成膜装置及び成膜方法
【課題】同一の成膜材料を用いて繰り返し成膜を行った場合でも、各対象物における膜厚を均一化することのできる成膜装置を提供する。
【解決手段】ターゲット１０１を用いて基板１００の表面に成膜を行う成膜装置１は、ターゲット１０１が載置される載置面を有する材料設置部４と、基板１００を材料設置部４に載置されたターゲット１０１に対向させて支持する基板ホルダ６と、基板ホルダ６の材料設置部４に対向する面の第一の領域及び第二の領域の成膜環境を測定可能に配置されたセンサ部８と、センサ部８の測定結果に基づいて第一の領域及び第二の領域の成膜環境を比較し、両者の差が所定値以上であるときに材料設置部４と基板ホルダ６との位置関係を変化させるよう制御する制御部１０とを備えたことを特徴とする。
【解決手段】ターゲット１０１を用いて基板１００の表面に成膜を行う成膜装置１は、ターゲット１０１が載置される載置面を有する材料設置部４と、基板１００を材料設置部４に載置されたターゲット１０１に対向させて支持する基板ホルダ６と、基板ホルダ６の材料設置部４に対向する面の第一の領域及び第二の領域の成膜環境を測定可能に配置されたセンサ部８と、センサ部８の測定結果に基づいて第一の領域及び第二の領域の成膜環境を比較し、両者の差が所定値以上であるときに材料設置部４と基板ホルダ６との位置関係を変化させるよう制御する制御部１０とを備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜を成膜するための成膜装置及び成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
成膜装置を用いてレンズや基板等の対象物の表面に薄膜の成膜を行う場合、通常は、対象物を保持するホルダに多数の対象物を保持させて成膜を行う。このとき、ホルダの中心付近と周辺付近では成膜速度が同一でなくなることがあり、これを放置すると、ホルダの中心付近に保持された対象物と周辺付近に保持された対象物とでは、成膜された膜厚が不均一となり、品質のばらつきの原因となる。
【０００３】
この問題を解決するための装置として、特許文献１に記載の多層膜光学フィルター形成装置が提案されている。この装置においては、対象物である基板の周方向に複数個の膜厚モニターを設置して蒸着速度分布を把握し、その結果をフィードバックして蒸着源を制御している。具体的には、電子線の電流値、電子線の平均的位置、電子線のスキャン形状等を制御することにより、蒸着速度分布の均一化を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−６１８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ホルダの中心付近と周辺付近との成膜速度差が小さい場合は、特許文献１の装置を用いもある程度成膜速度の均一化は可能である。
しかしながら、同一の成膜材料を用いて何回も繰り返して成膜を行うと、成膜材料表面の高さが部分的に低くなるように成膜材料の形状が変化する。これによって成膜材料の挙動が変化し、ホルダの中心付近と周辺付近との成膜速度差はより大きくなる。このような状況下では、特許文献１に記載の装置では成膜速度を均一化することが困難となるという問題がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、同一の成膜材料を用いて繰り返し成膜を行った場合でも、各対象物における膜厚を均一化することのできる成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の態様は、成膜材料を用いて対象物の表面に成膜を行う成膜装置であって、前記成膜材料が載置される材料設置部と、前記対象物を前記材料設置部に載置された前記成膜材料に対向させて設置する対象物設置部と、前記対象物設置部の前記材料設置部に対向する面の第一の領域及び第二の領域の成膜環境を測定可能に配置されたセンサ部と、前記センサ部の測定結果に基づいて前記第一の領域及び前記第二の領域の成膜環境を比較し、両者の差が所定値以上であるときに前記材料設置部と前記対象物設置部との位置関係を変化させるよう制御する制御部とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
前記制御部は、前記第一の領域及び前記第二の領域の成膜環境の差が所定範囲以上であるときに、前記対象物設置部を前記材料設置部の前記載置面に対して平行方向に移動させて前記材料設置部と前記対象物設置部との位置関係を変化させてもよいし、前記対象物設置部を前記材料設置部の前記載置面に対して垂直方向に移動させて前記材料設置部と前記対象物設置部との位置関係を変化させてもよい。
【０００９】
本発明の第二の態様は、同一の成膜材料を用いて、対象物設置部に保持された複数の対象物の表面に複数回連続して成膜を行う成膜方法であって、前記対象物の表面に成膜を行う成膜工程と、前記成膜工程後に、前記対象物設置部の第一の領域の成膜環境と、前記対象物設置部の第二の領域の成膜環境とを比較する比較工程と、前記比較工程において検出された前記第一の領域の成膜環境と、前記第二の領域の成膜環境との差が所定値以上のときに、前記対象物設置部と前記成膜材料との位置関係を変化させる調節工程とを備えることを特徴とする。
【００１０】
前記調節工程においては、前記対象物設置部が前記成膜材料の前記対象物設置部に対向する面に対して平行方向に移動されてもよいし、前記成膜材料の前記対象物設置部に対向する面に対して垂直方向に移動されてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の成膜装置及び成膜方法によれば、同一の成膜材料を用いて繰り返し成膜を行った場合でも、各対象物における膜厚を均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態の成膜装置の構成を示す図である。
【図２】同成膜装置を用いて同一ターゲットで成膜を繰り返したときの基板ホルダ中央部および周辺部の膜厚の推移を示すグラフである。
【図３】同成膜装置における対象物支持部と材料保持部との偏心量と同基板ホルダ周辺部と中央部との膜厚比の関係を示すグラフである。
【図４】同成膜装置を用いた成膜方法の流れを示すフローチャートである。
【図５】同成膜装置の使用時の動作を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態の成膜装置の構成を示す図である。
【図７】同成膜装置における対象物支持部と材料保持部との垂直距離と同基板ホルダ周辺部と中央部との膜厚比の関係を示すグラフである。
【図８】同成膜装置の使用時の動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の第１実施形態の成膜装置について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態の成膜装置１を示す概略図である。
成膜装置１は、スパッタリングによる成膜を行う装置であって、真空槽２と、真空槽２の内部上方に設けられてレンズや基板等の成膜の対象物を保持する対象物支持部３と、真空槽２内部の下部に設けられた材料設置部４と、対象物支持部３と材料設置部４との間に設けられたシャッター５とを備えて構成されている。
【００１４】
真空槽２の側面には、導入ポート１５が貫通して設けられており、真空槽２への酸素ガスやアルゴンガス等のガスの導入に使用される。
【００１５】
対象物支持部３は、対象物が設置される略円盤状の基板ホルダ（対象物設置部）６と、基板ホルダ６を駆動させるための駆動部７と、基板上に成膜された薄膜の成膜速度を測定するセンサ部８とを備えている。
【００１６】
基板ホルダ６は回転軸９を中心に回転可能に構成されており、基板ホルダ６の下側（材料設置部４に対向する側）の面に成膜対象となる基板１００が設置される。駆動部７は、モータ等の公知の構成からなり、基板ホルダ６を回転軸９回りに回転させるとともに、基板ホルダ６を回転軸９と直交する方向に移動させて、基板ホルダ６と材料設置部４の水平方向（図１に示す左右方向）における位置関係を変化させることが可能である。
【００１７】
センサ部８は、真空槽２に支持されて基板ホルダ６の中心付近に配置された第１センサ８Ａと、真空槽２に支持されて基板ホルダ６の周縁付近に配置された第２センサ８Ｂとの２つの水晶センサを備える。各センサ８Ａ、８Ｂは、それぞれ基板ホルダ６の中央部（第一の領域）６Ａ及び周辺部（第二の領域）６Ｂ付近に取り付けられており、中央部６Ａ及び周辺部６Ｂに保持された基板１００の成膜速度を測定可能である。各センサ８Ａ、８Ｂは駆動部７の動きを制御するための制御部１０に接続されている。
【００１８】
材料設置部４は、成膜材料が設置されるバッキングプレート１１と、バッキングプレート１１の下方に設けられたマグネットユニット１２とを備えた公知の構成となっている。バッキングプレート１１上には、適宜選択された材質のターゲット（成膜材料）１０１が載置される。マグネットユニット１２には電源１３が接続されており、電源１３からマグネットユニット１１に電圧を印加することにより、基板１００の表面にターゲット１０１の材質からなる薄膜を形成することができる。
【００１９】
シャッター５は真空槽２の下部にその軸周りに回動自在に設けられた回動軸１７に支持固定される。シャッター５は、スパッタリング環境が安定するまでターゲット１０１と基板１００との間を遮蔽し、基板１００への成膜が行われないよう制御する。
【００２０】
以上が成膜装置１の構成に関する説明である。成膜装置１の使用時の動作については後述するが、成膜装置１を用いてターゲット１０１を交換せずに複数回継続して成膜工程を繰り返すと、平坦であったターゲット１０１の表面（対象物支持部３に対向する面）から分子が離脱することによって当該表面に凹凸が生じる。その結果、分子又は原子の飛び方が変化することによって、基板ホルダ６の中央部６Ａと周辺部６Ｂとにおける成膜速度の差が大きくなり、中央部６Ａと周辺部６Ｂとに保持された基板１００上に同一時間で形成される膜厚が均一でなくなる。
【００２１】
図２は、成膜装置１を用いてターゲット１０１を交換せずに成膜を複数回繰り返したときの各バッチにおいて、基板ホルダ６の中央部６Ａと周辺部６Ｂとに保持された基板１００上に同一時間に形成された薄膜の膜厚の推移を示すグラフである。図２に示すように、成膜を繰り返した場合、基板ホルダ６の中央部６Ａよりも周辺部６Ｂにおいて膜厚の低下の度合いが大きく、バッチを重ねるごとに両者の差が大きくなっていることがわかる。
【００２２】
図２の検討においては、図１に示す基板ホルダ６の下面Ｔとバッキングプレート１１の上面（載置面）Ｓに載置されたターゲット１０１の当初の表面との間の距離であるＴ−Ｓ間距離（垂直距離）Ｄ１と、基板ホルダ６の水平方向における中心と、材料設置部４の水平方向における中心との距離である偏心量Ｄ２とが一定であるためにターゲット１０１の表面形状の変化に伴って成膜速度及び膜厚に変化が生じている。
そこで、本実施形態の成膜装置１においては、制御部１０が駆動部７を制御して、基板ホルダ６を水平方向、すなわちバッキングプレート１１の載置面と平行な方向に移動する。これによって基板ホルダ６と材料設置部４上のターゲット１０１との水平方向における位置関係が変化し、それに伴って中央部６Ａ及び周辺部６Ｂにおける成膜速度及び膜厚が変化する。
【００２３】
図３は、成膜装置１を用いて１バッチ成膜を行い、その後、成膜材料１０１を新品と交換することを繰返し、垂直距離Ｄ１を変えずに偏心量Ｄ２を様々に変化させて基板ホルダ６の周辺部６Ｂに保持された基板１００上の膜厚と中央部６Ａに保持された基板１００上の膜厚との比を検討した結果を示すグラフである。図３に示すように、偏心量Ｄ２を大きくするほど周辺部６Ｂの膜厚が大きくなることがわかる。
図２に示すように、成膜装置１においては、バッチを繰り返すごとに周辺部の膜厚が低下するため、偏心量Ｄ２を増加させるように制御部１０が駆動部７を制御すれば、基板ホルダ６の中央部６Ａと周辺部６Ｂとにおける成膜速度環境差を小さくして各領域における成膜厚を均一に近づけることができる。
【００２４】
上記の構成を備えた成膜装置１の動作について、以下に説明する。
図４は、成膜装置１を用いた成膜方法の流れを示すフローチャートである。本成膜方法は、成膜を行う工程（成膜工程）Ｓ１０と、成膜後に基板ホルダ６の中央部６Ａと周辺部６Ｂとにおける成膜環境を比較する工程（比較工程）Ｓ２０及びＳ４０と、両者の環境における差が所定値以上であるときに基板ホルダ６を移動する工程（調節工程）Ｓ５０とを備えている。
【００２５】
まずステップＳ１０の成膜工程において、ユーザは基板ホルダ６上に基板１００を設置し、ターゲット１０１をバッキングプレート１１の載置面上に載置する。このとき、シャッター７は基板１００とターゲット１０１との間に位置させる。そして、図示しない排気手段によって真空槽２の排気を行い、真空槽２内を真空にする。
【００２６】
続いてアルゴン等の不活性ガスを導入ポート１５から導入してから、電源１３から電力をマグネットユニット１２に印加してプラズマを発生させる。発生したプラズマによってターゲット１０１に対し、公知のプレスパッタリングが行われる。必要に応じて酸素等の反応性ガスが導入ポート１５から導入される。スパッタリング環境が安定してから回転軸９をその軸回りに回転させて基板ホルダ６を回転させる。
回動軸１７をその軸回りに回動させてシャッター５を開き、基板１００とターゲット１０１との間の遮蔽物をなくすと、基板１００の表面にスパッタリングによって薄膜が形成される。図１に示す基板ホルダ６の中央部６Ａに保持された基板１００Ａ及び周辺部６Ｂに保持された基板１００Ｂ上の成膜速度の値は、それぞれセンサ部８の第１センサ８Ａ及び第２センサ８Ｂによって計測され、制御部１０に送られる。
成膜工程Ｓ１０が終了すると、回動軸１７が回転してシャッター５が再び基板１００とターゲット１０１との間を遮蔽し、処理はステップＳ２０に進む。
【００２７】
続くステップＳ２０では、成膜工程Ｓ１０における第１センサ８Ａ及び第２センサ８Ｂの計測した成膜速度値にもとづいて、基板ホルダ６の中央部６Ａと周辺部６Ｂにおける成膜工程中の平均成膜速度が各領域６Ａ、６Ｂの成膜環境を示す指標として取得される。
【００２８】
ステップＳ３０では、同一のターゲット１０１を用いて継続して成膜が行われるかどうかを作業者の制御部１０への入力等に基づいて制御部１０が判断する。継続した成膜が行われない場合は、制御部１０による基板ホルダ６の移動は必要ないため、処理はＮｏに進んで成膜作業を終了する。一方、継続した成膜が行われる場合は、基板ホルダ６の位置修正の必要性を判断するため、処理はステップＳ４０に進む。
【００２９】
ステップＳ４０において、制御部１０は、取得された平均成膜速度を比較し、基板ホルダ６の中央部６Ａと周辺部６Ｂにおける成膜速度差、すなわち成膜環境の差が所定値以上であるかどうかを判断する。この所定値は、要求される膜厚の精度に応じて適宜決定され、制御部１０に設定されてよい。
成膜速度差が所定値未満である場合、制御部１０による偏心量Ｄ２の調節は行われないので、処理はＮｏに進んで一旦停止する。不図示のロードロック式基板ホルダ搬送機構を用いて真空中で基板ホルダ６の基板１００を未処理のものと交換後、処理はステップＳ１０に戻り、次のバッチの成膜工程が行われる。
成膜速度差が所定値以上であった場合は、偏心量Ｄ２の調節が必要と判断され、処理はＹｅｓに進んでステップＳ５０に移る。
【００３０】
ステップＳ５０では、制御部１０が駆動部７を制御し、図５に示すように、偏心量Ｄ２が大きくなるように基板ホルダ６が図５の左側に移動される。このときの基板ホルダ６の水平方向への移動量は、常に所定の移動量、例えば３ミリメートル（ｍｍ）であってもよいし、是正すべき成膜速度差の大きさとそれに対応した偏心量Ｄ２の調整量を予めテーブル等として制御部１０に入力しておき、制御部１０が適宜当該テーブルを参照して移動量を決定するように構成されてもよい。このテーブルは、基板ホルダ６の移動量に伴い、新たなテーブルをつくり、移動量を決定するようにするとよい。
基板ホルダ６が水平方向に移動した後で成膜装置１は一旦停止し、上述のロードロック式基板ホルダ搬送機構を用いて真空中で基板ホルダ６の基板１００を未処理のものと交換後、処理はステップＳ１０に戻って次のバッチの成膜工程が行われる。
【００３１】
本実施形態のスパッタリング装置１によれば、ターゲット１０１を交換せずに継続して成膜が行われる場合、バッチが終了するごとに、センサ部８の取得値に基づいてステップＳ２０で得られた基板ホルダ６の中央部６Ａ及び周辺部６Ｂの平均成膜速度がステップＳ４０で比較される。これによって、中央部６Ａと周辺部６Ｂとの成膜環境が比較され、両者の差が所定値以上である場合に、ステップＳ５０の調節工程において制御部１０が駆動部７を介して基板ホルダ６を水平方向に移動させる。その結果、基板ホルダ６と材料設置部４との偏心量Ｄ２が変化して中央部６Ａと周辺部６Ｂとの成膜速度差が小さくなり、両者の成膜環境が均一化されて基板１００Ａ及び１００Ｂ上に形成される薄膜の膜厚も均一化される。
したがって、同一ターゲットを用いて繰り返し成膜を行う場合でも、基板ホルダ６に対する当該ターゲットの設置位置に関わらず基板１００上に均一に成膜を行うことができ、成膜の再現性、精度を向上させることができる。
【００３２】
本実施形態においては、同一ターゲットを用いて成膜を継続するか否かの判断が行われるステップＳ３０の前に、当該判断に関わらず常に成膜工程Ｓ１０における平均成膜速度がステップＳ２０において取得される例を説明した。しかし、本実施形態の成膜装置１はこれには限定されず、例えばステップＳ１０の成膜工程を継続したままにステップＳ２０を行い、続いてステップＳ４０に相当する、基板ホルダ６の中央部６Ａと周辺部６Ｂとの間の成膜速度差が所定値以上であるかの判断を行い、許容範囲外の場合には基板ホルダ６を移動させるステップＳ５０の調節工程を、成膜を継続したまま行うように構成されてもよい。
【００３３】
次に本発明の第２実施形態について、図６を参照して説明する。本実施形態の成膜装置２１と上述の第１実施形態の成膜装置１との異なるところは、駆動部による対象物支持部の動作の態様である。なお、以下の説明において、成膜装置１と共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００３４】
図６は成膜装置２１を示す図である。成膜装置２１の多くの構成は上述した成膜装置１と共通しているが、対象物支持部３に取り付けられた駆動部２２は、基板ホルダ６を回転軸９回りに回転可能であると共に、基板ホルダ６を回転軸９と平行な方向に移動させることが可能に構成されている。すなわち、成膜装置２１においては偏心量Ｄ２を変化させることはできない代わりに、基板ホルダ６を材料設置部４の載置面と垂直な方向に移動させて垂直距離Ｄ１を変化させることによって、基板ホルダ６及び保持された基板１００と、材料設置部４及び載置されたターゲット１０１との位置関係を変化させることができる。
【００３５】
図７は、成膜装置２１を用いて１バッチ成膜を行い、その後、成膜材料１０１を新品と交換することを繰返し、偏心量Ｄ２を変えずに垂直距離Ｄ１を様々に変化させて基板ホルダ６の周辺部６Ｂに保持された基板１００Ｂ上の膜厚と中央部６Ａに保持された基板１００Ａ上の膜厚との比を検討した結果を示すグラフである。図７に示すように、垂直距離Ｄ１を長くする、すなわち、基板ホルダ６を材料設置部４から遠ざけるほど周辺部６Ｂの膜厚が大きくなることがわかる。
【００３６】
したがって、成膜装置２１を用いた本実施形態の成膜手順においては、ステップＳ５０の調節工程において、例えば周辺部６Ｂにおける成膜速度と中央部６Ａにおける基板１００Ｂの成膜速度との差が所定値以上である場合は、図８に示すように、制御部１０が駆動部２２を介して基板ホルダ６を成膜装置２１の上側に移動させることによって、基板ホルダ６の中央部６Ａと周辺部６Ｂとにおける成膜速度差を小さくして、成膜環境を均一化させることができる。
【００３７】
本実施形態の成膜装置２１においても、制御部１０が対象物支持部３と材料設置部４との位置関係を変化させることによって、対象物支持部３に保持された複数の基板１００間の成膜環境を均一に近づけることができる。その結果、成膜の精度を向上させることができる。
【００３８】
また、駆動部２２に対象物支持部３を水平方向に移動させるための機構を設ける必要がないため、駆動部の構成がより簡素になり、より低コストで成膜装置を構成することができる。
【００３９】
（実施例）
以上説明した本発明の成膜装置及び成膜方法について、実施例を用いてさらに説明する。本実施例においては、平均成膜速度に基づいて算出された膜厚比を成膜環境を示す指標として用いた。
本実施例では、第２実施形態の成膜装置２１と同一の構成を有する成膜装置２１Ａを用いて、基板１００上にＭｇＦ２の単層膜を１００±５ｎｍとなるように２０回繰返し成膜した。なお、このＭｇＦ２の単層膜は、反射防止膜として用いられるものである。
【００４０】
ＭｇＦ２の単層膜を成膜する前に、内径φ１２０ｍｍ、内径高さ０．３５ｃｍの石英製の皿からなる材料設置部４の中に粒径１〜２ｍｍのＭｇＦ２の成膜材料１０１を８５ｇだけ配設し、成膜材料１０１の表面を平坦化させた。さらに、対象物支持部３に基板１００を搭載した基板ホルダ６を取り付けた。基板１００としては、φ２０ｍｍ、厚さ１ｍｍのガラス基板を用いた。
垂直距離Ｄ１及び偏心量Ｄ２はいずれも１００ｍｍに設定し、駆動部２２が回転軸９を中心に３０ｒｐｍで基板ホルダ６及び基板１００を回転させるよう制御部１０の設定を行った。
【００４１】
次に、不図示の真空ポンプを用いて、５×１０−４Ｐａまで真空槽２内を排気した。その後、導入ポート１５から酸素ガスを４×１０−1Ｐａまで導入した。さらに、（高周波）電源１３から不図示のマッチングボックスを介して、マグネットユニット１２へ１０００Ｗの高周波電力を供給し、プラズマを発生させた。この状態で、シャッター５を１００秒間開け、基板１００上にＭｇＦ２単層膜をセンサ部８で監視しながら１００ｎｍになるまで成膜する成膜工程（ステップＳ１０）を行った。このとき、センサ部８Ａで検出する成膜速度が１ｎｍ/秒で一定となるように電源１３が制御された。
【００４２】
次に、成膜された基板１００を保持した基板ホルダ６を、不図示の移動手段により真空槽２から移動させ、この基板ホルダ６を搬送している間に、平均成膜速度を取得する工程(ステップＳ２０)を行い、次のバッチを行うか判断する（ステップＳ３０）。このとき、まだ成膜を２０回行ってない場合はステップＳ４０へ進み、新規に成膜されていない基板１００を保持した基板ホルダ６を真空槽２の上部へ配設させた。
【００４３】
ステップＳ２０で得られた平均成膜速度から膜厚比を算出し、中心部６Ａと周辺部６Ｂの膜厚の差が５％未満、すなわち膜厚比（周辺部６Ｂ／中心部６Ａ）が０．９５より大きく１．０５未満の場合は次の成膜工程Ｓ１０へ進むよう制御部１０を設定した。
一方、中心部６Ａと周辺部６Ｂの膜厚の差が５％以上の場合のうち、膜厚比が１．０５以上の場合は垂直距離Ｄ１を小さくし、膜厚比が０．９５より小さい場合は垂直距離Ｄ１を大きくするように基板ホルダ６を移動させるよう制御部１０を設定した。なお、基板ホルダ６の移動距離は、得られた膜厚比の値にもとづいて決定されるよう設定された。
【００４４】
以上のようなスパッタリング成膜と、成膜された基板１００を真空槽２から取出し新規の成膜されていない基板１００を真空槽２へ配設する作業と、この対象物支持部３の搬送作業と同時に膜厚比の１との差分値が所定値以上のときに基板ホルダ６を移動する作業を繰返し行うことにより、真空槽２を大気にさらすことなく真空中で連続的に２０回ＭｇＦ２単層膜を１００ｎｍ成膜した。また、上述の制御部１０の設定に基づいて、成膜が１０回行われた後に、垂直距離Ｄ１が１０５ｍｍに増加するように基板ホルダ６が５ｍｍ上方に移動された。
各回において成膜されたＭｇＦ２単層膜の反射率特性をオリンパス株式会社製レンズ反射率測定器（商品名ＵＳＰＭ）で測定し、これらの反射率測定結果から物理膜厚を算出した。これらＭｇＦ２単層膜の物理膜厚はいずれも１００±５ｎｍの範囲内であり、２０回という多数回の成膜であっても成膜毎に安定していることが確認された。
【００４５】
以上のように、本実施例においては、基板ホルダ６と成膜材料１０１の位置関係を制御することで、基板ホルダ６の中心部６Ａに設置された基板１００Ａの膜厚が基板ホルダ６の周辺部６Ｂに設置された基板１００Ｂの膜厚と略同一となり、同一時間で繰返し成膜した時の基板上の物理膜厚を均一にすることができた。また、複数の基板上の膜厚分布の再現性が良くなり、生産効率を向上させることができた。
【００４６】
以上、第１及び第２実施形態、並びに実施例を用いて説明したように、本発明の成膜装置によれば、同一の成膜材料を用いて複数回成膜を行う場合でも、センサ部で計測した第一の領域と第二の領域の成膜環境の差が所定値以上であると、制御部が材料設置部と対象物設置部との位置関係を変化させることによって第一の領域と第二の領域の成膜環境の差が小さくなり、アウトプットとしての膜厚を均一に近づけることができる。
【００４７】
また、本発明の成膜方法によれば、同一の成膜材料を用いて複数回成膜を行う場合でも、比較工程において比較された第一の領域と第二の領域の成膜環境の差が所定値以上であると、調節工程において材料設置部と対象物設置部との位置関係が変化されて第一の領域と第二の領域の成膜環境の差が小さくなり、アウトプットとしての膜厚を均一に近づけることができる。
【００４８】
以上、本発明の各実施形態及び実施例について説明したが、本発明の技術範囲は上記説明の内容に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述した各実施形態においては、スパッタリングによって成膜を行う成膜装置の例を挙げたが、本発明は真空蒸着法、イオンプレーティング法、イオンアシスト法等の他の方法によって成膜を行う成膜装置にも適用可能である。
【００４９】
また、上述した各実施形態においては、センサ部８が水晶センサで構成され、平均成膜速度差が制御ターゲットとされて成膜環境の比較及び調整が行われる例を説明したが、これに代えて、成膜速度を積分した膜厚値や実施例に示した膜厚比の値等を制御ターゲットとしてもよい。さらに、膜厚値を制御ターゲットとする場合は、水晶センサに代えて光学式の膜厚センサが用いられてもよい。加えて、成膜速度が選択した成膜材料に鑑みて好適な所定の範囲内の値となるように、センサ部のセンサの出力値に基づいて成膜速度値そのものが成膜速度差と併せて制御されてもよい。
【００５０】
また、上述した各実施形態においては、基板ホルダ周縁部の成膜速度が上昇するように対象物設置部と材料設置部との位置関係が調節される例を説明したが、これは一例である。したがって、成膜を繰り返すと逆に基板ホルダ中央部における成膜速度が低下する等の場合は、これに応じて、上述の態様とは逆の制御を行うことによって各部位の成膜速度を均一に近づけることができる。適切な制御態様については、上述の図３及び図７に示すような実験によって偏心量や垂直距離と成膜速度等との関係を明らかにし、当該実験結果に基づいて制御部における制御態様を決定すればよい。
また、成膜環境を調節する対象となる対象物設置部の第一及び第二の領域についても、上述の基板ホルダ中央部及び周辺部に限定されず、装置の成膜特性によって適宜設定されてよい。
【００５１】
加えて、成膜環境を調節するための対象物設置部の移動態様は、上述のような水平方向及び垂直方向のいずれか一方に限定されるものではない。したがって、これらを適宜組み合わせて２軸方向に移動可能に対象物設置部を構成することによって、より好適に成膜環境の調節が可能になるとともに、装置の寸法等の設計パラメータが調節機能に制限を加える事態を起きにくくすることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１、２１ 成膜装置
４ 材料設置部
６ 基板ホルダ（対象物設置部）
６Ａ 中央部（第一の領域）
６Ｂ 周辺部（第二の領域）
８ センサ部
１０ 制御部
１００、１００Ａ、１００Ｂ 基板（対象物）
１０１ ターゲット（成膜材料）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜を成膜するための成膜装置及び成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
成膜装置を用いてレンズや基板等の対象物の表面に薄膜の成膜を行う場合、通常は、対象物を保持するホルダに多数の対象物を保持させて成膜を行う。このとき、ホルダの中心付近と周辺付近では成膜速度が同一でなくなることがあり、これを放置すると、ホルダの中心付近に保持された対象物と周辺付近に保持された対象物とでは、成膜された膜厚が不均一となり、品質のばらつきの原因となる。
【０００３】
この問題を解決するための装置として、特許文献１に記載の多層膜光学フィルター形成装置が提案されている。この装置においては、対象物である基板の周方向に複数個の膜厚モニターを設置して蒸着速度分布を把握し、その結果をフィードバックして蒸着源を制御している。具体的には、電子線の電流値、電子線の平均的位置、電子線のスキャン形状等を制御することにより、蒸着速度分布の均一化を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−６１８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ホルダの中心付近と周辺付近との成膜速度差が小さい場合は、特許文献１の装置を用いもある程度成膜速度の均一化は可能である。
しかしながら、同一の成膜材料を用いて何回も繰り返して成膜を行うと、成膜材料表面の高さが部分的に低くなるように成膜材料の形状が変化する。これによって成膜材料の挙動が変化し、ホルダの中心付近と周辺付近との成膜速度差はより大きくなる。このような状況下では、特許文献１に記載の装置では成膜速度を均一化することが困難となるという問題がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、同一の成膜材料を用いて繰り返し成膜を行った場合でも、各対象物における膜厚を均一化することのできる成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の態様は、成膜材料を用いて対象物の表面に成膜を行う成膜装置であって、前記成膜材料が載置される材料設置部と、前記対象物を前記材料設置部に載置された前記成膜材料に対向させて設置する対象物設置部と、前記対象物設置部の前記材料設置部に対向する面の第一の領域及び第二の領域の成膜環境を測定可能に配置されたセンサ部と、前記センサ部の測定結果に基づいて前記第一の領域及び前記第二の領域の成膜環境を比較し、両者の差が所定値以上であるときに前記材料設置部と前記対象物設置部との位置関係を変化させるよう制御する制御部とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
前記制御部は、前記第一の領域及び前記第二の領域の成膜環境の差が所定範囲以上であるときに、前記対象物設置部を前記材料設置部の前記載置面に対して平行方向に移動させて前記材料設置部と前記対象物設置部との位置関係を変化させてもよいし、前記対象物設置部を前記材料設置部の前記載置面に対して垂直方向に移動させて前記材料設置部と前記対象物設置部との位置関係を変化させてもよい。
【０００９】
本発明の第二の態様は、同一の成膜材料を用いて、対象物設置部に保持された複数の対象物の表面に複数回連続して成膜を行う成膜方法であって、前記対象物の表面に成膜を行う成膜工程と、前記成膜工程後に、前記対象物設置部の第一の領域の成膜環境と、前記対象物設置部の第二の領域の成膜環境とを比較する比較工程と、前記比較工程において検出された前記第一の領域の成膜環境と、前記第二の領域の成膜環境との差が所定値以上のときに、前記対象物設置部と前記成膜材料との位置関係を変化させる調節工程とを備えることを特徴とする。
【００１０】
前記調節工程においては、前記対象物設置部が前記成膜材料の前記対象物設置部に対向する面に対して平行方向に移動されてもよいし、前記成膜材料の前記対象物設置部に対向する面に対して垂直方向に移動されてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の成膜装置及び成膜方法によれば、同一の成膜材料を用いて繰り返し成膜を行った場合でも、各対象物における膜厚を均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態の成膜装置の構成を示す図である。
【図２】同成膜装置を用いて同一ターゲットで成膜を繰り返したときの基板ホルダ中央部および周辺部の膜厚の推移を示すグラフである。
【図３】同成膜装置における対象物支持部と材料保持部との偏心量と同基板ホルダ周辺部と中央部との膜厚比の関係を示すグラフである。
【図４】同成膜装置を用いた成膜方法の流れを示すフローチャートである。
【図５】同成膜装置の使用時の動作を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態の成膜装置の構成を示す図である。
【図７】同成膜装置における対象物支持部と材料保持部との垂直距離と同基板ホルダ周辺部と中央部との膜厚比の関係を示すグラフである。
【図８】同成膜装置の使用時の動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の第１実施形態の成膜装置について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態の成膜装置１を示す概略図である。
成膜装置１は、スパッタリングによる成膜を行う装置であって、真空槽２と、真空槽２の内部上方に設けられてレンズや基板等の成膜の対象物を保持する対象物支持部３と、真空槽２内部の下部に設けられた材料設置部４と、対象物支持部３と材料設置部４との間に設けられたシャッター５とを備えて構成されている。
【００１４】
真空槽２の側面には、導入ポート１５が貫通して設けられており、真空槽２への酸素ガスやアルゴンガス等のガスの導入に使用される。
【００１５】
対象物支持部３は、対象物が設置される略円盤状の基板ホルダ（対象物設置部）６と、基板ホルダ６を駆動させるための駆動部７と、基板上に成膜された薄膜の成膜速度を測定するセンサ部８とを備えている。
【００１６】
基板ホルダ６は回転軸９を中心に回転可能に構成されており、基板ホルダ６の下側（材料設置部４に対向する側）の面に成膜対象となる基板１００が設置される。駆動部７は、モータ等の公知の構成からなり、基板ホルダ６を回転軸９回りに回転させるとともに、基板ホルダ６を回転軸９と直交する方向に移動させて、基板ホルダ６と材料設置部４の水平方向（図１に示す左右方向）における位置関係を変化させることが可能である。
【００１７】
センサ部８は、真空槽２に支持されて基板ホルダ６の中心付近に配置された第１センサ８Ａと、真空槽２に支持されて基板ホルダ６の周縁付近に配置された第２センサ８Ｂとの２つの水晶センサを備える。各センサ８Ａ、８Ｂは、それぞれ基板ホルダ６の中央部（第一の領域）６Ａ及び周辺部（第二の領域）６Ｂ付近に取り付けられており、中央部６Ａ及び周辺部６Ｂに保持された基板１００の成膜速度を測定可能である。各センサ８Ａ、８Ｂは駆動部７の動きを制御するための制御部１０に接続されている。
【００１８】
材料設置部４は、成膜材料が設置されるバッキングプレート１１と、バッキングプレート１１の下方に設けられたマグネットユニット１２とを備えた公知の構成となっている。バッキングプレート１１上には、適宜選択された材質のターゲット（成膜材料）１０１が載置される。マグネットユニット１２には電源１３が接続されており、電源１３からマグネットユニット１１に電圧を印加することにより、基板１００の表面にターゲット１０１の材質からなる薄膜を形成することができる。
【００１９】
シャッター５は真空槽２の下部にその軸周りに回動自在に設けられた回動軸１７に支持固定される。シャッター５は、スパッタリング環境が安定するまでターゲット１０１と基板１００との間を遮蔽し、基板１００への成膜が行われないよう制御する。
【００２０】
以上が成膜装置１の構成に関する説明である。成膜装置１の使用時の動作については後述するが、成膜装置１を用いてターゲット１０１を交換せずに複数回継続して成膜工程を繰り返すと、平坦であったターゲット１０１の表面（対象物支持部３に対向する面）から分子が離脱することによって当該表面に凹凸が生じる。その結果、分子又は原子の飛び方が変化することによって、基板ホルダ６の中央部６Ａと周辺部６Ｂとにおける成膜速度の差が大きくなり、中央部６Ａと周辺部６Ｂとに保持された基板１００上に同一時間で形成される膜厚が均一でなくなる。
【００２１】
図２は、成膜装置１を用いてターゲット１０１を交換せずに成膜を複数回繰り返したときの各バッチにおいて、基板ホルダ６の中央部６Ａと周辺部６Ｂとに保持された基板１００上に同一時間に形成された薄膜の膜厚の推移を示すグラフである。図２に示すように、成膜を繰り返した場合、基板ホルダ６の中央部６Ａよりも周辺部６Ｂにおいて膜厚の低下の度合いが大きく、バッチを重ねるごとに両者の差が大きくなっていることがわかる。
【００２２】
図２の検討においては、図１に示す基板ホルダ６の下面Ｔとバッキングプレート１１の上面（載置面）Ｓに載置されたターゲット１０１の当初の表面との間の距離であるＴ−Ｓ間距離（垂直距離）Ｄ１と、基板ホルダ６の水平方向における中心と、材料設置部４の水平方向における中心との距離である偏心量Ｄ２とが一定であるためにターゲット１０１の表面形状の変化に伴って成膜速度及び膜厚に変化が生じている。
そこで、本実施形態の成膜装置１においては、制御部１０が駆動部７を制御して、基板ホルダ６を水平方向、すなわちバッキングプレート１１の載置面と平行な方向に移動する。これによって基板ホルダ６と材料設置部４上のターゲット１０１との水平方向における位置関係が変化し、それに伴って中央部６Ａ及び周辺部６Ｂにおける成膜速度及び膜厚が変化する。
【００２３】
図３は、成膜装置１を用いて１バッチ成膜を行い、その後、成膜材料１０１を新品と交換することを繰返し、垂直距離Ｄ１を変えずに偏心量Ｄ２を様々に変化させて基板ホルダ６の周辺部６Ｂに保持された基板１００上の膜厚と中央部６Ａに保持された基板１００上の膜厚との比を検討した結果を示すグラフである。図３に示すように、偏心量Ｄ２を大きくするほど周辺部６Ｂの膜厚が大きくなることがわかる。
図２に示すように、成膜装置１においては、バッチを繰り返すごとに周辺部の膜厚が低下するため、偏心量Ｄ２を増加させるように制御部１０が駆動部７を制御すれば、基板ホルダ６の中央部６Ａと周辺部６Ｂとにおける成膜速度環境差を小さくして各領域における成膜厚を均一に近づけることができる。
【００２４】
上記の構成を備えた成膜装置１の動作について、以下に説明する。
図４は、成膜装置１を用いた成膜方法の流れを示すフローチャートである。本成膜方法は、成膜を行う工程（成膜工程）Ｓ１０と、成膜後に基板ホルダ６の中央部６Ａと周辺部６Ｂとにおける成膜環境を比較する工程（比較工程）Ｓ２０及びＳ４０と、両者の環境における差が所定値以上であるときに基板ホルダ６を移動する工程（調節工程）Ｓ５０とを備えている。
【００２５】
まずステップＳ１０の成膜工程において、ユーザは基板ホルダ６上に基板１００を設置し、ターゲット１０１をバッキングプレート１１の載置面上に載置する。このとき、シャッター７は基板１００とターゲット１０１との間に位置させる。そして、図示しない排気手段によって真空槽２の排気を行い、真空槽２内を真空にする。
【００２６】
続いてアルゴン等の不活性ガスを導入ポート１５から導入してから、電源１３から電力をマグネットユニット１２に印加してプラズマを発生させる。発生したプラズマによってターゲット１０１に対し、公知のプレスパッタリングが行われる。必要に応じて酸素等の反応性ガスが導入ポート１５から導入される。スパッタリング環境が安定してから回転軸９をその軸回りに回転させて基板ホルダ６を回転させる。
回動軸１７をその軸回りに回動させてシャッター５を開き、基板１００とターゲット１０１との間の遮蔽物をなくすと、基板１００の表面にスパッタリングによって薄膜が形成される。図１に示す基板ホルダ６の中央部６Ａに保持された基板１００Ａ及び周辺部６Ｂに保持された基板１００Ｂ上の成膜速度の値は、それぞれセンサ部８の第１センサ８Ａ及び第２センサ８Ｂによって計測され、制御部１０に送られる。
成膜工程Ｓ１０が終了すると、回動軸１７が回転してシャッター５が再び基板１００とターゲット１０１との間を遮蔽し、処理はステップＳ２０に進む。
【００２７】
続くステップＳ２０では、成膜工程Ｓ１０における第１センサ８Ａ及び第２センサ８Ｂの計測した成膜速度値にもとづいて、基板ホルダ６の中央部６Ａと周辺部６Ｂにおける成膜工程中の平均成膜速度が各領域６Ａ、６Ｂの成膜環境を示す指標として取得される。
【００２８】
ステップＳ３０では、同一のターゲット１０１を用いて継続して成膜が行われるかどうかを作業者の制御部１０への入力等に基づいて制御部１０が判断する。継続した成膜が行われない場合は、制御部１０による基板ホルダ６の移動は必要ないため、処理はＮｏに進んで成膜作業を終了する。一方、継続した成膜が行われる場合は、基板ホルダ６の位置修正の必要性を判断するため、処理はステップＳ４０に進む。
【００２９】
ステップＳ４０において、制御部１０は、取得された平均成膜速度を比較し、基板ホルダ６の中央部６Ａと周辺部６Ｂにおける成膜速度差、すなわち成膜環境の差が所定値以上であるかどうかを判断する。この所定値は、要求される膜厚の精度に応じて適宜決定され、制御部１０に設定されてよい。
成膜速度差が所定値未満である場合、制御部１０による偏心量Ｄ２の調節は行われないので、処理はＮｏに進んで一旦停止する。不図示のロードロック式基板ホルダ搬送機構を用いて真空中で基板ホルダ６の基板１００を未処理のものと交換後、処理はステップＳ１０に戻り、次のバッチの成膜工程が行われる。
成膜速度差が所定値以上であった場合は、偏心量Ｄ２の調節が必要と判断され、処理はＹｅｓに進んでステップＳ５０に移る。
【００３０】
ステップＳ５０では、制御部１０が駆動部７を制御し、図５に示すように、偏心量Ｄ２が大きくなるように基板ホルダ６が図５の左側に移動される。このときの基板ホルダ６の水平方向への移動量は、常に所定の移動量、例えば３ミリメートル（ｍｍ）であってもよいし、是正すべき成膜速度差の大きさとそれに対応した偏心量Ｄ２の調整量を予めテーブル等として制御部１０に入力しておき、制御部１０が適宜当該テーブルを参照して移動量を決定するように構成されてもよい。このテーブルは、基板ホルダ６の移動量に伴い、新たなテーブルをつくり、移動量を決定するようにするとよい。
基板ホルダ６が水平方向に移動した後で成膜装置１は一旦停止し、上述のロードロック式基板ホルダ搬送機構を用いて真空中で基板ホルダ６の基板１００を未処理のものと交換後、処理はステップＳ１０に戻って次のバッチの成膜工程が行われる。
【００３１】
本実施形態のスパッタリング装置１によれば、ターゲット１０１を交換せずに継続して成膜が行われる場合、バッチが終了するごとに、センサ部８の取得値に基づいてステップＳ２０で得られた基板ホルダ６の中央部６Ａ及び周辺部６Ｂの平均成膜速度がステップＳ４０で比較される。これによって、中央部６Ａと周辺部６Ｂとの成膜環境が比較され、両者の差が所定値以上である場合に、ステップＳ５０の調節工程において制御部１０が駆動部７を介して基板ホルダ６を水平方向に移動させる。その結果、基板ホルダ６と材料設置部４との偏心量Ｄ２が変化して中央部６Ａと周辺部６Ｂとの成膜速度差が小さくなり、両者の成膜環境が均一化されて基板１００Ａ及び１００Ｂ上に形成される薄膜の膜厚も均一化される。
したがって、同一ターゲットを用いて繰り返し成膜を行う場合でも、基板ホルダ６に対する当該ターゲットの設置位置に関わらず基板１００上に均一に成膜を行うことができ、成膜の再現性、精度を向上させることができる。
【００３２】
本実施形態においては、同一ターゲットを用いて成膜を継続するか否かの判断が行われるステップＳ３０の前に、当該判断に関わらず常に成膜工程Ｓ１０における平均成膜速度がステップＳ２０において取得される例を説明した。しかし、本実施形態の成膜装置１はこれには限定されず、例えばステップＳ１０の成膜工程を継続したままにステップＳ２０を行い、続いてステップＳ４０に相当する、基板ホルダ６の中央部６Ａと周辺部６Ｂとの間の成膜速度差が所定値以上であるかの判断を行い、許容範囲外の場合には基板ホルダ６を移動させるステップＳ５０の調節工程を、成膜を継続したまま行うように構成されてもよい。
【００３３】
次に本発明の第２実施形態について、図６を参照して説明する。本実施形態の成膜装置２１と上述の第１実施形態の成膜装置１との異なるところは、駆動部による対象物支持部の動作の態様である。なお、以下の説明において、成膜装置１と共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００３４】
図６は成膜装置２１を示す図である。成膜装置２１の多くの構成は上述した成膜装置１と共通しているが、対象物支持部３に取り付けられた駆動部２２は、基板ホルダ６を回転軸９回りに回転可能であると共に、基板ホルダ６を回転軸９と平行な方向に移動させることが可能に構成されている。すなわち、成膜装置２１においては偏心量Ｄ２を変化させることはできない代わりに、基板ホルダ６を材料設置部４の載置面と垂直な方向に移動させて垂直距離Ｄ１を変化させることによって、基板ホルダ６及び保持された基板１００と、材料設置部４及び載置されたターゲット１０１との位置関係を変化させることができる。
【００３５】
図７は、成膜装置２１を用いて１バッチ成膜を行い、その後、成膜材料１０１を新品と交換することを繰返し、偏心量Ｄ２を変えずに垂直距離Ｄ１を様々に変化させて基板ホルダ６の周辺部６Ｂに保持された基板１００Ｂ上の膜厚と中央部６Ａに保持された基板１００Ａ上の膜厚との比を検討した結果を示すグラフである。図７に示すように、垂直距離Ｄ１を長くする、すなわち、基板ホルダ６を材料設置部４から遠ざけるほど周辺部６Ｂの膜厚が大きくなることがわかる。
【００３６】
したがって、成膜装置２１を用いた本実施形態の成膜手順においては、ステップＳ５０の調節工程において、例えば周辺部６Ｂにおける成膜速度と中央部６Ａにおける基板１００Ｂの成膜速度との差が所定値以上である場合は、図８に示すように、制御部１０が駆動部２２を介して基板ホルダ６を成膜装置２１の上側に移動させることによって、基板ホルダ６の中央部６Ａと周辺部６Ｂとにおける成膜速度差を小さくして、成膜環境を均一化させることができる。
【００３７】
本実施形態の成膜装置２１においても、制御部１０が対象物支持部３と材料設置部４との位置関係を変化させることによって、対象物支持部３に保持された複数の基板１００間の成膜環境を均一に近づけることができる。その結果、成膜の精度を向上させることができる。
【００３８】
また、駆動部２２に対象物支持部３を水平方向に移動させるための機構を設ける必要がないため、駆動部の構成がより簡素になり、より低コストで成膜装置を構成することができる。
【００３９】
（実施例）
以上説明した本発明の成膜装置及び成膜方法について、実施例を用いてさらに説明する。本実施例においては、平均成膜速度に基づいて算出された膜厚比を成膜環境を示す指標として用いた。
本実施例では、第２実施形態の成膜装置２１と同一の構成を有する成膜装置２１Ａを用いて、基板１００上にＭｇＦ２の単層膜を１００±５ｎｍとなるように２０回繰返し成膜した。なお、このＭｇＦ２の単層膜は、反射防止膜として用いられるものである。
【００４０】
ＭｇＦ２の単層膜を成膜する前に、内径φ１２０ｍｍ、内径高さ０．３５ｃｍの石英製の皿からなる材料設置部４の中に粒径１〜２ｍｍのＭｇＦ２の成膜材料１０１を８５ｇだけ配設し、成膜材料１０１の表面を平坦化させた。さらに、対象物支持部３に基板１００を搭載した基板ホルダ６を取り付けた。基板１００としては、φ２０ｍｍ、厚さ１ｍｍのガラス基板を用いた。
垂直距離Ｄ１及び偏心量Ｄ２はいずれも１００ｍｍに設定し、駆動部２２が回転軸９を中心に３０ｒｐｍで基板ホルダ６及び基板１００を回転させるよう制御部１０の設定を行った。
【００４１】
次に、不図示の真空ポンプを用いて、５×１０−４Ｐａまで真空槽２内を排気した。その後、導入ポート１５から酸素ガスを４×１０−1Ｐａまで導入した。さらに、（高周波）電源１３から不図示のマッチングボックスを介して、マグネットユニット１２へ１０００Ｗの高周波電力を供給し、プラズマを発生させた。この状態で、シャッター５を１００秒間開け、基板１００上にＭｇＦ２単層膜をセンサ部８で監視しながら１００ｎｍになるまで成膜する成膜工程（ステップＳ１０）を行った。このとき、センサ部８Ａで検出する成膜速度が１ｎｍ/秒で一定となるように電源１３が制御された。
【００４２】
次に、成膜された基板１００を保持した基板ホルダ６を、不図示の移動手段により真空槽２から移動させ、この基板ホルダ６を搬送している間に、平均成膜速度を取得する工程(ステップＳ２０)を行い、次のバッチを行うか判断する（ステップＳ３０）。このとき、まだ成膜を２０回行ってない場合はステップＳ４０へ進み、新規に成膜されていない基板１００を保持した基板ホルダ６を真空槽２の上部へ配設させた。
【００４３】
ステップＳ２０で得られた平均成膜速度から膜厚比を算出し、中心部６Ａと周辺部６Ｂの膜厚の差が５％未満、すなわち膜厚比（周辺部６Ｂ／中心部６Ａ）が０．９５より大きく１．０５未満の場合は次の成膜工程Ｓ１０へ進むよう制御部１０を設定した。
一方、中心部６Ａと周辺部６Ｂの膜厚の差が５％以上の場合のうち、膜厚比が１．０５以上の場合は垂直距離Ｄ１を小さくし、膜厚比が０．９５より小さい場合は垂直距離Ｄ１を大きくするように基板ホルダ６を移動させるよう制御部１０を設定した。なお、基板ホルダ６の移動距離は、得られた膜厚比の値にもとづいて決定されるよう設定された。
【００４４】
以上のようなスパッタリング成膜と、成膜された基板１００を真空槽２から取出し新規の成膜されていない基板１００を真空槽２へ配設する作業と、この対象物支持部３の搬送作業と同時に膜厚比の１との差分値が所定値以上のときに基板ホルダ６を移動する作業を繰返し行うことにより、真空槽２を大気にさらすことなく真空中で連続的に２０回ＭｇＦ２単層膜を１００ｎｍ成膜した。また、上述の制御部１０の設定に基づいて、成膜が１０回行われた後に、垂直距離Ｄ１が１０５ｍｍに増加するように基板ホルダ６が５ｍｍ上方に移動された。
各回において成膜されたＭｇＦ２単層膜の反射率特性をオリンパス株式会社製レンズ反射率測定器（商品名ＵＳＰＭ）で測定し、これらの反射率測定結果から物理膜厚を算出した。これらＭｇＦ２単層膜の物理膜厚はいずれも１００±５ｎｍの範囲内であり、２０回という多数回の成膜であっても成膜毎に安定していることが確認された。
【００４５】
以上のように、本実施例においては、基板ホルダ６と成膜材料１０１の位置関係を制御することで、基板ホルダ６の中心部６Ａに設置された基板１００Ａの膜厚が基板ホルダ６の周辺部６Ｂに設置された基板１００Ｂの膜厚と略同一となり、同一時間で繰返し成膜した時の基板上の物理膜厚を均一にすることができた。また、複数の基板上の膜厚分布の再現性が良くなり、生産効率を向上させることができた。
【００４６】
以上、第１及び第２実施形態、並びに実施例を用いて説明したように、本発明の成膜装置によれば、同一の成膜材料を用いて複数回成膜を行う場合でも、センサ部で計測した第一の領域と第二の領域の成膜環境の差が所定値以上であると、制御部が材料設置部と対象物設置部との位置関係を変化させることによって第一の領域と第二の領域の成膜環境の差が小さくなり、アウトプットとしての膜厚を均一に近づけることができる。
【００４７】
また、本発明の成膜方法によれば、同一の成膜材料を用いて複数回成膜を行う場合でも、比較工程において比較された第一の領域と第二の領域の成膜環境の差が所定値以上であると、調節工程において材料設置部と対象物設置部との位置関係が変化されて第一の領域と第二の領域の成膜環境の差が小さくなり、アウトプットとしての膜厚を均一に近づけることができる。
【００４８】
以上、本発明の各実施形態及び実施例について説明したが、本発明の技術範囲は上記説明の内容に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述した各実施形態においては、スパッタリングによって成膜を行う成膜装置の例を挙げたが、本発明は真空蒸着法、イオンプレーティング法、イオンアシスト法等の他の方法によって成膜を行う成膜装置にも適用可能である。
【００４９】
また、上述した各実施形態においては、センサ部８が水晶センサで構成され、平均成膜速度差が制御ターゲットとされて成膜環境の比較及び調整が行われる例を説明したが、これに代えて、成膜速度を積分した膜厚値や実施例に示した膜厚比の値等を制御ターゲットとしてもよい。さらに、膜厚値を制御ターゲットとする場合は、水晶センサに代えて光学式の膜厚センサが用いられてもよい。加えて、成膜速度が選択した成膜材料に鑑みて好適な所定の範囲内の値となるように、センサ部のセンサの出力値に基づいて成膜速度値そのものが成膜速度差と併せて制御されてもよい。
【００５０】
また、上述した各実施形態においては、基板ホルダ周縁部の成膜速度が上昇するように対象物設置部と材料設置部との位置関係が調節される例を説明したが、これは一例である。したがって、成膜を繰り返すと逆に基板ホルダ中央部における成膜速度が低下する等の場合は、これに応じて、上述の態様とは逆の制御を行うことによって各部位の成膜速度を均一に近づけることができる。適切な制御態様については、上述の図３及び図７に示すような実験によって偏心量や垂直距離と成膜速度等との関係を明らかにし、当該実験結果に基づいて制御部における制御態様を決定すればよい。
また、成膜環境を調節する対象となる対象物設置部の第一及び第二の領域についても、上述の基板ホルダ中央部及び周辺部に限定されず、装置の成膜特性によって適宜設定されてよい。
【００５１】
加えて、成膜環境を調節するための対象物設置部の移動態様は、上述のような水平方向及び垂直方向のいずれか一方に限定されるものではない。したがって、これらを適宜組み合わせて２軸方向に移動可能に対象物設置部を構成することによって、より好適に成膜環境の調節が可能になるとともに、装置の寸法等の設計パラメータが調節機能に制限を加える事態を起きにくくすることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１、２１ 成膜装置
４ 材料設置部
６ 基板ホルダ（対象物設置部）
６Ａ 中央部（第一の領域）
６Ｂ 周辺部（第二の領域）
８ センサ部
１０ 制御部
１００、１００Ａ、１００Ｂ 基板（対象物）
１０１ ターゲット（成膜材料）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜材料を用いて対象物の表面に成膜を行う成膜装置であって、
前記成膜材料が載置される載置面を有する材料設置部と、
前記対象物を前記材料設置部に載置された前記成膜材料に対向させて設置する対象物設置部と、
前記対象物設置部の前記材料設置部に対向する面の第一の領域及び第二の領域の成膜環境を測定可能に配置されたセンサ部と、
前記センサ部の測定結果に基づいて前記第一の領域及び前記第二の領域の成膜環境を比較し、両者の差が所定値以上であるときに前記材料設置部と前記対象物設置部との位置関係を変化させるよう制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記第一の領域及び前記第二の領域の成膜環境の差が所定範囲以上であるときに、前記対象物設置部を前記材料設置部の前記載置面に対して平行方向に移動させて前記材料設置部と前記対象物設置部との位置関係を変化させることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第一の領域及び前記第二の領域の成膜環境の差が所定範囲以上であるときに、前記対象物設置部を前記材料設置部の前記載置面に対して垂直方向に移動させて前記材料設置部と前記対象物設置部との位置関係を変化させることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項４】
同一の成膜材料を用いて、対象物設置部に設置された複数の対象物の表面に複数回連続して成膜を行う成膜方法であって、
前記対象物の表面に成膜を行う成膜工程と、
前記成膜工程後に、前記対象物設置部の第一の領域の成膜環境と、前記対象物設置部の第二の領域の成膜環境とを比較する比較工程と、
前記比較工程において検出された前記第一の領域の成膜環境と、前記第二の領域の成膜環境との差が所定値以上のときに、前記対象物設置部と前記成膜材料との位置関係を変化させる調節工程と、
を備えることを特徴とする成膜方法。
【請求項５】
前記調節工程において、前記対象物設置部が前記成膜材料の前記対象物設置部に対向する面に対して平行方向に移動されることを特徴とする請求項４に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記調節工程において、前記対象物設置部が前記成膜材料の前記対象物設置部に対向する面に対して垂直方向に移動されることを特徴とする請求項４に記載の成膜方法。
【請求項１】
成膜材料を用いて対象物の表面に成膜を行う成膜装置であって、
前記成膜材料が載置される載置面を有する材料設置部と、
前記対象物を前記材料設置部に載置された前記成膜材料に対向させて設置する対象物設置部と、
前記対象物設置部の前記材料設置部に対向する面の第一の領域及び第二の領域の成膜環境を測定可能に配置されたセンサ部と、
前記センサ部の測定結果に基づいて前記第一の領域及び前記第二の領域の成膜環境を比較し、両者の差が所定値以上であるときに前記材料設置部と前記対象物設置部との位置関係を変化させるよう制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記第一の領域及び前記第二の領域の成膜環境の差が所定範囲以上であるときに、前記対象物設置部を前記材料設置部の前記載置面に対して平行方向に移動させて前記材料設置部と前記対象物設置部との位置関係を変化させることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第一の領域及び前記第二の領域の成膜環境の差が所定範囲以上であるときに、前記対象物設置部を前記材料設置部の前記載置面に対して垂直方向に移動させて前記材料設置部と前記対象物設置部との位置関係を変化させることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項４】
同一の成膜材料を用いて、対象物設置部に設置された複数の対象物の表面に複数回連続して成膜を行う成膜方法であって、
前記対象物の表面に成膜を行う成膜工程と、
前記成膜工程後に、前記対象物設置部の第一の領域の成膜環境と、前記対象物設置部の第二の領域の成膜環境とを比較する比較工程と、
前記比較工程において検出された前記第一の領域の成膜環境と、前記第二の領域の成膜環境との差が所定値以上のときに、前記対象物設置部と前記成膜材料との位置関係を変化させる調節工程と、
を備えることを特徴とする成膜方法。
【請求項５】
前記調節工程において、前記対象物設置部が前記成膜材料の前記対象物設置部に対向する面に対して平行方向に移動されることを特徴とする請求項４に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記調節工程において、前記対象物設置部が前記成膜材料の前記対象物設置部に対向する面に対して垂直方向に移動されることを特徴とする請求項４に記載の成膜方法。
【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２０１０−２７０３８８（Ｐ２０１０−２７０３８８Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２５６３１（Ｐ２００９−１２５６３１）
【出願日】平成２１年５月２５日（２００９．５．２５）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２５日（２００９．５．２５）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]