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、各対象物における成膜速度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の表面に対向するように配置され、基板１００を設置する基板ホルダ６と、基板１００上の成膜環境を測定可能なセンサ部８とを備え、対象物ホルダ６は、ターゲット１０１に対して移動可能に構成されるとともに、基板ホルダ６の移動量及び移動方向と、センサ部８の移動量及び移動方向とが同一に設定されていることを特徴とする。
【解決手段】ターゲット１０１の表面に対向するように配置され、基板１００を設置する基板ホルダ６と、基板１００上の成膜環境を測定可能なセンサ部８とを備え、対象物ホルダ６は、ターゲット１０１に対して移動可能に構成されるとともに、基板ホルダ６の移動量及び移動方向と、センサ部８の移動量及び移動方向とが同一に設定されていることを特徴とする。
【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】
デジタルカメラ、顕微鏡、内視鏡等の光学機器には、反射防止膜やダイクロイックフィルター等の光学薄膜が成膜された光学素子が用いられている。一般的に、これら光学薄膜を成膜する成膜装置としては、真空蒸着装置やマグネトロンスパッタリング装置が多く用いられている。成膜装置を用いて基板等の対象物の表面に成膜を行う場合、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に成膜された薄膜の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、例えば特許文献１に記載の真空蒸着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の電子銃を制御している。具体的には、電子銃において電子線の電流値、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の装置を用いても、ある程度成膜速度の均一化は可能である。
しかしながら、上述した特許文献１における方法では、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形状が変化する。これによって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に記載の装置では蒸着源をフィードバック制御しても、成膜速度を均一化することが困難になるという不具合があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、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、各対象物における成膜環境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、前記成膜材料の表面に対向するように配置され、前記対象物を設置する対象物ホルダと、前記対象物上の成膜環境を測定可能な少なくとも２つのセンサ部と、を備え、前記対象物ホルダは、前記成膜材料と相対的に移動可能に構成されるとともに、前記対象物ホルダの移動量及び移動方向と、前記センサ部の移動量及び移動方向とが同一に設定されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の成膜装置は、前記センサ部の測定結果に基づいて、前記対象物ホルダと前記成膜材料との相対的な位置関係を変化させる制御部を備え、前記制御部は、前記少なくとも２つのセンサ部で測定された前記成膜環境のうち、１つの前記センサ部で測定された前記成膜環境と、別の前記センサ部で測定された前記成膜環境との差が所定範囲以上であるときに、前記対象物ホルダを移動させてもよい。
【０００９】
前記制御部は、前記１つのセンサ部で測定された前記成膜環境と、前記別のセンサ部で測定された前記成膜環境との差が所定範囲以上であるときに、前記対象物ホルダを前記成膜材料の表面に平行な方向に移動させてもよいし、前記対象物ホルダを前記成膜材料の表面の法線方向に対して平行に移動させてもよい。
【００１０】
本発明の第二の態様は、同一の成膜材料を用いて、対象物ホルダに設置された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、前記成膜工程中または前記成膜工程後に、前記対象物の成膜環境を測定可能に設けられた少なくとも２つのセンサ部により測定された成膜環境を示す指標を取得する指標取得工程と、前記指標取得工程で取得された指標に基づいて、前記対象物ホルダと前記成膜材料との相対的な位置関係を変化させる調節工程とを有し、前記調節工程では、前記対象物ホルダと前記成膜材料との位置関係の変化前後において、前記対象物ホルダと前記センサ部との相対位置が同一に保持されることを特徴とする。
【００１１】
また、前記調節工程では、前記指標取得工程で取得された前記成膜環境のうち、前記１つのセンサ部で測定された前記成膜環境と、前記別のセンサ部で測定された前記成膜環境との差が所定範囲以上であるときに、前記対象物ホルダを移動させてもよい。
【００１２】
前記調節工程では、前記指標取得工程で取得された前記成膜環境のうち、前記１つのセンサ部で測定された前記成膜環境と、前記別のセンサ部で測定された前記成膜環境との差が所定範囲以上であるときに、前記対象物ホルダを前記成膜材料の表面に対して平行な方向に移動させてもよいし、前記対象物ホルダを前記成膜材料の表面の法線方向に対して平行に移動させてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
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、各対象物における成膜速度を均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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及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基板保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基板保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】
【００１５】
（第１実施形態）
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。
図１に示すように、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成膜の対象物である基板１００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と対象物支持部３を駆動させるための駆動部７を備えて構成されている。
【００１６】
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への不活性ガスの導入や酸素ガス、窒素ガス、フッ素系ガス等の反応性ガスの導入に使用される。
【００１７】
対象物支持部３は、基板１００が保持される略円盤状の基板ホルダ（対象物ホルダ）６と、基板１００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。
【００１８】
センサ部８は、駆動部７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センサ部（１つのセンサ部）８Ａと、駆動部７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センサ部（別のセンサ部）８Ｂとの２つの水晶センサを備えている。各センサ部８Ａ、８Ｂは、それぞれ基板ホルダ６の中央部６Ａ及び周辺部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。各センサ部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。
【００１９】
基板ホルダ６は、回転軸９の軸心Ｏ１回り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、対象物支持部３（基板ホルダ６及びセンサ部８）を回転軸９の軸心Ｏ１回りに回転させるとともに、対象物支持部３を回転軸９の軸心Ｏ１方向に直交する方向に移動させて、基板ホルダ６及びセンサ部８と材料設置部４との水平方向（図１に示す左右方向）における相対的な位置関係を変化させることが可能である。
【００２０】
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１２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。このとき、導入ポート１５から酸素ガス等の反応性ガスを導入してターゲット１０１の材質と反応させて酸化物等の薄膜を基板１００の表面に形成することも可能である。また、基板１００への成膜中に制御部１０から電源１３の出力を調整することにより、成膜速度が一定になるように制御することができる。
【００２１】
シャッター５は、真空槽２の下部に、その軸心Ｏ２回りに回動可能に設けられた回動軸１７に支持固定されている。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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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）に載置されたターゲット１０１の当初の表面（Ｓ）との間の垂直距離であるＴ−Ｓ間距離Ｄ１と、基板ホルダ６の水平方向における中心（回転軸９の軸心Ｏ１と基板ホルダ６の下面Ｔとの交点）と、材料設置部４の水平方向における中心Ｏ３との水平方向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ことが考えられる。
【００２５】
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、対象物支持部３（基板ホルダ６及びセンサ部８Ａ，８Ｂ）を水平方向、すなわちバッキングプレート１１の載置面の面方向と平行な方向（成膜材料の表面に平行な方向）に移動させる。これによって対象物支持部３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。
【００２６】
図３は、成膜装置１を用いて垂直距離Ｄ１を変えずに偏心量Ｄ２を様々な値に設定し、１バッチごとにターゲット１０１を新品と交換して成膜を行ったときの、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の膜厚の中央部６Aの膜厚に対する比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６Ｂの膜厚、および周辺部６Ｂの膜厚の中央部６Aの膜厚に対する比が低下するため、バッチを繰り返すごとに偏心量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とにおける膜厚差を小さくして両者の成膜速度環境を均一に近づけることができる。
【００２７】
（作用）
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。
図４に示すように、本成膜方法は、成膜を行う成膜工程Ｓ１０と、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を成膜環境を示す指標として取得する指標取得工程Ｓ２０と、同一のターゲット１０１を用いて継続して成膜を行うかどうかを判断する継続判断工程Ｓ３０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し、両者の環境における差が所定値以上であるかどうかを判断する工程Ｓ４０と、両者の環境における差が所定値以上であるときに対象物支持部３（基板ホルダ６及びセンサ部８）を移動する工程（調節工程）Ｓ５０と、を備えている。
【００２８】
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５は基板１００とターゲット１０１との間に位置させる。そして、不図示の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。
【００２９】
続いて、不活性ガスを導入ポート１５から真空槽２内に導入し、電源１３からマグネットユニット１２に電力を印加して真空槽２内に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に対して公知のプレスパッタリングが行われる。そして、必要に応じて酸素等の反応性ガスを導入ポート１５から真空槽２内に導入し、スパッタリング環境が安定した後に回転軸９をその軸心Ｏ１回りに回転させ、対象物支持部３を回転させる。
【００３０】
次に、回動軸１７をその軸心Ｏ２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センサ部８Ａ及び第２センサ部８Ｂによって計測され、この計測結果が制御部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。
【００３１】
続くステップＳ２０では、成膜工程Ｓ１０における第１センサ部８Ａ及び第２センサ部８Ｂの計測した成膜速度値（指標）に基づいて、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。
【００３２】
次に、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ユーザの制御部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による対象物支持部３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（ステップＳ３０による判断結果が「ＹＥＳ」の場合）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。
【００３３】
ステップＳ４０において、制御部１０は、ステップＳ２０で取得された基板１００Ａ，１００Ｂ上の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とにおける成膜速度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、予め制御部１０に設定しておくことが好ましい。
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が所定値未満（成膜速度差が許容範囲内）である場合、制御部１０による偏心量Ｄ２の調節は必要ないと判断され、処理は「ＮＯ」に進んで、成膜処理を一旦停止する。そして、不図示のロードロック式基板搬送機構を用いて、真空中で基板ホルダ６に保持された基板１００を未成膜の基板１００に交換した後、処理はステップＳ１０に戻り、上述したフローと同様に次のバッチの成膜工程が行われる。
一方、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が所定値以上（成膜速度差が許容範囲外）である場合は、制御部１０による偏心量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。
【００３４】
図５は、図１の成膜装置１の偏心量Ｄ２が大きくなるように、初期位置（図１の状態）から対象物支持部３が左側に移動したときの、対象物支持部３とターゲット１０１との位置関係を示す図である。
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対象物支持部３が図５の左側に移動する（図５中矢印Ａ参照）。
ここで、本実施形態では、基板ホルダ６とともにセンサ部８が駆動部７に支持されているため、対象物支持部移動工程においては基板ホルダ６とセンサ部８とが同期して移動することになる。すなわち、基板ホルダ６及びセンサ部８の移動時における移動量及び移動方向が同一に設定されており、基板ホルダ６の移動前後において、基板ホルダ６に対するセンサ部８の相対位置は変化しない。なお、対象物支持部３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せてもよい。
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、不図示のロードロック式基板搬送機構を用いて、真空中で基板ホルダ６の基板を未成膜のものと交換した後、処理はステップＳ１０に戻って、上述したフローと同様に次のバッチの成膜工程が行われる。
【００３５】
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の対象物支持部移動工程において制御部１０が駆動部７を介して対象物支持部３を水平方向に移動させ、容易にフィードバック制御することが可能となる。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１０１を用いて繰り返し成膜を行う場合でも、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。すなわち、本実施形態では、成膜速度に応じてターゲット１０１と対象物支持部３との相対位置を変化させることで、従来のように成膜速度に基づいて電子銃等を制御する場合に比べて簡素な構成で基板ホルダ６上における成膜環境の均一化を図ることができる。そのため、製造効率及び製造コストの向上も図ることができる。
【００３６】
特に、本実施形態では、基板ホルダ６の中央部６Ａ及び周辺部６Ｂの成膜速度を測定するセンサ部８が駆動部７に支持されているため、対象物支持部移動工程において基板ホルダ６とセンサ部８とが同期して移動することになる。すなわち、基板ホルダ６及びセンサ部８の移動時における移動量及び移動方向が同一に設定されているため、基板ホルダ６の移動前後において、基板ホルダ６に対するセンサ部８の相対位置は変化しない。これにより、基板ホルダ６上の常に同位置の成膜速度を、センサ部８によって測定することができるため、信頼性が高く高精度な測定結果を得ることができる。
その結果、基板ホルダ６上における成膜環境の更なる均一化を図り、基板１００上に形成される薄膜の均一化を図ることができる。なお、基板ホルダ６上における常に同位置の成膜速度を測定することで、過去の成膜時（例えば、前回成膜時）における基板１００への成膜速度に基づいてフィードバック制御を行うこともできる。
【００３７】
さらに、基板ホルダ６上の成膜速度を常時測定しながら成膜を行うことができるため、この測定結果に基づいてターゲット１０１と対象物支持部３との相対的な位置関係を速やかに変化させることができる。その結果、基板１００上に形成される薄膜のさらなる均一化を図ることができる。
【００３８】
なお、本実施形態においては、同一ターゲット１０１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の途中にステップＳ２０とステップＳ４０を行い、許容範囲外の場合には対象物支持部３を移動させるステップＳ５０を行い、成膜を継続する構成にしてもよい。
【００３９】
（第２実施形態）
次に本発明の第２の実施形態について、図６〜図８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３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。
図６は成膜装置２１を示す概略図である。
図６に示すように、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の軸心Ｏ１回りに回転可能とすると共に、対象物支持部３を回転軸９の軸心Ｏ１方向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、対象物支持部３を材料設置部４の載置面と垂直な方向、つまり成膜材料の表面の法線方向（軸心Ｏ１方向）に対して平行に移動させて、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）に載置されたターゲット１０１の当初の表面Ｓとの間の垂直距離であるＴ−Ｓ間距離Ｄ１を変化させることができるようになっている。よって、基板ホルダ６、センサ部８及び基板１００と、材料設置部４及び載置されたターゲット１０１との相対的な位置関係を変化させることができる。
【００４０】
図７は、成膜装置２１を用いて偏心量Ｄ２を変えずに、垂直距離Ｄ１を様々な値に設定し、１バッチごとにターゲット１０１を新品と交換して成膜を行い、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、Ｔ−Ｓ間距離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の膜厚の中央部６Aの膜厚に対する比が大きくなることがわかる。
【００４１】
（作用）
上記の構成を備えた成膜装置２１の動作について、以下に説明する。
図８は、図６の成膜装置２１のＴ−Ｓ間距離Ｄ１が小さくなるように、対象物支持部３が初期位置（図６の状態）から下側に移動したときの基板ホルダ６とターゲット１０１の位置関係を示す図である。
成膜装置２１を用いた成膜手順においては、ステップＳ５０の対象物支持部移動工程において、例えば周辺部６Ｂの基板１００Ｂの成膜速度が所定値以上（成膜速度が許容範囲外）に上昇している場合は、図８に示すように、制御部１０が駆動部２２を介して対象物支持部３を成膜装置２１の下側に移動させる（図８中矢印Ｂ参照）。これにより、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。
【００４２】
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、容易にフィードバック制御することが可能となる。その結果、成膜の精度を向上させることができる。
また、駆動部２２に対象物支持部３及びセンサ部８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２２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。
【００４３】
（実施例）
次に、本発明の実施例について、図６〜図８を参照して説明する。
本実施例の成膜装置２１は上述の第２実施形態の成膜装置２１と同一の構成であるため、以下の説明においては、成膜装置２１の構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
図６に示すように、本実施形態に係る成膜装置２１により、基板１００上へＭｇＦ２の単層膜を１００±５ｎｍとなるように２０回繰返し成膜した成膜方法について、以下、説明する。また、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。
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のターゲット１０１を８５ｇだけ配設する。次に、ターゲット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。このときの偏心量Ｄ２は１００ｍｍ、及びＴ−Ｓ間距離Ｄ１は１００ｍｍであり、さらに、回転軸９を中心に３０ｒｐｍで基板１００を公転させた。
【００４４】
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、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。次に、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１４００Ｗ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成膜した（ステップＳ１０）。このとき、センサ部８Ａで成膜速度が１ｎｍ/秒で一定となるように電源１３を制御している。
【００４５】
次に、成膜された基板１００を保持した基板ホルダ６を、不図示のロードロック式基板搬送機構により真空槽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し（ステップＳ２０）、次のバッチを行うか判断する（ステップＳ３０）。このとき、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の上部へ配設する。
そして、図７に示すように、ステップＳ２０で得られた平均成膜速度から膜厚比（成膜環境）を算出し、中央部６Ａと周辺部６Ｂの膜厚比が１．０５以下の場合はＴ−Ｓ間距離Ｄ１を変更せずに、次の成膜工程（ステップＳ１０）へ進む。一方、膜厚比が１．０５より大きい場合は、Ｔ−Ｓ間距離Ｄ１を小さくし、膜厚比が０．９５より小さい場合はＴ−Ｓ間距離Ｄ１を大きくするように対象物支持部３を移動させる。なお、上述した第１，２実施形態のように、対象物支持部３の移動判断を平均成膜速度に基づいて行っても構わない。
【００４６】
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が許容範囲外のときに基板ホルダ６を移動する作業とを繰返し行うことで、真空槽２を大気にさらすことなく、厚さ１００ｎｍのＭｇＦ２単層膜を２０回連続的に成膜することができた。
本実施例により成膜したＭｇＦ２単層膜の反射率特性を、それぞれ（２０回分）オリンパス製レンズ反射率測定器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。すると、これらＭｇＦ２単層膜の物理膜厚はすべて１００±５ｎｍであり、成膜毎に安定していた。
【００４７】
この成膜装置及び成膜方法によれば、対象物支持部３とターゲット１０１の位置関係を制御しているので、基板１００Ａの膜厚が基板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１００上の物理膜厚を均一にすることができる。また、複数の基板１００上の膜厚分布の再現性が良くなるので、生産効率を向上させることができる。
【００４８】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態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、これに限定されるのではなく、真空蒸着法、イオンプレーティング法、イオンアシスト蒸着法によって成膜を行う成膜装置であっても構わない。
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８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。
さらに、上述した実施形態では、センサ部８を基板ホルダ６の中央部６Aと周辺部６Ｂに２つ用いた場合について説明したが、これに限らず３つ以上の複数用いる構成にしても構わない。これにより、基板ホルダ６上における各センサ部８毎の測定領域を縮小することができるため、基板ホルダ６上の成膜環境をより細かく測定することができる。したがって、より高精度な成膜環境の制御を行うことができるので、各基板１００上に形成される薄膜の膜厚をより均一化することができる。
【００４９】
また、成膜環境を調節する対象となる対象物の支持部位についても、上述の基板ホルダ６の中央部６Ａ及び周辺部６Ｂ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。
加えて、成膜環境を調節するための対象物支持部３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支持部３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おきにくくすることができる。
さらに、導入ガスは酸素の他に、アルゴンや窒素またはこれらの混合ガスでもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１、２１ 成膜装置
３ 対象物支持部
４ 材料設置部
６ 基板ホルダ（対象物ホルダ）
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】
デジタルカメラ、顕微鏡、内視鏡等の光学機器には、反射防止膜やダイクロイックフィルター等の光学薄膜が成膜された光学素子が用いられている。一般的に、これら光学薄膜を成膜する成膜装置としては、真空蒸着装置やマグネトロンスパッタリング装置が多く用いられている。成膜装置を用いて基板等の対象物の表面に成膜を行う場合、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に成膜された薄膜の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、例えば特許文献１に記載の真空蒸着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の電子銃を制御している。具体的には、電子銃において電子線の電流値、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の装置を用いても、ある程度成膜速度の均一化は可能である。
しかしながら、上述した特許文献１における方法では、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形状が変化する。これによって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に記載の装置では蒸着源をフィードバック制御しても、成膜速度を均一化することが困難になるという不具合があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、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、各対象物における成膜環境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、前記成膜材料の表面に対向するように配置され、前記対象物を設置する対象物ホルダと、前記対象物上の成膜環境を測定可能な少なくとも２つのセンサ部と、を備え、前記対象物ホルダは、前記成膜材料と相対的に移動可能に構成されるとともに、前記対象物ホルダの移動量及び移動方向と、前記センサ部の移動量及び移動方向とが同一に設定されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の成膜装置は、前記センサ部の測定結果に基づいて、前記対象物ホルダと前記成膜材料との相対的な位置関係を変化させる制御部を備え、前記制御部は、前記少なくとも２つのセンサ部で測定された前記成膜環境のうち、１つの前記センサ部で測定された前記成膜環境と、別の前記センサ部で測定された前記成膜環境との差が所定範囲以上であるときに、前記対象物ホルダを移動させてもよい。
【０００９】
前記制御部は、前記１つのセンサ部で測定された前記成膜環境と、前記別のセンサ部で測定された前記成膜環境との差が所定範囲以上であるときに、前記対象物ホルダを前記成膜材料の表面に平行な方向に移動させてもよいし、前記対象物ホルダを前記成膜材料の表面の法線方向に対して平行に移動させてもよい。
【００１０】
本発明の第二の態様は、同一の成膜材料を用いて、対象物ホルダに設置された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、前記成膜工程中または前記成膜工程後に、前記対象物の成膜環境を測定可能に設けられた少なくとも２つのセンサ部により測定された成膜環境を示す指標を取得する指標取得工程と、前記指標取得工程で取得された指標に基づいて、前記対象物ホルダと前記成膜材料との相対的な位置関係を変化させる調節工程とを有し、前記調節工程では、前記対象物ホルダと前記成膜材料との位置関係の変化前後において、前記対象物ホルダと前記センサ部との相対位置が同一に保持されることを特徴とする。
【００１１】
また、前記調節工程では、前記指標取得工程で取得された前記成膜環境のうち、前記１つのセンサ部で測定された前記成膜環境と、前記別のセンサ部で測定された前記成膜環境との差が所定範囲以上であるときに、前記対象物ホルダを移動させてもよい。
【００１２】
前記調節工程では、前記指標取得工程で取得された前記成膜環境のうち、前記１つのセンサ部で測定された前記成膜環境と、前記別のセンサ部で測定された前記成膜環境との差が所定範囲以上であるときに、前記対象物ホルダを前記成膜材料の表面に対して平行な方向に移動させてもよいし、前記対象物ホルダを前記成膜材料の表面の法線方向に対して平行に移動させてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
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、各対象物における成膜速度を均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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及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基板保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基板保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】
【００１５】
（第１実施形態）
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。
図１に示すように、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成膜の対象物である基板１００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と対象物支持部３を駆動させるための駆動部７を備えて構成されている。
【００１６】
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への不活性ガスの導入や酸素ガス、窒素ガス、フッ素系ガス等の反応性ガスの導入に使用される。
【００１７】
対象物支持部３は、基板１００が保持される略円盤状の基板ホルダ（対象物ホルダ）６と、基板１００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。
【００１８】
センサ部８は、駆動部７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センサ部（１つのセンサ部）８Ａと、駆動部７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センサ部（別のセンサ部）８Ｂとの２つの水晶センサを備えている。各センサ部８Ａ、８Ｂは、それぞれ基板ホルダ６の中央部６Ａ及び周辺部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。各センサ部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。
【００１９】
基板ホルダ６は、回転軸９の軸心Ｏ１回り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、対象物支持部３（基板ホルダ６及びセンサ部８）を回転軸９の軸心Ｏ１回りに回転させるとともに、対象物支持部３を回転軸９の軸心Ｏ１方向に直交する方向に移動させて、基板ホルダ６及びセンサ部８と材料設置部４との水平方向（図１に示す左右方向）における相対的な位置関係を変化させることが可能である。
【００２０】
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１２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。このとき、導入ポート１５から酸素ガス等の反応性ガスを導入してターゲット１０１の材質と反応させて酸化物等の薄膜を基板１００の表面に形成することも可能である。また、基板１００への成膜中に制御部１０から電源１３の出力を調整することにより、成膜速度が一定になるように制御することができる。
【００２１】
シャッター５は、真空槽２の下部に、その軸心Ｏ２回りに回動可能に設けられた回動軸１７に支持固定されている。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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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）に載置されたターゲット１０１の当初の表面（Ｓ）との間の垂直距離であるＴ−Ｓ間距離Ｄ１と、基板ホルダ６の水平方向における中心（回転軸９の軸心Ｏ１と基板ホルダ６の下面Ｔとの交点）と、材料設置部４の水平方向における中心Ｏ３との水平方向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ことが考えられる。
【００２５】
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、対象物支持部３（基板ホルダ６及びセンサ部８Ａ，８Ｂ）を水平方向、すなわちバッキングプレート１１の載置面の面方向と平行な方向（成膜材料の表面に平行な方向）に移動させる。これによって対象物支持部３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。
【００２６】
図３は、成膜装置１を用いて垂直距離Ｄ１を変えずに偏心量Ｄ２を様々な値に設定し、１バッチごとにターゲット１０１を新品と交換して成膜を行ったときの、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の膜厚の中央部６Aの膜厚に対する比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６Ｂの膜厚、および周辺部６Ｂの膜厚の中央部６Aの膜厚に対する比が低下するため、バッチを繰り返すごとに偏心量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とにおける膜厚差を小さくして両者の成膜速度環境を均一に近づけることができる。
【００２７】
（作用）
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。
図４に示すように、本成膜方法は、成膜を行う成膜工程Ｓ１０と、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を成膜環境を示す指標として取得する指標取得工程Ｓ２０と、同一のターゲット１０１を用いて継続して成膜を行うかどうかを判断する継続判断工程Ｓ３０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し、両者の環境における差が所定値以上であるかどうかを判断する工程Ｓ４０と、両者の環境における差が所定値以上であるときに対象物支持部３（基板ホルダ６及びセンサ部８）を移動する工程（調節工程）Ｓ５０と、を備えている。
【００２８】
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５は基板１００とターゲット１０１との間に位置させる。そして、不図示の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。
【００２９】
続いて、不活性ガスを導入ポート１５から真空槽２内に導入し、電源１３からマグネットユニット１２に電力を印加して真空槽２内に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に対して公知のプレスパッタリングが行われる。そして、必要に応じて酸素等の反応性ガスを導入ポート１５から真空槽２内に導入し、スパッタリング環境が安定した後に回転軸９をその軸心Ｏ１回りに回転させ、対象物支持部３を回転させる。
【００３０】
次に、回動軸１７をその軸心Ｏ２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センサ部８Ａ及び第２センサ部８Ｂによって計測され、この計測結果が制御部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。
【００３１】
続くステップＳ２０では、成膜工程Ｓ１０における第１センサ部８Ａ及び第２センサ部８Ｂの計測した成膜速度値（指標）に基づいて、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。
【００３２】
次に、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ユーザの制御部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による対象物支持部３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（ステップＳ３０による判断結果が「ＹＥＳ」の場合）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。
【００３３】
ステップＳ４０において、制御部１０は、ステップＳ２０で取得された基板１００Ａ，１００Ｂ上の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とにおける成膜速度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、予め制御部１０に設定しておくことが好ましい。
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が所定値未満（成膜速度差が許容範囲内）である場合、制御部１０による偏心量Ｄ２の調節は必要ないと判断され、処理は「ＮＯ」に進んで、成膜処理を一旦停止する。そして、不図示のロードロック式基板搬送機構を用いて、真空中で基板ホルダ６に保持された基板１００を未成膜の基板１００に交換した後、処理はステップＳ１０に戻り、上述したフローと同様に次のバッチの成膜工程が行われる。
一方、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が所定値以上（成膜速度差が許容範囲外）である場合は、制御部１０による偏心量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。
【００３４】
図５は、図１の成膜装置１の偏心量Ｄ２が大きくなるように、初期位置（図１の状態）から対象物支持部３が左側に移動したときの、対象物支持部３とターゲット１０１との位置関係を示す図である。
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対象物支持部３が図５の左側に移動する（図５中矢印Ａ参照）。
ここで、本実施形態では、基板ホルダ６とともにセンサ部８が駆動部７に支持されているため、対象物支持部移動工程においては基板ホルダ６とセンサ部８とが同期して移動することになる。すなわち、基板ホルダ６及びセンサ部８の移動時における移動量及び移動方向が同一に設定されており、基板ホルダ６の移動前後において、基板ホルダ６に対するセンサ部８の相対位置は変化しない。なお、対象物支持部３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せてもよい。
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、不図示のロードロック式基板搬送機構を用いて、真空中で基板ホルダ６の基板を未成膜のものと交換した後、処理はステップＳ１０に戻って、上述したフローと同様に次のバッチの成膜工程が行われる。
【００３５】
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の対象物支持部移動工程において制御部１０が駆動部７を介して対象物支持部３を水平方向に移動させ、容易にフィードバック制御することが可能となる。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１０１を用いて繰り返し成膜を行う場合でも、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。すなわち、本実施形態では、成膜速度に応じてターゲット１０１と対象物支持部３との相対位置を変化させることで、従来のように成膜速度に基づいて電子銃等を制御する場合に比べて簡素な構成で基板ホルダ６上における成膜環境の均一化を図ることができる。そのため、製造効率及び製造コストの向上も図ることができる。
【００３６】
特に、本実施形態では、基板ホルダ６の中央部６Ａ及び周辺部６Ｂの成膜速度を測定するセンサ部８が駆動部７に支持されているため、対象物支持部移動工程において基板ホルダ６とセンサ部８とが同期して移動することになる。すなわち、基板ホルダ６及びセンサ部８の移動時における移動量及び移動方向が同一に設定されているため、基板ホルダ６の移動前後において、基板ホルダ６に対するセンサ部８の相対位置は変化しない。これにより、基板ホルダ６上の常に同位置の成膜速度を、センサ部８によって測定することができるため、信頼性が高く高精度な測定結果を得ることができる。
その結果、基板ホルダ６上における成膜環境の更なる均一化を図り、基板１００上に形成される薄膜の均一化を図ることができる。なお、基板ホルダ６上における常に同位置の成膜速度を測定することで、過去の成膜時（例えば、前回成膜時）における基板１００への成膜速度に基づいてフィードバック制御を行うこともできる。
【００３７】
さらに、基板ホルダ６上の成膜速度を常時測定しながら成膜を行うことができるため、この測定結果に基づいてターゲット１０１と対象物支持部３との相対的な位置関係を速やかに変化させることができる。その結果、基板１００上に形成される薄膜のさらなる均一化を図ることができる。
【００３８】
なお、本実施形態においては、同一ターゲット１０１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の途中にステップＳ２０とステップＳ４０を行い、許容範囲外の場合には対象物支持部３を移動させるステップＳ５０を行い、成膜を継続する構成にしてもよい。
【００３９】
（第２実施形態）
次に本発明の第２の実施形態について、図６〜図８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３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。
図６は成膜装置２１を示す概略図である。
図６に示すように、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の軸心Ｏ１回りに回転可能とすると共に、対象物支持部３を回転軸９の軸心Ｏ１方向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、対象物支持部３を材料設置部４の載置面と垂直な方向、つまり成膜材料の表面の法線方向（軸心Ｏ１方向）に対して平行に移動させて、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）に載置されたターゲット１０１の当初の表面Ｓとの間の垂直距離であるＴ−Ｓ間距離Ｄ１を変化させることができるようになっている。よって、基板ホルダ６、センサ部８及び基板１００と、材料設置部４及び載置されたターゲット１０１との相対的な位置関係を変化させることができる。
【００４０】
図７は、成膜装置２１を用いて偏心量Ｄ２を変えずに、垂直距離Ｄ１を様々な値に設定し、１バッチごとにターゲット１０１を新品と交換して成膜を行い、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、Ｔ−Ｓ間距離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の膜厚の中央部６Aの膜厚に対する比が大きくなることがわかる。
【００４１】
（作用）
上記の構成を備えた成膜装置２１の動作について、以下に説明する。
図８は、図６の成膜装置２１のＴ−Ｓ間距離Ｄ１が小さくなるように、対象物支持部３が初期位置（図６の状態）から下側に移動したときの基板ホルダ６とターゲット１０１の位置関係を示す図である。
成膜装置２１を用いた成膜手順においては、ステップＳ５０の対象物支持部移動工程において、例えば周辺部６Ｂの基板１００Ｂの成膜速度が所定値以上（成膜速度が許容範囲外）に上昇している場合は、図８に示すように、制御部１０が駆動部２２を介して対象物支持部３を成膜装置２１の下側に移動させる（図８中矢印Ｂ参照）。これにより、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。
【００４２】
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、容易にフィードバック制御することが可能となる。その結果、成膜の精度を向上させることができる。
また、駆動部２２に対象物支持部３及びセンサ部８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２２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。
【００４３】
（実施例）
次に、本発明の実施例について、図６〜図８を参照して説明する。
本実施例の成膜装置２１は上述の第２実施形態の成膜装置２１と同一の構成であるため、以下の説明においては、成膜装置２１の構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
図６に示すように、本実施形態に係る成膜装置２１により、基板１００上へＭｇＦ２の単層膜を１００±５ｎｍとなるように２０回繰返し成膜した成膜方法について、以下、説明する。また、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。
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のターゲット１０１を８５ｇだけ配設する。次に、ターゲット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。このときの偏心量Ｄ２は１００ｍｍ、及びＴ−Ｓ間距離Ｄ１は１００ｍｍであり、さらに、回転軸９を中心に３０ｒｐｍで基板１００を公転させた。
【００４４】
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、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。次に、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１４００Ｗ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成膜した（ステップＳ１０）。このとき、センサ部８Ａで成膜速度が１ｎｍ/秒で一定となるように電源１３を制御している。
【００４５】
次に、成膜された基板１００を保持した基板ホルダ６を、不図示のロードロック式基板搬送機構により真空槽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し（ステップＳ２０）、次のバッチを行うか判断する（ステップＳ３０）。このとき、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の上部へ配設する。
そして、図７に示すように、ステップＳ２０で得られた平均成膜速度から膜厚比（成膜環境）を算出し、中央部６Ａと周辺部６Ｂの膜厚比が１．０５以下の場合はＴ−Ｓ間距離Ｄ１を変更せずに、次の成膜工程（ステップＳ１０）へ進む。一方、膜厚比が１．０５より大きい場合は、Ｔ−Ｓ間距離Ｄ１を小さくし、膜厚比が０．９５より小さい場合はＴ−Ｓ間距離Ｄ１を大きくするように対象物支持部３を移動させる。なお、上述した第１，２実施形態のように、対象物支持部３の移動判断を平均成膜速度に基づいて行っても構わない。
【００４６】
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が許容範囲外のときに基板ホルダ６を移動する作業とを繰返し行うことで、真空槽２を大気にさらすことなく、厚さ１００ｎｍのＭｇＦ２単層膜を２０回連続的に成膜することができた。
本実施例により成膜したＭｇＦ２単層膜の反射率特性を、それぞれ（２０回分）オリンパス製レンズ反射率測定器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。すると、これらＭｇＦ２単層膜の物理膜厚はすべて１００±５ｎｍであり、成膜毎に安定していた。
【００４７】
この成膜装置及び成膜方法によれば、対象物支持部３とターゲット１０１の位置関係を制御しているので、基板１００Ａの膜厚が基板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１００上の物理膜厚を均一にすることができる。また、複数の基板１００上の膜厚分布の再現性が良くなるので、生産効率を向上させることができる。
【００４８】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態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、これに限定されるのではなく、真空蒸着法、イオンプレーティング法、イオンアシスト蒸着法によって成膜を行う成膜装置であっても構わない。
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８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。
さらに、上述した実施形態では、センサ部８を基板ホルダ６の中央部６Aと周辺部６Ｂに２つ用いた場合について説明したが、これに限らず３つ以上の複数用いる構成にしても構わない。これにより、基板ホルダ６上における各センサ部８毎の測定領域を縮小することができるため、基板ホルダ６上の成膜環境をより細かく測定することができる。したがって、より高精度な成膜環境の制御を行うことができるので、各基板１００上に形成される薄膜の膜厚をより均一化することができる。
【００４９】
また、成膜環境を調節する対象となる対象物の支持部位についても、上述の基板ホルダ６の中央部６Ａ及び周辺部６Ｂ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。
加えて、成膜環境を調節するための対象物支持部３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支持部３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おきにくくすることができる。
さらに、導入ガスは酸素の他に、アルゴンや窒素またはこれらの混合ガスでもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１、２１ 成膜装置
３ 対象物支持部
４ 材料設置部
６ 基板ホルダ（対象物ホルダ）
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、
前記成膜材料の表面に対向するように配置され、前記対象物を設置する対象物ホルダと
前記対象物上の成膜環境を測定可能な少なくとも２つのセンサ部と、を備え、
前記対象物ホルダは、前記成膜材料と相対的に移動可能に構成されるとともに、前記対象物ホルダの移動量及び移動方向と、前記センサ部の移動量及び移動方向とが同一に設定されていることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記センサ部の測定結果に基づいて、前記対象物ホルダと前記成膜材料との相対的な位置関係を変化させる制御部を備え、
前記制御部は、前記少なくとも２つのセンサ部で測定された前記成膜環境のうち、１つの前記センサ部で測定された前記成膜環境と、別の前記センサ部で測定された前記成膜環境との差が所定範囲以上であるときに、前記対象物ホルダを移動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１つのセンサ部で測定された前記成膜環境と、前記別のセンサ部で測定された前記成膜環境との差が所定範囲以上であるときに、
前記対象物ホルダを前記成膜材料の表面に平行な方向に移動させることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記１つのセンサ部で測定された前記成膜環境と、前記別のセンサ部で測定された前記成膜環境との差が所定範囲以上であるときに、
前記対象物ホルダを前記成膜材料の表面の法線方向に対して平行に移動させることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項５】
同一の成膜材料を用いて、対象物ホルダに設置された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、
前記成膜工程中または前記成膜工程後に、前記対象物の成膜環境を測定可能に設けられた少なくとも２つのセンサ部により測定された成膜環境を示す指標を取得する指標取得工程と、
前記指標取得工程で取得された指標に基づいて、前記対象物ホルダと前記成膜材料との相対的な位置関係を変化させる調節工程とを有し、
前記調節工程では、前記対象物ホルダと前記成膜材料との位置関係の変化前後において、前記対象物ホルダと前記センサ部との相対位置が同一に保持されることを特徴とする成膜方法。
【請求項６】
前記調節工程では、前記指標取得工程で取得された前記成膜環境のうち、前記１つのセンサ部で測定された前記成膜環境と、前記別のセンサ部で測定された前記成膜環境との差が所定範囲以上であるときに、前記対象物ホルダを移動させることを特徴とする請求項５に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記調節工程では、前記指標取得工程で取得された前記成膜環境のうち、前記１つのセンサ部で測定された前記成膜環境と、前記別のセンサ部で測定された前記成膜環境との差が所定範囲以上であるときに、
前記対象物ホルダを前記成膜材料の表面に対して平行な方向に移動させることを特徴とする請求項６に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記調節工程では、前記指標取得工程で取得された前記成膜環境のうち、前記１つのセンサ部で測定された前記成膜環境と、前記別のセンサ部で測定された前記成膜環境との差が所定範囲以上であるときに、
前記対象物ホルダを前記成膜材料の表面の法線方向に対して平行に移動させることを特徴とする請求項６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、
前記成膜材料の表面に対向するように配置され、前記対象物を設置する対象物ホルダと
前記対象物上の成膜環境を測定可能な少なくとも２つのセンサ部と、を備え、
前記対象物ホルダは、前記成膜材料と相対的に移動可能に構成されるとともに、前記対象物ホルダの移動量及び移動方向と、前記センサ部の移動量及び移動方向とが同一に設定されていることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記センサ部の測定結果に基づいて、前記対象物ホルダと前記成膜材料との相対的な位置関係を変化させる制御部を備え、
前記制御部は、前記少なくとも２つのセンサ部で測定された前記成膜環境のうち、１つの前記センサ部で測定された前記成膜環境と、別の前記センサ部で測定された前記成膜環境との差が所定範囲以上であるときに、前記対象物ホルダを移動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１つのセンサ部で測定された前記成膜環境と、前記別のセンサ部で測定された前記成膜環境との差が所定範囲以上であるときに、
前記対象物ホルダを前記成膜材料の表面に平行な方向に移動させることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記１つのセンサ部で測定された前記成膜環境と、前記別のセンサ部で測定された前記成膜環境との差が所定範囲以上であるときに、
前記対象物ホルダを前記成膜材料の表面の法線方向に対して平行に移動させることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項５】
同一の成膜材料を用いて、対象物ホルダに設置された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、
前記成膜工程中または前記成膜工程後に、前記対象物の成膜環境を測定可能に設けられた少なくとも２つのセンサ部により測定された成膜環境を示す指標を取得する指標取得工程と、
前記指標取得工程で取得された指標に基づいて、前記対象物ホルダと前記成膜材料との相対的な位置関係を変化させる調節工程とを有し、
前記調節工程では、前記対象物ホルダと前記成膜材料との位置関係の変化前後において、前記対象物ホルダと前記センサ部との相対位置が同一に保持されることを特徴とする成膜方法。
【請求項６】
前記調節工程では、前記指標取得工程で取得された前記成膜環境のうち、前記１つのセンサ部で測定された前記成膜環境と、前記別のセンサ部で測定された前記成膜環境との差が所定範囲以上であるときに、前記対象物ホルダを移動させることを特徴とする請求項５に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記調節工程では、前記指標取得工程で取得された前記成膜環境のうち、前記１つのセンサ部で測定された前記成膜環境と、前記別のセンサ部で測定された前記成膜環境との差が所定範囲以上であるときに、
前記対象物ホルダを前記成膜材料の表面に対して平行な方向に移動させることを特徴とする請求項６に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記調節工程では、前記指標取得工程で取得された前記成膜環境のうち、前記１つのセンサ部で測定された前記成膜環境と、前記別のセンサ部で測定された前記成膜環境との差が所定範囲以上であるときに、
前記対象物ホルダを前記成膜材料の表面の法線方向に対して平行に移動させることを特徴とする請求項６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２０１０−２８５６４７（Ｐ２０１０−２８５６４７Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３９５８３（Ｐ２００９−１３９５８３）
【出願日】平成２１年６月１０日（２００９．６．１０）
【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２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１０日（２００９．６．１０）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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