イオンアシスト成膜装置
【課題】基材の表面に所定の光学特性を有する多重薄膜層を成膜バッチに関わらず安定して形成することが可能である、高品質な分光フィルタを歩留まり良く製造可能なイオンアシスト成膜装置及び成膜方法を提供する。
【解決手段】真空チャンバＡ内で蒸発源と、基材と、前記蒸発源から前記真空チャンバ内への成膜材料の拡散を許容及び遮断する許容／遮断手段と、イオン源と、前記イオン源からの前記イオンビームの発射条件を調整する調整手段とを備えるイオンアシスト成膜装置１００であって、前記イオンビームの前記基材への照射強度を検出する照射強度検出手段１８ａ，１８ｂを更に備え、前記許容／遮断手段により前記真空チャンバの内部への前記成膜材料の拡散を遮断した後に前記照射強度が少なくとも所定の照射強度になるように前記調整手段により前記イオン源からの前記イオンビームの発射条件を調整する。
【解決手段】真空チャンバＡ内で蒸発源と、基材と、前記蒸発源から前記真空チャンバ内への成膜材料の拡散を許容及び遮断する許容／遮断手段と、イオン源と、前記イオン源からの前記イオンビームの発射条件を調整する調整手段とを備えるイオンアシスト成膜装置１００であって、前記イオンビームの前記基材への照射強度を検出する照射強度検出手段１８ａ，１８ｂを更に備え、前記許容／遮断手段により前記真空チャンバの内部への前記成膜材料の拡散を遮断した後に前記照射強度が少なくとも所定の照射強度になるように前記調整手段により前記イオン源からの前記イオンビームの発射条件を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材の表面に薄膜を成膜する真空成膜装置に関し、特に、イオンビームを利用して基材の表面に緻密な薄膜を成膜するイオンアシスト成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報通信ネットワークに要求される情報の伝送容量は、予想を遙かに上回るペースで増加している。そして、この増加する要求に対応するべく、情報通信ネットワークの情報伝送容量を飛躍的に増加させる情報通信手段として、通信媒体として光を利用する光多重通信が好適に用いられている。
【０００３】
光多重通信を行うための光多重通信機器では、多重化された光を例えば一定の波長間隔で異なる波長帯域に分割するための分光素子として、基材に所定の多重薄膜層が形成された分光フィルタが用いられている。この分光フィルタは、例えば、光学ガラス等からなる基材の表面に五酸化タンタル及び二酸化珪素の２種類の成膜材料を交互に積層してなる多重薄膜層を形成することによって製造される。この光多重通信機器用の分光フィルタを製造するための製造装置には様々な種類があるが、成膜スピードが比較的早く、かつ温度及び湿度に対する波長安定性や物理的及び化学的及び機械的安定性に優れた多重薄膜層が得られることから、イオンアシスト成膜装置が従来から好適に用いられている。
【０００４】
イオンアシスト成膜装置は、その内部を実質的な真空状態で維持可能な真空チャンバを備えている。この真空チャンバの内部の下方には、例えば、第１の成膜材料としての五酸化タンタルを有する第１の蒸発源と、第２の成膜材料としての二酸化珪素を有する第２の蒸発源とが各々配設されている。これらの第１及び第２の蒸発源の内部には、第１及び第２の蒸発源の各々から加熱により五酸化タンタル及び二酸化珪素を蒸発させるための電子銃が各々配設されている。又、第１及び第２の蒸発源に隣接する所定の位置には、第１及び第２の蒸発源から蒸発した五酸化タンタル及び二酸化珪素を基材の表面に強固にかつ緻密に付着させるためのイオンビームを発射するイオン源が配設されている。又、このイオン源に隣接する所定の位置には、イオン源から発射された正電荷のイオンビームを電子で中和するためのニュートラライザが配設されている。
【０００５】
一方、このイオンアシスト成膜装置では、真空チャンバの内部における第１及び第２の蒸発源と対向する所定の位置に、基材が装着される基材ホルダが配置されている。この基材ホルダには、その被成膜面が第１及び第２の蒸発源に対向するようにして、光学ガラス等の材料からなる基材が装着される。又、この基材ホルダの背後には回転軸体が接続されており、この回転軸体は真空チャンバの上壁を貫通して、その上部に配設された回転駆動装置に接続されている。つまり、イオンアシスト成膜装置が用いられて基材上に多重薄膜層が形成される際には、基材が回転駆動装置によって回転駆動される。
【０００６】
この従来のイオンアシスト成膜装置では、基材上に多重薄膜層を成膜する際には、基材ホルダに基材が装着される。この際、多重薄膜層を形成する被成膜面を第１及び第２の蒸発源の方向に向けるようにして、基材ホルダに基材が装着される。そして、基材ホルダに基材が装着されて真空チャンバが閉鎖されると、真空ポンプ等の排気手段の排気動作によって、真空チャンバの内部の気体がその外部に排出される。これにより、真空チャンバの内部の圧力が所定の圧力にまで減圧されると共に、その内部が所定の真空状態で維持される。そして、真空チャンバの内部が所定の真空状態とされた後、回転駆動装置が起動されて基材ホルダの回転駆動が開始され、これにより基材の回転駆動が開始される。
【０００７】
真空チャンバの内部で基材の回転駆動が開始されると、電子銃から発射される電子ビームを第１及び第２の蒸発源に設けられた五酸化タンタル及び二酸化珪素に照射してそれらを加熱することにより、五酸化タンタル及び二酸化珪素を第１及び第２の蒸発源から真空チャンバの内部に蒸発させる。この時、五酸化タンタル及び二酸化珪素の２種類の成膜材料を、真空チャンバの内部に交互に拡散させるようにする。これにより、基材の被成膜面には、第１及び第２の蒸発源から拡散される２種類の成膜材料が交互に蒸着することになる。又、この時、基材の被成膜面に向けて、イオン源のグリッド穴から発射されるイオンビームを所定の照射条件（照射強度及び照射分布等）で照射する。この基材に向けて照射するイオンビームは、ニュートラライザから放出される電子により中和される。このように、成膜中において基材に向けてイオンビームを照射することにより、基材上には緻密性が高く所定の屈折率を有する多層薄膜層が形成される。
【０００８】
基材の被成膜面に対する多重薄膜層の形成が完了すると、真空チャンバの内部に再び大気が導入される。これにより、真空チャンバの内部の圧力が大気圧にまで上昇する。そして、真空チャンバの内部の圧力が大気圧にまで上昇したことが確認された後、基材ホルダから基材が取り外されると共に真空チャンバの一部が開放され、そこから多重薄膜層が形成された基材が取り出される。
【０００９】
このように、従来のイオンアシスト成膜装置では、成膜中において基材に向けてイオン源からイオンビームを所定の照射条件で照射することにより、基材の被成膜面に所定の光学特性を有する緻密な多重薄膜層が形成される。そして、イオンアシスト成膜装置を用いることにより、優れた光学特性を有する光多重通信機器用の分光フィルタを好適に製造することが可能になる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０６−０６７０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、光多重通信機器用の分光フィルタを製造する際、基材の被成膜面に所定の光学特性を有する多重薄膜層を形成するためには、その多重薄膜層の積層数が１００層を超えるため、最終層の成膜完了までには少なくとも十数時間の時間を要する。この場合、例えば、成膜時間の経過に応じてイオン源やそのグリッド穴の周辺部に五酸化タンタル又は二酸化珪素等の成膜材料が徐々に付着することにより、基材の被成膜面に対するイオンビームの照射強度が経時的に低下することがある。又、この場合、真空チャンバの内部の雰囲気が変化すること等によっても、基材の被成膜面に対するイオンビームの照射強度が経時的に低下することがある。
【００１１】
一方、イオンアシスト成膜装置を用いて光多重通信機器用の分光フィルタを製造する場合には、イオン源から発射されるイオンビームの照射条件が多重薄膜層の光学特性（例えば、光の屈折率や吸収率等）に大きな影響を与えることが知られている。その理由は、基材に対するイオンビームの照射条件が所定の範囲内である場合には多重薄膜層の緻密度等を所定の範囲内に調整することが可能であるが、イオンビームの照射条件が所定の範囲外である場合には多重薄膜層の緻密度等を所定の範囲内に調整することが不可能となるからである。
【００１２】
つまり、従来のイオンアシスト成膜装置を用いて光多重通信機器用の分光フィルタを製造する場合には、成膜時間に比例してイオン源から発射されるイオンビームの照射強度が経時的に低下する場合や、成膜バッチ毎にイオン源から発射されるイオンビームの照射強度が異なる場合があるので、基材の被成膜面に所定の光学特性を有する多重薄膜層を安定して形成することが困難となる場合があった。そして、その結果、製造される分光フィルタの光学特性に規格外やばらつき等が発生して、分光フィルタの製造歩留まりが悪化するという問題が生じていた。
【００１３】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、基材の表面に所定の光学特性を有する多重薄膜層を成膜バッチに関わらず安定して形成することが可能である、高品質な分光フィルタを歩留まり良く製造可能なイオンアシスト成膜装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係るイオンアシスト成膜装置は、真空チャンバの内部で成膜材料を蒸発させる蒸発源と、前記成膜材料の薄膜を成膜するための基材が装着される基材ホルダと、前記蒸発源から前記真空チャンバの内部への前記成膜材料の拡散を許容及び遮断する許容／遮断手段と、前記基材ホルダに装着される前記基材に向けてイオンビームを発射するイオン源と、前記イオン源からの前記イオンビームの発射条件を調整する調整手段とを備えるイオンアシスト成膜装置であって、前記イオンビームの前記基材への照射強度を検出する照射強度検出手段を更に備え、前記許容／遮断手段により前記真空チャンバの内部への前記成膜材料の拡散を遮断した後に前記照射強度検出手段により前記照射強度を検出し、該検出する前記照射強度に基づいて前記照射強度が少なくとも所定の照射強度になるように前記調整手段により前記イオン源からの前記イオンビームの発射条件を調整する（請求項１）。
【００１５】
かかる構成とすると、照射強度検出手段により検出する照射強度に基づいてイオンビームの基材への照射強度が少なくとも所定の照射強度になるように調整手段によりイオン源からのイオンビームの発射条件を調整するので、基材に対するイオンビームの照射強度を経時的に少なくとも所定の照射強度で維持することが可能になる。
【００１６】
この場合、前記照射強度検出手段を２以上備え、前記許容／遮断手段により前記真空チャンバの内部への前記成膜材料の拡散を遮断した後に前記照射強度検出手段の各々により前記照射強度を各々検出し、該検出する各々の前記照射強度に基づいて前記照射強度が少なくとも前記所定の照射強度になるように前記調整手段により前記イオン源からの前記イオンビームの発射条件を調整する（請求項２）。
【００１７】
かかる構成とすると、２以上の照射強度検出手段により検出する各々の照射強度に基づいてイオンビームの基材への照射強度が少なくとも所定の照射強度になるように調整手段によりイオン源からのイオンビームの発射条件を調整するので、基材に対するイオンビームの照射強度を少なくとも所定の照射強度で更に好適に維持することが可能になる。
【００１８】
上記の場合、前記蒸発源及び前記許容／遮断手段を各々２以上備え、前記真空チャンバの内部に拡散する前記成膜材料の種類を切り替える際に前記許容／遮断手段の各々により前記真空チャンバの内部への前記成膜材料の拡散を遮断し、該遮断した後に前記照射強度検出手段の各々により前記照射強度を各々検出して前記調整手段により前記調整する（請求項３）。
【００１９】
かかる構成とすると、基材上に２以上の多層膜を成膜する場合であっても、基材に対するイオンビームの照射強度を経時的に少なくとも所定の照射強度で維持することが可能になる。
【００２０】
上記の場合、前記照射強度検出手段の各々がその先端にイオンビームの照射強度を検出可能な検出器を有するアームを各々備え、前記アームの各々を揺動することにより前記検出器の各々を前記基材の被成膜面側で掃引して前記照射強度を各々検出する（請求項４）。
【００２１】
かかる構成とすると、アームの各々を揺動することにより検出器の各々を基材の被成膜面側で掃引して照射強度を各々検出するので、基材の被成膜面側における任意の位置で照射強度を検出することが可能になる。
【００２２】
この場合、前記検出器の各々を、前記基材の被成膜面側における該基材の近傍において各々掃引する（請求項５）。
【００２３】
かかる構成とすると、基材の被成膜面側における該基材の近傍において検出器の各々を掃引するので、基材に対するイオンビームの照射強度をより一層正確に検出することが可能になる。
【００２４】
又、この場合、前記検出器の各々を互いに逆回転方向で１回掃引し、該掃引の際に前記照射強度を前記検出器の各々により所定の周期で各々連続して検出する（請求項６）。
【００２５】
かかる構成とすると、少ない自由度で基材に対するイオンビームの照射強度を所定の周期で連続して検出するので、イオンビームの照射強度及び分布を容易に検出することが可能になる。
【００２６】
又、この場合、前記検出器の各々が、ファラデーカップにより構成されている（請求項７）。
【００２７】
かかる構成とすると、イオンビームの照射強度を検出するための検出器の各々を容易に構成することが可能になる。
【００２８】
又、この場合、前記検出器の各々を格納可能な複数の格納手段を更に備え、前記成膜材料の薄膜を前記基材上に成膜する際に前記成膜材料が前記検出器の各々に付着することを防止するために前記検出器の各々を前記格納手段内に退避させる（請求項８）。
【００２９】
かかる構成とすると、成膜材料の薄膜を基材上に成膜する際に検出器の各々を格納手段内に退避させるので、成膜材料が検出器の各々に付着することを効果的に防止することが可能になる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明は以上に述べたような手段により実施され、基材の表面に所定の光学特性を有する多重薄膜層を成膜バッチに関わらず安定して形成することが可能である、高品質な分光フィルタを歩留まり良く製造可能なイオンアシスト成膜装置を提供することが可能になるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、本発明に係るイオンアシスト成膜装置の一例を挙げて、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３２】
先ず、本発明の実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００の基本的な構成について、図１及び図２を用いて詳細に説明する。
【００３３】
図１及び図２は、本発明の実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００の構成を模式的に示す縦断面図であって、図１はイオンアシスト成膜装置１００を正面側から見た場合の縦断面図であり、図２はイオンアシスト成膜装置１００の側面側から見た場合の縦断面図である。
【００３４】
図１及び図２に示すように、本発明の実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００は、図１及び図２では特に図示しない真空ポンプ等の排気手段の排気動作によってその内部の気体（大気）が外部に排出され、その内部を所定の気圧において維持することが可能な真空チャンバＡを備えている。尚、この真空チャンバＡは、本実施の形態で示すイオンアシスト成膜装置１００では、その天井壁Ｅ及びそれと対向する底壁Ｆが各々正方形の形状を有する中空状の立方体形状を有している。又、この真空チャンバＡの所定位置には、基材を搬入及び搬出が可能な開閉部が設けられている。
【００３５】
この真空チャンバＡは、その底壁Ｆが真空チャンバ用架台Ｄの上部に所定の固定手段によって固定されている。又、この真空チャンバＡの天井壁Ｅの中央部には開口１７が設けられており、その開口１７に内孔が連続するようにして、筒状の連結部材１２が前記天井壁Ｅの上面（つまり、真空チャンバＡの外面）に立設されている。又、連結部材１２の上端部には、略円筒状の形状を有するケーシング１３が上方に延びるようにして配設されている。このケーシング１３は連結部材１２と同軸状に配置され、下端部に設けられたフランジによって連結部材１２の上端面に取り付けられている。そして、図１及び図２に示すように、このケーシング１３には、基材支持体１０が取り付けられている。即ち、この基材支持体１０は、上下方向に延びる円筒状の中空回転軸１０ｂと該中空回転軸１０ｂの下端に取り付けられた基材ホルダ１０ａとを有しており、前記中空回転軸１０ｂがケーシング１３の内孔に嵌挿されかつ該ケーシング１３の内周面に配設された軸受け１５によって回動自在に支持されている。これにより、基材支持体１０がケーシング１３に取り付けられている。ここで、基材ホルダ１０ａは、その下端に基材（ここでは基板）８が実質的に水平な状態で装着可能なように構成されている。尚、基材８は、その被成膜面を下方に向けて、基材ホルダ１０ａの下端に所定の装着具を介して装着される。
【００３６】
又、ケーシング１３の上端には、センサ支持体１１が取り付けられている。このセンサ支持体１１は、センサ取り付け部１１ａと基部１１ｂとを有している。そして、基部１１ｂの段差面がケーシング１３の上端面に当接するようにして、基部１１ｂがケーシング１３に取り付けられ、かつ基部１１ｂが中空回転軸１０ｂの内孔に挿通されている。又、この基部１１ｂの下端にはセンサ取り付け部１１ａが取り付けられており、その下端中央部には光モニタ受光部９が配設されている。この光モニタ受光部９には、後述する光モニタ投光部１の投光ヘッド２から投光され、基材８を透過した光を受光することによる多重薄膜層の膜厚に関する情報を含む電気信号が発生する。尚、光モニタ受光部９に発生する電気信号は、上述したように基材８に形成される多重薄膜層の膜厚に関する情報を含んでいるため、その電気信号を解析するによって、基材８に形成された多重薄膜層の膜厚を検出することができる。そこで、光モニタ受光部９に発生する電気信号は、基部１１ｂの内側の信号線１４を経由して真空チャンバＡの外部に導かれ、イオンアシスト成膜装置１００の制御装置１０１に入力され、そこで膜厚を検出するための解析が行われる。
【００３７】
尚、本実施の形態では、ケーシング１３、基材支持体１０ｂ、及び基材支持体１０ｂを回転駆動するための回転駆動装置等の構成要素を総称して、基材回転装置１６という。
【００３８】
一方、図１及び図２に示すように、真空チャンバＡの下方には、光モニタ投光部用架台Ｃ上の光モニタ受光部９の受光ヘッド９ａと対向する位置に、光モニタ投光部１が配設されている。この光モニタ投光部１は、投光ヘッド２から所定の波長の光を投光する。尚、光モニタ投光部用架台Ｃと真空チャンバ用架台Ｄとは、設置用架台Ｂによって相互に略平行に配設されている。
【００３９】
又、図１に示すように、光モニタ投光部１の右側及び左側における所定の位置には、真空チャンバＡの底壁Ｆからの距離が双方共に略等しくかつ所定の距離を隔てて、２種類の蒸発源３ａ及び３ｂがそれぞれ配設されている。これらの蒸発源３ａ及び３ｂは、ルツボ５ａ及び５ｂと、図１では特に図示しない電子銃と、図１では特に図示しない成膜材料とを備えて構成されている。ここで、多重薄膜層を形成するための成膜材料としては、例えば、五酸化タンタル及び二酸化珪素が利用される。尚、これらの成膜材料はルツボ５ａ及び５ｂの各々の上部に配置されており、電子銃から出射された電子ビームがこれらの成膜材料に照射される。これにより、成膜材料が蒸発源３ａ及び３ｂの各々から蒸発して真空チャンバＡの内部に拡散する。
【００４０】
又、蒸発源３ａ及び３ｂの各々の上方には、蒸発源３ａ及び３ｂから真空チャンバＡの内部への成膜材料の拡散を許容及び遮断する許容／遮断手段としての遮蔽板４ａ及び４ｂが設けられている。ここで、これらの遮蔽板４ａ及び４ｂは、蒸発源３ａ及び３ｂの上部から所定の距離を隔てて、支柱６ａ及び６ｂを回転中心として円弧状に走査可能に構成されている。尚、本実施の形態では、許容／遮断手段として遮蔽板４ａ及び４ｂを配設する形態を例示しているが、かかる形態に限定されることはなく、蒸発源３ａ及び３ｂから真空チャンバＡの内部への成膜材料の拡散を許容及び遮断することが可能な手段であれば、如何なる手段を適用してもよい。例えば、上述した許容／遮断手段が、蒸発源３ａ及び３ｂが備える電子銃への電力供給を選択的に断続する電源スイッチであってもよい。このような形態としても、電子銃への電力の供給を選択的に停止することにより、蒸発源３ａ及び３ｂから真空チャンバＡの内部への成膜材料の拡散を選択的に許容及び遮断することができる。
【００４１】
又、図２に示すように、蒸発源３ａ及び３ｂの双方から略等しい距離を隔てて、イオン源７が配設されている。このイオン源７は、例えば、アルゴンガスが供給されて正電荷のアルゴンイオンを生成し、この生成したアルゴンイオンを加速してイオンビームとして発射する。ここで、このイオン源７にはイオンビームを発射するための図２では特に図示しないグリッド穴が設けられており、このグリッド穴からイオンビームが所定の発射強度で発射される。尚、図２に示すように、このイオン源７は、グリッド穴から発射されるイオンビームが基材８の方向に向くように、真空チャンバＡの底壁Ｆに対して所定の角度θで傾斜して固定されている。
【００４２】
又、図２では特に図示しないが、このイオン源７におけるグリッド穴の近傍の所定位置には、イオン源７から発射された正電荷のアルゴンイオンを電子で中和するためのニュートラライザが配設されている。このニュートラライザから放出される電子が用いられて正電荷のアルゴンイオンが中和されることにより、基材ホルダ１０ａに装着された基材８の帯電を防止することが可能になるので、基材８と真空チャンバＡとの間における異常放電を効果的に防止することが可能になる。これにより、基材８の表面に成膜される多重薄膜層の異常放電による破損を効果的に防止することが可能になる。
【００４３】
次に、イオンアシスト成膜装置１００の構成に関して、本発明を特徴付ける電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂの構成及び配設位置について、図３及び図４を用いて詳細に説明する。
【００４４】
図３及び図４は、本発明の実施の形態に係る電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂの構成及び配設位置を模式的に示す構成図であって、図３はイオンアシスト成膜装置１００の上方から見た場合の構成を模式的に示す平面図であり、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面構成を模式的に示す縦断面図である。尚、図３では一部を透視して示しており、真空チャンバＡの内部に配設されている上述した基材ホルダ１０ａと、後述するイオンビームの照射強度を測定するための電流密度センサ２４ａ及び２４ｂを備えるアーム２１ａ及び２１ｂと、アーム２１ａ及び２１ｂを回転駆動する後述する回転軸２２ａ及び２２ｂと、電流密度センサ２４ａ及び２４ｂへの成膜材料の付着を防止するための防着シールド２５ａ及び２５ｂとを破線により各々示している。
【００４５】
図３及び図４に示すように、本実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００には、真空チャンバＡの上部における基材回転装置１６に隣接する所定の位置に、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂの２つの電流密度測定装置が配設されている。より具体的には、これらの電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂは、本実施の形態では、図３及び図４に示すように、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂの一部分を構成する駆動機構１９ａ及び１９ｂを真空チャンバＡの天井壁Ｅの上部に配置するようにして、天井壁Ｅの基材回転装置１６の近傍における所定の位置に対角状に配設されている。ここで、本実施の形態では、図３に示すように、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂが、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂの後述する回転軸２２ａ及び２２ｂが基材ホルダ１０ａの外周よりも外側に位置するようにして、各々配設されている。又、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂの後述する電流密度センサ２４ａ及び２４ｂを防着シールド２５ａ及び２５ｂの上方に移動させた場合、後述するアーム２１ａ及び２１ｂが基材ホルダ１０ａと干渉しない位置に、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂが各々配設されている。更に、本実施の形態では、電流密度測定装置１８ａのアーム２１ａが駆動機構１９ａにより駆動される際の電流密度センサ２４ａの中心が移動する仮想線Ｉａと回転軸２２ａ及び２２ｂの中心と基材回転装置１６の中心とを結ぶ仮想線Ｉｃに対して４５°の角度で交差する基材回転装置１６の中心を通過する仮想線Ｉｄとで囲まれる第１の仮想領域と、前記仮想線Ｉａと前記仮想線Ｉｃと前記仮想線Ｉｄとで囲まれる第２の仮想領域とからなる仮想の領域ｆ１の面積が最小になるように、電流密度測定装置１８ａが配設されている。又、電流密度測定装置１８ｂが、上記と同様にして、図３に示す仮想線Ｉｂと前記仮想線Ｉｄとで囲まれる第３の仮想領域と、前記仮想線Ｉｂと前記仮想線Ｉｃと前記仮想線Ｉｄとで囲まれる第４の仮想領域とからなる仮想の領域ｆ２の面積が最小になるように、位置決めされ配設されている。
【００４６】
又、図３及び図４に示すように、本実施の形態に係る電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂは、イオン源７から発射されるイオンビームの照射強度を電流密度として検出する電流密度センサ２４ａ及び２４ｂと、この電流密度センサ２４ａ又は２４ｂをその先端の下側に備えるアーム２１ａ及び２１ｂと、このアーム２１ａ又は２１ｂを真空チャンバＡの内部で掃引するための回転軸２２ａ及び２２ｂと、この回転軸２２ａ又は２２ｂを回転駆動するための駆動機構１９ａ及び１９ｂとを備えている。ここで、本実施の形態では、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂの上部に駆動機構１９ａ及び１９ｂが設けられており、これらの駆動機構１９ａ及び１９ｂから回転軸２２ａ及び２２ｂが下方に向けて延出している。これらの回転軸２２ａ及び２２ｂの下端に、回転軸２２ａ及び２２ｂと直角にかつ基材８と略平行になるようにして、アーム２１ａ及び２１ｂが固定されている。そして、アーム２１ａ及び２１ｂの先端の下側に、電流密度センサ２４ａ及び２４ｂが各々設けられている。これらの電流密度センサ２４ａ及び２４ｂは図４では特に図示しないセンサヘッドが真空チャンバＡの底壁Ｆを望むように配設されており、上述したように、イオン源７から照射されるイオンビームの照射強度を電流密度の信号として検出することができるよう構成されている。従って、この電流密度の信号を解析することにより、基材８に照射されるイオンビームの照射強度を測定することができる。又、電流密度センサ２４ａ及び２４ｂを保持するアーム２１ａ及び２１ｂは電流密度センサ２４ａ及び２４ｂを基材８の下側に位置させ得る長さを有しており、必要に応じて駆動機構１９ａ又は１９ｂにより回転軸２２ａ又は２２ｂを回転させてアーム２１ａ又は２１ｂを駆動することにより、電流密度センサ２４ａ又は２４ｂが基材８の下側において仮想線Ｉａ及びＩｂとして示すように掃引される。そして、これらの電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂによって、基材８に照射されるイオンビームの照射強度が測定される。尚、図４に示すように、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂの各々は、本実施の形態では、連結部材２０ａ及び２０ｂを介して、真空チャンバＡの天井壁Ｅに固定されている。又、図４に示すように、電流密度センサ２４ａ及び２４ｂからは、電流密度の信号を制御装置１０１に伝送するための信号線２３ａ及び２３ｂが延出している。
【００４７】
又、図３及び図４に示すように、真空チャンバＡを構成する天井壁Ｅの下側における所定の位置には、真空チャンバＡの天井壁Ｅ及び底壁Ｆから各々所定の間隔を隔て、かつ電流密度センサ２４ａ又は２４ｂに対しても所定の間隔を隔てるようにして、それぞれと略平行である所定の平板形状を有する防着シールド２５ａ及び２５ｂが設けられている。これらの防着シールド２５ａ及び２５ｂは、例えば、ステンレス等の材料からなる板材によって構成される。本実施の形態では、駆動機構１９ａ及び１９ｂを駆動して、これらの防着シールド２５ａ及び２５ｂの上方に電流密度センサ２４ａ及び２４ｂを退避させることにより、多重薄膜層の形成時において電流密度センサ２４ａ及び２４ｂに成膜材料が付着することを防止することが可能とされている。
【００４８】
更に、本実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００は、イオンアシスト成膜装置１００の各構成要素の動作を制御すると共に、電流密度センサ２４ａ及び２４ｂが出力する信号を解析してイオン源７から発射するイオンビームの発射強度を補正する機能をも有する制御装置１０１を備えている。又、このイオンアシスト成膜装置１００は、この制御装置１０１の他に、真空チャンバＡの内部の気体をその外部に排出可能な真空ポンプを備えている。この真空ポンプは、所定の配管を介して、真空チャンバＡと接続されている。そして、真空チャンバＡの内部の気体を排出することによって、その内部を所定の圧力に調整することができるように構成されている。
【００４９】
次に、本発明に係るイオンアシスト成膜装置１００の成膜時の動作について、従来の成膜方法と対比しながら詳細に説明する。
【００５０】
イオンアシスト成膜装置１００を立ち上げる際には、通常、イオン源７から発射するイオンビームの基材８に対する照射条件を成膜材料に応じた所定の照射条件に設定する。このイオンビームの照射条件の設定は、図５に示す電流密度測定用治具１０２を用いて行われる。
【００５１】
図５は、イオンアシスト成膜装置１００を立ち上げる際に、イオン源７から発射するイオンビームの照射条件を設定するために用いられる電流密度測定用治具１０２の構成を模式的に示す構成図であって、図５（ａ）は平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線に沿った断面図である。
【００５２】
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、この電流密度測定用治具１０２では、所定数の電流密度センサ１０２ｂが、基材８と略同等の大きさの円形形状を有する測定治具用基板１０２ａの一方の主面に、その中心点から外周に向けて放射状に等間隔で配列されている。これらの電流密度センサ１０２ｂの同一半径上に位置する各センサは、本実施の形態では、カスケード接続されている。又、これらの電流密度センサ１０２ｂは、例えば、ファラデーカップで構成されている。このファラデーカップは、イオンビームの照射強度の強弱を電流密度の変化として測定するセンサの一種である。従って、この電流密度測定用治具１０２を用いることにより、イオン源７から発射されるイオンビームの基材８に対する照射強度及び照射分布（即ち、照射条件）が同時に測定される。
【００５３】
先ず、イオン源７から発射するイオンビームの基材８に対する照射条件を所定の照射条件に設定するために、電流密度測定用治具１０２を、電流密度センサ１０２ｂを蒸発源３ａ及び３ｂの方向に向けて基材ホルダ１０ａに装着する。又、電流密度測定用治具１０２の電流密度センサ１０２ｂを所定の信号線を用いて真空チャンバＡの外部に設けられた制御装置１０１に接続する。そして、その後、真空ポンプを作動させて真空チャンバＡの内部から気体を排出し、これにより真空チャンバＡの内部の圧力を所定の圧力になるように調整する。そして、基材ホルダ１０ａの方向にイオン源７からイオンビームを照射して、電流密度測定用治具１０２によりイオン源７から発射されるイオンビームの照射条件を測定する。尚、この時、イオンビームの照射強度を電流密度測定用治具１０２によって電流密度として検出するため、ニュートラライザからの電子の放出を停止させて、正電荷を有するアルゴンイオンを電流密度測定用治具１０２の電流密度センサ１０２ｂに照射する。
【００５４】
図７は、イオン源７から発射されるイオンビームの照射条件を電流密度測定用治具１０２により測定した測定結果の一例を模式的に示す概念図である。尚、図７では、基材８の直径が１２００ｍｍである場合の測定結果を模式的に示している。
【００５５】
図７において曲線ａとして示すように、イオン源７から発射されるイオンビームの照射強度は、一般的に、基材８の端部においては弱く、反対に、中央部においては強いという傾向が確認されている。そして、このイオンビームの基材８に対する照射条件が所定の照射条件になるように、イオン源７のイオンビームの発射条件を制御装置１０１によって調整する。ここで、図７において曲線ａとして示す曲線は、上述した所定の照射条件における照射強度及び分布を模式的に示している。そして、基材８に対するイオンビームの照射条件が最適な照射条件になるように調整された後、真空チャンバＡの内部を大気圧の状態に戻して、基材ホルダ１０ａから電流密度測定用治具１０２を取り外す。又、電流密度測定用治具１０２の電流密度センサ１０２ｂと制御装置１０１とを接続していた所定の信号線を取り外す。
【００５６】
次に、基材ホルダ１０ａに多重薄膜層を形成する基材８を装着した後、再び真空ポンプを作動させ、真空チャンバＡの内部から気体を排出し、真空チャンバＡの内部を所定の圧力になるように調整する。又、その後、基材回転装置１６を作動させて、基材ホルダ１０ａを、図１及び図２に示す中心軸ｃを回転中心として回転させ、これにより基材８を一定の回転数で回転させる。尚、この基材８の回転操作は、蒸発源３ａ及び３ｂから蒸発した成膜材料が該蒸発源３ａ及び３ｂへの電子ビームの照射位置からの距離に依存する分布形態に応じて拡散されるため、基材８上への成膜材料の蒸着を蒸着面内においてより一層均一にするためである。そして、２つの蒸発源３ａ及び３ｂに電子銃から発射される電子ビームを各々照射して加熱することにより、これらの蒸発源３ａ及び３ｂから成膜材料を蒸発させる。この時、五酸化タンタル及び二酸化珪素の２種類の成膜材料を真空チャンバＡの内部に交互に拡散させるようにする。この操作は、例えば、基材８に蒸発源３ａから蒸発する成膜材料を蒸着させない場合には、図１に示す遮蔽板４ｂを蒸発源３ｂの上方より退避させかつ蒸発源３ａの上方に遮蔽板４ａを覆うように駆動し、逆に、蒸発源３ａから蒸発する成膜材料を蒸着させる場合には、遮蔽板４ｂを蒸発源３ｂの上方を覆うように駆動しかつ蒸発源３ａの上方より遮蔽板４ａを退避させるように駆動することにより行われる。この操作によって、蒸発源３ａ及び３ｂから蒸発した成膜材料は真空チャンバＡの内部に交互に拡散して、その結果、基材８の表面には五酸化タンタル及び二酸化珪素の２つの成膜材料が交互に蒸着する。
【００５７】
ここで、基材８上に所定の光学特性を有する多層薄膜層を形成するためには、上述した成膜過程においてイオン源７から発射されたアルゴンイオンのビームを基材８上に照射する必要がある。アルゴンイオンのビームを基材８上に照射する理由は、五酸化タンタル及び二酸化珪素の成膜材料は電界等の作用を受けずに基材８の表面に堆積することにより蒸着していくため、その状態で得られる多重薄膜層では膜の緻密性が低く、そのため、所定の挿入損失、パスバンド、屈折率等の光学特性が得られないからである。そこで、成膜中においてアルゴンイオンのビームを基材８上に照射すると、その照射するアルゴンイオンの衝突によって物理的に押し固められた緻密な状態の多重薄膜層が得られ、これにより、分光フィルタは所定の光学特性を有するようになる。又、イオン源７からアルゴンイオンを発射すると共にニュートラライザから電子を放出する理由は、ニュートラライザを作動させない場合、基材８の表面に電荷が蓄積し、その電荷によって基材８と真空チャンバＡとの間で異常放電が発生し、この異常放電により多重薄膜層が破壊されるというダメージを与えるからである。そこで、本実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００では、イオン源７からアルゴンイオンを発射する際に、ニュートラライザから電子を放出する。これにより、イオン源７から発射されたアルゴンイオンがニュートラライザから放出される電子により中和され、多重薄膜層の破壊が防止されるので、所定の光学特性を有する多重薄膜層を得ることが可能になる。尚、上記の成膜工程においては、多重薄膜層の形成状況が光モニタ受光部９によって監視されながら、基材８上への多重薄膜層の形成が行われる。
【００５８】
ところで、基材８上に形成される多重薄膜層は、通常、１００層以上もの薄膜層が積層されることによって構成されている。そして、この多重薄膜層を形成するためには、１基材当たり少なくとも十数時間の時間をかける必要がある。従って、所定の光学特性を有する分光フィルタを歩留まり良く製造するためには、蒸発源３ａ及び３ｂからの成膜材料の拡散状態や、基材８に向けてイオン源７から照射されるイオンビームの照射条件が、多重薄膜層を形成する成膜工程中において経時的に変化せず、常に一定である必要がある。
【００５９】
しかしながら、従来から用いられている通常のイオンアシスト成膜装置では、真空チャンバＡの内部の全体に成膜材料が拡散するため、基材８の表面だけでなく、イオン源７のグリッド穴の周辺部にも成膜材料が経時的に堆積する。そのため、イオン源７のグリッド穴の周辺の電界は、経時的に変化する。一方、成膜中、イオン源７からイオンビームを発射させる際に設定されるビーム電圧、ビーム電流及び加速電圧等の値は、電流密度測定用治具１０２が取り外されており電流密度を逐次測定することができないため、多重薄膜層を形成する工程中において一定の値で固定されている。そして、イオン源７のグリッド穴の周辺電界が経時的に変化する一方でビーム電圧、ビーム電流及び加速電圧等の値が固定されているため、基材８に対するイオンビームの照射強度は経時的に変化する。このイオンビームの照射強度の変化は、例えば、図７において曲線ａから曲線ｂに低下するように説明される。尚、図７では、イオンビームの照射分布に大きな変化が生じない場合の照射条件の変化を模式的に示している。その結果、基材８の表面に形成される多重薄膜層は、その層数が増加するにつれて層の緻密性が変化して、所定の光学特性を有さない多重薄膜層となる。この場合、分光フィルタの製造歩留まりが悪化する。
【００６０】
又、イオン源７のグリッド穴の周辺部に経時的に堆積する成膜材料の堆積量は、製造バッチの進行に応じて増加する。そのため、グリッド穴への成膜材料の堆積量の増加に応じて電界が変化するので、基材８に対するイオンビームの照射強度が製造バッチの進行に応じて変化する。この場合、製造バッチの進行に応じて基材８に対するイオンビームの照射強度が変化するので、基材８の表面に形成される多重薄膜層の光学特性が製造バッチ毎に変化（悪化）し、分光フィルタの製造歩留まりが悪化する。尚、これらのイオン源７のグリッド穴への成膜材料の堆積に係る問題は、光モニタ受光部９を用いて多重薄膜層の成膜状況を監視しても、解決することができない問題である。
【００６１】
そこで、本発明の実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００では、図３及び図４に示す電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂを用いて多重薄膜層を構成する各薄膜層の層間でイオン源７から発射されるイオンビームの照射強度を測定し、必要に応じてイオン源７のイオンビームの発射条件を補正する。
【００６２】
以下、本発明の実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００の成膜動作に関し、本発明を特徴付けるイオンビームの発射条件の補正方法について詳細に説明する。
【００６３】
先ず、従来の成膜の場合と同様にして、本実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００を立ち上げる際には、図５に示す電流密度測定用治具１０２を基材ホルダ１０ａに装着して、イオン源７からイオンビームを電流密度測定用治具１０２に向けて発射する。そして、イオン源７から発射するイオンビームの照射条件を、ビーム電圧、ビーム電流及び加速電圧等の値を調整することにより、所定の照射条件に設定する。そして、イオン源７のイオンビームの照射条件を所定の照射条件に設定した後、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂを用いてイオン源７から発射されるイオンビームの基材８に対する照射強度及び分布を検出して、その検出結果を制御装置１０１の記憶部に記憶する。
【００６４】
より具体的には、イオン源７の条件設定が完了した後、図６（ａ）に示すように、条件設定されたイオン源７から所定の照射条件でイオンビームを発射させながら、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂのアーム２１ａ及び２１ｂを互いに逆方向に回転移動させる。この際、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、電流密度測定用治具１０２の下側において、電流密度測定用治具１０２に配設されている電流密度センサ１０２ｂの近傍において規定される所定の平面内を電流密度センサ２４ａ及び２４ｂが掃引されるように、駆動機構１９ａ及び１９ｂによりアーム２１ａ及び２１ｂを所定の速度で互いに逆方向に１回回転移動させる。ここで、この電流密度センサ２４ａ及び２４ｂの掃引は、電流密度測定用治具１０２の外側の所定位置から開始し、防着シールド２５ａ及び２５ｂの上方の所定位置で終了する。例えば、この電流密度センサ２４ａ及び２４ｂの掃引は、図３において仮想線Ｉａ及びＩｂの如く示すように行われる。そして、この電流密度センサ２４ａ及び２４ｂの掃引の際にイオン源７から発射されたイオンビームの照射強度を連続的にサンプリングし、このサンプリングの結果からイオンビームの照射強度及び分布を導出し、その導出結果を制御装置１０１の記憶部に記憶する。これにより、イオン源７から発射される所定の照射条件とされたイオンビームの照射強度及び分布と、その際に電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂによって測定された電流密度及び分布とが相互に関連付けられる。尚、この時も、イオンビームの照射強度を電流密度センサ２４ａ及び２４ｂによって電流密度として検出するため、ニュートラライザからの電子の放出を停止させて、正電荷を有するアルゴンイオンを電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂの電流密度センサ２４ａ及び２４ｂに照射する。
【００６５】
さて、イオン源７から発射されるイオンビームが所定の照射条件とされ、その所定の照射条件と電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂによって測定される電流密度とが関連付けされると、真空チャンバＡの内部が大気圧にまで戻された後、電流密度測定用治具１０２が基材ホルダ１０ａから取り外される。そして、その後、基材ホルダ１０ａに、多重薄膜層を形成する基材８が装着される。
【００６６】
以下、基材ホルダ１０ａに基材８が装着された後の成膜工程について、フローチャートを参照しながら詳細に説明する。尚、ここでは、説明を簡略化するために、多重薄膜層を構成するｎ層の薄膜層の各層を同一の成膜条件の下で成膜する場合について説明する。
【００６７】
図８は、本発明の実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００を用いて基材８上に多重薄膜層を形成する工程の一例を示すフローチャートである。
【００６８】
図８に示すように、基材ホルダ１０ａに多重薄膜層を形成するための基材８が装着されると、真空ポンプの排気動作によって真空チャンバＡの内部を所定の真空状態に再び調整すると共に、基材８の加熱等の成膜前処理が行われる。（ステップＳ１）。又、この際、基材回転装置１６を駆動することにより基材ホルダ１０ａを中心軸ｃの周りで回転して、基材８を一定の回転数で回転する。
【００６９】
ステップ１として示す成膜前処理が完了した後、制御装置１０１によって基材８の表面に多重薄膜層を形成するための成膜条件の設定が行われる（ステップＳ２）。この成膜条件の設定の際、成膜条件を設定するためのパラメータとしては、例えば、イオン源７のビーム電圧、ビーム電流及び加速電圧等がある。尚、これらのビーム電圧、ビーム電流及び加速電圧等の各々の値は、上述した電流密度測定用治具１０２を用いた条件設定において求められかつ制御装置１０１の記憶部に記憶された値である。尚、このステップ２における成膜条件の設定は、多重薄膜層を構成するｎ層の薄膜層の各層を異なる成膜条件により成膜する場合には、ｎ層の薄膜層の各層について行われる。
【００７０】
ステップＳ２において成膜条件が設定されると、イオン源７から発射されるイオンビームの照射条件が所定の照射条件であるか否かを確認するために、イオン源７からイオンビームが発射される（ステップＳ３）。この際、イオンビームの照射強度を電流密度センサ２４ａ及び２４ｂによって電流密度として検出するため、ニュートラライザからの電子の放出を停止させて、正電荷を有するアルゴンイオンを電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂの電流密度センサ２４ａ及び２４ｂに照射する。そして、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂによって、その発射されるイオンビームの照射強度及び分布を検出する（ステップＳ４）。このステップＳ４としての電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂによるイオン源７から発射されるイオンビームの照射強度及び分布の検出は、上述した図６（ａ）に示す方法と同様にして、イオン源７から所定の照射条件でイオンビームを発射させながら、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂのアーム２１ａ及び２１ｂを駆動機構１９ａ及び１９ｂにより互いに逆方向に１回回転移動させることにより行う。尚、この場合も、電流密度センサ２４ａ及び２４ｂの掃引は、基材ホルダ１０ａの外側の所定位置から開始し、防着シールド２５ａ及び２５ｂの上方の所定位置で終了する。つまり、図３に示す仮想線Ｉａ及びＩｂの如く電流密度センサ２４ａ及び２４ｂを掃引する。そして、この掃引の際にイオン源７から発射されたイオンビームの照射強度を連続的に電流密度としてサンプリングし、このサンプリングの結果からイオンビームの照射強度及び分布を導出する。
【００７１】
本発明の実施の形態では、上述したように、イオン源７から発射される所定の照射条件とされたイオンビームの照射強度及び分布と、その際に電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂによって測定された電流密度及び分布とが予め相互に関連付けられている。そこで、その予め関連付けられた電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂにより測定された電流密度及び分布と、ステップＳ４において検出されたイオンビームの電流密度及び分布との比較を行うことにより、イオン源７から発射されるイオンビームの照射条件が所定の照射条件であるか否かの判定が行われる（ステップＳ５）。ここで、イオン源７から発射されるイオンビームの照射条件が所定の照射条件であると判定された場合（ステップＳ５でＹｅｓ）には、ステップＳ７に進み、蒸発源３ａ及び３ｂの運転が開始される。しかしながら、イオン源７から発射されるイオンビームの照射条件が所定の照射条件でないと判定された場合（ステップＳ５でＮｏ）には、イオン源７を駆動するためのビーム電圧、ビーム電流及び加速電圧等のパラメータを所定の補正パターンに従って補正する（ステップＳ６）。尚、このステップＳ６における各種パラメータの補正パターンは、予め調査及び設定され、制御装置１０１の記憶部に記憶されている。又、ステップＳ６においてイオン源７の動作に係る各種パラメータの補正が完了した後は、ステップＳ３からステップＳ５の工程が再び実行される。そして、ステップＳ５においてイオン源７から発射されるイオンビームの照射条件が所定の照射条件であると判定された後、成膜工程はステップＳ７に進む。
【００７２】
ステップＳ５においてイオン源７から発射されるイオンビームの照射条件が所定の照射条件であると判定された場合、上述したように、基材８の表面への多重薄膜層の形成を開始するために、蒸発源３ａ及び３ｂの運転を開始する（ステップＳ７）。
【００７３】
そして、２つの蒸発源３ａ及び３ｂに電子銃から発射される電子ビームを照射して加熱することにより、これらの蒸発源３ａ及び３ｂから成膜材料を蒸発させ、基材８の表面に対する多重薄膜層を構成するｎ層目の薄膜層の成膜を開始する（ステップＳ８）。このステップＳ８におけるｎ層目の薄膜層の成膜方法は、上述した従来の成膜方法の場合と同様である。即ち、五酸化タンタル及び二酸化珪素の２種類の成膜材料の一方の成膜材料を、真空チャンバＡの内部に拡散させる。この際、基材８に蒸発源３ａから蒸発する成膜材料を蒸着させない場合には図１に示す遮蔽板４ｂを蒸発源３ｂの上方より退避させかつ蒸発源３ａの上方に遮蔽板４ａを覆うように駆動し、蒸発源３ａから蒸発する成膜材料を蒸着させる場合には遮蔽板４ｂを蒸発源３ｂの上方を覆うように駆動しかつ蒸発源３ａの上方より遮蔽板４ａを退避させる。これにより、蒸発源３ａ又は３ｂから蒸発した一方の成膜材料のみが真空チャンバＡの内部に拡散するので、基材８の表面には五酸化タンタル又は二酸化珪素が蒸着する。又、この際、イオン源７からアルゴンイオンを発射して、このアルゴンイオンのビームを基材８上に照射する。又、ニュートラライザから電子を放出し、この電子によりアルゴンイオンを中和する。これにより、基材８の表面には、アルゴンイオンの衝突により物理的に押し固められた、緻密な状態のｎ層目の薄膜層が形成される。
【００７４】
ステップＳ８においてｎ層目の薄膜層の成膜が完了すると、そのｎ層目の薄膜層の形成が最終層の形成であるか否かの判定を行う（ステップＳ９）。そして、ステップＳ８において形成した薄膜層の層数が多重薄膜層の設定層数に到達していないと判定した場合（ステップＳ９でＮｏ）、次に成膜する薄膜層の層数をｎ→ｎ＋１として再設定し（ステップＳ１０）、ｎ＋１層目の成膜条件をステップＳ２として再び設定する。一方、ステップＳ８において形成した薄膜層の層数が多重薄膜層の設定層数に到達したと判定した場合（ステップＳ９でＹｅｓ）、基材８上への多重薄膜層の成膜が終了する。
【００７５】
ここで、本発明の実施の形態では、このｎ層目の薄膜層の成膜とｎ＋１層目の薄膜層の成膜との間で、イオン源７から発射されるイオンビームの照射条件を必要に応じて補正するためのステップＳ３からステップＳ６からなる補正ステップＳＨを設け、この各層間に設ける補正ステップＳＨにおいてイオン源７から発射するイオンビームの照射条件を必要に応じて補正する。具体的には、ｎ層目の薄膜層の成膜とｎ＋１層目の薄膜層の成膜との間に設ける補正ステップＳＨにおいては、イオン源７からのイオンビームの発射は継続して行うが、ニュートラライザからの電子の放出は停止する。そして、この補正ステップＳＨにおいて電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂの駆動機構１９ａ及び１９ｂによりアーム２１ａ及び２１ｂに設けられた電流密度センサ２４ａ及び２４ｂを掃引して、イオン源７から発射されるイオンビームの照射強度及び分布を再び検出する。そして、ここで検出された照射強度及び分布を、イオンアシスト成膜装置１００を立ち上げる際に設定した照射条件と同一になるように、イオン源７の発射条件を必要に応じて補正する。例えば、ビーム電圧又はビーム電流又は加速電圧を調整することにより、イオン源７からのイオンビームの照射強度及び分布を補正する。又、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂのアーム２１ａ及び２１ｂに設けられた電流密度センサ２４ａ及び２４ｂの掃引が終了した後は、成膜中に成膜材料が電流密度センサ２４ａ及び２４ｂに付着することを防止するために、電流密度センサ２４ａ及び２４ｂを防着シールド２５ａ及び２５ｂの上方に移動させる。これにより、ｎ＋１層目の薄膜層の成膜中に電流密度センサ２４ａ及び２４ｂに成膜材料が付着することを防止することが可能になる。そして、その後、再び真空チャンバＡの内部への成膜材料の拡散を開始すると共に、再びニュートラライザから電子を放出して、基材８上へのｎ＋１層目の薄膜層の成膜を開始する。このように、本発明に係るイオンアシスト成膜装置１００を用いて多重薄膜層を形成する場合には、多重薄膜層を構成する各層間においてステップＳＨとして示すようにイオン源７からのイオンビームの発射条件を確認及び補正して、基材８上に多重薄膜層を形成する。尚、本実施の形態では、イオン源７から発射されるイオンビームの基材８に対する照射条件を、イオンアシスト成膜装置１００を立ち上げる際に設定した照射条件と同一になるように補正する形態について説明しているが、この形態に限定されることはなく、基材８に対するイオンビームの照射条件を任意の照射条件に調整する形態としても良い。
【００７６】
尚、上述したように、ステップＳ９においてｎ層目の薄膜層の形成が最終層の形成であることが確認された場合（ステップＳ９でＹｅｓ）、基材８上への多重薄膜層の形成が終了する。
【００７７】
このように、本発明によれば、イオンアシスト成膜装置１００を立ち上げる当初において、イオンビームの最適な照射条件と、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂにより測定される照射強度とが対応しているので、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂにより測定される照射強度が当初と比べて変化している場合には、基材８上へのイオンビームの照射条件にも変化があると判断することが可能となる。従って、補正ステップＳＨにおいて電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂにより測定される照射強度が当初の値と異なる場合には、この照射強度を、イオンアシスト成膜装置１００を立ち上げる際に測定された当初の照射強度と同一になるようにイオン源７のイオンビームの発射条件を調整することにより、基材８上へのイオンビームの照射条件を常に最適な照射条件に補正することができる。
【００７８】
その結果、基材８の表面に１００層以上もの層で構成される多重薄膜層を少なくとも十数時間の時間をかけて形成して分光フィルタを製造する場合であっても、基材８の表面に形成される多重薄膜層の層数が増加するにつれてその緻密性が変化するという現象の発生を防止することができるので、所定の光学特性が得られるようになる。従って、本発明によれば、分光フィルタの歩留まりが悪化するという問題を好適に解決することが可能になる。又、製造バッチ毎に多重薄膜層を構成する各薄膜層の成膜間においてイオンビームの照射条件を必要に応じて補正するため、製造バッチ毎に多重薄膜層の光学特性が異なるという現象の発生も防止することができる。これにより、分光フィルタを製造する際の再現性が改善され、分光フィルタの歩留まりが製造バッチ毎に変化するという問題が解決される。
【００７９】
又、本発明によれば、複雑な機構を設けることが困難である真空チャンバの内部において、１自由度の単純な回転機構のみによって基材のＸ方向及びＹ方向のイオンビームの照射強度及び分布を近似的に検出することができるので、信頼性の高いイオンアシスト成膜装置を提供することが可能になる。
【００８０】
尚、以上の説明では、イオンアシスト成膜装置についての例を挙げて説明したが、このイオンアシスト成膜装置に限定されることはなく、イオンプレーティング等により薄膜を成膜する成膜装置であっても、更に他の方法が採用される成膜装置であっても、本発明を実施又は応用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明に係るイオンアシスト成膜装置は、基材の表面に所定の光学特性を有する多重薄膜層を成膜バッチに関わらず安定して形成することが可能である、高品質な分光フィルタを歩留まり良く製造可能なイオンアシスト成膜装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００を正面側から見た場合の縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００を側面側から見た場合の縦断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００を上方から見た場合の構成を模式的に示す平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面構成を模式的に示す縦断面図である。
【図５】イオン源７から発射するイオンビームの発射条件を設定するために用いられる電流密度測定用治具１０２の構成を模式的に示す構成図であって、図５（ａ）は平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線に沿った断面図である。
【図６】電流密度測定用治具１０２の下側において電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂのアーム２１ａ及び２１ｂを掃引する状態を模式的に示す状態図である。
【図７】イオン源７から発射されるイオンビームの照射条件を電流密度測定用治具１０２により測定した測定結果の一例を模式的に示す概念図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００を用いて基材上に多重薄膜層を形成する工程の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８３】
１ 光モニタ投光部
２ 投光ヘッド
３ａ 蒸発源
３ｂ 蒸発源
４ａ 遮蔽板
４ｂ 遮蔽板
５ａ ルツボ
５ｂ ルツボ
６ａ 支柱
６ｂ 支柱
７ イオン源
８ 基材
９ 光モニタ受光部
９ａ 受光ヘッド
１０ 基材支持体
１０ａ 基材ホルダ
１０ｂ 中空回転軸
１１ センサ支持体
１１ａ センサ取り付け部
１１ｂ 基部
１２ 連結部材
１３ ケーシング
１４ 信号線
１５ 軸受け
１６ 基材回転装置
１７ 開口
１８ａ 電流密度測定装置
１８ｂ 電流密度測定装置
１９ａ 駆動機構
１９ｂ 駆動機構
２０ａ 連結部材
２０ｂ 連結部材
２１ａ アーム
２１ｂ アーム
２２ａ 回転軸
２２ｂ 回転軸
２３ａ 信号線
２３ｂ 信号線
２４ａ 電流密度センサ
２４ｂ 電流密度センサ
２５ａ 防着シールド
２５ｂ 防着シールド
１００ イオンアシスト成膜装置
１０１ 制御装置
１０２ 電流密度測定用治具
１０２ａ 測定治具用基板
１０２ｂ 電流密度センサ
Ａ 真空チャンバ
Ｂ 設置用架台
Ｃ 光モニタ投光部用架台
Ｄ 真空チャンバ用架台
Ｅ 天井壁
Ｆ 底壁
ｃ 中心軸
Ｉａ〜Ｉｄ 仮想線
ｆ１〜ｆ２ 仮想の領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材の表面に薄膜を成膜する真空成膜装置に関し、特に、イオンビームを利用して基材の表面に緻密な薄膜を成膜するイオンアシスト成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報通信ネットワークに要求される情報の伝送容量は、予想を遙かに上回るペースで増加している。そして、この増加する要求に対応するべく、情報通信ネットワークの情報伝送容量を飛躍的に増加させる情報通信手段として、通信媒体として光を利用する光多重通信が好適に用いられている。
【０００３】
光多重通信を行うための光多重通信機器では、多重化された光を例えば一定の波長間隔で異なる波長帯域に分割するための分光素子として、基材に所定の多重薄膜層が形成された分光フィルタが用いられている。この分光フィルタは、例えば、光学ガラス等からなる基材の表面に五酸化タンタル及び二酸化珪素の２種類の成膜材料を交互に積層してなる多重薄膜層を形成することによって製造される。この光多重通信機器用の分光フィルタを製造するための製造装置には様々な種類があるが、成膜スピードが比較的早く、かつ温度及び湿度に対する波長安定性や物理的及び化学的及び機械的安定性に優れた多重薄膜層が得られることから、イオンアシスト成膜装置が従来から好適に用いられている。
【０００４】
イオンアシスト成膜装置は、その内部を実質的な真空状態で維持可能な真空チャンバを備えている。この真空チャンバの内部の下方には、例えば、第１の成膜材料としての五酸化タンタルを有する第１の蒸発源と、第２の成膜材料としての二酸化珪素を有する第２の蒸発源とが各々配設されている。これらの第１及び第２の蒸発源の内部には、第１及び第２の蒸発源の各々から加熱により五酸化タンタル及び二酸化珪素を蒸発させるための電子銃が各々配設されている。又、第１及び第２の蒸発源に隣接する所定の位置には、第１及び第２の蒸発源から蒸発した五酸化タンタル及び二酸化珪素を基材の表面に強固にかつ緻密に付着させるためのイオンビームを発射するイオン源が配設されている。又、このイオン源に隣接する所定の位置には、イオン源から発射された正電荷のイオンビームを電子で中和するためのニュートラライザが配設されている。
【０００５】
一方、このイオンアシスト成膜装置では、真空チャンバの内部における第１及び第２の蒸発源と対向する所定の位置に、基材が装着される基材ホルダが配置されている。この基材ホルダには、その被成膜面が第１及び第２の蒸発源に対向するようにして、光学ガラス等の材料からなる基材が装着される。又、この基材ホルダの背後には回転軸体が接続されており、この回転軸体は真空チャンバの上壁を貫通して、その上部に配設された回転駆動装置に接続されている。つまり、イオンアシスト成膜装置が用いられて基材上に多重薄膜層が形成される際には、基材が回転駆動装置によって回転駆動される。
【０００６】
この従来のイオンアシスト成膜装置では、基材上に多重薄膜層を成膜する際には、基材ホルダに基材が装着される。この際、多重薄膜層を形成する被成膜面を第１及び第２の蒸発源の方向に向けるようにして、基材ホルダに基材が装着される。そして、基材ホルダに基材が装着されて真空チャンバが閉鎖されると、真空ポンプ等の排気手段の排気動作によって、真空チャンバの内部の気体がその外部に排出される。これにより、真空チャンバの内部の圧力が所定の圧力にまで減圧されると共に、その内部が所定の真空状態で維持される。そして、真空チャンバの内部が所定の真空状態とされた後、回転駆動装置が起動されて基材ホルダの回転駆動が開始され、これにより基材の回転駆動が開始される。
【０００７】
真空チャンバの内部で基材の回転駆動が開始されると、電子銃から発射される電子ビームを第１及び第２の蒸発源に設けられた五酸化タンタル及び二酸化珪素に照射してそれらを加熱することにより、五酸化タンタル及び二酸化珪素を第１及び第２の蒸発源から真空チャンバの内部に蒸発させる。この時、五酸化タンタル及び二酸化珪素の２種類の成膜材料を、真空チャンバの内部に交互に拡散させるようにする。これにより、基材の被成膜面には、第１及び第２の蒸発源から拡散される２種類の成膜材料が交互に蒸着することになる。又、この時、基材の被成膜面に向けて、イオン源のグリッド穴から発射されるイオンビームを所定の照射条件（照射強度及び照射分布等）で照射する。この基材に向けて照射するイオンビームは、ニュートラライザから放出される電子により中和される。このように、成膜中において基材に向けてイオンビームを照射することにより、基材上には緻密性が高く所定の屈折率を有する多層薄膜層が形成される。
【０００８】
基材の被成膜面に対する多重薄膜層の形成が完了すると、真空チャンバの内部に再び大気が導入される。これにより、真空チャンバの内部の圧力が大気圧にまで上昇する。そして、真空チャンバの内部の圧力が大気圧にまで上昇したことが確認された後、基材ホルダから基材が取り外されると共に真空チャンバの一部が開放され、そこから多重薄膜層が形成された基材が取り出される。
【０００９】
このように、従来のイオンアシスト成膜装置では、成膜中において基材に向けてイオン源からイオンビームを所定の照射条件で照射することにより、基材の被成膜面に所定の光学特性を有する緻密な多重薄膜層が形成される。そして、イオンアシスト成膜装置を用いることにより、優れた光学特性を有する光多重通信機器用の分光フィルタを好適に製造することが可能になる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０６−０６７０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、光多重通信機器用の分光フィルタを製造する際、基材の被成膜面に所定の光学特性を有する多重薄膜層を形成するためには、その多重薄膜層の積層数が１００層を超えるため、最終層の成膜完了までには少なくとも十数時間の時間を要する。この場合、例えば、成膜時間の経過に応じてイオン源やそのグリッド穴の周辺部に五酸化タンタル又は二酸化珪素等の成膜材料が徐々に付着することにより、基材の被成膜面に対するイオンビームの照射強度が経時的に低下することがある。又、この場合、真空チャンバの内部の雰囲気が変化すること等によっても、基材の被成膜面に対するイオンビームの照射強度が経時的に低下することがある。
【００１１】
一方、イオンアシスト成膜装置を用いて光多重通信機器用の分光フィルタを製造する場合には、イオン源から発射されるイオンビームの照射条件が多重薄膜層の光学特性（例えば、光の屈折率や吸収率等）に大きな影響を与えることが知られている。その理由は、基材に対するイオンビームの照射条件が所定の範囲内である場合には多重薄膜層の緻密度等を所定の範囲内に調整することが可能であるが、イオンビームの照射条件が所定の範囲外である場合には多重薄膜層の緻密度等を所定の範囲内に調整することが不可能となるからである。
【００１２】
つまり、従来のイオンアシスト成膜装置を用いて光多重通信機器用の分光フィルタを製造する場合には、成膜時間に比例してイオン源から発射されるイオンビームの照射強度が経時的に低下する場合や、成膜バッチ毎にイオン源から発射されるイオンビームの照射強度が異なる場合があるので、基材の被成膜面に所定の光学特性を有する多重薄膜層を安定して形成することが困難となる場合があった。そして、その結果、製造される分光フィルタの光学特性に規格外やばらつき等が発生して、分光フィルタの製造歩留まりが悪化するという問題が生じていた。
【００１３】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、基材の表面に所定の光学特性を有する多重薄膜層を成膜バッチに関わらず安定して形成することが可能である、高品質な分光フィルタを歩留まり良く製造可能なイオンアシスト成膜装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係るイオンアシスト成膜装置は、真空チャンバの内部で成膜材料を蒸発させる蒸発源と、前記成膜材料の薄膜を成膜するための基材が装着される基材ホルダと、前記蒸発源から前記真空チャンバの内部への前記成膜材料の拡散を許容及び遮断する許容／遮断手段と、前記基材ホルダに装着される前記基材に向けてイオンビームを発射するイオン源と、前記イオン源からの前記イオンビームの発射条件を調整する調整手段とを備えるイオンアシスト成膜装置であって、前記イオンビームの前記基材への照射強度を検出する照射強度検出手段を更に備え、前記許容／遮断手段により前記真空チャンバの内部への前記成膜材料の拡散を遮断した後に前記照射強度検出手段により前記照射強度を検出し、該検出する前記照射強度に基づいて前記照射強度が少なくとも所定の照射強度になるように前記調整手段により前記イオン源からの前記イオンビームの発射条件を調整する（請求項１）。
【００１５】
かかる構成とすると、照射強度検出手段により検出する照射強度に基づいてイオンビームの基材への照射強度が少なくとも所定の照射強度になるように調整手段によりイオン源からのイオンビームの発射条件を調整するので、基材に対するイオンビームの照射強度を経時的に少なくとも所定の照射強度で維持することが可能になる。
【００１６】
この場合、前記照射強度検出手段を２以上備え、前記許容／遮断手段により前記真空チャンバの内部への前記成膜材料の拡散を遮断した後に前記照射強度検出手段の各々により前記照射強度を各々検出し、該検出する各々の前記照射強度に基づいて前記照射強度が少なくとも前記所定の照射強度になるように前記調整手段により前記イオン源からの前記イオンビームの発射条件を調整する（請求項２）。
【００１７】
かかる構成とすると、２以上の照射強度検出手段により検出する各々の照射強度に基づいてイオンビームの基材への照射強度が少なくとも所定の照射強度になるように調整手段によりイオン源からのイオンビームの発射条件を調整するので、基材に対するイオンビームの照射強度を少なくとも所定の照射強度で更に好適に維持することが可能になる。
【００１８】
上記の場合、前記蒸発源及び前記許容／遮断手段を各々２以上備え、前記真空チャンバの内部に拡散する前記成膜材料の種類を切り替える際に前記許容／遮断手段の各々により前記真空チャンバの内部への前記成膜材料の拡散を遮断し、該遮断した後に前記照射強度検出手段の各々により前記照射強度を各々検出して前記調整手段により前記調整する（請求項３）。
【００１９】
かかる構成とすると、基材上に２以上の多層膜を成膜する場合であっても、基材に対するイオンビームの照射強度を経時的に少なくとも所定の照射強度で維持することが可能になる。
【００２０】
上記の場合、前記照射強度検出手段の各々がその先端にイオンビームの照射強度を検出可能な検出器を有するアームを各々備え、前記アームの各々を揺動することにより前記検出器の各々を前記基材の被成膜面側で掃引して前記照射強度を各々検出する（請求項４）。
【００２１】
かかる構成とすると、アームの各々を揺動することにより検出器の各々を基材の被成膜面側で掃引して照射強度を各々検出するので、基材の被成膜面側における任意の位置で照射強度を検出することが可能になる。
【００２２】
この場合、前記検出器の各々を、前記基材の被成膜面側における該基材の近傍において各々掃引する（請求項５）。
【００２３】
かかる構成とすると、基材の被成膜面側における該基材の近傍において検出器の各々を掃引するので、基材に対するイオンビームの照射強度をより一層正確に検出することが可能になる。
【００２４】
又、この場合、前記検出器の各々を互いに逆回転方向で１回掃引し、該掃引の際に前記照射強度を前記検出器の各々により所定の周期で各々連続して検出する（請求項６）。
【００２５】
かかる構成とすると、少ない自由度で基材に対するイオンビームの照射強度を所定の周期で連続して検出するので、イオンビームの照射強度及び分布を容易に検出することが可能になる。
【００２６】
又、この場合、前記検出器の各々が、ファラデーカップにより構成されている（請求項７）。
【００２７】
かかる構成とすると、イオンビームの照射強度を検出するための検出器の各々を容易に構成することが可能になる。
【００２８】
又、この場合、前記検出器の各々を格納可能な複数の格納手段を更に備え、前記成膜材料の薄膜を前記基材上に成膜する際に前記成膜材料が前記検出器の各々に付着することを防止するために前記検出器の各々を前記格納手段内に退避させる（請求項８）。
【００２９】
かかる構成とすると、成膜材料の薄膜を基材上に成膜する際に検出器の各々を格納手段内に退避させるので、成膜材料が検出器の各々に付着することを効果的に防止することが可能になる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明は以上に述べたような手段により実施され、基材の表面に所定の光学特性を有する多重薄膜層を成膜バッチに関わらず安定して形成することが可能である、高品質な分光フィルタを歩留まり良く製造可能なイオンアシスト成膜装置を提供することが可能になるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、本発明に係るイオンアシスト成膜装置の一例を挙げて、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３２】
先ず、本発明の実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００の基本的な構成について、図１及び図２を用いて詳細に説明する。
【００３３】
図１及び図２は、本発明の実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００の構成を模式的に示す縦断面図であって、図１はイオンアシスト成膜装置１００を正面側から見た場合の縦断面図であり、図２はイオンアシスト成膜装置１００の側面側から見た場合の縦断面図である。
【００３４】
図１及び図２に示すように、本発明の実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００は、図１及び図２では特に図示しない真空ポンプ等の排気手段の排気動作によってその内部の気体（大気）が外部に排出され、その内部を所定の気圧において維持することが可能な真空チャンバＡを備えている。尚、この真空チャンバＡは、本実施の形態で示すイオンアシスト成膜装置１００では、その天井壁Ｅ及びそれと対向する底壁Ｆが各々正方形の形状を有する中空状の立方体形状を有している。又、この真空チャンバＡの所定位置には、基材を搬入及び搬出が可能な開閉部が設けられている。
【００３５】
この真空チャンバＡは、その底壁Ｆが真空チャンバ用架台Ｄの上部に所定の固定手段によって固定されている。又、この真空チャンバＡの天井壁Ｅの中央部には開口１７が設けられており、その開口１７に内孔が連続するようにして、筒状の連結部材１２が前記天井壁Ｅの上面（つまり、真空チャンバＡの外面）に立設されている。又、連結部材１２の上端部には、略円筒状の形状を有するケーシング１３が上方に延びるようにして配設されている。このケーシング１３は連結部材１２と同軸状に配置され、下端部に設けられたフランジによって連結部材１２の上端面に取り付けられている。そして、図１及び図２に示すように、このケーシング１３には、基材支持体１０が取り付けられている。即ち、この基材支持体１０は、上下方向に延びる円筒状の中空回転軸１０ｂと該中空回転軸１０ｂの下端に取り付けられた基材ホルダ１０ａとを有しており、前記中空回転軸１０ｂがケーシング１３の内孔に嵌挿されかつ該ケーシング１３の内周面に配設された軸受け１５によって回動自在に支持されている。これにより、基材支持体１０がケーシング１３に取り付けられている。ここで、基材ホルダ１０ａは、その下端に基材（ここでは基板）８が実質的に水平な状態で装着可能なように構成されている。尚、基材８は、その被成膜面を下方に向けて、基材ホルダ１０ａの下端に所定の装着具を介して装着される。
【００３６】
又、ケーシング１３の上端には、センサ支持体１１が取り付けられている。このセンサ支持体１１は、センサ取り付け部１１ａと基部１１ｂとを有している。そして、基部１１ｂの段差面がケーシング１３の上端面に当接するようにして、基部１１ｂがケーシング１３に取り付けられ、かつ基部１１ｂが中空回転軸１０ｂの内孔に挿通されている。又、この基部１１ｂの下端にはセンサ取り付け部１１ａが取り付けられており、その下端中央部には光モニタ受光部９が配設されている。この光モニタ受光部９には、後述する光モニタ投光部１の投光ヘッド２から投光され、基材８を透過した光を受光することによる多重薄膜層の膜厚に関する情報を含む電気信号が発生する。尚、光モニタ受光部９に発生する電気信号は、上述したように基材８に形成される多重薄膜層の膜厚に関する情報を含んでいるため、その電気信号を解析するによって、基材８に形成された多重薄膜層の膜厚を検出することができる。そこで、光モニタ受光部９に発生する電気信号は、基部１１ｂの内側の信号線１４を経由して真空チャンバＡの外部に導かれ、イオンアシスト成膜装置１００の制御装置１０１に入力され、そこで膜厚を検出するための解析が行われる。
【００３７】
尚、本実施の形態では、ケーシング１３、基材支持体１０ｂ、及び基材支持体１０ｂを回転駆動するための回転駆動装置等の構成要素を総称して、基材回転装置１６という。
【００３８】
一方、図１及び図２に示すように、真空チャンバＡの下方には、光モニタ投光部用架台Ｃ上の光モニタ受光部９の受光ヘッド９ａと対向する位置に、光モニタ投光部１が配設されている。この光モニタ投光部１は、投光ヘッド２から所定の波長の光を投光する。尚、光モニタ投光部用架台Ｃと真空チャンバ用架台Ｄとは、設置用架台Ｂによって相互に略平行に配設されている。
【００３９】
又、図１に示すように、光モニタ投光部１の右側及び左側における所定の位置には、真空チャンバＡの底壁Ｆからの距離が双方共に略等しくかつ所定の距離を隔てて、２種類の蒸発源３ａ及び３ｂがそれぞれ配設されている。これらの蒸発源３ａ及び３ｂは、ルツボ５ａ及び５ｂと、図１では特に図示しない電子銃と、図１では特に図示しない成膜材料とを備えて構成されている。ここで、多重薄膜層を形成するための成膜材料としては、例えば、五酸化タンタル及び二酸化珪素が利用される。尚、これらの成膜材料はルツボ５ａ及び５ｂの各々の上部に配置されており、電子銃から出射された電子ビームがこれらの成膜材料に照射される。これにより、成膜材料が蒸発源３ａ及び３ｂの各々から蒸発して真空チャンバＡの内部に拡散する。
【００４０】
又、蒸発源３ａ及び３ｂの各々の上方には、蒸発源３ａ及び３ｂから真空チャンバＡの内部への成膜材料の拡散を許容及び遮断する許容／遮断手段としての遮蔽板４ａ及び４ｂが設けられている。ここで、これらの遮蔽板４ａ及び４ｂは、蒸発源３ａ及び３ｂの上部から所定の距離を隔てて、支柱６ａ及び６ｂを回転中心として円弧状に走査可能に構成されている。尚、本実施の形態では、許容／遮断手段として遮蔽板４ａ及び４ｂを配設する形態を例示しているが、かかる形態に限定されることはなく、蒸発源３ａ及び３ｂから真空チャンバＡの内部への成膜材料の拡散を許容及び遮断することが可能な手段であれば、如何なる手段を適用してもよい。例えば、上述した許容／遮断手段が、蒸発源３ａ及び３ｂが備える電子銃への電力供給を選択的に断続する電源スイッチであってもよい。このような形態としても、電子銃への電力の供給を選択的に停止することにより、蒸発源３ａ及び３ｂから真空チャンバＡの内部への成膜材料の拡散を選択的に許容及び遮断することができる。
【００４１】
又、図２に示すように、蒸発源３ａ及び３ｂの双方から略等しい距離を隔てて、イオン源７が配設されている。このイオン源７は、例えば、アルゴンガスが供給されて正電荷のアルゴンイオンを生成し、この生成したアルゴンイオンを加速してイオンビームとして発射する。ここで、このイオン源７にはイオンビームを発射するための図２では特に図示しないグリッド穴が設けられており、このグリッド穴からイオンビームが所定の発射強度で発射される。尚、図２に示すように、このイオン源７は、グリッド穴から発射されるイオンビームが基材８の方向に向くように、真空チャンバＡの底壁Ｆに対して所定の角度θで傾斜して固定されている。
【００４２】
又、図２では特に図示しないが、このイオン源７におけるグリッド穴の近傍の所定位置には、イオン源７から発射された正電荷のアルゴンイオンを電子で中和するためのニュートラライザが配設されている。このニュートラライザから放出される電子が用いられて正電荷のアルゴンイオンが中和されることにより、基材ホルダ１０ａに装着された基材８の帯電を防止することが可能になるので、基材８と真空チャンバＡとの間における異常放電を効果的に防止することが可能になる。これにより、基材８の表面に成膜される多重薄膜層の異常放電による破損を効果的に防止することが可能になる。
【００４３】
次に、イオンアシスト成膜装置１００の構成に関して、本発明を特徴付ける電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂの構成及び配設位置について、図３及び図４を用いて詳細に説明する。
【００４４】
図３及び図４は、本発明の実施の形態に係る電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂの構成及び配設位置を模式的に示す構成図であって、図３はイオンアシスト成膜装置１００の上方から見た場合の構成を模式的に示す平面図であり、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面構成を模式的に示す縦断面図である。尚、図３では一部を透視して示しており、真空チャンバＡの内部に配設されている上述した基材ホルダ１０ａと、後述するイオンビームの照射強度を測定するための電流密度センサ２４ａ及び２４ｂを備えるアーム２１ａ及び２１ｂと、アーム２１ａ及び２１ｂを回転駆動する後述する回転軸２２ａ及び２２ｂと、電流密度センサ２４ａ及び２４ｂへの成膜材料の付着を防止するための防着シールド２５ａ及び２５ｂとを破線により各々示している。
【００４５】
図３及び図４に示すように、本実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００には、真空チャンバＡの上部における基材回転装置１６に隣接する所定の位置に、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂの２つの電流密度測定装置が配設されている。より具体的には、これらの電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂは、本実施の形態では、図３及び図４に示すように、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂの一部分を構成する駆動機構１９ａ及び１９ｂを真空チャンバＡの天井壁Ｅの上部に配置するようにして、天井壁Ｅの基材回転装置１６の近傍における所定の位置に対角状に配設されている。ここで、本実施の形態では、図３に示すように、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂが、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂの後述する回転軸２２ａ及び２２ｂが基材ホルダ１０ａの外周よりも外側に位置するようにして、各々配設されている。又、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂの後述する電流密度センサ２４ａ及び２４ｂを防着シールド２５ａ及び２５ｂの上方に移動させた場合、後述するアーム２１ａ及び２１ｂが基材ホルダ１０ａと干渉しない位置に、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂが各々配設されている。更に、本実施の形態では、電流密度測定装置１８ａのアーム２１ａが駆動機構１９ａにより駆動される際の電流密度センサ２４ａの中心が移動する仮想線Ｉａと回転軸２２ａ及び２２ｂの中心と基材回転装置１６の中心とを結ぶ仮想線Ｉｃに対して４５°の角度で交差する基材回転装置１６の中心を通過する仮想線Ｉｄとで囲まれる第１の仮想領域と、前記仮想線Ｉａと前記仮想線Ｉｃと前記仮想線Ｉｄとで囲まれる第２の仮想領域とからなる仮想の領域ｆ１の面積が最小になるように、電流密度測定装置１８ａが配設されている。又、電流密度測定装置１８ｂが、上記と同様にして、図３に示す仮想線Ｉｂと前記仮想線Ｉｄとで囲まれる第３の仮想領域と、前記仮想線Ｉｂと前記仮想線Ｉｃと前記仮想線Ｉｄとで囲まれる第４の仮想領域とからなる仮想の領域ｆ２の面積が最小になるように、位置決めされ配設されている。
【００４６】
又、図３及び図４に示すように、本実施の形態に係る電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂは、イオン源７から発射されるイオンビームの照射強度を電流密度として検出する電流密度センサ２４ａ及び２４ｂと、この電流密度センサ２４ａ又は２４ｂをその先端の下側に備えるアーム２１ａ及び２１ｂと、このアーム２１ａ又は２１ｂを真空チャンバＡの内部で掃引するための回転軸２２ａ及び２２ｂと、この回転軸２２ａ又は２２ｂを回転駆動するための駆動機構１９ａ及び１９ｂとを備えている。ここで、本実施の形態では、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂの上部に駆動機構１９ａ及び１９ｂが設けられており、これらの駆動機構１９ａ及び１９ｂから回転軸２２ａ及び２２ｂが下方に向けて延出している。これらの回転軸２２ａ及び２２ｂの下端に、回転軸２２ａ及び２２ｂと直角にかつ基材８と略平行になるようにして、アーム２１ａ及び２１ｂが固定されている。そして、アーム２１ａ及び２１ｂの先端の下側に、電流密度センサ２４ａ及び２４ｂが各々設けられている。これらの電流密度センサ２４ａ及び２４ｂは図４では特に図示しないセンサヘッドが真空チャンバＡの底壁Ｆを望むように配設されており、上述したように、イオン源７から照射されるイオンビームの照射強度を電流密度の信号として検出することができるよう構成されている。従って、この電流密度の信号を解析することにより、基材８に照射されるイオンビームの照射強度を測定することができる。又、電流密度センサ２４ａ及び２４ｂを保持するアーム２１ａ及び２１ｂは電流密度センサ２４ａ及び２４ｂを基材８の下側に位置させ得る長さを有しており、必要に応じて駆動機構１９ａ又は１９ｂにより回転軸２２ａ又は２２ｂを回転させてアーム２１ａ又は２１ｂを駆動することにより、電流密度センサ２４ａ又は２４ｂが基材８の下側において仮想線Ｉａ及びＩｂとして示すように掃引される。そして、これらの電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂによって、基材８に照射されるイオンビームの照射強度が測定される。尚、図４に示すように、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂの各々は、本実施の形態では、連結部材２０ａ及び２０ｂを介して、真空チャンバＡの天井壁Ｅに固定されている。又、図４に示すように、電流密度センサ２４ａ及び２４ｂからは、電流密度の信号を制御装置１０１に伝送するための信号線２３ａ及び２３ｂが延出している。
【００４７】
又、図３及び図４に示すように、真空チャンバＡを構成する天井壁Ｅの下側における所定の位置には、真空チャンバＡの天井壁Ｅ及び底壁Ｆから各々所定の間隔を隔て、かつ電流密度センサ２４ａ又は２４ｂに対しても所定の間隔を隔てるようにして、それぞれと略平行である所定の平板形状を有する防着シールド２５ａ及び２５ｂが設けられている。これらの防着シールド２５ａ及び２５ｂは、例えば、ステンレス等の材料からなる板材によって構成される。本実施の形態では、駆動機構１９ａ及び１９ｂを駆動して、これらの防着シールド２５ａ及び２５ｂの上方に電流密度センサ２４ａ及び２４ｂを退避させることにより、多重薄膜層の形成時において電流密度センサ２４ａ及び２４ｂに成膜材料が付着することを防止することが可能とされている。
【００４８】
更に、本実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００は、イオンアシスト成膜装置１００の各構成要素の動作を制御すると共に、電流密度センサ２４ａ及び２４ｂが出力する信号を解析してイオン源７から発射するイオンビームの発射強度を補正する機能をも有する制御装置１０１を備えている。又、このイオンアシスト成膜装置１００は、この制御装置１０１の他に、真空チャンバＡの内部の気体をその外部に排出可能な真空ポンプを備えている。この真空ポンプは、所定の配管を介して、真空チャンバＡと接続されている。そして、真空チャンバＡの内部の気体を排出することによって、その内部を所定の圧力に調整することができるように構成されている。
【００４９】
次に、本発明に係るイオンアシスト成膜装置１００の成膜時の動作について、従来の成膜方法と対比しながら詳細に説明する。
【００５０】
イオンアシスト成膜装置１００を立ち上げる際には、通常、イオン源７から発射するイオンビームの基材８に対する照射条件を成膜材料に応じた所定の照射条件に設定する。このイオンビームの照射条件の設定は、図５に示す電流密度測定用治具１０２を用いて行われる。
【００５１】
図５は、イオンアシスト成膜装置１００を立ち上げる際に、イオン源７から発射するイオンビームの照射条件を設定するために用いられる電流密度測定用治具１０２の構成を模式的に示す構成図であって、図５（ａ）は平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線に沿った断面図である。
【００５２】
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、この電流密度測定用治具１０２では、所定数の電流密度センサ１０２ｂが、基材８と略同等の大きさの円形形状を有する測定治具用基板１０２ａの一方の主面に、その中心点から外周に向けて放射状に等間隔で配列されている。これらの電流密度センサ１０２ｂの同一半径上に位置する各センサは、本実施の形態では、カスケード接続されている。又、これらの電流密度センサ１０２ｂは、例えば、ファラデーカップで構成されている。このファラデーカップは、イオンビームの照射強度の強弱を電流密度の変化として測定するセンサの一種である。従って、この電流密度測定用治具１０２を用いることにより、イオン源７から発射されるイオンビームの基材８に対する照射強度及び照射分布（即ち、照射条件）が同時に測定される。
【００５３】
先ず、イオン源７から発射するイオンビームの基材８に対する照射条件を所定の照射条件に設定するために、電流密度測定用治具１０２を、電流密度センサ１０２ｂを蒸発源３ａ及び３ｂの方向に向けて基材ホルダ１０ａに装着する。又、電流密度測定用治具１０２の電流密度センサ１０２ｂを所定の信号線を用いて真空チャンバＡの外部に設けられた制御装置１０１に接続する。そして、その後、真空ポンプを作動させて真空チャンバＡの内部から気体を排出し、これにより真空チャンバＡの内部の圧力を所定の圧力になるように調整する。そして、基材ホルダ１０ａの方向にイオン源７からイオンビームを照射して、電流密度測定用治具１０２によりイオン源７から発射されるイオンビームの照射条件を測定する。尚、この時、イオンビームの照射強度を電流密度測定用治具１０２によって電流密度として検出するため、ニュートラライザからの電子の放出を停止させて、正電荷を有するアルゴンイオンを電流密度測定用治具１０２の電流密度センサ１０２ｂに照射する。
【００５４】
図７は、イオン源７から発射されるイオンビームの照射条件を電流密度測定用治具１０２により測定した測定結果の一例を模式的に示す概念図である。尚、図７では、基材８の直径が１２００ｍｍである場合の測定結果を模式的に示している。
【００５５】
図７において曲線ａとして示すように、イオン源７から発射されるイオンビームの照射強度は、一般的に、基材８の端部においては弱く、反対に、中央部においては強いという傾向が確認されている。そして、このイオンビームの基材８に対する照射条件が所定の照射条件になるように、イオン源７のイオンビームの発射条件を制御装置１０１によって調整する。ここで、図７において曲線ａとして示す曲線は、上述した所定の照射条件における照射強度及び分布を模式的に示している。そして、基材８に対するイオンビームの照射条件が最適な照射条件になるように調整された後、真空チャンバＡの内部を大気圧の状態に戻して、基材ホルダ１０ａから電流密度測定用治具１０２を取り外す。又、電流密度測定用治具１０２の電流密度センサ１０２ｂと制御装置１０１とを接続していた所定の信号線を取り外す。
【００５６】
次に、基材ホルダ１０ａに多重薄膜層を形成する基材８を装着した後、再び真空ポンプを作動させ、真空チャンバＡの内部から気体を排出し、真空チャンバＡの内部を所定の圧力になるように調整する。又、その後、基材回転装置１６を作動させて、基材ホルダ１０ａを、図１及び図２に示す中心軸ｃを回転中心として回転させ、これにより基材８を一定の回転数で回転させる。尚、この基材８の回転操作は、蒸発源３ａ及び３ｂから蒸発した成膜材料が該蒸発源３ａ及び３ｂへの電子ビームの照射位置からの距離に依存する分布形態に応じて拡散されるため、基材８上への成膜材料の蒸着を蒸着面内においてより一層均一にするためである。そして、２つの蒸発源３ａ及び３ｂに電子銃から発射される電子ビームを各々照射して加熱することにより、これらの蒸発源３ａ及び３ｂから成膜材料を蒸発させる。この時、五酸化タンタル及び二酸化珪素の２種類の成膜材料を真空チャンバＡの内部に交互に拡散させるようにする。この操作は、例えば、基材８に蒸発源３ａから蒸発する成膜材料を蒸着させない場合には、図１に示す遮蔽板４ｂを蒸発源３ｂの上方より退避させかつ蒸発源３ａの上方に遮蔽板４ａを覆うように駆動し、逆に、蒸発源３ａから蒸発する成膜材料を蒸着させる場合には、遮蔽板４ｂを蒸発源３ｂの上方を覆うように駆動しかつ蒸発源３ａの上方より遮蔽板４ａを退避させるように駆動することにより行われる。この操作によって、蒸発源３ａ及び３ｂから蒸発した成膜材料は真空チャンバＡの内部に交互に拡散して、その結果、基材８の表面には五酸化タンタル及び二酸化珪素の２つの成膜材料が交互に蒸着する。
【００５７】
ここで、基材８上に所定の光学特性を有する多層薄膜層を形成するためには、上述した成膜過程においてイオン源７から発射されたアルゴンイオンのビームを基材８上に照射する必要がある。アルゴンイオンのビームを基材８上に照射する理由は、五酸化タンタル及び二酸化珪素の成膜材料は電界等の作用を受けずに基材８の表面に堆積することにより蒸着していくため、その状態で得られる多重薄膜層では膜の緻密性が低く、そのため、所定の挿入損失、パスバンド、屈折率等の光学特性が得られないからである。そこで、成膜中においてアルゴンイオンのビームを基材８上に照射すると、その照射するアルゴンイオンの衝突によって物理的に押し固められた緻密な状態の多重薄膜層が得られ、これにより、分光フィルタは所定の光学特性を有するようになる。又、イオン源７からアルゴンイオンを発射すると共にニュートラライザから電子を放出する理由は、ニュートラライザを作動させない場合、基材８の表面に電荷が蓄積し、その電荷によって基材８と真空チャンバＡとの間で異常放電が発生し、この異常放電により多重薄膜層が破壊されるというダメージを与えるからである。そこで、本実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００では、イオン源７からアルゴンイオンを発射する際に、ニュートラライザから電子を放出する。これにより、イオン源７から発射されたアルゴンイオンがニュートラライザから放出される電子により中和され、多重薄膜層の破壊が防止されるので、所定の光学特性を有する多重薄膜層を得ることが可能になる。尚、上記の成膜工程においては、多重薄膜層の形成状況が光モニタ受光部９によって監視されながら、基材８上への多重薄膜層の形成が行われる。
【００５８】
ところで、基材８上に形成される多重薄膜層は、通常、１００層以上もの薄膜層が積層されることによって構成されている。そして、この多重薄膜層を形成するためには、１基材当たり少なくとも十数時間の時間をかける必要がある。従って、所定の光学特性を有する分光フィルタを歩留まり良く製造するためには、蒸発源３ａ及び３ｂからの成膜材料の拡散状態や、基材８に向けてイオン源７から照射されるイオンビームの照射条件が、多重薄膜層を形成する成膜工程中において経時的に変化せず、常に一定である必要がある。
【００５９】
しかしながら、従来から用いられている通常のイオンアシスト成膜装置では、真空チャンバＡの内部の全体に成膜材料が拡散するため、基材８の表面だけでなく、イオン源７のグリッド穴の周辺部にも成膜材料が経時的に堆積する。そのため、イオン源７のグリッド穴の周辺の電界は、経時的に変化する。一方、成膜中、イオン源７からイオンビームを発射させる際に設定されるビーム電圧、ビーム電流及び加速電圧等の値は、電流密度測定用治具１０２が取り外されており電流密度を逐次測定することができないため、多重薄膜層を形成する工程中において一定の値で固定されている。そして、イオン源７のグリッド穴の周辺電界が経時的に変化する一方でビーム電圧、ビーム電流及び加速電圧等の値が固定されているため、基材８に対するイオンビームの照射強度は経時的に変化する。このイオンビームの照射強度の変化は、例えば、図７において曲線ａから曲線ｂに低下するように説明される。尚、図７では、イオンビームの照射分布に大きな変化が生じない場合の照射条件の変化を模式的に示している。その結果、基材８の表面に形成される多重薄膜層は、その層数が増加するにつれて層の緻密性が変化して、所定の光学特性を有さない多重薄膜層となる。この場合、分光フィルタの製造歩留まりが悪化する。
【００６０】
又、イオン源７のグリッド穴の周辺部に経時的に堆積する成膜材料の堆積量は、製造バッチの進行に応じて増加する。そのため、グリッド穴への成膜材料の堆積量の増加に応じて電界が変化するので、基材８に対するイオンビームの照射強度が製造バッチの進行に応じて変化する。この場合、製造バッチの進行に応じて基材８に対するイオンビームの照射強度が変化するので、基材８の表面に形成される多重薄膜層の光学特性が製造バッチ毎に変化（悪化）し、分光フィルタの製造歩留まりが悪化する。尚、これらのイオン源７のグリッド穴への成膜材料の堆積に係る問題は、光モニタ受光部９を用いて多重薄膜層の成膜状況を監視しても、解決することができない問題である。
【００６１】
そこで、本発明の実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００では、図３及び図４に示す電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂを用いて多重薄膜層を構成する各薄膜層の層間でイオン源７から発射されるイオンビームの照射強度を測定し、必要に応じてイオン源７のイオンビームの発射条件を補正する。
【００６２】
以下、本発明の実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００の成膜動作に関し、本発明を特徴付けるイオンビームの発射条件の補正方法について詳細に説明する。
【００６３】
先ず、従来の成膜の場合と同様にして、本実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００を立ち上げる際には、図５に示す電流密度測定用治具１０２を基材ホルダ１０ａに装着して、イオン源７からイオンビームを電流密度測定用治具１０２に向けて発射する。そして、イオン源７から発射するイオンビームの照射条件を、ビーム電圧、ビーム電流及び加速電圧等の値を調整することにより、所定の照射条件に設定する。そして、イオン源７のイオンビームの照射条件を所定の照射条件に設定した後、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂを用いてイオン源７から発射されるイオンビームの基材８に対する照射強度及び分布を検出して、その検出結果を制御装置１０１の記憶部に記憶する。
【００６４】
より具体的には、イオン源７の条件設定が完了した後、図６（ａ）に示すように、条件設定されたイオン源７から所定の照射条件でイオンビームを発射させながら、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂのアーム２１ａ及び２１ｂを互いに逆方向に回転移動させる。この際、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、電流密度測定用治具１０２の下側において、電流密度測定用治具１０２に配設されている電流密度センサ１０２ｂの近傍において規定される所定の平面内を電流密度センサ２４ａ及び２４ｂが掃引されるように、駆動機構１９ａ及び１９ｂによりアーム２１ａ及び２１ｂを所定の速度で互いに逆方向に１回回転移動させる。ここで、この電流密度センサ２４ａ及び２４ｂの掃引は、電流密度測定用治具１０２の外側の所定位置から開始し、防着シールド２５ａ及び２５ｂの上方の所定位置で終了する。例えば、この電流密度センサ２４ａ及び２４ｂの掃引は、図３において仮想線Ｉａ及びＩｂの如く示すように行われる。そして、この電流密度センサ２４ａ及び２４ｂの掃引の際にイオン源７から発射されたイオンビームの照射強度を連続的にサンプリングし、このサンプリングの結果からイオンビームの照射強度及び分布を導出し、その導出結果を制御装置１０１の記憶部に記憶する。これにより、イオン源７から発射される所定の照射条件とされたイオンビームの照射強度及び分布と、その際に電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂによって測定された電流密度及び分布とが相互に関連付けられる。尚、この時も、イオンビームの照射強度を電流密度センサ２４ａ及び２４ｂによって電流密度として検出するため、ニュートラライザからの電子の放出を停止させて、正電荷を有するアルゴンイオンを電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂの電流密度センサ２４ａ及び２４ｂに照射する。
【００６５】
さて、イオン源７から発射されるイオンビームが所定の照射条件とされ、その所定の照射条件と電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂによって測定される電流密度とが関連付けされると、真空チャンバＡの内部が大気圧にまで戻された後、電流密度測定用治具１０２が基材ホルダ１０ａから取り外される。そして、その後、基材ホルダ１０ａに、多重薄膜層を形成する基材８が装着される。
【００６６】
以下、基材ホルダ１０ａに基材８が装着された後の成膜工程について、フローチャートを参照しながら詳細に説明する。尚、ここでは、説明を簡略化するために、多重薄膜層を構成するｎ層の薄膜層の各層を同一の成膜条件の下で成膜する場合について説明する。
【００６７】
図８は、本発明の実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００を用いて基材８上に多重薄膜層を形成する工程の一例を示すフローチャートである。
【００６８】
図８に示すように、基材ホルダ１０ａに多重薄膜層を形成するための基材８が装着されると、真空ポンプの排気動作によって真空チャンバＡの内部を所定の真空状態に再び調整すると共に、基材８の加熱等の成膜前処理が行われる。（ステップＳ１）。又、この際、基材回転装置１６を駆動することにより基材ホルダ１０ａを中心軸ｃの周りで回転して、基材８を一定の回転数で回転する。
【００６９】
ステップ１として示す成膜前処理が完了した後、制御装置１０１によって基材８の表面に多重薄膜層を形成するための成膜条件の設定が行われる（ステップＳ２）。この成膜条件の設定の際、成膜条件を設定するためのパラメータとしては、例えば、イオン源７のビーム電圧、ビーム電流及び加速電圧等がある。尚、これらのビーム電圧、ビーム電流及び加速電圧等の各々の値は、上述した電流密度測定用治具１０２を用いた条件設定において求められかつ制御装置１０１の記憶部に記憶された値である。尚、このステップ２における成膜条件の設定は、多重薄膜層を構成するｎ層の薄膜層の各層を異なる成膜条件により成膜する場合には、ｎ層の薄膜層の各層について行われる。
【００７０】
ステップＳ２において成膜条件が設定されると、イオン源７から発射されるイオンビームの照射条件が所定の照射条件であるか否かを確認するために、イオン源７からイオンビームが発射される（ステップＳ３）。この際、イオンビームの照射強度を電流密度センサ２４ａ及び２４ｂによって電流密度として検出するため、ニュートラライザからの電子の放出を停止させて、正電荷を有するアルゴンイオンを電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂの電流密度センサ２４ａ及び２４ｂに照射する。そして、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂによって、その発射されるイオンビームの照射強度及び分布を検出する（ステップＳ４）。このステップＳ４としての電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂによるイオン源７から発射されるイオンビームの照射強度及び分布の検出は、上述した図６（ａ）に示す方法と同様にして、イオン源７から所定の照射条件でイオンビームを発射させながら、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂのアーム２１ａ及び２１ｂを駆動機構１９ａ及び１９ｂにより互いに逆方向に１回回転移動させることにより行う。尚、この場合も、電流密度センサ２４ａ及び２４ｂの掃引は、基材ホルダ１０ａの外側の所定位置から開始し、防着シールド２５ａ及び２５ｂの上方の所定位置で終了する。つまり、図３に示す仮想線Ｉａ及びＩｂの如く電流密度センサ２４ａ及び２４ｂを掃引する。そして、この掃引の際にイオン源７から発射されたイオンビームの照射強度を連続的に電流密度としてサンプリングし、このサンプリングの結果からイオンビームの照射強度及び分布を導出する。
【００７１】
本発明の実施の形態では、上述したように、イオン源７から発射される所定の照射条件とされたイオンビームの照射強度及び分布と、その際に電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂによって測定された電流密度及び分布とが予め相互に関連付けられている。そこで、その予め関連付けられた電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂにより測定された電流密度及び分布と、ステップＳ４において検出されたイオンビームの電流密度及び分布との比較を行うことにより、イオン源７から発射されるイオンビームの照射条件が所定の照射条件であるか否かの判定が行われる（ステップＳ５）。ここで、イオン源７から発射されるイオンビームの照射条件が所定の照射条件であると判定された場合（ステップＳ５でＹｅｓ）には、ステップＳ７に進み、蒸発源３ａ及び３ｂの運転が開始される。しかしながら、イオン源７から発射されるイオンビームの照射条件が所定の照射条件でないと判定された場合（ステップＳ５でＮｏ）には、イオン源７を駆動するためのビーム電圧、ビーム電流及び加速電圧等のパラメータを所定の補正パターンに従って補正する（ステップＳ６）。尚、このステップＳ６における各種パラメータの補正パターンは、予め調査及び設定され、制御装置１０１の記憶部に記憶されている。又、ステップＳ６においてイオン源７の動作に係る各種パラメータの補正が完了した後は、ステップＳ３からステップＳ５の工程が再び実行される。そして、ステップＳ５においてイオン源７から発射されるイオンビームの照射条件が所定の照射条件であると判定された後、成膜工程はステップＳ７に進む。
【００７２】
ステップＳ５においてイオン源７から発射されるイオンビームの照射条件が所定の照射条件であると判定された場合、上述したように、基材８の表面への多重薄膜層の形成を開始するために、蒸発源３ａ及び３ｂの運転を開始する（ステップＳ７）。
【００７３】
そして、２つの蒸発源３ａ及び３ｂに電子銃から発射される電子ビームを照射して加熱することにより、これらの蒸発源３ａ及び３ｂから成膜材料を蒸発させ、基材８の表面に対する多重薄膜層を構成するｎ層目の薄膜層の成膜を開始する（ステップＳ８）。このステップＳ８におけるｎ層目の薄膜層の成膜方法は、上述した従来の成膜方法の場合と同様である。即ち、五酸化タンタル及び二酸化珪素の２種類の成膜材料の一方の成膜材料を、真空チャンバＡの内部に拡散させる。この際、基材８に蒸発源３ａから蒸発する成膜材料を蒸着させない場合には図１に示す遮蔽板４ｂを蒸発源３ｂの上方より退避させかつ蒸発源３ａの上方に遮蔽板４ａを覆うように駆動し、蒸発源３ａから蒸発する成膜材料を蒸着させる場合には遮蔽板４ｂを蒸発源３ｂの上方を覆うように駆動しかつ蒸発源３ａの上方より遮蔽板４ａを退避させる。これにより、蒸発源３ａ又は３ｂから蒸発した一方の成膜材料のみが真空チャンバＡの内部に拡散するので、基材８の表面には五酸化タンタル又は二酸化珪素が蒸着する。又、この際、イオン源７からアルゴンイオンを発射して、このアルゴンイオンのビームを基材８上に照射する。又、ニュートラライザから電子を放出し、この電子によりアルゴンイオンを中和する。これにより、基材８の表面には、アルゴンイオンの衝突により物理的に押し固められた、緻密な状態のｎ層目の薄膜層が形成される。
【００７４】
ステップＳ８においてｎ層目の薄膜層の成膜が完了すると、そのｎ層目の薄膜層の形成が最終層の形成であるか否かの判定を行う（ステップＳ９）。そして、ステップＳ８において形成した薄膜層の層数が多重薄膜層の設定層数に到達していないと判定した場合（ステップＳ９でＮｏ）、次に成膜する薄膜層の層数をｎ→ｎ＋１として再設定し（ステップＳ１０）、ｎ＋１層目の成膜条件をステップＳ２として再び設定する。一方、ステップＳ８において形成した薄膜層の層数が多重薄膜層の設定層数に到達したと判定した場合（ステップＳ９でＹｅｓ）、基材８上への多重薄膜層の成膜が終了する。
【００７５】
ここで、本発明の実施の形態では、このｎ層目の薄膜層の成膜とｎ＋１層目の薄膜層の成膜との間で、イオン源７から発射されるイオンビームの照射条件を必要に応じて補正するためのステップＳ３からステップＳ６からなる補正ステップＳＨを設け、この各層間に設ける補正ステップＳＨにおいてイオン源７から発射するイオンビームの照射条件を必要に応じて補正する。具体的には、ｎ層目の薄膜層の成膜とｎ＋１層目の薄膜層の成膜との間に設ける補正ステップＳＨにおいては、イオン源７からのイオンビームの発射は継続して行うが、ニュートラライザからの電子の放出は停止する。そして、この補正ステップＳＨにおいて電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂの駆動機構１９ａ及び１９ｂによりアーム２１ａ及び２１ｂに設けられた電流密度センサ２４ａ及び２４ｂを掃引して、イオン源７から発射されるイオンビームの照射強度及び分布を再び検出する。そして、ここで検出された照射強度及び分布を、イオンアシスト成膜装置１００を立ち上げる際に設定した照射条件と同一になるように、イオン源７の発射条件を必要に応じて補正する。例えば、ビーム電圧又はビーム電流又は加速電圧を調整することにより、イオン源７からのイオンビームの照射強度及び分布を補正する。又、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂのアーム２１ａ及び２１ｂに設けられた電流密度センサ２４ａ及び２４ｂの掃引が終了した後は、成膜中に成膜材料が電流密度センサ２４ａ及び２４ｂに付着することを防止するために、電流密度センサ２４ａ及び２４ｂを防着シールド２５ａ及び２５ｂの上方に移動させる。これにより、ｎ＋１層目の薄膜層の成膜中に電流密度センサ２４ａ及び２４ｂに成膜材料が付着することを防止することが可能になる。そして、その後、再び真空チャンバＡの内部への成膜材料の拡散を開始すると共に、再びニュートラライザから電子を放出して、基材８上へのｎ＋１層目の薄膜層の成膜を開始する。このように、本発明に係るイオンアシスト成膜装置１００を用いて多重薄膜層を形成する場合には、多重薄膜層を構成する各層間においてステップＳＨとして示すようにイオン源７からのイオンビームの発射条件を確認及び補正して、基材８上に多重薄膜層を形成する。尚、本実施の形態では、イオン源７から発射されるイオンビームの基材８に対する照射条件を、イオンアシスト成膜装置１００を立ち上げる際に設定した照射条件と同一になるように補正する形態について説明しているが、この形態に限定されることはなく、基材８に対するイオンビームの照射条件を任意の照射条件に調整する形態としても良い。
【００７６】
尚、上述したように、ステップＳ９においてｎ層目の薄膜層の形成が最終層の形成であることが確認された場合（ステップＳ９でＹｅｓ）、基材８上への多重薄膜層の形成が終了する。
【００７７】
このように、本発明によれば、イオンアシスト成膜装置１００を立ち上げる当初において、イオンビームの最適な照射条件と、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂにより測定される照射強度とが対応しているので、電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂにより測定される照射強度が当初と比べて変化している場合には、基材８上へのイオンビームの照射条件にも変化があると判断することが可能となる。従って、補正ステップＳＨにおいて電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂにより測定される照射強度が当初の値と異なる場合には、この照射強度を、イオンアシスト成膜装置１００を立ち上げる際に測定された当初の照射強度と同一になるようにイオン源７のイオンビームの発射条件を調整することにより、基材８上へのイオンビームの照射条件を常に最適な照射条件に補正することができる。
【００７８】
その結果、基材８の表面に１００層以上もの層で構成される多重薄膜層を少なくとも十数時間の時間をかけて形成して分光フィルタを製造する場合であっても、基材８の表面に形成される多重薄膜層の層数が増加するにつれてその緻密性が変化するという現象の発生を防止することができるので、所定の光学特性が得られるようになる。従って、本発明によれば、分光フィルタの歩留まりが悪化するという問題を好適に解決することが可能になる。又、製造バッチ毎に多重薄膜層を構成する各薄膜層の成膜間においてイオンビームの照射条件を必要に応じて補正するため、製造バッチ毎に多重薄膜層の光学特性が異なるという現象の発生も防止することができる。これにより、分光フィルタを製造する際の再現性が改善され、分光フィルタの歩留まりが製造バッチ毎に変化するという問題が解決される。
【００７９】
又、本発明によれば、複雑な機構を設けることが困難である真空チャンバの内部において、１自由度の単純な回転機構のみによって基材のＸ方向及びＹ方向のイオンビームの照射強度及び分布を近似的に検出することができるので、信頼性の高いイオンアシスト成膜装置を提供することが可能になる。
【００８０】
尚、以上の説明では、イオンアシスト成膜装置についての例を挙げて説明したが、このイオンアシスト成膜装置に限定されることはなく、イオンプレーティング等により薄膜を成膜する成膜装置であっても、更に他の方法が採用される成膜装置であっても、本発明を実施又は応用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明に係るイオンアシスト成膜装置は、基材の表面に所定の光学特性を有する多重薄膜層を成膜バッチに関わらず安定して形成することが可能である、高品質な分光フィルタを歩留まり良く製造可能なイオンアシスト成膜装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００を正面側から見た場合の縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００を側面側から見た場合の縦断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００を上方から見た場合の構成を模式的に示す平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面構成を模式的に示す縦断面図である。
【図５】イオン源７から発射するイオンビームの発射条件を設定するために用いられる電流密度測定用治具１０２の構成を模式的に示す構成図であって、図５（ａ）は平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線に沿った断面図である。
【図６】電流密度測定用治具１０２の下側において電流密度測定装置１８ａ及び１８ｂのアーム２１ａ及び２１ｂを掃引する状態を模式的に示す状態図である。
【図７】イオン源７から発射されるイオンビームの照射条件を電流密度測定用治具１０２により測定した測定結果の一例を模式的に示す概念図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るイオンアシスト成膜装置１００を用いて基材上に多重薄膜層を形成する工程の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８３】
１ 光モニタ投光部
２ 投光ヘッド
３ａ 蒸発源
３ｂ 蒸発源
４ａ 遮蔽板
４ｂ 遮蔽板
５ａ ルツボ
５ｂ ルツボ
６ａ 支柱
６ｂ 支柱
７ イオン源
８ 基材
９ 光モニタ受光部
９ａ 受光ヘッド
１０ 基材支持体
１０ａ 基材ホルダ
１０ｂ 中空回転軸
１１ センサ支持体
１１ａ センサ取り付け部
１１ｂ 基部
１２ 連結部材
１３ ケーシング
１４ 信号線
１５ 軸受け
１６ 基材回転装置
１７ 開口
１８ａ 電流密度測定装置
１８ｂ 電流密度測定装置
１９ａ 駆動機構
１９ｂ 駆動機構
２０ａ 連結部材
２０ｂ 連結部材
２１ａ アーム
２１ｂ アーム
２２ａ 回転軸
２２ｂ 回転軸
２３ａ 信号線
２３ｂ 信号線
２４ａ 電流密度センサ
２４ｂ 電流密度センサ
２５ａ 防着シールド
２５ｂ 防着シールド
１００ イオンアシスト成膜装置
１０１ 制御装置
１０２ 電流密度測定用治具
１０２ａ 測定治具用基板
１０２ｂ 電流密度センサ
Ａ 真空チャンバ
Ｂ 設置用架台
Ｃ 光モニタ投光部用架台
Ｄ 真空チャンバ用架台
Ｅ 天井壁
Ｆ 底壁
ｃ 中心軸
Ｉａ〜Ｉｄ 仮想線
ｆ１〜ｆ２ 仮想の領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバの内部で成膜材料を蒸発させる蒸発源と、
前記成膜材料の薄膜を成膜するための基材が装着される基材ホルダと、
前記蒸発源から前記真空チャンバの内部への前記成膜材料の拡散を許容及び遮断する許容／遮断手段と、
前記基材ホルダに装着される前記基材に向けてイオンビームを発射するイオン源と、
前記イオン源からの前記イオンビームの発射条件を調整する調整手段と、
を備えるイオンアシスト成膜装置であって、
前記イオンビームの前記基材への照射強度を検出する照射強度検出手段を更に備え、
前記許容／遮断手段により前記真空チャンバの内部への前記成膜材料の拡散を遮断した後に前記照射強度検出手段により前記照射強度を検出し、該検出する前記照射強度に基づいて前記照射強度が少なくとも所定の照射強度になるように前記調整手段により前記イオン源からの前記イオンビームの発射条件を調整する、イオンアシスト成膜装置。
【請求項２】
前記照射強度検出手段を２以上備え、
前記許容／遮断手段により前記真空チャンバの内部への前記成膜材料の拡散を遮断した後に前記照射強度検出手段の各々により前記照射強度を各々検出し、該検出する各々の前記照射強度に基づいて前記照射強度が少なくとも前記所定の照射強度になるように前記調整手段により前記イオン源からの前記イオンビームの発射条件を調整する、請求項１記載のイオンアシスト成膜装置。
【請求項３】
前記蒸発源及び前記許容／遮断手段を各々２以上備え、
前記真空チャンバの内部に拡散する前記成膜材料の種類を切り替える際に前記許容／遮断手段の各々により前記真空チャンバの内部への前記成膜材料の拡散を遮断し、該遮断した後に前記照射強度検出手段の各々により前記照射強度を各々検出して前記調整手段により前記調整する、請求項２記載のイオンアシスト成膜装置。
【請求項４】
前記照射強度検出手段の各々がその先端にイオンビームの照射強度を検出可能な検出器を有するアームを各々備え、
前記アームの各々を揺動することにより前記検出器の各々を前記基材の被成膜面側で掃引して前記照射強度を各々検出する、請求項２又は３記載のイオンアシスト成膜装置。
【請求項５】
前記検出器の各々を、前記基材の被成膜面側における該基材の近傍において各々掃引する、請求項４記載のイオンアシスト成膜装置。
【請求項６】
前記検出器の各々を互いに逆回転方向で１回掃引し、該掃引の際に前記照射強度を前記検出器の各々により所定の周期で各々連続して検出する、請求項４記載のイオンアシスト成膜装置。
【請求項７】
前記検出器の各々が、ファラデーカップにより構成されている、請求項４記載のイオンアシスト成膜装置。
【請求項８】
前記検出器の各々を格納可能な複数の格納手段を更に備え、
前記成膜材料の薄膜を前記基材上に成膜する際に前記成膜材料が前記検出器の各々に付着することを防止するために前記検出器の各々を前記格納手段内に退避させる、請求項４記載のイオンアシスト成膜装置。
【請求項１】
真空チャンバの内部で成膜材料を蒸発させる蒸発源と、
前記成膜材料の薄膜を成膜するための基材が装着される基材ホルダと、
前記蒸発源から前記真空チャンバの内部への前記成膜材料の拡散を許容及び遮断する許容／遮断手段と、
前記基材ホルダに装着される前記基材に向けてイオンビームを発射するイオン源と、
前記イオン源からの前記イオンビームの発射条件を調整する調整手段と、
を備えるイオンアシスト成膜装置であって、
前記イオンビームの前記基材への照射強度を検出する照射強度検出手段を更に備え、
前記許容／遮断手段により前記真空チャンバの内部への前記成膜材料の拡散を遮断した後に前記照射強度検出手段により前記照射強度を検出し、該検出する前記照射強度に基づいて前記照射強度が少なくとも所定の照射強度になるように前記調整手段により前記イオン源からの前記イオンビームの発射条件を調整する、イオンアシスト成膜装置。
【請求項２】
前記照射強度検出手段を２以上備え、
前記許容／遮断手段により前記真空チャンバの内部への前記成膜材料の拡散を遮断した後に前記照射強度検出手段の各々により前記照射強度を各々検出し、該検出する各々の前記照射強度に基づいて前記照射強度が少なくとも前記所定の照射強度になるように前記調整手段により前記イオン源からの前記イオンビームの発射条件を調整する、請求項１記載のイオンアシスト成膜装置。
【請求項３】
前記蒸発源及び前記許容／遮断手段を各々２以上備え、
前記真空チャンバの内部に拡散する前記成膜材料の種類を切り替える際に前記許容／遮断手段の各々により前記真空チャンバの内部への前記成膜材料の拡散を遮断し、該遮断した後に前記照射強度検出手段の各々により前記照射強度を各々検出して前記調整手段により前記調整する、請求項２記載のイオンアシスト成膜装置。
【請求項４】
前記照射強度検出手段の各々がその先端にイオンビームの照射強度を検出可能な検出器を有するアームを各々備え、
前記アームの各々を揺動することにより前記検出器の各々を前記基材の被成膜面側で掃引して前記照射強度を各々検出する、請求項２又は３記載のイオンアシスト成膜装置。
【請求項５】
前記検出器の各々を、前記基材の被成膜面側における該基材の近傍において各々掃引する、請求項４記載のイオンアシスト成膜装置。
【請求項６】
前記検出器の各々を互いに逆回転方向で１回掃引し、該掃引の際に前記照射強度を前記検出器の各々により所定の周期で各々連続して検出する、請求項４記載のイオンアシスト成膜装置。
【請求項７】
前記検出器の各々が、ファラデーカップにより構成されている、請求項４記載のイオンアシスト成膜装置。
【請求項８】
前記検出器の各々を格納可能な複数の格納手段を更に備え、
前記成膜材料の薄膜を前記基材上に成膜する際に前記成膜材料が前記検出器の各々に付着することを防止するために前記検出器の各々を前記格納手段内に退避させる、請求項４記載のイオンアシスト成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−２１９６９８（Ｐ２００６−２１９６９８Ａ）
【公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３１９９１（Ｐ２００５−３１９９１）
【出願日】平成１７年２月８日（２００５．２．８）
【出願人】（０００００２３５８）新明和工業株式会社 (919)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月８日（２００５．２．８）
【出願人】（０００００２３５８）新明和工業株式会社 (919)
【Ｆターム（参考）】
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