(57)【要約】【課題】成膜装置および成膜方法において、成膜を繰り返しても、顆粒材料の形状を正確に制御することにより基板ごとの膜厚のバラツキを低減することができるようにする。【解決手段】真空槽２内で、顆粒材料６をターゲット材料として基板４上に薄膜を成膜する成膜装置１であって、基板４に向かい合う位置に顆粒材料６を集積させて保持する保持容器５と、保持容器５に集積された顆粒材料６の集積表面を一定形状に整形する整形機構１２を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内で、顆粒材料をターゲット材料として基板上に薄膜を成膜する成膜装置であって、
前記基板に向かい合う位置に前記顆粒材料を集積させて保持する保持容器と、
該保持容器に集積された前記顆粒材料の集積表面を一定形状に整形する整形機構とを備えることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記整形機構は、
前記一定形状を形成する整形面を有する整形部材と、
該整形部材を、前記顆粒材料の集積表面に対向する方向から、前記顆粒材料に押圧する整形部材押圧機構部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記整形面は、平面からなることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記整形面は、押圧方向に凸状の湾曲面を備えることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記整形機構は、
前記成膜時に前記顆粒材料の消費量が最大となる部位に対応する凹みを有する凹状の湾曲面を有する押圧部材と、
該押圧部材を、前記顆粒材料の集積表面に対向する方向から、前記顆粒材料に押圧する押圧部材押圧機構とを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項６】
前記保持容器に前記顆粒材料を供給する材料供給機構を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項７】
真空槽内で、顆粒材料をターゲット材料として基板上に薄膜を成膜する成膜方法であって、
前記基板に向かい合う位置に配置された保持容器に、前記顆粒材料を集積させる顆粒材料供給工程と、
前記保持容器に集積された前記顆粒材料の集積表面の形状を一定形状に整形する整形工程と、
前記保持容器に集積された前記顆粒材料をターゲット材料として前記基板を成膜する成膜工程とを備え、
前記顆粒材料供給工程、前記整形工程を１回行ってから、複数の基板に対して前記成膜工程を行い、
前記複数の基板のすべてに対して前記成膜工程を行う間に、少なくとも１回、前記成膜工程を中断して、前記整形工程を行うことを特徴とする成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置および成膜方法に関する。例えば、顆粒材料をターゲット材料として基板上へ薄膜を成膜する成膜装置および成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、デジタルカメラ、顕微鏡、内視鏡などの光学機器には、反射防止膜やダイクロイックフィルターなどの光学薄膜が成膜された光学素子が用いられている。これら光学薄膜の成膜は、一般には真空蒸着装置が用いられる。しかしながら、近年、プラスチック等の耐熱性の低い材料の基板に対し無加熱で成膜しても優れた密着性が得られ、さらに、成膜速度が安定しているために成膜中の膜厚の監視を行う必要がないことから、マグネトロンスパッタリング装置による成膜も行われている。
例えば、このようなマグネトロンスパッタリング装置の一例として、特許文献１には、真空槽の上部にレンズ等の基板を配置し、この下方部に、ターゲット材料である酸化マグネシウムの粉末（顆粒材料）をチタン製のトレーに収め、ヒーターおよび断熱プレートを介してマグネトロン放電用磁石上に積載してカソード部を構成したスパッタリング装置が記載されている。
顆粒材料の集積物をスパッタリングすると、ターゲットの集積表面にエロージョンと呼ばれる局所的な消耗が発生する。このエロージョンは、成膜を繰返すことで増大し、ターゲットの集積表面の形状が凹状に変化し、それにともない、ターゲット材料表面からの粒子の飛散方向も変化する。その結果、成膜を繰り返すと、基板上の膜厚が不均一になるなどの支障が生じる。
そこで、特許文献１のスパッタリング装置では、水平振動発生装置を設け、振動によって顆粒材料が消耗したエロージョン部に顆粒材料を供給されるようにしている。具体的には、トレーの端部に振動吸収剤を設けて、水平振動発生装置によって一方向に進む進行波を発生させて顆粒材料を搬送する形態と、トレーの端部を振動反射手段である固定治具で固定し、水平振動発生装置によって、振動の腹がエロージョンの位置に一致する定在波を発生させる形態とが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２９８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の成膜装置および成膜方法には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術のうち、進行波を用いる形態では、顆粒材料を供給、移動させて、エロージョンによる消耗を補うことができるもの、振動の進行波によって搬送するため、顆粒材料の集積表面の形状を正確に制御することができない。そのため、集積表面に形状が制御できない凹凸が残り、エロージョンが発生する前の表面形状を正確には回復することができない。そのため、集積表面の凹凸に応じた基板の膜厚の不均一性が残るという問題がある。
また、特許文献１に記載の技術のうち、定在波を用いる形態では、振動の腹と節とでは顆粒材料の運動エネルギーが異なるため、振動の腹と節の形状に対応して、ある程度顆粒材料が移動すると考えられるが、顆粒材料の集積表面の形状を目的に合うような形状へ正確に制御することはできないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、成膜を繰り返しても、顆粒材料の形状を正確に制御することにより基板ごとの膜厚のバラツキを低減することができる成膜装置および成膜方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の成膜装置は、真空槽内で、顆粒材料をターゲット材料として基板上に薄膜を成膜する成膜装置であって、前記基板に向かい合う位置に前記顆粒材料を集積させて保持する保持容器と、該保持容器に集積された前記顆粒材料の集積表面を一定形状に整形する整形機構とを備える構成とする。
【０００７】
また、本発明の成膜装置では、前記整形機構は、前記一定形状を形成する整形面を有する整形部材と、該整形部材を、前記顆粒材料の集積表面に対向する方向から、前記顆粒材料に押圧する整形部材押圧機構部とを備えることが好ましい。
【０００８】
また、本発明の整形部材および整形部材押圧機構部を備える成膜装置では、前記整形面は、平面からなることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の整形部材および整形部材押圧機構部を備える成膜装置では、前記整形面は、押圧方向に凸状の湾曲面を備えることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の成膜装置では、前記整形機構は、前記成膜時に前記顆粒材料の消費量が最大となる部位に対応する凹みを有する凹状の湾曲面を有する押圧部材と、該押圧部材を、前記顆粒材料の集積表面に対向する方向から、前記顆粒材料に押圧する押圧部材押圧機構部とを備えることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の成膜装置は、前記保持容器に前記顆粒材料を供給する材料供給機構を備えることが好ましい。
【００１２】
本発明の成膜方法は、真空槽内で、顆粒材料をターゲット材料として基板上に薄膜を成膜する成膜方法であって、前記基板に向かい合う位置に配置された保持容器に、前記顆粒材料を集積させる顆粒材料供給工程と、前記保持容器に集積された前記顆粒材料の集積表面の形状を一定形状に整形する整形工程と、前記保持容器に集積された前記顆粒材料をターゲット材料として前記基板を成膜する成膜工程とを備え、前記顆粒材料供給工程、前記整形工程を１回行ってから、複数の基板に対して前記成膜工程を行い、前記複数の基板のすべてに対して前記成膜工程を行う間に、少なくとも１回、前記成膜工程を中断して、前記整形工程を行う方法とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の成膜装置および成膜方法によれば、成膜を続けることでエロージョンが発生した顆粒材料の集積表面の形状を、成膜開始時の顆粒材料の集積表面の形状に戻してから成膜を行うことができるので、成膜を繰り返しても、顆粒材料の形状を正確に制御することにより基板ごとの膜厚のバラツキを低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る成膜方法の整形工程を示す工程説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る成膜方法の各工程における顆粒材料の集積表面の様子を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る成膜方法の成膜工程を示す工程説明図である。
【図５】エロージョンによる基板上の膜厚の変化の一例を示すグラフである。
【図６】本発明の第１の実施形態の変形例に係る成膜装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る成膜方法の整形工程について順次説明する工程説明図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１６】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る成膜装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【００１７】
本実施形態の成膜装置１の概略構成は、図１に示すように、顆粒材料６をターゲット材料とするスパッタリングによって、例えば、レンズ、プリズム、平板等の被成膜物である基板４の表面に薄膜を成膜する装置であって、真空槽２内に、基板保持部３、マグネトロンカソード７、保持容器５、シャッタ１４、ガス導入管１０、および整形機構１２を備える。
以下では一例として、基板４がレンズであり、基板４の表面に低屈折材料であるフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）の単層膜を成膜する場合の例で説明する。なお、図１は模式図のため、基板４は単純化して矩形断面を有する形状に描いているが、これは基板４が平板に限定されることを意味するものではない。実際の被成膜面は、レンズ形状に応じて、凹面、凸面などの適宜形状の表面に形成されている。
顆粒材料６は、例えば、粒径０．１ｍｍ〜３ｍｍのＭｇＦ２の顆粒体からなるものとする。
【００１８】
基板保持部３は、下面側に１回の成膜工程で成膜する基板４、すなわち１バッチ分の基板４を保持する保持体３ａと、鉛直軸を中心として保持体３ａを回転させる回転機構３ｂとからなり、真空槽２内の上部において、下方に配置された保持容器５およびマグネトロンカソード７に対して斜め方向に向かい合って配置されている。このため、回転機構３ｂの回転軸は、保持容器５の中心に対して水平方向にわずかにずらされた位置に配置されている。
本実施形態の保持体３ａは、上下方向に貫通する複数の孔部（不図示）を備える円板部材であり、複数の孔部にそれぞれ基板４が嵌め込まれて保持されている。基板４の個数は１個以上であればよく、本実施形態では、２個としている。
ただし、保持体３ａは、このような円板状に限定されるものではなく、例えば蒸着などで一般に用いられる平板ドーム、球面ドーム、平面ドーム、段付きドーム等の形態を適宜採用することができる。
また、基板４は、保持体３ａに保持できれば、貫通孔への嵌め込みには限定されず、下面側に開口した複数の穴部等であってもよい。
また、保持体３ａは、不図示の交換機構によって、未成膜の次バッチの基板４を保持させた他の保持体３ａと交換可能し、真空槽２の外部に搬出できるように設けられている。
【００１９】
回転機構３ｂは、例えば、モータと回転支軸との組合せからなり、保持体３ａを真空槽２の上部で回転可能に保持するものである。
回転機構３ｂは、真空槽２の外部に設けられた装置制御部１３に電気的に接続され、装置制御部１３からの制御信号に応じて、回転の起動停止、および回転速度が制御されるようになっている。
【００２０】
マグネトロンカソード７は、ターゲット材料の表面に平行磁場を形成してプラズマを発生させるものであり、真空槽２の外部のマッチングボックス８を介して、高周波電源９に接続されている。本実施形態のマグネトロンカソード７は、中心がＳ極７ｂ、外周側がＮ極７ａの複数のマグネットを備えている。
高周波電源９は、本実施形態では、１３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加できるものを採用している。マッチングボックス８、高周波電源９は、それぞれ装置制御部１３に電気的に接続され、装置制御部１３からの制御信号によって、それぞれの動作を制御できるようになっている。
【００２１】
保持容器５は、顆粒材料６を基板４に向かい合う位置に集積させて保持するもので、本実施形態では、一例として、内径φ１２０ｍｍ、内径高さ５ｍｍの上側に開口した有底円筒状の石英製の皿からなる。
保持容器５は、内径の中心をＳ極７ｂの中心に略合わせた状態で、マグネトロンカソード７の上面に載置されている。
【００２２】
シャッタ１４は、不図示の開閉機構により基板４と保持容器５との間に進退動作を行い、顆粒材料６からスパッタされた材料が基板４に到達しないようにスパッタされた材料の飛散経路を遮蔽する閉状態（図１の状態）と、顆粒材料６からスパッタされた材料が基板４に到達するように飛散経路を開放する開状態とを切り換える部材である。不図示の開閉機構は、装置制御部１３に電気的に接続され、装置制御部１３の制御信号によって、開閉動作が制御できるようになっている。
【００２３】
ガス導入管１０は、真空引きされた真空槽２内に、不図示のガス供給源からプラズマを形成するためのガス、例えば酸素ガス、アルゴンガスなどを供給するものである。
【００２４】
整形機構１２は、保持容器５に集積された顆粒材料６の集積表面を一定形状に整形するもので、整形部材１２Ａおよび整形部材押圧機構１２Ｂからなる。
整形部材１２Ａは、保持容器５の内径部に嵌合する外形を有し、下面に顆粒材料６の集積表面を平面に整形するための平面からなる整形面１２ｂが設けられた円板部１２ａが、アーム１２ｃによって水平方向に保持されてなる。
整形部材押圧機構１２Ｂは、整形部材１２Ａのアーム１２ｃを鉛直軸回りに回転可能かつ鉛直軸方向に沿って移動可能に保持する機構であり、例えば、回転モータおよびエアシリンダの組合せからなる。
整形部材押圧機構１２Ｂは、装置制御部１３と電気的に接続され、これにより、回転モータを回転させることで、整形部材１２Ａの円板部１２ａを、保持容器５の内径部を上方から覆う進出位置（図１参照）と、保持容器５の上方から退避する退避位置との間で、水平方向の配置位置を切り換えることができるようになっている。
また、円板部１２ａを進出位置に位置させた状態でエアシリンダを作動させることによって、整形部材１２Ａの円板部１２ａの外形を保持容器５の内径部に位置合わせして昇降させることができる。このため、整形部材１２Ａの下降時には整形面１２ｂを保持容器５上の顆粒材料６の表面６ａの上方から押圧できるようになっている。
【００２５】
次に、成膜装置１の動作について、本実施形態の成膜方法とともに説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る成膜方法の整形工程を示す工程説明図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係る成膜方法の各工程における顆粒材料の集積表面の様子を示す断面図である。図４は、本発明の第１の実施形態に係る成膜方法の成膜工程を示す工程説明図である。図５は、エロージョンによる基板上の膜厚の変化の一例を示すグラフである。横軸は成膜のバッチ数、左縦軸は基板上の膜厚（ｎｍ）、右縦軸はエロージョン部の掘れ量（ｍｍ）を示す。
【００２６】
本実施形態の成膜方法は、成膜装置１を用いて複数の基板４の表面に薄膜を成膜する方法であり、顆粒材料供給工程、整形工程、成膜工程を備え、顆粒材料供給工程、整形工程を１回行ってから、複数の基板に対して成膜工程を行い、複数の基板のすべてに対して成膜工程を行う間に、少なくとも１回、成膜工程を中断して、整形工程を行う方法である。
【００２７】
まず、顆粒材料供給工程を行う。本工程は、マグネトロンカソード７上の保持容器５に顆粒材料６を集積させる工程である。図１に示すように、顆粒材料６が保持容器５の底面を略均等に覆い、表面６ａ（集積表面）が略平坦に均された状態となるように顆粒材料６を供給する。
また、成膜する複数の基板４を基板保持部３に取り付け、不図示の真空ポンプを用いて、５×１０−４Ｐａまで真空槽２内を排気する。そして、装置制御部１３によってシャッタ１４を閉状態として、基板４と保持容器５との間を遮蔽する。
その後、ガス導入管１０から酸素ガスを導入し、真空槽２内の圧力が４×１０−1Ｐａとなるようにする。
【００２８】
次に、整形工程を行う。本工程は、保持容器５に集積された顆粒材料６の集積表面の形状を一定形状に整形する工程である。
装置制御部１３は、整形部材押圧機構１２Ｂの回転モータを駆動して、整形部材１２Ａの円板部１２ａを進出位置に位置させる（図１参照）。さらに装置制御部１３は、エアシリンダを駆動して、アーム１２ｃを下降させ、整形面１２ｂによって保持容器５上の顆粒材料６を押圧する（図２参照）。
これにより、顆粒材料６の集積表面が整形面１２ｂの形状に倣わされ、表面６ａはより平坦な表面６ｃに整形される。整形部材１２Ａの押圧力は、スパッタリングに好適な顆粒材料６のかさ密度を考慮して設定する。本実施形態では、図３（ａ）に示すように、保持容器５の内底面から高さｈ０＝４（ｍｍ）となるように押圧力が設定されている。
高さｈ０に整形できたら、装置制御部１３は、エアシリンダによってアーム１２ｃを上昇させ、回転モータによって整形部材１２Ａを退避位置に移動させる。
以上で、１回目の整形工程が終了する。
【００２９】
次に、成膜工程を行う。本工程は、保持容器５に集積された顆粒材料６をターゲット材料として基板４上に成膜する工程である。
まず、装置制御部１３は、基板保持部３を３０ｒｐｍで回転させるとともに、高周波電源９を作動させ、マッチングボックス８を介して、マグネトロンカソード７へ１０００Ｗの高周波電力を供給する。これにより、放電が開始され、顆粒材料６の近傍にプラズマが発生する。そして、装置制御部１３は、シャッタ１４を開状態に切り換える。これにより、図４に示すように、顆粒材料６からスパッタされたＭｇＦ２が基板４に向かって飛散し、基板４の表面での成膜が進行する。
スパッタリングが進行すると、顆粒材料６は徐々に消費されていき、顆粒材料６の集積表面が表面６ｃの形状から次第に変化していく。
本実施形態では、シャッタ１４を１分間だけ開状態とすることで、目標の膜厚、例えば１００．０ｎｍのＭｇＦ２の単層膜が各基板４上に成膜される。そこで、シャッタ１４を開状態としてから１分後に閉状態として、ＭｇＦ２の飛散経路を遮蔽し、基板４上での成膜の進行を停止する。
そして、装置制御部１３は、基板保持部３の回転を停止し、不図示の入れ替え機構により、成膜が終了した基板４を真空槽２から撤去して、次のバッチの基板４に入れ替える。
そして、装置制御部１３は、基板保持部３の回転を再開し、シャッタ１４を開状態として、次の成膜工程を開始する。
【００３０】
このようにして、成膜工程を繰り返していくと、保持容器５上の底面からの顆粒材料６の集積表面の高さが変化するため、シャッタ１４の開状態の時間が一定であっても、基板４上の膜厚が変化していく。また、顆粒材料６の消費量は、マグネトロンカソード７における磁場の分布によって、顆粒材料６の表面６ｃから不均一に消費されていく。
このため、一定量の成膜が完了すると、顆粒材料６の表面は、図３（ｂ）に示すように、平坦な表面６ｃから、ごくわずかに消費されて底面からの高さがｈ１（ただし、ｈ１＜ｈ０）となる平坦な表面６ｂと、Ｎ極７ａおよびＳ極７ｂの間で激しく消費されて凹状に窪むエロージョン部１１とからなる集積表面が形成される。
エロージョン部１１が成長すると、基板４までの飛散距離や飛散方向が変化するため、エロージョン部１１からスパッタされる材料が基板４に到達しにくくなる。この結果、基板４上の膜厚の成膜速度が遅くなっていくことになる。
【００３１】
図５に示すのは、上記のような成膜工程を３０バッチ続けて行った場合のエロージョン部１１の深さの変化、および基板４上の膜厚の変化の実験例である。ここで、各バッチにおけるシャッタ１４の開状態の時間を１分間に固定している。
実線で示した折れ線１００は、各バッチの基板４上の膜厚（ｎｍ）の測定値の変化を示し、縦軸の目盛は左側に示した。膜厚の測定方法は、成膜後の基板４の反射率特性を、レンズ反射率測定機ＵＳＰＭ（商品名；オリンパス（株）製）によって測定し、ＭｇＦ２単層膜の膜厚に換算した。
点線で示した折れ線１０１は、各バッチのエロージョン部１１の最低部の高さを１バッチ目の成膜開始前の表面６ｃから測った掘れ量ｄ（ｍｍ）（図３（ｂ）参照）の変化を示し、縦軸の目盛は右側に示した。
【００３２】
折れ線１００は、１バッチ目から１３バッチ目までは、膜厚が１００ｎｍから９７．８ｎｍまで急峻に減少し、１４バッチ目から３０バッチ目までは、９７．７ｎｍから９７．１ｎｍまで、緩やかな傾きの略直線状に減少する変化を示している。
また、折れ線１０１は、折れ線１００の変化に対応して、１バッチ目から１３バッチ目までは、掘れ量が０．３ｍｍから１．７ｍｍまで急峻に増大し、１４バッチ目から３０バッチ目までは、１．８ｍｍから２．２ｍｍまで、緩やかな傾きの略直線状に増大する変化を示している。
ここで、初期バッチで掘れ量および膜厚の変化が激しいのは、エロージョン部１１が形成される初期には、スパッタされる材料の表面が平面から凹曲面に変化するため、材料の飛散方向が変化し、基板４に到達しない成分が急速に増えていくためと考えられる。ある程度の凹面が形成されると飛散方向が安定するとともに、エロージョン部１１の全体にわたって顆粒材料６の消費が進み、掘れ量、膜厚の変化は安定していく。
【００３３】
このように、図５に示す測定結果から、エロージョン部１１の掘れ量と基板４上の膜厚との間には、相関があり、基板４上の膜厚を１００ｎｍに近い厚さに保つためには、エロージョン部１１の掘れ量を低減する必要があることが分かる。
そこで、本実施形態では、エロージョン部１１の掘れ量があまり大きくならないうちに、成膜工程を中断して、整形工程を行う。
例えば、エロージョン部１１の掘れ量が約１ｍｍとなる４バッチごとに、シャッタ１４を閉状態として、高周波電力の印加を停止し、整形部材１２Ａによって、エロージョン部１１が形成された顆粒材料６を押圧する。
これにより、エロージョン部１１が解消されて、図３（ｃ）に示すように、顆粒材料６に平坦な表面６ｄが形成される。このときの保持容器５の底面から表面６ｄまでの高さｈ２は、ｈ０−ｄ＜ｈ２＜ｈ１の関係にあり、ｈ２は、ｈ１に近い高さとなる。
このため、この整形工程後に、続けて成膜工程を行うことで、５バッチ目の膜厚は、４バッチ目の膜厚９８．９ｎｍよりも１００ｎｍに近い膜厚が得られる。
【００３４】
このようにして、膜厚および掘れ量が図５に示すグラフのような関係にある場合には、例えば、下限膜厚の許容範囲が９８．９ｎｍであれば、およその目安として（ｈ０−ｈ１）が１．０ｍｍとなる４バッチごとに整形工程を行うことで、顆粒材料６を追加することなく、成膜を行うことができる。
また、下限膜厚の許容範囲が９８．１ｎｍであれば、およその目安として（ｈ０−ｈ１）が１．６ｍｍとなる１０バッチごとに整形工程を行うことで、顆粒材料６を追加することなく、成膜を行うことができる。
ただし、これらを繰り返すと、整形工程後の保持容器５の表面６ｄの高さｈ２が、次第に低下して、膜厚が低減していくため、整形工程を行う間隔は徐々に短縮することが好ましい。
【００３５】
また、製造効率上問題がなければ、整形工程は多く実施すればするほどよい。例えば、上記と同様な成膜工程を１バッチ終えるごとに、整形工程を行うことが好ましい。
この場合、１０バッチ後に、保持容器５内の顆粒材料６の質量は１ｇが消費されて８４ｇになったが、１０バッチ目の膜厚を上記のようにして測定した結果、１バッチ目と同様の１００ｎｍの膜厚が得られた。
【００３６】
なお、整形工程をどのようなタイミングで実行しても、整形工程後の（ｈ０−ｈ２）が、小さくなりすぎると、基板４の膜厚の許容範囲外となるので、総バッチ数は、成膜に要する顆粒材料６の消費量を考慮して設定する。
全バッチの成膜工程が終了したら、顆粒材料供給工程に戻って、次のバッチ群の成膜を行う。
【００３７】
このように、本実施形態の成膜方法によれば、複数の成膜工程の間に少なくとも１回整形工程を行うことにより、顆粒材料６の集積表面を平坦化することで、エロージョン部１１の発生による膜厚寸法の変化を低減することができるので、成膜を繰り返しても、各バッチ間での基板上の膜厚のバラツキを低減することができる。
整形工程の好適な実施回数および実施タイミングは、膜厚の許容範囲に応じて、予め実験などによって決めておき、装置制御部１３に記憶させておく。
また、整形工程では、顆粒材料６の集積表面を平面からなる整形面１２ｂに倣わせて平坦化するので、集積表面からのターゲット材料のスパッタリングによる飛散方向が安定し、１つの基板上での膜厚の均一性を向上する効果もある。
【００３８】
次に、本実施形態の変形例について説明する。
図６は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る成膜装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【００３９】
本変形例の成膜装置１Ａは、図６に示すように、上記第１の実施形態の成膜装置１に、材料供給機構３３を追加し、装置制御部１３に代えて、装置制御部１３Ａを備えたものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４０】
材料供給機構３３は、顆粒材料６を貯留し、貯留された顆粒材料６を必要に応じて材料供給管３３ｃから吐出して保持容器５上に供給する材料タンク３３ａと、材料タンク３３ａに設けられた材料供給管３３ｃの先端を、保持容器５上の適宜位置および保持容器５の上方から退避する位置に移動可能に支持する材料タンク支持部３３ｂとを備える。材料タンク３３ａと材料供給管３３ｃとの間には、例えば弁機構（不図示）などからなる顆粒材料６の供給量規制手段が設けられている。そして、この供給量規制手段は、装置制御部１３Ａに電気的に接続され、装置制御部１３Ａからの制御信号によって、顆粒材料６の供給量を規制できるようになっている。
【００４１】
また、材料タンク支持部３３ｂは、装置制御部１３Ａに電気的に接続され、装置制御部１３Ａからの制御信号によって材料供給管３３ｃの先端の位置を制御できるようになっている。
材料タンク支持部３３ｂに設けられた材料供給管３３ｃの先端を移動させる手段としては適宜の手段を採用することができるが、本実施形態では、材料タンク３３ａをモータによって鉛直軸回りに回転可能に支持し、材料供給管３３ｃの先端をこの回転半径上の任意の位置で停止できるようになっている。これにより、整形部材１２Ａが退避位置にあるとき、材料タンク支持部３３ｂの回転量を制御して、材料供給管３３ｃの先端を、顆粒材料６の消費の激しい保持容器５の上方位置に移動し、消費量を補う顆粒材料６を供給することができるようになっている。
【００４２】
装置制御部１３Ａは、装置制御部１３の制御機能に加えて、材料供給機構３３の材料供給管３３ｃの位置制御および材料供給管３３ｃからの顆粒材料６の供給量制御を行う機能を備える。顆粒材料６の供給位置および供給量は、成膜条件に対応するエロージョンの発生位置や顆粒材料６の消費量を実験等によって見積もることによって設定する。
【００４３】
本変形例の成膜装置１Ａの動作および本変形例の成膜方法について、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
本変形例の成膜方法では、２回目以降の整形工程と、その直前の成膜工程との間に、一定量の顆粒材料６の補給を行う顆粒材料補給工程を行う点のみが、上記第１の実施形態と異なる。
すなわち、装置制御部１３Ａは、シャッタ１４を閉状態として、整形工程を行う直前の成膜工程を終了した状態で、材料タンク支持部３３ｂを回転駆動し、材料供給管３３ｃの先端をエロージョン部１１上に位置づける。そして、装置制御部１３Ａは、材料タンク３３ａと材料供給管３３ｃとの間の供給量規制手段を制御して、一定量の顆粒材料６をエロージョン部１１上に補給する。
この状態で、上記第１の実施形態と同様に整形工程を行う。
【００４４】
このように顆粒材料補給工程を行うことによって、成膜によって消費された顆粒材料６が一定量補給されるため、整形工程後の顆粒材料６の集積表面の高さの変化を低減できる。そのため、集積表面の高さ変化による膜厚の変化が抑制され、成膜を繰り返しても安定した膜厚が再現される。
一定量の顆粒材料６は、消費された顆粒材料６と同じ量であることが好ましい。この場合、顆粒材料補給工程後の整形工程によって、顆粒材料６の集積表面の形状および高さが成膜工程前の状態となる。このため、保持容器５を真空槽２の外部に搬出することなく、最初の成膜工程と同一の条件を再現して成膜を続けることができるので、製造効率を向上することができる。
【００４５】
本変形例の実施例について説明する。
まず顆粒材料供給工程では、粒径０．１ｍｍ〜３ｍｍのＭｇＦ２の顆粒体８０ｇを、顆粒材料６として保持容器５に供給した。そして、成膜する複数の基板４を基板保持部３に取り付け、不図示の真空ポンプを用いて、５×１０−４Ｐａまで真空槽２内を排気し、装置制御部１３Ａによってシャッタ１４を閉状態とした。その後、ガス導入管１０から酸素ガスを導入し、真空槽２内の圧力が４×１０−1Ｐａとなるようにした。
次に整形工程を行い、顆粒材料６の集積表面を整形面１２ｂによって平坦化した。このとき、かさ密度は上記第１の実施形態と同様とした。このため、保持容器５の内底面から高さｈ０＝４（ｍｍ）であった。
次に成膜工程では、基板保持部３を３０ｒｐｍで回転させるとともに、高周波電源９を作動させ、マッチングボックス８を介して、マグネトロンカソード７へ９００Ｗの高周波電力を供給してプラズマを発生させ、シャッタ１４を１分間だけ開状態として、１バッチ目の成膜を行った。
そして、シャッタ１４を閉状態として、基板４の入れ替えを行ってから、２回目の成膜工程を行い、これを１０回繰り返した。
【００４６】
次に１１バッチ目では、材料供給機構３３によって、１ｇの顆粒材料６の補給を行う顆粒材料補給工程を行ってから、２回目の整形工程を行い、１１回目の成膜工程を行った。  そして、上記と同様に、１０回の成膜工程を行った。
このように、顆粒材料補給工程、整形工程、および１０回の成膜工程を繰り返して、５０バッチの成膜を行って、すべての基板４の成膜を終了した。
それぞれのバッチにおける膜厚を上記第１の実施形態と同様にして測定したところ、膜厚は９５ｎｍで一定となり、最終的な保持容器５内の顆粒材料６の質量は７９ｇであった。すなわち、１０バッチごとに１ｇの顆粒材料６が消費され、それと同様の顆粒材料６が顆粒材料補給工程で補給されていたことになる。
【００４７】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る成膜装置について説明する。
図７は、本発明の第２の実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【００４８】
本実施形態の成膜装置２１は、図７に示すように、上記第１の実施形態の成膜装置１に崩し機構部２２を追加し、装置制御部１３に代えて装置制御部１３Ｂを備えたものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４９】
崩し機構部２２は、顆粒材料６の集積表面を崩すもので、本実施形態では、押圧部材２２Ａと押圧部材押圧機構２２Ｂとからなり、整形機構１２とともに整形機構を構成している。
押圧部材２２Ａは、保持容器５の内径部に嵌合する外形を有する円板の下面側に複数の突起部２２ａを備える円板部材が、アーム２２ｂによって水平方向に保持されてなる。
突起部２２ａは、保持容器５上において、成膜時に顆粒材料６の消費量が最大となる部位に対応して凹みが形成される形状に設けられている。このため、押圧部材２２Ａの下面および突起部２２ａの表面は、全体として、エロージョン部１１の対向位置に逆方向に凹んだ凹面２２ｃ（凹状の湾曲面）を形成している。
各突起部２２ａの下側の凸端部は、他の突起部２２ａと隣接する場合、他の突起部２２ａの凸端部の先端と整列され、下側に突出する山形状の凸形状を形成している。
本実施形態では、凹面２２ｃの深さは、突起部２２ａの凸端部に対して２ｍｍに設定している。
【００５０】
押圧部材押圧機構２２Ｂは、押圧部材２２Ａのアーム２２ｂを鉛直軸回りに回転可能かつ鉛直軸方向に沿って移動可能に保持する機構であり、例えば、回転モータおよびエアシリンダの組合せからなる。
押圧部材押圧機構２２Ｂは、装置制御部１３Ｂと電気的に接続され、これにより、回転モータを回転させることで、押圧部材２２Ａを、保持容器５の内径部を上方から覆う進出位置と、保持容器５の上方から退避する退避位置との間で、水平方向の配置位置を切り換えることができるようになっている。
また、押圧部材２２Ａを進出位置に位置させた状態で、エアシリンダを作動させることで、押圧部材２２Ａの外形を保持容器５の内径部に位置合わせした状態で、昇降させ、下降時には押圧部材２２Ａの凹面２２ｃを保持容器５上の顆粒材料６の集積表面に押圧できるようになっている。
【００５１】
装置制御部１３Ｂは、装置制御部１３の制御機能に加えて、押圧部材押圧機構２２Ｂの動作を制御する機能を備える。
【００５２】
次に、本実施形態の成膜装置２１の動作および本実施形態の成膜方法について、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本発明の第２の実施形態に係る成膜方法の整形工程について順次説明する工程説明図である。
【００５３】
本実施形態の成膜方法は、上記第１の実施形態における２回目以降の整形工程のみが異なる。
上記第１の実施形態の顆粒材料供給工程、１回目の整形工程、成膜工程を行うと、図８（ａ）に示すように、顆粒材料６の集積表面が、平面状の表面６ｂと凹部であるエロージョン部１１が形成される。
この状態で行われる本実施形態の２回目の整形工程では、装置制御部１３Ｂは、押圧部材押圧機構２２Ｂを駆動して、押圧部材２２Ａを進出位置に配置し、顆粒材料６の集積表面に向かって押圧部材２２Ａを下降させる。
これにより、突起部２２ａの下端側から、顆粒材料６の集積表面に当接し、突起部２２ａの凸端部によって、顆粒材料６の集積表面が崩されていく。
【００５４】
押圧部材２２Ａの凹面２２ｃの凹みは、顆粒材料６の消費量の多いエロージョン部１１の凹部に対応して設けられているので、押圧部材２２Ａの凹面２２ｃは、表面６ｂに押圧される。押圧部材２２Ａがさらに下降されると、突起部２２ａは、まず表面６ｂを崩し、下降されるに連れて、表面６ｂを構成する顆粒材料６を凹面２２ｃの凹みに掻き寄せていく。
これにより、エロージョン部１１に表面６ｂから崩された顆粒材料６が掻き寄せられ、エロージョン部１１が埋められ、図８（ｂ）に示すように、顆粒材料６の集積表面が、凹面２２ｃにならってエロージョン部１１とは逆の凸形状の表面６ｅに整形される。
このようにエロージョン部１１の形状が解消されたら、図８（ｃ）に示すように、装置制御部１３Ｂは、押圧部材２２Ａを上昇させる。そして、押圧部材２２Ａを退避位置に移動する。
【００５５】
次に、図８（ｄ）に示すように、上記第１の実施形態の整形工程と同様にして、整形部材１２Ａの円板部１２ａを下降させ、表面６ｅを平坦化し、表面６ｄを形成する。
このとき、表面６ｅは、上端の凸部から整形面１２ｂに当接し、表面６ｅの凸部を崩しつつ整形していく。
表面６ｅは、成膜工程の集積表面が押圧部材２２Ａによって崩された後、掻き寄せられているので、顆粒材料６が移動しやすくなっており、整形部材１２Ａを下降させたときに整形面１２ｂに倣いやすくなっている。この結果、表面６ｄの整形精度を向上することができる。
例えば、エロージョン部１１の凹みが少ない場合、平坦な表面６ｂの面積が大きいため、顆粒材料６の材質や粒径等によっては、エロージョン部１１に顆粒材料６が移動しにくい場合がある。この場合、無理に平坦化しようとすると、顆粒材料６に対する押圧力が大きくなりすぎて、かさ密度が変化し膜厚の変化を来すおそれもある。
本実施形態によれば、このような場合でも、エロージョン部１１の凹みを円滑に解消し、顆粒材料６の集積表面を整形面１２ｂに正確に倣わすことができる。
【００５６】
なお、以上の説明では、表面６ｅが凹面２２ｃに完全に倣ってから、押圧部材２２Ａを上昇させる場合の例で説明したが、これは顆粒材料６の集積表面を最大限に崩した場合であり、押圧部材２２Ａの下降量はこれより少なくてもよい。表面６ｂが崩されてエロージョン部１１が一部でも解消されれば、押圧部材２２Ａによって崩しを行わない場合に比べて、整形部材１２Ａによる整形工程をより効率よく行うことができる。
押圧部材２２Ａの下降量は、本実施形態のように、整形面１２ｂが平面の場合には、エロージョン部１１の形状が解消されて略平坦になるまで程度が最も好ましい。
この場合、顆粒材料６が凹面２２ｃの形状に倣った状態で、さらに押圧が継続されて顆粒材料６を押し固めるといったおそれがなくなるので、整形部材１２Ａによる整形工程を円滑に行うことができる。
また、整形部材１２Ａによる整形を開始する際の顆粒材料６の集積表面が表面６ｅに比べて平坦な形状に近いため、整形部材１２Ａによる整形工程をより迅速に行うことができる。
【００５７】
次に本実施形態の実施例について第１の実施形態の実施例とは異なる例で説明する。
本実施例は、基板４上に反射防止膜として二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の単層膜を成膜する場合の例である。
まず顆粒材料供給工程では、顆粒材料６として、粒径０．１ｍｍ〜３ｍｍのＳｉＯ２の顆粒体８５ｇを保持容器５に供給した。そして、成膜する複数の基板４を基板保持部３に取り付け、不図示の真空ポンプを用いて、５×１０−４Ｐａまで真空槽２内を排気し、装置制御部１３によってシャッタ１４を閉状態とした。その後、ガス導入管１０から酸素ガスを導入し、真空槽２内の圧力が４×１０−1Ｐａとなるようにした。
次に１回目の整形工程を行い、顆粒材料６の集積表面を整形面１２ｂによって平坦化した。このとき、かさ密度を考慮して、保持容器５の内底面から高さｈ０＝４（ｍｍ）とした。
次に成膜工程では、基板保持部３を３０ｒｐｍで回転させるとともに、高周波電源９を作動させ、マッチングボックス８を介して、マグネトロンカソード７へ１４００Ｗの高周波電力を供給してプラズマを発生させ、シャッタ１４を１分間だけ開状態として、１バッチ目の成膜を行った。
【００５８】
そして、シャッタ１４を閉状態として、基板４の入れ替えを行いつつ、シャッタ１４の下方では、以下のように、２回目の整形工程を行った。
すなわち、まず、押圧部材２２Ａを進出位置に配置して、下降させ、突起部２２ａの凸端部が、約２ｍｍだけ、表面６ｂに食い込むように押圧部材２２Ａを下降させた。
次に、押圧部材２２Ａを上昇させ、整形部材１２Ａを進出位置に移動して、整形部材１２Ａを下降させ、表面６ｅを平坦化した。
そして、整形部材１２Ａを上昇させ、退避位置に退避させて、２回目の整形工程を終了し、次に、２回目の成膜工程を行った。
【００５９】
このようにして、以後、３回目以降の整形工程、成膜工程を繰り返して、合計２０バッチの成膜を行って、すべての基板４の成膜を終了した。
それぞれのバッチにおける膜厚を上記第１の実施形態と同様にして測定したところ、膜厚は９０ｎｍで一定となり、最終的な保持容器５内の顆粒材料６の質量は８３ｇであった。
【００６０】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る成膜装置について説明する。
図９は、本発明の第３の実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【００６１】
本実施形態の成膜装置３１は、図９に示すように、上記第１の実施形態の成膜装置１の整形機構１２に代えて、整形機構１５を備えたものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６２】
整形機構１５は、上記第１の実施形態の整形部材１２Ａに代えて、整形部材１５Ａを備える。整形部材１５Ａは、整形部材１２Ａの円板部１２ａの整形面１２ｂ上に、押圧方向側に凸状の凸面部１５ｂ（凸状の湾曲面）を設けたものである。
凸面部１５ｂは、図９に示すように、一定量の成膜を行った場合に発生するエロージョン部の位置、形状に近似して設けられた凸形状からなる。
このため、上記第１の実施形態と同様に整形工程を行うと、整形後の顆粒材料６の集積表面は、整形部材１５Ａの平面部１５ａに対応して平面６ｆが形成され、整形部材１５Ａの凸面部１５ｂに対応して凹面６ｇが形成される点が、上記第１の実施形態と異なる。
【００６３】
上記第１の実施形態に説明したように、成膜の結果発生するエロージョン部１１は、初期には、掘れ量が大きく、一定のバッチ数を超えるとバッチ数に応じて略一定の変化率となり、基板４の膜厚は、これと対応して膜厚が薄くなる傾向にある。
したがって、整形部材１５Ａによって、エロージョン部１１を模擬した凹面６ｇを形成しておくことにより、バッチ数に対する膜厚の変化率を低減することができる。ただし、膜厚は、平坦化する場合に比べて薄くなるので、必要に応じて他の手段、例えばマグネトロンカソード７への高周波電力を増大するなどして、膜厚の絶対値を調整しておく。
【００６４】
例えば、図５に示す例では、掘れ量の変化が略一定となり、これに対応して基板４上の膜厚の変化が略一定となる１４バッチ目の集積表面の形状に整形できるように、凸面部１５ｂの突出高さを１．７ｍｍとする。これにより、膜厚の変化率を略最小化することができる。また、凸面部１５ｂを設ける範囲については、１４バッチ成膜後のエロージョン部１１の位置、大きさを実測して、設定することができる。
ただし、凸面部１５ｂの突出高さは、必要に応じて適宜設定することができる。例えば、７バッチ目〜１４バッチ目に対応して、１．４ｍｍ〜１．７ｍｍの間で設定してもよく。また、４バッチ目に対応して、１．０ｍｍに設定してもよい。
【００６５】
本実施形態の成膜装置３１によれば、整形工程後に行う成膜工程における膜厚の変化率を低減することができるので、成膜工程を繰り返しても基板４の膜厚の変化を低減することができる。
したがって、基板４の膜厚の許容範囲が同じであれば、第１の実施形態に比べて、整形工程の実施回数を低減することができるので、効率的な成膜を行うことができる。
【００６６】
なお、本発明の技術範囲は上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種種の変更を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態ではスパッタリング法による成膜を行うとしているが、これに限定されるのではなく、真空蒸着法、イオンプレーティング法、イオンアシスト蒸着法であっても構わない。
【００６７】
また、上記の説明では、ガス導入管１０から導入する導入ガスは酸素ガスの場合の例で説明したが、他にアルゴンガスや窒素ガスなど、あるいはこれらのいずれかを混合ガスなどでも良い。
【００６８】
また上記の説明では、崩し機構部として、押圧部材押圧機構によって、押圧部材を顆粒材料の集積表面に対向する方向から押圧する構成の例で説明したが、突起部を集積表面に食い込ませた状態で水平方向に移動させることによって崩す崩し機構部を採用してもよい。
また、上記の説明では、整形機構１２と、崩し機構部２２とがそれぞれ別体で設けられた場合の例で説明したが、押圧部材押圧機構２２Ｂを整形部材押圧機構１２Ｂと兼用し、整形部材押圧機構１２Ｂによって、押圧部材２２Ａによる押圧動作と、整形部材１２Ａによる整形動作とを切り換えて行うようにしてもよい。
【００６９】
また、上記の説明では、装置制御部を備えることによって、複数の基板の成膜を自動的に行う場合の例で説明したが、整形工程、顆粒材料補給工程、成膜工程の実行タイミングは、適宜の操作部などを介して手動で切り換えられるようにしてもよい。
【００７０】
また、上記の各実施形態、変形例に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１、１Ａ、２１、３１  成膜装置
２  真空槽
３  基板保持部
４  基板
５  保持容器
６  顆粒材料
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ  表面（集積表面）
６ｆ  平面（集積表面）
６ｇ  凹面（集積表面）
７  マグネトロンカソード
８  マッチングボックス
９  高周波電源
１０  ガス導入管
１１  エロージョン部（集積表面）
１２、１５  整形機構
１２Ａ、１５Ａ  整形部材
１２Ｂ  整形部材押圧機構
１２ｂ  整形面
１３、１３Ａ、１３Ｂ  装置制御部
１４  シャッタ
１５ｂ  凸面部（凸状の湾曲面）
２２  崩し機構部
２２Ａ  押圧部材
２２Ｂ  押圧部材押圧機構
２２ａ  突起部
２２ｃ  凹面（凹状の湾曲面）
３３  材料供給機構
【図１】
2011046980.tif 000003
【図２】
2011046980.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2011046980.tif 000007
【図６】
2011046980.tif 000008
【図７】
2011046980.tif 000009
【図８】
2011046980.tif 000010
【図９】
2011046980.tif 000011