表面の位置によって光学特性が異なるといった不都合があった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、基板間や基板表面の位置による膜厚分布を制御することが可能な薄膜形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、請求項１の薄膜形成装置によれば、真空容器と、該真空容器の内部に設置され基体を保持する基体保持手段と、前記真空容器の内部に配設されるスパッタ電極と、該スパッタ電極に保持されるターゲットと、該ターゲットにガスを供給するガス供給手段と、を備え、前記ターゲットから前記基体に膜原料物質を供給する薄膜形成装置であって、該薄膜形成装置は、前記基体へ供給される膜原料物質の供給量を測定する供給量測定手段を備え、該供給量測定手段は、前記基体と前記ターゲットとの間において、ターゲット面上の異なる複数の位置に対応して配設され、前記基体とターゲットとの間で発光する光を夫々受光する複数の受光部と、前記複数の受光部で受光した光のうち所定の波長における光の強度を前記基体に供給される膜原料物質の供給量として測定する光学測定部と、を具備することにより解決される。
【００１０】
また、上記課題は、請求項２の薄膜形成装置によれば、請求項１の薄膜形成装置であって、前記所定の波長は、前記ターゲットに供給されるスパッタガス，前記ターゲットを構成する物質，前記ターゲットを構成する物質の反応物のうち少なくとも１つから選択される物質から発光される光の波長であって、前記物質を夫々識別可能な波長であることにより解決される。
【００１１】
このように、請求項１又は２の薄膜形成装置によれば、基体へ供給される膜原料物質の供給量を測定する供給量測定手段を備えている。この供給量測定手段は、基体とターゲットとの間に配設された複数の受光部を備え、基体とターゲットとの間で発光する光を夫々受光して、この光のうち所定の波長における発光強度を測定している。ここで、基体とターゲットとの間で発光する光の強度は、基体とターゲットとの間に存在する物質の量に比例しており、基体とターゲットとの間に存在する物質の量と基体に形成される薄膜の膜厚とは所定の相関関係を有している。このため、基体とターゲットとの間に存在する物質に特徴的なピークを表す波長での発光強度を測定することで、基体に付着する膜厚を間接的に算出することが可能となる。
本発明の薄膜形成装置は、基体とターゲットとの間において、ターゲット面上の異なる複数の位置に対応して配設された複数の受光部を備えており、夫々基体とターゲットとの間の異なる領域からの発光する光を受光して、夫々の領域から飛翔する膜原料物質によって基体に供給される膜原料物質の量を間接的に演算しているため、基体に形成される薄膜の膜厚分布を取得することが可能となる。
【００１２】
更にまた、上記課題は、請求項３の膜厚測定装置によれば、請求項１の薄膜形成装置であって、前記光の強度の時間に対する積分値を演算して前記基体へ供給される膜原料物質の供給量の積算値を算出する演算手段を更に備えると好適である。
【００１３】
このように、請求項３の薄膜形成装置によれば、光の強度の時間に対する積分値を演算する演算手段を更に備えている。光の強度は基体に付着する膜形成物質の量と相関関係を有しているため、光の強度の積分値は、基体に形成された膜形成物質の総量、すなわち膜厚を反映している。従って、請求項３の薄膜形成装置によれば、基体に形成される薄膜の膜厚を取得することが可能となる。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、請求項４の薄膜形成装置は、請求項１の薄膜形成装置であって、前記薄膜形成装置は、前記受光部の前面に移動可能に配置される遮蔽部材と、前記受光部の前面を遮断する第一の位置と遮蔽しない第二の位置との間で前記遮蔽部材を移動可能な遮蔽部材駆動手段と、を備えたことにより解決される。
【００１５】
このように、請求項４の薄膜形成装置は、受光部の前面に遮蔽部材が配置されており、この遮蔽部材を駆動して受光部の前面を遮断する位置と遮断しない位置に移動する遮蔽部材駆動手段とを備えている。すなわち、受光部により発光を受光する際には遮蔽部材を移動させて光が受光部に入射するような位置とし、それ以外では遮蔽部材を移動させて受光部にターゲットから飛翔する膜原料物質が付着しないようにすることが可能となる。
膜原料物質が受光部に付着すると受光部に入射する光の強度が変化するため、薄膜形成工程が進行するに伴って発光強度を正確に測定することが困難となるが、請求項４の薄膜形成装置によれば、膜原料物質による汚れが受光部に付着しにくいため、膜原料物質やスパッタガスによる発光に基づいて基体に形成される膜厚を常時正確に演算することが可能となる。
【００１６】
また、上記課題は、請求項５の薄膜形成装置によれば、請求項１の薄膜形成装置であって、前記ガス供給手段は、ターゲットにガスを供給する供給路と、該供給路を通じてターゲットに供給されるガスの流量を調整する流量調整部を備え、前記供給路には、前記ターゲットへガスを導入する複数の導入口が形成され、前記複数の導入口は前記複数の受光部に夫々対応する位置に配設され、前記流量調整部は、前記複数の供給量測定手段で測定された前記供給量に対応して、ターゲットへ導入されるガスの流量を調整することにより解決される。
【００１７】
また、上記課題は、請求項６の薄膜形成装置によれば、請求項５の薄膜形成装置であって、前記ガスは、スパッタガス及び反応性ガスであり、前記流量調整部は、前記複数の供給量測定手段で測定された前記供給量に対応して、前記スパッタガスの流量及び前記反応性ガスの流量を夫々調整すると好適である
【００１８】
このように、請求項５又は６の薄膜形成装置によれば、ターゲットにスパッタガスや反応性ガス等のガスを供給する供給路と、この供給路を通じてターゲットに供給されるガスの流量を調整する流量調整部を備えており、供給路には、ターゲットへガスを導入する複数の導入口が形成され、これら複数の導入口は複数の受光部に夫々対応する位置に配設されている。流量調整部は、複数の供給量測定手段で測定された膜原料物質の供給量に対応して、ターゲットへ導入されるガスの流量を調整する。すなわち、基体に形成される薄膜の膜厚分布に応じてターゲットに供給されるガスの流量を調整し、膜厚分布をフィードバック制御することが可能となる。従って、基体に形成される薄膜の膜厚分布を均一にしたり、所望のばらつきを持たせたりすることが可能となる。
【００１９】
また、上記課題は、請求項７の薄膜形成装置によれば、請求項１乃至６のいずれか１に記載の薄膜形成装置であって、前記薄膜形成装置は、前記ターゲットと前記基体との間に配置されると共に、前記複数の受光部に夫々対応する位置に配設された複数の補正小片と、前記複数の補正小片を前記ターゲットの前面を遮蔽する方向に夫々進退可能に駆動する補正小片駆動手段を備え、前記補正小片駆動手段は、前記複数の供給量測定手段で測定された前記供給量に対応して，前記補正小片を進退させることにより解決される。
【００２０】
このように、請求項７の薄膜形成装置では、複数の補正小片がターゲットと基体との間に設けられ、各補正小片は補正小片駆動手段によって進退可能に構成されていると共に、補正小片駆動手段は膜厚測定装置で測定した膜厚に基づいて補正小片を進退することが可能となっている。すなわち、基体に形成される薄膜の膜厚分布に応じて補正小片の位置を移動させて基体に付着する膜原料物質の量を調整することにより、膜厚分布をフィードバック制御することが可能となる。従って、基体に形成される薄膜の膜厚分布を均一にしたり、所望のばらつきを持たせたりすることが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の薄膜形成装置によれば、基体へ供給される膜原料物質の供給量を測定する供給量測定手段を備えている。この供給量測定手段は、基体とターゲットとの間に複数の受光部を備え、基体とターゲットとの間で発光する光を夫々受光して、この光のうち所定の波長における発光強度を測定している。ここで、基体とターゲットとの間で発光する光の強度は、基体とターゲットとの間に存在する物質の量に比例しており、基体とターゲットとの間に存在する物質の量と基体に形成される薄膜の膜厚とは所定の相関関係を有している。このため、基体とターゲットとの間に存在する物質に特徴的なピークを表す波長での発光強度を測定することで、基体に付着する膜厚を間接的に算出することが可能となる。
本発明の薄膜形成装置は、基体とターゲットとの間において、ターゲット面上の異なる複数の位置に対応して配設された複数の受光部を備えており、夫々基体とターゲットとの間の異なる領域からの発光する光を受光して、夫々の領域から飛翔する膜原料物質によって基体に供給される膜原料物質の量を間接的に演算しているため、基体に形成される薄膜の膜厚分布を取得することが可能となる。
従って、従来のような時間と成膜レートに基づいて成膜プロセスを停止する方法と比較して、基体に形成される薄膜の膜厚をより正確に取得することが可能になると共に、基体の位置に応じた膜厚分布のばらつきに関する情報を取得することができるという従来技術にない効果を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。
【００２３】
図１乃至図６は本発明の第一の実施形態に係る薄膜形成装置を説明した図であり、図１は第一の実施形態に係る薄膜形成装置を上面から見た部分断面図、図２は第一の実施形態に係る薄膜形成装置を側面から見た部分断面図、図３は図１の成膜プロセス領域周辺を拡大して示した説明図、図４は図１の矢視Ａ方向から見たターゲットの正面図、図５は光ファイバの真空容器壁面への取付け状態を説明する斜視図、図６は第一の実施形態における成膜処理工程の流れを示すフローチャートである。
【００２４】
本実施形態では、スパッタの一例であるマグネトロンスパッタを行う薄膜形成装置を用いているが、スパッタの種類としてはこのようなマグネトロンスパッタに限定されるものでなく、マグネトロン放電を用いない２極スパッタ等の公知のスパッタを行う薄膜形成装置を用いることもできる。
【００２５】
本実施形態の薄膜形成装置では、目的の膜厚よりも薄い薄膜をスパッタ処理で作成したのちに、形成された薄膜に対してプラズマ処理を行う工程を繰り返すことで目的の膜厚を有する薄膜を基板上に形成する。本実施形態では、スパッタ処理とプラズマ処理によって平均０．０１〜１.５ｎｍの膜厚の薄膜を基板表面に形成する工程を回転ドラムの回転毎に繰り返すことで、目的とする数ｎｍ〜数百ｎｍ程度の膜厚の薄膜を形成している。
【００２６】
本実施形態の薄膜形成装置１は、図１乃至図４に示すように、真空容器１１と、回転ドラム１３と、モータ１７と、スパッタ手段２０Ａと、プラズマ発生手段６０Ａとを主要な構成要素としている。
【００２７】
真空容器１１は、公知の薄膜形成装置で通常用いられるようなステンレススチール製で、略直方体形状をした中空体である。真空容器１１の内部は、図１に示すように、本発明の開閉扉としての扉１１Ｃによって薄膜形成室１１Ａとロードロック室１１Ｂに分けられる。真空容器１１の上方には扉１１Ｃを収容する扉収納容器（不図示）が接続されており、扉１１Ｃは、真空容器１１の内部と扉収納室の内部との間でスライドすることで開閉する。
【００２８】
真空容器１１には、ロードロック室１１Ｂと真空容器１１の外部とを仕切る扉１１Ｄが設けられている。扉１１Ｄは、スライドまたは回動することで開閉する。真空容器１１の内部の薄膜形成室１１Ａには、排気用の配管１５ａが接続され、この配管には真空容器１１内を排気するための真空ポンプ１５が接続されている。配管１５ａの開口は、真空容器１１内の成膜プロセス領域２０と反応プロセス領域６０との間に位置しており、成膜プロセス領域で飛散した膜原料物質を真空ポンプ１５で吸引することで、成膜プロセス領域２０から飛散した膜原料物質が反応プロセス領域に侵入して基板表面やプラズマ発生手段を汚染することを防止している。
また、真空容器１１の内部のロードロック室１１Ｂには、排気用の配管１５ａ'が接続され、この配管には真空容器１１内を排気するための真空ポンプ１５'が接続されている。
【００２９】
本実施形態の薄膜形成装置は、このようなロードロック室１１Ｂを備えているため、薄膜形成室１１Ａ内の真空状態を保持した状態で基板の搬入出を行うことが可能となる。従って、基板を搬出する毎に真空容器内を脱気して真空状態にする手間を省くことが可能となり、高い作業効率で成膜処理を行うことができる。
なお、本実施形態の真空容器１１は、ロードロック室を備えるロードロック方式を採用しているが、ロードロック室を設けないシングルチャンバ方式を採用することも可能である。また、複数の真空室を備え、それぞれの真空室で独立に薄膜形成を行うことが可能なマルチチャンバ方式を採用することも可能である。
【００３０】
回転ドラム１３は、表面に薄膜を形成させる基板Ｓを真空容器１１内で保持するための部材であり、本発明の基体保持手段に該当する。回転ドラム１３は、複数の基板保持具１３ａ，フレーム１３ｂ，締結具１３ｃを主要な構成要素としている。基板保持具１３ａはステンレススチール製の平板状部材で、基板Ｓを保持するための複数の基板保持孔を板面の長手方向に沿って一列に備えている。基板Ｓは基板保持具１３ａの基板保持孔に収納され、脱落しないようにネジ部材等を用いて基板保持具１３ａに固定されている。また、基板保持具１３ａの長手方向における両端付近の板面にはネジ穴が設けられている。
【００３１】
フレーム１３ｂはステンレススチール製の部材で、上下に配置された２つの環状部材から構成されている。フレーム１３ｂの環状部材には、基板保持具のネジ穴と対向する位置にネジ穴が設けられている。基板保持具１３ａは、ボルトおよびナットからなる締結具１３ｃを用いてフレーム１３ｂに固定される。なお、本実施形態における回転ドラム１３は、平板状の基板保持具１３ａを複数配置しているため、横断面が多角形をした多角柱状をしているが、回転ドラム１３の形状はこのような多角柱状のものに限定されず、中空の円筒状や円錐状のものであってもよい。
【００３２】
基板Ｓは、本発明の基体に該当するものである。本実施形態では、基板Ｓはガラス製の円板状部材で、薄膜形成処理により表面に薄膜が形成される。基体としては本実施形態のような円板状のもの限定されず、レンズ状のものや管状のものなどを用いることもできる。また、基板Ｓの材質も本実施形態のようなガラス製に限定されず、プラスチックや金属等であってもよい。
【００３３】
真空容器１１内部に設置された回転ドラム１３は、薄膜形成室１１Ａとロードロック室１１Ｂの間を移動できるように構成されている。本実施形態では、真空容器１１の底面にレール（不図示）が設置されており、回転ドラム１３はこのレールに沿って移動する。回転ドラム１３は、円筒の筒方向の中心軸線Ｚ（図２参照）が真空容器１１の上下方向になるように真空容器１１内に配設される。基板保持具１３ａをフレーム１３ｂに取り付ける際やフレーム１３ｂから取り外す際には、回転ドラム１３はロードロック室１１Ｂ内で回転可能な状態にロックされている。一方、成膜中にあっては、回転ドラム１３は薄膜形成室１１Ａ内で回転可能な状態にロックされる。
【００３４】
図２に示すように、回転ドラム１３の下面中心部には、回転軸１８ａが回転ドラム１３の中心軸線に沿って設けられている。回転軸１８ａ表面の回転ドラム１３と係合する面は、絶縁部材で構成されている。これにより、基板における異常放電を防止することが可能となる。
回転軸１８ａは真空容器１１の下壁を貫通して真空容器１１の外部へ延出している。回転軸１８ａの一端はモータ１７の回転軸１７ａと係合する構造となっており、真空容器１１の外部に設けられたモータ１７の回転軸と係合している。
回転ドラム１３は、真空容器１１内の真空状態を維持した状態で、真空容器１１の下部に設けられたモータ１７を駆動させることによって中心軸線Ｚを中心に回転する。各基板Ｓは、回転ドラム１３上に保持されているため、回転ドラム１３が回転することで、中心軸線Ｚを公転軸として公転する。
【００３５】
回転ドラム１３の上面には、ドラム回転軸１８ｂが回転ドラム１３の中心軸線に沿って設けられており、回転ドラム１３の回転に伴ってドラム回転軸１８ｂも回転する。真空容器１１の上壁には孔部が設けられており、ドラム回転軸１７ｂはこの孔部を貫通して真空容器１１の外部に通じている。孔部の内面には軸受が設けられており、回転ドラム１３の回転をスムーズに行えるようにしている。また、真空容器１１とドラム回転軸１８ｂとの間は、Ｏリングで気密が保たれている。
【００３６】
次に、基板Ｓの表面に薄膜を形成する成膜プロセス領域２０と、反応プロセス領域６０について説明する。真空容器１１内壁には、回転ドラム１３へ向けて仕切壁１２，１４が立設して設けられている。本実施形態における仕切壁１２，１４は、真空容器１１と同じステンレススチール製の部材である。仕切壁１２，１４は、真空容器１１の内壁面から回転ドラム１３へ向けて四方を囲んだ状態で設けられている。
【００３７】
真空容器１１の側壁は外方に突出した横断面凸状をしており、突出した側面にはスパッタ手段２０Ａが設けられている。成膜プロセス領域２０は、真空容器１１の内壁面，仕切壁１２，回転ドラム１３の外周面及びスパッタ手段２０Ａに囲繞された領域に形成されている。成膜プロセス領域２０では基板Ｓの表面に薄膜を形成するスパッタ処理が行われる。
一方、成膜プロセス領域２０から回転ドラム１３の回転軸を中心として９０°離間した真空容器１１の側壁もまた、外方に突出した横断面凸状をしており、突出した側面にはプラズマ発生手段６０Ａが設けられている。反応プロセス領域６０は、真空容器１１の内壁面，仕切壁１４，回転ドラム１３の外周面及びプラズマ発生手段６０Ａに囲繞された領域に形成されている。反応プロセス領域６０では、基板Ｓの表面に形成された薄膜に対してプラズマ処理が行われる。
【００３８】
モータ１７によって回転ドラム１３が回転すると、回転ドラム１３の外周面に保持された基板Ｓが公転して、成膜プロセス領域２０に面する位置と反応プロセス領域６０に面する位置との間を繰り返し移動することになる。そして、このように基板Ｓが公転することで、成膜プロセス領域２０でのスパッタ処理と、反応プロセス領域６０でのプラズマ処理とが順次繰り返し行われて、基板Ｓの表面に薄膜が形成される。
【００３９】
（成膜プロセス領域）
以下に、本発明の成膜プロセス領域について説明する。図３に示すように、本発明の成膜プロセス領域２０には、回転ドラム１３の外周面に対向するように本発明のスパッタ手段２０Ａが設置されている。スパッタ手段２０Ａは、一対のマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂと、トランス２３を介して接続された交流電源２４により構成される。真空容器１１の壁面は外方に突出しており、この突出部にマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂが側壁を貫通した状態で配置されている。このマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂは、不図示の絶縁部材を介して接地電位にある真空容器１１に固定されている。
【００４０】
マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂは、複数の磁石が所定の方向に配置された構造を有している。マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂは、トランス２３を介して交流電源２４に接続され、両電極に１ｋ〜１００ｋＨｚの交番電界が印加可能に構成されている。マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂには、ターゲット２２ａ，２２ｂが夫々保持されている。図３に示すように、ターゲット２２ａ，２２ｂの形状は平板状であり、ターゲット２２ａ，２２ｂの表面が、回転ドラム１３の中心軸線Ｚと垂直となるように保持される。
【００４１】
本例のターゲット２２ａ，２２ｂは、所定の面積を有するように膜原料物質を平板状に形成したものであり、回転ドラム１３の側面に対向するようにマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂに保持される。ターゲットの材質としては任意のもの、例えば、ケイ素，ニオブ，チタン，アルミニウム，ゲルマニウム等を採用することが可能である。また、ターゲットの形状としては、本実施形態のように平板状に限定されず、円板状や多角形平板状のものなど、任意の形状のものであってよい。
【００４２】
図３に示すように、成膜プロセス領域２０周辺にはスパッタガス供給手段と反応性ガス供給手段の２種類のガス供給手段が設けられている。スパッタガス供給手段は、スパッタガスボンベ２６と、複数の配管２９ａ−１〜２９ａ−５と、夫々の配管に設けられ，スパッタガスの流量を調整する複数のマスフローコントローラ２５−１〜２５−５と、を主要な構成要素として具備している。
また、反応性ガス供給手段は、反応性ガスボンベ２８と、複数の配管２９ａ−１〜２９ａ−５と、夫々の配管に設けられ，反応性ガスの流量を調整する複数のマスフローコントローラ２７−１〜２７−５と、を主要な構成要素として具備している。
なお、配管２９ａ−１〜２９ａ−５は、本発明における供給路に該当する。
【００４３】
スパッタガスボンベ２６，反応性ガスボンベ２８，複数のマスフローコントローラ２５，２７はいずれも真空容器１１外部に設けられている。本実施形態では、マスフローコントローラ２５−１〜２５−５と、２７−１〜２７−５の計１０つのマスフローコントローラが設けられている。マスフローコントローラ２５−１〜２５−５は、不活性ガスとしてのアルゴンガスを貯留する単一のスパッタガスボンベ２６に配管２９ｃを介して夫々接続されている。また、マスフローコントローラ２７−１〜２７−５は、反応性ガスを貯留する単一の反応性ガスボンベ２８に配管２９ｄを介して夫々接続されている。
なお、マスフローコントローラ２５は本発明におけるスパッタガス流量調整手段に該当し、マスフローコントローラ２７は本発明における反応性ガス流量調整手段に該当する。
【００４４】
マスフローコントローラ２５−１とマスフローコントローラ２７−１はＹ字型の配管２９ａ−１で接続されており、配管２９ａ−１の一端は真空容器１１の側壁を貫通して成膜プロセス領域２０のターゲット２２ｂの側部に位置して導入口を形成している。同様に、マスフローコントローラ２５−２〜２５−５とマスフローコントローラ２７−２〜２７−５はＹ字型の配管２９ａ−２〜２９ａ−５で夫々接続されている。配管２９ａ−２〜２９ａ−５は夫々真空容器１１の側壁を貫通して成膜プロセス領域２０のターゲット２２ｂ側部に位置するように配設され、夫々単一の導入口２９ｂ−２〜２９ｂ−５を形成している。
【００４５】
図４に示すように、夫々の導入口２９ｂ−１〜２９ｂ−５は、ターゲット２２ｂの側部上方から所定の距離を隔てて順に配置されている。配管２９ａ−１を通じて供給されるガスは配管２９ａ−１に設けられた導入口２９ｂ−１からターゲット２２ａ，２２ｂの前面に導入される。同様に、他の配管２９ａを通じて供給されるガスは、夫々の配管に形成された導入口２９ｂからターゲット２２ａ，２２ｂの前面に供給される。
なお、本実施形態では、配管２９ａやマスフローコントローラ２５，２７は夫々５つずつ設けられているが、これらの部材の数としては５つに限定されず、任意の数を設定することが可能である。
【００４６】
また、本実施形態では、スパッタガスをターゲットへ導入する配管と反応性ガスをターゲットへ導入する配管を共通にして、両ガスの混合ガスとしてターゲットへ導入する構成としているが、本発明の供給路としてはこのような共通としたものに限定されず、スパッタガス導入用の配管と反応性ガス導入用の配管を夫々別々に設けて、夫々のガスを別々にターゲットへ導入する構成としてもよい。
【００４７】
マスフローコントローラはガスの流量を調節する装置であり、ガスボンベからのガスが流入する流入口と、ガスを真空容器１１側へ流出させる流出口と、ガスの質量流量を検出するセンサと、ガスの流量を調整するコントロールバルブと、流入口より流入したガスの質量流量を検出するセンサと、センサにより検出された流量に基づいてコントロールバルブの制御を行う電子回路とを主要な構成要素として備えている。電子回路には外部から所望の流量を設定することが可能となっている。
【００４８】
流入口よりマスフローコントローラ内に送入されたガスの質量流量は、センサにより検出される。センサの下流にはコントロールバルブが設けられており、コントロールバルブは、センサで検出した流量と、設定された基準値とを比較し、ガスの流量が基準値に近づくようにコントロールバルブの開閉を行うことで、流量の制御を行う。
【００４９】
スパッタガスボンベ２６からの不活性ガスは、マスフローコントローラ２５−１により流量を調節され、配管２９ａ−１内に流入する。一方、スパッタガスボンベ２６からの反応性ガスは、マスフローコントローラ２７−１により流量を調節され、配管２９ａ−１内に流入する。配管２９ａ−１に流入した不活性ガス及び反応性ガスの混合ガスは、配管２９ａ−１の導入口２９ｂ−１より成膜プロセス領域２０に配置されたターゲット２２ａ，２２ｂの前面に導入される。同様に、マスフローコントローラ２５−２〜２５−５で流量を調整された不活性ガスと、マスフローコントローラ２７−２〜２７−５で流量を調整された反応性ガスの混合ガスは、他の配管２９ａ−２〜２９ａ−５の導入口２９ｂ−２〜２９ｂ−５より成膜プロセス領域２０に夫々導入される。
不活性ガスとしては、例えばアルゴンやヘリウム等が挙げられる。また、反応性ガスとしては、例えば酸素ガス，窒素ガス，弗素ガス，オゾンガス等が挙げられる。
【００５０】
次に、本発明の供給量測定手段について説明する。本発明の薄膜形成装置１は、光ファイバ３１−１〜３１−５と、光学測定装置３３と、膜厚制御装置１００とを主要な構成要素として具備している。
なお、光ファイバ３１−１〜３１−５と、光学測定装置３３は、本発明の供給量測定手段を構成する。また、光ファイバ３１−１〜３１−５は、本発明の受光部に該当する。更に、光学測定装置３３は、本発明の光学測定部に該当する。
【００５１】
図３及び図４に示すように、ターゲット２２ａ，２２ｂを挟んで導入口２９ｂ−１〜２９ｂ−５に対向する位置には、本発明の供給量測定手段を構成する光ファイバ３１−１〜３１−５が受光面をプラズマＰ方向に向けて夫々設けられている。光ファイバ３１−１〜３１−５は、夫々真空容器１１の側壁を貫通して真空容器１１の外部へ延出している。光ファイバ３１−１〜３１−５は夫々光学測定手段としての光学測定装置３３に接続されている。
【００５２】
なお、光ファイバ３１−１〜３１−５の受光面が配設される位置としては、上記のようなターゲット２２ａ，２２ｂを挟んで導入口に対向する位置に限定されない。例えば、導入口２９ｂ−１〜２９ｂ−５が配設された真空容器側面と同じ側面に、導入口２９ｂ−１〜２９ｂ−５と夫々隣接する位置に配置され、夫々の受光面がプラズマＰ方向に向くようにしてもよい。
すなわち、配管２９ａ−１〜２９ａ−５の夫々の導入口２９ｂ−１〜２９ｂ−５から導入されるガスによるプラズマＰの発光を夫々観測可能であり、且つ、他の導入口から導入されるガスによる発光を極力観測しないような位置であればよい。
【００５３】
なお、光ファイバの数としては本実施形態のような５つに限定されず、所望の数を配設することが可能である。従って、光ファイバ３１の数を多くすればするほど薄膜形成装置の製造にかかるコストや時間がかかるが、基板表面に形成される薄膜の膜厚分布をより精度よく測定することが可能となる。
【００５４】
また、図４に示すように、真空容器１１内部の光ファイバ３１−１〜３１−５の周囲には、光ファイバ３１−１〜３１−５を覆うようにカバー３２−１〜３２−５が夫々設けられており、光ファイバ３１の端部が膜原料物質などにより汚染されることを防止している。
【００５５】
更に、図５に示すように、光ファイバ３１−１〜３１−５の端面とプラズマＰとの間にはシャッター３４−１〜３４−５が夫々設けられていると好適である。シャッター３４−１〜３４−５は夫々支持棒３５−１〜３５−５に固定され、この支持棒は真空容器１１の壁面を貫通して真空容器１１の外部に設けられたモータ３６の回転軸と接続されている。
後述するように、膜厚測定時にはモータ３６を駆動してシャッター３４−１〜３４−５を移動させ（図５（ａ））、プラズマからの光が光ファイバの端面から入射するように位置させ、膜厚測定時以外にあっては光ファイバの端面とプラズマＰとの間にシャッター３４が位置するように移動して（図５（ｂ））、プラズマから飛翔する膜原料物質が光ファイバの端面に付着しないようにしている。
なお、シャッター３４−１〜３４−５は、本発明の遮蔽部材に該当し、モータ３６は本発明の遮蔽部材駆動手段に該当する。
【００５６】
膜厚測定時において、光ファイバ３１の端面からは後述するプラズマＰからの光が入射し、入射した光は光ファイバ３１の内部を伝送して光学測定装置３３へ導出される。光学測定装置３３は、光ファイバ３１−１〜３１−５から伝送された光を検知する装置である。光学測定装置３３はコリメータと、グレイティングのような分光素子と、受光素子とを主要な構成要素として備えている（いずれも不図示）。
【００５７】
光学測定装置３３に入射した反射光はコリメータを通過する。コリメータは細いスリットが複数設けた平板状部材で、光ファイバから伝送された反射光を平行な光線の束にする。コリメータを通過した反射光はグレイティングに照射される。
グレイティングは回折格子を備え、コリメータから入射した光のうち所定の波長の光のみを出射する。グレイティングは回転軸を有しており、グレイティングに入射する光とグレイティングとの相対角度を変更することにより、出射する光の波長を変更することが可能となっている。グレイティングから出射した光は受光素子に照射される。
【００５８】
受光素子としては、フォトダイオードが用いられている。フォトダイオードはｐ型及びｎ型の半導体を接合したもので、その接合面に光が当たると、その光の強度に応じた電流が発生する。この電流は光学測定装置３３内のＡ−Ｄ変換器によりデジタル信号化されて出力される。
光学測定装置３３は、膜厚制御装置１００に電気的に接続されており、光学測定装置３３から出力された電気信号は膜厚制御装置１００に入力される。
【００５９】
膜厚制御装置１００は、演算手段としてのＣＰＵと、記憶手段としてのハードディスク及び半導体メモリと、入力手段としてのキーボード及びマウスと、出力手段としてのディスプレイと、複数の入力端子と、複数の出力端子と、を備える。光学測定装置３３から出力されたデジタル信号は、膜厚制御装置１００の入力端子から膜厚制御装置１００へ入力される。膜厚制御装置１００の出力端子からは導線が導出され、マスフローコントローラ２５−１〜２５−５及び２７−１〜２７−５に電気的に接続されている。
【００６０】
光学測定装置３３から膜厚制御装置１００に入力された発光強度に関する信号は、膜厚制御装置１００内部のＣＰＵにより処理され、膜厚に関する情報としてメモリやハードディスクに保存される。
一方、膜厚制御装置１００は、マスフローコントローラ２５，２７の設定流量を変更することが可能となっている。すなわち、膜厚制御装置１００のメモリには、マスフローコントローラ２５，２７を通過するガスの流量についての設定値が記憶されており、膜厚制御装置１００は、マスフローコントローラ２５，２７と電気的に接続されてされ、マスフローコントローラ２５，２７を通過するガスの流量を変更することが可能となっている。
【００６１】
膜厚制御装置１００からの設定流量の変更を指示する電気信号が発生した場合、この電気信号はメモリに記憶された流量値とともに膜厚制御装置１００の出力端子からケーブルを通じてマスフローコントローラ２５，２７に伝送され、マスフローコントローラ２５，２７の夫々の電気回路に保持された設定流量を膜厚制御装置１００から指示された流量値に夫々書き換えることにより、設定流量を変更することが可能となる。これにより、膜厚制御装置１００は、スパッタガスボンベ２６、反応性ガスボンベ２８から配管２９ａを介して成膜プロセス領域２０に流入するガスの流量を調整することが可能となっている。
【００６２】
続いて、本実施形態の膜厚制御装置１００を用いて基板Ｓの表面に形成される薄膜の膜厚を測定し、この膜厚分布に基づいて薄膜形成工程を制御する方法について説明する。本実施形態では、ターゲット２２ａ，２２ｂとしてケイ素、不活性ガスとしてアルゴン、反応性ガスとして酸素を用いた例について説明する。
【００６３】
成膜プロセス領域２０にアルゴンガスが供給されて、ターゲット２２ａ，２２ｂの周辺が不活性ガス雰囲気になった状態で、マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂに交流電源２４から交番電極が印加されると、ターゲット２２周辺のアルゴンガスの一部は電子を放出してイオン化する。マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂに配置された磁石によりターゲット２２ａ、２２ｂの表面に漏洩磁界が形成されるため、この電子はターゲット表面近傍に発生した磁界中を、トロイダル曲線を描きながら周回する。この電子の軌道に沿って強いプラズマが発生し、このプラズマに向けてアルゴンガスのイオンが加速され、ターゲット２２に衝突することでターゲット表面のケイ素原子（Ｓｉ）が叩き出される。このケイ素原子の一部は反応ガスである酸素によりプラズマ中で酸化されて酸化ケイ素（ＳｉＯ）に変換される。これらのケイ素原子、酸化ケイ素は膜原料物質として基板Ｓの表面に付着して薄膜を形成する。
【００６４】
プラズマ中ではケイ素原子，酸化ケイ素やアルゴンは気体状態として存在している。電極の放電により励起された気体は、そのエネルギーの一部を光として放出している。この光は物質の種類により異なる発光スペクトルを有しており、この発光スペクトルはその気体に特徴的なピーク波長を有している。例えば、ケイ素原子による光のピーク波長は２８８ｎｍ、酸化ケイ素の中の酸素とケイ素の結合（ＳｉＯ）の場合は４２４ｎｍ、アルゴンの場合は７５０ｎｍとなっている。
【００６５】
本実施形態の薄膜形成装置では、この特徴ピークを示す波長における光の強度を測定することで、所定の物質の発光強度を測定しているが、測定する波長については特徴ピークを示す波長と同一のものに限定されず、特徴ピークを示す波長以外であっても、特定の物質と他の物質を識別可能な波長であれば測定波長とすることが可能である。具体的には、酸化ケイ素（ＳｉＯ）の特徴ピークは４２４ｎｍであるが、４００ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲であっても他の物質と十分識別可能であるため、測定波長とすることができる。
【００６６】
特定の波長における光の強度はプラズマ中に含まれる物質の量を反映しており、プラズマ中に含まれる物質の量は、基板表面に付着する膜原料物質の量と相関している。すなわち、例えばプラズマ中に含まれるケイ素原子の発光強度が大きくなるほどプラズマ中に含まれるケイ素原子の量が多くなり、基板表面に付着するケイ素原子の量が多くなる。同様に、プラズマ中に含まれる酸化ケイ素（ＳｉＯ）の発光強度が大きくなるほどプラズマ中に含まれる酸化ケイ素の量が多くなり、基板表面に付着する酸化ケイ素の量が多くなる。
【００６７】
また、プラズマ中に含まれるアルゴンガスの発光強度が大きくなるほど、プラズマ中に含まれるアルゴンの量が多くなる。プラズマ中に含まれるアルゴンの量が多いと、スパッタによりターゲットに衝突するアルゴン原子の数が増加するため、スパッタによりターゲットから叩き出されるケイ素原子の数が多くなる。この結果、基板表面に付着する膜原料物質の量が多くなる。
【００６８】
プラズマＰの周辺には光ファイバ３１−１〜３１−５が配置されており、プラズマＰにおいて発光する光を光学測定装置３３へ伝送する。光学測定装置３３では、所定の波長についてプラズマＰ中の光の強度が計測される。光ファイバ３１−１〜３１−５はプラズマＰの周辺に所定の距離を隔てて配設されているため、プラズマＰ中の気体の密度分布は、光ファイバ３１−１〜３１−５で計測される光の強度に反映される。また、基板Ｓの表面に形成される最終薄膜の膜厚に反映される。すなわち、プラズマＰ中のケイ素原子の強度が大きい程、基板Ｓの表面に形成される薄膜のケイ素原子含有量が多くなる。同様に、酸化ケイ素（ＳｉＯ）の強度が大きくなると、基板Ｓの表面に形成される薄膜の酸化ケイ素（ＳｉＯ）含有量が多くなる。
【００６９】
膜厚制御装置１００は、光学測定装置３３で観測された光の強度に基づいて、マスフローコントローラ２５，２７を用いて成膜プロセス領域２０に導入されるガスの流量を調整することにより成膜レートを調整する。成膜レートは、所定の基準値を設定して、この基準値に合うようにマスフローコントローラ２５，２７を制御することにより調整している。具体的には、光ファイバ３１−１を通じて観測されたケイ素原子（Ｓｉ）の特徴ピークでの波長における発光強度が基準値よりも下回っている場合、光学測定装置３３はマスフローコントローラ２５の電子回路に格納された流量の設定値を変更して、配管２９−１に導入されるアルゴンガスの流量を大きくすることにより成膜レートを上昇させる。
【００７０】
また、光ファイバ３１−１を通じて観測された酸化ケイ素（ＳｉＯ）とケイ素原子（Ｓｉ）の発光強度の比を算出して、これがすべての光ファイバ３１−１〜３１−５でほぼ等しくなるように制御してもよい。
【００７１】
後述するように、成膜プロセス領域２０で基板表面に付着した膜原料物質は、反応プロセス領域６０においてプラズマ処理されて完全に酸化される。ここで、ターゲットを構成する物質であるケイ素原子（Ｓｉ）が酸化されて酸化物である酸化ケイ素（ＳｉＯ）になると、体積の膨張が起こる。
従って、成膜プロセス領域２０で形成される薄膜中のケイ素原子（Ｓｉ）と酸化ケイ素（ＳｉＯ）の比を各基板や基板表面のあらゆる位置においてほぼ等しくすることで、最終薄膜が形成された後においても均一な膜厚を有する薄膜を得ることが可能となる。
【００７２】
ここで、これらの比を調整する方法について具体的に説明する。ケイ素原子（Ｓｉ）と酸化ケイ素（ＳｉＯ）の比（ＳｉＯ／Ｓｉ）が一定になるように予め目標値を設定しておく。各光ファイバ３１−１〜３１−５で取得したプラズマ中のケイ素原子（Ｓｉ）と酸化ケイ素（ＳｉＯ）の発光強度の比（ＳｉＯ／Ｓｉ）が目標値よりも小さくなると、酸化ケイ素（ＳｉＯ）の量が少ないと判断して、マスフローコントローラ２７−１〜２７−５を夫々制御して、配管２９ａ−１〜２９ａ−５を夫々通過する酸素ガスの流量を多くするように膜厚制御装置１００で制御する。逆に、ＳｉＯ／Ｓｉが目標値よりも大きくなると、マスフローコントローラ２７−１〜２７−５を夫々制御して、配管２９ａ−１〜２９ａ−５を夫々通過する酸素ガスの流量を少なくするように膜厚制御装置１００で制御する。
【００７３】
上述の膜厚調整方法では、単に光ファイバ３１−１〜３１−５で受光した発光強度に基づいて膜厚調整を行っているが、光学測定装置３３で取得した発光強度を所定時間毎に加算して積分値を算出し、この積分値に基づいて膜厚制御装置１００で配管２９ａ−１〜２９ａ−５を通過するガスの流量を調整することにより、膜厚の調節を行ってもよい。
【００７４】
すなわち、発光強度はプラズマ中に含まれる物質の密度を反映しており、この密度が大きいほど基板表面に付着する膜原料物質の量が増加するという相関関係がある。従って、発光強度の積分値は、反応開始から測定時まで膜厚に堆積した膜原料物質の量、すなわち薄膜表面に堆積している薄膜の膜厚を反映している。このため、発光強度の積分値に基づいて膜厚制御を行うことは、実際に形成された薄膜の膜厚を間接的に反映する情報に基づいて膜厚制御を行うこととなり、最終膜厚を厳密に調整することが可能となる。
【００７５】
具体的には、光学測定装置３３に演算手段としてのＣＰＵと、記憶手段としてのメモリを備え、光ファイバにより受光した光の発光強度の積分値を算出する。すなわち、ＣＰＵは、測定した発光強度とＣＰＵによる内部クロックに基づいて、所定時間毎に発光強度を加算した値、すなわち発光強度の積分値を所定時間毎に算出する。発光強度の積分値は、膜厚に関する情報として膜厚制御装置１００へ伝送される。
あるいは、光学測定装置３３から伝送される発光強度に基づいて薄膜形成装置１００のＣＰＵで積分値を演算してもよい。
【００７６】
このように、発光強度の積分値に基づいて膜厚を調整する方法では、積分値を演算するため処理に要する時間が長くなるが、発光強度の積分値という基板表面に形成される実際の膜厚を反映した情報に基づいて膜厚を調整することが可能となるため、単に光の強度を一致させるように制御する方法と比較して、より正確に最終膜厚を制御して所望の膜厚を有する光学製品を得ることが可能となる。
一方、発光強度がほぼ等しくなるように膜厚を制御する方法では、積分値を演算するという工程を省略することができるため、処理に要する時間を短縮することが可能となる。
【００７７】
（反応プロセス領域６０）
続いて、反応プロセス領域６０について説明する。前述したように、反応プロセス領域６０では、成膜プロセス領域２０で基板表面に形成された膜原料物質を酸化して、完全酸化物の生成を行っている。
【００７８】
反応プロセス領域６０に対応する真空容器１１の壁面には、プラズマ発生手段６０Ａを設置するための開口１１ａが形成されている。また、反応プロセス領域６０には、マスフローコントローラ６６を介して反応性ガスボンベ６７内の反応性ガスを導入するための配管６８が接続されている。
【００７９】
仕切壁１４の反応プロセス領域６０に面する壁面には、熱分解窒化硼素（Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ  Ｂｏｒｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）からなる保護層（不図示）が被覆されている。さらに、真空容器１１の内壁面の反応プロセス領域６０に面する部分にも熱分解窒化硼素からなる保護層が被覆されている。熱分解窒化硼素は、化学的気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を利用した熱分解法によって仕切壁１４や真空容器１１の内壁面へ被覆される。
【００８０】
プラズマ発生手段６０Ａは、反応プロセス領域６０に面して設けられている。本実施形態のプラズマ発生手段６０Ａは、ケース体６１と，誘電体板６２と，アンテナ６３と，マッチングボックス６４と，高周波電源６５と，真空ポンプ１５とを有して構成されている。
【００８１】
ケース体６１は、真空容器１１の壁面に形成された開口１１ａを塞ぐ形状を備え、ボルト（不図示）で真空容器１１の開口１１ａを塞ぐように固定されている。ケース体６１が真空容器１１の壁面に固定されることで、プラズマ発生手段６０Ａは真空容器１１の壁面に取り付けられている。本実施形態において、ケース体６１はステンレスで形成されている。
【００８２】
誘電体板６２は、板状の誘電体で形成されている。本実施形態において、誘電体板６２は石英で形成されているが、誘電体板６２の材質としてはこのような石英だけではなく、Ａｌ２Ｏ３等のセラミックス材料で形成されたものでもよい。誘電体板６２は、図示しない固定枠でケース体６１に固定されている。誘電体板６２がケース体６１に固定されることで、ケース体６１と誘電体板６２によって囲繞された領域にアンテナ収容室６１Ａが形成されている。
【００８３】
ケース体６１に固定された誘電体板６２は、開口１１ａを介して真空容器１１の内部（反応プロセス領域６０）に臨んで設けられている。このとき、アンテナ収容室６１Ａは、真空容器１１の内部と分離している。すなわち、アンテナ収容室６１Ａと真空容器１１の内部とは、誘電体板６２で仕切られた状態で独立した空間を形成している。また、アンテナ収容室６１Ａと真空容器１１の外部は、ケース体６１で仕切られた状態で独立の空間を形成している。本実施形態では、このように独立の空間として形成されたアンテナ収容室６１Ａの中に、アンテナ６３が設置されている。なお、アンテナ収容室６１Ａと真空容器１１内部、アンテナ収容室６１Ａと真空容器１１外部との間は、それぞれＯリングで気密が保たれている。
【００８４】
本実施形態では、アンテナ収容室６１Ａの内部を排気して真空状態にするために、アンテナ収容室６１Ａに排気用の配管１５ａが接続されている。配管１５ａには、真空ポンプ１５が接続されている。また、本実施形態において、配管１５ａは真空容器１１の内部へも連通している。
【００８５】
配管１５ａには、真空ポンプ１５から真空容器１１の内部に連通する位置にバルブＶ１、Ｖ２が設けられている。また、配管１５ａには、真空ポンプ１５からアンテナ収容室６１Ａの内部に連通する位置にバルブＶ１、Ｖ３が設けられている。バルブＶ２，Ｖ３のいずれかを閉じることで、アンテナ収容室６１Ａの内部と真空容器１１の内部との間での気体の移動は阻止される。真空容器１１の内部の圧力や、アンテナ収容室６１Ａの内部の圧力は、真空計（不図示）で測定される。
【００８６】
本実施形態では、薄膜形成装置１に制御装置（不図示）を備えている。この制御装置には、真空計の出力が入力される。制御装置は、入力された真空計の測定値に基づいて、真空ポンプ１５による排気を制御して、真空容器１１の内部やアンテナ収容室６１Ａの内部の真空度を調整する機能を備える。本実施形態では、制御装置がバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３の開閉を制御することで、真空容器１１の内部とアンテナ収容室６１Ａの内部を同時に、又は独立して排気できる。
【００８７】
アンテナ６３は、高周波電源６５から電力の供給を受けて、真空容器１１の内部（反応プロセス領域６０）に誘導電界を発生させ、反応プロセス領域６０にプラズマを発生させるためのものである。本実施形態のアンテナ６３は、銅で形成された円管状の本体部と、本体部の表面を被覆する銀で形成された被覆層を備えている。アンテナ６３のインピーダンスを低下するためには、電気抵抗の低い材料でアンテナ６３を形成するのが好ましい。そこで、高周波の電流がアンテナの表面に集中するという特性を利用して、アンテナ６３の本体部を安価で加工が容易な、しかも電気抵抗も低い銅で円管状に形成し、アンテナ６３の表面を銅よりも電気抵抗の低い銀で被覆している。このように構成することで、高周波に対するアンテナ６３のインピーダンスを低減して、アンテナ６３に電流を効率よく流して、プラズマを発生させる効率を高めている。
【００８８】
アンテナ６３は、マッチング回路を収容するマッチングボックス６４を介して高周波電源６５に接続されている。マッチングボックス６４内には、図示しない可変コンデンサが設けられている。
アンテナ６３は、導線部を介してマッチングボックス６４に接続されている。導線部はアンテナ６３と同様の素材からなる。ケース体６１には、導線部を挿通するための挿通孔が形成されており、アンテナ収容室６１Ａ内側のアンテナ６３と、アンテナ収容室６１Ａ外側のマッチングボックス６４とは、挿通孔に挿通される導線部を介して接続される。導線部と挿通孔との間にはシール部材が設けられ、アンテナ収容室６１Ａの内外で気密が保たれる。
【００８９】
図１に示すように、反応プロセス領域６０内には反応性ガス供給手段が設けられている。反応性ガス供給手段は、反応性ガスボンベ６７と、反応性ガスの流量を調整するマスフローコントローラ６６と、反応性ガスを反応プロセス領域６０に導入する配管６８を主要な構成要素として具備している。反応プロセス領域６０の反応性ガスボンベ６７，マスフローコントローラ６６は、成膜プロセス領域２０の反応性ガスボンベ２８、マスフローコントローラ２７と同様の装置を採用することが可能である。また、反応性ガスとして、成膜プロセス領域と同様に、酸素ガスなど公知のガスを採用することができる。
【００９０】
反応性ガスボンベ６７から配管６８を通じて反応性ガスが反応プロセス領域６０に導入された状態で、アンテナ６３に高周波電源６５から電力が供給されると、反応プロセス領域６０内のアンテナ６３に面した領域にプラズマＰが発生する。このプラズマＰからは電子が放出され、この電子により基板Ｓの表面に形成された薄膜中の金属原子やこの金属原子の不完全酸化物は酸化され、金属原子の完全酸化物となる。
【００９１】
以下に、上述の薄膜形成装置１を用いて薄膜を製造する方法について、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を積層させた薄膜を製造する場合を例として説明する。図６は本実施形態における成膜処理工程の流れを示すフロー図である。薄膜の形成は、成膜の準備を行う工程、酸化ケイ素の薄膜を形成する工程、成膜を終了する工程の順に行われる。
【００９２】
ステップ１（ＳＡ１）は、成膜準備処理を開始するステップである。まず、ターゲット２２ａ，２２ｂをマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂに保持させる。ターゲット２２ａ，２２ｂの材料としてケイ素（Ｓｉ）を用いる。扉１１Ｃを閉じて、真空ポンプ１５を作動させて排気を行い、薄膜形成室１１Ａを１０−２Ｐａ〜１０Ｐａ程度の真空状態にする。このとき、バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３が開放され、アンテナ収容室６１Ａも同時に排気される。
【００９３】
その後、回転ドラム１３をロードロック室１１Ｂの位置でロックした状態で、回転ドラム１３に基板Ｓを保持した基板保持具１３ａを取り付ける。続いて、扉１１Ｃを閉じた状態で、真空ポンプ１５'を作動させてロードロック室１１Ｂを排気して、１０−２Ｐａ〜１０Ｐａ程度の真空状態にする。更に、扉１１Ｃを開いて、回転ドラム１３を薄膜形成室１１Ａへ移動させる。回転ドラム１３を薄膜形成室１１Ａへ移動させた後に、扉１１Ｃを再び閉じる。真空容器１１の内部，アンテナ収容室６１Ａの内部を上述の所定の圧力に減圧する。その後、真空容器１１の内部，アンテナ収容室６１Ａの内部の圧力が安定した後に、成膜プロセス領域２０の圧力を、１．０×１０−１Ｐａ〜１．３Ｐａに調整する。
【００９４】
ステップ２（ＳＡ２）は、回転ドラム１３の回転を開始するステップである。回転ドラム１３の回転は、薄膜形成装置１の操作パネル（不図示）に設けられたドラム回転スイッチをオペレータが押すことにより開始される。ドラム回転スイッチを押下するとモータ１７が作動し、回転ドラム１３が回転する。
【００９５】
本実施形態における成膜装置では、成膜プロセス領域２０において基板Ｓの表面に中間薄膜を形成し、続く反応プロセス領域６０においてこの中間薄膜の酸化処理を行って酸化後中間薄膜を形成している。このため、回転ドラム１３の回転が遅いと、成膜プロセス領域２０において形成される中間薄膜が厚くなり、反応プロセス領域６０でこれを完全には酸化することができず、不純物の混じった不均一な最終薄膜が形成されるという問題がある。
【００９６】
また、反応プロセス領域６０において行われる酸化工程では、薄膜の酸化反応により薄膜の膨張現象が起こる。このような体積の増加は薄膜内部に圧縮応力を生じる。中間薄膜が厚い場合、生成される膜は中間薄膜間の隙間構造が少なく、酸化ケイ素が密に凝集した薄膜構造となっている。このような膜では、酸化反応による体積膨張の影響が大きい。一方、中間薄膜が薄い場合、生成される膜は中間薄膜間に生じる隙間構造を多く有している。このような膜において体積が膨張した場合、増加した体積は隙間構造に吸収されるため、膜内部に圧縮応力が生じにくい。
【００９７】
更に、回転ドラム１３が低速回転している場合は、回転のぶれが大きく、正確な膜厚測定や成膜処理の制御が困難となる。一方、回転ドラム１３の回転速度が大きい場合、回転軸の回転部分に発生する遠心力が大きく、ぶれの少ない安定した回転が得られる。
【００９８】
上述のように、回転ドラム１３の回転速度が小さい場合、様々な問題が生じる。このような問題を回避するため、成膜処理において、回転ドラム１３の回転速度は早いほうが好ましく、特に、２０ｒｐｍ以上であることが好適である。
【００９９】
ステップ３（ＳＡ３）は、薄膜形成処理を開始するステップである。薄膜形成処理は、成膜プロセス領域２０および反応プロセス領域６０で行われる。成膜プロセス領域２０では、ターゲット２２ａ，２２ｂに対してスパッタを行い、基板Ｓ表面にケイ素原子（Ｓｉ）や酸化ケイ素（ＳｉＯ）等から構成される中間薄膜が形成される。続く反応プロセス領域６０では、成膜プロセス領域２０で形成された中間薄膜に対して酸化処理を行うことにより、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を主成分とする酸化後中間薄膜が形成される。
【０１００】
薄膜形成工程は、薄膜形成装置１に設けられた開始スイッチをオペレータが手動で操作することにより開始される。薄膜形成処理の開始指示により、交流電源２４および高周波電源６５から、それぞれトランス２３およびマッチングボックス６４に交流電圧が印加される。
【０１０１】
スパッタ開始指示によりターゲット２２ａ，２２ｂに交番電界が印加されるようになると、ターゲット２２ａ，２２ｂが交互にアノードとカソードになり、成膜プロセス領域２０でプラズマが形成される。このプラズマによってカソード上のターゲットに対してスパッタが行われる。
【０１０２】
続いて基板Ｓは、回転ドラム１３の回転に伴って、成膜プロセス領域２０に面する位置から反応プロセス領域６０に面する位置に移動する。反応プロセス領域６０には、反応性ガスボンベ６７から反応性ガスとして酸素ガスが導入される。
【０１０３】
次に、高周波電源６５からアンテナ６３に対して１３．５６ＭＨｚの交流電流が印加される。これにより、プラズマ発生手段６０Ａによって反応プロセス領域６０にプラズマが発生する。反応プロセス領域６０の圧力は、０．７×１０−１〜１．０Ｐａに維持する。また、少なくとも反応プロセス領域６０にプラズマを発生させている間は、アンテナ収容室６１Ａの内部の圧力は、１０−３Ｐａ以下を保持する。
【０１０４】
そして、回転ドラム１３が回転して、ケイ素原子（Ｓｉ）や酸化ケイ素（ＳｉＯ）を含む中間薄膜が形成された基板Ｓが反応プロセス領域６０に面する位置に搬送されてくると、反応プロセス領域６０では、中間薄膜を構成するケイ素原子（Ｓｉ）に対してプラズマ処理に完全に酸化する工程が行われる。すなわち、プラズマ発生手段６０Ａによって反応プロセス領域６０に発生させたプラズマでケイ素（Ｓｉ）や酸化ケイ素（ＳｉＯ）を酸化反応させて、所望の組成の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）に変換させる。これにより、薄膜中の物質の組成が変化する膜組成変換工程が行われる。
【０１０５】
この反応プロセス領域６０における膜組成変換工程では、酸化後の中間薄膜の膜厚が酸化前の中間薄膜の膜厚よりも厚くなるように、酸化後中間薄膜を形成する。すなわち、中間薄膜を構成するケイ素原子（Ｓｉ）を所望の組成の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）に変換することにより中間薄膜を膨張させ、酸化後の中間薄膜の膜厚を酸化前の中間薄膜の膜厚よりも厚くする。以下、成膜プロセス領域２０でのスパッタ処理と、反応プロセス領域６０での酸化処理を繰り返すことで、基板表面に最終薄膜が形成される。薄膜は回転ドラム１３が回転するたびに積層されてゆく。
【０１０６】
ステップ４（ＳＡ４）は、光学測定を開始するステップである。光学測定を開始するには、まず光ファイバ３１−１〜３１−５の受光面とプラズマＰの間に設けられたシャッター３４−１〜３４−５を、モータ３６を駆動させることで移動させて、プラズマＰからの光を受光面にて受光できるようにする。
【０１０７】
ステップ５（ＳＡ５）は、光ファイバ３１−１〜３１−５{図６中では、３１−ｎ（ｎは１から５の整数）と記載}でプラズマPからの発光強度を取得する工程である。光ファイバ３１−１〜３１−５を伝送した光は、光学測定装置３３でケイ素原子（Ｓｉ）の特徴ピークを示す波長２８８ｎｍについて光の強度が取得される。取得された光の強度に関する情報は、膜厚制御装置１００に送信される。
【０１０８】
ステップ６（ＳＡ６）は、ステップ５で取得された光の強度が所定の基準値を上回っているかどうかを膜厚制御装置１００で判断するステップである。基準値としては、前述のように事前にオペレータが設定してもよいし、各光ファイバ３１−１〜３１−５で取得された強度の平均値を算出して、これを基準値としてもよい。
光の強度が基準値を上回っている場合はステップ７に進む。上回っていない場合はステップ８に移行する。
【０１０９】
ステップ７（ＳＡ７）は、成膜プロセス領域２０に導入されるアルゴンガスの流量を減少させるステップである。光ファイバ３１−１〜３１−５で取得された光の強度が基準値を上回っている場合には、マスフローコントローラ２５−１〜２５−５を制御して、配管２９ａ−１〜２９−５に導入されるアルゴンガスの流量を減少させる。これにより、成膜プロセス領域２０に導入されるアルゴンガスの量が少なくなり、プラズマＰからの光の強度が減少する。
【０１１０】
ステップ８（ＳＡ８）は、ステップ５で取得された光の強度が所定の基準値を下回っているかどうかを膜厚制御装置１００で判断するステップである。
光の強度が基準値を下回っている場合は、ステップ９に進む。下回っていない場合は、ステップ１０に移行する。
【０１１１】
ステップ９（ＳＡ９）は、成膜プロセス領域２０に導入されるアルゴンガスの流量を増加させるステップである。光ファイバ３１−１〜３１−５で取得された光の強度が基準値を下回っている場合には、マスフローコントローラ２５−１〜２５−５を制御して、配管２９ａ−１〜２９ａ−５に導入されるアルゴンガスの流量を増加させる。これにより、成膜プロセス領域２０に導入されるアルゴンガスの量が多くなり、プラズマＰからの光の強度が増加する。
【０１１２】
ステップ１０（ＳＡ１０）は、薄膜形成処理の終了条件になったかどうかを判断するステップである。薄膜形成処理が予め設定された条件になった場合に、所望の膜厚を有する薄膜が基板Ｓの表面に形成されたものとして、薄膜形成処理を終了する。ここで、薄膜形成処理の終了条件とは、例えば所定の時間が経過した場合や、所定の回転数だけ回転ドラム１３が回転した場合、光ファイバ３１−ｎで取得した光の強度の積分値が所定の条件になった場合などが挙げられる。この結果、終了条件になっていれば、ステップ１１に移行する。終了条件になっていない場合は、再び光学測定を行って、所定の終了条件になるまで薄膜形成工程を継続する。
【０１１３】
ステップ１１（ＳＡ１１）は、薄膜形成工程の停止を行うステップである。薄膜形成工程を停止するには、薄膜形成装置１に設けられた制御装置により自動的に行ったり、オペレータが手動で停止操作を行ったりするなどの方法がある。
【０１１４】
薄膜形成工程の停止指示を受けた薄膜形成装置１は、交流電源２４からトランス２３への電力の供給を停止する。また、高周波電源６５から、マッチングボックス６４への電力の供給を停止する。これにより、成膜プロセス領域２０での成膜処理と、反応プロセス領域６０での酸化処理の両方の処理が停止し、薄膜形成工程が終了する。
【０１１５】
ステップ１２（ＳＡ１２）は、回転ドラム１３の回転を停止するステップである。回転ドラム１３の回転の停止は、薄膜形成装置１に設けられた制御装置により自動的に行ったり、オペレータが手動で停止操作を行ったりするなどの方法により行われる。回転ドラム１３の回転速度が実質的に０ｒｐｍになると、次の成膜終了処理を行う。
【０１１６】
ステップ１３（ＳＡ１３）は、成膜終了処理を行うステップである。回転ドラム１３の回転が停止すると、回転ドラム１３とモータ１７との係合を解除する。回転ドラム１３を真空容器１１下面に設けられたレール上に載置し、薄膜形成室１１Ａからロードロック室１１Ｂへ搬送する。
【０１１７】
続いて、ロードロック室１１Ｂに備えられた真空ポンプ１５'の駆動を停止し、ロードロック室１１Ｂ内を徐々に大気圧へ開放する。ロードロック室内に備えられた真空計を確認して、大気圧になった時点で扉１１Ｄを開き、基板保持具１３ａをフレーム１３ｂから取り外す。基板保持具１３ａから基板Ｓを回収して、一連の成膜工程を終了する。
【０１１８】
以上の工程により、薄膜形成が行われる。なお、上記の実施形態ではプラズマＰから取得される光の強度に基づいて膜厚制御を行っているが、前述のように、光の強度の積分値に基づいて膜厚制御を行ってもよい。この場合、光学測定装置３３で積分値を演算して、この積分値情報を膜厚制御装置１００に伝送し、この積分値が所定の基準値を上回っているか、あるいは下回っているかを膜厚制御装置１００で判断して、マスフローコントローラ２５，２７の制御を行う。
【０１１９】
（第二の実施形態）
本発明の膜厚制御方法としては、第一の実施形態のような成膜プロセス領域２０に導入されるガスの流量を調整して行う方法に限定されず、ターゲット前面に可動式の補正板を設けて、基板表面に付着する膜原料物質の量を変化させることにより、膜厚を調整してもよい。以下に本発明における第二の実施形態について説明する。
【０１２０】
図７乃至図９は本発明の第二の実施形態に係る薄膜形成装置の説明図であり、図７は第二の実施形態に係る薄膜形成装置の成膜プロセス領域周辺における拡大断面図、図８は図７の矢視Ｂ方向からみたターゲットの正面図、図９は図７の矢視Ｃ方向から見たターゲットの正面図である。
【０１２１】
図８に示すように、本実施形態の薄膜形成装置１は、複数の補正小片を有する膜厚補正手段を備えている。ターゲット２２ａの前面右側には、平板状の補正小片４０ａ−１〜４０ａ−５がターゲット２２ａの長手方向に沿って一列に配設されている。また、ターゲット２２ｂの前面左側には、補正小片４０ｂ−１〜４０ｂ−５がターゲット２２ｂの長手方向に沿って一列に配設されている。各補正小片は、図７に示すように、ターゲット２２ａ，２２ｂと基板ホルダ１３との間であって、且つ、ガスを導入する導入口２９ｂ−１〜２９ｂ−５よりも基板ホルダ１３側に配置されている。
【０１２２】
補正小片４０ａ−１〜４０ａ−５は、ターゲット２２ａから所定の間隔を隔てて、ターゲット２２ａの前面に位置するように配設されている。補正小片４０ａ−１〜４０ａ−５は、ターゲット２２ａの幅方向と平行となる方向に配置され、ターゲットから飛翔する膜原料物質が基板Ｓに付着するのを遮蔽する板部材を有している。同様に、補正小片４０ｂ−１〜４０ｂ−５もターゲット２２ｂから所定の間隔を隔てて、ターゲット２２ｂの前面に位置するように配設されている。
板部材の端部には板面と垂直方向に屈曲した屈曲部が形成されており、この屈曲部には板面と平行方向に螺旋状のネジ溝が形成されている。このネジ溝には、後述する螺旋棒４３ａのネジ溝が螺合している。同様に、補正小片４０ｂ−１〜４０ｂ−５にも屈曲部及びネジ溝が形成されており、後述する螺旋棒４３ｂのネジ溝が螺合している。
【０１２３】
補正小片４０ａ−１〜４０ａ−５，４０ｂ−１〜４０ｂ−５は、真空容器１１に取り付けられた補正小片駆動手段によって、夫々がターゲット２２ａ，２２ｂの中心軸線方向に駆動可能に設置されている。本実施形態の補正小片駆動手段は、補正小片４０ａ−１〜４０ａ−５，４０ｂ−１〜４０ｂ−５を夫々駆動する補正小片駆動モータ４１ａ−１〜４１ａ−５，４１ｂ−１〜４１ｂ−５と、傘歯車を備えた原動軸４２ａ−１〜４２ａ−５，４２ｂ−１〜４２−５と、傘歯車を備えた螺旋棒４３ａ−１〜４３ａ−５，４３ｂ−１〜４３ｂ−５によって構成されている。補正小片駆動モータ４１ａ−１〜４１ａ−５，４１ｂ−１〜４１ｂ−５の出力軸は、原動軸４２ａ−１〜４２ａ−５，４２ｂ−１〜４２−５と軸線方向が一致するように接続されており、補正小片駆動モータ４１ａ−１〜４１ａ−５，４１ｂ−１〜４１ｂ−５が回動することで、原動軸４２ａ−１〜４２ａ−５，４２ｂ−１〜４２−５も夫々回動する。
【０１２４】
原動軸４２ａ−１〜４２ａ−５，４２ｂ−１〜４２−５の先端には傘歯車が固定されており、原動軸４２ａ−１〜４２ａ−５，４２ｂ−１〜４２−５の回転にともなって夫々の傘歯車が回転する。傘歯車には、螺旋棒４３ａ−１〜４３ａ−５，４３ｂ−１〜４３−５の傘歯車が噛み合わされている。螺旋棒４３ａ−１〜４３ａ−５，４３ｂ−１〜４３−５は真空容器１１の壁面を貫通している。螺旋棒４３ａ−１〜４３ａ−５，４３ｂ−１〜４３−５にはネジ溝が形成されており、このネジ溝は、前述したように、補正小片４０ａ−１〜４０ａ−５，４０ｂ−１〜４０ｂ−５のネジ溝と夫々螺合している。
【０１２５】
補正小片駆動モータ４１ａ−１〜４１ａ−５，４１ｂ−１〜４１ｂ−５の回転軸が回転すると、その回転は原動軸４２ａ−１〜４２ａ−５，４２ｂ−１〜４２−５を介して螺旋棒４３ａ−１〜４３ａ−５，４３ｂ−１〜４３−５に伝達される。螺旋棒４３ａ−１〜４３ａ−５，４３ｂ−１〜４３−５が回転すると、この回転により補正小片４０ａ−１〜４０ａ−５，４０ｂ−１〜４０ｂ−５がターゲットの中心方向へ進退する。補正小片４０ａ−１〜４０ａ−５，４０ｂ−１〜４０ｂ−５がターゲットの中心方向へ移動して、ターゲットの前面を遮蔽する面積が大きくなると、基板Ｓへ到達する膜原料物質の量が減少し、成膜レートが減少する。逆に、補正小片４０ａ−１〜４０ａ−５，４０ｂ−１〜４０ｂ−５がターゲットの中心方向と反対方向に移動して、ターゲットの前面を遮蔽する面積が小さくなると、基板Ｓへ到達する膜原料物質の量が増加し、成膜レートが増加する。
【０１２６】
補正小片駆動モータ４１ａ−１〜４１ａ−５，４１ｂ−１〜４１ｂ−５は、膜厚制御装置１００と夫々と電気的に接続されており、膜厚制御装置１００により制御される。すなわち、膜厚制御装置１００により、補正小片駆動モータ４１ａ−１〜４１ａ−５，４１ｂ−１〜４１ｂ−５をターゲットの中心方向に移動させるよう指示があると、補正小片駆動モータ４１ａ−１〜４１ａ−５，４１ｂ−１〜４１ｂ−５は一方向に回転して、補正小片４０ａ−１〜４０ａ−５，４０ｂ−１〜４０ｂ−５を夫々ターゲットの中心方向に移動させる。反対に、膜厚制御装置１００により、補正小片４０ａ−１〜４０ａ−５，４０ｂ−１〜４０ｂ−５をターゲットの中心方向と反対へ移動させるよう指示があると、補正小片駆動モータ４１ａ−１〜４１ａ−５，４１ｂ−１〜４１ｂ−５は先ほどと反対方向に回転して、補正小片４０ａ−１〜４０ａ−５，４０ｂ−１〜４０ｂ−５を夫々ターゲットの中心方向から離間するように移動させる。
【０１２７】
真空容器１１の内壁にはストッパー４５ａ，４５ｂが壁面から突出して設けられている。ストッパー４５ａ，４５ｂは、夫々平板状部材で構成され、端部が垂直方向に屈曲した形状をしている。ストッパー４５ａ，４５ｂの板状領域の端面は、真空容器１１の内壁に対して略垂直となるように壁面に固定されている。ストッパー４５ａ，４５ｂの板面上には、補正板４０ａ−１〜４０ａ−５，４０ｂ−１〜４０ｂ−５の屈曲部の端面が夫々当接しており、螺旋棒４３ａ−１〜４３ａ−５，４３ｂ−１〜４３ｂ−５の回動に伴って、補正板４０ａ−１〜４０ａ−５，４０ｂ−１〜４０ｂ−５はストッパー４５ａ，４５ｂの板面上を摺動する。ストッパー４５ａ，４５ｂには屈曲部が設けられているため、補正板４０ａ，４０ｂがターゲット中心方向へ移動しても、補正板４０ａ−１〜４０ａ−５，４０ｂ−１〜４０ｂ−５の屈曲部とストッパー４５ａ，４５ｂの屈曲部とが衝突するため、補正板４０ａ−１〜４０ａ−５，４０ｂ−１〜４０ｂ−５が螺旋棒４３ａ−１〜４３ａ−５，４３ｂ−１〜４３ｂ−５から脱落しないようになっている。
【０１２８】
本実施形態では、補正小片４０ａ−１〜４０ａ−５，４０ｂ−１〜４０ｂ−５の移動手段としてモータを用いているが、本発明の補正小片駆動手段としてはこのようなモータを用いるものに限定されず、例えば真空容器１１外部に複数の油圧シリンダを設けて、油圧により夫々の補正小片をターゲットの中心方向へ進退させる構成としてもよい。
【０１２９】
本実施形態に係る薄膜形成装置は、上述のように複数の導入口を供えたガス供給手段と、複数の補正小片を備えた膜厚補正手段を備えており、膜物性値測定手段で取得した膜厚分布に基づいて、所定の導入口から導入されるガスの流量を調整したり、所定の補正小片を進退したりすることにより、局所的に成膜レートを調整することで、複数の基板間で均一な膜厚を有する薄膜を形成することが可能となっている。以下に、膜物性値測定手段で取得した膜厚分布に基づいて、成膜レートを調整する方法について詳細に説明する。
【０１３０】
図９に示すように、補正小片４０ａ側の真空容器１１側壁には、第一の実施形態と同様に、受光部としての複数の光ファイバ３１−１〜３１−５が設けられている。光ファイバ３１−１〜３１−５は、夫々補正小片４０ａ−１〜４０ａ−５よりも基板Ｓ側の真空容器１１内壁に配設されており、夫々の端面をプラズマＰ方向へ向けている。光ファイバ３１−１〜３１−５は真空容器１１の側壁を貫通して外部へ延出しており、光学測定装置３３に接続している。光学測定装置３３は、本発明の第一の実施形態において説明したものと同じ装置である。
光ファイバ３１−１〜３１−５の設置位置としては、本実施形態のように補正小片４０ａ側に限定されず、補正小片４０ｂ側であってもよい。
【０１３１】
続いて、本実施形態の膜厚制御装置１００を用いて基板Ｓの表面に形成される薄膜の膜厚を測定し、この膜厚分布に基づいて薄膜形成工程を制御する方法について説明する。本実施形態においても第一の実施形態と同様に、ターゲット２２ａ，２２ｂとしてケイ素、不活性ガスとしてアルゴン、反応性ガスとして酸素を用いた例について説明する。
なお、本実施形態の真空容器やスパッタ手段、プラズマ発生手段などは第一の実施形態における真空容器等と同じ装置や部材を使用することができる。
【０１３２】
第一の実施形態と同様に、成膜プロセス領域２０にアルゴンガスが供給されて、ターゲット２２ａ，２２ｂの周辺が不活性ガス雰囲気になった状態で、マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂに交流電源２４から交番電極が印加されると、ターゲット２２ａ，２２ｂ前面にはプラズマＰが発生する。
プラズマＰで発光する光は、光ファイバ３１−１〜３１−５で受光されて光学測定装置３３へ伝送される。光学測定装置３３では、光ファイバ３１−１〜３１−５で伝送された光を所定の波長の強度が測定される。光学測定装置３３は膜厚制御装置１００に電気的に接続されており、光ファイバで受光した光の強度に関する情報を伝送する。膜厚制御装置１００は、伝送された光の強度を膜厚に関する情報として取得する。この光の強度は、第一の実施形態で述べたように、基板Ｓの表面に形成される薄膜の膜厚を反映している。
【０１３３】
膜厚制御装置１００は、補正小片駆動モータ４１ａ−１〜４１ａ−５，４１ｂ−１〜４１ｂ−５と電気的に接続されており、補正小片駆動モータ４１ａ，４１ｂにより補正小片４０ａ−１〜４０ａ−５，４０ｂ−１〜４０ｂ−５を移動する制御を行っている。
光ファイバ３１−１を通じて観測されたケイ素原子（Ｓｉ）や酸化ケイ素（ＳｉＯ）の光の強度が基準値よりも高い場合は、膜厚制御装置１００は補正小片４０ａ−１及び４０ｂ−１を夫々ターゲットの中心軸線方向へ移動させるようにモータ４１ａ−１及び４１ｂ−１を駆動する。
補正小片４０ａ−１，４０ｂ−１がターゲットの中心軸線方向へ移動すると、ターゲット２２ａ，２２ｂの前面が補正小片により遮蔽され、ターゲットから基板Ｓの表面に飛翔する膜原料物質の量が減少する。従って、補正小片４０ａ−１，４０ｂ−１を回転ドラム１３に投影した領域の基板に形成される薄膜の膜厚が減少して、複数の基板間や、単一の基板であってもその基板の表面の位置における膜厚分布のばらつきが減少する。
【０１３４】
逆に、光ファイバ３１−１を通じて観測されたケイ素原子（Ｓｉ）や酸化ケイ素（ＳｉＯ）の光の強度が基準値よりも低い場合は、膜厚制御装置１００は補正小片４０ａ−１及び４０ｂ−１を夫々ターゲットの中心軸線方向から離れるようにモータ４１ａ−１及び４１ｂ−１を駆動する。
補正小片４０ａ−１，４０ｂ−１がターゲットの中心軸線方向から離れる位置へ移動すると、ターゲット２２ａ，２２ｂの前面において補正小片により遮蔽される面積が小さくなり、ターゲットから基板Ｓの表面に飛翔する膜原料物質の量が増加する。従って、補正小片４０ａ−１，４０ｂ−１を回転ドラム１３に投影した領域の基板に形成される薄膜の膜厚が増加して、基板間やひとつの基板表面における膜厚分布のばらつきが減少する。
【０１３５】
以上の工程により、基板表面に形成される膜厚分布を均一にすることが可能となる。
なお、膜厚制御の基準となる情報は、発光強度に限定されず、第一の実施例で述べたように光の強度を所定時間毎に加算した積分値であってもよい。
【０１３６】
上記第一の実施形態及び第二の実施形態では、基板表面に形成される薄膜の膜厚を、複数の基板間や、単一の基板であってもその基板の表面の位置において均一となるように制御を行っているが、本発明の薄膜形成装置を用いることで、各基板間で膜厚に所望のばらつきをもたせたり、基板表面の位置によって膜厚を意図的に変化させたりすることも可能である。
【０１３７】
また、上記第一の実施形態及び第二の実施形態では、一種類の材料からなるターゲット２２ａ，２２ｂを用いてスパッタを行う例について説明しているが、薄膜形成装置の内壁に第二のスパッタ手段を設けて、第一のスパッタ手段のターゲットとは異なる材料からなるターゲットを保持させて、夫々のスパッタ手段で異なる材料を基板に付着させる構成とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】第一の実施形態に係る薄膜形成装置を上面から見た部分断面図である。
【図２】第一の実施形態に係る薄膜形成装置を側面から見た部分断面図である。
【図３】図１の成膜プロセス領域周辺を拡大して示した説明図である。
【図４】図１の矢視Ａ方向から見たターゲットの正面図である。
【図５】光ファイバの真空容器壁面への取付け状態を説明する斜視図である。
【図６】第一の実施形態における成膜処理工程の流れを示すフローチャートである。
【図７】第二の実施形態に係る薄膜形成装置の成膜プロセス領域周辺を拡大して示した説明図である。
【図８】図６の矢視Ｂ方向から見たターゲットの正面図である。
【図９】図６の矢視Ｃ方向から見たターゲットの正面図である。
【符号の説明】
【０１３９】
１    薄膜形成装置
１１    真空容器
１１ａ    開口
１１Ａ    薄膜形成室
１１Ｂ    ロードロック室
１１Ｃ    扉
１１Ｄ    扉
１２    仕切壁
１３    回転ドラム（基体保持手段）
１３ａ    基板保持具
１３ｂ    フレーム
１３ｃ    締結具
１４    仕切壁
１５    真空ポンプ
１５ａ    配管
１７ｂ    ドラム回転軸
１７    モータ
１７ａ    回転軸
１８ｂ    ドラム回転軸
１８ａ    回転軸
２０    成膜プロセス領域
２０Ａ    スパッタ手段
２１ａ，２１ｂ    マグネトロンスパッタ電極（スパッタ電極）
２２ａ，２２ｂ    ターゲット
２２ａ，２２ｂ    ターゲット
２３    トランス
２４    交流電源
２５    マスフローコントローラ（流量調整手段）
２６    スパッタガスボンベ
２７    マスフローコントローラ（流量調整手段）
２８    反応性ガスボンベ
２９ａ    配管（供給路）
２９ｂ    導入口
２９ｃ    配管
２９ｄ    配管
３１    光ファイバ（受光部）
３２    カバー
３３    光学測定装置（光学測定部）
３４    シャッター（遮蔽部材）
３５    支持棒
３６    モータ（遮蔽部材駆動手段）
４０ａ，４０ｂ        補正小片
４０ａ，４０ｂ        補正小片
４１ａ，４１ｂ        補正小片駆動モータ（補正小片駆動手段）
４１ａ，４１ｂ        補正小片駆動モータ（補正小片駆動手段）
４２ａ，４２ｂ        原動軸
４３ａ，４３ｂ        螺旋棒
４５ａ，４５ｂ        ストッパー
６０    反応プロセス領域
６０Ａ    プラズマ発生手段
６１    ケース体
６１Ａ    アンテナ収容室
６２    誘電体板
６３    アンテナ
６４    マッチングボックス
６５    高周波電源
６６    マスフローコントローラ
６７    反応性ガスボンベ
６８    配管
１００    膜厚制御装置
Ｐ    プラズマ
Ｓ    基板（基体）
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３    バルブ
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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