(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽と、
前記真空槽内に設置され電極として機能し、基板を保持する基板ドームと、
開口が形成されたモニター窓と、
前記基板ドームと前記モニター窓に高周波電力を供給し、前記真空槽内のガスをイオン化するための給電手段と、
前記モニター窓の前記開口を介して前記イオン化されたガスに曝されるモニター基板と、
成膜される材料が設置された２つの蒸発源と、を備え、
前記モニター基板に光を照射し、この光の強度の変化量を測定することによって、当該モニター基板に形成された膜の膜厚を測定し、
前記モニター窓は、小判型円錐状に形成され、この小判型の上面の一部に前記開口が設けられ、
前記モニター窓には高周波電圧が印加され、前記基板ドームと同電位である、ことを特徴とする真空蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は真空蒸着装置に関し、特にモニターガラスへ成膜された膜厚を測定することによって基板への成膜状況を把握することが可能な真空蒸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置、光学装置等の技術分野で、基板上に薄膜を形成する方法として真空蒸着法等が用いられている。また、真空蒸着法等において、真空槽内部へ導入したガスを電離させ、発生した陽イオンによって蒸着分子を基板へ押し付けることにより密着力が強く充填密度の高い薄膜を形成する手法は、一般的にIon Assisted Depositionと呼ばれる（以下「ＩＡＤ」という）。ＩＡＤ法を用いた装置としては、例えば成膜基板が搭載された基板ドームと真空槽との間に高周波電圧を印加する高周波電圧直接印加方式の真空蒸着装置が挙げられる。高周波電圧直接印加方式の真空蒸着装置は、基板ドームに発生したセルフ直流バイアス電圧（以下「ＶＤＣ」という）によりイオンアシスト効果を得て密着力が強く充填密度の高い薄膜を形成するものである。
【０００３】
このような真空蒸着装置では、実基板上に形成された薄膜をモニタリングするため、モニター部が設けられていることが一般的である（例えば、特許文献１）。モニター部は、透光性を備えるガラス基板、投光部、受光部等から構成される。成膜されたガラス基板に投光部から光を照射し、ガラス基板によって反射もしくは透過された光を受光部で受け、光の各波長における強度の変化量を測定することによって膜厚を判別し、実基板の成膜状況をモニタリングしている。
【特許文献１】特許第３６７１３０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このようなモニター部を備える真空蒸着装置において、成膜状況のモニタリングを良好に行うためには、モニタリング用のガラス基板上に基板ドームに設置された実基板に近い程度の成膜がなされる必要がある。つまり、モニタリング用のガラス基板の成膜条件を、実基板の成膜条件に限りなく近づけることが求められる。しかし、ガラス基板には例えば図６（ａ）及び（ｂ）に示すモニター窓８１やモニター窓８２が取り付けられており、モニター窓の開口８１ａ又は８２ａを介して成膜されるため、基板ドームに設置される実基板と比較して、成膜されにくい問題がある。さらに、実基板においては基板ドームが裏面電極として機能することにより、イオンが均等に基板に飛び込み、成膜が良好に施されるが、モニタリング用のガラス基板には裏面電極として機能する構成ができないためイオンによるアシスト効果を十分に得ることが出来ないという課題がある。モニタリング用基板は光を照射させて膜厚を測定するため裏面に電極を配置することが困難であり、従って、基板ドームに設置された実基板とモニタリング用基板の成膜条件が異なりモニタリングの精度が低下するという問題があった。
【０００５】
本発明は上述した実情に鑑みてなされたものであり、モニタリング用基板の成膜条件を実基板の成膜条件に近づけ、モニタリングの精度を向上させた真空蒸着装置を提供することを目的とする。具体的には、モニタリング用基板が成膜されにくいという課題を解決し、更にモニタリング用基板の成膜におけるイオンアシスト効果を向上させるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の真空蒸着装置は、
真空槽と、
前記真空槽内に設置され電極として機能し、基板を保持する基板ドームと、
開口が形成されたモニター窓と、
前記基板ドームと前記モニター窓に高周波電力を供給し、前記真空槽内のガスをイオン化するための給電手段と、
前記モニター窓の前記開口を介して前記イオン化されたガスに曝されるモニター基板と、
成膜される材料が設置された２つの蒸発源と、を備え、
前記モニター基板に光を照射し、この光の強度の変化量を測定することによって、当該モニター基板に形成された膜の膜厚を測定し、
前記モニター窓は、小判型円錐状に形成され、この小判型の上面の一部に前記開口が設けられ、
前記モニター窓には高周波電圧が印加され、前記基板ドームと同電位である、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、モニター基板が良好に成膜され、成膜状況の良好なモニタリングが可能な真空蒸着装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施の形態に係る真空蒸着装置について、図を用いて説明する。本実施の形態では、特に真空蒸着装置として、ＩＡＤ（Ion Assisted Deposition）法を用いた高周波電圧直接印加方式の光学薄膜用の真空蒸着装置を例に挙げて説明する。
【００１０】
本実施の形態の光学薄膜用の真空蒸着装置１０は、図１に示すように、モニター部２１と、基板ドーム２２と、基板ドーム回転機構２４と、真空槽３０と、ガス導入口３１と、給電部３２と、基板加熱用ヒータ３３と、蒸着材料３４を充填する坩堝３５と、電子銃３６と、シャッター３７と、ニュートラライザ３８と、排気口３９と、を備える。また、給電部３２と真空槽３０との間には、高周波電源２５が接続されている。
【００１１】
真空槽（真空チャンバ）３０は、導体から構成され、接地された密閉容器から構成され、基板ドーム２２と、基板ドーム回転機構２４と、給電部３２と、基板加熱用ヒータ３３と、坩堝３５と、電子銃３６と、シャッター３７と、ニュートラライザ３８と、等を収容し、ガス導入口３１と排気口３９とを備える。
【００１２】
基板ドーム２２は、ドーム状の形状を有し、高周波電極として機能し、真空槽３０内に高周波電圧を印加する。また、基板ドーム２２上には、成膜対象の成膜基板２３が載置される。なお、成膜用の基板（成膜基板）２３を、基板ドーム２２近傍に保持する構成でもよい。
【００１３】
基板ドーム回転機構２４は、均一な成膜を可能とするため、成膜処理の間、基板ドーム２２を回転する。
ガス導入口３１は、真空槽３０内部にアルゴン（Ａｒ）、酸素（Ｏ２）等の放電ガス、プロセスガス、等、任意のガスを導入する。
給電部３２は、回転する基板ドーム２２に高周波電圧を印加する。
基板加熱用ヒータ３３は、成膜基板２３を加熱する。
坩堝３５には、プロセスに応じた種類の蒸着材料３４が充填されている。例えばシリコン（Ｓｉ）やニオブ（Ｎｂ）の酸化物等、所望の材料を用いればよく、複数の坩堝３５を配置しそれぞれに異種の蒸着材料３４を充填してもよい。
電子銃３６は、坩堝３５内の蒸着材料３４に電子を衝突させ、蒸発温度まで加熱する。
【００１４】
シャッター３７は、開閉可能に構成され、蒸着完了時に閉じ、蒸着材料を遮蔽する。
ニュートラライザ３８は、放電の着火と基板のチャージアップを防止するために電子を放出する。
排気口３９は、真空ポンプなどの排気装置に接続され、真空槽３０内のガスを排気する。
【００１５】
高周波電源２５は、可変電力型の高周波電源装置であり、制御回路（図示しない）からの制御信号が指示する電力で、給電部３２と真空槽３０との間に、高周波電圧を印加する。高周波電圧の周波数と電圧はプロセスに応じて適宜選択されるが、例えば、Ｍ（メガ）帯域やＧ（ギガ）帯域の周波数を有する。給電部３２と真空槽３０との間に電圧を印加することによって真空槽３０内部にプラズマを発生させ、セルフバイアス効果を利用してイオンを基板ドーム２２に飛び込ませることによってイオンアシスト効果を得ている。
【００１６】
モニター部２１は、図１に示すように基板ドーム２２の中心領域に設置される。また、モニター部２１は、図２に示すように、モニターガラス（ガラス基板）４１と、モニター窓４２と、投光部４３と、ミラー４４と、ガラス駆動部４６と、受光部４７と、を備える。モニター部２１は、モニターガラス４１の一方の面（図２に示す下面）に形成された膜に、投光部４３から光を導き、反射された光の特定波長の吸収率を測定することによって膜厚を測定し、基板ドーム２２に設置された基板２３に成膜された膜厚を推定する。
【００１７】
モニターガラス４１は、透光性を備えるガラスから構成され、図３（ａ）に示すように円盤状に形成される。また、モニターガラス４１の底面には、図３（ｂ）に示すようにモニターガラス４１から所定の間隔だけ離間する位置に開口４２ａが形成されたモニター窓４２が設置されている。この開口４２ａを介してモニターガラス４１の底面は、真空槽３０内の蒸着材料に曝され、基板ドーム２２に設置された基板２３と同様に蒸着材料が堆積し、膜が形成される。このモニターガラス４１の底面に形成された膜を、成膜された面とは反対側の面、つまり図２ではモニターガラス４１の上面から光を照射し、各波長における光の強度の変化量を測定することによって、膜厚を測定する。また、モニターガラス４１は、ガラス駆動部４６によって周方向に所定角度ずつ回転する。このようにモニター窓４２の開口４２ａによってモニターガラス４１が露出する領域をずらすことによって、モニタリングする領域を変化させることができ、複数回のモニタリングが可能となる。
【００１８】
モニター窓４２は、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように平面形状は小判型、楕円形、断面形状は台形状、換言すれば小判型円錐状に形成される。モニター窓４２は、略方形に形成された開口４２ａを備える。この開口４２ａを介してモニターガラス４１の底面が蒸着材料に曝され、モニター窓４２はモニターガラス４１のその他の領域が成膜されることを防ぐ防着カバーとしての機能を有する。また、モニター窓４２には、高周波電源２５から高周波電圧が印加され、基板ドーム２２と同電位の電極として機能する。基板ドーム２２が基板２３の裏面に設置された電極のような役割を担い基板２３へのイオンアシスト効果を向上させるのと同様に、モニター窓４２はモニターガラス４１へのイオンアシスト効果を向上させる。
【００１９】
また、本実施の形態ではモニター窓４２は、小判型の平面形状に形成されている。これは、本実施の形態では蒸着材料３４がＳｉとＮｂの酸化物の２種類から構成され、蒸着材料が２カ所に設置されているため、それぞれの蒸着源から開口４２ａが陰となり、成膜される領域が偏ることがないようにするためである。従って、モニター窓４２の開口４２ａは、小判型に限られず、蒸着源等の配置によって適宜変更することが可能である。また、開口４２ａは、投光部４３から照射された光の反射光を受光部４７に受光させることが可能な範囲で出来る限り小さくすることが望ましく、開口４２ａを小さくすることアシスト効果を増大させることができる。また、開口４２ａを小さくすることでモニターガラス４１の測光ポイントを増やすことができる。
【００２０】
また、本実施の形態では、モニター窓４２の断面形状を台形に形成することによって、モニターガラス４１上に形成される膜を良好に形成することができる。例えば、従来用いられていた図６（ａ）に示すようなモニター窓８１は、断面形状が略方形に形成され、図６（ｂ）に示すモニター窓８２は断面形状が階段状に形成されている。このような断面形状のモニター窓では、モニター窓の角部にイオンや蒸着材料が滞留し、開口に良好に蒸着材料が導かれないという問題がある。また、特に電気力線はモニター窓の面に対して垂直方向に入ることから、モニター窓の開口近傍に生ずると考えられる電界は、イオンがモニター窓の開口に導かれにくいものとなると考えられる。このような理由から、従来のモニター窓８１，８２では良好な成膜がなされないと考えられる。
【００２１】
しかし、本実施の形態のモニター窓４２では、モニター窓４２の断面を台形状に形成することにより、角部を鈍角に形成している。従って、図６（ａ）及び（ｂ）に示すモニター窓８１，８２と異なり、イオンや蒸着材料が滞留しにくく、更に電界もイオンが良好に開口４２ａ内に導かれるように生ずると考えられる。従って、モニターガラス４１上は、良好に成膜されるため、基板２３の成膜状況のモニタリングを良好に行うことが可能となる。蒸着源に対して影にならず、かつ、イオンアシスト効果を向上させる形状にモニター窓を構成することにより、モニターガラスの成膜条件を実基板の成膜条件に近づけることが可能となる。
【００２２】
投光部４３は、所定の光源から構成され、多波長の光を送ることが出来るよう、例えばハロゲンランプから構成される。
【００２３】
ミラー４４は、投光部４３から発せられた光の角度をモニターガラス４１方向へと導くミラー４４ａと、モニターガラス４１によって反射された光を受光部４７へと導くミラー４４ｂと、から構成される。
【００２４】
ガラス駆動部４６は、モータ等から構成され、モニターガラス４１を所定角度ずつ回転させる。
【００２５】
受光部４７は、モニターガラス４１から反射された光を受け、測定部（図示せず）へと光を導く。測定部では、所定波長でどの程度光が吸収されたかの吸収率を測定し、膜厚を判別する。
【００２６】
次に、真空蒸着装置１０により基板上に蒸着を行なう動作を、ＳｉＯ２膜とＮｂ２Ｏ５膜の積層膜を形成する場合を例に説明する。
まず、基板ドーム２２に成膜基板２３を設置する。続いて、蒸発源には、形成する膜に応じた蒸着材料３４として例えばＮｂ２Ｏ５を充填した坩堝とＳｉＯ２を充填した坩堝を配置しておく。
【００２７】
次に、真空槽３０内を図示しない排気系によって１０−４Ｐａ程度の高真空領域まで排気する。基板ドーム回転機構２４により基板ドーム２２を回転させる。また、必要に応じて基板加熱用ヒータ３３を用いて成膜基板２３を加熱する。
続いて、また、ガス導入口３１から真空槽３０内にＡｒ，Ｏ２等のガスを導入する。ガス流量を安定させ、例えば真空槽３０内の圧力を１０−２Ｐａ程度の真空状態に維持する。
また、電子銃３６から電子ビームを坩堝３５内のＮｂ２Ｏ５蒸着材料３４へ照射し、蒸着材料３４を蒸発温度まで昇温させる。
【００２８】
一方、制御回路（図示せず）は、高周波電源２５を起動して、給電部３２を介して基板ドーム２２に高周波電圧を印加すると共にニュートラライザ３８から電子を放出し、プラズマを着火する。
【００２９】
基板ドーム２２と真空槽３０との間に印加された高周波電圧は、ガス導入口３１から導入したガスをイオン化し、真空槽３０内にプラズマを発生させる。
シャッター３７を開くと蒸着材料３４であるＮｂ２Ｏ５は真空槽３０内を飛散し、ＶＤＣに吸引されたイオンにアシストされて、成膜基板２３上に堆積することで緻密なＮｂ２Ｏ５薄膜を形成する。
【００３０】
基板２３が成膜されると同時に、モニター窓４２の開口４２ａを介して露出するモニターガラス４１上にも成膜が施される。所定の時間ごとに投光部４３から光を照射し、モニターガラス４１によって反射された光を測定することにより膜厚を測定する。この測定を繰り返し、膜厚の変化を測定する。モニターガラス４１に成膜されたＮｂ２Ｏ５膜の厚みが、所定値に達したところで、成膜を終了する。
【００３１】
成膜されたＮｂ２Ｏ５膜の膜厚が目標値に到達したらシャッター３７を一旦閉じる。また、モニターガラス４１をガラス駆動部４６によって所定角度だけ回転させ、モニターガラス４１の成膜されていない領域を露出させる。
【００３２】
続いて、電子銃３６から電子ビームを坩堝３５内のＳｉＯ２蒸着材料３４へ照射し、蒸着材料３４を蒸発温度まで昇温させる。
【００３３】
シャッター３７を開くと蒸着材料３４であるＳｉＯ２は真空槽３０内を飛散し、イオンにアシストされて、成膜基板２３上に堆積することで緻密なＳｉＯ２薄膜を形成する。
【００３４】
基板２３が成膜されると同時に、モニター窓４２の開口４２ａを介して露出するモニターガラス４１上にも成膜が施される。所定の時間ごとに投光部４３から光を照射し、モニターガラス４１によって反射された光を測定することにより膜厚を測定する。この測定を繰り返し、膜厚の変化を測定する。モニターガラス４１に成膜されたＳｉＯ２膜の厚みが、所定値に達したところで、成膜を終了する。
【００３５】
成膜されたＳｉＯ２膜の膜厚が目標値に到達したらシャッター３７を一旦閉じる。また、モニターガラス４１をガラス駆動部４６によって所定角度だけ回転させ、モニターガラス４１の成膜が施されていない領域を露出させる。
【００３６】
以後、同様の動作を繰り返し、所望の膜厚のＮｂ２Ｏ５膜とＳｉＯ２膜とを、必要な層数だけ積層する。
成膜処理が終了すると、シャッター３７を閉じると共に電子銃３６、基板加熱用ヒータ３３、高周波電源２５、ガスの導入、およびニュートラライザ３８などを停止させる。冷却後、真空槽３０内に大気を導入した後、薄膜が形成された成膜基板２３を取り出す。
【００３７】
上述したように、本実施の形態の真空蒸着装置では、断面形状が台形に形成されたモニター窓４２を備えることによって、イオンアシストされた蒸着材料が、モニターガラス４１へと導かれやすくなり、モニターガラス４１が良好に成膜される。従って、基板ドーム２２に設置された基板２３の成膜状況を良好にモニタリングすることができる。
【００３８】
本発明は上述した実施の形態に限られず、様々な変形及び応用が可能である。
例えば、上述した実施の形態では、モニター窓４２の平面形状が楕円形である場合を例に挙げたが、蒸発源がモニター窓の真下にある場合などはこれに限られず円形等であっても良い。
【００３９】
また上述した実施の形態では、モニター窓４２は直線状の側面を備える場合を例に挙げて説明したが、モニター窓の開口にイオン、蒸着材料が導かれる形状であれば、これに限られない。例えば、図５（ａ）及び（ｂ）に示すようモニター窓５２のように、側面が曲面状に形成されても良い。モニター窓５２は、図５（ｂ）に示すように、断面形状が、対向する２辺がそれぞれ曲線状に形成された台形状に形成されることによって、図４（ｂ）に示すモニター窓４２と同様にイオンや蒸着材料が滞留しにくく、更に電界もイオンが良好に開口５２ａ内に導かれるように生ずるため、モニターガラスが良好に成膜される。
【００４０】
また、蒸着材料、ガス種、圧力、温度などは、上記実施の形態で例示したものに限定されず、任意に変更可能である。また、上述した実施の形態では受光部はモニタリング用基板の反射光を受光するが、透過光を受光する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態に係る真空蒸着装置の構成例を模式的に示す図である。
【図２】真空蒸着装置のモニター部を示す図である。
【図３】（ａ）は、モニターガラスとモニター窓とを特に図示する平面図であり、（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】（ａ）はモニター窓を示す斜視図であり、（ｂ）はモニター窓を示す断面図である。
【図５】（ａ）はモニター窓の変形例を示す斜視図であり、（ｂ）はモニター窓の変形例を示す断面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、従来のモニター窓を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  真空蒸着装置
２１  モニター部
２２  基板ドーム
２３  基板
２４  基板ドーム回転機構
２５  高周波電源
３０  真空槽
３１  ガス導入口
３２  給電部
３３  基板加熱用ヒータ
３４  蒸着材料
３５  坩堝
３６  電子銃
３７  シャッター
３８  ニュートラライザ
３９  排気口
４１  モニターガラス
４２  モニター窓
４３  投光部
４４  ミラー
４６  ガラス駆動部
４７  受光部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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