(57)【要約】【課題】  複数の材料から形成される混合膜や多層膜を最適な条件にて、被成膜対象物上に成膜するのに好適な薄膜形成装置、及びこの装置による薄膜形成方法、並びにこの薄膜形成方法によって成膜された光学素子を提供すること。【解決手段】  チャンバ１２内に配設された光学ガラス平板からなる基板（被成膜対象物）１４と、この基板１４に対向して配設されたＳｉターゲット１６，Ｎｂターゲット１８と、リング状に配設され各ターゲットに電力を印加する電源２２，２４と、基板１４に高周波電力を印加する高周波電源（高周波供給機構）２８とを備えている。また、基板１４と各ターゲット１６，１８との中間位置には、一対の遮蔽板３０Ａ，３０Ｂと、シャッター４５とが配設されている構成とした。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内に配設された被成膜対象物と、該被成膜対象物に対向して配設された少なくとも二つ以上の同一材料、及び、少なくとも二つ以上の異なる材料のうち少なくとも一方を含む複数のターゲットとを備え、これらのターゲットの少なくとも一つをスパッタリングして前記被成膜対象物上に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
前記被成膜対象物と前記ターゲットとの中間位置に前記ターゲット毎に配設され前記スパッタリングにより放出された前記ターゲット材料が通過可能な開口部を有する仕切部材と、前記開口部を前記ターゲット毎に個別の開口面積に設定可能な開口部調整機構とを備えていることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
前記開口部の開口面積が可変であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
前記被成膜対象物と前記ターゲットとの間に前記仕切部材とは別に配設され前記ターゲット材料の前記被成膜対象物への到達を阻止するシャッターを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
前記ターゲット間に配設されて前記ターゲットが配設される領域を互いに分離して仕切る防着板を備えていることを特徴とする請求項１から３の何れか記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
前記防着板が、前記ターゲット間に配設されて前記ターゲットが配設される領域を互いに分離して仕切るとともに、前記ターゲットから前記被成膜対象物に向けて前記ターゲット材料が飛散する最大領域を規定する防着部材を備えていることを特徴とする請求項４に記載の薄膜形成装置。
【請求項６】
前記開口部が前記ターゲットに対向する位置に配設され、
前記被成膜対象物を各ターゲットの対向する位置で交互に移動させる対象物移動機構を備えていることを特徴とする請求項１から５の何れか記載の薄膜形成装置。
【請求項７】
前記ターゲットが円周上に配設され、
前記対象物移動機構が、前記被成膜対象物を前記円周に沿って回転移動させる対象物回転機構であることを特徴とする請求項６記載の薄膜形成装置。
【請求項８】
前記仕切部材が、互いの間に前記開口部を有する一対の遮蔽板であり、
前記開口部調整機構が、前記一対の遮蔽板を互いに近接又は離間可能に相対移動させる駆動機構を有していることを特徴とする請求項１から７の何れか記載の薄膜形成装置。
【請求項９】
複数の前記ターゲットの数に比して、一ターゲットにつき、導入されるガスが少なくともアルゴンガス一系統以上、酸素ガス一系統以上を備えていることを特徴とする請求項１から８の何れか一つに記載の薄膜形成装置。
【請求項１０】
複数の前記ターゲットの間に、前記被成膜対象物に形成する薄膜の光学特性値を計測可能な光学式測定機構を少なくとも一つ以上備えていることを特徴とする請求項１から９の何れか一つに記載の薄膜形成装置。
【請求項１１】
前記光学式測定機構は、前記被成膜対象物に透過率又は反射率の測定用光を集光する投光側光学系と、
該投光側光学系に光を送る光源と、
該光源からの光を前記投光側光学系に導く投光側伝達部材と、
前記投光側光学系を保持する投光側光学部材と、
前記被成膜対象物からの光を集光する受光側光学系と、
該受光側光学系を保持する受光側光学部材と、
光を伝達する受光側伝達部材と、
伝達された受光量を演算する演算機と、
該演算機から前記シャッターへ信号を送る信号系とを備えていることを特徴とする請求項１０に記載の薄膜形成装置。
【請求項１２】
前記光学式測定機構が、前記薄膜形成中に一波長以上の波長で前記被成膜対象物の反射率、或いは、前記被成膜対象物の透過率の変化量を測光し、前記薄膜の光学膜厚を判定する機構であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の薄膜形成装置。
【請求項１３】
前記光学式測定機構が、二層以上の薄膜形成に際し層間において一波長以上の波長で反射率、或いは、透過率の分光特性を測定し、形成された層までの分光特性と比較し、分光特性の差分からその層以降の成膜条件にフィードバックする機構であることを特徴とする請求項１２に記載の薄膜形成装置。
【請求項１４】
前記ターゲットに対向して前記被成膜対象物と前記シャッターとの間に配され、前記被成膜対象物上に形成される膜厚を前記対象物移動機構内で均一とする、或いは、徐々に変化させる補正手段が設けられていることを特徴とする請求項６から１３の何れか記載の薄膜形成装置。
【請求項１５】
前記補正手段が、前記開口部を遮蔽可能な大きさに形成された膜厚補正板と、
該膜厚補正板の外周面に接続され、前記開口部の開口幅に同期して前記膜厚補正板を回動可能とされた回動軸とを備えていることを特徴とする請求項１４に記載の薄膜形成装置。
【請求項１６】
前記被成膜対象物への薄膜形成時に、前記ターゲット上に生ずるプラズマを一波長以上の波長で測定し、前記ターゲットの材料が持つ発光強度の変動量から前記ターゲットに印可する電力、電流、及び電流のうち少なくとも一つを調整可能なフィードバック機構を備えていることを特徴とする請求項１から１５の何れか一つに記載の薄膜形成装置。
【請求項１７】
前記チャンバ内に導入されたガスをイオン化して前記被成膜対象物に照射するイオン照射機構を備えていることを特徴とする請求項１から１６の何れか記載の薄膜形成装置。
【請求項１８】
前記被成膜対象物に高周波電力を印加する高周波供給機構を備えていることを特徴とする請求項１から１７の何れか記載の薄膜形成装置。
【請求項１９】
請求項１から１８の何れか一つに記載の薄膜形成装置により前記被成膜対象物に成膜することを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項２０】
前記被成膜対象物上に複数の薄膜を成膜する薄膜積層工程を有し、該薄膜積層工程では、前記薄膜毎に各前記ターゲットに対応する前記開口部の開口面積を設定することを特徴とする請求項１９に記載の薄膜形成方法。
【請求項２１】
前記被成膜対象物上に前記開口部の開口面積を漸次変化させながら前記薄膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項１９に記載の薄膜形成方法。
【請求項２２】
請求項１９から２１の何れか一つに記載の薄膜形成方法により前記薄膜が形成されていることを特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射防止膜や干渉フィルタ等の光学薄膜を成膜する薄膜形成装置、及びこの薄膜形成装置による薄膜形成方法、並びにこの薄膜形成方法によって作製される光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラ、顕微鏡等の光学機器には、反射防止膜や干渉フィルタ等の光学薄膜が多数用いられている。これらの光学薄膜は、単層から１００層以上のものまで様々であるが、所望の光学特性を得るためには、各層の膜厚を正確に制御することが重要となる。
【０００３】
レンズ等に設けられる反射防止膜は、例えば、レンズへの入射光の波長がλ＝５２０ｎｍの場合、膜厚λ／４を有する中間屈折率の層、膜厚λ／２を有する高屈折率の層、膜厚λ／４を有する低屈折率の層を基板側から順に積層することで、４２０ｎｍから６５０ｎｍの範囲において１％以下の分光反射率特性を得ることができる。
上記の光学特性を低屈折率材料と高屈折率材料の２種類の材料で実現する場合、上記の中間屈折率を低屈折率材料＋高屈折率材料＋低屈折率材料の３層として全５層の構成とすると同様の特性を得ることができる。しかし、一般的に積層数が増えるにつれて膜厚制御の難易度が高くなる。
そこで、薄膜の設計を容易にするとともに高性能化を図るため、一つの光学薄膜に用いる材料の種類を増やした混合膜を検討するメーカが近年増えてきている。
【０００４】
この場合の成膜技術としては大きく分けて真空蒸着法とスパッタリング法があげられる。真空蒸着法は大量生産に適しており、大面積基板への成膜や真空装置内における雰囲気及び成膜速度の安定性を重視する場合にはスパッタリング法が適している。こうした背景から、混合膜の成膜にあたってはスパッタリング法を採用する傾向がある。
【０００５】
このスパッタリング法を用いて上記光学薄膜を成膜する薄膜形成装置としては、基板と複数のターゲットとを、混合膜を作製するのに最適な距離となるように配設し、各ターゲットへの印加電力を制御することによって基板上に所望の混合膜を成膜するものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
また、異なる材料からなる複数のターゲットをそれぞれ隔離して配設し、各ターゲットに基板を順に対向させて通過させる際に各ターゲットへの印加電力を制御することによって混合膜を成膜するものがある（例えば、特許文献２参照。）。
これらの成膜装置において均一で安定した吸収の少ない反射防止膜等の光学薄膜を形成するためには、チャンバ内への導入ガスの種類と導入圧力、印加電力との相互作用によって安定したプラズマを成膜材料上に起こす必要がある。
【特許文献１】特開２００２−２６６０７１号公報
【特許文献２】特開平１１−２７９７５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の薄膜形成装置においては、例えば、特許文献１に記載の成膜方法は印加電力によって成膜速度を制御しているので、印加電力が高い場合と低い場合とで薄膜内の各材料の成膜分布が異なってしまうなど、膜の混合比の制御性が悪化する問題があった。また、２つの異なる材料を同じ基板位置で成膜することから、ターゲット間における成膜圧力に差をつけるのが困難なため、導入ガス成膜条件が限られ、２つの材料どちらかの成膜条件に引っ張られてしまい、成膜速度、吸収を考慮した各材料に最適な条件で成膜できない問題もあった。そのため、得られた混合膜の屈折率が不安定となっていた。
特許文献２に記載の成膜方法も同様に印加電力による成膜速度を制御しているので、基板及びターゲット周囲のガス雰囲気によってはこの印加電力が必ずしも最適なものとはならず、上記の相互作用によっては各材料の成膜分布が異なってしまい、膜の混合比および屈折率安定性が不安定となっていた。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、複数の材料から形成される混合膜や多層膜を最適な条件にて、被成膜対象物上に成膜するのに好適な薄膜形成装置、及びこの装置による薄膜形成方法、並びにこの薄膜形成方法によって成膜された光学素子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】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る薄膜形成装置は、チャンバ内に配設された被成膜対象物と、該被成膜対象物に対向して配設された少なくとも二つ以上の同一材料、及び、少なくとも二つ以上の異なる材料のうち少なくとも一方を含む複数のターゲットとを備え、これらのターゲットの少なくとも一つをスパッタリングして前記被成膜対象物上に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、前記被成膜対象物と前記ターゲットとの中間位置に前記ターゲット毎に配設され前記スパッタリングにより放出された前記ターゲット材料が通過可能な開口部を有する仕切部材と、前記開口部を前記ターゲット毎に個別の開口面積に設定可能な開口部調整機構とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
この薄膜形成装置によれば、開口部を有する仕切部材が被成膜対象物と各ターゲットとの中間位置に配設され、ターゲット毎に仕切部材の開口面積を設定可能な開口部調整機構が備えられているので、各ターゲットから基板に供給される材料の量を、開口部の開口面積に応じてターゲット毎に任意に調整可能であり、混合比を変えることにより任意の屈折率を有する膜を被成膜対象物に成膜することができる。
この際、ターゲットを同一の材料とすることで、単一のターゲットの場合よりも多くの膜厚を被成膜対象物に形成することができる。また、例えば、同一の２以上の材料ターゲットと異なる１材料ターゲットで同時に成膜する場合であっても、同一材料ターゲット側の開口部の開口面積をそれぞれ所望の面積に調整することにより、微細比での混合膜を被成膜対象物上に形成させることができる。
【００１１】
本発明に係る薄膜形成装置は、前記薄膜形成装置であって、前記開口部の開口面積が可変であることを特徴とする。
【００１２】
この薄膜形成装置によれば、開口面積が可変であるので、被成膜対象物への成膜作業途中であっても、ターゲット材料の成膜量や混合比を任意に調整することができる。
【００１３】
本発明に係る薄膜形成装置は、前記薄膜形成装置であって、前記被成膜対象物と前記ターゲットとの間に前記仕切部材とは別に配設され前記ターゲット材料の前記被成膜対象物への到達を阻止するシャッターを備えていることを特徴とする。
【００１４】
この薄膜形成装置によれば、シャッターが備えられているので、シャッターの開閉操作によって、成膜の必要の有無に応じて所定のターゲット材料からの材料放出のＯＮ／ＯＦＦを仕切部材による制御とは別に制御することができる。
【００１５】
本発明に係る薄膜形成装置は、前記薄膜形成装置であって、前記ターゲット間に配設されて前記ターゲットが配設される領域を互いに分離して仕切る防着板を備えていることを特徴とする。
また、本発明は、前記薄膜形成装置であって、前記防着板が、前記ターゲット間に配設されて前記ターゲットが配設される領域を互いに分離して仕切るとともに、前記ターゲットから前記被成膜対象物に向けて前記ターゲット材料が飛散する最大領域を規定する防着部材を備えていることを特徴とする。
【００１６】
この薄膜形成装置によれば、防着板が備えられているので、各材料の成膜圧力等のスパッタリング条件が最適なものに設定可能になるとともに、隣接するターゲット同士の材料が混入されてしまうことが抑制でき、所定の混合比及び厚さを有する薄膜を形成することができる。
【００１７】
本発明に係る薄膜形成装置は、前記薄膜形成装置であって、前記開口部が前記ターゲットに対向する位置に配設され、前記被成膜対象物を各ターゲットの対向する位置で交互に移動させる対象物移動機構を備えていることを特徴とする。
【００１８】
この薄膜形成装置によれば、対象物移動機構を備えているので、どのターゲットに対しても、スパッタリングに最適な位置を実現することができ、安定した被成膜対象物の膜厚分布や混合比を得ることができる。
【００１９】
本発明に係る薄膜形成装置は、前記薄膜形成装置であって、前記ターゲットが円周上に配設され、前記対象物移動機構が、前記被成膜対象物を前記円周に沿って回転移動させる対象物回転機構であることを特徴とする。
【００２０】
この薄膜形成装置によれば、ターゲットが円周上に配設され、被成膜対象物がこの円周に沿って回転移動されるので、簡易な構成で各ターゲットと対向する位置、例えば、直上に均等に被成膜対象物を移動させることができる。また、少ないスペースに効率よく配設することができる。
【００２１】
本発明に係る薄膜形成装置は、前記薄膜形成装置であって、前記仕切部材が、互いの間に前記開口部を有する一対の遮蔽板であり、前記開口部調整機構が、前記一対の遮蔽板を互いに近接又は離間可能に相対移動させる駆動機構を有していることを特徴とする。
【００２２】
この薄膜形成装置によれば、仕切部材が一対の遮蔽板であって互いに近接又は離間可能に相対移動させる駆動機構を備えているので、該駆動機構によって一対の遮蔽板の開閉を行い、開口部の開口面積を自在に調整することができる。
【００２３】
本発明に係る薄膜形成装置は、前記薄膜形成装置であって、複数の前記ターゲットの数に比して、一ターゲットにつき、導入されるガスが少なくともアルゴンガス一系統以上、酸素ガス一系統以上を備えていることを特徴とする。
この薄膜形成装置によれば、ターゲット近傍におけるアルゴンガスによるプラズマ発生と、被成膜対象物近傍における酸素ガスによる形成膜の酸化促進とを同時に、且つ、ターゲット別に行うことができる。
【００２４】
本発明に係る薄膜形成装置は、前記薄膜形成装置であって、複数の前記ターゲットの間に、前記被成膜対象物に形成する薄膜の光学特性値を計測可能な光学式測定機構を少なくとも一つ以上備えていることを特徴とする。
また、本発明に係る薄膜形成装置は、前記薄膜形成装置であって、前記光学式測定機構は、前記被成膜対象物に透過率又は反射率の測定用光を集光する投光側光学系と、該投光側光学系に光を送る光源と、該光源からの光を前記投光側光学系に導く投光側伝達部材と、前記投光側光学系を保持する投光側光学部材と、前記被成膜対象物からの光を集光する受光側光学系と、該受光側光学系を保持する受光側光学部材と、光を伝達する受光側伝達部材と、伝達された受光量を演算する演算機と、該演算機から前記シャッターへ信号を送る信号系とを備えていることが好ましい。
【００２５】
また、本発明に係る薄膜形成装置は、前記薄膜形成装置であって、前記光学式測定機構が、前記薄膜形成中に一波長以上の波長で前記被成膜対象物の反射率、或いは、前記被成膜対象物の透過率の変化量を測光することで、前記被成膜対象物上に形成された薄膜の光学膜厚を判定する機構であることが好ましい。
上記薄膜形成装置によれば、被成膜対象物、及び、該対象物上に形成される複数の異なる材料の薄膜の個別の光学特性値を計測し、その後に形成する薄膜の膜厚制御にフィードバックして所望の分光特性を得ることができる。
【００２６】
本発明に係る薄膜形成装置は、前記薄膜形成装置であって、前記光学式測定機構が、二層以上の薄膜形成に際し層間において一波長以上の波長で反射率、或いは、透過率の分光特性を測定し、形成された層までの分光特性と比較し、分光特性の差分からその層以降の成膜条件にフィードバックする機構であることが好ましい。
この薄膜形成装置によれば、安定して各材料の膜を形成すること、及び、混合膜を形成することができる。
【００２７】
また、本発明に係る薄膜形成装置は、前記薄膜形成装置であって、前記ターゲットに対向して前記被成膜対象物と前記シャッターとの間に配され、前記被成膜対象物上に形成される膜厚を前記対象物移動機構内で均一とする、或いは、徐々に変化させる補正手段が設けられていることを特徴とする。
この薄膜形成装置によれば、開口部調整機構との調整によって、前記対象物移動機構内でより膜厚を均一とすることができ、或いは、より所望の度合いで徐々に変化させることができる。
【００２８】
また、本発明に係る薄膜形成装置は、前記薄膜形成装置であって、前記補正手段が、前記開口部を遮蔽可能な大きさに形成された膜厚補正板と、該膜厚補正板の外周面に接続され、前記開口部の開口幅に同期して前記膜厚補正板を回動可能とされた回動軸とを備えていることが好ましい。
この薄膜形成装置によれば、膜厚補正板の回動軸回りの傾きを調整することによって、被成膜対象物上に形成される膜厚を被成膜対象物内でより均一にすることができ、同じ分光特性を得ることができる。或いは、被成膜対象物の回転方向に対して垂直の向きに（すなわち、回転中心から外周側に向けて）徐々に変化した分光特性を持たせることができる。
【００２９】
また、本発明に係る薄膜形成装置は、前記薄膜形成装置であって、前記被成膜対象物への薄膜形成時に、前記ターゲット上に生ずるプラズマを一波長以上の波長で測定し、前記ターゲットの材料が持つ発光強度の変動量から前記ターゲットに印可する電力、電流、及び電流のうち少なくとも一つを調整可能なフィードバック機構を備えていることを特徴とする。
この薄膜形成装置によれば、各ターゲット上に材料およびガス種に準じて生じるプラズマの発光強度を一波長以上の波長で測定し、相対的あるいは比率に換算して時間軸に対して監視することによって、発光強度の変動量から各ターゲットに印可する電力、電圧、電流等のパラメータにフィードバックでき、各材料の膜が安定的に形成された混合膜等を得ることができる。
【００３０】
本発明に係る薄膜形成装置は、前記薄膜形成装置であって、前記チャンバ内に導入されたガスをイオン化して前記被成膜対象物に照射するイオン照射機構を備えていることを特徴とする。
【００３１】
この薄膜形成装置によれば、イオン照射機構を備えているので、被成膜対象物に成膜した膜中にイオンエネルギーが付加されて、２つ以上の材料が混合して成膜された膜を緻密にするとともに、成膜内のアンカー効果が高められて密着力の大きい安定した成膜を得ることができる。
【００３２】
本発明に係る薄膜形成装置は、前記薄膜形成装置であって、前記被成膜対象物に高周波電力を印加する高周波供給機構を備えていることを特徴とする。
【００３３】
この成膜形成装置によれば、高周波供給機構によって被成膜対象物とチャンバとの間にプラズマが発生するので、このプラズマ中をターゲットから供給される成膜材料を通過させることによってイオンエネルギーが材料に供給され、成膜された膜をさらに緻密化するとともに、構成材料同士のアンカー効果を付与することができる。
【００３４】
本発明に係る薄膜形成方法は、本発明に係る薄膜形成装置により前記被成膜対象物に成膜することを特徴とする。
【００３５】
この薄膜形成方法によれば、複数の異なる材料のターゲットの混合比を変えることにより、膜厚方向に任意の屈折率分布を有する多層膜を形成することができ、所望する分光特性の被成膜対象物を得ることができる。
【００３６】
本発明に係る薄膜形成方法は、前記薄膜形成方法であって、前記被成膜対象物上に複数の薄膜を成膜する薄膜積層工程を有し、該薄膜積層工程では、前記薄膜毎に各前記ターゲットに対応する前記開口部の開口面積を設定することを特徴とする。
【００３７】
この薄膜形成方法によれば、被成膜対象物上に複数の薄膜を成膜する場合、薄膜に必要な材料のターゲットが配設され、薄膜積層工程において積層される膜厚に応じた開口面積がターゲット毎に設定されることによって、各層の混合比や膜厚を高精度に得ることができ所望の積層構造を有する被成膜対象物を作製することができる。
【００３８】
本発明に係る薄膜形成方法は、前記薄膜形成方法であって、前記被成膜対象物上に前記開口部の開口面積を漸次変化させながら前記薄膜を形成する工程を有することを特徴とする。
【００３９】
この薄膜形成方法によれば、開口部の開口面積を漸次変化させながら被成膜対象物上に薄膜が形成されるので、複数の材料を混合させながら成膜することができるとともに、それぞれの材料の含有量が膜厚方向に漸次変化した構成となる被成膜対象物を得ることができる。
【００４０】
本発明に係る光学素子は、本発明に係る薄膜形成方法により前記薄膜が形成されていることを特徴とする。
【００４１】
この光学素子によれば、高性能の分光特性及び品質を有する反射防止膜や干渉フィルタ等を備えたレンズ等を提供することができる。
【発明の効果】
【００４２】
以上説明した本発明においては以下の効果を奏する。
本発明の薄膜形成装置によれば、複数のターゲット材料をターゲット毎に最適なスパッタリング条件で基板上に成膜できるので、任意の屈折率膜を容易かつ安定的に得ることができる。
【００４３】
また本発明の薄膜形成方法によれば、複数の異なる材料のターゲットによって膜構成が行われるので、所望する材料構成の被成膜対象物を連続した工程から得ることができる。
【００４４】
また、本発明の薄膜形成方法によれば、チャンバー空間内のすべてを高真空に排気しながら、防着板とチャンバー壁とによって仕切られたしきり空間内にスパッタリング用のガス、或いは、反応用のガス、又は、これらの混合ガスを導入し、ターゲットに直流電圧印加あるいは高周波印加してプラズマを発生させることができる。そして、プラズマが安定した後、被成膜対象物を保持する対象物移動機構を移動して、被成膜対象物とターゲットとの間を遮っていたシャッターを開けることによって被成膜対象物上に薄膜を形成することができる。この際、各シャッターを同時に開けることによって、混合膜を成膜することができる。
【００４５】
さらに本発明の光学素子によれば、ターゲット材料として異なる光学特性を有する材料を使用することによって、これらの材料から構成される薄膜が積層された、又は混合された薄膜が成膜されたものが得られるので、設計段階での高性能化及び生産する上での制御性の向上が図られ、その結果高品質のレンズ等を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
次に、本発明の第１の実施形態について、図１から図４を参照して説明する。
薄膜形成装置１０は、図１及び図２に示すようにチャンバ１２内に配設された光学ガラス平板からなる基板（被成膜対象物）１４と、この基板１４に対向する同一平面上の同一円周上位置にそれぞれ配設されたＳｉターゲット１６，Ｎｂターゲット１８，Ａｌ２Ｏ３ターゲット２０とを備えており、これらのターゲットをそれぞれスパッタリングして基板１４上に薄膜を形成する装置である。この薄膜形成装置１０は、各ターゲット１６，１８及び２０に電力を印加する電源２２，２４及び２６（２６は不図示）と、基板１４に高周波電力を印加する高周波電源（高周波供給機構）２８とを備えている。
ここで、Ｓｉは低屈折率を有する材料として、Ｎｂは高屈折率を有する材料として、及びＡｌ２Ｏ３は、両者の中間の屈折率を有する材料として使用する。
【００４７】
基板１４と各ターゲット１６，１８，２０との中間位置には、図３に示すように、ターゲット毎に配設されスパッタリングによって放出された各ターゲット材料が通過可能な開口部３０ａを備える一対の遮蔽板（仕切部材）３０Ａ，３０Ｂと、この開口部３０ａをターゲット１６，１８，２０毎に個別の開口面積に可変に設定可能な開口部調整機構３２とを備えている。
【００４８】
この一対の遮蔽板３０Ａ，３０Ｂは、互いに対向する長方形状の平板から形成されており、開口部３０ａは、一対の遮蔽板３０Ａ，３０Ｂが互いに離間して形成される。
この一対の遮蔽板３０Ａ、３０Ｂの長手方向、すなわち、開口部３０ａの長手方向が、チャンバ１２の中心に対する放射方向（径方向）と平行とされている。
【００４９】
開口部調整機構３２は、一対の遮蔽板３０Ａ，３０Ｂを互いに近接または離間可能に相対移動させる駆動機構３４を有している。
駆動機構３４は、図３に示すように一対の遮蔽板３０Ａ，３０Ｂの一端部を取り付けてそれぞれ直線運動可能にするボールネジ３６Ａ，３６Ｂと、この直線方向に一対の遮蔽板３０Ａ，３０Ｂをガイドするガイド部材３８Ａ，３８Ｂと、ボールネジ３６Ａ，３６Ｂを所定の速度で回転駆動させるサーボモータ４０Ａ，４０Ｂとを備えている。
また、駆動機構３４は、一対の遮蔽板３０Ａ，３０Ｂの閉口位置を確認する位置センサ４２を備えている。これらの位置センサ４２は、一対の遮蔽板３０Ａ，３０Ｂの一端部に設けられた突起４４と閉口状態の際に接触して各遮蔽板３０Ａ、３０Ｂの当該位置を原点位置として電気的に検出するものである。
【００５０】
基板１４と各ターゲット１６，１８，２０との間には、一対の遮蔽板３０Ａ，３０Ｂとは別に、スパッタリングによって放出されたターゲット材料の基板１４への到達を阻止するシャッター４５がそれぞれ配設されている。
さらに、チャンバ１２内には、各ターゲット１６，１８，２０間に配設されてこれらが配設される領域を互いに分離して仕切る防着板４６が設けられている。この防着板４６は、図４に示すように、排気を妨げない高さで配された下部防着板４６Ａと、下部防着板４６Ａ上に垂直に支持された上部防着板４６Ｂとを備えており、上部防着板４６Ｂは、図２に示すように、基板１４およびヤトイ５０を保持する回転板５６の不要な部分への成膜を防着するとともに、ターゲット１６，１８，２０より飛散した材料が基板１４に到達するように開口した開放部１５０，１５１，１５２を備え、防着部材として機能している。
各ターゲットが配される領域は、下部防着板４６Ａと、上部防着板４６Ｂと、チャンバ１２の側壁及びチャンバ１２の底面とによって仕切られている。
【００５１】
回転板５６と防着板４６との距離は近いほど（下部防着板４６Ａの高さで決定される）防着板としての効果が高く、５ｍｍ〜３０ｍｍが好ましい。５ｍｍ未満の距離だと成膜開始のできる排気到達まで時間がかかるが、回転板５６と防着板４６とがきっちり水平出しがしてあれば問題ない。３０ｍｍより大きい場合、他のターゲットへの導入ガス流入の可能性があるが、防着板４６に設けられた開放部１５０，１５１，１５２の大きさを基板１４の径より小さくならない程度に小さくする方向で調整することで本実施例の作用を妨げることなく５０ｍｍまで距離をとることができ、プラズマ放電（放電を発生させる投入パワーに依存する）を遮ることがなければさらに距離をとることも可能である。
【００５２】
各ターゲット１６，１８，２０は、それぞれ電源２２，２４，２６に接続され、リング状に配設されたマグネトロンカソード４８上に載置されて水冷されるようになっており、開口部３０ａの中心位置がターゲット１６，１８，２０に対向したそれぞれの直上となる位置に配設されている。
【００５３】
基板１４はヤトイ５０内に配設されており、さらにヤトイ５０は各ターゲット１６，１８，２０が配設されている同一円周上に基板１４を回転移動させる基板回転機構（対象物回転機構）５２に配設されている。
【００５４】
この基板回転機構５２は、チャンバ１２の上部から内部に貫通された回転軸５４を有する回転モータＭと、回転軸５４の下端に固定され水平状態に配設された回転板５６とを備えている。ヤトイ５０は、回転板５６に備えられており、回転モータＭによって、基板１４は毎分１０回転以上の速度で各ターゲット上を回転通過する。
【００５５】
チャンバ１２には、各ターゲット１６，１８，２０が配設されている各領域内にＡｒガスを導入するガス導入口６０と、Ｏ２ガスを導入するガス導入口６２と、領域内の真空度を計測する真空計６４とがそれぞれ備えられている。
チャンバ１２の外部には、図１に示すようにチャンバ１２内を低圧にするための粗引きポンプ６６と高真空ポンプ６８とが設けられている。
【００５６】
次に、以上の構成からなる本実施形態の薄膜形成装置１０によって、ＳｉＯ２とＮｂ２Ｏ５とを混合した酸化物膜からなる薄膜を形成する薄膜形成方法について説明する。
まず、所定の屈折率（例えば１．５２）を有する基板１４、Ｓｉターゲット１６及びＮｂターゲット１８等をセットし、所定の圧力（例えば７×１０−５Ｐａ）までチャンバ１２内を粗引きポンプ６６及び高真空ポンプ６８で排気する。このとき、各シャッター４５は閉じた状態とする。
なお、Ａｌ２Ｏ３ターゲット２０はセットしても本実施形態で形成する薄膜には混合しないものとする。
また、回転モータＭを駆動して、基板１４とともに回転板５６を毎分５０回転させる。
なお、５０回転以上で回転させることによって、複数の材料を層として堆積させることなく混合して基板１４上に堆積させることができる。
【００５７】
その後、Ｓｉターゲット１６による成膜準備のために、ＡｒガスをＳｉターゲット１６用のガス導入口６０から真空計６４において圧力が４×１０−１Ｐａとなるまで導入し、その後引き続きＯ２ガスをガス導入口６２から圧力が５×１０−１Ｐａとなるまで導入する。
続いて、電源２２から３００ｗの直流電力を印加し、Ｓｉターゲット１６のＳｉ上にプラズマを発生させる。すると、３分間後にＳｉＯ２膜の成膜準備が完了する。
【００５８】
Ｓｉターゲット１６による成膜準備と同時にＮｂ２Ｏ５の成膜準備も以下の手順で行う。
ＡｒガスをＮｂターゲット１８用のガス導入口６０から真空計６４において圧力が７×１０−１Ｐａとなるまで、引き続きＯ２ガスをガス導入口６２から圧力が１．０Ｐａとなるまで導入する。
続いて、電源２４から３００ｗの直流電力を印加し、Ｎｂターゲット１８のＮｂ上にプラズマを発生させる。すると、３分間後にＮｂ２Ｏ５膜の成膜準備が完了する。
【００５９】
そして、Ｓｉターゲット１６及びＮｂターゲット１８の直上に位置する開口部３０ａの幅がそれぞれ所定の幅となるように、サーボモータ４０Ａ、４０Ｂをそれぞれ駆動してボールネジ３６Ａ，３６Ｂを回転させて、ガイド部材３８Ａ，３８Ｂに沿って一対の遮蔽板３０Ａ，３０Ｂをそれぞれ直進運動させる。
このとき、開口面積の確認は、上記原点位置に対して駆動した各サーボモータ４０Ａ、４０Ｂの駆動量により図示しないエンコーダで位置認識をしながら行う。
【００６０】
上記の状態を維持しつつ、Ｓｉターゲット１６及びＮｂターゲット１８直上の各シャッター４５を同時に開く。すると、生成されたプラズマによってＳｉターゲット１６から弾き飛ばされたＳｉが、直上の開口部３０ａを通過して回転中の基板１４表面に到達する。同様に、Ｎｂターゲット１８から弾き飛ばされたＮｂが、直上の開口部３０ａを通過して回転中の基板１４表面に到達する。
こうして、基板１４の表面にＳｉＯ２とＮｂ２Ｏ５とがそれぞれの開口部３０ａの開口面積に応じて所定の膜厚及び所定の混合率にて混合された薄膜が形成される。
所定の時間経過後、各シャッター４５を同時に閉じることによって成膜が終了し、光学素子１４ａが得られる。
【００６１】
この薄膜形成装置１０によれば、防着板４６によって、各ターゲット１６，１８，２０にとって最適なスパッタリング条件を維持した状態で、かつ、各ターゲット１６、１８、２０上で発生するプラズマの互いの干渉が抑制された状態で２つ以上の材料を同時に成膜することができ、基板１４上に混合膜を作製できる。このとき、各材料が基板１４に到達する量を各一対の遮蔽板３０Ａ，３０Ｂの開口部３０ａ幅で規定することで混合比を変えることができるため、個々の材料が有する屈折率の範囲内で任意の屈折率を安定して得ることができる。
【００６２】
なお、第１の実施形態に用いた薄膜形成装置は上記に限らず、例えば、ターゲット１６、１８、２０を薄膜形成装置１０の上部において下向きに設置し、基板回転機構５２を薄膜形成装置１０の下部に設置したものでも構わない。
また、図１３及び図１４に示すように、円筒型の対象物移動機構２５２を有した薄膜形成装置２５４としても、同様にＳｉ、Ｎｂをターゲット材料としてＳｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、およびこれらの混合膜を基板１４上に形成することができる。
【００６３】
この場合、図１３に示すように、対象物移動機構２５２は、複数の基板（例えば、外周が円形状のレンズ）１４を円周方向に保持可能にする円筒形状の筒部２５２ａと、この筒部２５２ａの一端側に取り付けられた回転軸２５２ｂと、この回転軸２５２ｂに連結される回転モータＭとを備えている。Ｓｉターゲット２５０及びＮｂターゲット２５１は、筒部２５２ａの回転軸２５２ｂに対して対称の位置に配されている。筒部２５２ａは、基板１４を複数保持するようになっており、回転モータＭにより回転し、ターゲット２５０、２５１に対向する位置を交互に通過する。
【００６４】
すなわち、対象物移動機構２５２は、薄膜形成装置２５４の外部に取り付けられた回転モータＭにより、横（図１３において水平方向）に位置させた回転軸２５２ｂを介して筒部２５２ａを回転して、回転軸２５２ｂの回転中心と直交する方向（図１３において縦方向）に各基板１４を移動することによってＳｉターゲット２５０及びＮｂターゲット２５１に順次対向させるようにされている。
【００６５】
この薄膜形成装置２５４は、各ターゲット２５０、２５１と対象物移動機構２５２の筒部２５２ａに保持される基板１４との間に、ターゲット側から順にシャッター２５６と、遮蔽板３０Ａ、３０Ｂとが配されている。また、各ターゲット２５０、２５１とシャッター２５６とを遮蔽板３０Ａ、３０Ｂとともに内包するように、防着板２５７が配設されている。
この防着板２５７は、薄膜形成装置２５４の隅部に一端が取り付けられ、他端が筒部２５２ａの中心側に延びた形状とされた防着板２５７ａ、２５７ｂと、防着板２５７ａ、２５７ｂの長手方向に各ターゲットを内包する防着板２５７ｃとを備えており、基板１４側に開口部を形成して配されている。
この開口部の大きさによって、各ターゲットから飛散する材料の飛散最大領域を規定する。
【００６６】
したがって、各ターゲット２５０、２５１と遮蔽板３０Ａ、３０Ｂ、及び、防着板２５７ａ、２５７ｂ、２５７ｃとで仕切られた空間は、対象物移動機構２５２を配置する空間（領域）とは別の空間雰囲気を形成することができるようになっている。
なお、薄膜形成装置２５４は、図１４に示すように、第１の実施形態と同様に粗引きポンプ６６及び高真空ポンプ６８が配設され、また、各仕切られた空間に開口してＡｒガス導入口６０及びＯ２ガス導入口６２が配設されているので、各仕切られた空間を排気するとともに各ガスを導入可能とされている。
【００６７】
この薄膜形成装置２５４において、粗引きポンプ６６及び高真空ポンプ６８にて高真空に排気した後、Ａｒガス導入口６０及びＯ２ガス導入口６２からＡｒガス及びＯ２ガスをそれぞれ各仕切られた空間に所定の圧力まで導入する。各ターゲット２５０、２５１は不図示の電源に接続されており、各ターゲットに電力を印加してターゲット材料を飛散させる。
このとき、遮蔽板３０Ａ、３０Ｂの開口幅に応じた量が回転モータＭにより移動中の基板１４上に交互に堆積されて単一膜を積層した多層膜又は混合膜を形成する。成膜の開始及び終了は不図示の駆動機構を有するシャッター２５６の開閉によって行われる。
【００６８】
なお、図１３には、円筒型の対象物移動機構２５２の回転軸２５２ｂが横方向に位置し、基板１４が縦方向に回転可能とされているが、これに限らず回転軸２５２ｂが縦方向に位置し、基板１４が横方向に回転するとしても同様の効果を得ることができる。また、ターゲット形状は、円形でも正方形、長方形であっても構わない。
【００６９】
次に、本発明に係る第２の実施形態について、図５及び図６を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００７０】
上記第１の実施形態の薄膜形成装置１０では、Ｓｉや、Ａｌ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｎｂ，ＩＴＯ、或いは、その合金や混合物からなる通電可能な導電性金属ターゲットから酸化物膜を成膜する場合として、ターゲットへ電力を供給する電源２２，２４を直流電源とした。これに対して、第２の実施形態の薄膜形成装置９０では、Ａｌ２Ｏ３や、ＳｉＯ２，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，ＨｆＯ２，Ｎｂ２Ｏ５，ＭｇＦ２、或いは、その化合物や混合物からなる導電性ターゲットや金属の酸化物、フッ化物等の絶縁性ターゲットから酸化物膜及びフッ化物膜を成膜するため、各ターゲット材に高周波電力を供給する高周波電源９２を備えるものとした。
【００７１】
本実施形態の薄膜形成装置９０によって薄膜を形成する薄膜形成方法について説明する。
ターゲットとして、Ｎｂ２Ｏ５ターゲット１９と、Ａｌ２Ｏ３ターゲット２０等とをそれぞれセットし、所定の圧力までチャンバ１２内を粗引きポンプ６６及び高真空ポンプ６８で排気する。このとき、各シャッター４５は閉じた状態とする。なお、ターゲット１６はセットしても形成する薄膜には混合しないものとする。
まず、第１の実施形態と同様に所定の屈折率（例えば１．５２）を有する基板１４が配設されている基板回転機構５２を駆動して、基板１４を毎分５０回転させる。
【００７２】
その後、Ａｌ２Ｏ３膜の成膜準備のために、ＡｒガスをＡｌ２Ｏ３ターゲット２０用のガス導入口６０から真空計６４において圧力が３．５×１０−１Ｐａとなるまで、引き続きＯ２ガスをガス導入口６２から圧力が４×１０−１Ｐａとなるまで導入する。
続いて、図示しないマッチングボックスを介して電源９２から１３．５６ＭＨｚの４００ｗ電力を印加し、Ａｌ２Ｏ３ターゲット２０のＡｌ２Ｏ３上にプラズマを発生させる。すると、７分間後にＡｌ２Ｏ３膜の成膜準備が完了する。
【００７３】
上記Ａｌ２Ｏ３膜の成膜準備と同時にＮｂ２Ｏ５の成膜準備も以下の手順で行う。
ＡｒガスをＮｂ２Ｏ５ターゲット１９用のガス導入口６０から真空計６４において圧力が７×１０−１Ｐａとなるまで、引き続きＯ２ガスをガス導入口６２から圧力が８×１０−１Ｐａとなるまで導入する。
続いて、図示しないマッチングボックスを介して電源９２から１３．５６ＭＨｚの５５０ｗ電力を印可し、Ｎｂ２Ｏ５ターゲット１９のＮｂ２Ｏ５上にプラズマを発生させる。すると、７分間後にＮｂ２Ｏ５膜の成膜準備が完了する。
そして、Ｎｂ２Ｏ５ターゲット１９及びＡｌ２Ｏ３ターゲット２０の直上に位置する開口部３０ａの幅がそれぞれ所定の幅となるようにそれぞれ調整する。
【００７４】
上記の状態を維持しつつ、Ｎｂ２Ｏ５ターゲット１９及びＡｌ２Ｏ３ターゲット２０の直上の各シャッター４５を同時に開く。すると、生成されたプラズマによってＡｌ２Ｏ３ターゲット２０から弾き飛ばされたＡｌ２Ｏ３が、直上の開口部３０ａを通過して回転中の基板１４表面に到達する。同様に、Ｎｂ２Ｏ５ターゲット１９から弾き飛ばされたＮｂ２Ｏ５が、直上の開口部３０ａを通過して回転中の基板１４表面に到達する。
こうして、基板１４の表面にＡｌ２Ｏ３とＮｂ２Ｏ５とが所定の膜厚及び所定の混合率にて混合された薄膜が形成される。
所定の時間経過後、各シャッター４５を同時に閉じることによって成膜が終了し、光学素子１４ｂが得られる。
【００７５】
この薄膜形成装置９０によれば、ターゲット材としてＡｌ２Ｏ３のような酸化物等から酸化物膜を成膜する場合においても、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７６】
次に、本発明に係る第３の実施形態について、図７を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００７７】
第３の実施形態と上記第１の実施形態との異なる点は、第３の実施形態の薄膜形成装置１００では基板１４の回転軌道上の直下にイオン照射機構１０２を備えているとした点である。
このイオン照射機構１０２は、図４及び図７に示すように、ターゲット１６とターゲット２０とを仕切る略Ｙ字形の下部防着板４６Ａと、該下部防着板４６Ａの上方に配された上部防着板４６Ｂとで形成された空間内に配されているとともに、上部防着板４６Ｂに形成された開口（図４には不図示の開口を、図７では、イオン照射機構１０２のイオン照射部の大きさと該開口の大きさとが略一致したものとして示している。）から、回転中の基板１４に対してイオン照射できるようになっている。
【００７８】
このイオン照射機構１０２が配される空間は、各ターゲット１６，１８及び２０が配された空間よりも高真空となるように、高真空ポンプ６８と連結された不図示の排気口に接続されている。そして、この空間内でイオン照射機構１０２は、電源１０４から供給される電力によって駆動される。
また、イオン照射機構１０２による異常放電を防止するため、イオン照射機構１０２が配された空間内のイオン照射機構１０２の近傍には、マイナスイオンをチャンバ１２内のイオン照射機構１０２が配された空間内に供給するニュートラライザー１０６が、操作用電源１０８によって駆動されるように配設されている。
【００７９】
次に、以上の構成からなる本実施形態の薄膜形成装置１００による薄膜形成方法について説明する。
上記第１の実施形態と同様の方法にてＳｉターゲット１６のＳｉ上、及びＮｂターゲット１８のＮｂ上にプラズマをそれぞれ発生させる。
【００８０】
そして、ニュートラライザー１０６にＡｒガスを１０ｓｃｃｍ（標準状態に換算して毎分１０ｃｍ３）導入し、１５０Ａの電流を印加して電子線を引き出してイオン照射機構１０２周辺に電子を供給する。同時に、イオン照射機構１０２の内部にＯ２ガスを１５ｓｃｃｍ（標準状態に換算して毎分１５ｃｍ３）導入し、イオン照射機構１０２に５００ｗの電力を印加してＯ２をイオン化した後、回転している基板１４に向けてこれを照射する。
【００８１】
その後は、再び第１の実施形態と同様に成膜を開始する。
すると、基板１４の表面にＳｉＯ２とＮｂ２Ｏ５とが所定の膜厚及び所定の混合率にて混合された薄膜が形成される。
所定の時間経過後、各シャッター４５を同時に閉じることによって成膜が終了して光学素子１４ｃが得られる。
【００８２】
この成膜形成装置１００によれば、基板に成膜した膜中にイオンエネルギーを付加するので、２つ以上のターゲットより成膜された膜を緻密にするとともに材料同士のアンカー効果を付与することができ、密着力の大きい安定した成膜を得ることができる。
【００８３】
また、イオン照射機構１０２を用いずに、高周波電源２８により基板１４に高周波を印加した場合でも、基板１４とチャンバ１２との間にプラズマが発生し、このプラズマ中を各ターゲットから弾き出された成膜材料が通過することによってイオンエネルギーが付与されることになり、本実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。
【００８４】
次に、本発明に係る第４の実施形態について、図１５を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
第４の実施形態と上記他の実施形態との異なる点は、第４の実施形態の薄膜形成装置２００が、第１の実施形態に係る薄膜形成装置１０からターゲット１６と、ターゲット１６に関連するマグネトロンカソード４８と、電源２２とを取り外し、代わりに基板１４の光学特性値を計測可能な光学式測定機構２１０を備えているとした点である。
【００８５】
この光学式測定機構２１０は、基板１４に透過率又は反射率の測定用光を集光する投光側光学系２０４Ａと、投光側光学系２０４Ａに光を送る光源２０１と、光源２０１からの光を投光側光学系２０４Ａに導く光ファイバ等の投光側伝達部材２０６と、投光側光学系２０４Ａを保持する投光側光学系保持部材２０４と、基板１４からの光を集光する受光側光学系２０５Ａと、受光側光学系２０５Ａを保持する受光側光学系保持部材２０５と、光を伝達する光ファイバ等の受光側伝達部材２０６と、任意の波長のみを透過するモノクロメータ２０３と、伝達された受光量を演算する演算機２０２と、演算機２０２からシャッター４５へ信号を送る不図示の信号系とを備えている。
【００８６】
光源２０１より発した光は、投光側伝達部材２０６を通り投光側光学系保持部材２０４から基板１４でφ１０ｍｍの径で透過するように投光される。
モノクロメータ２０３により任意の波長のみ透過された光は、不図示の受光素子により電気信号に変換され、演算機コンピュータ２０２にて蓄積される。
基板１４の回転に同期してデータの取り込みを行うことにより、演算機２０２には基板１４上に形成される混合膜の成膜時間に対する透過率変化が蓄積される。
二層以上の薄膜形成に際しては、層間において一波長以上の波長で透過率の分光特性を測定し、形成された層までの分光特性と比較して、分光特性の差分からその層以降の成膜条件にフィードバックする。
すなわち、所定の膜厚より算出された透過率に達した際、演算機２０２にて透過率変化から基板１４上に形成された薄膜の屈折率と薄膜の膜厚とを算出し、演算機２０２よりシャッター閉信号をシャッター４５に伝達し、成膜を完了する。
【００８７】
本実施形態に係る薄膜形成装置２００にて、例えば、３層を成膜する場合、２層目と３層目との間で基板１４を投光側光学系２０４Ａと受光側光学系２０５Ａとの光路上に配し、モノクロメータ２０３の波長を４００ｎｍから６００ｎｍまで１ｎｍおきに変化させて分光特性を測定する。そして、成膜前に同位置にて取り込んだ分光特性データと比することで、これまで成膜した層数の４００ｎｍから６００ｎｍの分光透過率を得ることができる。
こうして、これまで成膜した層の所望の特性と比較した結果、例えば、ＳｉＯ２側が光学膜厚で０．９％薄くなっていた場合、３層目の初期形成予定膜厚を０．９％厚くなるようにフィードバックして成膜条件を調整することができ、多層膜における所望の特性を基板１４上に形成することができる。
【００８８】
この薄膜形成装置２００によれば、複数の異なる材料の個別の光量変化、及び、分光特性のうち少なくとも一方を計測し、膜厚の制御、及び、その後の形成膜厚のうち少なくとも一方にフィードバックして所望の分光特性を得ることができるので、安定して各材料の膜を形成すること、及び、混合膜を形成することができる。
【００８９】
なお、本実施例に用いた光学式測定機構を基板保持機構の回転方向に対して垂直の方向に混合膜を構成する材料と同数配置し、回転方向に対して垂直の方向（回転板５６の径方向）に基板１４と同様の基板を配し、個々の材料のみ形成することで、各材料のみの膜厚を算出することができる。
【００９０】
次に、本発明に係る第５の実施形態について、図１６を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
第５の実施形態と上記他の実施形態との異なる点は、第５の実施形態に係る薄膜形成装置２１２が、ターゲット１６、１８、２０に対向して基板１４とシャッター４５との間に配され、基板１４上に形成される膜厚をヤトイ５０内で均一とする補正手段２１５が設けられているとした点である。
【００９１】
補正手段２１５は、開口部３０ａを遮蔽可能な大きさに形成された膜厚補正板２２０と、膜厚補正板２２０の外周面に接続され、開口部３０ａの開口幅に同期して膜厚補正板２２０を回動可能とされた補正板固定軸（回動軸）２２０ａと、チャンバ１２の外部に配されて補正板固定軸２２０ａを回転駆動する駆動モータ２２０ｂとを備えている。
この補正手段２１５は、駆動モータ２２０ｂを回転して膜厚補正板２２０を補正板固定軸２２０ａに対して回転することによって、一対の遮蔽板３０Ａ、３０Ｂに対して平行方向から垂直方向まで傾きが変化する。
【００９２】
本実施形態に係る薄膜形成装置２１２によって膜厚を均一にする場合、一対の遮蔽板３０Ａ、３０Ｂの開口幅が最大位置のときに、膜厚補正板２２０が一対の遮蔽板３０Ａ、３０Ｂに対して水平方向となるようにし、一対の遮蔽板３０Ａ、３０Ｂの開口幅が最小位置のときに、膜厚補正板２２０が一対の遮蔽板３０Ａ、３０Ｂに対して垂直方向となるように調整する。  
【００９３】
この薄膜形成装置２１２によれば、ヤトイ５０内に保持された基板１４のすべてにおいて分光特性を均一にすることができる。この際、膜厚補正板の形状をターゲット毎に変えて分光特性を保持された基板１４間で異なる値とすることもできる。
また、補正板固定軸２２０ａによる膜厚補正板２２０の回転角度を変えることによって、基板１４間のみならず、同じ基板１４内で徐々に変化させることも可能である。
【００９４】
次に、本発明に係る第６の実施形態について、図１７を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
第６の実施形態と上記他の実施形態との異なる点は、第６の実施形態に係る薄膜形成装置２３０は、基板１４への薄膜形成時に、ターゲット１６、１８上に生ずるプラズマを一波長以上の波長で測定し、各ターゲットの材料が持つ発光強度の変動量から各ターゲットに印可する電力、電流、及び電流のうち少なくとも一つを調整可能なフィードバック機構２３５、２３６を備えているとした点である。
【００９５】
フィードバック機構２３５は、チャンバ１２の外壁に、ターゲット１６上に生ずるガス種に応じて生ずるプラズマ２２２と略同じ高さに配されたプラズマモニタ２２１と，プラズマモニタ２２１から光ファイバケーブル２２３を介して取り込まれた発光のうち任意の波長のみを選択するモノクロメータ２２４と、モノクロメータ２２４によって選択された光量から各波長における光の強度分布を演算する演算機２２５とを備えている。
フィードバック機構２３６は、ターゲット１８上に生ずるプラズマ２２７と略同じ高さに配されたプラズマモニタ２２６と、プラズマモニタ２２６から光ファイバケーブル２２８を介して取り込まれた発光のうち任意の波長のみを選択するモノクロメータ２２９と、モノクロメータ２２９によって選択された光量から各波長における光の強度分布を演算する演算機２３０とを備えている。
プラズマモニタ２２１、２２６は、不図示の分光計と受光素子とを備えており、１秒間に受光素子で受光する所定の波長におけるプラズマ発光強度をカウント値として数値で表すものとされている。
【００９６】
発光強度は、プラズマモニタ２２１，２２６の配設位置や向きによって異なるが、固定して取り付けられた状態で、膜の形成速度に応じた発光波長と強度が決定される。ここで、選択する波長については一波長とは限らず、数波長にピークが見られるのが一般的である。演算機２２５、２３０では、例えば、発光強度の高い／低いといった変動量に伴い、各ターゲットへ電力を供給する電源２２，２４にそれぞれフィードバックして電力、電流、及び電流のうち少なくとも一つを調整することとされている。
【００９７】
この薄膜形成装置２３０によれば、ターゲット１６、１８上に材料およびガス種に準じて生じるプラズマ２２２、２２７の発光強度を一波長以上の波長で測定し、相対的あるいは比率に換算して時間軸に対して監視することによって、発光強度の変動量からターゲットに印可するパラメータにフィードバックでき、各材料の膜を安定的に形成すること、及び混合膜を形成することができる。
【００９８】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の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々の変更を加えることが可能である。
上記の各実施形態では、薄膜形成装置が有する一対の遮蔽板による開口部を予め固定して、一定の開口面積とした状態で実施しているものであるが、成膜工程において、上記開口部を漸次変化させて薄膜を成膜することもできる。
この場合、成膜途中で各駆動機構３４をそれぞれ所定のタイミングによって操作して、各一対の遮蔽板３０Ａ，３０Ｂを初期に設定した位置から漸次近接又は離間し開口部３０ａの開口面積を増減する。
これによって、各ターゲット材の混合比率をさらに自由に変化させることができる。
【００９９】
上記の各実施形態において、薄膜形成装置の仕切部材である一対の遮蔽板を平板としているが、網目の粗さが可変の網目状の遮蔽板であっても構わない。この場合、開口部は各網目によって形成され、開口面積は網目の面積から決まる。また、仕切部材の形状は長方形でも円形でも構わず、例えば、カメラのシャッターに用いられる開閉機構と同様のものであってもよい。
【０１００】
また、薄膜形成装置が有するマグネトロンカソードをリング状に配設しているが、各ターゲットが同一円周上に位置するように配設されていれば長方形状のものでも構わない。
さらに、上記実施形態では、３つのターゲットを配設しているが、ターゲット数が２つであっても４つ以上であっても仕切部材や防着板を増減することによって、同様の作用・効果が得られる。
【実施例】
【０１０１】
上記第１の実施形態に基づいて実際に基板１４上に光学薄膜を形成した結果を以下に示す。
各開口部３０ａの種々の幅に対して形成された光学素子１４ａの薄膜中におけるＮｂ２Ｏ５の占める割合と波長５００ｎｍにおける光学素子１４ａの屈折率（光学素子１４ａに形成された光学薄膜の屈折率のことをいう。）との関係を表１及び図８、及び表２及び図９に示す。
【０１０２】
【表１】
2004244722.tif 000003
【０１０３】
【表２】
2004244722.tif 000004
【０１０４】
図８及び図９に示すように、１．４６〜２．３７の範囲内の屈折率が任意に得ることができる。
また、同じ条件で繰り返し再現性については、ばらつきが各屈折率±０．０５の範囲内と安定した屈折率を得ることができる。
【０１０５】
上記第１の実施形態に対し、基板１４を外径φ２８ｍｍで片面が平面、もう片面が曲率半径５０ｍｍを有する屈折率１．７３５のカメラ用レンズとし、平面側を成膜面としたＳｉターゲット１６と、Ｎｂターゲット１８とによる成膜した結果を表３及び図１０に示す。
【０１０６】
【表３】
2004244722.tif 000005
【０１０７】
表３に示すように、曲率を有する基板上に３層の構成で図１０に示すような反射率特性を有する反射防止膜を付加することができる。
また、同じ条件で繰り返し再現性については、ばらつきが各屈折率±０．０５の範囲内の安定した屈折率を得ることができる。
【０１０８】
上記第２の実施形態に基づいて実際に基板１４上に光学薄膜を形成した結果を以下に示す。
各開口部３０ａの種々の幅に対して形成された光学素子１４ｂの薄膜中におけるＮｂ２Ｏ５の占める割合と波長５００ｎｍにおける光学素子１４ｂの屈折率との関係を表４及び図１１に示す。
【０１０９】
【表４】
2004244722.tif 000006
【０１１０】
図１１に示すように、１．６８〜２．３７の範囲内の屈折率が任意に得ることができる。
また、同じ条件で繰り返し再現性については、ばらつきが各屈折率±０．０５の範囲内の安定した屈折率を得ることができる。
【０１１１】
上記第３の実施形態に基づいて実際に基板１４上に光学薄膜を形成した結果を以下に示す。
各開口部３０ａの種々の幅に対して形成された光学素子１４ｃの薄膜中におけるＮｂ２Ｏ５の占める割合と波長５００ｎｍにおける光学素子１４ｃの屈折率との関係を表５及び図１２に示す。
【０１１２】
【表５】
2004244722.tif 000007
【０１１３】
図１２に示すように、１．４７〜２．４７の範囲内の屈折率が任意に得ることができる。
また、同じ条件で繰り返し再現性については、ばらつきが各屈折率±０．０３の範囲内とさらに安定した屈折率を得ることができる。
【０１１４】
本発明に係る防着板４６（４６Ａ、４６Ｂ）による効果を確認するため、上記第１の実施形態において、防着板４６を取り外すとともに一対の遮蔽板３０Ａ，３０Ｂを全開した。それ以外の条件は同一として基板１４上に薄膜を形成した。
まず、Ｓｉターゲット１６により基板１４上にＳｉＯ２膜を成膜し、次にＮｂターゲット１８により異なる基板上にＮｂ２Ｏ５膜を成膜して、各膜の屈折率を調べた。
その結果、成膜速度０．５ｎｍ／ｓｅｃにて波長５００ｎｍでの屈折率が１．４６のＳｉＯ２膜が得られた。
また、成膜速度０．４５ｎｍ／ｓｅｃと第１の実施形態による実施例に比べて０．１５ｎｍ／ｓｅｃ増加した速度にて、波長５００ｎｍでの屈折率が２．３９のＮｂ２Ｏ５膜が得られた。ただし、光学的膜厚１３０ｎｍのＮｂ２Ｏ５膜に対して、波長５００ｎｍで０．５％の吸収率を有するものであった。
なお、Ｓｉターゲット１６とＮｂターゲット１８とによる混合膜形成用の成膜準備完了時には、２つのターゲット上で生じる放電は一つの大きな放電のようになって見えた。
【０１１５】
次に、Ｎｂターゲット１８にプラズマを発生して成膜準備状態としたままＳｉターゲット１６上に位置するシャッター４５のみ開とし、ＳｉＯ２膜を回転中の基板１４上に成膜した。その結果、薄膜の屈折率は１．４８と高めになり，成膜速度は０．３５ｎｍ／ｓｅｃと低下した。
ＳｉＯ２膜の成膜後、光学素子１４ａとＳｉターゲット１６を取り外してそれぞれ膜分析を行ったところ、Ｓｉターゲット上のエロージョンの範囲の周辺にＮｂが観測された。これは、Ｓｉターゲット１６上とＮｂターゲット１８上とに発生した２つの放電が干渉しあうことによって膜条件が変化するとともに、Ｓｉターゲットの汚染が生じたことを裏付けるものであった。したがって、混合膜を形成しなくても防着板４６（４６Ａ、４６Ｂ）の効果が確認できた。
【０１１６】
次に、上記第５の実施形態に基づいて、実際に基板１４として、屈折率１．７３５のレンズ（光学素子）１４Ｊ、１４Ｋ、１４Ｌを使用し、レンズ１４Ｊ、１４Ｋ、１４Ｌに３層の反射防止膜を形成した結果を以下に示す。
この際、回転板５６の回転方向に対して垂直の方向に形成される反射防止膜の膜厚が回転板５６内で均一になるように決定した膜厚補正板２２０を、ターゲット１６，１８に対向する位置で、かつ、レンズ１４Ｊ、１４Ｋ、１４Ｌとシャッター４５との間に設置した。
【０１１７】
まず、膜厚補正板２２０の効果を確認するために、比較例として、膜厚補正板２２０を設けないで反射防止膜を形成させた際の反射率特性を図１８に示す。
波長５００ｎｍ付近のピーク波長は、レンズ１４Ｊ、１４Ｋ、１４Ｌの順に、４９６ｎｍ，４９３．５ｎｍ、４９１．５ｎｍと４９３．７±２．３ｎｍとなった。
次に、３層の各形成時に、遮蔽板３０Ａ，３０Ｂの開口幅に同期して、膜厚補正板２２０を次のように動かした。
すなわち、遮蔽板３０Ａ，３０Ｂによる開口幅が７０ｍｍの場合には、遮蔽板３０Ａ，３０Ｂに対して水平方向、遮蔽板３０Ａ，３０Ｂによる開口幅が０ｍｍの場合には、遮蔽板３０Ａ，３０Ｂに対して垂直方向とし、その間、所定の角度間隔で位置出しを行った。
こうして、レンズ１４Ｊ、１４Ｋ、１４Ｌに３層の反射防止膜を設けた際の反射率特性を図１９に示す。
波長５００ｎｍ付近のピーク波長は、レンズ１４Ｊ、１４Ｋ、１４Ｌの順に、４９２．５ｎｍ，４９３．０ｎｍ、４９２．０ｎｍとなり、何れも４９２．５±０．５ｎｍ内となった。
【０１１８】
次に、上記の第１の実施形態に係る実施例に対し、ターゲット２０を、ターゲット１８と同一のＮｂターゲットに変更したものである。２つのＮｂターゲット１８，２０共、同じ導入ガス圧、開口幅、投入電力の成膜条件とした。
その結果、Ｎｂ２Ｏ５膜を２倍の厚さで基板１４に形成することができた。
すなわち、本実施例では、基板１４に混合膜を形成するうち、Ｎｂ２Ｏ５の占める割合の高い高屈折率混合膜については、第１の実施形態に比べて短い成膜時間で形成が可能となった。表６にその結果を示す。
表２の場合と比べて、同じ屈折率を得るのにＳｉの開口幅も広くなり、屈折率２．３７と２．０２を得るのに１／２倍の成膜時間で形成することができた。
【０１１９】
【表６】
2004244722.tif 000008
【０１２０】
次に、上記第６の実施形態に基づいて実際に基板１４上に光学薄膜を形成した結果を以下に示す。
本実施例では、第１の実施形態と同条件で遮蔽板３０Ａ，３０Ｂの開口幅を共に７０ｍｍとし、回転板５６における回転中心からの径がそれぞれ異なる位置に、レンズ１４Ｊ、１４Ｋ、１４Ｌを配置し、成膜後にこれらを取り出して新たなレンズ１４Ｊ、１４Ｋ、１４Ｌを再び配置して成膜するという操作を５回反復して５回の成膜を行い、それぞれの発光強度から制御性を確認した。
【０１２１】
まず、比較例として、フィードバック制御を行わないで成膜した。
Ｓｉターゲット１６上のプラズマモニタ２２１における対象波長を４２８ｎｍとし、Ｎｂターゲット１８上のプラズマモニタ２２６における対象波長を４２２ｎｍとして電源２２に３００ｗ印加した場合、Ｓｉターゲット１６上に生ずるプラズマの発光強度は、強度１３２０カウントから徐々に減少し、５回目には初期に比べ４５カウント減少を示した。一方、Ｎｂターゲット１８上に生ずるプラズマは電源２４に３００ｗ印可した場合、強度１４５７カウントから５０カウント減少した。
結果として得られた膜は、混合比は同じとなり、その結果屈折率は安定していたが、レートの減少が見られた。
【０１２２】
次に、プラズマモニタ２２１のカウントをＳｉターゲット１６上では１３２０カウント、プラズマモニタ２２６のカウントをＮｂターゲット１８上では１４５７カウントとなるように投入電力にフィードバックをしたところ、得られた混合膜は屈折率１．８±０．０５、光学膜厚が１３０ｎｍ±１ｎｍと、きわめて安定した混合膜を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明の第１の実施形態における薄膜形成装置のターゲット配置を示す平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線矢視における第１の実施形態の薄膜形成装置を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における薄膜形成装置においてＳｉターゲットとＮｂターゲットに対応する駆動機構を示す平面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における薄膜形成装置において防着板を示す斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における薄膜形成装置のターゲット配置を示す平面図である。
【図６】図５のＹ−Ｙ線矢視における第２の実施形態の薄膜形成装置を示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における薄膜形成装置のターゲット配置を示す平面図である。
【図８】本発明における実施例において表１に対応する薄膜構成材料と屈折率との関係を示すグラフである。
【図９】本発明における実施例において表２に対応する薄膜構成材料と屈折率との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明における実施例において表３の膜厚で得られる分光反射率特性を示すグラフである。
【図１１】本発明における実施例において表４に対応する薄膜構成材料と屈折率との関係を示すグラフである。
【図１２】本発明における実施例において表５に対応する薄膜構成材料と屈折率との関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の第１の実施形態における薄膜形成装置の他の例を示す側面図である。
【図１４】図１３のＰ方向矢視における第４の実施形態の薄膜形成装置を示す断面図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態における薄膜形成装置を示す断面図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態における薄膜形成装置を示す断面図である。
【図１７】本発明の第６の実施形態における薄膜形成装置を示す断面図である。
【図１８】本発明における第５の実施形態に係る実施例の比較例として得られる分光反射特性を示すグラフである。
【図１９】本発明における第５の実施形態に係る実施例において得られる分光反射特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１２４】
１０，９０，１００、２００、２１２、２３０  薄膜形成装置
１４  基板（被成膜対象物）
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ  光学素子
１４Ｊ、１４Ｋ、１４Ｌ  レンズ（光学素子）
１６、２５０  Ｓｉターゲット（ターゲット）
１８、２５１  Ｎｂターゲット（ターゲット）
１９  Ｎｂ２Ｏ５ターゲット（ターゲット）
２０  Ａｌ２Ｏ３ターゲット（ターゲット）
２８  高周波電源（高周波供給機構）
３０Ａ，３０Ｂ  一対の遮蔽板（仕切部材）
３０ａ  開口部
３２  開口部調整機構
３４  駆動機構
４５  シャッター
４６  防着板
５２  基板回転機構（対象物移動機構、対象物回転機構）
１０２  イオン照射機構
２１０  光学式測定機構
２１５  補正手段
２２０  膜厚補正板
２２０ａ  補正板固定軸（回転軸）
２３５、２３６  フィードバック機構
【図１】
2004244722.tif 000009
【図２】
2004244722.tif 000010
【図３】
2004244722.tif 000011
【図４】
2004244722.tif 000012
【図５】
2004244722.tif 000013
【図６】
2004244722.tif 000014
【図７】
2004244722.tif 000015
【図８】
2004244722.tif 000016
【図９】
2004244722.tif 000017
【図１０】
2004244722.tif 000018
【図１１】
2004244722.tif 000019
【図１２】
2004244722.tif 000020
【図１３】
2004244722.tif 000021
【図１４】
2004244722.tif 000022
【図１５】
2004244722.tif 000023
【図１６】
2004244722.tif 000024
【図１７】
2004244722.tif 000025
【図１８】
2004244722.tif 000026
【図１９】
2004244722.tif 000027