(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チェンバ内に複数の基体を基体ホルダで支持し、前記基体ホルダを回転させつつ、蒸着により前記基体上に薄膜を形成する真空蒸着装置において用いる膜厚モニタ装置であって、
前記基体ホルダにより支持されたモニタ基体と、
前記真空チャンバに形成された窓と、
前記真空チャンバの外部より前記窓を通じて前記モニタ基体に光を照射し、前記モニタ基体からの反射光を前記真空チャンバの外部で前記窓を通じて受光して、前記モニタ基体の光学特性値を測定する光学特性測定手段とを備え、
前記窓は、前記基体ホルダの回転の中心を取り囲んで形成され、前記光学特性測定手段は、前記基体ホルダと共に回転する支持手段により支持されている、
ことを特徴とする膜厚モニタ装置。
【請求項２】
前記光学特性測定手段は、前記真空チャンバの外部より前記窓を通じて前記モニタ基体に光を照射する光源と、前記モニタ基体からの反射光を前記窓を通じて前記真空チャンバの外部で受光する光検出器とを含み、前記光検出器は、前記モニタ基体の前記光学特性値として前記モニタ基体の反射率を表す信号を出力する請求項１記載の膜厚モニタ装置。
【請求項３】
前記光学特性測定手段は、前記基体ホルダを挟んで蒸発手段と反対の方向から、前記モニタ基体に光を照射する請求項１記載の膜厚モニタ装置。
【請求項４】
真空チェンバ内に複数の基体を基体ホルダで支持し、前記基体ホルダを回転させつつ、蒸着により前記基体上に薄膜を形成する真空蒸着方法であって、
前記基体ホルダにより支持されたモニタ基体と、
前記真空チャンバに形成された窓と、
前記真空チャンバの外部より前記窓を通じて前記モニタ基体に光を照射し、前記モニタ基体からの反射光を前記真空チャンバの外部で前記窓を通じて受光して、前記モニタ基体の光学特性値を測定する光学特性測定手段とを備え、
前記窓は、前記基体ホルダの回転の中心を取り囲んで形成され、前記光学特性測定手段は、前記基体ホルダと共に回転する支持手段により支持されている、
膜厚モニタ装置を設け、
前記光学特性測定手段により前記モニタ基体の前記光学特性値を測定し、
測定した前記光学特性値にもとづいて、蒸着により前記基体に薄膜を形成する際の蒸着時間を制御する、
ことを特徴とする真空蒸着方法。
【請求項５】
前記蒸着時間を制御するとき、蒸着を開始した後、測定した前記モニタ基体の前記光学特性値が目標値となるまでを前記蒸着時間とする請求項４記載の真空蒸着方法。
【請求項６】
前記光学特性測定手段は、前記真空チャンバの外部より前記窓を通じて前記モニタ基体に光を照射する光源と、前記モニタ基体からの反射光を前記窓を通じて前記真空チャンバの外部で受光する光検出器とを含み、前記光検出器は、前記モニタ基体の前記光学特性値として前記モニタ基体の反射率を表す信号を出力する請求項４または５記載の真空蒸着方法。
【請求項７】
前記光学特性測定手段は、前記基体ホルダを挟んで蒸発手段と反対の方向から、前記モニタ基体に光を照射する請求項４または５記載の真空蒸着方法。
【請求項８】
真空チェンバ内に複数の基体を基体ホルダで支持し、前記基体ホルダを回転させつつ、蒸着により前記基体上に薄膜を形成する真空蒸着装置であって、
前記基体ホルダにより支持されたモニタ基体と、
前記真空チャンバに形成された窓と、
前記真空チャンバの外部より前記窓を通じて前記モニタ基体に光を照射し、前記モニタ基体からの反射光を前記真空チャンバの外部で前記窓を通じて受光して、前記モニタ基体の光学特性値を測定する光学特性測定手段とを備え、
前記窓は、前記基体ホルダの回転の中心を取り囲んで形成され、前記光学特性測定手段は、前記基体ホルダと共に回転する支持手段により支持されている、
膜厚モニタ装置を設け、
さらに、前記光学特性測定手段により前記モニタ基体の前記光学特性値を測定する測定実行手段と、
測定した前記光学特性値にもとづいて、蒸着により前記基体に薄膜を形成する際の蒸着時間を制御する蒸着時間制御手段とを設けた、
ことを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項９】
前記蒸着時間制御手段は、前記蒸着時間を制御するとき、蒸着を開始した後、測定した前記モニタ基体の前記光学特性値が目標値となるまでを前記蒸着時間とする請求項８記載の真空蒸着装置。
【請求項１０】
前記光学特性測定手段は、前記真空チャンバの外部より前記窓を通じて前記モニタ基体に光を照射する光源と、前記モニタ基体からの反射光を前記窓を通じて前記真空チャンバの外部で受光する光検出器とを含み、前記光検出器は、前記モニタ基体の前記光学特性値として前記モニタ基体の反射率を表す信号を出力する請求項８または９記載の真空蒸着装置。
【請求項１１】
前記光学特性測定手段は、前記基体ホルダを挟んで蒸発手段と反対の方向から、前記モニタ基体に光を照射する請求項９または１０記載の真空蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空蒸着によって基体に薄膜を形成する真空蒸着装置で用いる膜厚モニタ装置に関し、また、その膜厚モニタ装置を用いた真空蒸着方法および真空蒸着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、真空雰囲気中で、蒸着材料から成る蒸発源を蒸発させ蒸着対象物の表面に蒸気を付着させて薄膜を形成する真空蒸着装置が知られている。例えば光学部品を製造する分野などでは、この真空蒸着装置により、例えばガラス基板に、反射防止膜や、反射増加膜、あるいは光学フィルタ膜などが形成される。これらの膜は一般に多層膜であり、蒸発源を切り換えて薄膜形成を繰り返すことで必要な層数に形成される。
【０００３】
図８は従来の真空蒸着装置の一例を示す断面側面図である。
この真空蒸着装置１０２は図８に示すように、真空チェンバ１０４、第１および第２の蒸発手段１０６Ａ、１０６Ｂ、基板ホルダ１０８、膜厚モニタ用のモニタ基体の支持手段１１０、光学特性測定手段１１２などにより構成されている。真空チェンバ１０４の底部近傍の側壁には排気口１１４が形成されており、真空チェンバ１０４の内部は、この排気口１１４を通じて不図示の真空ポンプにより排気が行われることで必要な真空状態が確保される。
真空チェンバ１０４の底面には第１および第２の蒸発手段１０６Ａ、１０６Ｂが近接して配設され、それぞれ、ルツボ１１６Ａ、１１６Ｂ、そのシャッタ１１８Ａ、１１８Ｂ、電子銃１２０Ａ、１２０Ｂなどを含んで構成されている。ルツボ１１６Ａ、１１６Ｂにはそれぞれ、蒸発源である第１および第２の蒸着材料が充填され、シャッタ１１８Ａ、１１８Ｂはその上部に近接して配置されている。
【０００４】
シャッタ１１８Ａ、１１８Ｂはルツボ１１６Ａ、１１６Ｂの上部を被う大きさを有し、回転柱１１９Ａ、１１９Ｂにより回転可能に支持されている。
そして、回転柱１１９Ａ、１１９Ｂがモータ１２２Ａ、１２２Ｂにより回転駆動されることでシャッタ１１８Ａ、１１８Ｂの回転位置が変化し、シャッタ１１８Ａ、１１８Ｂの開閉が行われる。
すなわち、シャッタ１１８Ａ、１１８Ｂを開放状態とするときは、シャッタ１１８Ａ、１１８Ｂの位置はルツボ１１６Ａ、１１６Ｂの上部から外れた位置とされ、各シャッタ１１８Ａ、１１８Ｂを閉鎖状態とするときは、各シャッタ１１８Ａ、１１８Ｂの位置がルツボ１１６Ａ、１１６Ｂの上部の位置（図８の位置）とされる。
ルツボ１１６Ａ、１１６Ｂの側部には電子銃１２０Ａ、１２０Ｂが配設されており、この電子銃１２０Ａ、１２０Ｂから放出された電子が点線Ａ、Ｂにより示すようにルツボ１１６Ａ、１１６Ｂ内の蒸着材料に入射することで蒸着材料が蒸発する。
【０００５】
基板ホルダ１０８は円盤状に形成され、多数の開口１２４が形成されている。基板ホルダ１０８の上面中央には回転軸１２６が固着され、この回転軸１２６により支持されて、真空チェンバ１０４内の上部に、下面を第１および第２の蒸発手段１０６Ａ、１０６Ｂに向けて配置されている。
回転軸１２６は真空チェンバ１０４の天井部に回転可能に支持され、基板ホルダ１０８と反対側の端部は真空チェンバ１０４の上部に配設されたモータ１２８の出力軸に連結されている。
【０００６】
膜厚モニタ用のモニタ基体の支持手段１１０は、支持板１３０、モニタ基体１３２の回転駆動手段１３４を含んで構成され、真空チェンバ１０４内の基板ホルダ１０８と第１の蒸発手段１０６Ａとの間の基板ホルダ１０８寄りの箇所に配置されている。
支持板１３０は、一端部が真空チェンバ１０４の側壁に固着され、略水平に支持されている。
そして、支持板３０の先端寄りの箇所には開口１３６が形成されている。モニタ基体１３２は円盤状に形成されたガラス基板から成り、支持板１３０上の開口１３６近傍に、中心を開口１３６からずらして載置される。
【０００７】
回転駆動手段１３４は回転駆動軸１３８を含み、回転駆動軸１３８は、支持板１３０の上方に、支持板１３０に近接し、かつ支持板１３０とほぼ平行に開口１３６に向けて延設されている。その先端部は直角に屈曲し、先端１４０が、上述のように配置されたモニタ基体１３２の略中心に係合する構成となっている。回転駆動軸１３８の、先端１４０と反対側の端部は真空チェンバ１０４の側壁を貫通して外部に延出され、不図示のモータに連結されている。
支持手段１１０の上方には、基板ホルダ１０８に近接し、基板ホルダ１０８と略平行に膜厚補正板１４２が配置されている。
【０００８】
光学特性測定手段１１２は、光源１４４、光検出器１４６、分光器１４８などにより構成されている。真空チェンバ１０４の底壁１５０には窓１５２が形成されており、上記光源１４４、光検出器１４６、分光器１４８はこの窓１５２の外側に、窓１５２に近接して配置されている。
さらに詳しくは、光源１４４は、その光出射面が、窓１５２を通じて支持板１３０の開口１３６を臨むように配置されている。
また、分光器１４８は、その光入射面が、窓１５２を通じて支持板１３０の開口１３６を臨むように配置されている。そして、光検出器１４６は、その光入射面が、窓１５２および分光器１４８を通じて支持板１３０の開口１３６を臨むように配置されている。
【０００９】
このように構成された真空蒸着装置１０２で、例えば光学部品を成すガラス基板の表面に多層膜を形成する場合には、蒸着対象のガラス基板１５４を、中心を開口１２４の中心にほぼ一致させた状態で基板ホルダ１０８上に載置し、そして、モータ１２８に給電して基板ホルダ１０８を回転させる。
次に、モータ１２２Ａに給電してシャッタ１１８Ａを一定の角度だけ回転させ開放状態に設定する。
その結果、ルツボ１１６Ａ内の第１の蒸着材料の蒸気はルツボ１１６Ａから放出され、基板ホルダ１０８により支持されたガラス基板１５４の表面に、開口１２４を通じて付着する。
【００１０】
これによりガラス基板１５４の表面に第１の蒸着材料の薄膜が形成されるが、その膜厚は、シャッタ１１８の開放時間、すなわち蒸着時間を制御することにより、目標とする膜厚が得られるよう図る。
この蒸着時間の制御は、モニタ基体１３２からの反射光をモニタすることにより行う。上述のようにシャッタ１１８Ａを開放することで、ガラス基板１５４に対する蒸着が行われるが、同時に、第１の蒸着材料の蒸気は、支持板１３０の開口１３６を通じてモニタ基体１３２の表面にも付着して薄膜を形成する。
そして、時間の経過と共にこの薄膜もしだいに厚くなり、その結果薄膜の干渉によって、光源１４４からモニタ基体１３２に入射した光の反射率はしだいに変化する。
したがって、予めガラス基板１５４に目標とする厚さの薄膜が形成されたときの、モニタ基体１３２における反射率を実験などにより求めておけば、その反射率となったときシャッタ１１８Ａを閉じて蒸着を停止すれば、ガラス基板１５４に目標とする厚さの薄膜が形成されることになる。
【００１１】
このような制御を行うため、光源１４４からは少なくともシャッタ１１８が開放されている間、光を窓１５２および開口１３６を通じモニタ基体１３２に向けて放射させ、その反射光は、開口１３６および窓１５２を通じて分光器１４８に入射する。
そして、必要な波長成分の光のみが分光器１４８を通過して光検出器１４６に入射し、電気信号に変換される。この電気信号のレベルが反射率に対応しているため、光検出器１４６が出力する信号のレベルが所定値に達したときシャッタ１１８を閉じ、蒸気の放出を阻止する。これにより、ガラス基板１５４には目標とする厚さの薄膜が形成される。
【００１２】
第１の蒸発材料による薄膜がこのようにして形成されると、次に、回転駆動軸１３８によってモニタ基体１３２を支持板１３０上で一定の角度だけ回転させ、モニタ基体１３２の非蒸着領域が開口１３６を通じて露出するように設定する。そして、シャッタ１１８Ａに代って、上述した第２の蒸発手段１０６Ｂのシャッタ１１８Ｂを開放し、第２の蒸着材料の蒸気を放出させる。
これにより、各ガラス基板１５４では、第１の蒸発材料による薄膜の上に、第２の蒸発材料が付着し、その薄膜が形成される。
また、モニタ基体表面の開口１３６を通じた露出領域にも、上述の場合と同様に第２の蒸発材料が付着してその薄膜が形成される。
そして、光検出器１４６の出力信号が所定レベルに到達したとき、シャッタを閉じることで、各ガラス基板１５４に形成された第１の蒸着材料による薄膜の上に、目標とする厚さの第２の蒸着材料による薄膜が形成される。
以降、第１および第２の蒸発手段１０６Ａ、１０６Ｂのシャッタ１１８Ａ、１１８Ｂを交互に切り換えて開放することで、ガラス基板１５４には第１および第２の蒸着材料が交互に積層した多層膜が形成される。
【００１３】
ところで、２つの蒸発手段は真空チェンバ１０４内の特定の位置に配置されているので、ルツボ１１６Ａ、１１６Ｂから放出された蒸気の濃度は、真空チェンバ１０４内で均一ではなく、一般に真空チェンバ１０４の中心部では高く、周辺に近づくほど低くなっている。
膜厚補正板１４２はこのような濃度の不均一を補正するために設けられており、基板ホルダ１０８が回転している結果、基板ホルダ１０８上に配列されたガラス基板１５４は、中央部のものほど長い時間、蒸気が遮られることになる。そのため、周辺部で蒸気濃度が低いことが補正され、中央部に配置されたガラス基板１５４と、周辺部に配置されたガラス基板１５４とにおける膜厚の差が緩和される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の真空蒸着装置１０２では、蒸着時間の制御は上述したようにモニタ基体１３２の反射率を測定することで行い、その反射率が目標値に到達したところでシャッタ１１８Ａ、１１８Ｂを閉じている。
そして、上記反射率の目標値は、予めガラス基板１５４に目標とする厚さの薄膜が形成されたときの、モニタ基体１３２における反射率を実験などにより求めることで設定している。
【００１５】
しかし、モニタ基体１３２と基板ホルダ１０８に支持された各ガラス基板１５４とは、真空チャンバ１０４内における位置が異なっており、また、モニタ基体１３２は停止しているが、ガラス基板１５４は回転している。
そのため、蒸発源の蒸発速度、真空チャンバ１０４内の真空度、さらには温度などが変化したとき、その影響度はモニタ基体１３２とガラス基板１５４とで違ったものとなる。
したがって、上述のように実験などにより反射率の目標値を決めても、実際に蒸着を行う際の蒸発速度、真空度、温度などが実験の場合と異なると、モニタ基体１３２の反射率が目標値となるように正確に蒸着時間を制御しても、ガラス基板１５４に形成される薄膜の厚さは誤差の大きいものとなってしまう。
特に、面積の広い基板ホルダ１０８上に一度に多数のガラス基板１５４を配置して真空蒸着を行う場合には、モニタ基体１３２と各ガラス基板１５４との位置的なずれが大きくなるので、上記問題は顕著に現れる。
【００１６】
図９は従来の真空蒸着装置によりガラス基板に２３層の多層膜を形成してロングパスフィルタとし、その透過率を測定した結果を示すグラフである。図中、横軸は波長を表し、縦軸は透過率を表している。そして、実線Ｏは、モニタ基体１３２の反射率をモニタして多層膜を形成したガラス基板の透過率を示し、破線Ｔは、誤差無く多層膜を形成できた場合のガラス基板の透過率を光学理論にもとづいて算出した結果を示している。
図９から分るように、実際に多層膜を形成したガラス基板では、特に５３０ｎｍ付近のリップル部で理論値からのずれが大きく、十分な透過率が得られていない。
【００１７】
本発明は、このような問題を解決するため、常に正確な厚さで薄膜を形成できるようにする膜厚モニタ装置ならびに真空蒸着方法および真空蒸着装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る膜厚モニタ装置は、真空チェンバ内に複数の基体を基体ホルダで支持し、前記基体ホルダを回転させつつ、蒸着により前記基体上に薄膜を形成する真空蒸着装置において用いる膜厚モニタ装置であって、前記基体ホルダにより支持されたモニタ基体と、前記真空チャンバに形成された窓と、前記真空チャンバの外部より前記窓を通じて前記モニタ基体に光を照射し、前記モニタ基体からの反射光を前記真空チャンバの外部で前記窓を通じて受光して、前記モニタ基体の光学特性値を測定する光学特性測定手段とを備え、前記窓は前記基体ホルダの回転の中心を取り囲んで形成され、前記光学特性測定手段は前記基体ホルダと共に回転する支持手段により支持されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る膜厚モニタ装置はまた、前記光学特性測定手段が、前記真空チャンバの外部より前記窓を通じて前記モニタ基体に光を照射する光源と、前記モニタ基体からの反射光を前記窓を通じて前記真空チャンバの外部で受光する光検出器とを含み、前記光検出器は、前記モニタ基体の前記光学特性値として前記モニタ基体の反射率を表す信号を出力することを特徴とする。
本発明に係る膜厚モニタ装置はまた、前記光学特性測定手段が、前記基体ホルダを挟んで蒸発手段と反対の方向から、前記モニタ基体に光を照射することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る真空蒸着方法は、真空チェンバ内に複数の基体を基体ホルダで支持し、前記基体ホルダを回転させつつ、蒸着により前記基体上に薄膜を形成する真空蒸着方法であって、前記基体ホルダにより支持されたモニタ基体と、前記真空チャンバに形成された窓と、前記真空チャンバの外部より前記窓を通じて前記モニタ基体に光を照射し、前記モニタ基体からの反射光を前記真空チャンバの外部で前記窓を通じて受光して、前記モニタ基体の光学特性値を測定する光学特性測定手段とを備え、前記窓は前記基体ホルダの回転の中心を取り囲んで形成され、前記光学特性測定手段は前記基体ホルダと共に回転する支持手段により支持されている膜厚モニタ装置を設け、前記光学特性測定手段により前記モニタ基体の前記光学特性値を測定し、測定した前記光学特性値にもとづいて、蒸着により前記基体に薄膜を形成する際の蒸着時間を制御することを特徴とする。
本発明に係る真空蒸着方法はまた、前記蒸着時間を制御するとき、蒸着を開始した後、測定した前記モニタ基体の前記光学特性値が目標値となるまでを前記蒸着時間とすることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る真空蒸着装置は、真空チェンバ内に複数の基体を基体ホルダで支持し、前記基体ホルダを回転させつつ、蒸着により前記基体上に薄膜を形成する真空蒸着装置であって、前記基体ホルダにより支持されたモニタ基体と、前記真空チャンバに形成された窓と、前記真空チャンバの外部より前記窓を通じて前記モニタ基体に光を照射し、前記モニタ基体からの反射光を前記真空チャンバの外部で前記窓を通じて受光して、前記モニタ基体の光学特性値を測定する光学特性測定手段とを備え、前記窓は前記基体ホルダの回転の中心を取り囲んで形成され、前記光学特性測定手段は前記基体ホルダと共に回転する支持手段により支持されている膜厚モニタ装置を設け、さらに、前記光学特性測定手段により前記モニタ基体の前記光学特性値を測定する測定実行手段と、測定した前記光学特性値にもとづいて、蒸着により前記基体に薄膜を形成する際の蒸着時間を制御する蒸着時間制御手段とを設けたことを特徴とする。
本発明に係る真空蒸着装置はまた、前記蒸着時間制御手段が、前記蒸着時間を制御するとき、蒸着を開始した後、測定した前記モニタ基体の前記光学特性値が目標値となるまでを前記蒸着時間とすることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を実施例にもとづき図面を参照して説明する。
図１は本発明による膜厚モニタ装置の一例を備えた本発明の真空蒸着装置の一例を示す断面側面図、図２は、図１の真空蒸着装置の平面図、図３は、図１の真空蒸着装置を構成する制御手段およびその関連要素を示すブロック図である。図中、図８に示した真空蒸着装置と同一の要素には同一の符号を付し、それらに関する詳しい説明はここでは省略する。以下ではこれらの膜厚モニタ装置および真空蒸着装置について説明し、同時に本発明の真空蒸着方法の一実施例について説明する。
【００２４】
本実施例の真空蒸着装置２は、膜厚モニタ装置４を備え、膜厚モニタ装置４は、モニタ基板６、真空チャンバに形成された窓８、ならびに光特性測定手段１０を含んで構成されている。
モニタ基板６は、円盤状のガラス基板から成り、基板ホルダ１０８上に載置されている。
窓８は真空チャンバの天井に円環状に形成され、基板ホルダ１０８の回転の中心、したがって回転軸１２６を取り囲み、回転軸１２６と同心に形成されている。
【００２５】
光特性測定手段１０は、支持手段１２上に搭載され、支持手段１２は基板ホルダ１０８の半径方向に延設され、一端部が回転軸１２６に固着されて基板ホルダ１０８と共に回転する。支持手段１２における、窓８に対向する箇所には開口１４、１６が相互に隣接して形成されている。
モニタ基板６は、支持手段１２の開口１４、１６および窓８を通じて真空チャンバ１０４の外部から目視できる位置に形成された開口１２４の箇所に、開口１２４にほぼ中心を一致させて配置されている。
【００２６】
光学特性測定手段１０は、真空チャンバ１０４の外部より窓８を通じてモニタ基板６に光を照射する光源１８と、モニタ基板６からの反射光を窓８を通じて真空チャンバ１０４の外部で受光する光検出器２０と、分光器２２とを含んで構成されている。
そして、光源１８は、支持手段１２の開口１４の箇所に、その光出射面が、開口１４および窓８を通じてモニタ基板６を臨むように配置され、分光器２２は、支持手段１２の開口１６の箇所に、その光入射面が、開口１６および窓８を通じてモニタ基板６を臨むように配置されている。
また、光検出器２０は、その光入射面が、分光器２２、開口１６、ならびに窓８を通じてモニタ基板６を臨むように配置されている。
【００２７】
本実施例の真空蒸着装置２を構成する制御手段４４は例えばパーソナルコンピュータから成り、光学特性測定手段１０により測定されたモニタ基板６の光学特性値、具体的には反射率にもとづいて、蒸着によりガラス基板１５４に薄膜を形成する際の蒸着時間を制御する。
【００２８】
この機能を実現するため、図３のブロック図に示すように、制御手段４４には、シャッタ１１８Ａ、１１８Ｂをそれぞれ駆動するモータ１２２Ａ、１２２Ｂ、電子銃１２０Ａ、１２０Ｂ、さらに基板ホルダ１０８を回転させるモータ１２８が接続されている。
制御手段４４にはまた、光学特性測定手段１０の光源１８と分光器２２とが接続され、そして光検出器２０の出力信号がＡ／Ｄ変換器２４（図１、図２では省略）を通じて入力されている。
さらに制御手段４４には、真空チェンバ１０４の制御に関連して真空ポンプ２６、真空メータ２８、排気バルブ３０（いずれも図１、図２では省略）が接続されている。
なお、図１、図２では制御手段４４と各部との接続は、図面が必要以上に複雑になることを避けるため省略されている。
【００２９】
次に、このように構成された真空蒸着装置２によりいかに真空蒸着を行って薄膜を形成するかを説明する。
図４ないし図６は、ガラス基板１５４に対して真空蒸着を行って表面に多層膜を形成する手順を示すフローチャートであり、以下では適宜このフローチャートを参照する。
本実施例では、具体例としてロングパスフィルタとするガラス基板１５４（本発明に係わる基体）に２３層の多層膜を形成し、そして、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）と酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）の層を交互に形成するものとする。そのため、第１の蒸発手段１０６Ａのルツボ１１６Ａには蒸発源として酸化チタンが充填され、一方、第２の蒸発手段１０６Ｂのルツボ１１６Ｂには蒸発源として酸化シリコンが充填されている。
【００３０】
制御手段４４には、上記２３層の各層の厚さのデータを予め入力し、制御手段４４内部のメモリに記憶させておく。
蒸着対象のガラス基板１５４は、従来と同様に、中心を基板ホルダ１０８（本発明に係わる基体ホルダ）の開口１２４の中心にほぼ一致させた状態で基板ホルダ１０８上に載置しておく。
【００３１】
制御手段４４はまず、排気口１１４に接続された排気バルブ３０（図３）を開放して真空ポンプ２６を起動し、排気口１１４を通じて真空チェンバ１０４内の空気を排出する（ステップＳ１）。そして、真空メータ２８（図３）からの信号により真空チェンバ１０４内の真空度をチェックし（ステップＳ２）、真空度が８×１０-4Ｐａとなったところで次のステップに進む。
制御手段４４は、ステップＳ３で、内部のカウンタ手段のカウント値Ｌを１に設定する（ステップＳ３）。上記カウント値Ｌはガラス基板１５４に形成する層の番号に対応しており、Ｌが１のとき、第１層を形成することになる。
次に、制御手段４４はモータ１２８に給電してモータ１２８を回転させ、基板ホルダ１０８および支持手段１２を回転させる（ステップＳ４）。
【００３２】
つづいて制御手段４４は、ガラス基板１５４に形成する第Ｌ層（この場合には第１層）の膜厚Ｑ（Ｌ）を上記メモリから読み出し、モニタ基板６の目標の反射率Ｒ（Ｌ）を計算する（ステップＳ５）。この反射率Ｒ（Ｌ）は次の［数１］にもとづいて計算する。
【００３３】
【数１】
0003892525.tif 000002
【００３４】
この式中、Ｒｍは次の［数２］により表され、モニタ基板６の片側ガラス面（薄膜が形成される側）の反射率であり、［数１］はこのガラス面の裏面反射率として得られる。なお、式中の＊は共役複素数であることを表している。
【００３５】
【数２】
0003892525.tif 000003
【００３６】
また、Ｒｆ（Ｌ）は、形成された薄膜の膜面のみにおける反射率であり、次の［数３］によって表される。
【００３７】
【数３】
0003892525.tif 000004
【００３８】
そして、この式を構成するＢ、Ｃは、［数４］に示すように、モニタ基板６に形成される薄膜の行列式によって表される。
【００３９】
【数４】
0003892525.tif 000005
【００４０】
［数４］に含まれるＮｍは、モニタ基板６の屈折率であり、さらに、Ｍ（Ｌ）は次の［数５］に示す、モニタ基板６に形成される薄膜の特性行列式によって表される。
【００４１】
【数５】
0003892525.tif 000006
【００４２】
ここで、Ｄ（Ｌ）はＬ番目に形成される薄膜の位相膜厚であり、Ｌ番目の薄膜の厚さをＱ（Ｌ）、分光器２２を通過する単色光の波長をＬｍとしたとき、Ｄ（Ｌ）＝２πＮ（Ｌ）Ｑ（Ｌ）／Ｌｍと表される。また、Ｎ（Ｌ）はＬ番目の薄膜の屈折率であり、本実施例では蒸着材料の酸化チタンまたは酸化シリコンの屈折率である。なお、ｉは単位虚数である。
【００４３】
次に、制御手段４４は上記カウンタ手段のカウント値Ｌが１に等しいか否かを判定し（ステップＳ６）、この場合にはＬ＝１であるからステップＳ７に進む。そして制御手段４４は、分光器２２を制御して通過させる単色光の波長を、モニタ基板６での反射率の変化が大きくなるような波長に設定し、さらに、光検出器２０の感度を調整して、光検出器２０のこのときの出力信号が表す反射率が、薄膜が形成されていないモニタ基板６の反射率に一致すように設定する（ステップＳ７）。
その後制御手段４４は電子銃１２０Ａを動作させて電子ビームをルツボ１１６Ａに入射させ、ルツボ１１６Ａ内の酸化チタンを溶解させる（ステップＳ８）。つづいて制御手段４４は、不図示の酸素ボンベと真空チェンバ１０４とを連結する不図示の弁を開放し、真空メータ２８をチェックすることで真空チェンバ１０４内の真空度を８×１０-3Ｐａに設定する（ステップＳ９）。
制御手段４４はさらに、モータ１２２に給電してシャッタ１１８Ａを所定の角度だけ回転させ、シャッタ１１８Ａを開放状態にして、ルツボ１１６Ａの上方を開放する（ステップＳ１０）。
これにより、蒸発源からの蒸気は真空チェンバ１０４内を上昇し、基板ホルダ１０８に保持された各ガラス基板１５４およびモニタ基板６の表面にそれぞれ開口１２４を通じて付着し、薄膜を形成する。
【００４４】
次に制御手段４４は、ステップＳ１１で測定実行手段として機能してモニタ基板６の反射率Ｒｄを測定する。光源１８を出た光は窓８を通過して下方に向い、モニタ基板６に入射し、そしてモニタ基板６で反射して窓８を通じて分光器２２に入射する。この反射光は分光器２２を通過して単色光となり光検出器２０に入射する。その結果、光検出器２０はモニタ基板６の反射率を表す電気信号を出力する。
この信号はＡ／Ｄ変換器２４（図３）によりデジタル信号に変換され、制御手段４４に入力される。
ここで制御手段４４は蒸着時間制御手段として動作し、入力された信号が表すモニタ基板６の反射率Ｒｄが上記目標とする反射率Ｒ（Ｌ）に等しいか否かを判定する（ステップＳ１２）。そして、判定結果がイエスとなるまで、ステップＳ１１、Ｓ１２を繰り返す。
【００４５】
ステップＳ１２での判定結果がイエスとなると、制御手段４４は、モータ１２２Ａを制御してシャッタ１１８Ａを閉じ（ステップＳ１３）、蒸発源から蒸気が上方に飛ぶことを阻止し、さらに、上述した酸素ボンベと真空チェンバ１０４とを連結する弁を閉鎖して、真空チェンバ１０４への酸素の導入を停止する（ステップＳ１４）。
つづいて制御手段４４は電子銃１２０Ａをオフにして電子ビームの蒸発源（酸化チタン）への入射を停止させる（ステップＳ１５）。
その後、制御手段４４は、上記カウンタ手段のカウント値Ｌを１だけインクリメントした後（ステップＳ１６）、カウント値Ｌが２４に等しいか否かを判定する（ステップＳ１７）。この場合Ｌ＝２であるから、この判定結果はノーとなり、制御手段４４は、次の層をガラス基板１５４に形成すべくステップＳ５に戻り、最初の層を形成したときと同様に、膜厚Ｑ（Ｌ）をメモリから読み出し、その膜厚を用いて目標の反射率Ｒ（Ｌ）を算出する（ステップＳ５）。
【００４６】
次に、制御手段４４は、カウンタ手段のカウント値Ｌが１か否かを判定し（ステップＳ６）、この場合にはＬは２であるからステップＳ１８に進み、光検出器２０の感度を調整して、光検出器２０の出力信号が表す反射率を反射率Ｒ（Ｌ−１）に一致させる。
その後、制御手段４４はＬが奇数か否かを判定し（ステップＳ１９）、この場合にはＬは偶数（Ｌ＝２）であるため、ステップＳ２０に進む。なお、Ｌが奇数の場合には、ステップＳ８に進み、上述した一連の処理を行う。
ステップＳ２０で、制御手段４４は電子銃１２０Ｂを動作させて電子ビームを第２の蒸発手段のルツボ１１６Ｂに入射させ、ルツボ内の酸化シリコンを溶解させる。
制御手段４４はさらに、モータ１２２Ｂに給電してシャッタ１１８Ｂを所定の角度だけ回転させ、シャッタ１１８Ｂを開放状態にして、第２の蒸発手段１０６Ｂのルツボ１１６Ｂの上方を開放する（ステップＳ２１）。
これにより、蒸発源からの蒸気は真空チェンバ１０４内を上昇し、基板ホルダ１０８に保持された各ガラス基板１５４およびモニタ基板６の表面にそれぞれ開口１２４を通じて付着し、薄膜を形成する。
【００４７】
次に、制御手段４４は測定実行手段として動作して、モニタ基板６の反射率Ｒｄを測定する（ステップＳ２２）。第１層の場合と同様、光源１８を出た光は上述のように窓８を通過して下方に進んでモニタ基板６に入射しており、この光はモニタ基板６で反射して窓８を通じて分光器２２に入射する。そして分光器２２を通過して単色光となり、光検出器２０に入射するので、光検出器２０はモニタ基板６の反射率Ｒｄを表す電気信号を出力する。
この信号はＡ／Ｄ変換器２４によりデジタル信号に変換され、制御手段４４に入力される。ここで制御手段４４は蒸着時間制御手段として動作して、入力された信号が表すモニタ基板６の反射率Ｒｄが、上記目標とする反射率Ｒ（Ｌ）に等しいか否かを判定する（ステップＳ２３）。そして、判定結果がイエスとなるまで、ステップＳ２２、Ｓ２３を繰り返す。
【００４８】
ステップＳ２３での判定結果がイエスとなると、制御手段４４は、モータ１２２Ｂを制御してシャッタ１１８Ｂを閉じ（ステップＳ２４）、蒸発源（酸化シリコン）から蒸気が上方に飛ぶことを阻止し、つづいて制御手段４４は電子銃１２０Ｂをオフにして電子ビームの蒸発源（酸化シリコン）への入射を停止させる（ステップＳ２５）。
その後、制御手段４４は、第１層目の場合と同様に、上記カウンタ手段のカウント値Ｌを１だけインクリメントした後（ステップＳ１６）、カウント値Ｌが２４に等しいか否かを判定する（ステップＳ１７）。この場合Ｌ＝３であるから、この判定結果はノーとなり、制御手段４４はステップＳ５に戻る。
【００４９】
制御手段４４は、以降、カウント値Ｌが２４になるまでこのような処理を繰り返した後、Ｌ＝２４になったところでステップＳ１７からステップＳ２６に進み、モータ１２８への給電を停止して基板ホルダ１０８および支持手段１２の回転を止め（ステップＳ２６）、さらに真空ポンプ２６を停止させる（ステップＳ２７）。また、不図示の大気導入弁を開放して、真空チェンバ１０４内に大気を導入し（ステップＳ２８）、ガラス基板１５４に対する多層膜の形成を終了する。
【００５０】
図７は実施例の真空蒸着装置２によりガラス基板１５４に２３層の多層膜を形成して、ガラス基板１５４の透過率を測定した結果を示すグラフである。図中、横軸は波長を表し、縦軸は透過率を表している。そして、点線Ｎは、モニタ基体６の反射率をモニタして多層膜を形成したガラス基板１５４の透過率を示し、破線Ｔは、誤差無く多層膜を形成できた場合のガラス基板の透過率を光学理論にもとづいて算出した結果を示している。
このグラフから分るように、実際のガラス基板の透過率（点線Ｎ）は理論値（破線Ｔ）に極めてよく一致している。
【００５１】
このように、本実施例では、薄膜を形成すべきガラス基板１５４を支持する基板ホルダ１０８によりモニタ基板６が支持され、そのモニタ基板６の反射率を光学特性測定手段１０により測定して蒸着時間を制御する。
すなわち、薄膜を形成すべきガラス基板と同じ位置的条件で配置され、そしてガラス基板と同様に回転するモニタ基板６によって、形成される薄膜の厚さをモニタするので、ガラス基板における膜厚を極めて正確に制御することが可能である。
そして、実施例のように基板ホルダ１０８により多数のガラス基板を支持する構成としても、従来に比べモニタ基板６と各ガラス基板との位置的なずれが小さいので、どのガラス基板にも精度よく薄膜を形成できる。したがって、一度に多数のガラス基板に薄膜を形成することが可能となり、製造効率の向上を実現できる。
【００５２】
以上、本発明の実施例について説明したが、これはあくまでも一例であり、本発明はこの例に限定されず種々の形態で実施することができる。
実施例では一例としてロングパスフィルタを形成したが、本発明は無論これ以外にも様々な機能の薄膜を形成する場合に適用でき、例えばローパスフィルタ、ショートパスフィルタ、ビームスプリッタ、反射防止膜、反射増加膜などを形成する場合にも有効である。
そして、薄膜を形成する基体の材料や、多層膜の層数、あるいは蒸着材料などは、上記以外のものであっても本発明は無論有効である。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の膜厚モニタ装置では、薄膜を形成すべき基体を支持する基体ホルダによりモニタ基体が支持され、光学特性測定手段は、そのモニタ基体に光を照射し、反射光を受光してモニタ基体の光学特性値を測定する。そして、基体に形成される薄膜の厚さの制御は、この光学特性値を膜厚の指標として用いることで行うことができる。
この膜厚モニタ装置では、薄膜を形成すべき基体と同じ位置的条件で配置され、基体と同様に回転するモニタ基体によって、形成される薄膜の厚さをモニタでき、したがって基体における膜厚を極めて正確に制御することが可能である。
本発明の真空蒸着方法では、薄膜を形成すべき基体を支持する基体ホルダによりモニタ基体が支持され、光学特性測定手段により、そのモニタ基体に光を照射し、反射光を受光してモニタ基体の光学特性値を測定する。そして、蒸着時間の制御は、この光学特性値を膜厚の指標として用いることで行うことができる。
この真空蒸着方法では、薄膜を形成すべき基体と同じ位置的条件で配置され、基体と同様に回転するモニタ基体によって、形成される薄膜の厚さをモニタできるので、基体における膜厚を極めて正確に制御することが可能である。
【００５４】
本発明の真空蒸着装置では、薄膜を形成すべき基体を支持する基体ホルダによりモニタ基体が支持され、測定実行手段は、光学特性測定手段により、そのモニタ基体に光を照射し、反射光を受光してモニタ基体の光学特性値を測定する。そして、蒸着時間制御手段は、測定実行手段が測定した光学特性値を膜厚の指標として用いることで蒸着時間を制御する。
この真空蒸着装置では、薄膜を形成すべき基体と同じ位置的条件で配置され、基体と同様に回転するモニタ基体によって、形成される薄膜の厚さをモニタできるので、基体における膜厚を極めて正確に制御することが可能である。
そして本発明では、基体ホルダにより多数の基体を支持しても、従来に比べモニタ基体と各基体との位置的なずれが小さいので、どの基体にも精度よく薄膜を形成できる。したがって、一度に多数の基体に薄膜を形成することが可能となり、製造効率の向上を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による膜厚モニタ装置の一例を備えた本発明の真空蒸着装置の一例を示す断面側面図である。
【図２】図１の真空蒸着装置の断面平面図である。
【図３】図１の真空蒸着装置を構成する制御手段およびその関連要素を示すブロック図である。
【図４】ガラス基板に対して真空蒸着を行って表面に多層膜を形成する手順を示すフローチャートである。
【図５】ガラス基板に対して真空蒸着を行って表面に多層膜を形成する手順を示すフローチャートである。
【図６】ガラス基板に対して真空蒸着を行って表面に多層膜を形成する手順を示すフローチャートである。
【図７】実施例の真空蒸着装置によりガラス基板に２３層の多層膜を形成して、ガラス基板の透過率を測定した結果を示すグラフである。
【図８】従来の真空蒸着装置の一例を示す断面側面図である。
【図９】従来の真空蒸着装置によりガラス基板に２３層の多層膜を形成して、ガラス基板の透過率を測定した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
２  真空蒸着装置
４  膜厚モニタ装置
６  モニタ基板
８  窓
１０  光特性測定手段
１２  支持手段
１８  光源
２０  光検出器
２２  分光器
２４  Ａ／Ｄ変換器
４４  制御手段
１０４  真空チェンバ
１０６Ａ  第１の蒸発手段
１０６Ｂ  第２の蒸発手段
１０８  基板ホルダ
【図１】
0003892525.tif 000007
【図２】
0003892525.tif 000008
【図３】
0003892525.tif 000009
【図４】
0003892525.tif 000010
【図５】
0003892525.tif 000011
【図６】
0003892525.tif 000012
【図７】
0003892525.tif 000013
【図８】
0003892525.tif 000014
【図９】
0003892525.tif 000015