イオンビームの照射強度測定装置
【課題】 構造が簡単であり、基材に照射されるイオンビームの照射強度と極めて相関関係の高い検出器における照射強度を正確に測定でき、しかも基材に照射されるイオンビームの照射強度が略目標照射強度となるようにすること。
【解決手段】 真空チャンバ内で蒸発材料を蒸発させて基板及びモニタガラス２５に蒸着させ、基板及びモニタガラス２５にイオンビーム１０を照射して蒸発材料の薄膜を基板及びモニタガラス２５に形成するイオンアシスト蒸着装置において、モニタガラス２５に設けられイオンビーム１０の照射強度を検出する検出器２３と、検出器２３に照射されるイオンビーム１０の照射強度が略目標照射強度となるように、検出器２３が検出する照射強度に基づいてイオンガンに制御信号を出力するイオン電流密度制御部とを備えるイオンビームの照射強度測定装置６であり、その制御信号に基づいてイオンビーム１０をイオンガンが出射する。
【解決手段】 真空チャンバ内で蒸発材料を蒸発させて基板及びモニタガラス２５に蒸着させ、基板及びモニタガラス２５にイオンビーム１０を照射して蒸発材料の薄膜を基板及びモニタガラス２５に形成するイオンアシスト蒸着装置において、モニタガラス２５に設けられイオンビーム１０の照射強度を検出する検出器２３と、検出器２３に照射されるイオンビーム１０の照射強度が略目標照射強度となるように、検出器２３が検出する照射強度に基づいてイオンガンに制御信号を出力するイオン電流密度制御部とを備えるイオンビームの照射強度測定装置６であり、その制御信号に基づいてイオンビーム１０をイオンガンが出射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば真空蒸着成膜装置内で基材に薄膜を形成する際に、その基材に照射されるイオンビームの照射強度を測定するためのイオンビームの照射強度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、真空蒸着成膜装置である例えばイオンアシスト蒸着装置を使用して分光フィルタが製造されている。この分光フィルタには、例えば基板の表面に五酸化タンタル及び二酸化珪素の２種類の材料を交互に積層したものがある。この分光フィルタを、イオンアシスト蒸着装置を使用して製造するときは、真空チャンバ内に五酸化タンタル及び二酸化珪素の２種類の蒸発源、並びに基板を配置する。そして、五酸化タンタル及び二酸化珪素の各蒸発材料を加熱して蒸発させる。このとき、この２種類の各蒸発材料が真空チャンバ内で交互に飛散するように構成されている。これによって、基板の表面には、２種類の各蒸発材料が交互に蒸着する。そして、各蒸着材料が基板の表面に蒸着する際には、その蒸着表面にイオンビームを照射する。このイオンビームを照射することによって、緻密性が高く、所定の屈折率及び透過率等の分光特性を有する薄膜を基板の表面に形成することができる。このようにして、多層薄膜層を備える分光フィルタを製造することができる。
【０００３】
しかし、基板の表面に多層薄膜層を形成するには、例えば十数時間以上掛かる場合があり、このとき、イオンビームを出射するイオンガンのグリッド孔の内周縁に、蒸発材料が蒸着してイオンの引き出し条件が変化することがある。このように、イオンの引き出し条件が変化すると、イオンビームの基板面に対する照射強度が経時的に変化するので、基板表面に所定の分光特性を有する多層薄膜層を形成することができないことがある。
【０００４】
そこで、多層薄膜層の各薄膜を基板の表面に順次形成する場合に、それぞれの薄膜を形成するそれぞれの前段階で、イオンビームの照射強度を測定装置で測定して、イオンビームが所定の許容範囲内の照射強度で照射されていることを確認した上で、各層の薄膜を形成することが行われている。
【０００５】
このイオンビームの照射強度測定装置として、例えば図５に示すものがある（例えば、特許文献１参照。）。この測定装置１は、同図に示すイオンセンサ２に照射されるイオンビーム３ａのイオン電流密度を測定して、その測定して得られた電流密度に基づいて、イオンビーム３ａの照射強度を演算するものである。図５（ａ）に示す状態は、イオンセンサ２がイオン源３に向かう測定位置に設定されており、この状態でイオンビーム３ａの照射強度を測定することができる。次に、オペレータは、イオンビーム３ａが所定の照射強度で照射されていることを確認した上で、保持機構部４を回転させて、基板５をイオン源３に向かう成膜位置に設定する。この状態で、薄膜を形成する材料を蒸発させることによって、基板５に薄膜を形成することができる。
【０００６】
なお、イオンセンサ２及び基板５は、イオン源３に向かうそれぞれの測定位置及び成膜位置において、略同一の照射強度でイオンビーム３ａが照射されるように設定される。よって、イオンビーム３ａが所定の照射強度で基板５に照射されるので、基板５の表面に所定の分光特性を有する薄膜を形成することができる。図５（ｂ）は、イオンセンサ２を示す正面図である。
【特許文献１】特開平８−２３３９４３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、図５に示す従来の測定装置１では、イオンセンサ２及び基板５を、測定位置及び成膜位置に回転移動させるための保持機構部４を必要とするので、その分の費用が嵩むし、測定装置１が大がかりとなる。
【０００８】
そして、イオンセンサ２によって測定して得られた測定照射強度が、許容範囲外である場合は、オペレータは、イオンセンサ２によって測定される測定照射強度が所定の許容範囲内となるように、イオンガンから出射されるイオンビーム３ａの出射強度の設定を補正する必要があり、この設定を変更する操作がオペレータの大きな負担となっている。
【０００９】
また、基板５に多層薄膜層を形成する場合は、十数時間以上掛かることがあるが、この多層薄膜層の形成中は、イオンビーム３ａの出射強度を補正できるように、オペレータは待機しておく必要があり、このことも大きな負担となっている。
【００１０】
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、構造が簡単であり、基材に照射されるイオンビームの照射強度と同一、又は極めて相関関係の高い検出器における照射強度を正確に測定することができるイオンビームの照射強度測定装置、及び基材に照射されるイオンビームの照射強度が所定の目標照射強度若しくはそれに近い照射強度となるようにすることができるイオンビームの照射強度測定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】
【００１１】
本発明に係るイオンビームの照射強度測定装置は、真空チャンバ内で蒸発材料を蒸発させて、前記蒸発材料を基材及び前記基材に形成される薄膜の膜厚をモニタするためのモニタ透光体に蒸着させ、前記基材及び前記モニタ透光体にイオンビームを照射して前記蒸発材料の薄膜を前記基材及び前記モニタ透光体に形成する成膜装置において、前記イオンビームの照射強度を検出するための検出器を、前記モニタ透光体に設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
このイオンビームの照射強度測定装置が使用される成膜装置は、真空チャンバ内で蒸発材料を蒸発させて、その蒸発材料を基材及びモニタ透光体に蒸着させると共に、基材及びモニタ透光体にイオンビームを照射することによって、基材及びモニタ透光体に蒸発材料の薄膜を形成するものである。そして、これら基材に薄膜が形成されていくときに、モニタ透光体に形成されていく薄膜の膜厚を例えば光学式膜厚モニタ装置によって監視することができる。そして、膜厚を監視しながら成膜装置を制御することによって、基材に所定の目標膜厚の薄膜を形成することができる。また、所定の目標照射強度のイオンビームを基材及びモニタ透光体に照射することによって、所定の目標分光特性を有する薄膜をそれぞれに形成することができる。
【００１３】
なお、モニタ透光体及び基材は、それぞれに形成される薄膜の厚み及び分光特性が互いに略同一、又は極めて相関関係が高くなる位置に配置されており、これによって、モニタ透光体及び基材に略同一、又は対応する分光特性を有する薄膜を形成することができる。
【００１４】
そこで、この発明に係るイオンビームの照射強度測定装置によると、イオンビームの照射強度を検出するための検出器を、モニタ透光体に設けたことによって、基材に照射されるイオンビームの照射強度と同一、又は極めて相関関係の高い照射強度を検出することができる。従って、この検出された照射強度に基づいて、基材に照射されるイオンビームの照射強度が、その基材に対して定めた所定の目標照射強度、若しくはそれに近い照射強度となるように、イオンガンを補正等の制御をすることによって、基材に所定の目標分光特性を有する薄膜を形成することができる。
【００１５】
そして、この発明に係るイオンビームの照射強度測定装置において、前記検出器は、前記モニタ透光体を保持するための保持部として形成するとよい。このモニタ透光体は、例えば所定の格納位置で多数積み重ねて格納したり、格納位置と測定位置との間で移動させるときに便利なように、それぞれのモニタ透光体が保持部で保持されている。よって、この保持部を検出器として形成することによって、検出器として新たに別の部材をモニタ透光体に設ける必要がなく、よって、簡単な構造で、基材に照射されるイオンビームの照射強度と同等の照射強度を正確に測定することができる。
【００１６】
また、この発明に係るイオンビームの照射強度測定装置において、前記モニタ透光体及び前記検出器によってモニタ透光部が形成され、前記照射強度を測定する前の前記モニタ透光部を格納する測定前格納位置、前記照射強度を測定する測定位置、及び前記照射強度を測定した後の前記モニタ透光部を格納する測定後格納位置を定めてあり、前記測定前格納位置に格納されている前記モニタ透光部を、前記測定位置に移動させた後に、前記測定後格納位置に格納するためのモニタ透光部交換手段を備えるようにするとよい。このように構成された同測定装置を使用して、イオンビームの照射強度を測定するときは、測定前格納位置に格納されているモニタ透光部を測定位置に移動させる。そして、照射強度の測定が済むと、測定位置に配置されている使用後のモニタ透光部を測定後格納位置に移動させる。上記の手順を繰り返すことによって、照射強度の測定を複数回行うことができる。照射強度の測定を複数回行うのは、基材に多層薄膜層を形成するときに、それぞれの層ごとに照射強度を測定して、その照射強度が許容範囲内であることを確認する必要があるからである。
【００１７】
更に、この発明に係るイオンビームの照射強度測定装置において、前記測定前格納位置に格納されている前記モニタ透光部に、前記蒸発材料が蒸着することを防止する防着板を備えるようにするとよい。このようにすることによって、未使用のモニタ透光部に蒸着材料が蒸着することを防止できる。よって、蒸着材料が蒸着していないモニタ透光部を使用して、照射強度を正確に測定することができる。
【００１８】
そして、この発明に係るイオンビームの照射強度測定装置において、前記検出器に照射される前記イオンビームの照射強度が所定の目標照射強度若しくはそれに近い照射強度となるように、前記検出器に照射される前記イオンビームの照射強度に基づいて制御信号を生成する制御手段を備え、前記制御信号に基づいて前記イオンビームをイオンガンが出射するようにするとよい。このようにすると、検出器に照射されるイオンビームの照射強度が所定の目標照射強度と相違している場合に、その検出される照射強度が目標照射強度となるようにするための制御信号を制御手段が生成することができる。イオンガンは、その制御信号に基づいてイオンビームを出射することができる。
【００１９】
また、この発明に係るイオンビームの照射強度測定装置において、前記検出器は、前記照射強度をイオン電流密度として検出するようにするとよい。このように構成された同測定装置によると、検出器は、イオンビームが照射されると、イオン電流密度と対応する検出信号を生成する。このイオン電流密度は、イオンビームの照射強度と対応しているので、照射強度を測定することができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明に係るイオンビームの照射強度測定装置によると、イオンビームの照射強度を検出するための検出器を、モニタ透光体に設けた構成としたので、図５に示す従来の測定装置のように保持機構部を設ける必要がなく、簡単な構造で、基材に照射されるイオンビームの照射強度と同一、又は極めて相関関係の高い検出器における照射強度を正確に測定することができる。これによって、イオンガンを制御して、基材に所定の照射強度のイオンビームが照射されるようにすることができ、その結果、緻密であって、所定の分光特性を有する薄膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係るイオンビームの照射強度測定装置（以下、単に「測定装置」と言うこともある。）の実施形態を各図を参照して説明する。この測定装置６は、図１に示すように、真空蒸着成膜装置である例えばイオンアシスト蒸着装置（以下、単に「蒸着装置」と言うこともある。）７に取り付けて使用されるものであり、モニタ透光部交換装置８の測定位置Ｓに配置されているモニタ透光部９に照射されるイオンビーム１０の照射強度を測定することができる。そして、ドーム１１に取り付けられている多数の各基板１２に、予め定めた目標照射強度のイオンビーム１０が照射されるように制御することができるものである。蒸着装置７は、ドーム１１に取り付けられている各基板１２の下面に多層薄膜層を形成することができるものである。
【００２２】
イオンアシスト蒸着装置７は、図１に示すように、真空チャンバ１３を備えている。真空チャンバ１３は、真空ポンプ（図示せず）等によって内部の気体が排出されて、設定された所定の気圧を維持することができるものである。この真空チャンバ１３内には、下部にイオンガン１４、蒸発部１５、１５が設けられており、上部にドーム１１、光学式膜厚モニタ装置１６、及びモニタ透光部交換装置８が設けられている。
【００２３】
イオンガン１４は、例えばアルゴン又は酸素のイオンを出射して、それらのイオンを各基板１２の下面に照射するためのものである。このように、イオンを基板１２の下面に照射することによって、緻密性が高く、所定の屈折率及び透過率等の分光特性を有する薄膜を基板１２の下面に形成することができる。
【００２４】
蒸発部１５は、例えば多層薄膜層の各薄膜を形成するための蒸発材料を蒸発させるためのものであり、２つの蒸発部１５と１５とは、同等のものである。蒸発部１５は、例えばルツボと電子銃とを備えている。電子銃は、ルツボ内に収容されている蒸発材料に電子ビームを照射して、蒸発材料を蒸発させることができる。２つの蒸発部１５のルツボには、蒸発材料として例えば五酸化タンタル及び二酸化珪素がそれぞれ収容されている。また、各蒸発部１５は、遮蔽板を備えている。遮蔽板は、ルツボの開口部を開閉することができるものであり、ルツボの開口部を閉じた状態では、ルツボ内の蒸発材料が真空チャンバ１３内に飛散することを防止できる。そして、遮蔽板がルツボの開口部を開いた状態では、ルツボ内の蒸発材料が真空チャンバ１３内に飛散できる状態となる。この２つの蒸発部１５は、この２種類の各蒸発材料が真空チャンバ１３内で交互に飛散させることができるように構成されており、これによって、基板１２の下面に２種類の各蒸発材料を交互に蒸着させることができる。そして、これら２種類の各蒸発材料を交互に真空チャンバ１３内に飛散させるときは、まず、真空チャンバ１３内に飛散している蒸発材料の飛散を停止した後に、次の蒸発材料を真空チャンバ１３内に飛散させる。
【００２５】
ドーム１１は、図１に示すように、下面が上方に向かって凹状に湾曲する形状であり、上面に多数の基板１２を取り付けることができるように形成されている。そして、各基板１２が取り付けられる部分にはそれぞれ小孔（図示せず）が形成されている。これらの小孔は、ドーム１１に取り付けられている各基板１２の下面を露出させるためのものであり、このように、各基板１２の下面を露出させることによって、蒸発した蒸発材料やイオンビーム１０がそれら各下面に蒸着したり、照射されるようにすることができる。
【００２６】
光学式膜厚モニタ装置１６は、基板１２と同時進行でモニタ透光部９に形成される薄膜の膜厚を、成膜作業中に測定するものである。このモニタ透光部９は、真空チャンバ１３内で基板１２に薄膜を形成するときに、基板１２とは別個に真空チャンバ１３内に配置される。この光学式膜厚モニタ装置１６は、モニタ投光部（図示せず）、モニタ受光部２９（図４参照）、及びモニタ透光部９を備えている。
【００２７】
この光学式膜厚モニタ装置１６によると、モニタ投光部から出射された光は、モニタ透光部９を透過及び反射してモニタ受光部２９で受光される。モニタ受光部２９が光を受光すると、膜厚を表すモニタ電気信号を生成する。このモニタ電気信号は、このイオンアシスト蒸着装置７の制御部（図示せず）で処理されて、この制御部によって例えば自動的に蒸発部１５及びイオンガン１４等が制御され、これによって、基板１２に所定の目標膜厚の薄膜を形成することができるようになっている。
【００２８】
ただし、基板１２に多層薄膜層を形成するときは、各薄膜層の膜厚を測定する必要があるので、複数の各薄膜を形成するたびに、薄膜が形成された使用後のモニタ透光部９を、薄膜が形成されていない未使用のモニタ透光部９に取り替えて、膜厚を測定する必要がある。このために、モニタ透光部交換装置８が設けられている。
【００２９】
モニタ透光部交換装置８は、薄膜の膜厚測定に使用された使用後のモニタ透光部（薄膜が形成されたモニタ透光部）９と、薄膜の膜厚測定に使用されていない未使用のモニタ透光部（薄膜が形成されていないモニタ透光部）９とを交換して、未使用のモニタ透光部９を使用して膜厚を測定できるようにするものである。この未使用のモニタ透光部９が膜厚を測定するために配置される測定位置Ｓは、図１に示すように、ドーム１１の上面の中心位置である。そして、モニタ透光部交換装置８もこの位置に設けられている。図２は、ドーム１１を下方から見た状態を示す図であり、ドーム１１の中央に円形の開口部１１ａが形成されており、その開口部１１ａに円形の防着板１８が表れている。この防着板１８の上方にモニタ透光部交換装置８が配置されている。そして、防着板１８の中心位置にモニタ孔１８ａが形成されており、このモニタ孔１８ａからモニタ透光部９が表れている。
【００３０】
図３は、防着板１８の拡大底面図であり、その上面側にモニタ透光部交換装置８が配置されている。モニタ透光部交換装置８は、同図に示すように、測定前格納ケース１９、及び測定後格納ケース２０を備えている。この測定前格納ケース１９は、未使用の複数のモニタ透光部９を縦方向に重ね合わせた状態で格納するためのものであり、測定前格納位置Ｍに配置されている。そして、測定後格納ケース２０は、使用後の複数のモニタ透光部９を縦方向に重ね合わせた状態で格納することができるものであり、測定後格納位置Ｇに配置されている。この測定前格納ケース１９に格納されている未使用のモニタ透光部９のうち、最下段に配置されているモニタ透光部９は、回転送り板２１によって、測定前格納ケース１９の下側開口部から取り出されて、図３の時計方向（移動方向２２）に１２０°搬送されて測定位置Ｓに移動する。この測定位置Ｓに位置決めされた未使用のモニタ透光部９は、基板１２と同時進行で薄膜が形成されていき、その形成されていく薄膜の膜厚が光学式膜厚モニタ装置１６によって測定される。そして、この測定位置Ｓに位置決めされて薄膜が形成された使用後のモニタ透光部９は、図３に示すように、回転送り板２１によって時計方向（移動方向２２）に１２０°搬送されて測定後格納位置Ｇに移動する。この測定後格納位置Ｇに移動した使用後のモニタ透光部９は、測定後格納ケース２０の下側開口部に挿入されて格納される。このように、回転送り板２１が１２０°ずつ回転すると、測定前格納ケース１９に格納されている複数の未使用のモニタ透光部９のうちから１つずつ取り出して、測定位置Ｓに移動させて位置決めすることができる。そして、これと同時に、測定位置Ｓに位置決めされて、膜厚測定に使用された使用後のモニタ透光部９は、測定後格納ケース２０の位置に移動させてこのケース内に格納することができる。
【００３１】
図４は、このモニタ透光部交換装置８を示す断面図である。同図に示すように、防着板１８の中心にモニタ孔１８ａが形成されており、このモニタ孔１８ａの位置が測定位置Ｓであり、この測定位置Ｓに未使用のモニタ透光部９が順次搬送されて位置決めされる。この測定位置Ｓの同図の左側に測定前格納位置Ｍが定められており、この測定前格納位置Ｍに測定前格納ケース１９が配置されている。測定前格納ケース１９には、多数の未使用のモニタ透光部９が格納されている。なお、図４には示さないが、測定後格納位置Ｇには、測定前格納ケース１９と同等の測定後格納ケース２０が配置されている。測定位置Ｓに配置されている使用後のモニタ透光部９は、順次この測定後格納ケース２０に搬送されて格納される。
【００３２】
イオンビームの照射強度測定装置６は、図４に示すように、測定位置Ｓに配置されているモニタ透光部９の下面に照射されるイオンビーム１０の照射強度を測定することができるものであり、検出器２３、及びイオン電流密度制御部２４を備えている。
【００３３】
検出器２３は、イオンビーム１０の照射強度を検出するものであり、図４に示すように、モニタ透光部９に形成されている保持部としての機能も備えている。つまり、モニタ透光部９は、円板状のモニタガラス（モニタ透光体）２５と、検出器２３とから成っている。検出器２３は、導電性を有する材質であって、カップ状に形成されており、内側にモニタガラス２５が取り付けられている。モニタガラス２５の材質は、例えば石英である。なお、検出器２３の電気的絶縁を図るために、防着板１８の上面には、絶縁層１８ｂが形成されている。そして、検出器２３の底壁の中央部には、モニタ開口部２３ａが形成されている。
【００３４】
ここで、図４に示すように、モニタ透光部９が測定位置Ｓに位置決めされた状態で、モニタガラス２５の下面のうち、このモニタ開口部２３ａから露出する露出面２５ａに薄膜が形成される。そして、この露出面２５ａには、光学式膜厚モニタ装置１６のモニタ投光部から出射される光が透過及び反射して、このモニタガラス２５の露出面２５ａに形成される薄膜の膜厚が測定される。
【００３５】
また、検出器２３の底壁を形成する円環状の下面が検出面２３ｂとして形成されている。この検出面２３ｂには、イオンビーム１０がモニタ孔１８ａを通って照射される。更に、モニタ透光部９は、測定位置Ｓに位置決めされた状態で、カップ状に形成された検出器２３のフランジ状部２３ｃに、電気接触子２６が接触してこの電気接触子２６と電気的に接続されるように設けられている。このフランジ状部２３ｃは、検出器２３の上側開口縁に形成されている。そして、この電気接触子２６には、電流密度測定器２７が接続されている。
【００３６】
ところで、モニタ透光部９において、モニタガラス２５を検出器(保持部)２３で被覆しているのは、例えば測定前及び測定後の各格納ケース１９、２０内にモニタ透光部９を多数積み重ねて格納する際に、モニタガラス２５どうしが互いに接触しないようにすること、モニタガラス２５の露出面２５ａに形成される薄膜が、防着板１８の絶縁層１８ｂと接触しないようにすること、及び検出器２３に形成されているフランジ状部２３ｃを回転送り板２１の内縁部に係合させて搬送できるようにすること等のためである。
【００３７】
電流密度測定器２７は、検出器２３がイオンビーム１０を検出したときに生成する検出信号に基づいて、測定イオン電流密度信号（以下、「測定電流密度信号」と言う。）を出力するものである。この測定電流密度信号は、検出器２３の検出面２３ｂに照射されるイオンビーム１０の照射強度を表す信号である。つまり、図４に示すように、未使用のモニタ透光部９が測定位置Ｓに順次搬送されるたびに、その順次搬送される未使用のモニタ透光部９の検出器２３と、電流密度測定器２７とが電気接触子２６を介して電気的に互いに接続された状態となる。そして、電流密度測定器２７は、検出器２３に照射されるイオンビーム１０の照射強度と対応する測定電流密度信号を出力することができる。なお、電流密度測定器２７は、検出器２３の検出面２３ｂの面積が既知であるので、検出信号とこの検出面２３ｂの面積とを含む各種設定値やデータ等に基づいて、測定電流密度信号を演算して出力することができる。更に、この電流密度測定器２７は、図１に示すイオン電流密度制御部２４と電気的に接続されている。
【００３８】
イオン電流密度制御部２４は、図１に示すように、電流密度測定器２７から出力される測定電流密度信号と、予め設定されている目標電流密度信号とを比較して、検出器２３に照射されるイオンビーム１０の照射強度が所定の目標照射強度若しくはそれに近い照射強度となるように、制御信号を生成することができるものである。つまり、検出器２３に目標照射強度のイオンビーム１０が照射されると、電流密度測定器２７から目標電流密度信号が出力される。また、この制御信号は、イオンガン制御部２８に入力する。イオンガン制御部２８は、この制御信号に基づいてイオンガン１４を制御する。イオンガン１４は、その制御信号に基づいて例えばその設定が変更されて、イオンビーム１０を検出器２３に照射する。従って、イオンガン１４は、ドーム１１に取り付けられている多数の基板１２の下面にも、検出器２３が検出する所定の目標照射強度と対応する所定の目標照射強度、若しくはそれに近い照射強度のイオンビーム１０を照射することができる。その結果、緻密であって、所定の分光特性を有する薄膜層が基板１２の下面に形成される。
【００３９】
なお、イオン電流密度制御部２４は、イオンガン制御部２８を介してイオンガン１４と電気的に接続している。そして、イオンガン制御部２８は、制御信号に基づいて、イオンガン１４の例えばビーム電圧、ビーム電流、及び加速電圧等の設定を変更して、各基板１２及び検出器２３に照射されるイオンビーム１０の照射強度を変更することができる。
【００４０】
このイオンビームの照射強度測定装置６が使用されるイオンアシスト蒸着装置７によると、図１に示す真空チャンバ１３内で蒸発材料を蒸発させて、その蒸発材料を基板１２及びモニタガラス２５（及び検出器２３）に蒸着させると共に、基板１２及びモニタガラス２５にイオンビーム１０を照射することによって、基板１２及びモニタガラス２５に蒸発材料の薄膜を形成することができる。そして、これら基板１２に薄膜が形成されていくときに、モニタガラス２５に形成されていく薄膜の膜厚を例えば光学式膜厚モニタ装置１６によって監視することができる。そして、膜厚を監視しながら蒸着装置７を制御することによって、基板１２に所定の目標膜厚の薄膜を形成することができる。また、所定の目標照射強度のイオンビーム１０を基板１２及びモニタガラス２５に照射することによって、緻密であって所定の目標分光特性を有する薄膜をそれぞれに形成することができる。
【００４１】
なお、モニタガラス２５及び基板１２は、それぞれに形成される薄膜の厚み及び分光特性が互いに略同一、又は極めて相関関係が高くなる位置に配置されており、これによって、モニタガラス２５及び基板１２に略同一、又は対応する分光特性を有する薄膜を形成することができる。
【００４２】
そこで、このイオンビームの照射強度測定装置６によると、図４に示すように、イオンビーム１０の照射強度を検出するための検出器２３を、モニタガラス２５に設けたことによって、基板１２に照射されるイオンビーム１０の照射強度と同一、又は極めて相関関係の高い照射強度を検出することができる。従って、イオン電流密度制御部２４は、この検出された照射強度に基づいて、基板１２に照射されるイオンビーム１０の照射強度が、基板１２に対して設定されている目標照射強度、若しくはそれに近い照射強度となるように、イオンガン１４に対して補正等の制御をすることによって、基板１２に所定の目標分光特性を有する緻密な薄膜を形成することができる。
【００４３】
なお、このイオンビームの照射強度測定装置６によって、検出器２３に照射されるイオンビーム１０の照射強度を測定するのは、例えば多層薄膜層の各薄膜を基板１２の表面に順次形成する場合に、それぞれの薄膜を形成するそれぞれの前段階（蒸発材料が蒸発していない状態）のときである。このように、各薄膜を形成するそれぞれの前段階でイオンビーム１０の照射強度を測定装置６で測定して、イオンビーム１０が所定の許容範囲内の照射強度で検出器(基板１２)２３に照射されるように補正した後に、各層の薄膜を形成する。
【００４４】
更に、図４に示すイオンビームの照射強度測定装置６によると、イオンビーム１０の照射強度を検出するための検出器２３を、モニタガラス２５に設けた構成としたので、図５に示す従来の測定装置のように保持機構部４を設ける必要がなく、簡単な構造で、基板１２に照射されるイオンビーム１０の照射強度と同一、又は極めて相関関係の高い検出器２３における照射強度を正確に測定することができる。
【００４５】
そして、図４に示すように、モニタ透光部９は、測定前及び測定後の各格納ケース１９、２０内に多数積み重ねて格納したり、測定前及び測定後の各格納位置Ｍ、Ｇと測定位置Ｓとの間で移動させるときに便利なように、それぞれのモニタガラス２５が保持部（検出器２３）で保持されている。よって、この保持部を検出器２３としての機能を持たせることによって、検出器２３として新たに別の部材をモニタガラス２５に設ける必要がなく、よって、簡単な構造で、基板１２に照射されるイオンビーム１０の照射強度と同等の照射強度を正確に測定することができる。
【００４６】
また、図３及び図４に示すように、この測定装置６及びモニタ透光部交換装置８によると、イオンビーム１０の照射強度を測定するときは、測定前格納位置Ｍに格納されているモニタ透光部９を測定位置Ｓに移動させる。そして、照射強度の測定が済むと、測定位置Ｓに配置されている使用後のモニタ透光部９を測定後格納位置Ｇに移動させる。上記の手順を繰り返すことによって、照射強度の測定を複数回行うことができる。照射強度の測定を複数回行うのは、基板１２に多層薄膜層を形成するときに、それぞれの層ごとに照射強度を測定して、その照射強度が許容範囲内であることを確認する必要があるからである。
【００４７】
更に、図４に示すように、測定前及び測定後の各格納ケース１９、２０内に格納されているモニタ透光部９、及び回転送り板２１に配置されているモニタ透光部９に、蒸発材料が蒸着することを防止する防着板１８を設けたことによって、未使用及び測定後の各モニタ透光部９に蒸着材料が蒸着することを防止できる。よって、蒸着材料が蒸着していないモニタ透光部９を使用して、照射強度を正確に測定することができるし、測定後の各モニタ透光部９に形成された薄膜の管理を行うことができる。
【００４８】
ただし、上記実施形態では、図４に示すように、検出器２３を保持部として形成したが、これに代えて、検出器２３を保持部とは別個にモニタガラス２５に設けた構成としてもよい。
【００４９】
そして、上記実施形態では、図３及び図４に示すモニタ透光部交換装置８を使用したが、これ以外の構成のモニタ透光部交換装置を使用してもよい。要は、未使用のモニタ透光部９を測定位置Ｓに搬送して位置決めができ、測定位置Ｓに配置されている使用後のモニタ透光部９を測定位置Ｓから取り除くことができるようにすればよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上のように、本発明に係るイオンビームの照射強度測定装置は、構造が簡単であり、基材に照射されるイオンビームの照射強度と同一、又は極めて相関関係の高い検出器における照射強度を正確に測定することができるし、基材に照射されるイオンビームの照射強度が所定の目標照射強度若しくはそれに近い照射強度となるようにすることができる優れた効果を有し、このようなイオンビームの照射強度測定装置等に適用するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】この発明の実施形態に係るイオンビームの照射強度測定装置及び同測定装置が設けられているイオンアシスト蒸着装置を示す断面図である。
【図２】同実施形態のイオンアシスト蒸着装置に設けられているドームを示す底面図である。
【図３】同実施形態に係る同測定装置が適用されているモニタ透光部交換装置の動作を説明するための図であり、防着板を下方から見た拡大底面図である。
【図４】同実施形態の同測定装置及びモニタ透光部交換装置を示す縦断面図である。
【図５】従来のイオンビームの照射強度測定装置を示す図であり、（ａ）はイオンセンサがイオン源に向かう測定位置に設定されている状態を示す側面図、（ｂ）はイオンセンサを示す正面図である。
【符号の説明】
【００５２】
６ イオンビームの照射強度測定装置
７ イオアシスト蒸着装置
８ モニタ透光部交換装置
９ モニタ透光部
１０ イオンビーム
１１ ドーム
１１ａ 開口部
１２ 基板
１３ 真空チャンバ
１４ イオンガン
１５ 蒸発部
１６ 光学式膜厚モニタ
１８ 防着板
１８ａ モニタ孔
１８ｂ 絶縁層
１９ 測定前格納ケース
２０ 測定後格納ケース
２１ 回転送り板
２２ 移動方向
２３ 検出器
２３ａ モニタ開口部
２３ｂ 検出面
２３ｃ フランジ状部
２４ イオン電流密度制御部
２５ モニタガラス
２５ａ モニタガラスの露出面
２６ 電気接触子
２７ 電流密度測定器
２８ イオンガン制御部
２９ モニタ受光部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば真空蒸着成膜装置内で基材に薄膜を形成する際に、その基材に照射されるイオンビームの照射強度を測定するためのイオンビームの照射強度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、真空蒸着成膜装置である例えばイオンアシスト蒸着装置を使用して分光フィルタが製造されている。この分光フィルタには、例えば基板の表面に五酸化タンタル及び二酸化珪素の２種類の材料を交互に積層したものがある。この分光フィルタを、イオンアシスト蒸着装置を使用して製造するときは、真空チャンバ内に五酸化タンタル及び二酸化珪素の２種類の蒸発源、並びに基板を配置する。そして、五酸化タンタル及び二酸化珪素の各蒸発材料を加熱して蒸発させる。このとき、この２種類の各蒸発材料が真空チャンバ内で交互に飛散するように構成されている。これによって、基板の表面には、２種類の各蒸発材料が交互に蒸着する。そして、各蒸着材料が基板の表面に蒸着する際には、その蒸着表面にイオンビームを照射する。このイオンビームを照射することによって、緻密性が高く、所定の屈折率及び透過率等の分光特性を有する薄膜を基板の表面に形成することができる。このようにして、多層薄膜層を備える分光フィルタを製造することができる。
【０００３】
しかし、基板の表面に多層薄膜層を形成するには、例えば十数時間以上掛かる場合があり、このとき、イオンビームを出射するイオンガンのグリッド孔の内周縁に、蒸発材料が蒸着してイオンの引き出し条件が変化することがある。このように、イオンの引き出し条件が変化すると、イオンビームの基板面に対する照射強度が経時的に変化するので、基板表面に所定の分光特性を有する多層薄膜層を形成することができないことがある。
【０００４】
そこで、多層薄膜層の各薄膜を基板の表面に順次形成する場合に、それぞれの薄膜を形成するそれぞれの前段階で、イオンビームの照射強度を測定装置で測定して、イオンビームが所定の許容範囲内の照射強度で照射されていることを確認した上で、各層の薄膜を形成することが行われている。
【０００５】
このイオンビームの照射強度測定装置として、例えば図５に示すものがある（例えば、特許文献１参照。）。この測定装置１は、同図に示すイオンセンサ２に照射されるイオンビーム３ａのイオン電流密度を測定して、その測定して得られた電流密度に基づいて、イオンビーム３ａの照射強度を演算するものである。図５（ａ）に示す状態は、イオンセンサ２がイオン源３に向かう測定位置に設定されており、この状態でイオンビーム３ａの照射強度を測定することができる。次に、オペレータは、イオンビーム３ａが所定の照射強度で照射されていることを確認した上で、保持機構部４を回転させて、基板５をイオン源３に向かう成膜位置に設定する。この状態で、薄膜を形成する材料を蒸発させることによって、基板５に薄膜を形成することができる。
【０００６】
なお、イオンセンサ２及び基板５は、イオン源３に向かうそれぞれの測定位置及び成膜位置において、略同一の照射強度でイオンビーム３ａが照射されるように設定される。よって、イオンビーム３ａが所定の照射強度で基板５に照射されるので、基板５の表面に所定の分光特性を有する薄膜を形成することができる。図５（ｂ）は、イオンセンサ２を示す正面図である。
【特許文献１】特開平８−２３３９４３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、図５に示す従来の測定装置１では、イオンセンサ２及び基板５を、測定位置及び成膜位置に回転移動させるための保持機構部４を必要とするので、その分の費用が嵩むし、測定装置１が大がかりとなる。
【０００８】
そして、イオンセンサ２によって測定して得られた測定照射強度が、許容範囲外である場合は、オペレータは、イオンセンサ２によって測定される測定照射強度が所定の許容範囲内となるように、イオンガンから出射されるイオンビーム３ａの出射強度の設定を補正する必要があり、この設定を変更する操作がオペレータの大きな負担となっている。
【０００９】
また、基板５に多層薄膜層を形成する場合は、十数時間以上掛かることがあるが、この多層薄膜層の形成中は、イオンビーム３ａの出射強度を補正できるように、オペレータは待機しておく必要があり、このことも大きな負担となっている。
【００１０】
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、構造が簡単であり、基材に照射されるイオンビームの照射強度と同一、又は極めて相関関係の高い検出器における照射強度を正確に測定することができるイオンビームの照射強度測定装置、及び基材に照射されるイオンビームの照射強度が所定の目標照射強度若しくはそれに近い照射強度となるようにすることができるイオンビームの照射強度測定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】
【００１１】
本発明に係るイオンビームの照射強度測定装置は、真空チャンバ内で蒸発材料を蒸発させて、前記蒸発材料を基材及び前記基材に形成される薄膜の膜厚をモニタするためのモニタ透光体に蒸着させ、前記基材及び前記モニタ透光体にイオンビームを照射して前記蒸発材料の薄膜を前記基材及び前記モニタ透光体に形成する成膜装置において、前記イオンビームの照射強度を検出するための検出器を、前記モニタ透光体に設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
このイオンビームの照射強度測定装置が使用される成膜装置は、真空チャンバ内で蒸発材料を蒸発させて、その蒸発材料を基材及びモニタ透光体に蒸着させると共に、基材及びモニタ透光体にイオンビームを照射することによって、基材及びモニタ透光体に蒸発材料の薄膜を形成するものである。そして、これら基材に薄膜が形成されていくときに、モニタ透光体に形成されていく薄膜の膜厚を例えば光学式膜厚モニタ装置によって監視することができる。そして、膜厚を監視しながら成膜装置を制御することによって、基材に所定の目標膜厚の薄膜を形成することができる。また、所定の目標照射強度のイオンビームを基材及びモニタ透光体に照射することによって、所定の目標分光特性を有する薄膜をそれぞれに形成することができる。
【００１３】
なお、モニタ透光体及び基材は、それぞれに形成される薄膜の厚み及び分光特性が互いに略同一、又は極めて相関関係が高くなる位置に配置されており、これによって、モニタ透光体及び基材に略同一、又は対応する分光特性を有する薄膜を形成することができる。
【００１４】
そこで、この発明に係るイオンビームの照射強度測定装置によると、イオンビームの照射強度を検出するための検出器を、モニタ透光体に設けたことによって、基材に照射されるイオンビームの照射強度と同一、又は極めて相関関係の高い照射強度を検出することができる。従って、この検出された照射強度に基づいて、基材に照射されるイオンビームの照射強度が、その基材に対して定めた所定の目標照射強度、若しくはそれに近い照射強度となるように、イオンガンを補正等の制御をすることによって、基材に所定の目標分光特性を有する薄膜を形成することができる。
【００１５】
そして、この発明に係るイオンビームの照射強度測定装置において、前記検出器は、前記モニタ透光体を保持するための保持部として形成するとよい。このモニタ透光体は、例えば所定の格納位置で多数積み重ねて格納したり、格納位置と測定位置との間で移動させるときに便利なように、それぞれのモニタ透光体が保持部で保持されている。よって、この保持部を検出器として形成することによって、検出器として新たに別の部材をモニタ透光体に設ける必要がなく、よって、簡単な構造で、基材に照射されるイオンビームの照射強度と同等の照射強度を正確に測定することができる。
【００１６】
また、この発明に係るイオンビームの照射強度測定装置において、前記モニタ透光体及び前記検出器によってモニタ透光部が形成され、前記照射強度を測定する前の前記モニタ透光部を格納する測定前格納位置、前記照射強度を測定する測定位置、及び前記照射強度を測定した後の前記モニタ透光部を格納する測定後格納位置を定めてあり、前記測定前格納位置に格納されている前記モニタ透光部を、前記測定位置に移動させた後に、前記測定後格納位置に格納するためのモニタ透光部交換手段を備えるようにするとよい。このように構成された同測定装置を使用して、イオンビームの照射強度を測定するときは、測定前格納位置に格納されているモニタ透光部を測定位置に移動させる。そして、照射強度の測定が済むと、測定位置に配置されている使用後のモニタ透光部を測定後格納位置に移動させる。上記の手順を繰り返すことによって、照射強度の測定を複数回行うことができる。照射強度の測定を複数回行うのは、基材に多層薄膜層を形成するときに、それぞれの層ごとに照射強度を測定して、その照射強度が許容範囲内であることを確認する必要があるからである。
【００１７】
更に、この発明に係るイオンビームの照射強度測定装置において、前記測定前格納位置に格納されている前記モニタ透光部に、前記蒸発材料が蒸着することを防止する防着板を備えるようにするとよい。このようにすることによって、未使用のモニタ透光部に蒸着材料が蒸着することを防止できる。よって、蒸着材料が蒸着していないモニタ透光部を使用して、照射強度を正確に測定することができる。
【００１８】
そして、この発明に係るイオンビームの照射強度測定装置において、前記検出器に照射される前記イオンビームの照射強度が所定の目標照射強度若しくはそれに近い照射強度となるように、前記検出器に照射される前記イオンビームの照射強度に基づいて制御信号を生成する制御手段を備え、前記制御信号に基づいて前記イオンビームをイオンガンが出射するようにするとよい。このようにすると、検出器に照射されるイオンビームの照射強度が所定の目標照射強度と相違している場合に、その検出される照射強度が目標照射強度となるようにするための制御信号を制御手段が生成することができる。イオンガンは、その制御信号に基づいてイオンビームを出射することができる。
【００１９】
また、この発明に係るイオンビームの照射強度測定装置において、前記検出器は、前記照射強度をイオン電流密度として検出するようにするとよい。このように構成された同測定装置によると、検出器は、イオンビームが照射されると、イオン電流密度と対応する検出信号を生成する。このイオン電流密度は、イオンビームの照射強度と対応しているので、照射強度を測定することができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明に係るイオンビームの照射強度測定装置によると、イオンビームの照射強度を検出するための検出器を、モニタ透光体に設けた構成としたので、図５に示す従来の測定装置のように保持機構部を設ける必要がなく、簡単な構造で、基材に照射されるイオンビームの照射強度と同一、又は極めて相関関係の高い検出器における照射強度を正確に測定することができる。これによって、イオンガンを制御して、基材に所定の照射強度のイオンビームが照射されるようにすることができ、その結果、緻密であって、所定の分光特性を有する薄膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係るイオンビームの照射強度測定装置（以下、単に「測定装置」と言うこともある。）の実施形態を各図を参照して説明する。この測定装置６は、図１に示すように、真空蒸着成膜装置である例えばイオンアシスト蒸着装置（以下、単に「蒸着装置」と言うこともある。）７に取り付けて使用されるものであり、モニタ透光部交換装置８の測定位置Ｓに配置されているモニタ透光部９に照射されるイオンビーム１０の照射強度を測定することができる。そして、ドーム１１に取り付けられている多数の各基板１２に、予め定めた目標照射強度のイオンビーム１０が照射されるように制御することができるものである。蒸着装置７は、ドーム１１に取り付けられている各基板１２の下面に多層薄膜層を形成することができるものである。
【００２２】
イオンアシスト蒸着装置７は、図１に示すように、真空チャンバ１３を備えている。真空チャンバ１３は、真空ポンプ（図示せず）等によって内部の気体が排出されて、設定された所定の気圧を維持することができるものである。この真空チャンバ１３内には、下部にイオンガン１４、蒸発部１５、１５が設けられており、上部にドーム１１、光学式膜厚モニタ装置１６、及びモニタ透光部交換装置８が設けられている。
【００２３】
イオンガン１４は、例えばアルゴン又は酸素のイオンを出射して、それらのイオンを各基板１２の下面に照射するためのものである。このように、イオンを基板１２の下面に照射することによって、緻密性が高く、所定の屈折率及び透過率等の分光特性を有する薄膜を基板１２の下面に形成することができる。
【００２４】
蒸発部１５は、例えば多層薄膜層の各薄膜を形成するための蒸発材料を蒸発させるためのものであり、２つの蒸発部１５と１５とは、同等のものである。蒸発部１５は、例えばルツボと電子銃とを備えている。電子銃は、ルツボ内に収容されている蒸発材料に電子ビームを照射して、蒸発材料を蒸発させることができる。２つの蒸発部１５のルツボには、蒸発材料として例えば五酸化タンタル及び二酸化珪素がそれぞれ収容されている。また、各蒸発部１５は、遮蔽板を備えている。遮蔽板は、ルツボの開口部を開閉することができるものであり、ルツボの開口部を閉じた状態では、ルツボ内の蒸発材料が真空チャンバ１３内に飛散することを防止できる。そして、遮蔽板がルツボの開口部を開いた状態では、ルツボ内の蒸発材料が真空チャンバ１３内に飛散できる状態となる。この２つの蒸発部１５は、この２種類の各蒸発材料が真空チャンバ１３内で交互に飛散させることができるように構成されており、これによって、基板１２の下面に２種類の各蒸発材料を交互に蒸着させることができる。そして、これら２種類の各蒸発材料を交互に真空チャンバ１３内に飛散させるときは、まず、真空チャンバ１３内に飛散している蒸発材料の飛散を停止した後に、次の蒸発材料を真空チャンバ１３内に飛散させる。
【００２５】
ドーム１１は、図１に示すように、下面が上方に向かって凹状に湾曲する形状であり、上面に多数の基板１２を取り付けることができるように形成されている。そして、各基板１２が取り付けられる部分にはそれぞれ小孔（図示せず）が形成されている。これらの小孔は、ドーム１１に取り付けられている各基板１２の下面を露出させるためのものであり、このように、各基板１２の下面を露出させることによって、蒸発した蒸発材料やイオンビーム１０がそれら各下面に蒸着したり、照射されるようにすることができる。
【００２６】
光学式膜厚モニタ装置１６は、基板１２と同時進行でモニタ透光部９に形成される薄膜の膜厚を、成膜作業中に測定するものである。このモニタ透光部９は、真空チャンバ１３内で基板１２に薄膜を形成するときに、基板１２とは別個に真空チャンバ１３内に配置される。この光学式膜厚モニタ装置１６は、モニタ投光部（図示せず）、モニタ受光部２９（図４参照）、及びモニタ透光部９を備えている。
【００２７】
この光学式膜厚モニタ装置１６によると、モニタ投光部から出射された光は、モニタ透光部９を透過及び反射してモニタ受光部２９で受光される。モニタ受光部２９が光を受光すると、膜厚を表すモニタ電気信号を生成する。このモニタ電気信号は、このイオンアシスト蒸着装置７の制御部（図示せず）で処理されて、この制御部によって例えば自動的に蒸発部１５及びイオンガン１４等が制御され、これによって、基板１２に所定の目標膜厚の薄膜を形成することができるようになっている。
【００２８】
ただし、基板１２に多層薄膜層を形成するときは、各薄膜層の膜厚を測定する必要があるので、複数の各薄膜を形成するたびに、薄膜が形成された使用後のモニタ透光部９を、薄膜が形成されていない未使用のモニタ透光部９に取り替えて、膜厚を測定する必要がある。このために、モニタ透光部交換装置８が設けられている。
【００２９】
モニタ透光部交換装置８は、薄膜の膜厚測定に使用された使用後のモニタ透光部（薄膜が形成されたモニタ透光部）９と、薄膜の膜厚測定に使用されていない未使用のモニタ透光部（薄膜が形成されていないモニタ透光部）９とを交換して、未使用のモニタ透光部９を使用して膜厚を測定できるようにするものである。この未使用のモニタ透光部９が膜厚を測定するために配置される測定位置Ｓは、図１に示すように、ドーム１１の上面の中心位置である。そして、モニタ透光部交換装置８もこの位置に設けられている。図２は、ドーム１１を下方から見た状態を示す図であり、ドーム１１の中央に円形の開口部１１ａが形成されており、その開口部１１ａに円形の防着板１８が表れている。この防着板１８の上方にモニタ透光部交換装置８が配置されている。そして、防着板１８の中心位置にモニタ孔１８ａが形成されており、このモニタ孔１８ａからモニタ透光部９が表れている。
【００３０】
図３は、防着板１８の拡大底面図であり、その上面側にモニタ透光部交換装置８が配置されている。モニタ透光部交換装置８は、同図に示すように、測定前格納ケース１９、及び測定後格納ケース２０を備えている。この測定前格納ケース１９は、未使用の複数のモニタ透光部９を縦方向に重ね合わせた状態で格納するためのものであり、測定前格納位置Ｍに配置されている。そして、測定後格納ケース２０は、使用後の複数のモニタ透光部９を縦方向に重ね合わせた状態で格納することができるものであり、測定後格納位置Ｇに配置されている。この測定前格納ケース１９に格納されている未使用のモニタ透光部９のうち、最下段に配置されているモニタ透光部９は、回転送り板２１によって、測定前格納ケース１９の下側開口部から取り出されて、図３の時計方向（移動方向２２）に１２０°搬送されて測定位置Ｓに移動する。この測定位置Ｓに位置決めされた未使用のモニタ透光部９は、基板１２と同時進行で薄膜が形成されていき、その形成されていく薄膜の膜厚が光学式膜厚モニタ装置１６によって測定される。そして、この測定位置Ｓに位置決めされて薄膜が形成された使用後のモニタ透光部９は、図３に示すように、回転送り板２１によって時計方向（移動方向２２）に１２０°搬送されて測定後格納位置Ｇに移動する。この測定後格納位置Ｇに移動した使用後のモニタ透光部９は、測定後格納ケース２０の下側開口部に挿入されて格納される。このように、回転送り板２１が１２０°ずつ回転すると、測定前格納ケース１９に格納されている複数の未使用のモニタ透光部９のうちから１つずつ取り出して、測定位置Ｓに移動させて位置決めすることができる。そして、これと同時に、測定位置Ｓに位置決めされて、膜厚測定に使用された使用後のモニタ透光部９は、測定後格納ケース２０の位置に移動させてこのケース内に格納することができる。
【００３１】
図４は、このモニタ透光部交換装置８を示す断面図である。同図に示すように、防着板１８の中心にモニタ孔１８ａが形成されており、このモニタ孔１８ａの位置が測定位置Ｓであり、この測定位置Ｓに未使用のモニタ透光部９が順次搬送されて位置決めされる。この測定位置Ｓの同図の左側に測定前格納位置Ｍが定められており、この測定前格納位置Ｍに測定前格納ケース１９が配置されている。測定前格納ケース１９には、多数の未使用のモニタ透光部９が格納されている。なお、図４には示さないが、測定後格納位置Ｇには、測定前格納ケース１９と同等の測定後格納ケース２０が配置されている。測定位置Ｓに配置されている使用後のモニタ透光部９は、順次この測定後格納ケース２０に搬送されて格納される。
【００３２】
イオンビームの照射強度測定装置６は、図４に示すように、測定位置Ｓに配置されているモニタ透光部９の下面に照射されるイオンビーム１０の照射強度を測定することができるものであり、検出器２３、及びイオン電流密度制御部２４を備えている。
【００３３】
検出器２３は、イオンビーム１０の照射強度を検出するものであり、図４に示すように、モニタ透光部９に形成されている保持部としての機能も備えている。つまり、モニタ透光部９は、円板状のモニタガラス（モニタ透光体）２５と、検出器２３とから成っている。検出器２３は、導電性を有する材質であって、カップ状に形成されており、内側にモニタガラス２５が取り付けられている。モニタガラス２５の材質は、例えば石英である。なお、検出器２３の電気的絶縁を図るために、防着板１８の上面には、絶縁層１８ｂが形成されている。そして、検出器２３の底壁の中央部には、モニタ開口部２３ａが形成されている。
【００３４】
ここで、図４に示すように、モニタ透光部９が測定位置Ｓに位置決めされた状態で、モニタガラス２５の下面のうち、このモニタ開口部２３ａから露出する露出面２５ａに薄膜が形成される。そして、この露出面２５ａには、光学式膜厚モニタ装置１６のモニタ投光部から出射される光が透過及び反射して、このモニタガラス２５の露出面２５ａに形成される薄膜の膜厚が測定される。
【００３５】
また、検出器２３の底壁を形成する円環状の下面が検出面２３ｂとして形成されている。この検出面２３ｂには、イオンビーム１０がモニタ孔１８ａを通って照射される。更に、モニタ透光部９は、測定位置Ｓに位置決めされた状態で、カップ状に形成された検出器２３のフランジ状部２３ｃに、電気接触子２６が接触してこの電気接触子２６と電気的に接続されるように設けられている。このフランジ状部２３ｃは、検出器２３の上側開口縁に形成されている。そして、この電気接触子２６には、電流密度測定器２７が接続されている。
【００３６】
ところで、モニタ透光部９において、モニタガラス２５を検出器(保持部)２３で被覆しているのは、例えば測定前及び測定後の各格納ケース１９、２０内にモニタ透光部９を多数積み重ねて格納する際に、モニタガラス２５どうしが互いに接触しないようにすること、モニタガラス２５の露出面２５ａに形成される薄膜が、防着板１８の絶縁層１８ｂと接触しないようにすること、及び検出器２３に形成されているフランジ状部２３ｃを回転送り板２１の内縁部に係合させて搬送できるようにすること等のためである。
【００３７】
電流密度測定器２７は、検出器２３がイオンビーム１０を検出したときに生成する検出信号に基づいて、測定イオン電流密度信号（以下、「測定電流密度信号」と言う。）を出力するものである。この測定電流密度信号は、検出器２３の検出面２３ｂに照射されるイオンビーム１０の照射強度を表す信号である。つまり、図４に示すように、未使用のモニタ透光部９が測定位置Ｓに順次搬送されるたびに、その順次搬送される未使用のモニタ透光部９の検出器２３と、電流密度測定器２７とが電気接触子２６を介して電気的に互いに接続された状態となる。そして、電流密度測定器２７は、検出器２３に照射されるイオンビーム１０の照射強度と対応する測定電流密度信号を出力することができる。なお、電流密度測定器２７は、検出器２３の検出面２３ｂの面積が既知であるので、検出信号とこの検出面２３ｂの面積とを含む各種設定値やデータ等に基づいて、測定電流密度信号を演算して出力することができる。更に、この電流密度測定器２７は、図１に示すイオン電流密度制御部２４と電気的に接続されている。
【００３８】
イオン電流密度制御部２４は、図１に示すように、電流密度測定器２７から出力される測定電流密度信号と、予め設定されている目標電流密度信号とを比較して、検出器２３に照射されるイオンビーム１０の照射強度が所定の目標照射強度若しくはそれに近い照射強度となるように、制御信号を生成することができるものである。つまり、検出器２３に目標照射強度のイオンビーム１０が照射されると、電流密度測定器２７から目標電流密度信号が出力される。また、この制御信号は、イオンガン制御部２８に入力する。イオンガン制御部２８は、この制御信号に基づいてイオンガン１４を制御する。イオンガン１４は、その制御信号に基づいて例えばその設定が変更されて、イオンビーム１０を検出器２３に照射する。従って、イオンガン１４は、ドーム１１に取り付けられている多数の基板１２の下面にも、検出器２３が検出する所定の目標照射強度と対応する所定の目標照射強度、若しくはそれに近い照射強度のイオンビーム１０を照射することができる。その結果、緻密であって、所定の分光特性を有する薄膜層が基板１２の下面に形成される。
【００３９】
なお、イオン電流密度制御部２４は、イオンガン制御部２８を介してイオンガン１４と電気的に接続している。そして、イオンガン制御部２８は、制御信号に基づいて、イオンガン１４の例えばビーム電圧、ビーム電流、及び加速電圧等の設定を変更して、各基板１２及び検出器２３に照射されるイオンビーム１０の照射強度を変更することができる。
【００４０】
このイオンビームの照射強度測定装置６が使用されるイオンアシスト蒸着装置７によると、図１に示す真空チャンバ１３内で蒸発材料を蒸発させて、その蒸発材料を基板１２及びモニタガラス２５（及び検出器２３）に蒸着させると共に、基板１２及びモニタガラス２５にイオンビーム１０を照射することによって、基板１２及びモニタガラス２５に蒸発材料の薄膜を形成することができる。そして、これら基板１２に薄膜が形成されていくときに、モニタガラス２５に形成されていく薄膜の膜厚を例えば光学式膜厚モニタ装置１６によって監視することができる。そして、膜厚を監視しながら蒸着装置７を制御することによって、基板１２に所定の目標膜厚の薄膜を形成することができる。また、所定の目標照射強度のイオンビーム１０を基板１２及びモニタガラス２５に照射することによって、緻密であって所定の目標分光特性を有する薄膜をそれぞれに形成することができる。
【００４１】
なお、モニタガラス２５及び基板１２は、それぞれに形成される薄膜の厚み及び分光特性が互いに略同一、又は極めて相関関係が高くなる位置に配置されており、これによって、モニタガラス２５及び基板１２に略同一、又は対応する分光特性を有する薄膜を形成することができる。
【００４２】
そこで、このイオンビームの照射強度測定装置６によると、図４に示すように、イオンビーム１０の照射強度を検出するための検出器２３を、モニタガラス２５に設けたことによって、基板１２に照射されるイオンビーム１０の照射強度と同一、又は極めて相関関係の高い照射強度を検出することができる。従って、イオン電流密度制御部２４は、この検出された照射強度に基づいて、基板１２に照射されるイオンビーム１０の照射強度が、基板１２に対して設定されている目標照射強度、若しくはそれに近い照射強度となるように、イオンガン１４に対して補正等の制御をすることによって、基板１２に所定の目標分光特性を有する緻密な薄膜を形成することができる。
【００４３】
なお、このイオンビームの照射強度測定装置６によって、検出器２３に照射されるイオンビーム１０の照射強度を測定するのは、例えば多層薄膜層の各薄膜を基板１２の表面に順次形成する場合に、それぞれの薄膜を形成するそれぞれの前段階（蒸発材料が蒸発していない状態）のときである。このように、各薄膜を形成するそれぞれの前段階でイオンビーム１０の照射強度を測定装置６で測定して、イオンビーム１０が所定の許容範囲内の照射強度で検出器(基板１２)２３に照射されるように補正した後に、各層の薄膜を形成する。
【００４４】
更に、図４に示すイオンビームの照射強度測定装置６によると、イオンビーム１０の照射強度を検出するための検出器２３を、モニタガラス２５に設けた構成としたので、図５に示す従来の測定装置のように保持機構部４を設ける必要がなく、簡単な構造で、基板１２に照射されるイオンビーム１０の照射強度と同一、又は極めて相関関係の高い検出器２３における照射強度を正確に測定することができる。
【００４５】
そして、図４に示すように、モニタ透光部９は、測定前及び測定後の各格納ケース１９、２０内に多数積み重ねて格納したり、測定前及び測定後の各格納位置Ｍ、Ｇと測定位置Ｓとの間で移動させるときに便利なように、それぞれのモニタガラス２５が保持部（検出器２３）で保持されている。よって、この保持部を検出器２３としての機能を持たせることによって、検出器２３として新たに別の部材をモニタガラス２５に設ける必要がなく、よって、簡単な構造で、基板１２に照射されるイオンビーム１０の照射強度と同等の照射強度を正確に測定することができる。
【００４６】
また、図３及び図４に示すように、この測定装置６及びモニタ透光部交換装置８によると、イオンビーム１０の照射強度を測定するときは、測定前格納位置Ｍに格納されているモニタ透光部９を測定位置Ｓに移動させる。そして、照射強度の測定が済むと、測定位置Ｓに配置されている使用後のモニタ透光部９を測定後格納位置Ｇに移動させる。上記の手順を繰り返すことによって、照射強度の測定を複数回行うことができる。照射強度の測定を複数回行うのは、基板１２に多層薄膜層を形成するときに、それぞれの層ごとに照射強度を測定して、その照射強度が許容範囲内であることを確認する必要があるからである。
【００４７】
更に、図４に示すように、測定前及び測定後の各格納ケース１９、２０内に格納されているモニタ透光部９、及び回転送り板２１に配置されているモニタ透光部９に、蒸発材料が蒸着することを防止する防着板１８を設けたことによって、未使用及び測定後の各モニタ透光部９に蒸着材料が蒸着することを防止できる。よって、蒸着材料が蒸着していないモニタ透光部９を使用して、照射強度を正確に測定することができるし、測定後の各モニタ透光部９に形成された薄膜の管理を行うことができる。
【００４８】
ただし、上記実施形態では、図４に示すように、検出器２３を保持部として形成したが、これに代えて、検出器２３を保持部とは別個にモニタガラス２５に設けた構成としてもよい。
【００４９】
そして、上記実施形態では、図３及び図４に示すモニタ透光部交換装置８を使用したが、これ以外の構成のモニタ透光部交換装置を使用してもよい。要は、未使用のモニタ透光部９を測定位置Ｓに搬送して位置決めができ、測定位置Ｓに配置されている使用後のモニタ透光部９を測定位置Ｓから取り除くことができるようにすればよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上のように、本発明に係るイオンビームの照射強度測定装置は、構造が簡単であり、基材に照射されるイオンビームの照射強度と同一、又は極めて相関関係の高い検出器における照射強度を正確に測定することができるし、基材に照射されるイオンビームの照射強度が所定の目標照射強度若しくはそれに近い照射強度となるようにすることができる優れた効果を有し、このようなイオンビームの照射強度測定装置等に適用するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】この発明の実施形態に係るイオンビームの照射強度測定装置及び同測定装置が設けられているイオンアシスト蒸着装置を示す断面図である。
【図２】同実施形態のイオンアシスト蒸着装置に設けられているドームを示す底面図である。
【図３】同実施形態に係る同測定装置が適用されているモニタ透光部交換装置の動作を説明するための図であり、防着板を下方から見た拡大底面図である。
【図４】同実施形態の同測定装置及びモニタ透光部交換装置を示す縦断面図である。
【図５】従来のイオンビームの照射強度測定装置を示す図であり、（ａ）はイオンセンサがイオン源に向かう測定位置に設定されている状態を示す側面図、（ｂ）はイオンセンサを示す正面図である。
【符号の説明】
【００５２】
６ イオンビームの照射強度測定装置
７ イオアシスト蒸着装置
８ モニタ透光部交換装置
９ モニタ透光部
１０ イオンビーム
１１ ドーム
１１ａ 開口部
１２ 基板
１３ 真空チャンバ
１４ イオンガン
１５ 蒸発部
１６ 光学式膜厚モニタ
１８ 防着板
１８ａ モニタ孔
１８ｂ 絶縁層
１９ 測定前格納ケース
２０ 測定後格納ケース
２１ 回転送り板
２２ 移動方向
２３ 検出器
２３ａ モニタ開口部
２３ｂ 検出面
２３ｃ フランジ状部
２４ イオン電流密度制御部
２５ モニタガラス
２５ａ モニタガラスの露出面
２６ 電気接触子
２７ 電流密度測定器
２８ イオンガン制御部
２９ モニタ受光部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内で蒸発材料を蒸発させて、前記蒸発材料を基材及び前記基材に形成される薄膜の膜厚をモニタするためのモニタ透光体に蒸着させ、前記基材及び前記モニタ透光体にイオンビームを照射して前記蒸発材料の薄膜を前記基材及び前記モニタ透光体に形成する成膜装置において、
前記イオンビームの照射強度を検出するための検出器を、前記モニタ透光体に設けたことを特徴とするイオンビームの照射強度測定装置。
【請求項２】
前記検出器は、前記モニタ透光体を保持するための保持部として形成されていることを特徴とする請求項１記載のイオンビームの照射強度測定装置。
【請求項３】
前記モニタ透光体及び前記検出器によってモニタ透光部が形成され、前記照射強度を測定する前の前記モニタ透光部を格納する測定前格納位置、前記照射強度を測定する測定位置、及び前記照射強度を測定した後の前記モニタ透光部を格納する測定後格納位置を定めてあり、前記測定前格納位置に格納されている前記モニタ透光部を、前記測定位置に移動させた後に、前記測定後格納位置に格納するためのモニタ透光部交換手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のイオンビームの照射強度測定装置。
【請求項４】
前記測定前格納位置に格納されている前記モニタ透光部に、前記蒸発材料が蒸着することを防止する防着板を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のイオンビームの照射強度測定装置。
【請求項５】
前記検出器に照射される前記イオンビームの照射強度が所定の目標照射強度若しくはそれに近い照射強度となるように、前記検出器に照射される前記イオンビームの照射強度に基づいて制御信号を生成する制御手段を備え、前記制御信号に基づいて前記イオンビームをイオンガンが出射することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のイオンビームの照射強度測定装置。
【請求項６】
前記検出器は、前記照射強度をイオン電流密度として検出するためのものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のイオンビームの照射強度測定装置。
【請求項１】
真空チャンバ内で蒸発材料を蒸発させて、前記蒸発材料を基材及び前記基材に形成される薄膜の膜厚をモニタするためのモニタ透光体に蒸着させ、前記基材及び前記モニタ透光体にイオンビームを照射して前記蒸発材料の薄膜を前記基材及び前記モニタ透光体に形成する成膜装置において、
前記イオンビームの照射強度を検出するための検出器を、前記モニタ透光体に設けたことを特徴とするイオンビームの照射強度測定装置。
【請求項２】
前記検出器は、前記モニタ透光体を保持するための保持部として形成されていることを特徴とする請求項１記載のイオンビームの照射強度測定装置。
【請求項３】
前記モニタ透光体及び前記検出器によってモニタ透光部が形成され、前記照射強度を測定する前の前記モニタ透光部を格納する測定前格納位置、前記照射強度を測定する測定位置、及び前記照射強度を測定した後の前記モニタ透光部を格納する測定後格納位置を定めてあり、前記測定前格納位置に格納されている前記モニタ透光部を、前記測定位置に移動させた後に、前記測定後格納位置に格納するためのモニタ透光部交換手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のイオンビームの照射強度測定装置。
【請求項４】
前記測定前格納位置に格納されている前記モニタ透光部に、前記蒸発材料が蒸着することを防止する防着板を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のイオンビームの照射強度測定装置。
【請求項５】
前記検出器に照射される前記イオンビームの照射強度が所定の目標照射強度若しくはそれに近い照射強度となるように、前記検出器に照射される前記イオンビームの照射強度に基づいて制御信号を生成する制御手段を備え、前記制御信号に基づいて前記イオンビームをイオンガンが出射することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のイオンビームの照射強度測定装置。
【請求項６】
前記検出器は、前記照射強度をイオン電流密度として検出するためのものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のイオンビームの照射強度測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−１６１０６８（Ｐ２００６−１６１０６８Ａ）
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３５０２９２（Ｐ２００４−３５０２９２）
【出願日】平成１６年１２月２日（２００４．１２．２）
【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６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２日（２００４．１２．２）
【出願人】（０００００２３５８）新明和工業株式会社 (919)
【Ｆターム（参考）】
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