(57)【要約】  【課題】  その周縁部の膜物性を（光学）測定し得るモニター基板とその用途、それらの使用方法を提供すること。  【解決手段】  評価対象の膜を形成すべき主面と、膜を評価するための光の光路が設けられてなる側面とを備え、前記光路の一端面が上記主面と実質的に同一面を形成するように設けられてなる、成膜モニター基板。さらに、上記光路が、上記主面と反対方向に成膜モニター基板の外部にまで延びていて、好ましくは、その外部にまで延びている光路の端部に入射光測定器が接続されてなる成膜モニター装置。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
評価対象の膜を形成すべき主面と、膜を評価するための光の光路が設けられてなる側面とを備え、前記光路の一端面が上記主面と実質的に同一面を形成するように設けられてなる、成膜モニター基板。
【請求項２】
請求項１記載の成膜モニター基板に備えられている光路が、上記主面と反対方向に成膜モニター基板の外部にまで延びている成膜モニター装置。
【請求項３】
成膜モニター基板の外部に延びている光路の端部に入射光測定器が接続されてなる請求項２記載の成膜モニター装置。
【請求項４】
入射光測定器が膜を評価するための光源を備える請求項３記載の成膜モニター装置。
【請求項５】
成膜装置内に配置した、製品用基板および請求項１記載の成膜モニター基板の両方に膜を形成しながら、または形成した後に、膜を評価するための光を成膜モニター基板に設けられた光路に伝送して成膜モニター基板に形成された膜を光学測定することによる、製品用基板に形成された膜の評価方法。
【請求項６】
上記成膜モニター基板が光路を複数本有し、それら複数の光路のうちの一部の光路の端面が成膜されないように遮蔽を施しながら、成膜モニター基板に膜を形成する請求項５記載の評価方法。
【請求項７】
請求項４記載の成膜モニター装置を構成する成膜モニター基板と、製品用基板とを成膜装置内に配置し、上記光源から膜を評価するための光を光路に伝送して、光路の成膜モニター基板の主面側の端面からの反射光を上記入射光測定器で測定しながら、製品用基板と成膜モニター基板の両方に膜を形成する、基板への成膜方法。
【請求項８】
請求項３または４記載の成膜モニター装置を構成する成膜モニター基板と、製品用基板とを、膜を評価するための光源を備える成膜装置内に配置し、上記成膜装置に備えられた光源から膜を評価するための光を成膜モニター基板の主面に照射して、光路の成膜モニター基板の主面側の端面から入射した光を上記入射光測定器で測定しながら、製品用基板と成膜モニター基板の両方に膜を形成する、基板への成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は成膜モニター基板、それを用いた膜の評価方法、該基板を備えた成膜モニター装置および該装置を用いた成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸着などといった手法を用いて光学素子などへ成膜する場合、本来の成膜対象の基板（以下、「製品用基板」という。）とともに、製品にすることを意図しない評価用の基板（以下、「成膜モニター基板」という。）を成膜装置内に配置して両者を同時に成膜することが多い。その場合、成膜後に成膜モニター基板に形成された膜の物性を測定することによって、製品用基板に形成された膜の物性を推測する。それは、光学素子の微小化に伴い、製品用基板も微小化しているが故に、形成された膜の物性を精度よく測定するのが困難になってきているからである。図９は、上述の方法を模式的に表しており、製品用基板６と、それよりも大きな成膜モニター基板１０とが同時に成膜されている。
【０００３】
さらに、成膜中に成膜モニター基板に形成された膜の物性を評価するという、所謂リアルタイム測定が可能な装置、成膜方法も提案されている（特許文献１〜３）。
【特許文献１】特開平５−２５５８５０号公報
【特許文献２】特開２００１−３０５３３７号公報
【特許文献３】特開２００２−５３９５７号公報
【０００４】
しかし、上記特許文献に記載された方法を含めた従来技術には、特に製品用基板が微小化したときに顕在化する、以下に述べるような基板周縁部における成膜不均一の問題を内在している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、ＬＮやＬＴなどといった強誘電体結晶基板に成膜する場合、焦電効果等によって基板表面が帯電しているため、基板と成膜材料との電気的な力（引力・反発力）によって成膜が成膜面内で不均一になる虞がある。この不均一は、成膜面の中央部よりも電荷が集中しやすい周縁部にて顕著である。結晶内部に導波路を形成した強誘電体材料や、円筒レンズやスラブ導波路の如く一辺が１００μｍ以下の微小な断面領域をもつ光学素子は、成膜の不均一の問題が生じ易い「周縁部」の割合が相対的に大きくなる。よって、モニター基板の中央部の膜物性が製品用基板の膜物性を反映し難くなるという点で、上述の問題が顕在化し易い。この問題は、従来のモニター基板では解決できない。特に、上記特許文献に記載の装置・方法では成膜時の膜厚管理に主眼を置いており、モニター基板のうちでも、安定して成膜され易い中央部に着目すればよいので、上述した周縁部での成膜の不均一の課題には着眼し得ない。
【０００６】
上述の問題は、モニター基板の周縁部の微小領域の膜物性（特に光学測定による物性評価）を特異的に測定することが困難であることに起因している。本発明は、その周縁部の膜物性を測定し得るモニター基板とその用途、それらの使用方法を提供することを主たる課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、膜物性を評価する光を伝送する光路を予め基板に設けることで上記課題を達成し得ることに着想して以下の本発明を完成した。
（１）評価対象の膜を形成すべき主面と、膜を評価するための光の光路が設けられてなる側面とを備え、前記光路の一端面が上記主面と実質的に同一面を形成するように設けられてなる、成膜モニター基板。
（２）上記（１）記載の成膜モニター基板に備えられている光路が、上記主面と反対方向に成膜モニター基板の外部にまで延びている成膜モニター装置。
（３）成膜モニター基板の外部に延びている光路の端部に入射光測定器が接続されてなる上記（２）記載の成膜モニター装置。
（４）入射光測定器が膜を評価するための光源を備える上記（３）記載の成膜モニター装置。
（５）成膜装置内に配置した、製品用基板および上記（１）記載の成膜モニター基板の両方に膜を形成しながら、または形成した後に、膜を評価するための光を成膜モニター基板に設けられた光路に伝送して成膜モニター基板に形成された膜を光学測定することによる、製品用基板に形成された膜の評価方法。
（６）上記成膜モニター基板が光路を複数本有し、それら複数の光路のうちの一部の光路の端面が成膜されないように遮蔽を施しながら、成膜モニター基板に膜を形成する上記（５）記載の評価方法。
（７）上記（４）記載の成膜モニター装置を構成する成膜モニター基板と、製品用基板とを成膜装置内に配置し、上記光源から膜を評価するための光を光路に伝送して、光路の成膜モニター基板の主面側の端面からの反射光を上記入射光測定器で測定しながら、製品用基板と成膜モニター基板の両方に膜を形成する、基板への成膜方法。
（８）上記（３）または（４）記載の成膜モニター装置を構成する成膜モニター基板と、製品用基板とを、膜を評価するための光源を備える成膜装置内に配置し、上記成膜装置に備えられた光源から膜を評価するための光を成膜モニター基板の主面に照射して、光路の成膜モニター基板の主面側の端面から入射した光を上記入射光測定器で測定しながら、製品用基板と成膜モニター基板の両方に膜を形成する、基板への成膜方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、モニター基板の周縁部の微小領域の膜物性（特に光学測定による物性評価）を特異的に測定することが可能になり、製品用基板が微小化しても、形成された膜の物性を精度よく測定することが可能になり、好ましい態様によれば、形成される膜を評価しながら成膜を行い、評価結果を成膜条件にフィードバックしながら膜を形成することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の成膜モニター基板は、評価対象の膜を形成すべき主面と、膜を評価するための光の光路が設けられてなる側面とを備える。そして、側面に設けられた光路の一端面は、上記主面と実質的に同一面を形成するように設けられる。
【００１０】
「成膜モニター基板」とは、本来の成膜対象の基板（以下、「製品用基板」という。）とともに成膜装置内に配置され、製品用基板と共に成膜される基板であり、成膜後に製品にすることが意図されない、もっぱら評価のために用いられる基板である。図１および図２は、本発明の成膜モニター基板を表す。以下、これらの図面を参照して説明する。
【００１１】
成膜モニター基板１の材料は、評価対象とすべき膜を形成し得る材料であれば特に限定されないが、膜質評価を単純化するために製品用基板と同様の材料、あるいは屈折率が製品用基板に近い材料が用いられることが多い。
【００１２】
成膜モニター基板１の形状は、上記構成をとることができる限り特に限定はない。通常は、製造上、使用上の便宜の点から板状、柱状である。図１の態様では、成膜モニター基板１は円柱状であり、図２の態様では四角柱状（直方体状）である。成膜モニター基板１の大きさも特に限定はない。近時、製品用基板の微小化が著しいが、本発明の構成に伴う作用によって、成膜モニター基板１の周縁部の微小領域の膜物性を容易に評価できるので、基板１自体を著しく微小化する必要はない。具体的には、成膜モニター基板１の体積は、通常１〜５０ｍｍ３であり、好ましくは１〜１０ｍｍ３である。
【００１３】
成膜モニター基板１が備える「評価対象の膜を形成すべき主面」とは、成膜装置によって成膜することを意図する面である。図１の態様では円柱状の基板１の図面上方の円状の面１１が、図２の態様では四角柱状の基板１の図面上方の方形状の面１１が上記主面である。主面１１は通常は平面であるが、厳密な平面性は要さず、曲面であってもよい。上述のように製品用基板の微小化に伴い、その成膜面も狭小化しているが、成膜モニター基板１の主面１１をも小さくする必要はない。製造上、使用上の便宜の点から主面１１の面積は、好ましくは０．０１〜１０ｍｍ２であり、より好ましくは０．０１〜１ｍｍ２である。後述するように、成膜モニター基板１の主面１１は、側面１２に設けられた光路２の一端面と実質的に同一の面を形成する。
【００１４】
成膜モニター基板１が備える「光路が設けられてなる側面」とは、形成された膜を測定するための光の光路２が設けられた面であって、上記主面１１と隣接する面である。図１の態様では円柱状の基板１の測面１２が、図２の態様では四角柱状の基板１の図面手前側および裏側（図示せず）の２つの方形状の面１２が上記側面である。両図面から明らかなように、側面１２は平面であってもよいし、曲面であってもよい。
【００１５】
上記側面１２に「光路が設けられてなる」とは、側面１２に１本以上の光路２が形成されることである。光路の種類は特に問わず、膜の物性を評価するための光を意図する方向へ伝送するよう構成されていればよい。図１の態様では側面１２上に接着剤（図示せず）にて貼り付けられた光ファイバ２が、図２の態様では側面１２に形成された導波路２が上記光路である。このように、光路２は側面１２の一部を構成（図２の態様）していもよいし、側面１２に後から設けてもよい（図１の態様）。図２から明らかなように、主面１１に隣接する全ての面に光路２を設ける必要はない。光路２の形成方法は特に限定されず、従来公知の方法を適宜取り入れることができる。
【００１６】
上記光路２の「一端面が上記主面と実質的に同一面を形成する」とは、光路２の端面と主面１１とが実質的に連続な曲面または平面を形成することであり、通常は平面を形成することである。図１および図２の両態様においては、光路２の、ともに図面上方の端面が基板１の主面１１と実質的に同一面を形成している。「実質的に」とは、厳密に幾何学的に同一面であることを要するものではなく、主面１１に形成された膜を光学的に測定できる程度に近接している、という意味である。そのような範囲内であれば、光路２の端面は主面１１よりも出っ張っていても、引っ込んでいてもよい。具体的には、主面１１が平面である場合、光路２の端面と主面１１との面間距離は、好ましくは１０ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下である。光路２の上記端面は、膜物性の評価のために、入射端および／または出射端となるように処理されており、そのように処理する方法は公知である。
【００１７】
以上のような構成の成膜モニター基板１では、主面１１に形成した膜の物性を光学測定する際に、主面１１の周縁部の微小領域に特異的に測定のための光を照射したり、前記微小領域の光学情報を特異的に取得したりすることができる。よって、成膜モニター基板１自体の大きさに関わらず、著しく微小化した製品用基板に形成された膜の物性を的確に評価することができる。微小化した製品用基板とは、成膜を施すべき領域の面積が１ｍｍ２以下、さらには１０−４〜１０−２ｍｍ２であることを意味する。もちろん、上記成膜モニター基板１はそれよりも大型の製品用基板とともに用いてもよい。また、複数の光路２を設ける場合には、成膜モニター基板１の主面１１の複数の場所の膜を評価することができる。
【００１８】
上記の成膜モニター基板１を、成膜装置内に製品用基板とともに配置し、成膜モニター基板１の主面１１と製品用基板の両方に膜を形成しながら、または膜を形成した後に、膜を評価するための光を成膜モニター基板１の光路２に伝送して成膜モニター基板１に形成された膜を評価（光学測定）することにより、製品用基板に形成された膜を評価することができる。
【００１９】
この評価方法において、成膜モニター基板１に形成された膜の具体的な光学測定方法は、特に限定はなく、膜の評価のための公知の光学測定方法を適用することができ、それに適した光を光路２に伝送すればよい。光を伝送するとは、測定すべき膜に光を照射するための伝送であってもよいし、評価のために膜に照射された光の測定器等への伝送であってもよいし、それら両方の伝送を同時に行ってもよい。ここで、膜の評価のための光学測定手段と、それに用いる光の種類の組合わせの例を以下に示す。
・リフレクトメータによる反射損失測定（波長：６３３ｎｍ，１５５０ｎｍ）
・分光光度計による透過光量・波長測定（波長：４００ｎｍ〜３０００ｎｍ）
【００２０】
図３は上記成膜モニター基板１を用いた、製品用基板の膜の一評価方法を模式的に表す。図３（Ａ）は成膜モニター基板１の側面１２を表わす。この側面１２には光路２が形成されている。この態様においては、成膜モニター基板１を製品用基板（図示せず）とともに成膜装置（図示せず）に配置して、一部の光路２の端面が成膜されないように遮蔽手段３による遮蔽を施しながら、成膜モニター基板１と製品用基板とを成膜する。図３（Ａ）の態様では、図面右端の光路２が遮蔽されている。遮蔽を施す方法は特に限定はなく、公知の方法によることができる。具体的には、成膜材料（蒸着源）と光路２の端面との間に金属片３等を入れ込む方法が挙げられるがこれに限られない。図３（Ｂ）は、そのように遮蔽を施しながら成膜したときの成膜モニター基板１の主面１１を表す。主面１１のうち符号１１１で表された領域は上述のように施した遮蔽手段３に対応する領域である。主面のうち、符号１１２で表された領域には成膜が施されているが、符号１１１で表された領域には成膜が施されていない。その符号１１１で表された領域内に端面が現れている光路２（この光路が、「基準導波路」となる。）についての光学測定の結果を基準として、符号１１２で表された領域内に端面が現れている光路２の光学測定結果とを比較すれば、施された膜の評価をより精度よく行うことができる。
【００２１】
図１は、成膜モニター基板１から、光路（光ファイバ）２が図面下方に延びている成膜モニター装置を表す。本発明の成膜モニター装置は、上述した成膜モニター基板１に備えられている光路２が、基板１の主面１１と反対方向に基板１の外部にまで延びている構造を有する。すなわち、図１の態様では、基板１の側面１２に接着剤で長尺の光ファイバを貼り付けることにより光路２が形成されている。このような成膜モニター装置を用いれば、主面１１に形成された膜の物性を評価する際に、成膜モニター基板１の外部にまで延びた光路２に測定装置等を容易に接続することができる。図４は、そのように入射光測定器４を接続してなる成膜モニター装置を表す。このような成膜モニター装置によれば、膜の物性を評価しながら成膜する、所謂リアルタイム測定もできるようになる。
【００２２】
入射光測定器４は当該測定器に入射した光を定量化し得る機器であって、好ましくはその定量結果を演算、表示等する機器である。入射光測定器４は、適用する光学測定方法に応じて適宜公知のものを用いることができる。また、好ましい態様においては、入射光測定器４は、膜を評価するための光源を備える。そのような入射光測定器４には、例えば、リフレクトメータ等が挙げられるが、それに限られない。
【００２３】
次に、上述したリアルタイム測定を利用した成膜方法を説明する。図５はその成膜方法を模式的に表す。この図の態様においては、成膜モニター装置を構成する成膜モニター基板１と、製品用基板（図示せず）とを、膜を評価するための光源５を備える成膜装置（図示せず）内に配置し、光源５から膜を評価するための光（参照光）を成膜モニター基板１の主面に向けて照射して、光路２の成膜モニター基板１の主面側の端面から入射した光を上記入射光測定器４で測定しながら、製品用基板と成膜モニター基板１の両方に膜を形成する。ここで、成膜モニター装置を構成する成膜モニター基板１を成膜装置内に配置するとは、成膜モニター装置のうち、少なくとも成膜モニター基板１が成膜装置内に配置されるということであり、例えば、入射光測定器４は成膜装置の中にあっても外にあってもよい。このように、成膜モニター基板１に形成される膜を測定しながら、成膜を行うことで、成膜の状況（膜の特性や面分布状態）をリアルタイムに把握しながら、成膜条件を適宜調節することなどが可能になる。
【００２４】
光源５の種類、出力等は、膜の測定方法に応じて適宜選択すればよい。光源５からの参照光は、レーザー光や白色光であってもよい。
【００２５】
図６はリアルタイム測定を利用した成膜方法の別の一態様を表す。この態様においては、光源を備えた入射光測定器４を光路２の端部に接続した成膜モニター装置を用いる。この成膜モニター装置を構成する成膜モニター基板１と、製品用基板（図示せず）とを成膜装置（図示せず）内に配置し、光源（入射光測定器）４から膜を評価するための光を光路２に伝送して、光路２の成膜モニター基板１の主面側の端面からの反射光を入射光測定器４で測定しながら、製品用基板と成膜モニター基板１の両方に膜を形成する。成膜状態に応じて主面側の光路２の端面からの反射光量や波長が変化することを利用するのである。この態様では、成膜装置に特に光源を設けなくてもよいので、既存の成膜装置をそのまま使うことができるという利点がある。
【００２６】
上述したようなリアルタイム測定を利用した成膜方法は、何らかの不都合により形成される膜の不均一が発生した場合であっても、その発生を直ちに把握することが可能になる。よって、その原因究明も容易になり、成膜中に管理すべきパラメータの選定等も容易になる。
【実施例】
【００２７】
（比較例）
成膜すべき面が２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形であるＬＮ基板（モニター基板）と、側面に導波路（図示せず）を有しており、成膜すべき面の大きさが５μｍ×５μｍ程度であるＬＮ基板（製品用基板）に対して同時にＴｉＯ２とＳｉＯ２の多層膜を電子ビーム蒸着法にて約０．５μｍの厚さに成膜した。成膜処理後、得られた膜の反射率を分光光度計にて測定した。その結果を図７に示す。特に短波長領域において、モニター基板１０における結果と製品用基板６における結果との乖離が顕著である。これは、対象物の大きさ（コーティング面積）の違いによって膜特性が異なっているためである。
【００２８】
（実施例）
図８は、本発明の成膜モニタ基板の一製造例を模式的に表す。以下、この図を参照しながら当該製造例を説明する。
１０ｍｍ×３０ｍｍ×１ｍｍの石英基板１（同図（Ａ））の一面にＣＶＤ法にて導波路となるべきＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＧｅＯ２系ガラス２を約５μｍの厚さに堆積した（同図（Ｂ））。次に、導波路を形成する部分にフォトレジスト２１を約２μｍの厚さ、約６ｍの幅で形成した（同図（Ｃ））。ＣＦ４を用いた反応性エッチングにより、フォトレジスト２１が存在しない部分のＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＧｅＯ２系ガラス２を除去した後に、フォトレジスト２１も除去して導波路２を形成した（同図（Ｄ））。このようにして得られた成膜モニター基板の導波路２の一方の端面に光ファイバ２２を接続して、成膜モニター装置を得た（同図（Ｅ））。この成膜モニター装置は、同図（Ｆ）のように、導波路２の光ファイバ２２が接続されていない端面と同一面を形成する石英基板１の面をコーティングすべき主面とし、導波路２が形成された面を側面として、製品用基板（図示せず）とともにコーティングに供することができる。
【００２９】
このようにして得た成膜モニター装置を用いて、上記比較例と同様に製品用基板とともに成膜処理に供した。成膜処理後、成膜モニター装置の成膜モニター基板上に得られた膜の反射率を、比較例と同様に分光光度計にて測定した。その結果を図７に併せて示す。比較例のモニター基板よりも実施例のモニター基板の膜物性の方が、より製品用基板の膜物性に近いことが図７から一目瞭然である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】成膜モニター基板および成膜モニター装置を示す。
【図２】成膜モニター基板を示す。
【図３】膜の評価方法の一例を示す。同図（Ａ）は成膜モニター基板の側面を表し、同図（Ｂ）は成膜モニター基板の主面を表す。
【図４】本発明の成膜モニター装置を示す。
【図５】本発明の成膜方法を模式的に表す。
【図６】本発明の成膜方法を模式的に表す。
【図７】実施例および比較例のモニター基板を用いた場合の成膜評価結果を表す。
【図８】本発明のニター基板の一製造例を模式的に表す。
【図９】従来の成膜方法を模式的に表す。
【符号の説明】
【００３１】
１  成膜モニター基板
１１  主面
１２  側面
２  光路
３  遮蔽手段
４  入射光測定器
５  光源
６  製品用基板
【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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