薄膜成膜装置および薄膜成膜方法
【課題】薄膜成膜装置および薄膜成膜方法において、ウエットプロセスによって薄膜を成膜する際に、成膜の繰り返しにおける膜厚ばらつきを抑制することができるようにする。
【解決手段】被成膜体５０上に液状の成膜材料１１を供給し、被成膜体５０を回転させて成膜材料１１による薄膜を形成する薄膜成膜装置１として、被成膜体５０を保持して回転させる回転保持部２と、回転保持部２の回転によって被成膜体５０上で薄層化される成膜材料１１に測定光Ｌ０を照射して、成膜材料１１を含む被成膜体５０の透過率、反射率のうちの少なくとも一つからなる光学特性値を測定する光学特性測定部と、光学特性測定部で測定された光学特性値が予め記憶された薄膜の目標膜厚に対応する目標値に達したときに回転保持部２の回転駆動を停止する制御ユニット６と、を備えるものを用いる。
【解決手段】被成膜体５０上に液状の成膜材料１１を供給し、被成膜体５０を回転させて成膜材料１１による薄膜を形成する薄膜成膜装置１として、被成膜体５０を保持して回転させる回転保持部２と、回転保持部２の回転によって被成膜体５０上で薄層化される成膜材料１１に測定光Ｌ０を照射して、成膜材料１１を含む被成膜体５０の透過率、反射率のうちの少なくとも一つからなる光学特性値を測定する光学特性測定部と、光学特性測定部で測定された光学特性値が予め記憶された薄膜の目標膜厚に対応する目標値に達したときに回転保持部２の回転駆動を停止する制御ユニット６と、を備えるものを用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜成膜装置および薄膜成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、薄膜を形成する場合、真空蒸着法やスパッタ法などのドライプロセスが用いられている。しかし、レンズなど有限の曲率を持った被成膜体に薄膜を形成する場合、ドライプロセスでは薄膜を形成する薄膜形成粒子の入射角度が被成膜面の曲率によって変化するため、膜厚が均一な薄膜を形成することが難しいという問題がある。また、大面積の成膜を行う場合にも薄膜形成粒子の分布にバラツキが生じやすいため、膜厚が不均一になりやすいという問題がある。さらに、ドライプロセスでは、大気雰囲気で成膜することができないため、真空チャンバーなどが必要となり、装置が大型化するという問題もある。
このため、ドライプロセスに代えて、有限の曲率を有する被成膜面や大面積の被成膜面でも膜厚の均一性が得られやすく、大気雰囲気でも成膜が可能な湿式法（ウエットプロセス）を用いた薄膜成膜方法が提案されている。ウエットプロセスとは、スピンコート法、ディップ法、スプレー法、ロールコート法などにより、液体を基板に塗布して乾燥・熱処理することにより成膜する方法である。
例えば、スピンコート法では、液状の薄膜形成材料を被成膜体上に滴下し、被成膜体を高速回転させる。滴下された薄膜形成材料は、遠心力によって短時間のうちに被成膜体に沿って拡がり、均一膜厚の薄膜が形成される。このとき、膜厚は、被成膜体の回転数、薄膜形成材料の種類、濃度、粘度、滴下量、温湿度環境等によって決定される。
ただし、膜厚の絶対値は、成膜時における被成膜体の回転数のばらつき、薄膜形成材料の濃度の経時変化、温湿度環境の変化等によって変化しやすい。
このようなウエットプロセスにおける膜厚制御を行う方法として、特許文献１には、半導体ウェハに塗布するフォトレジストの膜厚を制御する塗布膜厚制御方法において、半導体ウェハにフォトレジストを塗布する塗布ユニットから半導体ウェハにフォトレジストを塗布した所定の塗布条件の異なる所定数の各サンプルについての塗布条件に係る情報を取得するとともに、前記各サンプルについての膜厚に係る情報を取得することにより、所定の塗布条件及びこれに対応する膜厚についてプロットし、このプロットに基づいて所定の塗布条件及びこれに対応する膜厚について近似曲線を作成する工程と、前記近似曲線に基づいて予め目標値として設定されているフォトレジストの膜厚に対応する所定の塗布条件に係る補正値を計算する工程と、計算された所定の塗布条件に係る補正値に基づいて前記塗布ユニットの所定の塗布条件を制御する制御信号を生成する工程と、を含むことを特徴とする塗布膜厚制御方法が記載されている。
特許文献１における塗布条件に係る補正は、半導体ウェハを回転させるモータの回転数を補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３７３８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の薄膜成膜装置および薄膜成膜方法には以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、サンプルを作製して膜厚を測定してから被成膜体である半導体ウェハを回転させるモータの回転数に補正をかけるため、回転数の変化により膜厚が変化することは防止されるものの、薄膜形成材料の液体濃度や粘度の経時変化や成膜環境の変化の影響による膜厚の変化を防止することはできない。このため、被成膜体を代えて成膜を繰り返す場合、経時的に薄膜形成材料の液体濃度が変化したり、成膜環境の温湿度が変動したりすると膜厚がばらついてしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、ウエットプロセスによって薄膜を成膜する際に、成膜の繰り返しにおける膜厚ばらつきを抑制することができる薄膜成膜装置および薄膜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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の薄膜成膜装置は、被成膜体上に液状の薄膜形成材料を供給し、前記被成膜体を回転させて前記薄膜形成材料による薄膜を形成する薄膜成膜装置であって、前記被成膜体を保持して回転させる回転保持部と、該回転保持部の回転によって前記被成膜体上で薄層化される前記薄膜形成材料に測定光を照射して、前記薄膜形成材料を含む前記被成膜体の透過率、反射率のうちの少なくとも一つからなる光学特性値を測定する光学特性測定部と、該光学特性測定部で測定された前記光学特性値が予め記憶された前記薄膜の目標膜厚に対応する目標値に達したときに前記回転保持部の回転駆動を停止する回転制御部と、を備える構成とする。
【０００７】
また、本発明の薄膜成膜装置では、前記光学特性測定部は、前記測定光として多色光を照射し、該多色光に含まれる複数の波長においてそれぞれ前記光学特性値を測定し、前記回転制御部は、前記複数の波長にそれぞれ対応して前記目標値が予め記憶され、前記光学特性測定部で測定された複数の前記光学特性値のすべてが、それぞれの波長に対応する前記目標値に達したときに、前記回転保持部の回転駆動を停止することが好ましい。
【０００８】
また、本発明の複数の波長においてそれぞれ光学特性値を測定する薄膜成膜装置では、前記複数の波長は、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲に含まれることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の複数の波長においてそれぞれ光学特性値を測定する薄膜成膜装置では、前記光学特性測定部は、前記光学特性値を４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲を含む分光スペクトルとして測定し、前記回転制御部は、前記目標値として、前記薄膜の目標膜厚に対応する前記分光スペクトルの分布許容範囲を記憶したことが好ましい。
【００１０】
本発明の薄膜成膜方法は、被成膜体上に液状の薄膜形成材料を供給し、前記被成膜体を回転させて前記薄膜形成材料による薄膜を形成する薄膜成膜方法であって、前記被成膜体上に前記薄膜形成材料を供給した後に、前記被成膜体の回転駆動を開始する工程と、前記被成膜体の回転によって前記被成膜体上で薄層化される前記薄膜形成材料に測定光を照射して、前記薄膜形成材料を含む前記被成膜体の透過率、反射率のうちの少なくとも一つからなる光学特性値を測定する光学特性測定工程と、該光学特性測定工程で測定された前記光学特性値が、予め記憶された前記薄膜の目標膜厚に対応する目標値に達したかどうかを判定する判定工程と、該判定工程における前記光学特性値が前記目標値に達したとの判定に基づいて前記成膜体の回転駆動を停止する工程と、を備える方法とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の薄膜成膜装置および薄膜成膜方法によれば、回転により被成膜体上で薄層化される薄膜形成材料の光学特性値を測定し、光学特性値が目標膜厚に対応する目標値に達してから成膜体の回転駆動を停止するため、ウエットプロセスによって薄膜を成膜する際に、成膜の繰り返しにおける膜厚ばらつきを抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る薄膜成膜装置の構成を示す模式的な装置構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る薄膜成膜装置で成膜される被成膜体と測定位置との関係を示す模式的な平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る薄膜成膜装置の制御ユニットの機能構成を示す機能ブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る薄膜成膜方法を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る薄膜成膜装置における膜厚の測定原理について説明する模式図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る薄膜成膜装置における光学特性値の目標値について説明するためのグラフである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る薄膜成膜装置の構成を示す模式的な装置構成図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る薄膜成膜装置における光学特性値の目標値について説明するためのグラフである。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る薄膜成膜装置の構成を示す模式的な装置構成図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る薄膜成膜装置で成膜される被成膜体と測定位置との関係を示す模式的な平面図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る薄膜成膜方法を用いて製造される光学素子の一例を示す模式的な断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る薄膜成膜方法を説明するフローチャートである。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る薄膜成膜方法における第１層目の成膜時の光学特性値の目標値について説明するためのグラフである。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る薄膜成膜方法における第２層目の成膜時の光学特性値の目標値について説明するためのグラフである。
【図１５】本発明の第４の実施形態に係る薄膜成膜方法における第３層目の成膜時の光学特性値の目標値について説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１４】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る薄膜成膜装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜成膜装置の構成を示す模式的な装置構成図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜成膜装置で成膜される被成膜体と測定位置との関係を示す模式的な平面図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜成膜装置の制御ユニットの機能構成を示す機能ブロック図である。
【００１５】
本実施形態の薄膜成膜装置１は、図１に示すように、被成膜体５０上に液状の成膜材料１１（薄膜形成材料）を供給し、被成膜体５０を回転させて液状の成膜材料１１による薄膜を形成する装置である。
被成膜体５０としては、表面に配置された成膜材料１１を遠心力によって薄層化できる面形状を有する被成膜面５０ａが形成されていれば特に限定されない。例えば、被成膜面５０ａとして平滑な平面を有するガラス基板や、被成膜面５０ａとして曲率半径が大きい凸面や凹面のレンズ面や反射面が形成された光学素子基材を採用することができる。曲率半径の大きさとしては、例えば、３ｍｍから無限大（平面）が好適である。
また、被成膜体５０の材質としては、本実施形態では、光透過性を有するガラスや合成樹脂などが好適である。
また被成膜体５０の外形状は特に限定されない。
以下では、被成膜体５０の一例として、外径Ｄ０（図２参照）が２５ｍｍ、厚さが１ｍｍの平滑な円板であるガラス基板の例で説明する。被成膜体５０の材質としては、一例として、Ｓ−ＬＡＨ５８（商品名；株式会社オハラ製、ｎｄ＝１．８８）の場合で説明する。
ここで、「ｎｄ」は、ｄ線における屈折率である。また、以下では、特定の波長λにおける屈折率は、波長λをｎｍで測った数値として「ｎλ」と表記する。
【００１６】
成膜材料１１は、被成膜面５０ａに薄膜を形成する材料であり、膜厚に対応して光学特性が変化する材料であれば、適宜の材質を採用することができる。光学特性の例としては、反射率、透過率、およびそれらの分光特性を挙げることができる。
薄膜の種類の例としては、被成膜面５０ａの反射率、透過率、偏光特性等の光学特性を変更するために形成される光学薄膜、例えば、反射防止膜、反射膜、半透過膜、波長選択膜、偏光膜、光吸収膜等を挙げることができる。
また、薄膜の種類と他の例としては、被成膜面５０ａの機械的、物理的、電気的な特性を変更する薄膜であって、高精度な膜厚管理を行う必要がある薄膜を挙げることができる。このような薄膜の例としては、光学素子において、機能上、光を透過させたり反射させたりする光学面に用いられるハードコート膜、帯電防止膜、導電膜、撥水膜、撥膜油等を挙げることができる。
以下では、一例として、成膜材料１１の材質として、低屈折率材料である中空シリカを含有する重合性化合物塗布剤（ｎ５２０＝１．３６）を用いて、被成膜面５０ａ上に目標膜厚ｔ０が９５．６ｎｍである単層の薄膜を形成する場合の例で説明する。
この薄膜は、後述するように、波長５２０ｎｍにおいて、干渉を起こして反射光成分が相殺され、反射防止膜として機能するものである。
なお、成膜材料１１の膜厚が硬化後に変化する場合には、目標膜厚ｔ０は、硬化後に必要な膜厚が得られる膜厚に設定する。
【００１７】
薄膜成膜装置１の概略構成は、回転保持部２、駆動部４、駆動伝達部３、材料供給部５、光源９、光ファイバ１０、受光レンズ８、光ファイバ７、および制御ユニット６を備える。
【００１８】
回転保持部２は、被成膜体５０を保持して回転させるものである。本実施形態の回転保持部２は、被成膜体５０の中心軸Ｃが鉛直軸に整列し、被成膜面５０ａが上向きとなるように被成膜体５０を支持し、中心軸Ｃを回転の中心軸線として、被成膜体５０を回転できるようになっている。
このため、回転保持部２は、中心に貫通孔２ｂを有する円筒状に形成され、不図示の軸受によって鉛直軸回りに回転可能に支持されている。回転保持部２の上端部には、被成膜体５０の裏面５０ｂの外周部を下方から受けるとともに被成膜体５０の側面を径方向に着脱可能に保持するチャック２ａが設けられている。
【００１９】
駆動部４は、回転保持部２を回転させるものであり、本実施形態では、ＤＣモータを採用している。駆動部４は、制御ユニット６と電気的に接続され、制御ユニット６から制御信号に基づいて、回転駆動の開始および停止の制御、ならびに回転速度の制御が可能になっている。
なお、本実施形態における回転駆動の停止の制御とは、回転駆動力の供給を停止する制御を意味する。このため、回転駆動の停止とともに、回転保持部２は減速を開始するが、ただちに停止することはない。完全な停止に要する時間を短縮するため、駆動部４は適宜のブレーキを備えていてもよい。
駆動部４の定常回転数は、成膜材料１１の粘性等に応じて適宜設定すればよく、例えば、３０００ｒｐｍから５０００ｒｐｍの範囲に設定することができる。
【００２０】
駆動伝達部３は、駆動部４の回転駆動力を回転保持部２に伝達する回転伝達機構であり、本実施形態では、一例として、回転保持部２の回転軸に設けられた駆動ギヤ３ａと、回転保持部２の外周部に固定された被駆動ギヤ３ｂとから構成される。
【００２１】
材料供給部５は、回転保持部２に保持された被成膜体５０の被成膜面５０ａ上に成膜材料１１を供給するものである。本実施形態では、成膜材料１１を貯留する材料貯留部５ｂと、材料貯留部５ｂ内の成膜材料１１を被成膜面５０ａの中心Ｏに向けて一定量だけ滴下する材料滴下部５ａとを備える。
【００２２】
光源９は、被成膜面５０ａ上で薄層化される成膜材料１１の膜厚に対応する光学特性を測定するための測定光Ｌ０を形成するものである。
測定光Ｌ０は、後述する光学特性を測定可能な波長を含む光であれば、単色光でもよいし、白色光を含む多色光でもよいが、本実施形態では、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長光を含む白色光源を採用している。具体的には、ハロゲンランプを採用している。
光源９には、測定光Ｌ０を導光して、測定光Ｌ０を光源９に接続された端部と反対側に形成されたファイバ端面１０ａから出射する光ファイバ１０が接続されている。
本実施形態では、光ファイバ１０は、ファイバ端面１０ａが回転保持部２に保持された被成膜体５０の裏面５０ｂの近傍に位置するように、回転保持部２の下方側から貫通孔２ｂの内側に配回されている。
また、ファイバ端面１０ａの平面視の位置は、図２に示すように、ファイバ端面１０ａの中心が、被成膜面５０ａ上において被成膜体５０の中心Ｏに対して距離Ｄ１／２（ただし、０＜Ｄ１＜Ｄ０）だけ離間した点Ｐと鉛直方向において重なる位置に設定されている。
【００２３】
受光レンズ８は、ファイバ端面１０ａから出射される測定光Ｌ０のうち被成膜体５０を透過する光を集光して光ファイバ１０に光結合する光学素子である。本実施形態では、受光レンズ８の光軸が被成膜面５０ａ上の点Ｐを通る鉛直軸に整列するように配置されている。
このため、光ファイバ１０のファイバ端面１０ａと受光レンズ８とは、回転保持部２に保持された被成膜体５０を挟んで対向して配置されている。この結果、回転保持部２が被成膜体５０とともに回転すると、ファイバ端面１０ａおよび受光レンズ８は、被成膜体５０に対して直径Ｄ１の円を描いて相対移動し、直径Ｄ１の円周上の各所において、ファイバ端面１０ａから被成膜体５０に測定光Ｌ０を照射し、その透過光を受光レンズ８によって集光できるようになっている。
点Ｐの位置は、後述する光学特性の測定中心位置、すなわち薄膜形成時の膜厚の測定中心位置となる。したがって、薄膜を形成する有効領域内であれば、どこに設定してもよいが、本実施形態では、一例として、Ｄ１／２＝７．５（ｍｍ）としている。すなわち、被成膜体５０の半径を３：２に分割する中間部に設定している。
【００２４】
光ファイバ７は、受光レンズ８によって集光された光を制御ユニット６に導く導光手段であり、一方のファイバ端面が受光レンズ８の集光位置に配置され、他方のファイバ端面が制御ユニット６の後述する測光部１３（図３参照）に接続されている。
【００２５】
制御ユニット６は、薄膜成膜装置１の装置動作を制御するもので、図３に示すように、制御対象となる各装置部分である駆動部４、材料供給部５、および光源９と電気的に接続されている。また、例えば、操作パネル、キーボード、マウスなどからなる操作部１２が接続され、制御動作を行うための操作入力、制御に必要な情報を入力することができるようになっている。
制御ユニット６の機能構成としては、測光部１３、記憶部１５、および制御部１４を備える。
【００２６】
測光部１３は、受光レンズ８に入射し、光ファイバ７によって導光された入射光を受光し、特定の波長における光量を測定して膜厚に対応する光学特性値を算出し、この光学特性値を制御部１４に送出するものである。
測光部１３の具体的な構成としては、例えば、特定の波長に対応する波長光を透過させる波長選択フィルタ、受光素子、および受光量に基づいて光学特性値を算出する演算処理部を備える構成、またはこの構成における波長選択フィルタおよび受光素子に代えて分光光量を測定する分光測定器を備える構成を採用することができる。以下では、一例として、分光測定器を備える場合の例で説明する。このため、測光部１３は、必要に応じて、複数の光学特性値、光学特性値の分光スペクトルなども制御部１４に送出できるようになっている。
本実施形態における光学特性値としては、成膜時に被成膜面５０ａに薄膜を形成する成膜材料１１を含む被成膜体５０の透過率を採用している。
このため、測光部１３の演算処理部では、回転保持部２に被成膜体５０を保持した場合の特定の波長における受光量を基準光量とし、この基準光量に対する回転保持部２に被成膜体５０を保持した場合の同一波長の受光量の比から特定の波長における透過率を算出することができるようになっている。
【００２７】
記憶部１５は、操作部１２から入力されたデータや測光部１３および制御部１４で算出される演算結果を、測光部１３および制御部１４から参照可能に記憶するものである。
操作部１２から入力するデータとしては、薄膜成膜装置１が被成膜体５０に形成すべき薄膜の膜厚に対応する目標値を挙げることができる。被成膜面５０ａに薄膜が形成されると透過光が薄膜によって干渉を起こすため、膜厚に応じて分光透過率が変化する。被成膜体５０の屈折率および成膜材料１１の屈折率が既知であれば、特定の波長においては、薄膜の膜厚と透過率とは対応関係がある。
そこで、本実施形態では、形成すべき薄膜の膜厚である目標膜厚ｔ０および膜厚の許容範囲にそれぞれ対応した透過率および透過率許容範囲を、数値シミュレーション等によって予め算出し、透過率許容範囲を目標値として記憶している。すなわち、目標値は、目標数値範囲、具体的には下限値および上限値として与えられる。
本明細書において「光学特性値が目標値に達した」とは、特に断らない限り、光学特性値が目標数値範囲内に達したことを意味する。本実施形態では、光学特性値は透過率、目標数値範囲は透過率許容範囲である。
例えば、被成膜体５０がＳ−ＬＡＨ５８（商品名）、成膜材料１１が中空シリカを含有する重合性化合物塗布剤、成膜材料１１の目標膜厚ｔ０が、９５．６ｎｍ、膜厚の許容範囲が目標膜厚ｔ０の±２％の場合には、記憶部１５に記憶される波長５２０ｎｍの透過率の目標値としては、９９．９７５％〜１００％を採用することができる。
【００２８】
制御部１４は、操作部１２からの操作入力に基づいて光源９をオンオフし、光源９をオンした状態で測光部１３による透過率測定を実行させる制御を行う。
また、制御部１４は、操作部１２からの操作入力に基づいて材料供給部５から一定量の成膜材料１１を滴下する制御を行う。
また、制御部１４は、材料供給部５を滴下した後、測光部１３により繰り返して透過率測定を行いつつ、駆動部４による駆動を開始させる制御を行う。そして、測光部１３から送出される透過率と、記憶部１５に記憶された透過率の目標値とを比較し、測光部１３から送出される透過率が目標値に達したとき駆動部４による駆動を停止する制御を行う。
【００２９】
制御ユニット６の装置構成は、本実施形態では、分光測定器を含む適宜のハードウェアと、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などからなるコンピュータとで構成される。上記の演算機能および制御機能は、それぞれに対応した演算プログラムおよび制御プログラムをこのコンピュータで実行することにより実現している。
【００３０】
このような薄膜成膜装置１の構成において、光源９、光ファイバ１０、受光レンズ８、光ファイバ７、および制御ユニット６の測光部１３は、回転保持部２の回転によって被成膜体５０上で薄層化される成膜材料１１に測定光Ｌ０を照射して、成膜材料１１を含む被成膜体５０の透過率からなる光学特性値を測定する光学特性測定部を構成している。
また、制御ユニット６の制御部１４は、光学特性測定部で測定された光学特性値が予め記憶された薄膜の目標膜厚に対応する目標値に達したときに回転保持部２の回転駆動を停止する回転制御部を構成している。
【００３１】
次に、薄膜成膜装置１の動作について、本実施形態の薄膜成膜方法を中心として説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜成膜方法を説明するフローチャートである。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜成膜装置における膜厚の測定原理について説明する模式図である。図６は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜成膜装置における光学特性値の目標値について説明するためのグラフである。図６の横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は透過率（％）である。
【００３２】
薄膜成膜装置１によって、被成膜面５０ａ上に成膜材料１１の薄膜を成膜するには、図４に示すフローチャートにしたがって、ステップＳ１からＳ６の各ステップを実行することにより成膜を行う。
まず、ステップＳ１では、駆動部４の駆動を停止した状態で、被成膜体５０をチャック２ａに保持させて回転保持部２にセットする。本実施形態では、薄膜成膜装置１の設置雰囲気は大気雰囲気でよいため、被成膜体５０のセットは、例えば、人手で行ってもよいし、ロボットなどを用いてセットしてもよい。
被成膜体５０が回転保持部２に保持されている状態で、光源９をオン状態として、ファイバ端面１０ａから測定光Ｌ０を出射し、受光レンズ８を通して集光された光の光量を測光部１３によって測定する。このとき、図５（ａ）に示すように、測定光Ｌ０は裏面５０ｂで一部が反射されてその他が測定光ＬＴ１として透過して、被成膜面５０ａに到達する。そして、被成膜面５０ａで一部が反射光ＬＲ２として反射される。このため、測光部１３によって測定される光量は、測定光ＬＴ１から反射光ＬＲ２となる成分を除いた測定光ＬＴ２の光量である。
本実施形態では、被成膜面５０ａでの透過率の変化を用いるため、透過率を求める基準光量として測定光ＬＴ１の光量を用いる。
測定光ＬＴ１の光量ＱＴ１は、測定光ＬＴ２の光量ＱＴ２に反射光ＬＲ２の光量ＱＲ２を加えたものである。本実施形態では、測定光ＬＴ１の光量ＱＴ１は、被成膜体５０を構成する硝材（Ｓ−ＬＡＨ５８）と空気との屈折率データから計算される波長ごとの反射率Ｒλ（％）として、次式（１）から求める。
【００３３】
ＱＴ１＝ＱＴ２×１００／（１００−Ｒλ） ・・・（１）
【００３４】
ここで、反射率Ｒλは、以下の計算によって求める。
例えば、硝材Ｓ−ＬＡＨ５８の屈折率ｎλは、硝材メーカによると、波長λ（ｎｍ）を用いて、次式（２）のような分散式で表される。
【００３５】
【数１】
【００３６】
ここで、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は、下記のような定数である。
Ａ１＝１．７８７６４９６４
Ａ２＝６．５２６３５６００×１０−１
Ａ３＝１．７９９１４５６４
Ｂ１＝８．４７３７８５３６×１０−３
Ｂ２＝３．１３１２６４０８×１０−２
Ｂ３＝１．３２７８８００１×１０＋２
【００３７】
また、硝材の界面における反射率Ｒ（％）は、硝材の屈折率をｎ１、空気の屈折率をｎ２としたとき、次式（３）で表される。
【００３８】
Ｒ＝｛（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）｝２×１００ ・・・（３）
【００３９】
上記式（２）から計算したｎλ、空気の屈折率である１を、上記式（３）のｎ１、ｎ２に代入すれば、波長λでの硝材の界面における反射率Ｒλが求まり、上記式（１）によって、基準光量である測定光ＬＴ１の光量ＱＴ１が求まる。
この基準光量は記憶部１５に記憶させる。本実施形態では、測光部１３は分光測定器を備えているため、測定光ＬＴ２は分光光量が測定される。したがって基準光量も波長ごとの分光光量が記憶される。
以上で、ステップＳ１が終了する。
基準光量の測定は、同一条件の成膜を行う場合でも、光源９の経時的な光量変化や被成膜体５０の厚みの誤差により透過率が変わってしまうため、成膜毎に行うことが望ましい。
このように基準光量の測定を行うことで、光源９の経時的な光量変化や、被成膜体５０の厚みや裏面５０ｂの表面状態のバラツキによる測定誤差を補正することができる。
【００４０】
次に、ステップＳ２では、操作者は、操作部１２から測定の開始操作入力を行う。この操作入力を検出した制御部１４は、材料供給部５の材料滴下部５ａから薄膜の形成に必要な一定量の成膜材料１１を滴下する。滴下された成膜材料１１は、図５（ａ）に示すように、被成膜面５０ａの中心Ｏ上に液滴として供給される。
本実施形態の例では、成膜材料１１の量は、０．０２ｍＬとする。
以上で、ステップＳ２が終了する。
【００４１】
次に、ステップＳ３では、制御部１４は、駆動部４に駆動開始する制御信号を送出して駆動部４を駆動し、回転保持部２の回転を開始させる。本実施形態では、一例として、回転保持部２の回転数が３０００ｒｐｍとなるように駆動部４を駆動する。
以上で、ステップＳ３が終了する。
ステップＳ３は、本実施形態の薄膜成膜方法において、被成膜体５０上に成膜材料１１を供給した後に、被成膜体５０の回転駆動を開始する工程を構成している。
【００４２】
次に、ステップＳ４では、光学特性の測定を行う。
制御部１４は、駆動部４に駆動を開始する制御信号を送出した後に、測光部１３に透過率測定を開始する制御信号を送出する。これにより、測光部１３は、制御部１４から測定を停止する制御信号が送出されるまでは、予め定められたサンプリング時間で、特定の波長における透過率測定を繰り返す。
本実施形態の例では、測光部１３の分光測定器によって測定されたλ１＝５２０（ｎｍ）における受光光量を、記憶部１５に記憶された基準光量で割って透過率を算出し、順次、制御部１４に送出する。このようにして、被成膜体５０の出射側での透過率が求められる。
透過率が制御部１４に送出されると、ステップＳ４が終了し、ステップＳ５に移行する。
ステップＳ４は、被成膜体５０の回転によって被成膜体５０上で薄層化される成膜材料１１に測定光Ｌ０を照射して、成膜材料１１を含む被成膜体５０の透過率からなる光学特性値を測定する光学特性測定工程を構成している。
【００４３】
ステップＳ４では、被成膜体５０が回転されているため、図５（ｂ）に示すように、被成膜面５０ａ上の成膜材料１１に遠心力が作用して、成膜材料１１が中心Ｏから外周側に移動し、被成膜面５０ａ上で平面視円状に拡がって薄層化が進行する。
さらに、回転を続けると、成膜材料１１は、被成膜面５０ａの全体を覆い、被成膜面５０ａの外周部から径方向外側に徐々に放出される。このため、回転が進むにつれて被成膜面５０ａ上の各所の膜厚が漸減し、やがて図５（ｃ）に示すように、被成膜面５０ａ上に目標膜厚ｔ０を有する均一な薄膜１１０が形成される。
【００４４】
例えば、図５（ａ）に示すような、回転開始前、または回転直後の状態では、成膜材料１１は、中心Ｏの近傍に集合しており、裏面５０ｂで減衰された測定光ＬＴ１が透過する点Ｐの近傍では、成膜材料１１の薄膜は形成されていない。このとき、裏面５０ｂから入射して透過した測定光ＬＴ１は、被成膜面５０ａに到達すると、被成膜面５０ａに固有の透過率にしたがって、一部が透過光ＬＴ２として上方の受光レンズ８（図１参照）に向かって透過し、その他が、反射光ＬＲ２として裏面５０ｂ側に反射される。したがって、測光部１３の受光光量は、波長λ１における測定光ＬＴ１の光量よりも小さくなる。
【００４５】
また、図５（ｂ）のように、薄層化された成膜材料１１が、点Ｐよりもやや外周側に拡がり、完全には外周部に到達しない状態では、点Ｐにおける成膜材料１１の膜厚ｔ３は、目標膜厚ｔ０よりも厚くなっている。
また、さらに成膜材料１１の薄層化が進むと、図５（ｃ）のように、各所の膜厚が目標膜厚ｔ０となる。
すなわち、点Ｐでは、被成膜体５０の回転開始からの時間経過とともに、成膜材料１１の膜厚が０の状態から、成膜材料１１が点Ｐに到達することで目標膜厚ｔ０よりも厚い初期膜厚となってから膜厚が漸減していくことになる。なお、成膜材料１１の先端が点Ｐを通過する時間は、透過率測定のサンプリング時間に比べて充分短時間であるため、膜厚の増大の変化は階段状となる。したがって初期膜厚となるまでの膜厚増加中の変化は測定されない。
【００４６】
ここで、このような膜厚変化と、透過率の変化の関係について説明する。
被成膜面５０ａ上に成膜材料１１による目標膜厚ｔ０の薄膜が形成された場合の分光透過率は、本実施形態の例では図６に示すグラフの曲線１００のようになっている。
すなわち、曲線１００は、波長３７０ｎｍで透過率９６．１％となり、波長３７０ｎｍから波長５２０ｎｍ（＝λ１）に向かって透過率が単調に増大し、波長５２０ｎｍで極大の透過率１００％となり、波長５２０ｎｍから波長７５０ｎｍに向かって、透過率が単調に減少し、波長７５０ｎｍで透過率９７．９％となる上に凸の滑らかな曲線である。
このように、成膜材料１１の目標膜厚ｔ０の薄膜は、波長５２０ｎｍに対しては良好な反射防止膜になっている。
薄膜の膜厚が、目標膜厚ｔ０からずれている場合の分光透過率は、特に図示しないが、透過率１００％となる波長が波長λ１からずれて、曲線１００をグラフ上で横軸方向にほぼシフトした形状になる。例えば、図５（ｂ）に示す膜厚ｔ３（＞ｔ０）の場合には、波長λ１よりも長波長の光での干渉が顕著となるため、曲線１００が長波長側（図示右方向）にシフトした形状となる。
この結果、膜厚ｔ３の状態では、波長λ１における透過率は、目標膜厚ｔ０における透過率よりも小さくなる。このように、波長λ１における透過率と成膜材料１１の膜厚との間には対応関係がある。具体的には、点Ｐでの膜厚が目標膜厚ｔ０より厚い状態から目標膜厚ｔ０まで薄層化されるにしたがって、曲線１００における波長λ１よりも短波長側（図示左側）の曲線上を波長λ１に向かって移動するのと同様な割合で透過率が増大していく。
このような分光透過率のシミュレーション結果から、透過率が９９．９７５％〜１００％になれば、目標膜厚ｔ０の±２％に相当する膜厚範囲に入ることが分かる。
また、例えば、膜厚の許容範囲を目標膜厚ｔ０の±１．５％にする場合には、透過率は、９９．９８５％〜１００％とすればよい。
【００４７】
次に、ステップＳ５では、制御部１４によって、測光部１３から送出された透過率を記憶部１５に記憶されている目標数値範囲である透過率許容範囲と比較し、目標数値範囲内である場合には、ステップＳ６に移行する。
透過率が透過率許容範囲内であれば、透過率が目標値に達しており、このため、透過率に対応する膜厚が目標膜厚ｔ０に対する偏差が±２％以内になったと判定できる。
本実施形態の例を実施したところ、透過率が目標値に達するまでの時間は、回転駆動開始から約１０秒であった。
【００４８】
また、透過率が目標数値範囲外である場合には、ステップＳ４に移行する。ただし、２回目以降のステップＳ４は、制御部１４から制御信号が送出されることなく、一定サンプリング時間ごとに測光部１３が、透過率の測定を行い、制御部１４に送出する。
【００４９】
このようにステップＳ５は、光学特性値が、予め記憶された薄膜の目標膜厚に対応する目標値に達したかどうかを判定する判定工程を構成している。
また、本実施形態は、透過率の極大値をとる特定の波長を測定光Ｌ０の波長として、目標数値範囲の上限値を透過率の極大値とし、下限値を透過率の極大値よりも小さな透過率に設定した場合の例になっている。このような極大値の近傍で判定する場合、下限値以上になっていることを判定すれば充分である。したがって、本実施形態の例では、下限値９９．９７５％以上であるかどうかを判定すれば充分である。
【００５０】
ステップＳ６は、ステップＳ５によって、光学特性値が目標値に達したことが判定された後に行うステップであり、制御部１４から駆動部４の駆動を停止する制御信号を送出し、駆動部４の駆動を停止する。これにより、回転保持部２の回転駆動が停止され、回転保持部２が減速される。この結果、成膜材料１１に作用する遠心力が減衰するため、遠心力による成膜材料１１の移動は停止する。
このようにして、成膜材料１１の膜厚は、回転駆動の停止時の膜厚一定値に保持される。被成膜面５０ａ上には目標膜厚ｔ０±２％の膜厚に達した薄膜が形成される。
以上で、ステップＳ６が終了する。
【００５１】
このように、ステップＳ６は、判定工程（ステップＳ５）における光学特性値が目標値に達したとの判定に基づいて被成膜体５０の回転駆動を停止する工程を構成している。
【００５２】
ステップＳ６が終了し、回転保持部２の回転が停止したら、成膜材料１１の材質に応じて必要な硬化処理等を行う。例えば、本実施形態の例の中空シリカを含有する重合性化合物塗布剤では、回転保持部２から被成膜体５０を取り外し、予め２００℃に加熱しておいた乾燥炉に１０分間投入して硬化させる。これにより、被成膜体５０に被成膜面５０ａに成膜材料１１の単層の薄膜が形成される。
以上で、本実施形態の薄膜成膜方法が終了する。
【００５３】
本実施形態の薄膜成膜装置１によれば、回転保持部２に保持されて回転する被成膜体５０上で薄層化される成膜材料１１の透過率を測定し、透過率が目標膜厚ｔ０に対応する目標値に達してから被成膜体５０の回転駆動を停止する。すなわち、成膜中に膜厚を間接的に測定しながら成膜を行っているため、薄膜の膜厚を許容範囲内に確実に収める成膜を行うことができる。
このため、成膜を繰り返し行う場合に、例えば、回転保持部２の回転数が変動したり、成膜材料１１の液体濃度や粘度が経時変化したり、成膜環境の温湿度が変動したりするなどして、膜厚がばらつく要因が発生しても、膜厚の変動を許容範囲内に収めることができる。
したがって、ウエットプロセスによって薄膜を成膜する際に、成膜の繰り返しにおける膜厚ばらつきを抑制することができる。
【００５４】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る薄膜成膜装置について説明する。
図７は、本発明の第２の実施形態に係る薄膜成膜装置の構成を示す模式的な装置構成図である。
【００５５】
本実施形態の薄膜成膜装置１Ａは、光学特性値として反射率を採用した場合の例であり、図７に示すように、上記第１の実施形態の薄膜成膜装置１の駆動伝達部３を削除し、回転保持部２、駆動部４に代えて、それぞれ回転保持部２Ａ、駆動部４Ａを備える。
また、被成膜面５０ａ上の薄膜による反射光の測定を行うため、光源９、光ファイバ１０、光ファイバ７、受光レンズ８の配置位置を変更している。
また、反射率測定を行うため、制御ユニット６の記憶部１５には、形成すべき薄膜の膜厚である目標膜厚ｔ０および膜厚の許容範囲にそれぞれ対応した反射率および反射率許容範囲を、数値シミュレーション等によって予め算出し、反射率許容範囲を目標値として記憶している。
以下では、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、成膜材料１１、被成膜体５０、成膜すべき膜厚の条件等も、上記第１の実施形態に用いたのと同じ例で説明する。
【００５６】
回転保持部２Ａは、上記第１の実施形態の回転保持部２から被駆動ギヤ３ｂ、貫通孔２ｂを削除したものであり、上記第１の実施形態と同様に上端部にチャック２ａを備える。
駆動部４Ａは、回転保持部２Ａの下端部に連結され、回転保持部２Ａをダイレクト駆動するＤＣモータである。回転数の範囲は、駆動部４と同様な範囲に設定されている。
また、駆動部４Ａは、制御ユニット６と電気的に接続され、制御ユニット６から制御信号に基づいて、回転の開始および停止の制御、ならびに回転速度の制御が可能になっている。
【００５７】
薄膜成膜装置１Ａでは、回転保持部２Ａのチャック２ａに保持された被成膜体５０を被成膜面５０ａ上の点Ｐに向けて測定光Ｌ０を照射し、被成膜面５０ａ上の成膜材料１１からの反射光の光量を測定する。
このため、本実施形態における光ファイバ１０および光源９は、回転保持部２Ａに保持された被成膜体５０の上方に配置している。そして、光ファイバ１０のファイバ端面１０ａ（図７では図示略）から出射される測定光Ｌ０を集光し照明光束を形成する照明レンズ２０を光ファイバ１０の先端側に備えている。
照明レンズ２０は、照明光束の中心が点Ｐに向かうように位置調整して配置されている。
また、本実施形態における受光レンズ８は、点Ｐを中心として反射される照明光束の反射光の反射方向と同軸となるように配置されている。
なお、図７は模式図のため、被成膜面５０ａに対する測定光Ｌ０が入射角を誇張して描いているが、入射角は０°に近い大きさ、例えば±５°以内に設定している。このため、本実施形態では、被成膜面５０ａの反射率測定において、反射角の角度依存性は無視することができる。
【００５８】
次に、薄膜成膜装置１Ａの動作について、本実施形態の薄膜成膜方法を中心として、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
図８は、本発明の第２の実施形態に係る薄膜成膜装置における光学特性値の目標値について説明するためのグラフである。図８の横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は反射率（％）である。
【００５９】
薄膜成膜装置１Ａによって、被成膜面５０ａ上に成膜材料１１の薄膜を成膜するには、図４に示すフローチャートにしたがって、上記第１の実施形態と略同様にして、ステップＳ１からＳ６の各ステップを実行することにより成膜を行う。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６０】
まず、本実施形態のステップＳ１では、被成膜体５０を回転保持部２Ａに保持させて、光ファイバ１０から出射され照明レンズ２０によって形成された照明光束である測定光Ｌ０を、被成膜体５０上の点Ｐに照射し、その反射光を受光レンズ８で集光して、光ファイバ７によって制御ユニット６に導光し、測光部１３によって受光量を測定する。
本実施形態では、被成膜面５０ａでの反射率の変化を用いるため、被成膜面５０ａの反射率Ｒλを上記第１の実施形態と同様にして上記式（２）、（３）から算出し、被成膜面５０ａで反射された測定光の分光光量を（Ｒλ／１００）で割って、波長ごとの基準光量を求める。そしてこの基準光量を記憶部１５に記憶させる。このように本実施形態では、測光部１３は分光測定器を備えているため、基準光量は波長ごとの分光光量が記憶される。
基準光量の測定は、同一条件の成膜を行う場合でも、光源９の経時的な光量変化により変わってしまうため、上記第１の実施形態と同様に、成膜毎に行うことが望ましい。
【００６１】
本実施形態のステップＳ２は、上記第１の実施形態のステップＳ２と同様のステップである。
【００６２】
次に、本実施形態のステップＳ３は、制御部１４が、駆動部４Ａに駆動開始する制御信号を送出する以外は、上記第１の実施形態のステップＳ３と同様のステップである。
【００６３】
次に、本実施形態のステップＳ４では、光学特性値として反射率を測定する。
制御部１４は、駆動部４Ａに駆動を開始する制御信号を送出した後に、測光部１３に反射率測定を開始する制御信号を送出する。これにより、測光部１３は、制御部１４から測定を停止する制御信号が送出されるまでは、予め定められたサンプリング時間で、特定の波長における反射率測定を繰り返す。
本実施形態の例では、測光部１３の分光測定器によって測定されたλ１＝５２０（ｎｍ）における受光光量を記憶部１５に記憶された基準光量で割って反射率を算出し、順次、制御部１４に送出する。
反射率が制御部１４に送出されると、ステップＳ４が終了し、本実施形態のステップＳ５に移行する。
【００６４】
被成膜面５０ａ上に成膜材料１１による目標膜厚ｔ０の薄膜が形成された場合の分光反射率は、分光透過率との和が１００％となる関係にあるため、図８に示すグラフの曲線１０１のようになっている。
すなわち、曲線１０１は、波長３７０ｎｍで透過率３．９％となり、波長３７０ｎｍから波長５２０ｎｍ（＝λ１）に向かって反射率が単調に減少し、波長５２０ｎｍで極小の反射率０％となり、波長５２０ｎｍから波長７５０ｎｍに向かって、反射率が単調に増大し、波長７５０ｎｍで透過率２．１％となる下に凸の滑らかな曲線である。
このように、成膜材料１１の目標膜厚ｔ０の薄膜は、上記第１の実施形態と同様、波長５２０ｎｍに対しては反射防止膜になっている。
薄膜の膜厚が、目標膜厚ｔ０からずれていると、上記第１の実施形態で説明したのと同様に、曲線１０１がシフトすることから、波長λ１における反射率と成膜材料１１の膜厚との間には対応関係がある。
したがって、上記第１の実施形態の場合と同様に、分光反射率のシミュレーション結果から、反射率が０％〜０．０２５％になれば、目標膜厚ｔ０の±２％に相当する膜厚範囲に入ることが分かる。実質的には、上限値の０．０２５％以下になっているかどうかを判定すれば充分である。
【００６５】
次に、本実施形態のステップＳ５では、測光部１３から制御部１４に送出された反射率の測定結果を、記憶部１５に記憶された反射率の目標値と比較する以外は、上記第１の実施形態のステップＳ５と同様なステップである。
薄膜の形成に要する時間は、成膜材料１１の材質、駆動部４Ａの回転数が変わらないため、上記第１の実施形態の場合と同様である。
したがって、本実施形態は、反射率の極小値をとる特定の波長を測定光Ｌ０の波長として、目標数値範囲の下限値を反射率の極小値とし、上限値を反射率の極小値よりも大きな反射率に設定した場合の例になっている。このような極小値の近傍で判定する場合、上限値以下になっていることを判定すれば充分である。
【００６６】
本実施形態のステップＳ６は、制御部１４が、駆動部４Ａに駆動を停止する制御信号を送出する以外は、上記第１の実施形態のステップＳ６と同様のステップである。
【００６７】
ステップＳ６が終了し、回転保持部２の回転が停止したら、成膜材料１１の材質に応じて上記第１の実施形態と同様に、必要な硬化処理等を行う。
以上で、本実施形態の薄膜成膜方法が終了する。
【００６８】
本実施形態の薄膜成膜装置１Ａは、光学測定値として反射率を採用する場合に上記第１の実施形態の薄膜成膜装置１と同様に成膜材料１１の薄膜を成膜することができる例になっている。このため、薄膜成膜装置１と同様に、ウエットプロセスによって薄膜を成膜する際に、成膜の繰り返しにおける膜厚ばらつきを抑制することができる。
【００６９】
また、反射率測定では、測定光Ｌ０を照射する光ファイバ１０等を裏面５０ｂ側に配置する必要がないため、回転保持部２Ａ内に貫通孔２ｂなどの、光ファイバ１０を配置する形状を設けることなく測定を行うことができる。
このため、薄膜成膜装置１Ａの装置構成が簡素化される。また、回転保持部２Ａのダイレクト駆動も容易となり、小型化が可能である。
また、測定光Ｌ０を、被成膜面５０ａ側に照射するため、被成膜面５０ａの外周側など、裏面５０ｂ側からみると回転保持部２Ａに遮られる位置であっても、反射率を測定することが可能となる。このため、反射率の測定位置の選択自由度が増大する。
また、反射率測定では、裏面５０ｂの光学特性の影響を受けずに光学特性値を測定できるため、例えば、裏面５０ｂの光学特性値がばらつくような場合にも、薄膜の光学特性を精度よく測定することができる。
【００７０】
［変形例］
次に本実施形態の変形例に係る薄膜成膜方法について説明する。
本変形例の薄膜成膜方法は、上記第２の実施形態の薄膜成膜方法における判定工程の変形例である。
本変形例では、判定工程において、特定の１つの波長に対する光学特性値のみを目標値と比較するのではなく、上記のステップＳ４において測定された、反射率の分光スペクトルが予め設定された分布許容範囲内にあるかどうかを判定するようにした方法である。
分布許容範囲は、例えば、２箇所以上の波長に対して、それぞれ光学特性値に目標値を設定することで与えられる。許容範囲を設定する波長、および使用する波長数は、目標膜厚ｔ０における分光スペクトルの形状に応じて適宜設定することができる。測光部１３は、分光スペクトルを測定するため、測定に用いる波長は、測定分解能の範囲かつ測定波長域の範囲で自由に選択することができる。
また、分布許容範囲を設定する波長範囲は、分光スペクトルの形状や、薄膜の使用波長範囲に応じて適宜設定することができる。例えば、可視波長域で用いる薄膜の場合、可視波長域に含まれる波長範囲、例えば、４００ｎｍから７００ｎｍの範囲に設定することが好ましい。
【００７１】
例えば、図３に示す曲線１０１のような分光スペクトルでは、判定に用いる波長として、４００ｎｍ、４５０ｎｍ、５００ｎｍ、５５０ｎｍ、６００ｎｍ、６５０ｎｍ、７００ｎｍの７つの波長を用いる場合、膜厚を目標膜厚ｔ０の±２％にするためには、下記の表１に示すような反射率目標値を設定すればよい。
【００７２】
【表１】
【００７３】
本変形例によるステップＳ４では、測光部１３は、反射率として、分光スペクトルデータを算出して制御部１４に送出する。
そして、ステップＳ５では、制御部１４は、判定に用いる７つの波長による反射率のすべてが、上記の表１の反射率目標値に達したとき、ステップＳ６に移行し、それ以外では、ステップＳ４に移行する。
【００７４】
本変形例の方法によれば、特定の波長範囲にわたる複数の波長に対する光学特性値の目標値が与えられるため、分光光学特性に対応する目標膜厚に達したことを、より確実に判定することができる。また、薄膜の分光光学特性の形状自体を検証できるため、成膜された薄膜の分光光学特性が許容範囲内にあることも同時に確かめられる。このため、成膜される膜厚の品質管理が容易となる。
【００７５】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る薄膜成膜装置について説明する。
図９は、本発明の第３の実施形態に係る薄膜成膜装置の構成を示す模式的な装置構成図である。図１０は、本発明の第３の実施形態に係る薄膜成膜装置で成膜される被成膜体と測定位置との関係を示す模式的な平面図である。
【００７６】
本実施形態の薄膜成膜装置１Ｂは、被成膜体５０の中心Ｏからの距離が異なる２箇所で、光学特性値を測定する場合の例であり、図９に示すように、上記第１の実施形態の薄膜成膜装置１に、光源９Ｂ、光ファイバ１０Ｂ、受光レンズ８Ｂ、光ファイバ７Ｂを追加し、制御ユニット６に代えて、制御ユニット６Ｂを備える。
以下では、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、成膜材料１１、被成膜体５０、成膜すべき膜厚の条件等も、上記第１の実施形態に用いたのと同じ例で説明する。
【００７７】
光源９Ｂ、光ファイバ１０Ｂ、受光レンズ８Ｂ、光ファイバ７Ｂは、被成膜面５０ａ上において被成膜体５０の中心Ｏに対して距離Ｄ２／２（ただし、０＜Ｄ２＜Ｄ１）だけ離間した点ＰＢにおける透過率測定を行うための装置部分であり、それぞれ上記第１の実施形態の光源９、光ファイバ１０、受光レンズ８、光ファイバ７とまったく同様の構成を有し、配置位置のみが異なる。
本実施形態では、一例として、Ｄ２＝１０（ｍｍ）としている。また、点ＰＢの周方向の位置は、適宜設定することができるが、本実施形態では、一例として、中心Ｏを挟んで、点Ｐと対向する位置に設定されている。
したがって、光ファイバ１０Ｂのファイバ端面１０ａの平面視の位置は、図１０に示すように、ファイバ端面１０ａの中心が、点ＰＢと鉛直方向において重なる位置に設定されている。
また、受光レンズ８Ｂは、受光レンズ８Ｂの光軸が被成膜面５０ａ上の点ＰＢを通る鉛直軸に整列するように配置されており、光ファイバ１０Ｂのファイバ端面１０ａと受光レンズ８Ｂとは、回転保持部２に保持された被成膜体５０を挟んで対向して配置されている。
また、光源９Ｂは、回転保持部２の下方側で、光源９と離れた適宜位置に配置されている。
また、光ファイバ７Ｂは、受光レンズ８Ｂによって集光された光を制御ユニット６Ｂに導く導光手段であり、一方のファイバ端面が受光レンズ８Ｂの集光位置に配置され、他方のファイバ端面が制御ユニット６Ｂの後述する測光部１３Ｂ（図３参照）に接続されている。
【００７８】
以下では、光源９、光ファイバ１０、受光レンズ８、光ファイバ７を第１測定光学系、光源９Ｂ、光ファイバ１０Ｂ、受光レンズ８Ｂ、光ファイバ７Ｂを第２測定光学系と称する場合がある。
【００７９】
制御ユニット６Ｂは、点Ｐにおける第１測定光学系による透過率測定に加えて点ＰＢにおける第２測定光学系による透過率測定を行うために必要な変更を制御ユニット６に施したものであり、図３に示すように、上記第１の実施形態の測光部１３、制御部１４に代えて、測光部１３Ｂ、制御部１４Ｂを備える。
測光部１３Ｂは、測光部１３と同様の透過率の算出を光ファイバ７、７Ｂからそれぞれ導光された光の光量測定と、透過率の算出とを、それぞれ独立に行えるようにしたものである。
制御部１４Ｂは、光源９に加えて、光源９Ｂもオンオフ制御を行うとともに、測光部１３Ｂから送出される２つの透過率と、記憶部１５に記憶された透過率の目標値とを比較し、測光部１３Ｂから送出される２つの透過率が両方とも目標値に達したとき駆動部４による駆動を停止する制御を行う。
【００８０】
薄膜成膜装置１Ｂによって、被成膜面５０ａ上に成膜材料１１の薄膜を成膜するには、予め、上記第１の実施形態と同様にして、第１測定光学系の基準光量を測定するとともに、第２測定光学系の基準光量を測定し、それぞれ測光部１３Ｂによって記憶部１５に記憶させる。
【００８１】
基準光量の測定後、図４に示すフローチャートにしたがって、上記第１の実施形態と略同様にして、ステップＳ１からＳ６の各ステップを実行することにより成膜を行う。
上記第１の実施形態と異なるのは、第１測定光学系と第２測定光学系とによって、２箇所に対応して２つの透過率が測定される点のみである。このため、本実施形態のステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の説明は省略する。
【００８２】
本実施形態のステップＳ５では、制御部１４Ｂは、測光部１３Ｂから送出される２つの透過率を、記憶部１５に記憶されている目標数値範囲である透過率許容範囲と比較し、両方の透過率が目標数値範囲内である場合には、ステップＳ６に移行する。
また、いずれかの透過率が目標数値範囲外である場合には、ステップＳ４に移行する。
【００８３】
本実施形態のステップＳ６は、上記第１の実施形態のステップＳ６と同様のステップである。
ステップＳ６が終了し、回転保持部２の回転が停止したら、成膜材料１１の材質に応じて上記第１の実施形態と同様に、必要な硬化処理等を行う。
以上で、本実施形態の薄膜成膜方法が終了する。
【００８４】
本実施形態の薄膜成膜装置１Ｂは、測定位置が回転の径方向において異なる複数の透過率を測定し、これらの透過率がすべて目標値に達している場合に回転を停止するため、測定箇所の１箇所の場合に比べて、膜厚の場所によるばらつきをより確実に抑制することができる。このため、膜厚の精度を向上することができる。
【００８５】
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る薄膜成膜方法について説明する。
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る薄膜成膜方法を用いて製造される光学素子の一例を示す模式的な断面図である。図１２は、本発明の第４の実施形態に係る薄膜成膜方法を説明するフローチャートである。図１３、１４、１５は、それぞれ本発明の第４の実施形態に係る薄膜成膜方法における第１層目、第２層目、第３層目の成膜時の光学特性値の目標値について説明するためのグラフである。各図の横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は反射率（％）である。
【００８６】
本実施形態の薄膜成膜方法は、上記第２の実施形態の薄膜成膜装置１Ａを用いて、被成膜体の被成膜面に多層薄膜を成膜する方法である。
図１１に、本方法によって製造される光学素子の一例である平面ガラス素子６０の断面構造を示す。
平面ガラス素子６０は、直径２５ｍｍのガラス基板である被成膜体５０Ｃの一方の面を被成膜面５０ａとして、被成膜面５０ａから順に、第１薄膜層１１ａ、第２薄膜層１１ｂ、第３薄膜層１１ｃが積層された部材である。第１薄膜層１１ａ、第２薄膜層１１ｂ、第３薄膜層１１ｃは、それぞれ、液状の成膜材料１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ（図７参照）を本方法によりスピンコートした後、硬化された薄膜層である。
本実施形態では、これらの第１薄膜層１１ａ、第２薄膜層１１ｂ、第３薄膜層１１ｃにより、波長４２０ｎｍから６８０ｎｍの範囲で、例えば反射率が０．５％以下となる反射防止膜を形成している。
【００８７】
このような平面ガラス素子６０を製造するため、本実施形態では、被成膜体５０Ｃとして、Ｓ−ＢＳＬ７（商品名；株式会社オハラ製、ｎｄ＝１．５２）を採用している。
また、成膜材料１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの材質としては、それぞれ、オグソールＥＡ−Ｆ５５０３（商品名；大阪ガスケミカル株式会社製、ｎ５２０＝１．６２）、酸化チタンを含有するトリメチロールプロパントリアクリレート（ｎ５２０＝１．９５）、上記第１の実施形態と同様の中空シリカを含有する重合性化合物塗布剤を採用している。
成膜材料１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの目標膜厚をそれぞれｔ０Ａ、ｔ０Ｂ、ｔ０Ｃとすると、ｔ０Ａ＝７８．１（ｎｍ）、ｔ０Ｂ＝１３１．２（ｎｍ）、ｔ０Ｃ＝９５．０（ｎｍ）である。また、膜厚の許容範囲は、各目標膜厚ｔ０Ａ、ｔ０Ｂ、ｔ０Ｃに対してそれぞれ±２％である。
【００８８】
本実施形態の薄膜成膜方法は、図１２に示すステップＳ１０〜Ｓ１５を、順次、行う方法である。
ステップＳ１０は、被成膜体５０Ｃの被成膜面５０ａに、成膜材料１１Ａによる薄膜を形成する成膜工程である。この薄膜は、目標膜厚ｔ０Ａの±２％の膜厚に形成する。
本工程は、上記第２の実施形態の薄膜成膜方法において、被成膜体５０、成膜材料１１に代えて、被成膜体５０Ｃ、成膜材料１１Ａを用いて、図４に示すステップＳ１〜Ｓ６を行う工程である。以下、上記第２の実施形態と異なる点を中心に簡単に説明する。
【００８９】
ステップＳ２で滴下する成膜材料１１Ａの量は、０．１ｍＬとした。
ステップＳ３における駆動部４Ａの回転数は、５０００ｒｐｍとした。
ステップＳ５における反射率の目標値は、成膜材料１１Ａの目標膜厚ｔ０Ａおよびその許容範囲に対応した目標値とした。
目標値の設定は、図１３に曲線１０２で示すような被成膜面５０ａ上に目標膜厚ｔ０Ａの成膜材料１１Ａが成膜された場合の分光反射率特性に基づいて行う。
曲線１０２は、波長３５０ｎｍで反射率が５．５５％、波長５２０ｎｍ（＝λ１）で、反射率が６．４９４４％の極大値をとり、波長７５０ｎｍで反射率が６．０２％となる、上に凸の滑らかな曲線である。
このような分光反射率特性では、目標値としては、波長λ１の反射率で、６．４９３％以上とすればよい。
このため、本工程のステップＳ４では、測光部１３は、波長λ１の反射率を制御部１４に送出する設定としている。
【００９０】
本工程を上記の例で実施したころ、反射率が目標値に達するまでの時間は、回転駆動開始から約８秒であった。このため、回転駆動を開始してから、約８秒後に、ステップＳ６が実行された。これにより、ステップＳ１０が終了する。
【００９１】
次に、ステップＳ１１を行う。本ステップは、成膜材料１１Ａを硬化させて第１薄膜層１１ａを形成する硬化工程である。
本実施形態の例では、回転保持部２Ａの停止後、被成膜体５０Ｃに高圧水銀灯（ウシオ電機株式会社製ＳＰ−９）で波長３６５ｎｍ、照度１０００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線（ＵＶ光）を照射して硬化させる。
以上で、ステップＳ１１が終了する。
【００９２】
次にステップＳ１２を行う。本ステップは、第１薄膜層１１ａが形成された被成膜体５０Ｃの第１薄膜層１１ａ上に、成膜材料１１Ｂによる薄膜を形成する成膜工程である。この薄膜は、目標膜厚ｔ０Ｂの±２％の膜厚に形成する。
本工程は、上記第２の実施形態の薄膜成膜方法において、被成膜体５０、成膜材料１１に代えて、第１薄膜層１１ａが形成された被成膜体５０Ｃ、成膜材料１１Ｂを用いて、図４に示すステップＳ１〜Ｓ６を行う工程である。したがって、上記第２の実施形態の説明における被成膜面５０ａは、第１薄膜層１１ａの上面に読み替える。以下、上記第２の実施形態と異なる点を中心に簡単に説明する。
【００９３】
ステップＳ２で滴下する成膜材料１１Ｂの量は０．１ｍＬとした。
ステップＳ３における駆動部４Ａの回転数は４５００ｒｐｍとした。
ステップＳ５における反射率の目標値は、成膜材料１１Ｂの目標膜厚ｔ０Ｂおよびその許容範囲に対応した目標値とした。
目標値の設定は、図１４に曲線１０３で示すような第１薄膜層１１ａ上に目標膜厚ｔ０Ｂの成膜材料１１Ｂが成膜された場合の分光反射率特性に基づいて行う。
曲線１０３は、波長４２０ｎｍで反射率が９．５９％、波長５２０ｎｍ（＝λ１）で、反射率が６．４９４４％の極小値をとり、波長６８０ｎｍで反射率が９．９１％となる、下に凸の滑らかな曲線である。
このような分光反射率特性では、目標値としては、波長λ１の反射率で、６．５２０％以下とすればよい。
このため、本工程のステップＳ３では、測光部１３は、波長λ１の反射率を制御部１４に送出する設定としている。
【００９４】
本工程を上記の例で実施したころ、反射率が目標値に達するまでの時間は、回転駆動開始から約９秒であった。このため、回転駆動を開始してから、約９秒後に、ステップＳ５が実行された。これにより、ステップＳ１２が終了する。
【００９５】
次に、ステップＳ１３を行う。本ステップは、成膜材料１１Ｂを硬化させて第２薄膜層１１ｂを形成する硬化工程である。
本実施形態の例では、回転保持部２Ａの停止後、被成膜体５０Ｃに高圧水銀灯（ウシオ電機株式会社製ＳＰ−９）で波長３６５ｎｍ、照度１０００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線を照射して硬化させる。
以上で、ステップＳ１３が終了する。
【００９６】
次にステップＳ１４を行う。本ステップは、第１薄膜層１１ａ、第２薄膜層１１ｂが形成された被成膜体５０Ｃの第２薄膜層１１ｂ上に、成膜材料１１Ｃによる薄膜を形成する成膜工程である。この薄膜は、目標膜厚ｔ０Ｃの±２％の膜厚に形成する。
本工程は、上記第２の実施形態の薄膜成膜方法において、被成膜体５０、成膜材料１１に代えて、第１薄膜層１１ａ、第２薄膜層１１ｂが形成された被成膜体５０Ｃ、成膜材料１１Ｃを用いて、図４に示すステップＳ１〜Ｓ６を行う工程である。したがって、上記第２の実施形態の説明における被成膜面５０ａは、第２薄膜層１１ｂの上面に読み替える。以下、上記第２の実施形態と異なる点を中心に簡単に説明する。
【００９７】
ステップＳ２で滴下する成膜材料１１Ｃの量は０．１ｍＬとした。
ステップＳ３における駆動部４Ａの回転数は３０００ｒｐｍとした。
ステップＳ５における反射率の目標値は、成膜材料１１Ｃの目標膜厚ｔ０Ｃおよびその許容範囲に対応した目標値とした。
目標値の設定は、図１５に曲線１０４で示すような第２薄膜層１１ｂ上に目標膜厚ｔ０Ｃの成膜材料１１Ｃが成膜された場合の分光反射率特性に基づいて行う。
曲線１０４は、波長３８０ｎｍで反射率が２．８４％となり、波長４４０ｎｍ（＝λ２）に向かって単調に減少して、波長λ２で反射率０．０３０２％の極小値をとり、増大に転じてから、波長５４０ｎｍ（＝λ２）で反射率０．１９１６％の極大値をとり、減少に転じてから、波長６２０ｎｍ（＝λ４）で反射率０．０２２２％の極小値をとり、増大に転じて、波長７５０ｎｍで反射率が１．４３％となる、滑らかなＷ字状の曲線である。
このような分光反射率特性では、目標値としては、波長λ２およびλ３の反射率で、０．０８０％以下とすればよい。
このため、本工程のステップＳ３では、測光部１３は、波長λ２、λ３の反射率を制御部１４に送出する設定としている。
【００９８】
本工程を上記の例で実施したころ、反射率が目標値に達するまでの時間は、回転駆動開始から約１０秒であった。このため、回転駆動を開始してから、約１０秒後に、ステップＳ５が実行された。これにより、ステップＳ１４が終了する。
【００９９】
次に、ステップＳ１５を行う。本ステップは、成膜材料１１Ｃを硬化させて第３薄膜層１１ｃを形成する硬化工程である。
本実施形態の例では、回転保持部２Ａの停止後、被成膜体５０Ｃを取り外し、あらかじめ２００℃に加熱しておいた乾燥炉に１０分間投入して硬化させる。
以上で、ステップＳ１５が終了する。
このようにして、平面ガラス素子６０を製造することができる。
【０１００】
本実施形態の薄膜成膜方法によれば、多層薄膜であっても、各層について成膜工程と硬化工程を順次行い、各成膜工程を上記第２の実施形態と同様にして行うことで、各層の薄膜の膜厚がばらつくことを抑制することができる。したがって、多層薄膜の全体としての膜厚ばらつきや、薄膜の光学特性のばらつきも抑制することができる。
【０１０１】
なお、上記の説明では、光源９が白色光であり、測光部１３が分光測定器を含む構成である場合の例で説明したが、予め光学測定の測定に用いる波長光が決まっている場合には、その波長に対応した単数または複数の単色光源と、受光素子とを備える構成としてもよい。
【０１０２】
また、上記の説明では、成膜材料の硬化を乾燥炉による加熱によって行う場合とＵＶ光を照射によって行う場合の例で説明したが、硬化方法は、成膜材料の特性に応じて適宜設定することができる。また、室温で硬化する成膜材料の場合には、硬化工程は省略することができる。
【０１０３】
また、上記第２の実施形態の変形例の説明では、判定に用いる波長として、一定の波長間隔を有する複数の波長を用いた場合の例で説明したが、分光光学特性の変化によっては、波長間隔を適宜広くしたり、狭くしたりしてもよい。また、分光スペクトルの分解能に等しい波長間隔として、分光スペクトルの形状全体を判定対象としてもよい。
【０１０４】
また、上記の説明では、ステップＳ３において被成膜体が回転してから行うものとして説明したが、光学特性の測定は被成膜体の回転の停止タイミングを判定できればよいため、光学特性の測定が、少なくともステップＳ３、Ｓ５の間に行われていればよい。したがって、光学特性の測定自体はステップＳ３を行う前から継続して行うようにしてもよい。
【０１０５】
また、上記第２の実施形態の説明では、回転保持部２Ａとして回転保持部２から貫通孔２ｂを削除した構成を採用した例で説明したが、反射率の測定に影響しないようであれば、貫通孔２ｂを備えた構成としてもよい。すなわち、上記第２の実施形態における回転保持部２Ａおよび駆動部４Ａからなる構成は、上記第１の実施形態と同様に、回転保持部２、駆動部４、および駆動伝達部３からなる構成としてもよい。
【０１０６】
また、上記の実施形態で説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせたり、削除したりして実施することができる。
例えば、上記第１の実施形態の構成に上記第２の実施形態における光源９、光ファイバ１０、および照明レンズ２０を追加し、必要に応じて、透過率の測定と、反射率の測定とを切り替えたり、同時並行して行ったりする構成としてもよい。
【符号の説明】
【０１０７】
１、１Ａ 薄膜成膜装置
２、２Ａ 回転保持部
３ 駆動伝達部
４、４Ａ 駆動部
５ 材料供給部
５ａ 材料滴下部
６ 制御ユニット
７、１０ 光ファイバ（光学特性測定部）
８ 受光レンズ（光学特性測定部）
９ 光源（光学特性測定部）
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ 成膜材料
１３ 測光部（光学特性測定部）
１４ 制御部（回転制御部）
１５ 記憶部
５０ 被成膜体
５０ａ 被成膜面
１１０ 薄膜
Ｌ０、ＬＴ１ 測定光
ｔ０、ｔ０Ａ、ｔ０Ｂ、ｔ０Ｃ 目標膜厚
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜成膜装置および薄膜成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、薄膜を形成する場合、真空蒸着法やスパッタ法などのドライプロセスが用いられている。しかし、レンズなど有限の曲率を持った被成膜体に薄膜を形成する場合、ドライプロセスでは薄膜を形成する薄膜形成粒子の入射角度が被成膜面の曲率によって変化するため、膜厚が均一な薄膜を形成することが難しいという問題がある。また、大面積の成膜を行う場合にも薄膜形成粒子の分布にバラツキが生じやすいため、膜厚が不均一になりやすいという問題がある。さらに、ドライプロセスでは、大気雰囲気で成膜することができないため、真空チャンバーなどが必要となり、装置が大型化するという問題もある。
このため、ドライプロセスに代えて、有限の曲率を有する被成膜面や大面積の被成膜面でも膜厚の均一性が得られやすく、大気雰囲気でも成膜が可能な湿式法（ウエットプロセス）を用いた薄膜成膜方法が提案されている。ウエットプロセスとは、スピンコート法、ディップ法、スプレー法、ロールコート法などにより、液体を基板に塗布して乾燥・熱処理することにより成膜する方法である。
例えば、スピンコート法では、液状の薄膜形成材料を被成膜体上に滴下し、被成膜体を高速回転させる。滴下された薄膜形成材料は、遠心力によって短時間のうちに被成膜体に沿って拡がり、均一膜厚の薄膜が形成される。このとき、膜厚は、被成膜体の回転数、薄膜形成材料の種類、濃度、粘度、滴下量、温湿度環境等によって決定される。
ただし、膜厚の絶対値は、成膜時における被成膜体の回転数のばらつき、薄膜形成材料の濃度の経時変化、温湿度環境の変化等によって変化しやすい。
このようなウエットプロセスにおける膜厚制御を行う方法として、特許文献１には、半導体ウェハに塗布するフォトレジストの膜厚を制御する塗布膜厚制御方法において、半導体ウェハにフォトレジストを塗布する塗布ユニットから半導体ウェハにフォトレジストを塗布した所定の塗布条件の異なる所定数の各サンプルについての塗布条件に係る情報を取得するとともに、前記各サンプルについての膜厚に係る情報を取得することにより、所定の塗布条件及びこれに対応する膜厚についてプロットし、このプロットに基づいて所定の塗布条件及びこれに対応する膜厚について近似曲線を作成する工程と、前記近似曲線に基づいて予め目標値として設定されているフォトレジストの膜厚に対応する所定の塗布条件に係る補正値を計算する工程と、計算された所定の塗布条件に係る補正値に基づいて前記塗布ユニットの所定の塗布条件を制御する制御信号を生成する工程と、を含むことを特徴とする塗布膜厚制御方法が記載されている。
特許文献１における塗布条件に係る補正は、半導体ウェハを回転させるモータの回転数を補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３７３８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の薄膜成膜装置および薄膜成膜方法には以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、サンプルを作製して膜厚を測定してから被成膜体である半導体ウェハを回転させるモータの回転数に補正をかけるため、回転数の変化により膜厚が変化することは防止されるものの、薄膜形成材料の液体濃度や粘度の経時変化や成膜環境の変化の影響による膜厚の変化を防止することはできない。このため、被成膜体を代えて成膜を繰り返す場合、経時的に薄膜形成材料の液体濃度が変化したり、成膜環境の温湿度が変動したりすると膜厚がばらついてしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、ウエットプロセスによって薄膜を成膜する際に、成膜の繰り返しにおける膜厚ばらつきを抑制することができる薄膜成膜装置および薄膜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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の薄膜成膜装置は、被成膜体上に液状の薄膜形成材料を供給し、前記被成膜体を回転させて前記薄膜形成材料による薄膜を形成する薄膜成膜装置であって、前記被成膜体を保持して回転させる回転保持部と、該回転保持部の回転によって前記被成膜体上で薄層化される前記薄膜形成材料に測定光を照射して、前記薄膜形成材料を含む前記被成膜体の透過率、反射率のうちの少なくとも一つからなる光学特性値を測定する光学特性測定部と、該光学特性測定部で測定された前記光学特性値が予め記憶された前記薄膜の目標膜厚に対応する目標値に達したときに前記回転保持部の回転駆動を停止する回転制御部と、を備える構成とする。
【０００７】
また、本発明の薄膜成膜装置では、前記光学特性測定部は、前記測定光として多色光を照射し、該多色光に含まれる複数の波長においてそれぞれ前記光学特性値を測定し、前記回転制御部は、前記複数の波長にそれぞれ対応して前記目標値が予め記憶され、前記光学特性測定部で測定された複数の前記光学特性値のすべてが、それぞれの波長に対応する前記目標値に達したときに、前記回転保持部の回転駆動を停止することが好ましい。
【０００８】
また、本発明の複数の波長においてそれぞれ光学特性値を測定する薄膜成膜装置では、前記複数の波長は、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲に含まれることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の複数の波長においてそれぞれ光学特性値を測定する薄膜成膜装置では、前記光学特性測定部は、前記光学特性値を４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲を含む分光スペクトルとして測定し、前記回転制御部は、前記目標値として、前記薄膜の目標膜厚に対応する前記分光スペクトルの分布許容範囲を記憶したことが好ましい。
【００１０】
本発明の薄膜成膜方法は、被成膜体上に液状の薄膜形成材料を供給し、前記被成膜体を回転させて前記薄膜形成材料による薄膜を形成する薄膜成膜方法であって、前記被成膜体上に前記薄膜形成材料を供給した後に、前記被成膜体の回転駆動を開始する工程と、前記被成膜体の回転によって前記被成膜体上で薄層化される前記薄膜形成材料に測定光を照射して、前記薄膜形成材料を含む前記被成膜体の透過率、反射率のうちの少なくとも一つからなる光学特性値を測定する光学特性測定工程と、該光学特性測定工程で測定された前記光学特性値が、予め記憶された前記薄膜の目標膜厚に対応する目標値に達したかどうかを判定する判定工程と、該判定工程における前記光学特性値が前記目標値に達したとの判定に基づいて前記成膜体の回転駆動を停止する工程と、を備える方法とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の薄膜成膜装置および薄膜成膜方法によれば、回転により被成膜体上で薄層化される薄膜形成材料の光学特性値を測定し、光学特性値が目標膜厚に対応する目標値に達してから成膜体の回転駆動を停止するため、ウエットプロセスによって薄膜を成膜する際に、成膜の繰り返しにおける膜厚ばらつきを抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る薄膜成膜装置の構成を示す模式的な装置構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る薄膜成膜装置で成膜される被成膜体と測定位置との関係を示す模式的な平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る薄膜成膜装置の制御ユニットの機能構成を示す機能ブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る薄膜成膜方法を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る薄膜成膜装置における膜厚の測定原理について説明する模式図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る薄膜成膜装置における光学特性値の目標値について説明するためのグラフである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る薄膜成膜装置の構成を示す模式的な装置構成図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る薄膜成膜装置における光学特性値の目標値について説明するためのグラフである。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る薄膜成膜装置の構成を示す模式的な装置構成図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る薄膜成膜装置で成膜される被成膜体と測定位置との関係を示す模式的な平面図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る薄膜成膜方法を用いて製造される光学素子の一例を示す模式的な断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る薄膜成膜方法を説明するフローチャートである。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る薄膜成膜方法における第１層目の成膜時の光学特性値の目標値について説明するためのグラフである。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る薄膜成膜方法における第２層目の成膜時の光学特性値の目標値について説明するためのグラフである。
【図１５】本発明の第４の実施形態に係る薄膜成膜方法における第３層目の成膜時の光学特性値の目標値について説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１４】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る薄膜成膜装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜成膜装置の構成を示す模式的な装置構成図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜成膜装置で成膜される被成膜体と測定位置との関係を示す模式的な平面図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜成膜装置の制御ユニットの機能構成を示す機能ブロック図である。
【００１５】
本実施形態の薄膜成膜装置１は、図１に示すように、被成膜体５０上に液状の成膜材料１１（薄膜形成材料）を供給し、被成膜体５０を回転させて液状の成膜材料１１による薄膜を形成する装置である。
被成膜体５０としては、表面に配置された成膜材料１１を遠心力によって薄層化できる面形状を有する被成膜面５０ａが形成されていれば特に限定されない。例えば、被成膜面５０ａとして平滑な平面を有するガラス基板や、被成膜面５０ａとして曲率半径が大きい凸面や凹面のレンズ面や反射面が形成された光学素子基材を採用することができる。曲率半径の大きさとしては、例えば、３ｍｍから無限大（平面）が好適である。
また、被成膜体５０の材質としては、本実施形態では、光透過性を有するガラスや合成樹脂などが好適である。
また被成膜体５０の外形状は特に限定されない。
以下では、被成膜体５０の一例として、外径Ｄ０（図２参照）が２５ｍｍ、厚さが１ｍｍの平滑な円板であるガラス基板の例で説明する。被成膜体５０の材質としては、一例として、Ｓ−ＬＡＨ５８（商品名；株式会社オハラ製、ｎｄ＝１．８８）の場合で説明する。
ここで、「ｎｄ」は、ｄ線における屈折率である。また、以下では、特定の波長λにおける屈折率は、波長λをｎｍで測った数値として「ｎλ」と表記する。
【００１６】
成膜材料１１は、被成膜面５０ａに薄膜を形成する材料であり、膜厚に対応して光学特性が変化する材料であれば、適宜の材質を採用することができる。光学特性の例としては、反射率、透過率、およびそれらの分光特性を挙げることができる。
薄膜の種類の例としては、被成膜面５０ａの反射率、透過率、偏光特性等の光学特性を変更するために形成される光学薄膜、例えば、反射防止膜、反射膜、半透過膜、波長選択膜、偏光膜、光吸収膜等を挙げることができる。
また、薄膜の種類と他の例としては、被成膜面５０ａの機械的、物理的、電気的な特性を変更する薄膜であって、高精度な膜厚管理を行う必要がある薄膜を挙げることができる。このような薄膜の例としては、光学素子において、機能上、光を透過させたり反射させたりする光学面に用いられるハードコート膜、帯電防止膜、導電膜、撥水膜、撥膜油等を挙げることができる。
以下では、一例として、成膜材料１１の材質として、低屈折率材料である中空シリカを含有する重合性化合物塗布剤（ｎ５２０＝１．３６）を用いて、被成膜面５０ａ上に目標膜厚ｔ０が９５．６ｎｍである単層の薄膜を形成する場合の例で説明する。
この薄膜は、後述するように、波長５２０ｎｍにおいて、干渉を起こして反射光成分が相殺され、反射防止膜として機能するものである。
なお、成膜材料１１の膜厚が硬化後に変化する場合には、目標膜厚ｔ０は、硬化後に必要な膜厚が得られる膜厚に設定する。
【００１７】
薄膜成膜装置１の概略構成は、回転保持部２、駆動部４、駆動伝達部３、材料供給部５、光源９、光ファイバ１０、受光レンズ８、光ファイバ７、および制御ユニット６を備える。
【００１８】
回転保持部２は、被成膜体５０を保持して回転させるものである。本実施形態の回転保持部２は、被成膜体５０の中心軸Ｃが鉛直軸に整列し、被成膜面５０ａが上向きとなるように被成膜体５０を支持し、中心軸Ｃを回転の中心軸線として、被成膜体５０を回転できるようになっている。
このため、回転保持部２は、中心に貫通孔２ｂを有する円筒状に形成され、不図示の軸受によって鉛直軸回りに回転可能に支持されている。回転保持部２の上端部には、被成膜体５０の裏面５０ｂの外周部を下方から受けるとともに被成膜体５０の側面を径方向に着脱可能に保持するチャック２ａが設けられている。
【００１９】
駆動部４は、回転保持部２を回転させるものであり、本実施形態では、ＤＣモータを採用している。駆動部４は、制御ユニット６と電気的に接続され、制御ユニット６から制御信号に基づいて、回転駆動の開始および停止の制御、ならびに回転速度の制御が可能になっている。
なお、本実施形態における回転駆動の停止の制御とは、回転駆動力の供給を停止する制御を意味する。このため、回転駆動の停止とともに、回転保持部２は減速を開始するが、ただちに停止することはない。完全な停止に要する時間を短縮するため、駆動部４は適宜のブレーキを備えていてもよい。
駆動部４の定常回転数は、成膜材料１１の粘性等に応じて適宜設定すればよく、例えば、３０００ｒｐｍから５０００ｒｐｍの範囲に設定することができる。
【００２０】
駆動伝達部３は、駆動部４の回転駆動力を回転保持部２に伝達する回転伝達機構であり、本実施形態では、一例として、回転保持部２の回転軸に設けられた駆動ギヤ３ａと、回転保持部２の外周部に固定された被駆動ギヤ３ｂとから構成される。
【００２１】
材料供給部５は、回転保持部２に保持された被成膜体５０の被成膜面５０ａ上に成膜材料１１を供給するものである。本実施形態では、成膜材料１１を貯留する材料貯留部５ｂと、材料貯留部５ｂ内の成膜材料１１を被成膜面５０ａの中心Ｏに向けて一定量だけ滴下する材料滴下部５ａとを備える。
【００２２】
光源９は、被成膜面５０ａ上で薄層化される成膜材料１１の膜厚に対応する光学特性を測定するための測定光Ｌ０を形成するものである。
測定光Ｌ０は、後述する光学特性を測定可能な波長を含む光であれば、単色光でもよいし、白色光を含む多色光でもよいが、本実施形態では、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長光を含む白色光源を採用している。具体的には、ハロゲンランプを採用している。
光源９には、測定光Ｌ０を導光して、測定光Ｌ０を光源９に接続された端部と反対側に形成されたファイバ端面１０ａから出射する光ファイバ１０が接続されている。
本実施形態では、光ファイバ１０は、ファイバ端面１０ａが回転保持部２に保持された被成膜体５０の裏面５０ｂの近傍に位置するように、回転保持部２の下方側から貫通孔２ｂの内側に配回されている。
また、ファイバ端面１０ａの平面視の位置は、図２に示すように、ファイバ端面１０ａの中心が、被成膜面５０ａ上において被成膜体５０の中心Ｏに対して距離Ｄ１／２（ただし、０＜Ｄ１＜Ｄ０）だけ離間した点Ｐと鉛直方向において重なる位置に設定されている。
【００２３】
受光レンズ８は、ファイバ端面１０ａから出射される測定光Ｌ０のうち被成膜体５０を透過する光を集光して光ファイバ１０に光結合する光学素子である。本実施形態では、受光レンズ８の光軸が被成膜面５０ａ上の点Ｐを通る鉛直軸に整列するように配置されている。
このため、光ファイバ１０のファイバ端面１０ａと受光レンズ８とは、回転保持部２に保持された被成膜体５０を挟んで対向して配置されている。この結果、回転保持部２が被成膜体５０とともに回転すると、ファイバ端面１０ａおよび受光レンズ８は、被成膜体５０に対して直径Ｄ１の円を描いて相対移動し、直径Ｄ１の円周上の各所において、ファイバ端面１０ａから被成膜体５０に測定光Ｌ０を照射し、その透過光を受光レンズ８によって集光できるようになっている。
点Ｐの位置は、後述する光学特性の測定中心位置、すなわち薄膜形成時の膜厚の測定中心位置となる。したがって、薄膜を形成する有効領域内であれば、どこに設定してもよいが、本実施形態では、一例として、Ｄ１／２＝７．５（ｍｍ）としている。すなわち、被成膜体５０の半径を３：２に分割する中間部に設定している。
【００２４】
光ファイバ７は、受光レンズ８によって集光された光を制御ユニット６に導く導光手段であり、一方のファイバ端面が受光レンズ８の集光位置に配置され、他方のファイバ端面が制御ユニット６の後述する測光部１３（図３参照）に接続されている。
【００２５】
制御ユニット６は、薄膜成膜装置１の装置動作を制御するもので、図３に示すように、制御対象となる各装置部分である駆動部４、材料供給部５、および光源９と電気的に接続されている。また、例えば、操作パネル、キーボード、マウスなどからなる操作部１２が接続され、制御動作を行うための操作入力、制御に必要な情報を入力することができるようになっている。
制御ユニット６の機能構成としては、測光部１３、記憶部１５、および制御部１４を備える。
【００２６】
測光部１３は、受光レンズ８に入射し、光ファイバ７によって導光された入射光を受光し、特定の波長における光量を測定して膜厚に対応する光学特性値を算出し、この光学特性値を制御部１４に送出するものである。
測光部１３の具体的な構成としては、例えば、特定の波長に対応する波長光を透過させる波長選択フィルタ、受光素子、および受光量に基づいて光学特性値を算出する演算処理部を備える構成、またはこの構成における波長選択フィルタおよび受光素子に代えて分光光量を測定する分光測定器を備える構成を採用することができる。以下では、一例として、分光測定器を備える場合の例で説明する。このため、測光部１３は、必要に応じて、複数の光学特性値、光学特性値の分光スペクトルなども制御部１４に送出できるようになっている。
本実施形態における光学特性値としては、成膜時に被成膜面５０ａに薄膜を形成する成膜材料１１を含む被成膜体５０の透過率を採用している。
このため、測光部１３の演算処理部では、回転保持部２に被成膜体５０を保持した場合の特定の波長における受光量を基準光量とし、この基準光量に対する回転保持部２に被成膜体５０を保持した場合の同一波長の受光量の比から特定の波長における透過率を算出することができるようになっている。
【００２７】
記憶部１５は、操作部１２から入力されたデータや測光部１３および制御部１４で算出される演算結果を、測光部１３および制御部１４から参照可能に記憶するものである。
操作部１２から入力するデータとしては、薄膜成膜装置１が被成膜体５０に形成すべき薄膜の膜厚に対応する目標値を挙げることができる。被成膜面５０ａに薄膜が形成されると透過光が薄膜によって干渉を起こすため、膜厚に応じて分光透過率が変化する。被成膜体５０の屈折率および成膜材料１１の屈折率が既知であれば、特定の波長においては、薄膜の膜厚と透過率とは対応関係がある。
そこで、本実施形態では、形成すべき薄膜の膜厚である目標膜厚ｔ０および膜厚の許容範囲にそれぞれ対応した透過率および透過率許容範囲を、数値シミュレーション等によって予め算出し、透過率許容範囲を目標値として記憶している。すなわち、目標値は、目標数値範囲、具体的には下限値および上限値として与えられる。
本明細書において「光学特性値が目標値に達した」とは、特に断らない限り、光学特性値が目標数値範囲内に達したことを意味する。本実施形態では、光学特性値は透過率、目標数値範囲は透過率許容範囲である。
例えば、被成膜体５０がＳ−ＬＡＨ５８（商品名）、成膜材料１１が中空シリカを含有する重合性化合物塗布剤、成膜材料１１の目標膜厚ｔ０が、９５．６ｎｍ、膜厚の許容範囲が目標膜厚ｔ０の±２％の場合には、記憶部１５に記憶される波長５２０ｎｍの透過率の目標値としては、９９．９７５％〜１００％を採用することができる。
【００２８】
制御部１４は、操作部１２からの操作入力に基づいて光源９をオンオフし、光源９をオンした状態で測光部１３による透過率測定を実行させる制御を行う。
また、制御部１４は、操作部１２からの操作入力に基づいて材料供給部５から一定量の成膜材料１１を滴下する制御を行う。
また、制御部１４は、材料供給部５を滴下した後、測光部１３により繰り返して透過率測定を行いつつ、駆動部４による駆動を開始させる制御を行う。そして、測光部１３から送出される透過率と、記憶部１５に記憶された透過率の目標値とを比較し、測光部１３から送出される透過率が目標値に達したとき駆動部４による駆動を停止する制御を行う。
【００２９】
制御ユニット６の装置構成は、本実施形態では、分光測定器を含む適宜のハードウェアと、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などからなるコンピュータとで構成される。上記の演算機能および制御機能は、それぞれに対応した演算プログラムおよび制御プログラムをこのコンピュータで実行することにより実現している。
【００３０】
このような薄膜成膜装置１の構成において、光源９、光ファイバ１０、受光レンズ８、光ファイバ７、および制御ユニット６の測光部１３は、回転保持部２の回転によって被成膜体５０上で薄層化される成膜材料１１に測定光Ｌ０を照射して、成膜材料１１を含む被成膜体５０の透過率からなる光学特性値を測定する光学特性測定部を構成している。
また、制御ユニット６の制御部１４は、光学特性測定部で測定された光学特性値が予め記憶された薄膜の目標膜厚に対応する目標値に達したときに回転保持部２の回転駆動を停止する回転制御部を構成している。
【００３１】
次に、薄膜成膜装置１の動作について、本実施形態の薄膜成膜方法を中心として説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜成膜方法を説明するフローチャートである。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜成膜装置における膜厚の測定原理について説明する模式図である。図６は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜成膜装置における光学特性値の目標値について説明するためのグラフである。図６の横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は透過率（％）である。
【００３２】
薄膜成膜装置１によって、被成膜面５０ａ上に成膜材料１１の薄膜を成膜するには、図４に示すフローチャートにしたがって、ステップＳ１からＳ６の各ステップを実行することにより成膜を行う。
まず、ステップＳ１では、駆動部４の駆動を停止した状態で、被成膜体５０をチャック２ａに保持させて回転保持部２にセットする。本実施形態では、薄膜成膜装置１の設置雰囲気は大気雰囲気でよいため、被成膜体５０のセットは、例えば、人手で行ってもよいし、ロボットなどを用いてセットしてもよい。
被成膜体５０が回転保持部２に保持されている状態で、光源９をオン状態として、ファイバ端面１０ａから測定光Ｌ０を出射し、受光レンズ８を通して集光された光の光量を測光部１３によって測定する。このとき、図５（ａ）に示すように、測定光Ｌ０は裏面５０ｂで一部が反射されてその他が測定光ＬＴ１として透過して、被成膜面５０ａに到達する。そして、被成膜面５０ａで一部が反射光ＬＲ２として反射される。このため、測光部１３によって測定される光量は、測定光ＬＴ１から反射光ＬＲ２となる成分を除いた測定光ＬＴ２の光量である。
本実施形態では、被成膜面５０ａでの透過率の変化を用いるため、透過率を求める基準光量として測定光ＬＴ１の光量を用いる。
測定光ＬＴ１の光量ＱＴ１は、測定光ＬＴ２の光量ＱＴ２に反射光ＬＲ２の光量ＱＲ２を加えたものである。本実施形態では、測定光ＬＴ１の光量ＱＴ１は、被成膜体５０を構成する硝材（Ｓ−ＬＡＨ５８）と空気との屈折率データから計算される波長ごとの反射率Ｒλ（％）として、次式（１）から求める。
【００３３】
ＱＴ１＝ＱＴ２×１００／（１００−Ｒλ） ・・・（１）
【００３４】
ここで、反射率Ｒλは、以下の計算によって求める。
例えば、硝材Ｓ−ＬＡＨ５８の屈折率ｎλは、硝材メーカによると、波長λ（ｎｍ）を用いて、次式（２）のような分散式で表される。
【００３５】
【数１】
【００３６】
ここで、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は、下記のような定数である。
Ａ１＝１．７８７６４９６４
Ａ２＝６．５２６３５６００×１０−１
Ａ３＝１．７９９１４５６４
Ｂ１＝８．４７３７８５３６×１０−３
Ｂ２＝３．１３１２６４０８×１０−２
Ｂ３＝１．３２７８８００１×１０＋２
【００３７】
また、硝材の界面における反射率Ｒ（％）は、硝材の屈折率をｎ１、空気の屈折率をｎ２としたとき、次式（３）で表される。
【００３８】
Ｒ＝｛（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）｝２×１００ ・・・（３）
【００３９】
上記式（２）から計算したｎλ、空気の屈折率である１を、上記式（３）のｎ１、ｎ２に代入すれば、波長λでの硝材の界面における反射率Ｒλが求まり、上記式（１）によって、基準光量である測定光ＬＴ１の光量ＱＴ１が求まる。
この基準光量は記憶部１５に記憶させる。本実施形態では、測光部１３は分光測定器を備えているため、測定光ＬＴ２は分光光量が測定される。したがって基準光量も波長ごとの分光光量が記憶される。
以上で、ステップＳ１が終了する。
基準光量の測定は、同一条件の成膜を行う場合でも、光源９の経時的な光量変化や被成膜体５０の厚みの誤差により透過率が変わってしまうため、成膜毎に行うことが望ましい。
このように基準光量の測定を行うことで、光源９の経時的な光量変化や、被成膜体５０の厚みや裏面５０ｂの表面状態のバラツキによる測定誤差を補正することができる。
【００４０】
次に、ステップＳ２では、操作者は、操作部１２から測定の開始操作入力を行う。この操作入力を検出した制御部１４は、材料供給部５の材料滴下部５ａから薄膜の形成に必要な一定量の成膜材料１１を滴下する。滴下された成膜材料１１は、図５（ａ）に示すように、被成膜面５０ａの中心Ｏ上に液滴として供給される。
本実施形態の例では、成膜材料１１の量は、０．０２ｍＬとする。
以上で、ステップＳ２が終了する。
【００４１】
次に、ステップＳ３では、制御部１４は、駆動部４に駆動開始する制御信号を送出して駆動部４を駆動し、回転保持部２の回転を開始させる。本実施形態では、一例として、回転保持部２の回転数が３０００ｒｐｍとなるように駆動部４を駆動する。
以上で、ステップＳ３が終了する。
ステップＳ３は、本実施形態の薄膜成膜方法において、被成膜体５０上に成膜材料１１を供給した後に、被成膜体５０の回転駆動を開始する工程を構成している。
【００４２】
次に、ステップＳ４では、光学特性の測定を行う。
制御部１４は、駆動部４に駆動を開始する制御信号を送出した後に、測光部１３に透過率測定を開始する制御信号を送出する。これにより、測光部１３は、制御部１４から測定を停止する制御信号が送出されるまでは、予め定められたサンプリング時間で、特定の波長における透過率測定を繰り返す。
本実施形態の例では、測光部１３の分光測定器によって測定されたλ１＝５２０（ｎｍ）における受光光量を、記憶部１５に記憶された基準光量で割って透過率を算出し、順次、制御部１４に送出する。このようにして、被成膜体５０の出射側での透過率が求められる。
透過率が制御部１４に送出されると、ステップＳ４が終了し、ステップＳ５に移行する。
ステップＳ４は、被成膜体５０の回転によって被成膜体５０上で薄層化される成膜材料１１に測定光Ｌ０を照射して、成膜材料１１を含む被成膜体５０の透過率からなる光学特性値を測定する光学特性測定工程を構成している。
【００４３】
ステップＳ４では、被成膜体５０が回転されているため、図５（ｂ）に示すように、被成膜面５０ａ上の成膜材料１１に遠心力が作用して、成膜材料１１が中心Ｏから外周側に移動し、被成膜面５０ａ上で平面視円状に拡がって薄層化が進行する。
さらに、回転を続けると、成膜材料１１は、被成膜面５０ａの全体を覆い、被成膜面５０ａの外周部から径方向外側に徐々に放出される。このため、回転が進むにつれて被成膜面５０ａ上の各所の膜厚が漸減し、やがて図５（ｃ）に示すように、被成膜面５０ａ上に目標膜厚ｔ０を有する均一な薄膜１１０が形成される。
【００４４】
例えば、図５（ａ）に示すような、回転開始前、または回転直後の状態では、成膜材料１１は、中心Ｏの近傍に集合しており、裏面５０ｂで減衰された測定光ＬＴ１が透過する点Ｐの近傍では、成膜材料１１の薄膜は形成されていない。このとき、裏面５０ｂから入射して透過した測定光ＬＴ１は、被成膜面５０ａに到達すると、被成膜面５０ａに固有の透過率にしたがって、一部が透過光ＬＴ２として上方の受光レンズ８（図１参照）に向かって透過し、その他が、反射光ＬＲ２として裏面５０ｂ側に反射される。したがって、測光部１３の受光光量は、波長λ１における測定光ＬＴ１の光量よりも小さくなる。
【００４５】
また、図５（ｂ）のように、薄層化された成膜材料１１が、点Ｐよりもやや外周側に拡がり、完全には外周部に到達しない状態では、点Ｐにおける成膜材料１１の膜厚ｔ３は、目標膜厚ｔ０よりも厚くなっている。
また、さらに成膜材料１１の薄層化が進むと、図５（ｃ）のように、各所の膜厚が目標膜厚ｔ０となる。
すなわち、点Ｐでは、被成膜体５０の回転開始からの時間経過とともに、成膜材料１１の膜厚が０の状態から、成膜材料１１が点Ｐに到達することで目標膜厚ｔ０よりも厚い初期膜厚となってから膜厚が漸減していくことになる。なお、成膜材料１１の先端が点Ｐを通過する時間は、透過率測定のサンプリング時間に比べて充分短時間であるため、膜厚の増大の変化は階段状となる。したがって初期膜厚となるまでの膜厚増加中の変化は測定されない。
【００４６】
ここで、このような膜厚変化と、透過率の変化の関係について説明する。
被成膜面５０ａ上に成膜材料１１による目標膜厚ｔ０の薄膜が形成された場合の分光透過率は、本実施形態の例では図６に示すグラフの曲線１００のようになっている。
すなわち、曲線１００は、波長３７０ｎｍで透過率９６．１％となり、波長３７０ｎｍから波長５２０ｎｍ（＝λ１）に向かって透過率が単調に増大し、波長５２０ｎｍで極大の透過率１００％となり、波長５２０ｎｍから波長７５０ｎｍに向かって、透過率が単調に減少し、波長７５０ｎｍで透過率９７．９％となる上に凸の滑らかな曲線である。
このように、成膜材料１１の目標膜厚ｔ０の薄膜は、波長５２０ｎｍに対しては良好な反射防止膜になっている。
薄膜の膜厚が、目標膜厚ｔ０からずれている場合の分光透過率は、特に図示しないが、透過率１００％となる波長が波長λ１からずれて、曲線１００をグラフ上で横軸方向にほぼシフトした形状になる。例えば、図５（ｂ）に示す膜厚ｔ３（＞ｔ０）の場合には、波長λ１よりも長波長の光での干渉が顕著となるため、曲線１００が長波長側（図示右方向）にシフトした形状となる。
この結果、膜厚ｔ３の状態では、波長λ１における透過率は、目標膜厚ｔ０における透過率よりも小さくなる。このように、波長λ１における透過率と成膜材料１１の膜厚との間には対応関係がある。具体的には、点Ｐでの膜厚が目標膜厚ｔ０より厚い状態から目標膜厚ｔ０まで薄層化されるにしたがって、曲線１００における波長λ１よりも短波長側（図示左側）の曲線上を波長λ１に向かって移動するのと同様な割合で透過率が増大していく。
このような分光透過率のシミュレーション結果から、透過率が９９．９７５％〜１００％になれば、目標膜厚ｔ０の±２％に相当する膜厚範囲に入ることが分かる。
また、例えば、膜厚の許容範囲を目標膜厚ｔ０の±１．５％にする場合には、透過率は、９９．９８５％〜１００％とすればよい。
【００４７】
次に、ステップＳ５では、制御部１４によって、測光部１３から送出された透過率を記憶部１５に記憶されている目標数値範囲である透過率許容範囲と比較し、目標数値範囲内である場合には、ステップＳ６に移行する。
透過率が透過率許容範囲内であれば、透過率が目標値に達しており、このため、透過率に対応する膜厚が目標膜厚ｔ０に対する偏差が±２％以内になったと判定できる。
本実施形態の例を実施したところ、透過率が目標値に達するまでの時間は、回転駆動開始から約１０秒であった。
【００４８】
また、透過率が目標数値範囲外である場合には、ステップＳ４に移行する。ただし、２回目以降のステップＳ４は、制御部１４から制御信号が送出されることなく、一定サンプリング時間ごとに測光部１３が、透過率の測定を行い、制御部１４に送出する。
【００４９】
このようにステップＳ５は、光学特性値が、予め記憶された薄膜の目標膜厚に対応する目標値に達したかどうかを判定する判定工程を構成している。
また、本実施形態は、透過率の極大値をとる特定の波長を測定光Ｌ０の波長として、目標数値範囲の上限値を透過率の極大値とし、下限値を透過率の極大値よりも小さな透過率に設定した場合の例になっている。このような極大値の近傍で判定する場合、下限値以上になっていることを判定すれば充分である。したがって、本実施形態の例では、下限値９９．９７５％以上であるかどうかを判定すれば充分である。
【００５０】
ステップＳ６は、ステップＳ５によって、光学特性値が目標値に達したことが判定された後に行うステップであり、制御部１４から駆動部４の駆動を停止する制御信号を送出し、駆動部４の駆動を停止する。これにより、回転保持部２の回転駆動が停止され、回転保持部２が減速される。この結果、成膜材料１１に作用する遠心力が減衰するため、遠心力による成膜材料１１の移動は停止する。
このようにして、成膜材料１１の膜厚は、回転駆動の停止時の膜厚一定値に保持される。被成膜面５０ａ上には目標膜厚ｔ０±２％の膜厚に達した薄膜が形成される。
以上で、ステップＳ６が終了する。
【００５１】
このように、ステップＳ６は、判定工程（ステップＳ５）における光学特性値が目標値に達したとの判定に基づいて被成膜体５０の回転駆動を停止する工程を構成している。
【００５２】
ステップＳ６が終了し、回転保持部２の回転が停止したら、成膜材料１１の材質に応じて必要な硬化処理等を行う。例えば、本実施形態の例の中空シリカを含有する重合性化合物塗布剤では、回転保持部２から被成膜体５０を取り外し、予め２００℃に加熱しておいた乾燥炉に１０分間投入して硬化させる。これにより、被成膜体５０に被成膜面５０ａに成膜材料１１の単層の薄膜が形成される。
以上で、本実施形態の薄膜成膜方法が終了する。
【００５３】
本実施形態の薄膜成膜装置１によれば、回転保持部２に保持されて回転する被成膜体５０上で薄層化される成膜材料１１の透過率を測定し、透過率が目標膜厚ｔ０に対応する目標値に達してから被成膜体５０の回転駆動を停止する。すなわち、成膜中に膜厚を間接的に測定しながら成膜を行っているため、薄膜の膜厚を許容範囲内に確実に収める成膜を行うことができる。
このため、成膜を繰り返し行う場合に、例えば、回転保持部２の回転数が変動したり、成膜材料１１の液体濃度や粘度が経時変化したり、成膜環境の温湿度が変動したりするなどして、膜厚がばらつく要因が発生しても、膜厚の変動を許容範囲内に収めることができる。
したがって、ウエットプロセスによって薄膜を成膜する際に、成膜の繰り返しにおける膜厚ばらつきを抑制することができる。
【００５４】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る薄膜成膜装置について説明する。
図７は、本発明の第２の実施形態に係る薄膜成膜装置の構成を示す模式的な装置構成図である。
【００５５】
本実施形態の薄膜成膜装置１Ａは、光学特性値として反射率を採用した場合の例であり、図７に示すように、上記第１の実施形態の薄膜成膜装置１の駆動伝達部３を削除し、回転保持部２、駆動部４に代えて、それぞれ回転保持部２Ａ、駆動部４Ａを備える。
また、被成膜面５０ａ上の薄膜による反射光の測定を行うため、光源９、光ファイバ１０、光ファイバ７、受光レンズ８の配置位置を変更している。
また、反射率測定を行うため、制御ユニット６の記憶部１５には、形成すべき薄膜の膜厚である目標膜厚ｔ０および膜厚の許容範囲にそれぞれ対応した反射率および反射率許容範囲を、数値シミュレーション等によって予め算出し、反射率許容範囲を目標値として記憶している。
以下では、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、成膜材料１１、被成膜体５０、成膜すべき膜厚の条件等も、上記第１の実施形態に用いたのと同じ例で説明する。
【００５６】
回転保持部２Ａは、上記第１の実施形態の回転保持部２から被駆動ギヤ３ｂ、貫通孔２ｂを削除したものであり、上記第１の実施形態と同様に上端部にチャック２ａを備える。
駆動部４Ａは、回転保持部２Ａの下端部に連結され、回転保持部２Ａをダイレクト駆動するＤＣモータである。回転数の範囲は、駆動部４と同様な範囲に設定されている。
また、駆動部４Ａは、制御ユニット６と電気的に接続され、制御ユニット６から制御信号に基づいて、回転の開始および停止の制御、ならびに回転速度の制御が可能になっている。
【００５７】
薄膜成膜装置１Ａでは、回転保持部２Ａのチャック２ａに保持された被成膜体５０を被成膜面５０ａ上の点Ｐに向けて測定光Ｌ０を照射し、被成膜面５０ａ上の成膜材料１１からの反射光の光量を測定する。
このため、本実施形態における光ファイバ１０および光源９は、回転保持部２Ａに保持された被成膜体５０の上方に配置している。そして、光ファイバ１０のファイバ端面１０ａ（図７では図示略）から出射される測定光Ｌ０を集光し照明光束を形成する照明レンズ２０を光ファイバ１０の先端側に備えている。
照明レンズ２０は、照明光束の中心が点Ｐに向かうように位置調整して配置されている。
また、本実施形態における受光レンズ８は、点Ｐを中心として反射される照明光束の反射光の反射方向と同軸となるように配置されている。
なお、図７は模式図のため、被成膜面５０ａに対する測定光Ｌ０が入射角を誇張して描いているが、入射角は０°に近い大きさ、例えば±５°以内に設定している。このため、本実施形態では、被成膜面５０ａの反射率測定において、反射角の角度依存性は無視することができる。
【００５８】
次に、薄膜成膜装置１Ａの動作について、本実施形態の薄膜成膜方法を中心として、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
図８は、本発明の第２の実施形態に係る薄膜成膜装置における光学特性値の目標値について説明するためのグラフである。図８の横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は反射率（％）である。
【００５９】
薄膜成膜装置１Ａによって、被成膜面５０ａ上に成膜材料１１の薄膜を成膜するには、図４に示すフローチャートにしたがって、上記第１の実施形態と略同様にして、ステップＳ１からＳ６の各ステップを実行することにより成膜を行う。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６０】
まず、本実施形態のステップＳ１では、被成膜体５０を回転保持部２Ａに保持させて、光ファイバ１０から出射され照明レンズ２０によって形成された照明光束である測定光Ｌ０を、被成膜体５０上の点Ｐに照射し、その反射光を受光レンズ８で集光して、光ファイバ７によって制御ユニット６に導光し、測光部１３によって受光量を測定する。
本実施形態では、被成膜面５０ａでの反射率の変化を用いるため、被成膜面５０ａの反射率Ｒλを上記第１の実施形態と同様にして上記式（２）、（３）から算出し、被成膜面５０ａで反射された測定光の分光光量を（Ｒλ／１００）で割って、波長ごとの基準光量を求める。そしてこの基準光量を記憶部１５に記憶させる。このように本実施形態では、測光部１３は分光測定器を備えているため、基準光量は波長ごとの分光光量が記憶される。
基準光量の測定は、同一条件の成膜を行う場合でも、光源９の経時的な光量変化により変わってしまうため、上記第１の実施形態と同様に、成膜毎に行うことが望ましい。
【００６１】
本実施形態のステップＳ２は、上記第１の実施形態のステップＳ２と同様のステップである。
【００６２】
次に、本実施形態のステップＳ３は、制御部１４が、駆動部４Ａに駆動開始する制御信号を送出する以外は、上記第１の実施形態のステップＳ３と同様のステップである。
【００６３】
次に、本実施形態のステップＳ４では、光学特性値として反射率を測定する。
制御部１４は、駆動部４Ａに駆動を開始する制御信号を送出した後に、測光部１３に反射率測定を開始する制御信号を送出する。これにより、測光部１３は、制御部１４から測定を停止する制御信号が送出されるまでは、予め定められたサンプリング時間で、特定の波長における反射率測定を繰り返す。
本実施形態の例では、測光部１３の分光測定器によって測定されたλ１＝５２０（ｎｍ）における受光光量を記憶部１５に記憶された基準光量で割って反射率を算出し、順次、制御部１４に送出する。
反射率が制御部１４に送出されると、ステップＳ４が終了し、本実施形態のステップＳ５に移行する。
【００６４】
被成膜面５０ａ上に成膜材料１１による目標膜厚ｔ０の薄膜が形成された場合の分光反射率は、分光透過率との和が１００％となる関係にあるため、図８に示すグラフの曲線１０１のようになっている。
すなわち、曲線１０１は、波長３７０ｎｍで透過率３．９％となり、波長３７０ｎｍから波長５２０ｎｍ（＝λ１）に向かって反射率が単調に減少し、波長５２０ｎｍで極小の反射率０％となり、波長５２０ｎｍから波長７５０ｎｍに向かって、反射率が単調に増大し、波長７５０ｎｍで透過率２．１％となる下に凸の滑らかな曲線である。
このように、成膜材料１１の目標膜厚ｔ０の薄膜は、上記第１の実施形態と同様、波長５２０ｎｍに対しては反射防止膜になっている。
薄膜の膜厚が、目標膜厚ｔ０からずれていると、上記第１の実施形態で説明したのと同様に、曲線１０１がシフトすることから、波長λ１における反射率と成膜材料１１の膜厚との間には対応関係がある。
したがって、上記第１の実施形態の場合と同様に、分光反射率のシミュレーション結果から、反射率が０％〜０．０２５％になれば、目標膜厚ｔ０の±２％に相当する膜厚範囲に入ることが分かる。実質的には、上限値の０．０２５％以下になっているかどうかを判定すれば充分である。
【００６５】
次に、本実施形態のステップＳ５では、測光部１３から制御部１４に送出された反射率の測定結果を、記憶部１５に記憶された反射率の目標値と比較する以外は、上記第１の実施形態のステップＳ５と同様なステップである。
薄膜の形成に要する時間は、成膜材料１１の材質、駆動部４Ａの回転数が変わらないため、上記第１の実施形態の場合と同様である。
したがって、本実施形態は、反射率の極小値をとる特定の波長を測定光Ｌ０の波長として、目標数値範囲の下限値を反射率の極小値とし、上限値を反射率の極小値よりも大きな反射率に設定した場合の例になっている。このような極小値の近傍で判定する場合、上限値以下になっていることを判定すれば充分である。
【００６６】
本実施形態のステップＳ６は、制御部１４が、駆動部４Ａに駆動を停止する制御信号を送出する以外は、上記第１の実施形態のステップＳ６と同様のステップである。
【００６７】
ステップＳ６が終了し、回転保持部２の回転が停止したら、成膜材料１１の材質に応じて上記第１の実施形態と同様に、必要な硬化処理等を行う。
以上で、本実施形態の薄膜成膜方法が終了する。
【００６８】
本実施形態の薄膜成膜装置１Ａは、光学測定値として反射率を採用する場合に上記第１の実施形態の薄膜成膜装置１と同様に成膜材料１１の薄膜を成膜することができる例になっている。このため、薄膜成膜装置１と同様に、ウエットプロセスによって薄膜を成膜する際に、成膜の繰り返しにおける膜厚ばらつきを抑制することができる。
【００６９】
また、反射率測定では、測定光Ｌ０を照射する光ファイバ１０等を裏面５０ｂ側に配置する必要がないため、回転保持部２Ａ内に貫通孔２ｂなどの、光ファイバ１０を配置する形状を設けることなく測定を行うことができる。
このため、薄膜成膜装置１Ａの装置構成が簡素化される。また、回転保持部２Ａのダイレクト駆動も容易となり、小型化が可能である。
また、測定光Ｌ０を、被成膜面５０ａ側に照射するため、被成膜面５０ａの外周側など、裏面５０ｂ側からみると回転保持部２Ａに遮られる位置であっても、反射率を測定することが可能となる。このため、反射率の測定位置の選択自由度が増大する。
また、反射率測定では、裏面５０ｂの光学特性の影響を受けずに光学特性値を測定できるため、例えば、裏面５０ｂの光学特性値がばらつくような場合にも、薄膜の光学特性を精度よく測定することができる。
【００７０】
［変形例］
次に本実施形態の変形例に係る薄膜成膜方法について説明する。
本変形例の薄膜成膜方法は、上記第２の実施形態の薄膜成膜方法における判定工程の変形例である。
本変形例では、判定工程において、特定の１つの波長に対する光学特性値のみを目標値と比較するのではなく、上記のステップＳ４において測定された、反射率の分光スペクトルが予め設定された分布許容範囲内にあるかどうかを判定するようにした方法である。
分布許容範囲は、例えば、２箇所以上の波長に対して、それぞれ光学特性値に目標値を設定することで与えられる。許容範囲を設定する波長、および使用する波長数は、目標膜厚ｔ０における分光スペクトルの形状に応じて適宜設定することができる。測光部１３は、分光スペクトルを測定するため、測定に用いる波長は、測定分解能の範囲かつ測定波長域の範囲で自由に選択することができる。
また、分布許容範囲を設定する波長範囲は、分光スペクトルの形状や、薄膜の使用波長範囲に応じて適宜設定することができる。例えば、可視波長域で用いる薄膜の場合、可視波長域に含まれる波長範囲、例えば、４００ｎｍから７００ｎｍの範囲に設定することが好ましい。
【００７１】
例えば、図３に示す曲線１０１のような分光スペクトルでは、判定に用いる波長として、４００ｎｍ、４５０ｎｍ、５００ｎｍ、５５０ｎｍ、６００ｎｍ、６５０ｎｍ、７００ｎｍの７つの波長を用いる場合、膜厚を目標膜厚ｔ０の±２％にするためには、下記の表１に示すような反射率目標値を設定すればよい。
【００７２】
【表１】
【００７３】
本変形例によるステップＳ４では、測光部１３は、反射率として、分光スペクトルデータを算出して制御部１４に送出する。
そして、ステップＳ５では、制御部１４は、判定に用いる７つの波長による反射率のすべてが、上記の表１の反射率目標値に達したとき、ステップＳ６に移行し、それ以外では、ステップＳ４に移行する。
【００７４】
本変形例の方法によれば、特定の波長範囲にわたる複数の波長に対する光学特性値の目標値が与えられるため、分光光学特性に対応する目標膜厚に達したことを、より確実に判定することができる。また、薄膜の分光光学特性の形状自体を検証できるため、成膜された薄膜の分光光学特性が許容範囲内にあることも同時に確かめられる。このため、成膜される膜厚の品質管理が容易となる。
【００７５】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る薄膜成膜装置について説明する。
図９は、本発明の第３の実施形態に係る薄膜成膜装置の構成を示す模式的な装置構成図である。図１０は、本発明の第３の実施形態に係る薄膜成膜装置で成膜される被成膜体と測定位置との関係を示す模式的な平面図である。
【００７６】
本実施形態の薄膜成膜装置１Ｂは、被成膜体５０の中心Ｏからの距離が異なる２箇所で、光学特性値を測定する場合の例であり、図９に示すように、上記第１の実施形態の薄膜成膜装置１に、光源９Ｂ、光ファイバ１０Ｂ、受光レンズ８Ｂ、光ファイバ７Ｂを追加し、制御ユニット６に代えて、制御ユニット６Ｂを備える。
以下では、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、成膜材料１１、被成膜体５０、成膜すべき膜厚の条件等も、上記第１の実施形態に用いたのと同じ例で説明する。
【００７７】
光源９Ｂ、光ファイバ１０Ｂ、受光レンズ８Ｂ、光ファイバ７Ｂは、被成膜面５０ａ上において被成膜体５０の中心Ｏに対して距離Ｄ２／２（ただし、０＜Ｄ２＜Ｄ１）だけ離間した点ＰＢにおける透過率測定を行うための装置部分であり、それぞれ上記第１の実施形態の光源９、光ファイバ１０、受光レンズ８、光ファイバ７とまったく同様の構成を有し、配置位置のみが異なる。
本実施形態では、一例として、Ｄ２＝１０（ｍｍ）としている。また、点ＰＢの周方向の位置は、適宜設定することができるが、本実施形態では、一例として、中心Ｏを挟んで、点Ｐと対向する位置に設定されている。
したがって、光ファイバ１０Ｂのファイバ端面１０ａの平面視の位置は、図１０に示すように、ファイバ端面１０ａの中心が、点ＰＢと鉛直方向において重なる位置に設定されている。
また、受光レンズ８Ｂは、受光レンズ８Ｂの光軸が被成膜面５０ａ上の点ＰＢを通る鉛直軸に整列するように配置されており、光ファイバ１０Ｂのファイバ端面１０ａと受光レンズ８Ｂとは、回転保持部２に保持された被成膜体５０を挟んで対向して配置されている。
また、光源９Ｂは、回転保持部２の下方側で、光源９と離れた適宜位置に配置されている。
また、光ファイバ７Ｂは、受光レンズ８Ｂによって集光された光を制御ユニット６Ｂに導く導光手段であり、一方のファイバ端面が受光レンズ８Ｂの集光位置に配置され、他方のファイバ端面が制御ユニット６Ｂの後述する測光部１３Ｂ（図３参照）に接続されている。
【００７８】
以下では、光源９、光ファイバ１０、受光レンズ８、光ファイバ７を第１測定光学系、光源９Ｂ、光ファイバ１０Ｂ、受光レンズ８Ｂ、光ファイバ７Ｂを第２測定光学系と称する場合がある。
【００７９】
制御ユニット６Ｂは、点Ｐにおける第１測定光学系による透過率測定に加えて点ＰＢにおける第２測定光学系による透過率測定を行うために必要な変更を制御ユニット６に施したものであり、図３に示すように、上記第１の実施形態の測光部１３、制御部１４に代えて、測光部１３Ｂ、制御部１４Ｂを備える。
測光部１３Ｂは、測光部１３と同様の透過率の算出を光ファイバ７、７Ｂからそれぞれ導光された光の光量測定と、透過率の算出とを、それぞれ独立に行えるようにしたものである。
制御部１４Ｂは、光源９に加えて、光源９Ｂもオンオフ制御を行うとともに、測光部１３Ｂから送出される２つの透過率と、記憶部１５に記憶された透過率の目標値とを比較し、測光部１３Ｂから送出される２つの透過率が両方とも目標値に達したとき駆動部４による駆動を停止する制御を行う。
【００８０】
薄膜成膜装置１Ｂによって、被成膜面５０ａ上に成膜材料１１の薄膜を成膜するには、予め、上記第１の実施形態と同様にして、第１測定光学系の基準光量を測定するとともに、第２測定光学系の基準光量を測定し、それぞれ測光部１３Ｂによって記憶部１５に記憶させる。
【００８１】
基準光量の測定後、図４に示すフローチャートにしたがって、上記第１の実施形態と略同様にして、ステップＳ１からＳ６の各ステップを実行することにより成膜を行う。
上記第１の実施形態と異なるのは、第１測定光学系と第２測定光学系とによって、２箇所に対応して２つの透過率が測定される点のみである。このため、本実施形態のステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の説明は省略する。
【００８２】
本実施形態のステップＳ５では、制御部１４Ｂは、測光部１３Ｂから送出される２つの透過率を、記憶部１５に記憶されている目標数値範囲である透過率許容範囲と比較し、両方の透過率が目標数値範囲内である場合には、ステップＳ６に移行する。
また、いずれかの透過率が目標数値範囲外である場合には、ステップＳ４に移行する。
【００８３】
本実施形態のステップＳ６は、上記第１の実施形態のステップＳ６と同様のステップである。
ステップＳ６が終了し、回転保持部２の回転が停止したら、成膜材料１１の材質に応じて上記第１の実施形態と同様に、必要な硬化処理等を行う。
以上で、本実施形態の薄膜成膜方法が終了する。
【００８４】
本実施形態の薄膜成膜装置１Ｂは、測定位置が回転の径方向において異なる複数の透過率を測定し、これらの透過率がすべて目標値に達している場合に回転を停止するため、測定箇所の１箇所の場合に比べて、膜厚の場所によるばらつきをより確実に抑制することができる。このため、膜厚の精度を向上することができる。
【００８５】
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る薄膜成膜方法について説明する。
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る薄膜成膜方法を用いて製造される光学素子の一例を示す模式的な断面図である。図１２は、本発明の第４の実施形態に係る薄膜成膜方法を説明するフローチャートである。図１３、１４、１５は、それぞれ本発明の第４の実施形態に係る薄膜成膜方法における第１層目、第２層目、第３層目の成膜時の光学特性値の目標値について説明するためのグラフである。各図の横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は反射率（％）である。
【００８６】
本実施形態の薄膜成膜方法は、上記第２の実施形態の薄膜成膜装置１Ａを用いて、被成膜体の被成膜面に多層薄膜を成膜する方法である。
図１１に、本方法によって製造される光学素子の一例である平面ガラス素子６０の断面構造を示す。
平面ガラス素子６０は、直径２５ｍｍのガラス基板である被成膜体５０Ｃの一方の面を被成膜面５０ａとして、被成膜面５０ａから順に、第１薄膜層１１ａ、第２薄膜層１１ｂ、第３薄膜層１１ｃが積層された部材である。第１薄膜層１１ａ、第２薄膜層１１ｂ、第３薄膜層１１ｃは、それぞれ、液状の成膜材料１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ（図７参照）を本方法によりスピンコートした後、硬化された薄膜層である。
本実施形態では、これらの第１薄膜層１１ａ、第２薄膜層１１ｂ、第３薄膜層１１ｃにより、波長４２０ｎｍから６８０ｎｍの範囲で、例えば反射率が０．５％以下となる反射防止膜を形成している。
【００８７】
このような平面ガラス素子６０を製造するため、本実施形態では、被成膜体５０Ｃとして、Ｓ−ＢＳＬ７（商品名；株式会社オハラ製、ｎｄ＝１．５２）を採用している。
また、成膜材料１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの材質としては、それぞれ、オグソールＥＡ−Ｆ５５０３（商品名；大阪ガスケミカル株式会社製、ｎ５２０＝１．６２）、酸化チタンを含有するトリメチロールプロパントリアクリレート（ｎ５２０＝１．９５）、上記第１の実施形態と同様の中空シリカを含有する重合性化合物塗布剤を採用している。
成膜材料１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの目標膜厚をそれぞれｔ０Ａ、ｔ０Ｂ、ｔ０Ｃとすると、ｔ０Ａ＝７８．１（ｎｍ）、ｔ０Ｂ＝１３１．２（ｎｍ）、ｔ０Ｃ＝９５．０（ｎｍ）である。また、膜厚の許容範囲は、各目標膜厚ｔ０Ａ、ｔ０Ｂ、ｔ０Ｃに対してそれぞれ±２％である。
【００８８】
本実施形態の薄膜成膜方法は、図１２に示すステップＳ１０〜Ｓ１５を、順次、行う方法である。
ステップＳ１０は、被成膜体５０Ｃの被成膜面５０ａに、成膜材料１１Ａによる薄膜を形成する成膜工程である。この薄膜は、目標膜厚ｔ０Ａの±２％の膜厚に形成する。
本工程は、上記第２の実施形態の薄膜成膜方法において、被成膜体５０、成膜材料１１に代えて、被成膜体５０Ｃ、成膜材料１１Ａを用いて、図４に示すステップＳ１〜Ｓ６を行う工程である。以下、上記第２の実施形態と異なる点を中心に簡単に説明する。
【００８９】
ステップＳ２で滴下する成膜材料１１Ａの量は、０．１ｍＬとした。
ステップＳ３における駆動部４Ａの回転数は、５０００ｒｐｍとした。
ステップＳ５における反射率の目標値は、成膜材料１１Ａの目標膜厚ｔ０Ａおよびその許容範囲に対応した目標値とした。
目標値の設定は、図１３に曲線１０２で示すような被成膜面５０ａ上に目標膜厚ｔ０Ａの成膜材料１１Ａが成膜された場合の分光反射率特性に基づいて行う。
曲線１０２は、波長３５０ｎｍで反射率が５．５５％、波長５２０ｎｍ（＝λ１）で、反射率が６．４９４４％の極大値をとり、波長７５０ｎｍで反射率が６．０２％となる、上に凸の滑らかな曲線である。
このような分光反射率特性では、目標値としては、波長λ１の反射率で、６．４９３％以上とすればよい。
このため、本工程のステップＳ４では、測光部１３は、波長λ１の反射率を制御部１４に送出する設定としている。
【００９０】
本工程を上記の例で実施したころ、反射率が目標値に達するまでの時間は、回転駆動開始から約８秒であった。このため、回転駆動を開始してから、約８秒後に、ステップＳ６が実行された。これにより、ステップＳ１０が終了する。
【００９１】
次に、ステップＳ１１を行う。本ステップは、成膜材料１１Ａを硬化させて第１薄膜層１１ａを形成する硬化工程である。
本実施形態の例では、回転保持部２Ａの停止後、被成膜体５０Ｃに高圧水銀灯（ウシオ電機株式会社製ＳＰ−９）で波長３６５ｎｍ、照度１０００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線（ＵＶ光）を照射して硬化させる。
以上で、ステップＳ１１が終了する。
【００９２】
次にステップＳ１２を行う。本ステップは、第１薄膜層１１ａが形成された被成膜体５０Ｃの第１薄膜層１１ａ上に、成膜材料１１Ｂによる薄膜を形成する成膜工程である。この薄膜は、目標膜厚ｔ０Ｂの±２％の膜厚に形成する。
本工程は、上記第２の実施形態の薄膜成膜方法において、被成膜体５０、成膜材料１１に代えて、第１薄膜層１１ａが形成された被成膜体５０Ｃ、成膜材料１１Ｂを用いて、図４に示すステップＳ１〜Ｓ６を行う工程である。したがって、上記第２の実施形態の説明における被成膜面５０ａは、第１薄膜層１１ａの上面に読み替える。以下、上記第２の実施形態と異なる点を中心に簡単に説明する。
【００９３】
ステップＳ２で滴下する成膜材料１１Ｂの量は０．１ｍＬとした。
ステップＳ３における駆動部４Ａの回転数は４５００ｒｐｍとした。
ステップＳ５における反射率の目標値は、成膜材料１１Ｂの目標膜厚ｔ０Ｂおよびその許容範囲に対応した目標値とした。
目標値の設定は、図１４に曲線１０３で示すような第１薄膜層１１ａ上に目標膜厚ｔ０Ｂの成膜材料１１Ｂが成膜された場合の分光反射率特性に基づいて行う。
曲線１０３は、波長４２０ｎｍで反射率が９．５９％、波長５２０ｎｍ（＝λ１）で、反射率が６．４９４４％の極小値をとり、波長６８０ｎｍで反射率が９．９１％となる、下に凸の滑らかな曲線である。
このような分光反射率特性では、目標値としては、波長λ１の反射率で、６．５２０％以下とすればよい。
このため、本工程のステップＳ３では、測光部１３は、波長λ１の反射率を制御部１４に送出する設定としている。
【００９４】
本工程を上記の例で実施したころ、反射率が目標値に達するまでの時間は、回転駆動開始から約９秒であった。このため、回転駆動を開始してから、約９秒後に、ステップＳ５が実行された。これにより、ステップＳ１２が終了する。
【００９５】
次に、ステップＳ１３を行う。本ステップは、成膜材料１１Ｂを硬化させて第２薄膜層１１ｂを形成する硬化工程である。
本実施形態の例では、回転保持部２Ａの停止後、被成膜体５０Ｃに高圧水銀灯（ウシオ電機株式会社製ＳＰ−９）で波長３６５ｎｍ、照度１０００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線を照射して硬化させる。
以上で、ステップＳ１３が終了する。
【００９６】
次にステップＳ１４を行う。本ステップは、第１薄膜層１１ａ、第２薄膜層１１ｂが形成された被成膜体５０Ｃの第２薄膜層１１ｂ上に、成膜材料１１Ｃによる薄膜を形成する成膜工程である。この薄膜は、目標膜厚ｔ０Ｃの±２％の膜厚に形成する。
本工程は、上記第２の実施形態の薄膜成膜方法において、被成膜体５０、成膜材料１１に代えて、第１薄膜層１１ａ、第２薄膜層１１ｂが形成された被成膜体５０Ｃ、成膜材料１１Ｃを用いて、図４に示すステップＳ１〜Ｓ６を行う工程である。したがって、上記第２の実施形態の説明における被成膜面５０ａは、第２薄膜層１１ｂの上面に読み替える。以下、上記第２の実施形態と異なる点を中心に簡単に説明する。
【００９７】
ステップＳ２で滴下する成膜材料１１Ｃの量は０．１ｍＬとした。
ステップＳ３における駆動部４Ａの回転数は３０００ｒｐｍとした。
ステップＳ５における反射率の目標値は、成膜材料１１Ｃの目標膜厚ｔ０Ｃおよびその許容範囲に対応した目標値とした。
目標値の設定は、図１５に曲線１０４で示すような第２薄膜層１１ｂ上に目標膜厚ｔ０Ｃの成膜材料１１Ｃが成膜された場合の分光反射率特性に基づいて行う。
曲線１０４は、波長３８０ｎｍで反射率が２．８４％となり、波長４４０ｎｍ（＝λ２）に向かって単調に減少して、波長λ２で反射率０．０３０２％の極小値をとり、増大に転じてから、波長５４０ｎｍ（＝λ２）で反射率０．１９１６％の極大値をとり、減少に転じてから、波長６２０ｎｍ（＝λ４）で反射率０．０２２２％の極小値をとり、増大に転じて、波長７５０ｎｍで反射率が１．４３％となる、滑らかなＷ字状の曲線である。
このような分光反射率特性では、目標値としては、波長λ２およびλ３の反射率で、０．０８０％以下とすればよい。
このため、本工程のステップＳ３では、測光部１３は、波長λ２、λ３の反射率を制御部１４に送出する設定としている。
【００９８】
本工程を上記の例で実施したころ、反射率が目標値に達するまでの時間は、回転駆動開始から約１０秒であった。このため、回転駆動を開始してから、約１０秒後に、ステップＳ５が実行された。これにより、ステップＳ１４が終了する。
【００９９】
次に、ステップＳ１５を行う。本ステップは、成膜材料１１Ｃを硬化させて第３薄膜層１１ｃを形成する硬化工程である。
本実施形態の例では、回転保持部２Ａの停止後、被成膜体５０Ｃを取り外し、あらかじめ２００℃に加熱しておいた乾燥炉に１０分間投入して硬化させる。
以上で、ステップＳ１５が終了する。
このようにして、平面ガラス素子６０を製造することができる。
【０１００】
本実施形態の薄膜成膜方法によれば、多層薄膜であっても、各層について成膜工程と硬化工程を順次行い、各成膜工程を上記第２の実施形態と同様にして行うことで、各層の薄膜の膜厚がばらつくことを抑制することができる。したがって、多層薄膜の全体としての膜厚ばらつきや、薄膜の光学特性のばらつきも抑制することができる。
【０１０１】
なお、上記の説明では、光源９が白色光であり、測光部１３が分光測定器を含む構成である場合の例で説明したが、予め光学測定の測定に用いる波長光が決まっている場合には、その波長に対応した単数または複数の単色光源と、受光素子とを備える構成としてもよい。
【０１０２】
また、上記の説明では、成膜材料の硬化を乾燥炉による加熱によって行う場合とＵＶ光を照射によって行う場合の例で説明したが、硬化方法は、成膜材料の特性に応じて適宜設定することができる。また、室温で硬化する成膜材料の場合には、硬化工程は省略することができる。
【０１０３】
また、上記第２の実施形態の変形例の説明では、判定に用いる波長として、一定の波長間隔を有する複数の波長を用いた場合の例で説明したが、分光光学特性の変化によっては、波長間隔を適宜広くしたり、狭くしたりしてもよい。また、分光スペクトルの分解能に等しい波長間隔として、分光スペクトルの形状全体を判定対象としてもよい。
【０１０４】
また、上記の説明では、ステップＳ３において被成膜体が回転してから行うものとして説明したが、光学特性の測定は被成膜体の回転の停止タイミングを判定できればよいため、光学特性の測定が、少なくともステップＳ３、Ｓ５の間に行われていればよい。したがって、光学特性の測定自体はステップＳ３を行う前から継続して行うようにしてもよい。
【０１０５】
また、上記第２の実施形態の説明では、回転保持部２Ａとして回転保持部２から貫通孔２ｂを削除した構成を採用した例で説明したが、反射率の測定に影響しないようであれば、貫通孔２ｂを備えた構成としてもよい。すなわち、上記第２の実施形態における回転保持部２Ａおよび駆動部４Ａからなる構成は、上記第１の実施形態と同様に、回転保持部２、駆動部４、および駆動伝達部３からなる構成としてもよい。
【０１０６】
また、上記の実施形態で説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせたり、削除したりして実施することができる。
例えば、上記第１の実施形態の構成に上記第２の実施形態における光源９、光ファイバ１０、および照明レンズ２０を追加し、必要に応じて、透過率の測定と、反射率の測定とを切り替えたり、同時並行して行ったりする構成としてもよい。
【符号の説明】
【０１０７】
１、１Ａ 薄膜成膜装置
２、２Ａ 回転保持部
３ 駆動伝達部
４、４Ａ 駆動部
５ 材料供給部
５ａ 材料滴下部
６ 制御ユニット
７、１０ 光ファイバ（光学特性測定部）
８ 受光レンズ（光学特性測定部）
９ 光源（光学特性測定部）
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ 成膜材料
１３ 測光部（光学特性測定部）
１４ 制御部（回転制御部）
１５ 記憶部
５０ 被成膜体
５０ａ 被成膜面
１１０ 薄膜
Ｌ０、ＬＴ１ 測定光
ｔ０、ｔ０Ａ、ｔ０Ｂ、ｔ０Ｃ 目標膜厚
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被成膜体上に液状の薄膜形成材料を供給し、前記被成膜体を回転させて前記薄膜形成材料による薄膜を形成する薄膜成膜装置であって、
前記被成膜体を保持して回転させる回転保持部と、
該回転保持部の回転によって前記被成膜体上で薄層化される前記薄膜形成材料に測定光を照射して、前記薄膜形成材料を含む前記被成膜体の透過率、反射率のうちの少なくとも一つからなる光学特性値を測定する光学特性測定部と、
該光学特性測定部で測定された前記光学特性値が予め記憶された前記薄膜の目標膜厚に対応する目標値に達したときに前記回転保持部の回転駆動を停止する回転制御部と、
を備えることを特徴とする薄膜成膜装置。
【請求項２】
前記光学特性測定部は、
前記測定光として多色光を照射し、該多色光に含まれる複数の波長においてそれぞれ前記光学特性値を測定し、
前記回転制御部は、
前記複数の波長にそれぞれ対応して前記目標値が予め記憶され、前記光学特性測定部で測定された複数の前記光学特性値のすべてが、それぞれの波長に対応する前記目標値に達したときに、前記回転保持部の回転駆動を停止する
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜成膜装置。
【請求項３】
前記複数の波長は、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲に含まれる
ことを特徴とする請求項２に記載の薄膜成膜装置。
【請求項４】
前記光学特性測定部は、前記光学特性値を４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲を含む分光スペクトルとして測定し、
前記回転制御部は、前記目標値として、前記薄膜の目標膜厚に対応する前記分光スペクトルの分布許容範囲を記憶した
ことを特徴とする請求項２に記載の薄膜成膜装置。
【請求項５】
被成膜体上に液状の薄膜形成材料を供給し、前記被成膜体を回転させて前記薄膜形成材料による薄膜を形成する薄膜成膜方法であって、
前記被成膜体上に前記薄膜形成材料を供給した後に、前記被成膜体の回転駆動を開始する工程と、
前記被成膜体の回転によって前記被成膜体上で薄層化される前記薄膜形成材料に測定光を照射して、前記薄膜形成材料を含む前記被成膜体の透過率、反射率のうちの少なくとも一つからなる光学特性値を測定する光学特性測定工程と、
該光学特性測定工程で測定された前記光学特性値が、予め記憶された前記薄膜の目標膜厚に対応する目標値に達したかどうかを判定する判定工程と、
該判定工程における前記光学特性値が前記目標値に達したとの判定に基づいて前記成膜体の回転駆動を停止する工程と、
を備えることを特徴とする薄膜成膜方法。
【請求項１】
被成膜体上に液状の薄膜形成材料を供給し、前記被成膜体を回転させて前記薄膜形成材料による薄膜を形成する薄膜成膜装置であって、
前記被成膜体を保持して回転させる回転保持部と、
該回転保持部の回転によって前記被成膜体上で薄層化される前記薄膜形成材料に測定光を照射して、前記薄膜形成材料を含む前記被成膜体の透過率、反射率のうちの少なくとも一つからなる光学特性値を測定する光学特性測定部と、
該光学特性測定部で測定された前記光学特性値が予め記憶された前記薄膜の目標膜厚に対応する目標値に達したときに前記回転保持部の回転駆動を停止する回転制御部と、
を備えることを特徴とする薄膜成膜装置。
【請求項２】
前記光学特性測定部は、
前記測定光として多色光を照射し、該多色光に含まれる複数の波長においてそれぞれ前記光学特性値を測定し、
前記回転制御部は、
前記複数の波長にそれぞれ対応して前記目標値が予め記憶され、前記光学特性測定部で測定された複数の前記光学特性値のすべてが、それぞれの波長に対応する前記目標値に達したときに、前記回転保持部の回転駆動を停止する
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜成膜装置。
【請求項３】
前記複数の波長は、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲に含まれる
ことを特徴とする請求項２に記載の薄膜成膜装置。
【請求項４】
前記光学特性測定部は、前記光学特性値を４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲を含む分光スペクトルとして測定し、
前記回転制御部は、前記目標値として、前記薄膜の目標膜厚に対応する前記分光スペクトルの分布許容範囲を記憶した
ことを特徴とする請求項２に記載の薄膜成膜装置。
【請求項５】
被成膜体上に液状の薄膜形成材料を供給し、前記被成膜体を回転させて前記薄膜形成材料による薄膜を形成する薄膜成膜方法であって、
前記被成膜体上に前記薄膜形成材料を供給した後に、前記被成膜体の回転駆動を開始する工程と、
前記被成膜体の回転によって前記被成膜体上で薄層化される前記薄膜形成材料に測定光を照射して、前記薄膜形成材料を含む前記被成膜体の透過率、反射率のうちの少なくとも一つからなる光学特性値を測定する光学特性測定工程と、
該光学特性測定工程で測定された前記光学特性値が、予め記憶された前記薄膜の目標膜厚に対応する目標値に達したかどうかを判定する判定工程と、
該判定工程における前記光学特性値が前記目標値に達したとの判定に基づいて前記成膜体の回転駆動を停止する工程と、
を備えることを特徴とする薄膜成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−１６６１２７（Ｐ２０１２−１６６１２７Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２７５７７（Ｐ２０１１−２７５７７）
【出願日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【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２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【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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