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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2015-96641(P2015-96641A)
(43)【公開日】2015年5月21日
(54)【発明の名称】薄膜形成装置および薄膜形成方法
(51)【国際特許分類】
C23C 14/54 20060101AFI20150424BHJP
G02B 5/00 20060101ALI20150424BHJP
G02B 1/11 20150101ALN20150424BHJP
【ＦＩ】
C23C14/54 E
G02B5/00 A
G02B1/10 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】24
(21)【出願番号】特願2013-237223(P2013-237223)
(22)【出願日】2013年11月15日
(71)【出願人】
【識別番号】300075751
【氏名又は名称】株式会社オプトラン
(74)【代理人】
【識別番号】100094053
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 隆久
(74)【代理人】
【識別番号】100135828
【弁理士】
【氏名又は名称】飯島 康弘
(72)【発明者】
【氏名】長家 武彦
(72)【発明者】
【氏名】範 賓
【テーマコード（参考）】
2H042
2K009
4K029
【Ｆターム（参考）】
2H042AA08
2H042AA11
2K009AA02
2K009CC01
2K009DD03
4K029AA24
4K029BA17
4K029BA46
4K029BA48
4K029BA60
4K029BB02
4K029BC07
4K029CA02
4K029CA05
4K029CA08
4K029CA09
4K029DA03
4K029DA09
4K029DB14
4K029EA01
4K029EA02
4K029JA03
(57)【要約】
【課題】光学薄膜を製造する真空成膜プロセスにおいて、吸収膜を含んでいたとしても量産化に対応しながら光学系の大型化、高コスト化を抑止しつつ、歩留まりを向上させることが可能であり、また、必要に応じて膜の成膜時の反応の進行状態をモニタすることが可能な薄膜形成装置および薄膜形成方法を提供する。【解決手段】成膜チャンバー内に配置された成膜材料供給部と、成膜チャンバー内に配置され耐え基板ホルダと、成膜対象基板にモニタ光を投光する投光部と、モニタ光のうち成膜対象基板の膜形成面である表面側で反射された反射モニタ光ＬＲを受光して第１受光信号ＳＲ１を出力する第１受光部５００と、基板ホルダの回転に同期したトリガー信号ＳＴを出力するトリガー信号出力部３５と、第１受光信号とトリガー信号に基づく所定の信号処理を行い成膜対象基板毎の反射モニタ光の変化情報を取得する信号処理部７０とを含む。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
成膜チャンバーと、
前記成膜チャンバー内に配置された成膜材料供給部と、
前記成膜チャンバー内に配置され、複数枚の成膜対象基板を膜形成面が前記成膜材料供給部側に臨むように保持し、ドーム状の形状または平面円板形状を有してドームの頂部または平面円板の中心を回転中心として回転される基板ホルダと、
前記基板ホルダの外周部に保持された前記成膜対象基板にモニタ光を投光する投光部と、
前記モニタ光のうち、前記成膜対象基板の膜形成面である表面側で反射された反射モニタ光を受光して第１受光信号を出力する第１受光部と、
前記基板ホルダの回転に同期したトリガー信号を出力するトリガー信号出力部と、
前記第１受光信号と前記トリガー信号に基づいた所定の信号処理を行って前記成膜対象基板毎の前記反射モニタ光の変化情報を取得する信号処理部と
を有する薄膜形成装置。
前記成膜チャンバー内に配置された成膜材料供給部と、
前記成膜チャンバー内に配置され、複数枚の成膜対象基板を膜形成面が前記成膜材料供給部側に臨むように保持し、ドーム状の形状または平面円板形状を有してドームの頂部または平面円板の中心を回転中心として回転される基板ホルダと、
前記基板ホルダの外周部に保持された前記成膜対象基板にモニタ光を投光する投光部と、
前記モニタ光のうち、前記成膜対象基板の膜形成面である表面側で反射された反射モニタ光を受光して第１受光信号を出力する第１受光部と、
前記基板ホルダの回転に同期したトリガー信号を出力するトリガー信号出力部と、
前記第１受光信号と前記トリガー信号に基づいた所定の信号処理を行って前記成膜対象基板毎の前記反射モニタ光の変化情報を取得する信号処理部と
を有する薄膜形成装置。
【請求項2】
前記モニタ光のうち、前記成膜対象基板の裏面側に透過した透過モニタ光を受光して第２受光信号を出力する第２受光部を、さらに有し、
前記信号処理部は、
前記第２受光信号と前記トリガー信号に基づいた所定の信号処理を行って前記成膜対象基板毎の前記透過モニタ光の変化情報を取得する機能を有し、
前記成膜対象基板の表面側における前記反射モニタ光の変化情報に基づき前記成膜対象基板上の薄膜の膜厚を推定してモニタするための情報を生成するように処理し、
前記成膜対象基板の裏面側に透過した前記透過射モニタ光の変化情報に基づいて各膜の成膜時の反応の進行状態をモニタする情報を生成するように処理する
請求項１記載の薄膜形成装置。
前記信号処理部は、
前記第２受光信号と前記トリガー信号に基づいた所定の信号処理を行って前記成膜対象基板毎の前記透過モニタ光の変化情報を取得する機能を有し、
前記成膜対象基板の表面側における前記反射モニタ光の変化情報に基づき前記成膜対象基板上の薄膜の膜厚を推定してモニタするための情報を生成するように処理し、
前記成膜対象基板の裏面側に透過した前記透過射モニタ光の変化情報に基づいて各膜の成膜時の反応の進行状態をモニタする情報を生成するように処理する
請求項１記載の薄膜形成装置。
【請求項3】
成膜処理が停止され、当該成膜処理停止中に、反応ガスが流された状態において、
前記信号処理部は、
前記成膜対象基板の裏面側に透過した前記透過射モニタ光の変化情報に基づいて膜の化学反応の進行状態をモニタする情報を生成するように処理する
請求項１または２記載の薄膜形成装置。
前記信号処理部は、
前記成膜対象基板の裏面側に透過した前記透過射モニタ光の変化情報に基づいて膜の化学反応の進行状態をモニタする情報を生成するように処理する
請求項１または２記載の薄膜形成装置。
【請求項4】
内部に成膜材料供給部とドーム状の形状または平面円板形状を有してドームの頂部または平面円板の中心を回転中心として回転される基板ホルダが配置された成膜チャンバーの前記基板ホルダに複数枚の成膜対象基板を膜形成面が前記成膜材料供給部側に臨むように保持し、ドームの頂部または平面円板の中心を回転中心として回転させる工程と、
前記成膜材料供給部から成膜材料を供給して前記成膜対象基板上に前記成膜材料の膜を形成する工程と、
前記基板ホルダの外周部に保持された前記成膜対象基板にモニタ光を投光する工程と、
前記モニタ光のうち、前記成膜対象基板の膜形成面である表面側で反射された反射モニタ光を受光して第１受光信号を取得する工程と、
前記基板ホルダの回転に同期したトリガー信号を取得する工程と、
前記第１受光信号と前記トリガー信号に基づいた所定の信号処理を行って前記成膜対象基板毎の前記反射モニタ光の変化情報を取得する工程と
を有する薄膜形成方法。
前記成膜材料供給部から成膜材料を供給して前記成膜対象基板上に前記成膜材料の膜を形成する工程と、
前記基板ホルダの外周部に保持された前記成膜対象基板にモニタ光を投光する工程と、
前記モニタ光のうち、前記成膜対象基板の膜形成面である表面側で反射された反射モニタ光を受光して第１受光信号を取得する工程と、
前記基板ホルダの回転に同期したトリガー信号を取得する工程と、
前記第１受光信号と前記トリガー信号に基づいた所定の信号処理を行って前記成膜対象基板毎の前記反射モニタ光の変化情報を取得する工程と
を有する薄膜形成方法。
【請求項5】
前記モニタ光のうち、前記成膜対象基板の裏面側に透過した透過モニタ光を受光して第２受光信号を取得する工程と、
前記第２受光信号と前記トリガー信号に基づいた所定の信号処理を行って前記成膜対象基板毎の前記透過モニタ光の変化情報を取得する工程と、をさらに有し、
前記成膜対象基板の表面側における前記反射モニタ光の変化情報に基づき前記成膜対象基板上の薄膜の膜厚を推定してモニタするための情報を生成するように処理し、
前記成膜対象基板の裏面側に透過した前記透過射モニタ光の変化情報に基づいて各膜の成膜時の反応の進行状態をモニタする情報を生成するように処理する
請求項４記載の薄膜形成方法。
前記第２受光信号と前記トリガー信号に基づいた所定の信号処理を行って前記成膜対象基板毎の前記透過モニタ光の変化情報を取得する工程と、をさらに有し、
前記成膜対象基板の表面側における前記反射モニタ光の変化情報に基づき前記成膜対象基板上の薄膜の膜厚を推定してモニタするための情報を生成するように処理し、
前記成膜対象基板の裏面側に透過した前記透過射モニタ光の変化情報に基づいて各膜の成膜時の反応の進行状態をモニタする情報を生成するように処理する
請求項４記載の薄膜形成方法。
【請求項6】
成膜処理を停止し、当該成膜処理停止中に、反応ガスを流した状態において、
前記成膜対象基板の裏面側に透過した前記透過射モニタ光の変化情報に基づいて膜の化学反応の進行状態をモニタする情報を生成するように処理する
請求項４または５記載の薄膜形成方法。
前記成膜対象基板の裏面側に透過した前記透過射モニタ光の変化情報に基づいて膜の化学反応の進行状態をモニタする情報を生成するように処理する
請求項４または５記載の薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、たとえば吸収型ＮＤフィルタのように、所定波長域全般に亘り透過光を減衰させる光吸収膜を含む光学薄膜を形成可能な薄膜形成装置および薄膜形成方法に関するものである。特に、本発明は、回転するドーム状の基板ホルダに保持された成膜対象基板に薄膜を形成する薄膜形成装置、薄膜形成方法およびそれに用いる光学薄膜モニタ装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
ＮＤ(Neutral Density)フィルタには、入射光を反射して減衰させる反射型ＮＤフィルタと、入射光を吸収して減衰させる吸収型ＮＤフィルタがある。そして、反射光が問題となる光学系には、一般的に吸収型ＮＤフィルタが適用される。
【0003】
吸収型ＮＤフィルタとしては、吸収物質を基板自体に混合するＮＤフィルタ、基板に塗布するＮＤフィルタ、あるいは基板表面に形成された薄膜に吸収機能があるＮＤフィルタが知られている。薄膜に吸収機能があるＮＤフィルタは、薄膜表面の反射を防ぐため、薄膜を多層膜で構成し、透過光を減衰させる機能と共に、反射防止の機能を持たせている。
【0004】
たとえば特許文献１には、酸化物誘電体層と金属吸収膜層とを交互に多数積層したＮＤフィルタが開示されている。ＮＤフィルタを構成する光学多層膜は、屈折率の異なる誘電体の薄膜を多層積層した構成である。
たとえば、ＮＤフィルタは、石英ガラスなどの光学基板上に、吸収膜としてのＴｉやＴｉＯ２を含む薄膜と、反射防止膜としてのＳｉＯ２の薄膜を交互に多数積層した光学多層膜が形成される。
【0005】
そして、光学多層膜を構成する各薄膜は、所定の光学膜厚を有するように形成されている。光学膜厚は、薄膜の物理的な膜厚と薄膜の屈折率の積で定義され、光学多層膜に所望される光学特性を満たすための重要な要素である。
【0006】
光学多層膜を形成する方法としては、たとえば、イオンビームアシスト真空蒸着などの真空蒸着、分子線蒸着、イオンプレーティングなどの方法がある。薄膜の屈折率は薄膜を構成する元素の種類と組成に依存するため、たとえば薄膜を真空蒸着により形成する場合には、真空蒸着源の組成を適宜選択することで所望の屈折率の薄膜を形成することができる。
また、上記の構成の光学多層膜において所望の光学膜厚を得るために、各薄膜の物理的な膜厚の精度として設計値からの誤差を０．１％以下に抑えることが求められている。たとえば特許文献２〜４に、間接型あるいは直接型の膜厚モニタ法により、薄膜の物理的な膜厚を監視しながら形成する方法が開示されている。
【0007】
図１１（ａ）は、従来例に係る直接型の膜厚モニタ方法を用いた真空蒸着装置の構成を模式的に示す図である。たとえば、真空チャンバー１１０に、不図示の排気管および真空ポンプが接続されており、内部が所定の圧力に減圧可能となっている。
たとえば、真空チャンバー１１０の内部に、第１真空蒸着源１２０が配置されてその内部に第１蒸着材料１２１が収容されており、また、第２真空蒸着源１２２が配置されてその内部に第２蒸着材料１２３が収容されている。
【0008】
たとえば、真空チャンバー１１０内には、成膜対象基板１３０が基板ホルダにより回転移動可能に保持されている。また、成膜対象基板１３０に対してモニタ光Ｌを投光する投光部１４１が真空チャンバー１１０内に設けられており、また、成膜対象基板１３０を通過したモニタ光Ｌを受光する受光部１５０が真空チャンバー１１０の外部に設けられている。
【0009】
第１真空蒸着源１２０および第２真空蒸着源１２２において、蒸着材料を抵抗加熱、電子ビーム加熱、レーザービーム加熱などにより加熱することで、第１真空蒸着源１２０および第２真空蒸着源１２２から噴出された蒸着材料の蒸気が成膜対象基板１３０の表面に達して固化すると、成膜対象基板１３０の表面に蒸着材料の薄膜が形成される。ここで、第１真空蒸着源１２０からの蒸着材料の成膜と第２真空蒸着源１２２からの蒸着材料の成膜を交互に繰り返すことで、上記の構成の光学多層膜を形成することができる。
【0010】
図１１（ａ）の真空蒸着装置においては、各薄膜の成膜中に、投光部１４１から成膜対象基板１３０に対してモニタ光Ｌを投光し、成膜対象基板１３０を透過したモニタ光Ｌを受光部１５０で受光し、干渉による光透過率の変化を捉えることで、成膜中の薄膜の膜厚をモニタする。投光部１４１は、たとえば真空チャンバー１１０の外部に設けられた不図示の光源から導かれた光を成膜対象基板１３０に向けて投光するように構成されている。
成膜対象基板１３０を透過したモニタ光Ｌを受光して膜厚をモニタすることから、図１１（ａ）の構成の膜厚モニタ方法を直接型の膜厚モニタ方法と称する。
【0011】
図１１（ｂ）は、従来例に係る間接型の膜厚モニタ方法を用いた真空蒸着装置の構成を模式的に示す図である。なお、図１１（ｂ）において、図１１（ａ）と同一構成部分は、理解を容易にするために同一符号をもって表している。たとえば、真空チャンバー１１０に、不図示の排気管および真空ポンプが接続されており、内部が所定の圧力に減圧可能となっている。
たとえば、真空チャンバー１１０の内部に、第１真空蒸着源１２０が配置されてその内部に第１蒸着材料１２１が収容されており、また、第２真空蒸着源１２２が配置されてその内部に第２蒸着材料１２３が収容されている。
【0012】
たとえば、真空チャンバー１１０内には、複数個の成膜対象基板１３０が回転移動可能なドーム状の基板ホルダ１３１に保持されている。基板ホルダ１３１の中央開口部に、一方の面（表面）が蒸着面となるようにモニタ基板１３２が保持されている。
また、モニタ基板１３２の蒸着面の反対側の面（裏面）に対してモニタ光ＬＩを投光し、モニタ基板１３２からの反射光ＬＲを受光する投受光部１５１が設けられている。
【0013】
図１１（ｂ）の真空蒸着装置において、図１１（ａ）の真空蒸着装置と同様にして光学多層膜を形成することができる。図１１（ｂ）の真空蒸着装置においては、各薄膜の成膜中に、投受光部１５１からモニタ基板１３２に対してモニタ光ＬＩを投光し、モニタ基板１３２からの反射光ＬＲを投受光部１５１で受光し、光反射率の変化をモニタする。
モニタ基板１３２からの反射光ＬＲの変化から成膜対象基板上の薄膜の膜厚を推定してモニタするものであり、図１１（ｂ）の構成の膜厚モニタ方法を間接型の膜厚モニタ方法と称する。
【0014】
図１２（ａ）は図１１（ａ）の真空蒸着装置の要部模式図である。成膜対象基板１３０が基板ホルダにより回転移動可能に保持されており、不図示の投光部から成膜対象基板１３０に対してモニタ光Ｌが投光され、成膜対象基板１３０を通過したモニタ光Ｌが受光部１５０で受光される。
【0015】
図１２（ｂ）は図１２（ａ）中の成膜対象基板の模式的平面図である。たとえば、回転して保持される成膜対象基板１３０に対するモニタ光Ｌの投光スポットＳＰＬは、成膜対象基板１３０の外周部近傍に位置する。成膜対象基板１３０上の投光スポットＳＰＬがトレースする領域Ｒが良品分布領域となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0016】
【特許文献1】特開平０５−９３８１１号公報
【特許文献2】特開２００３−８２４６２号公報
【特許文献3】特開２００２−３４０５２７号公報
【特許文献4】特開２００２−３０３５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0017】
ところが、図１１（ａ）に示す直接型の膜厚モニタ方法による真空蒸着装置に用いた場合、基板ホルダに１枚の成膜対象基板を保持して成膜するものであるので、光学薄膜の量産化が難しいという不利益がある。
【0018】
また、直接型の膜厚モニタ方法による真空蒸着装置においては、吸収膜を含まない光学フィルタを作製する場合、モニタ光の光透過率の時間変化において、小さなピークが複数現れるが、その各ピークが対応する薄膜の各層に相当し、光透過率の監視（モニタ）することにより各層の膜厚を監視することができる。しかしながら、上述した吸収型ＮＤフィルタは、完全に酸化されていない不酸化金属膜により形成される吸収膜を含むことから、図１３に示すように、光透過率の変化において、１層目を積層したときは１回目のピークが現れるが、以降薄膜を積層しても次のピークが現れない（見えない）ことから、光学膜厚の監視（モニタ）ができないという不利益がある。
【0019】
図１１（ｂ）に示す間接型の膜厚モニタ方法による真空蒸着装置においては、ドーム状の基板ホルダに多数枚の成膜対象基板を保持し、多数枚の基板に同時に光学多層膜を成膜することから、光学薄膜の量産化に適している。また、上記間接型の膜厚モニタ方法によれば、モニタ基板からの反射光の変化から成膜対象基板上の薄膜の膜厚を推定してモニタすることから、吸収膜を含むＮＤフィルタにおいても光学薄膜のモニタをすることが可能である。
【0020】
しかしながら、上記のように量産化に対応して間接型の膜厚モニタ方法による真空蒸着装置を用いて吸収型ＮＤフィルタを製造した場合、以下の不利益がある。すなわち、モニタ基板１３２の蒸着面の反対側の面（裏面）における反射光の変化から成膜対象基板上の薄膜の膜厚を推定してモニタする方法では、薄膜の膜厚の制御精度に限界があり、所望の透過帯域を有する光学多層膜を高い歩留まりで製造することが困難である。
【0021】
これは、一つはＮＤフィルタの裏面における反射率が、波長依存性が高いことに起因しているもので考えられる。たとえば、波長３５０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲では裏面の反射率が１０％程度であるのに対して、波長５５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲では裏面の反射率が１０％程度から２０％程度に上昇していき、この波長に依存した反射率の変化（ばらつき）によって、薄膜の膜厚の制御精度に限界をきたし、所望の透過帯域を有する光学多層膜を高い歩留まりで製造することが困難となっているものと考えられる。
【0022】
上記の問題はＮＤフィルタに限らず、膜厚を高精度に制御することが重要である光学フィルタ全般に共通するものである。
【0023】
一方、ＮＤフィルタの蒸着面側である表面における反射率は、上記した波長３５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲において１％〜５％程度と変化が小さい。したがって、モニタ基板１３２の蒸着面側の面（表面）における反射光の変化から成膜対象基板上の薄膜の膜厚を推定してモニタする方法を採用することにより、薄膜の膜厚の制御精度に限界がなくなり、所望の透過帯域を有する光学多層膜を高い歩留まりで製造することが可能となる。
【0024】
この場合、光学系は、たとえば図１４に示すように、チャンバー１１０の下面側に光を通過させるための大きな貫通孔１１１を形成し、チャンバー１１０の下面側外部に光源１７０、反射ミラー１７１，１７２、受光部１７３が配置されて構成される。しかしながら、この場合、光路長が長く光学的にまた経時的に安定し難く、また光学系が大型化し、ひいては高コストとなるという不利益がある。
【0025】
また、このモニタ基板１３２の蒸着面側の面（表面）における反射光の変化から成膜対象基板上の薄膜の膜厚を推定してモニタする方法では、膜厚をモニタしながら成膜することは可能であるが、各膜の成膜時の反応の進行状態をモニタすることは困難である。
【0026】
本発明は、光学薄膜を製造する真空成膜プロセスにおいて、吸収膜を含んでいたとしても量産化に対応しながら光学系の大型化、高コスト化を抑止しつつ、歩留まりを向上させることが可能であり、また、必要に応じて膜の成膜時の反応の進行状態をモニタすることが可能な薄膜形成装置および薄膜形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0027】
本発明の第１の観点の薄膜形成装置は、成膜チャンバーと、前記成膜チャンバー内に配置された成膜材料供給部と、前記成膜チャンバー内に配置され、複数枚の成膜対象基板を膜形成面が前記成膜材料供給部側に臨むように保持し、ドーム状の形状または平面円板形状を有してドームの頂部または平面円板の中心を回転中心として回転される基板ホルダと、前記基板ホルダの外周部に保持された前記成膜対象基板にモニタ光を投光する投光部と、前記モニタ光のうち、前記成膜対象基板の膜形成面である表面側で反射された反射モニタ光を受光して第１受光信号を出力する第１受光部と、前記基板ホルダの回転に同期したトリガー信号を出力するトリガー信号出力部と、前記第１受光信号と前記トリガー信号に基づいた所定の信号処理を行って前記成膜対象基板毎の前記反射モニタ光の変化情報を取得する信号処理部とを有する。
【0028】
好適には、前記モニタ光のうち、前記成膜対象基板の裏面側に透過した透過モニタ光を受光して第２受光信号を出力する第２受光部を、さらに有し、前記信号処理部は、前記第２受光信号と前記トリガー信号に基づいた所定の信号処理を行って前記成膜対象基板毎の前記透過モニタ光の変化情報を取得する。
【0029】
好適には、前記信号処理部は、前記成膜対象基板の表面側における前記反射モニタ光の変化情報に基づき前記成膜対象基板上の薄膜の膜厚を推定してモニタするための情報を生成するように処理する。
【0030】
好適には、前記信号処理部は、前記成膜対象基板の表面側における前記反射モニタ光の変化情報に基づき前記成膜対象基板上の薄膜の膜厚を推定してモニタするための情報を生成するように処理し、前記成膜対象基板の裏面側に透過した前記透過射モニタ光の変化情報に基づいて各膜の成膜時の反応の進行状態をモニタする情報を生成するように処理する。
【0031】
また、好適には、前記信号処理部は、モードに応じた処理が可能であり、第１モード時には、前記成膜対象基板の表面側における前記反射モニタ光の変化情報に基づき前記成膜対象基板上の薄膜の膜厚を推定してモニタするための情報を生成するように処理し、第２モード時には、前記成膜対象基板の裏面側に透過した前記透過射モニタ光の変化情報に基づいて前記成膜対象基板上の薄膜の膜厚を推定してモニタするための情報を生成するように処理する。
【0032】
また、好適には、前記信号処理部は、前記第１モード時には、前記成膜対象基板の裏面側に透過した前記透過射モニタ光の変化情報に基づいて各膜の成膜時の反応の進行状態をモニタする情報を生成するように処理する。
【0033】
本発明の第２の観点の薄膜形成方法は、内部に成膜材料供給部とドーム状の形状または平面円板形状を有してドームの頂部または平面円板の中心を回転中心として回転される基板ホルダが配置された成膜チャンバーの前記基板ホルダに複数枚の成膜対象基板を膜形成面が前記成膜材料供給部側に臨むように保持し、ドームの頂部または平面円板の中心を回転中心として回転させる工程と、前記成膜材料供給部から成膜材料を供給して前記成膜対象基板上に前記成膜材料の膜を形成する工程と、前記基板ホルダの外周部に保持された前記成膜対象基板にモニタ光を投光する工程と、前記モニタ光のうち、前記成膜対象基板の膜形成面である表面側で反射された反射モニタ光を受光して第１受光信号を取得する工程と、前記基板ホルダの回転に同期したトリガー信号を取得する工程と、前記第１受光信号と前記トリガー信号に基づいた所定の信号処理を行って前記成膜対象基板毎の前記反射モニタ光の変化情報を取得する工程とを有する。
【0034】
本発明の第３の観点の光学薄膜モニタ装置は、成膜チャンバー内に配置され、複数枚の成膜対象基板を膜形成面が成膜材料供給部側に臨むように保持し、ドーム状の形状または平面円板形状を有してドームの頂部または平面円板の中心を回転中心として回転される基板ホルダの外周部に保持された前記成膜対象基板にモニタ光を投光する投光部と、前記モニタ光のうち、前記成膜対象基板の膜形成面である表面側で反射された反射モニタ光を受光して第１受光信号を出力する第１受光部と、前記基板ホルダの回転に同期したトリガー信号を出力するトリガー信号出力部と、前記第１受光信号と前記トリガー信号に基づいた所定の信号処理を行って前記成膜対象基板毎の前記反射モニタ光の変化情報を取得する信号処理部とを有する。
【発明の効果】
【0035】
本発明によれば、光学薄膜を製造する真空成膜プロセスにおいて、吸収膜を含んでいたとしても量産化に対応しながら光学系の大型化、高コスト化を抑止しつつ、歩留まりを向上させることが可能である。また、必要に応じて膜の成膜時の反応の進行状態をモニタすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【発明を実施するための形態】
【0037】
以下に、本発明の薄膜形成装置である真空成膜装置とそれを用いた薄膜形成方法である真空成膜方法の実施の形態について、図面に関連付けて説明する。
【0038】
［真空成膜装置の構成］図１は、本実施形態に係る真空成膜装置であるイオンビームアシスト真空蒸着装置の構成例を模式的に示す図である。
たとえば、成膜チャンバーである真空チャンバー１０に、排気管１１および真空ポンプ１２が接続されており、内部が所定の圧力に減圧可能となっている。真空蒸着による成膜時における真空チャンバー１０内の背圧は、たとえば１０−２〜１０−５Ｐａ程度である。
【0039】
たとえば、真空チャンバー１０の内部の下方側に、成膜材料供給部２００として、第１真空蒸着源２０が配置されてその内部に第１蒸着材料２１が収容されており、また、第２真空蒸着源２２が配置されてその内部に第２蒸着材料２３が収容されている。第１蒸着材料２１はたとえばＳｉＯ２であり、第２蒸着材料２３はたとえばＴｉ、ＴｉＯ２等である。
吸収型ＮＤフィルタを作製する場合、第１蒸着材料２１は反射防止膜としてたとえばＳｉＯ２が選択され、第２蒸着材料２３は吸収膜として、たとえばＴｉ、ＴｉＯ２等が選択される。
【0040】
各真空蒸着源には、たとえば不図示の抵抗加熱、電子ビーム加熱、レーザービーム加熱などの加熱手段が設けられており、真空蒸着源において蒸着材料が加熱されて気化すると蒸着材料の蒸気が噴出する。
【0041】
たとえば、真空チャンバー１０内の上部側には、基板ホルダ部３００が配置されている。基板ホルダ部３００は、第１真空蒸着源２０および第２真空蒸着源２２の蒸着材料の蒸気を噴出する方向に、複数枚の成膜対象基板３０を膜形成面が成膜材料供給部２００側に臨むように保持し、ドーム状の形状を有してドームの頂部を回転中心として回転される基板ホルダ３１が設けられている。たとえば、基板ホルダ３１は、ホルダ支持部（３２，３３）により回転可能に支持されており、真空チャンバー１０の外部に設置されたモータ３４の駆動により回転駆動される。
【0042】
たとえば、各真空蒸着源から噴出された蒸着材料の蒸気が成膜対象基板３０の表面に達して固化すると、成膜対象基板の表面に蒸着材料の薄膜が形成される。
【0043】
たとえば、真空チャンバー１０内に酸素イオンなどのイオンを成膜対象基板３０に照射するイオンソース２４が設けられており、イオンビームアシスト真空蒸着を行うことができる。イオンソース２４からイオンを成膜対象基板３０の膜形成面に照射することで、成膜材料供給部２００から供給される蒸着物質により成膜されて膜厚が厚くなるプロセスと、既に成膜された膜の表面近傍の一部領域が、イオンソース２４から照射されるイオンによりスパッタされて膜厚が薄くなるプロセスとを同時に進行させながら成膜できる。
このとき、成膜対象基板３０面内において、成膜材料供給部２００から供給される成膜物質の密度分布に依存して膜厚差が生じる場合には、その膜厚差を打ち消すような条件でイオンソース２４から照射されるイオンによるスパッタを行うことで、均一な面内膜厚分布をもつ多層膜が得ることができる。
【0044】
基板ホルダ３１の外周部に保持された成膜対象基板３０に、モニタ光Ｌを投光する、たとえば以下の構成を有する投光部４００が設けられている。投光部４００は、たとえば真空チャンバー１０の外部に設置された光源４０と、真空チャンバー１０内に設けられ、光源４０からの光を成膜対象基板３０にモニタ光Ｌとして投光し、成膜対象基板３０による反射光をモニタ光Ｌとは分離して取得するする投光ヘッド４１を有する。
さらに、投光部４００は、光源４０からの光を投光ヘッド４１に伝達する光ファイバなどの投光光学系４２と、投光ヘッド４１を支持する投光ヘッド支持部４３などから構成される。光源４０（および投光ヘッド４１）は、たとえばハロゲンランプを用いることができる。
光源４０からの光が投光光学系４２により投光ヘッド４１に伝達され、モニタ光Ｌとして成膜対象基板３０に対して投光（照射）される。
【0045】
投光ヘッド４１は、たとえばハーフミラーやダイクロイックミラー、ダイクロイックプリズム等により形成され、モニタ光Ｌを透過して成膜対象基板３０に向かって出射し、成膜対象基板３０の表面による反射モニタ光ＬＲをモニタ光Ｌの出射方向とは異なる方向、たとえば直交する方向に反射する反射光取得部４１１を含んで構成されている。
【0046】
本実施形態においては、モニタ光Ｌは、成膜対象基板３０において、成膜対象基板３０を成膜材料供給部２００側に臨む表面側から裏面側に透過する透過モニタ光ＬＴと、成膜対象基板３０の表面で反射される反射モニタ光ＬＲとに分離される。
【0047】
またたとえば、投光ヘッド支持部４３としては、膜厚分布を補正するために用いられる補正板などの真空チャンバー１０に既存の設備を利用することができる。
【0048】
本実施形態に係る真空成膜装置は、たとえば、成膜対象基板３０の表面側で反射され、反射光取得部４１１で取得された反射モニタ光ＬＲを受光して第１受光信号ＳＲ１を出力する第１受光部５００と、成膜対象基板３０の裏面側に透過した透過モニタ光ＬＴを受光する第２受光信号ＳＲ２を出力する第２受光部６００が設けられている。
【0049】
第１受光部５００は、たとえば、真空チャンバー１０内に設けられ、成膜対象基板３０の表面側で反射され、投光ヘッド４１の反射光取得部４１１１で取得された反射モニタ光ＬＲを受光する第１受光ヘッド５０と、第１受光ヘッド５０で受光された反射モニタ光を分光する第１分光部５１と、第１分光部５１で分光された光を検出する第１光検出部５２と、第１受光ヘッド５０で受光した反射モニタ光ＬＲを第１分光部５１に伝達する光ファイバなどの第１受光光学系５３とを含んで構成されている。
【0050】
たとえば、第１光検出部５２は、受光した光を電気信号に変換する受光画素がマトリクス状に配置された構成を有し、第１光検出部５２としてＣＣＤセンサなどを用いることができる。成膜対象基板３０の表面側で反射された反射モニタ光ＬＲが第１受光ヘッド５０で受光され、第１受光光学系５３により第１分光部５１に伝達されて分光され、分光された反射モニタ光が第１光検出部５２で検出される。
本実施形態では、たとえば成膜対象基板３０の表面で反射された反射モニタ光ＬＲを第１分光部５１で分光し、分光された光を、受光画素がマトリクス状に配置された第１光検出部５２で検出して第１受光信号ＳＲ１を出力する。第１光検出部５２は反射モニタ光ＬＲの連続スペクトルを取得することができ、すなわち、反射モニタ光ＬＲを多波長で検出することができる。
【0051】
たとえば、受光ヘッド５０は、基板ホルダ３１およびホルダ支持部（３２，３３）の回転駆動を妨げないように設けられている。
【0052】
第２受光部６００は、たとえば、真空チャンバー１０内に設けられ、成膜対象基板３０を裏面側に透過した透過モニタ光ＬＴを受光する第２受光ヘッド６０と、第２受光ヘッド６０で受光された透過モニタ光ＬＴを分光する第２分光部６１と、第２分光部６１で分光された光を検出する第２光検出部６２と、第２受光ヘッド６０で受光した透過モニタ光ＬＴを第２分光部６１に伝達する光ファイバなどの第２受光光学系６３と、第２受光ヘッド６０を支持する受光ヘッド支持部６４などから構成されている。
【0053】
たとえば、第２光検出部６２は、受光した光を電気信号に変換する受光画素がマトリクス状に配置された構成であり、第２光検出部６２としてＣＣＤセンサなどを用いることができる。成膜対象基板を裏面側に透過した透過モニタ光ＬＴが第２受光ヘッド６０で受光され、第２受光光学系６３により第２分光部６１に伝達されて分光され、分光された透過モニタ光が第２光検出部６２で検出される。
成膜対象基板を裏面側に透過した透過モニタ光ＬＴを第２分光部６１で分光し、分光された光を、受光画素がマトリクス状に配置された第２光検出部６２で検出して第２受光信号ＳＲ２を出力する。第２光検出部６２は透過モニタ光の連続スペクトルを取得することができ、すなわち、透過モニタ光ＬＴを多波長で検出することができる。
【0054】
たとえば、受光ヘッド６０を支持する受光ヘッド支持部６４は、基板ホルダ３１およびホルダ支持部（３２，３３）の回転駆動を妨げないように設けられている。
【0055】
図２（ａ）は図１の真空蒸着装置の要部模式図である。たとえば、ドーム状の形状を有してドームの頂部を回転中心として回転される基板ホルダ３１に、膜形成面が成膜材料供給部側に臨むように複数枚の成膜対象基板３０が保持されている。
不図示の投光部から成膜対象基板３０に対してモニタ光Ｌが投光され、成膜対象基板３０の表面で反射された反射モニタ光ＬＲが第１受光ヘッド５０で受光され、また、成膜対象基板３０の裏面側に透過した透過モニタ光ＬＴが第２受光ヘッド６０で受光される。
【0056】
図２（ｂ）は図１中の成膜対象基板の模式的平面図である。たとえば、モニタ光Ｌの投光スポットＳＰＬは、基板ホルダ３１の外周部に配置された成膜対象基板３０上に照射されるように配置される。投光スポットＳＰＬがトレースする領域Ｒの近傍が良品分布領域となる。
【0057】
本実施形態においては、たとえば、基板ホルダ３１を回転駆動するモータ３４に接続して、基板ホルダ３１の回転に同期したトリガー信号ＳＴを出力するトリガー信号出力部３５が設けられている。本実施形態においては、たとえば、第１受光部５００による第１受光信号ＳＲ１、第２受光部６００による第２受光信号ＳＲ２、およびトリガー信号出力部３５のトリガー信号ＳＴが供給される信号処理部７０が設けられている。
【0058】
本実施形態において、信号処理部７０は、図示しない制御系によるモード信号ＭＤを受けて、たとえば第１モードＭＤ１または第２モードＭＤ２に応じた信号処理を行うことが可能に構成されている。
【0059】
［信号処理部の第１モード時の処理］信号処理部７０は、たとえばモード信号ＭＤが第１モードＭＤ１での動作を指示している場合、透過モニタ光では膜厚制御の対処が困難な吸収膜を含むたとえば図３に示すような吸収型ＮＤフィルタ９０を成膜するものとして、次の処理を行う。
すなわち、信号処理部７０は、第１モードＭＤ１の場合、第１受光部５００の反射モニタ光ＬＲに応じた第１受光信号ＳＲ１とトリガー信号ＳＴに基づいた所定の信号処理を行って成膜対象基板３０毎の光反射率（反射モニタ光ＬＲの変化情報）を取得する。
また、信号処理部７０は、上記のように反射モニタ光の連続スペクトルを取得することで、成膜対象基板毎の光反射スペクトルを取得する。
本実施形態においては、得られた光反射率あるいは光反射スペクトルから、所望の光学特性が得られるように成膜条件を変更するように成膜途中において、図示しない制御系を通してフィードバックすることができる。
【0060】
また、本実施形態においては、第１モードＭＤ１の場合、必要に応じて第２受光部６００の透過モニタ光ＬＴに応じた第２受光信号ＳＲ２とトリガー信号ＳＴに基づいた所定の信号処理を行って成膜対象基板３０毎の光透過率（透過モニタ光ＬＴの変化情報）を取得する。信号処理部７０は、成膜対象基板３０の蒸着面側の面（表面）における反射モニタ光の変化から成膜対象基板上の薄膜の膜厚を推定してモニタするための情報を生成するとともに、取得した光透過率（透過モニタ光ＬＴの変化）の情報に基づいて、各膜の成膜時の反応の進行状態をモニタする情報を生成する。
【0061】
このように、本実施形態に係る真空成膜装置は、光学薄膜を製造する真空成膜プロセスにおいて、吸収膜を含んでいたとしても量産化に対応しながら光学系の大型化、高コスト化を抑止しつつ、歩留まりを向上させることが可能であり、また必要に応じて膜の成膜時の反応の進行状態をモニタすることが可能に構成されている。
【0062】
図３は、本実施形態に係る真空成膜装置で作製される吸収型ＮＤフィルタの模式的な断面図である。
【0063】
図３の吸収型ＮＤフィルタ９０は、ガラスやプラスチック等の基板９１上に、第１誘電体膜９２、第１光吸収膜９３、第２誘電体膜９４、第２光吸収膜９５、および第３誘電体膜９６を、表記した順に成膜した積層構造として構成されている。
【0064】
第１誘電体膜９２は、たとえばＳｉＯ２により形成され、膜厚は６０ｎｍ程度に制御される。第１光吸収膜９３は、たとえば金属Ｔｉとその飽和酸化物ＴｉＯ２を主成分とし、その他の残余成分として低級酸化物Ｔｉ２Ｏ３，ＴｉＯなどや、金属化合物ＴｉＮなどの副生成物を含有している。第１光吸収膜９３の膜厚は３０ｎｍ程度に制御される。
第２誘電体膜９４は、たとえばＳｉＯ２により形成され、膜厚は５０ｎｍ程度に制御される。
第２光吸収膜９５は、たとえば金属Ｔｉとその飽和酸化物ＴｉＯ２を主成分とし、その他の残余成分として低級酸化物Ｔｉ２Ｏ３，ＴｉＯなどや、金属化合物ＴｉＮなどの副生成物を含有している。第２光吸収膜９５の膜厚は２５ｎｍ程度に制御される。
第３誘電体膜９６は、たとえばＳｉＯ２により形成され、膜厚は８０ｎｍ程度に制御される。
【0065】
ＮＤフィルタ９０においては、第３誘電体膜９６側が最表面側に相当する、
【0066】
なお、図３に示す積層構成は、一例であって、他の構成であってもよい。光学薄膜の場合、通常使用波長において透明なセラミック材料を誘電体膜として表現している。光の干渉効果が現れる厚さ（波長の数倍程度）の誘電体を積層することで、入射する光の、反射量、透過量、偏光などの光学特性を調整することができる。
図３に示す構成を採用することで、ＮＤフィルタに反射防止機能が付与されている。
【0067】
本実施形態において、たとえば図３に示すような構造を有するＮＤフィルタが第１モードＭＤ１において、モニタ光Ｌの成膜対象基板３０の表面側で反射された反射モニタ光ＬＲの変化情報に応じて成膜対象基板上の薄膜の膜厚を推定してモニタしながら作製される。そして、信号処理部７０は、第１モードにおいては、モニタ光Ｌの成膜対象基板３０を裏面側に透過した透過モニタ光ＬＴの変化（光量の変化）から各膜の成膜時の反応の進行状態をモニタする情報を生成するように処理する。
【0068】
図４は、本実施形態において、透過モニタ光により吸収層（光吸収膜）を含む光学フィルタ（ＮＤフィルタ）の各膜の成膜時の反応の進行状態のモニタ例を示す図である。図５は、本実施形態において、透過モニタ光により光学フィルタ（ＮＤフィルタ）の所定の誘電体膜の成膜時の反応の進行状態のモニタ例を示す図である。
【0069】
図４の情報に基づくモニタ例は、図３のＮＤフィルタ９０の各膜を成膜した後の透過モニタ光ＬＴの光量変化を示している。ただし、これは一例であって、各膜を成膜しながら、その都度、透過モニタ光ＬＴの光量変化をモニタして、成膜時の反応の進行状態をモニタすることも可能である。
【0070】
図４において、層１は図３の第３誘電体膜９６であるＳｉＯ２膜に相当し、層２は図３の第２光吸収膜９５のＴｉ等からなる吸収膜に相当し、層３が図３の第２誘電体膜９４であるＳｉＯ２膜に相当し、層４が図３の第１光吸収膜９３のＴｉ等からなる吸収膜に相当し、層５が図３の第１誘電体膜９２であるＳｉＯ２膜に相当する。
【0071】
図４の情報に基づくモニタにおいては、第３誘電体膜９６であるＳｉＯ２膜では透過モニタ光ＬＴの光量変化は減衰することなくほぼ一定であり光量は９５％程度に維持されている。図４および図５に示すように、第３誘電体膜９６であるＳｉＯ２膜では反射防止機能が発現されて、成膜時の反応の進行の度合が良好であることが確認される。
【0072】
次のＴｉ等からなる第２光吸収膜９５では光吸収機能が発現されて透過モニタ光ＬＴの光量はその膜厚に応じて９５％程度から３１％程度に大きく減少している。第２光吸収膜９５では良好に光吸収機能が発現されて、成膜時の反応の進行の度合が良好であることが確認される。
【0073】
次の第２誘電体膜９４であるＳｉＯ２膜では透過モニタ光ＬＴの光量変化は減衰することなくほぼ一定であり光量は３１％程度に維持されている。第２誘電体膜９４であるＳｉＯ２膜では反射防止機能が発現されて、成膜時の反応の進行の度合が良好であることが確認される。
【0074】
次のＴｉ等からなる第１光吸収膜９３では光吸収機能が発現されて透過モニタ光ＬＴの光量はその膜厚に応じて３１％程度から１１％程度に減少している。第１光吸収膜９３では良好に光吸収機能が発現されて、成膜時の反応の進行の度合が良好であることが確認される。
【0075】
次の第１誘電体膜９２であるＳｉＯ２膜では透過モニタ光ＬＴの光量変化は減衰することなくほぼ一定であり光量は１１％程度に維持されている。第１誘電体膜９２であるＳｉＯ２膜では反射防止機能が発現されて、成膜時の反応の進行の度合が良好であることが確認される。
【0076】
このように、本実施形態に係る真空成膜装置は、光学薄膜を製造する真空成膜プロセスにおいて、吸収膜を含んでいたとしても量産化に対応しながら光学系の大型化、高コスト化を抑止しつつ、歩留まりを向上させることが可能であり、かつ、膜の成膜時の反応の進行状態をモニタすることができる。
【0077】
［信号処理部の第２モード時の処理］上述した第１モード時においては、吸収型ＮＤフィルタは、完全に酸化されていない不酸化金属膜により形成される吸収膜を含むので、光透過率の変化において、１層目を積層したときは１回目のピークが現れるが、以降薄膜を積層しても次のピークが現れない（見えない）ことから、反射モニタ光ＬＲを主体として、各膜の光学膜厚をモニタする制御が行われる。
本実施形態に係る真空成膜装置は、吸収膜を含まない光学フィルタを作製する場合、モニタ光の光透過率の時間変化において、小さなピークが複数現れるが、その各ピークが対応する薄膜の各層に相当し、透過モニタ光ＬＴを用いて、光透過率の監視（モニタ）することにより各層の膜厚を監視することができる。
本実施形態において、この処理は第２モードＭＤ２において行われる。
【0078】
信号処理部７０は、たとえばモード信号ＭＤが第２モードＭＤ２での動作を指示している場合、透過モニタ光では膜厚制御の対処が可能なＮＢＰフィルタ（狭帯域バンドパスフィルタ）等の光学薄膜を成膜するものとして、次の処理を行う。すなわち、信号処理部７０は、第２モードＭＤ２の場合、第２受光部６００の透過モニタ光ＬＴに応じた第２受光信号ＳＲ２とトリガー信号ＳＴに基づいた所定の信号処理を行って成膜対象基板３０毎の光透過率を取得する。
また、信号処理部７０は、上記のように透過モニタ光の連続スペクトルを取得することで、成膜対象基板毎の光透過スペクトルを取得する。
本実施形態においては、得られた光透過率あるいは光透過スペクトルから、所望の光学特性が得られるように成膜条件を変更するように成膜途中において、図示しない制御系を通してフィードバックすることができる。
【0079】
たとえば、第２モードＭＤ２において、上記の実施形態のイオンビームアシスト真空蒸着装置を用いて、光学ガラス基板上にＳｉＯ２／ＴｉＯ２を交互に６６層積層したＮＢＰフィルタを作製することが可能である。たとえば、透過帯の中心波長は８２７ｎｍであり、帯域幅は１２ｎｍ以下である。この場合、直接型の膜厚モニタ法により高精度に薄膜の膜厚を制御することができる。
【0080】
なお、上記した説明では第１モードＭＤ１では、主とする反射モニタ光ＬＲと反応進行確認用の透過モニタ光ＬＴを用いたモニタによる制御を行い、第２モードＭＤ２では、透過モニタ光ＬＴを用いたモニタによる制御を行う例を説明した。ただし、本実施形態に係る真空成膜装置は、用途に合わせて、反射モニタ光ＬＲのみを用いる、主とする透過モニタ光ＬＴに加えて反射モニタ光ＬＲを用いる等、種々の態様が可能である。
【0081】
次に、トリガー信号を含む本実施形態の信号処理について説明する。
【0082】
図６は、本実施形態の真空蒸着装置に係る信号処理の一例を説明するための図である。モニタ光Ｌの投光スポットＳＰＬは、基板ホルダ３１が回転することにより、基板ホルダ３１の外周部に配置された複数枚の成膜対象基板（３０１，３０２，３０３・・・３０ｎ）上を通過する。
移動する成膜対象基板（３０１，３０２，３０３・・・３０ｎ）を反射または透過したモニタ光Ｌを受光することで、各成膜対象基板（３０１，３０２，３０３・・・３０ｎ）の光反射率または光透過率が間欠的に反映された受光信号ＳＲが取得される。
ここで、基板ホルダ３１の回転に同期したトリガー信号ＳＴから、回転する基板ホルダ３１の位置を特定することで、各成膜対象基板３０の光反射率または光透過率が間欠的に反映された受光信号ＳＲ（１，２）のどの部分がいずれの成膜対象基板に対する光反射率または光透過率であるか特定することができる。トリガー信号ＳＴは、基板ホルダ３１の回転１周期に１回の出力、あるいは多数回の出力とする。
上記の受光信号ＳＲのどの部分がいずれの成膜対象基板に対する光反射率または光透過率であるか特定することで、受光信号ＳＲから、成膜対象基板３０１に対する受光信号Ｓ１、成膜対象基板３０２に対する受光信号Ｓ２、成膜対象基板３０３に対する受光信号Ｓ３、・・・成膜対象基板３０ｎに対する受光信号Ｓｎを取得することができる。
【0083】
たとえば、基板ホルダの外周部に位置する成膜対象基板の中心の起動半径を４５０ｍｍ、成膜対象基板の直径を３０ｍｍ、基板ホルダの回転数を３０ｒｐｍとしたとき、モニタ光を点光源として取り扱うと、成膜対象基板１枚あたり、基板ホルダ１回転あたりのモニタ時間は２１ｍｓとなる。モニタ光のスポット径はある程度の大きさがあるので、モニタ時間はさらに短くなる。この限られた時間内で高い膜厚制御性を確保するためには、高い光検出感度が求められる。
【0084】
たとえば、光検出部５２、６２としてＣＣＤセンサなどを用いることで、多波長での光反射率または光透過率の情報を得ることで得られる情報量を増加させることができ、光反射率または光透過率の精度を高め、Ｓ／Ｎ比を向上できる。
【0085】
次に、図１の真空蒸着装置の要部の構成例についてさらに説明する。
【0086】
図７（ａ）および（ｂ）は図１の真空蒸着装置の要部模式図である。たとえば、上述したように、基板ホルダ３１の外周部に保持された成膜対象基板３０に投光部を構成する投光ヘッド４１からモニタ光Ｌが投光される。
成膜対象基板３０の表面で反射された反射モニタ光ＬＲが受光光学系を構成する第１受光ヘッド５０で受光され、成膜対象基板３０を裏面側に透過した透過モニタ光ＬＴが受光光学系を構成する第２受光ヘッド６０で受光される。
図７（ａ）に示す基板ホルダ３１と図７（ｂ）に示す基板ホルダ３１とでは、径が異なり、保持できる成膜対象基板の数や大きさが異なっている。
上記の構成においては、たとえば、受光光学系の第２受光ヘッド６０の位置が可変に設けられている。
【0087】
たとえば、受光ヘッド支持部６４が伸縮可能、屈曲可能、あるいは伸縮および屈曲可能に設けられており、受光光学系の受光ヘッドの位置を変更できるように構成されている。たとえば、図７（ａ）に示す相対的に大きな基板ホルダ３１を用いる場合、第２受光ヘッド６０が基板ホルダ３１の外周部に保持された成膜対象基板３０を透過した透過モニタ光ＬＴを受光する位置に届くように受光ヘッド支持部６４が伸ばされている。
一方、たとえば、図７（ｂ）に示す相対的に小さな基板ホルダ３１を用いる場合、受光ヘッド６０が基板ホルダ３１の外周部に保持された成膜対象基板３０を透過したモニタ光Ｌを受光する位置に届くように受光ヘッド支持部６４が縮められて、あるいは屈曲されている。
【0088】
たとえば、図１に示すように、基板ホルダおよび受光光学系の近傍にヒータが設けられている。ヒータ８０で加熱することで、真空チャンバー１０の基板ホルダ近傍における内壁面などに不要な蒸着材料が堆積することを防止することができる。ヒータ８０は、たとえばハロゲンランプ、あるいはニッケルクロムなどからなる抵抗加熱部材を用いることができる。
この場合、たとえば受光光学系としてヒータによる加熱に対する耐熱性を有するものを用いることで、受光光学系のヒータによるダメージを抑制することができる。
【0089】
［真空成膜方法］次に、本実施形態に係る真空成膜方法としてイオンビームアシスト真空蒸着方法について説明する。本実施形態に係る真空成膜方法は、上記の本実施形態の真空成膜装置を用いて行う。
図８は、本実施形態の真空成膜装置において吸収型ＮＤフィルタ等の光学薄膜を作製する方法を説明するめのフローチャートである。
【0090】
まず、たとえば、内部に成膜材料供給部２００とドーム状の形状を有してドームの頂部を回転中心として回転される基板ホルダが設けられた真空チャンバー１０の基板ホルダ３１に、複数枚の成膜対象基板３０を保持する（ステップＳＴ１）。ここで、成膜対象基板３０の膜形成面（表面側）が成膜材料供給部２００側に臨むように保持する。
たとえば、成膜対象基板３０を保持した基板ホルダ３１をドームの頂部を回転中心として回転させる（ステップＳＴ２）。
【0091】
次に、成膜材料供給部２００から成膜材料を供給して成膜対象基板３０上に成膜材料の膜を形成する（ステップＳＴ３）。次に、たとえば、基板ホルダ３１の外周部に保持された成膜対象基板３０にモニタ光Ｌを投光する（ステップＳＴ４）。
次に、信号処理部７０が、動作モードが第１モードＭＤ１である否かを判別する（ステップＳＴ５）。
第１モードＭＤ１の場合、信号処理部７０は、成膜対象基板３０の表面で反射モニタ光ＬＲを受光して得られた第１受光信号ＳＲ１、および成膜対象基板３０を裏面側に透過した透過モニタ光ＬＴを受光して得られた第２受光信号ＳＲ２を取得する（ステップＳＴ６）。
また、信号処理部７０は、基板ホルダ３１の回転に同期したトリガー信号ＳＴを取得する（ステップＳＴ７）。
【0092】
第１モードＭＤ１において、信号処理部７０は、第１受光部５００の反射モニタ光ＬＲに応じた第１受光信号ＳＲ１とトリガー信号ＳＴに基づいた所定の信号処理を行って成膜対象基板３０毎の光反射率（反射モニタ光ＬＲの変化情報）を取得する（ステップＳＴ８）。また、信号処理部７０は、上記のように反射モニタ光の連続スペクトルを取得することで、成膜対象基板毎の光反射スペクトルを取得する。
これに基づき、得られた光反射率（反射モニタ光ＬＲの変化情報）あるいは光反射スペクトルから、所望の光学特性が得られるように成膜条件を変更するように成膜途中において、たとえば制御系を通してフィードバックされる。
【0093】
また、信号処理部７０は、第１モードＭＤ１において、第２受光部６００の透過モニタ光ＬＴに応じた第２受光信号ＳＲ２とトリガー信号ＳＴに基づいた所定の信号処理を行って成膜対象基板３０毎の光透過率（透過モニタ光ＬＴの変化情報）を取得する（ステップＳＴ９）。信号処理部７０は、成膜対象基板３０の蒸着面側の面（表面）における反射モニタ光ＬＲの変化から成膜対象基板上の薄膜の膜厚を推定してモニタするための情報を生成するとともに、取得した光透過率（透過モニタ光ＬＴの変化）の情報に基づいて、各膜の成膜時の反応の進行状態をモニタする情報を生成するように処理する（ステップＳＴ１０）。
【0094】
このように、本実施形態に係る真空成膜装置は、第１モードＭＤ１において、光学薄膜を製造する真空成膜プロセスにおいて、吸収膜を含んでいたとしても量産化に対応しながら光学系の大型化、高コスト化を抑止しつつ、歩留まりを向上させることが可能であり、かつ、膜の成膜時の反応の進行状態をモニタすることができる。
【0095】
一方、ステップＳＴ５において、第１モードＭＤ１ではなく第２モードＭＤ２と判別した場合、信号処理部７０は、たとえば、成膜対象基板を裏面側に透過した透過モニタ光ＬＴを受光して得られた第２受光信号ＳＲ２を取得する（ステップＳＴ１１）。次に、信号処理部７０は、基板ホルダ３１の回転に同期したトリガー信号ＳＴを取得する（ステップＳＴ１２）。
次に、たとえば、第２受光信号ＳＲ２とトリガー信号ＳＴを信号処理して成膜対象基板毎の光透過率を取得する。
信号処理部７０は、第２モードＭＤ２において、第２受光部６００の透過モニタ光ＬＴに応じた第２受光信号ＳＲ２とトリガー信号ＳＴに基づいて、所定の信号処理を行って成膜対象基板３０毎の光透過率を取得する（ステップＳＴ１３）。
信号処理部７０は、成膜対象基板３０の裏面側に透過した透過モニタ光ＬＴの光透過率の変化から成膜対象基板上の薄膜の膜厚を推定してモニタするための情報を生成するように処理する（ＳＴ１４）。
また、信号処理部７０は、透過モニタ光の連続スペクトルを取得することで、成膜対象基板毎の光透過スペクトルを取得する。
これに基づき、得られた光透過率あるいは光透過スペクトルから、所望の光学特性が得られるように成膜条件を変更するように成膜途中において、たとえば制御系を通してフィードバックされる。
【0096】
本実施形態の真空成膜装置は、第２モードＭＤ２において、複数枚の成膜対象基板を基板ホルダに保持し、基板ホルダの外周部に保持された成膜対象基板にモニタ光を投光し、これを透過したモニタ光を受光して成膜対象基板毎の光透過率を取得するものであり、光学フィルタを製造する真空成膜プロセスにおいて、量産化に対応しながら歩留まりを向上させることができる。
【0097】
なお、本実施形態において、たとえば、受光部としては、成膜対象基板を透過したモニタ光を受光および伝達する受光光学系と、モニタ光を分光する分光部と、分光部で分光された光を検出するＣＣＤセンサなどの光検出部とを有する構成とし、モニタ光を多波長で検出することができる。たとえば、光検出感度を高めることで信号の精度を高め、Ｓ／Ｎ比を向上でき、さらに、ＣＣＤセンサなどにより多波長での光透過率の情報を得ることで得られる情報量を増加させることができ、光透過率の精度を高め、Ｓ／Ｎ比を向上できる。
【0098】
たとえば、位置可変に設けられている受光光学系を用いることができる。伸縮可能、屈曲可能、あるいは伸縮および屈曲可能に設けられている受光ヘッド支持部６４を用いることで、受光光学系の受光ヘッドの位置を変更でき、曲面形状の異なる基板ホルダを用いた場合でも、基板ホルダの外周部に保持された成膜対象基板の光透過率あるいはスペクトルの精度を高めることができる。
【0099】
図９（ａ）および（ｂ）は図１の真空蒸着装置の変形例の要部模式図である。たとえば、平面円板形状の基板ホルダ３６の外周部に保持された成膜対象基板３０に投光部を構成する投光ヘッド４１からモニタ光Ｌが投光される。
成膜対象基板３０の表面で反射された反射モニタ光ＬＲが受光光学系を構成する第１受光ヘッド５０で受光され、成膜対象基板３０を裏面側に透過した透過モニタ光ＬＴが受光光学系を構成する第２受光ヘッド６０で受光される。
図９（ａ）に示す基板ホルダ３６と図９（ｂ）に示す基板ホルダ３６はいずれも平面円板形状であるが、径が異なり、保持できる成膜対象基板の数や大きさが異なっている。
上記の構成において、たとえば、受光光学系の第２受光ヘッド６０の位置が可変に設けられている。
【0100】
たとえば、受光ヘッド支持部６４が伸縮可能、屈曲可能、あるいは伸縮および屈曲可能に設けられており、受光光学系の受光ヘッドの位置を変更できるように構成されている。たとえば、図９（ａ）に示す相対的に大きな基板ホルダ３６を用いる場合、第２受光ヘッド６０が基板ホルダ３６の外周部に保持された成膜対象基板３０を裏面側に透過した透過モニタ光ＬＴを受光する位置に届くように受光ヘッド支持部６４が伸ばされている。
一方、たとえば、図９（ｂ）に示す相対的に小さな基板ホルダ３６を用いる場合、第２受光ヘッド６０が基板ホルダ３６の外周部に保持された成膜対象基板３０を裏面側に透過した透過モニタ光ＬＴを受光する位置に届くように受光ヘッド支持部６４が縮められて、あるいは屈曲されている。
伸縮可能、屈曲可能、あるいは伸縮および屈曲可能に設けられている受光ヘッド支持部６４を用いることで、受光光学系の受光ヘッドの位置を変更でき、平面形状で径が異なる基板ホルダを用いた場合でも、基板ホルダの外周部に保持された成膜対象基板の光透過率あるいはスペクトルの精度を高めることができる。
【0101】
たとえば、投光部が、成膜対象基板の膜形成面に実質的に垂直に入射するようにモニタ光を投光する。これにより、成膜対象基板の光透過率あるいはスペクトルの精度を高めることができる。
【0102】
たとえば、基板ホルダおよび受光光学系の近傍に設けられたヒータで加熱することで、真空チャンバー１０の基板ホルダ近傍における内壁面などに不要な蒸着材料が堆積することを防止することができる。この場合、たとえば受光光学系としてヒータによる加熱に対する耐熱性を有するものを用いることで、受光光学系のヒータによるダメージを抑制することができる。
【0103】
以上説明したように、本実施形態によれば、以下の構成を有する。すなわち、本実施形態の真空成膜装置によれば、信号処理部７０は、吸収膜を含むＮＤフィルタ等を作製する場合、第１モードＭＤ１において、第１受光部５００の反射モニタ光ＬＲに応じた第１受光信号ＳＲ１とトリガー信号ＳＴに基づいた所定の信号処理を行って成膜対象基板３０毎の光反射率（反射モニタ光ＬＲの変化情報）を取得する。
また、信号処理部７０は、上記のように反射モニタ光の連続スペクトルを取得することで、成膜対象基板毎の光反射スペクトルを取得する。
本実施形態においては、得られた光反射率あるいは光反射スペクトルから、所望の光学特性が得られるように成膜条件を変更するように成膜途中において、図示しない制御系を通してフィードバックすることができる。
【0104】
また、本実施形態においては、第１モードＭＤ１の場合、第２受光部６００の透過モニタ光ＬＴに応じた第２受光信号ＳＲ２とトリガー信号ＳＴに基づいた所定の信号処理を行って成膜対象基板３０毎の光透過率（透過モニタ光ＬＴの変化情報）を取得する。信号処理部７０は、成膜対象基板３０の蒸着面側の面（表面）における反射モニタ光の変化から成膜対象基板上の薄膜の膜厚を推定してモニタするための情報を生成するとともに、取得した光透過率（透過モニタ光ＬＴの変化）の情報に基づいて、各膜の成膜時の反応の進行状態をモニタする情報を生成するように処理する。
【0105】
このように、本実施形態に係る真空成膜装置は、光学薄膜を製造する真空成膜プロセスにおいて、吸収膜を含んでいたとしても量産化に対応しながら光学系の大型化、高コスト化を抑止しつつ、歩留まりを向上させることが可能であり、かつ、膜の成膜時の反応の進行状態をモニタすることが可能となる利点がある。
【0106】
また、信号処理部７０は、吸収膜を含まない光学薄膜を作製する場合、第２モードＭＤ２において、第２受光部６００の透過モニタ光ＬＴに応じた第２受光信号ＳＲ２とトリガー信号ＳＴに基づいて、所定の信号処理を行って成膜対象基板３０毎の光透過率を取得する。また、信号処理部７０は、上記のように透過モニタ光の連続スペクトルを取得することで、成膜対象基板毎の光透過スペクトルを取得する。
本実施形態においては、得られた光透過率あるいは光透過スペクトルから、所望の光学特性が得られるように成膜条件を変更するように成膜途中において、図示しない制御系を通してフィードバックすることができる。
このように、第２モードＭＤ２においては、成膜対象基板を裏面側に透過した透過モニタ光を受光して成膜対象基板毎の光透過率を取得するものであり、光学フィルタを製造する真空成膜プロセスにおいて、量産化に対応しながら歩留まりを向上させることができる。
【0107】
本発明は上記の説明に限定されない。たとえば、イオンビームアシスト真空蒸着装置および方法に限らず、その他の真空成膜装置および方法に適用可能である。さらに、真空成膜以外にスパッタリングによる成膜あるいはＣＶＤ（化学気相成長）による成膜など、その他の薄膜形成装置および方法にも適用可能である。
トリガー信号の出力は、基板ホルダの回転の１周期に１回の出力でも多数回の出力でもよい。
また、エンコーダを用いて基板ホルダの回転軸の回転位置を検出し、得られた基板ホルダの位置情報を信号処理部に入力して成膜対象基板毎の光反射率あるいは光透過率を取得する構成とすることも可能である。
また、上記の実施形態における、投光部、受光部、トリガー信号出力部、および信号処理部は、成膜対象基板毎の光反射率あるいは光透過率を取得して成膜対象基板に形成された薄膜の光学膜厚をモニタする装置を構成する。光学薄膜モニタ装置として、上記の真空成膜装置から取り外し、他の薄膜形成装置に取り付けて成膜対象基板に形成された薄膜の光学膜厚をモニタすることもできる。
【0108】
また、上述した実施形態においては、成膜中におけるモニタ（監視）制御機能について説明したが、本発明に係る装置は、成膜中の膜厚等のモニタ制御機能だけでなく、反応ガスによる化学反応のモニタ制御機能も有している。
【0109】
図１０は、本実施形態において光学薄膜を作製する場合における化学反応のモニタ制御機能について説明するめのフローチャートである。たとえば、成膜処理を停止した状態である成膜停止中に（ステップＳＴ２１）、酸素（Ｏ２）などの反応ガスを流して（ステップＳＴ２２）、基板の光透過率（透過モニタ光ＬＴの変化情報）を取得する（ステップＳＴ２３）。
具体的には、図１の装置において、第２受光部６００の透過モニタ光ＬＴに応じた第２受光信号ＳＲ２とトリガー信号ＳＴに基づいた所定の信号処理を行って成膜対象基板３０毎の光透過率を取得する。
信号処理部が、取得した光透過率（透過モニタ光ＬＴの変化）の情報に基づいて、膜の化学反応処理時の反応の進行状態をモニタする情報を生成する。
そして、たとえば酸化により基板の光透過率が変化、あるいは一定の光透過率に達した場合には（ステップＳＴ２４）、酸化処理を終了して（ステップＳＴ２５）、次の処理（工程）に進む。
本発明は、このような、反応ガスによる化学反応のモニタ制御機能も有するように構成することも可能であえる
【0110】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【0111】
１０・・・真空チャンバー、１１・・・排気管、１２・・・真空ポンプ、２００・・・成膜材料供給部、２０・・・第１真空蒸着源、２１・・・第１蒸着材料、２２・・・第２真空蒸着源、２３・・・第２蒸着材料、２４・・・イオンソース、３００・・・基板ホルダ部、３０，３０１〜３０ｎ…・・成膜対象基板、３１・・・基板ホルダ、３２，３３・・・ホルダ支持部、３４・・・モータ、３５・・・トリガー信号出力部、３６・・・基板ホルダ、４００・・・投光部、４０・・・光源、４１・・・投光ヘッド、４１１・・・反射光取得部、４２・・・投光光学系、４３・・・投光ヘッド支持部、５００・・・第１受光部、５０・・・第１受光ヘッド、５１・・・第１分光部、５２・・・第１光検出部、５３・・・第１受光光学系、６００・・・第２受光部、６０・・・第２受光ヘッド、６１・・・第２分光部、６２…第２光検出部、６３・・・第２受光光学系、６４・・・受光ヘッド支持部、７０・・・信号処理部、１１０・・・真空チャンバー、１２０・・・第１真空蒸着源、１２１・・・第１蒸着材料、１２２・・・第２真空蒸着源、１２３・・・第２蒸着材料、１３０・・・成膜対象基板、１３１・・・基板ホルダ、１３２・・・モニタ基板、１４１・・・投光部、１５０・・・受光部、１５１・・・投受光部、Ｌ・・・モニタ光、ＬＲ・・・反射モニタ光、ＬＴ・・・透過モニタ光、Ｓ１〜Ｓｎ・・・受光信号、ＳＲ１・・・第１受光信号、ＳＲ２・・・第２受光信号、ＳＴ・・・トリガー信号、ＳＰＬ・・・投光スポット。