JP2007231303A - 薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に形成される薄膜の膜厚をリアルタイムに且つ高い精度で測定することが可能な薄膜形成装置を提供する。
【解決手段】真空容器１１の内部に回転自在に設置され基板Ｓを保持可能な回転ドラム１３と、この回転ドラム１３の一部の領域Ｌに向けて膜原料物質を供給して基板Ｓの表面に薄膜を形成するスパッタ手段２０と、このスパッタ手段２０から供給される膜原料物質が常時付着する位置に固定された水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂと、この水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂに付着する膜原料物質の付着量と基板Ｓの表面に間欠的に付着する膜原料物質の付着量との間の比率に基づいて、基板Ｓの表面に形成される薄膜の膜厚を演算する膜厚演算コンピュータ４２と、を備えた。水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂに付着した膜原料物質の付着量から実際の基体に形成された薄膜の膜厚を、この比率の分だけ高い感度で測定することが可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は薄膜形成装置に係り、特に、膜厚測定手段を用いて基板に形成される薄膜の膜厚をリアルタイムに測定することが可能な薄膜形成装置に関する。

スパッタリングや真空蒸着などの物理蒸着やＣＶＤなどの化学蒸着により基板の表面に光学薄膜を形成させる技術が知られている。この技術を用いて、干渉フィルタ、反射防止フィルタ、ハーフミラー、各種バンドパスフィルタ、ダイクロイックフィルタなどの光学素子やシリコンウェハなどの半導体素子を製造したり、各種装飾品の表面に色付けコートや反射防止層コートを行って特定の光学特性を有する装飾品などを製造したりすることが行われている。

近年では、これらの光学製品の高機能化が進んでおり、これに伴い基板の表面に形成される薄膜についてもその膜厚が厳密に制御されることが要求されている。このような要求に応えるべく、基板に形成される薄膜の膜厚を成膜工程中にリアルタイムに、且つ高い精度で測定する技術が研究・開発されている。

基板に形成される薄膜の膜厚をリアルタイムに測定する技術しては、従来、成膜を行う真空容器内に光源と受光手段を配置して、回転ドラムの回転を止めずに基板上に形成される薄膜の膜厚を測定する薄膜形成装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この文献に記載された成膜装置は、減圧チャンバと、この減圧チャンバ内に配置された多角形ドラムと、減圧チャンバ内に取り付けられた光源と、減圧チャンバ内に受光部が取り付けられた瞬間マルチ測光器を具備している。そして、基板の成膜中に多角形ドラムの回転を止めることなく、光源および瞬間マルチ測光器により基板上の薄膜の分光測定を行うことが可能となる。

また、同じくリアルタイムに膜厚を測定することが可能な薄膜形成装置として、基板ホルダに膜厚測定センサを用いた薄膜形成装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。この文献に記載されたカルーセル型のスパッタ装置は、ほぼ円筒形の基板ホルダと、基板ホルダと対向するように配されたターゲットと、基板表面に形成された薄膜の膜厚を測定する膜厚測定用センサを備えている。この膜厚測定用センサは、基板ホルダの各基板支持面の開口部を介してターゲットに対向するように配置されている。

特開２００２−４０４６号公報 特開平８−３２５７２５号公報

しかしながら、特許文献１の成膜装置は、減圧チャンバ内に光源と受光部を設けて薄膜の分光測定を行うため、成膜装置全体としての構成が複雑となり、成膜装置の製造コストが上昇し、ひいてはこの成膜装置で製造される光学製品の単価上昇を招来するという不都合があった。
また、特許文献１及び特許文献２のいずれの装置においても、基板表面に形成される薄膜を直接測定するため、基板の表面に実際に形成される薄膜を測定できるという利点があるが、基板表面に形成される薄膜の膜厚がごく薄い場合には膜厚測定用センサの出力値が小さくなるため、正確な膜厚測定を行うことが困難になるという不都合があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、基板に形成される薄膜の膜厚がごく薄い場合であっても、リアルタイムに且つ高い精度で膜厚を測定することが可能な薄膜形成装置を提供することにある。

上記課題は、本発明の薄膜形成装置によれば、内部を真空状態に維持する真空容器と、該真空容器の内部に回転自在に設置され基体を保持可能な基体保持手段と、該基体保持手段の一部の領域に向けて膜原料物質を供給することで、前記基体保持手段の回転毎に間欠的に基体の表面に膜原料物質を付着させる膜原料物質供給手段と、基体の表面に形成された薄膜の膜厚を測定する膜厚測定手段と、を備えた薄膜形成装置であって、前記膜厚測定手段は、前記膜原料物質供給手段から供給される膜原料物質が常時付着する位置に固定された膜厚測定部と、該膜厚測定部に付着する膜原料物質の付着量と前記基体の表面に間欠的に付着する膜原料物質の付着量との間の相関関係に基づいて、前記基体の表面に形成される薄膜の膜厚を演算する膜厚演算部と、を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
を具備することにより解決される。

この場合、前記膜厚演算部は、膜厚測定部に付着する膜原料物質の付着量と実際に基体の表面に形成される薄膜の膜厚との間の比率を相関関係として予め記憶した膜厚相関関係データを備え、前記膜厚測定部に付着した膜原料物質の付着量と前記膜厚相関関係データに記憶された前記相関関係に基づいて、前記基体に形成される薄膜の膜厚を演算することが好ましい。
特にこの場合、前記比率は、基体保持手段の半径をＲ、前記基体保持手段の膜原料物質が付着する領域の外周長をＬとしたとき、略Ｌ／２πＲの割合であると好適である。

このように、本発明の薄膜形成装置では、基体保持手段に保持された基体には、基体保持手段の回転毎に間欠的に膜原料物質が付着する。一方、膜厚測定部は膜原料物質が常時付着する位置に固定されているため、成膜時にあっては基体保持手段の回転位置にかかわらず常に膜原料物質が膜厚測定部に付着する。このため、基体に実際に形成される薄膜の膜厚よりも膜厚測定部に付着する膜原料物質の膜厚の方が厚くなる。そして、基体への付着量と膜厚測定部への付着量は、所定の比率になるという関係（相関関係）がある。
従って、この相関関係（比率）に基づいて、膜厚測定部に付着した膜原料物質の付着量から基体に実際に形成された薄膜の膜厚を間接的に取得することが可能となる。すなわち、実際に基体に形成される薄膜の膜厚をこの比率の分だけ高い感度で測定することが可能となる。

また、前記膜原料物質供給手段と前記基体保持手段との間には、前記基体保持手段のうち前記一部の領域以外の領域に向けて移動する膜原料物質を遮断するシールドが配設され、前記膜厚測定部は、前記シールドに固定されていることが好ましい。

このように、膜厚測定部がシールドに固定されることで、膜原料物質が膜厚測定部に確実に付着する。このため、基板に形成される薄膜の膜厚を常に安定して測定することが可能となる。

更にまた、前記膜原料物質供給手段と前記基体保持手段との間には、前記膜原料物質供給手段から前記基体保持手段に向けて供給される膜原料物質の一部を遮断して前記基体に形成される薄膜の膜厚を補正する膜厚補正板が配設され、前記膜厚測定部は、前記膜厚補正板に固定されていることが好ましい。

このように、膜原料物質の一部を遮断して膜厚を補正する膜厚補正板に膜厚測定部が固定されているため、膜原料物質供給手段から基体保持手段に供給される膜原料物質を、より膜原料物質供給手段の中心に近い位置で膜厚測定を行うことができる。このため、膜原料物質供給手段の周辺部（たとえば、シールド）に膜厚測定部を設けた場合と比較して、より正確に膜厚を測定することが可能となる。

また、前記薄膜形成装置は、前記膜厚測定手段により測定された膜厚に基づいて前記基体に形成される薄膜の膜厚を調整する膜厚調整手段を更に備えると好適である。

このように構成することで、膜厚測定手段により測定された膜厚に基づいて基体に形成される薄膜の膜厚をフィードバック制御により調整することが可能となる。これにより、所望の膜厚を有する光学製品を得ることが可能となる。

更に、前記薄膜形成装置は、前記膜原料物質供給手段と前記基体保持手段との間に配設される膜厚補正板と、前記膜原料物質供給手段から前記基体保持手段へ供給される膜原料物質の一部を遮断する第一の位置と、前記第一の位置よりも膜原料物質の遮断量が少ない第二の位置との間で前記膜厚補正板を移動可能な補正板移動手段と、を更に備え、前記膜厚調整手段は、前記膜厚測定手段により測定された膜厚に基づいて前記補正板移動手段による前記膜厚補正板の位置を調整することが好ましい。

このように、本発明の薄膜形成装置は、膜厚補正板とこの膜厚補正板を移動可能な補正板移動手段を備えており、膜厚測定手段により測定された膜厚に基づいて膜厚補正板の位置をフィードバック制御により調整することが可能となっている。従って、所望の膜厚を有する光学製品を得ることが可能となる。

また、前記膜厚測定手段は、前記膜原料物質供給手段と前記基体保持手段との間であって且つ前記膜原料物質供給手段から供給される膜原料物質が付着可能な位置に固定された複数の膜厚測定部と、該複数の膜厚測定部のそれぞれに付着した膜原料物質の付着量に基づいて前記基体に形成された薄膜の膜厚分布を演算する膜厚分布演算部と、を具備することが好ましい。

このように、本発明の薄膜形成装置は、複数の膜厚測定部と、これら複数の膜厚測定部のそれぞれに付着した膜原料物質の付着量に基づいて基体に形成された薄膜の膜厚分布を演算する膜厚分布演算部を備えている。従って、膜厚測定部の位置に対応した膜厚分布の情報を取得することが可能となる。

更にまた、前記薄膜形成装置は、前記膜厚測定手段により測定された膜厚分布に基づいて前記基体に形成される薄膜の膜厚分布を調整する膜厚分布調整手段を更に備えることが好ましい。

このように構成することで、膜厚測定手段により測定した膜厚分布に基づいて基体に形成される薄膜の膜厚をフィードバック制御により調整することが可能となる。これにより、所望の膜厚分布を有する光学製品を得ることが可能となる。

この場合、前記薄膜形成装置は、前記膜原料物質供給手段と前記基体との間であって前記複数の膜厚測定部に対応する位置に配設された複数の補正小片と、前記膜原料物質供給手段から前記基体保持手段へ供給される膜原料物質の一部を遮断する第一の位置と、前記第一の位置よりも膜原料物質の遮断量が少ない第二の位置との間で前記複数の補正小片をそれぞれ独立して移動可能な補正小片移動手段と、を更に備え、前記膜厚分布調整手段は、前記膜厚測定手段により測定された膜厚分布に基づいて前記補正小片移動手段による前記複数の補正小片の位置をそれぞれ独立して調整することが好ましい。

このように、本発明の薄膜形成装置は、複数の膜厚測定部に対応する位置に配設された複数の補正小片と、これら膜厚補正板をそれぞれ独立に移動可能な補正小片移動手段を更に備えており、膜厚測定手段により測定された膜厚に基づいてこれら複数の補正小片の位置をそれぞれ独立して調整することが可能となっている。これにより、所望の膜厚分布を有する光学製品を得ることが可能となる。

また、前記膜厚測定手段は、前記膜厚測定部と前記膜原料物質供給手段との間に配設されたシャッタと、前記膜厚測定部に前記膜原料物質が付着可能な第一の位置と、前記膜原料物質が実質的に付着しない第二の位置との間で前記シャッタを移動させるシャッタ移動手段と、を更に備えることが好ましい。

このように、移動可能なシャッタを備えることで、膜厚測定時以外にあっては膜原料物質が膜厚測定部に付着することを防止できると共に、膜厚測定時にあっては膜原料物質を膜厚測定部に付着させることができる。従って、ノイズが少なく正確な膜厚測定が行える薄膜形成装置を提供することが可能となる。

このように、本発明の薄膜形成装置によれば、基体保持手段に保持された基体には、基体保持手段の回転毎に間欠的に膜原料物質が付着する一方、膜厚測定部は膜原料物質が常時付着する。そして、基体に付着する膜原料物質の付着量と膜厚測定部に付着する膜原料物質の付着量の間の相関関係（比率）に基づいて、基体に形成された薄膜の膜厚をこの比率の分だけ高い感度で測定することが可能となる。
従って、ごく薄い薄膜を形成する場合にあっても、高い精度で膜厚を測定することが可能な薄膜形成装置を提供することができる。

以下に、本発明の第一の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。

図１〜図７は本発明の第一の実施形態に係る薄膜形成装置の説明図であり、図１は第一の実施形態に係る薄膜形成装置を上方から見た説明図、図２は図１の薄膜形成装置を矢視Ａ−Ａ'方向に見た側面図、図３は図１の成膜プロセス領域２０Ａを拡大して示した説明図、図４は図３の成膜プロセス領域２０Ａを基板側から見た状態を示す説明図、図５は第一の実施形態に係る薄膜形成装置の機能的構成を示すブロック図、図６は水晶膜厚センサの斜視図、図７は図１の反応プロセス領域６０Ａの周辺を拡大して示した説明図である。

本実施形態では、薄膜形成装置としてスパッタの一例であるマグネトロンスパッタを行う薄膜形成装置を用いているが、本発明の薄膜形成装置としては、このようなマグネトロンスパッタに限定されず、マグネトロン放電を用いない２極スパッタ等の他の公知のスパッタを行う薄膜形成装置を用いることもできる。

また、本実施形態では、成膜プロセス領域２０Ａのみを設けて、１種類の材料からなるターゲットをスパッタしているが、成膜プロセス領域２０Ａとは別の領域にもうひとつの成膜プロセス領域を設けて、それぞれ異なる種類のターゲットをスパッタすることで、２種類の金属材料からなる複合薄膜を形成するようにしてもよい。

本実施形態の薄膜形成装置では、ターゲットをスパッタして膜原料物質を基板表面に付着させることで目的の膜厚よりも相当程度薄い薄膜を基板表面に付着するスパッタ処理工程と、この膜原料物質に対して酸化などの処理を行って薄膜の組成を変換するプラズマ処理工程とにより基板表面に中間薄膜を形成し、このスパッタ処理工程とプラズマ処理工程を複数回繰り返すことで、中間薄膜を複数層積層して目的の膜厚を有する最終薄膜を基板表面に形成している。

具体的には、スパッタ処理工程とプラズマ処理工程によって組成変換後における膜厚の平均値が０．０１〜１.５ｎｍ程度の中間薄膜を基板表面に形成する工程を、回転ドラムの回転毎に繰り返すことにより複数の中間薄膜が積層し、目的とする数ｎｍ〜数百ｎｍ程度の膜厚を有する最終薄膜を形成している。

以下、本発明の一実施形態に係る薄膜形成装置について説明する。図１は本実施形態に係る薄膜形成装置を上方から見た説明図であり、薄膜形成装置を構成する部材等の一部を断面にして模式的に示してある。この図に示すように、本実施形態の薄膜形成装置１は、真空容器１１と、回転ドラム１３と、スパッタ手段２０と、スパッタガス供給手段３０と、プラズマ発生手段６０と、反応性ガス供給手段７０と、を主要な構成要素としている。なお、図中では、スパッタ手段２０は破線、スパッタガス供給手段３０は一点鎖線、プラズマ発生手段６０は破線、反応性ガス供給手段７０は二点鎖線で囲んで表示している。

真空容器１１は、公知の薄膜形成装置で通常用いられるようなステンレススチール製で、ほぼ直方体形状をした中空体である。真空容器１１の内部は、開閉扉としての扉１１Ｃによって薄膜形成室１１Ａとロードロック室１１Ｂに分けられる。真空容器１１の上方には扉１１Ｃを収容する図示しない扉収納室が接続されており、扉１１Ｃは真空容器１１の内部と扉収納室の内部との間でスライドすることで開閉する。

真空容器１１には、ロードロック室１１Ｂと真空容器１１の外部とを仕切るための扉１１Ｄが設けられている。扉１１Ｄはスライドまたは回動することで開閉する。真空容器１１の内部の薄膜形成室１１Ａには、排気用の配管１６ａ−１が接続され、この配管１６ａ−１には真空容器１１内を排気するための真空ポンプ１５ａが接続されている。

配管１６ａ−１の一端は開口しており、この開口は真空容器１１内の成膜プロセス領域２０Ａと反応プロセス領域６０Ａとの間に位置している。このような配置とすることで、成膜プロセス領域２０Ａで飛散した膜原料物質を真空ポンプ１５ａで吸引することが可能となり、成膜プロセス領域２０Ａから飛散した膜原料物質が反応プロセス領域６０Ａに侵入して基板の表面やプラズマ発生手段６０を汚染することを防止できる。また、真空容器１１の内部のロードロック室１１Ｂには、排気用の配管１６ｂが接続され、この配管１６ｂには真空容器１１内を排気するための真空ポンプ１５ｂが接続されている。

本実施形態の薄膜形成装置は、このようなロードロック室１１Ｂを備えているため、薄膜形成室１１Ａ内の真空状態を保持した状態で基板の搬入出を行うことが可能となる。従って、基板を搬出する毎に真空容器内を脱気して真空状態にする手間を省くことが可能となり、高い作業効率で成膜処理を行うことができる。

なお、本実施形態の真空容器１１は、ロードロック室１１Ｂを備えるロードロック方式を採用しているが、ロードロック室を設けないシングルチャンバ方式を採用することも可能である。また、複数の真空室を備え、それぞれの真空室で独立に薄膜形成を行うことが可能なマルチチャンバ方式を採用することも可能である。

回転ドラム１３は、表面に薄膜を形成させる基板Ｓを真空容器１１内で保持するための筒状の部材であり、本発明の基体保持手段に該当する。図２は図１の薄膜形成装置を矢視Ａ−Ａ'方向に見た説明図であり、説明を容易にするため薄膜形成装置を構成する部材等の一部を断面にして記載してある。この図に示すように、回転ドラム１３は、複数の基板保持板１３ａと、これらの基板保持板１３ａを支持するフレーム１３ｂと、基板保持板１３ａ及びフレーム１３ｂを締結する締結具１３ｃと、を主要な構成要素としている。

基板保持板１３ａは、ステンレススチール製の平板状部材であり、複数の基板Ｓを保持するための複数の基板保持孔が形成されている。この基板保持孔は、基板保持板１３ａの長手方向に沿って板面中央部に一列に配列されている。基板Ｓは、基板保持板１３ａの基板保持孔に収納された状態で、脱落しないようにネジ部材等を用いて基板保持板１３ａに固定されている。また、基板保持板１３ａの長手方向における両端部には、後述する締結具１３ｃを挿通可能なネジ穴が穿設されている。

フレーム１３ｂはステンレススチール製の材料で形成されており、上下に配設された２つの環状部材で構成されている。フレーム１３ｂのそれぞれの環状部材には、基板保持板１３ａを取り付けた時に基板保持板１３ａのそれぞれのネジ穴と対応する位置にネジ穴が形成されている。締結具１３ｃはボルト及びナットで構成され、ボルトを基板保持板１３ａ及びフレーム１３ｂのネジ穴に挿通してナットで固定することにより基板保持板１３ａはフレーム１３ｂに固定される。なお、本実施形態における回転ドラム１３は、平板状の基板保持板１３ａを複数配置しているため横断面が多角形をした多角柱状をしているが、このような多角柱状のものに限定されず、中空の円筒状や円錐状のものであってもよい。

基板Ｓは、表面に薄膜が形成される成膜処理対象であり、本発明の基体に該当する。本実施形態では、基板Ｓはガラス製の円板状部材であるが、本発明の基体としては本実施形態のような円板状に限定されず、レンズ状や管状などの他の形状であってもよい。また、基板Ｓの材質も本実施形態のようなガラス製に限定されず、プラスチック製や金属製などであってもよい。

真空容器１１の内部に設置された回転ドラム１３は、図１に示す薄膜形成室１１Ａとロードロック室１１Ｂの間を移動できるように構成されている。本実施形態では、真空容器１１の底面にレール（不図示）が設置されており、回転ドラム１３はこのレールに沿って移動する。回転ドラム１３は、円筒の筒方向の回転軸線Ｚ（図２参照）が真空容器１１の上下方向になるように真空容器１１内に配設される。基板保持板１３ａをフレーム１３ｂに取り付ける際やフレーム１３ｂから取り外す際には、回転ドラム１３はロードロック室１１Ｂに搬送されて、ロードロック室１１Ｂ内で回転可能な状態にロックされる。一方、成膜中にあっては、回転ドラム１３は薄膜形成室１１Ａに搬送されて、薄膜形成室１１Ａ内で回転可能な状態にロックされる。

図２に示すように、回転ドラム１３の下側に位置する真空容器１１の外部には、回転ドラム駆動モータ１７が設置されている。この回転ドラム駆動モータ１７は、出力軸としてモータ回転軸１８ａを備えており、モータ回転軸１８ａは真空容器１１の下壁面を貫通して真空容器１１の内部に延設されている。

回転ドラム１３の下面中心部はモータ回転軸１８ａの上面と係合する形状になっている。回転ドラム１３とモータ回転軸１８ａは、モータ回転軸１８ａの中心軸線と回転ドラム１３の中心軸線とが一致するよう位置決めされた状態で、回転ドラム１３の下面とモータ回転軸１８ａの上面が係合することにより固定されている。回転ドラム１３下面のモータ回転軸１８ａと係合する面は絶縁部材で構成されている。これにより、基板における異常放電を防止することが可能となる。また、真空容器１１の壁面とモータ回転軸１８ａの側面との間は、Ｏリングで気密が保たれている。

真空容器１１内の真空状態を維持した状態で、真空容器１１の下部に設けられた回転ドラム駆動モータ１７を駆動させることによってモータ回転軸１８ａが回転する。この回転に伴って、モータ回転軸１８ａに連結された回転ドラム１３は回転軸線Ｚを中心に回転する。各基板Ｓは回転ドラム１３上に保持されているため、回転ドラム１３が回転することで回転軸線Ｚを公転軸として公転する。

回転ドラム１３の上面にはドラム回転軸１８ｂが設けられており、回転ドラム１３の回転に伴ってドラム回転軸１８ｂも回転するように構成されている。真空容器１１の上面には開口しており、ドラム回転軸１８ｂはこの開口を通じて真空容器１１の外部に延出している。この開口の内周面には軸受が設けられており、ドラム回転軸１８ｂはこの軸受に軸承されることで、回転ドラム１３の回転をスムーズに行えるようにしている。また、この開口の内周面とドラム回転軸１８ｂの間は、Ｏリングで気密が保たれている。

次に、基板Ｓの表面に薄膜を形成する成膜プロセス領域２０Ａと反応プロセス領域６０Ａについて説明する。図１に示すように、真空容器１１の内壁には、回転ドラム１３へ面した位置に仕切壁１２と仕切壁１４が立設されている。本実施形態における仕切壁１２と仕切壁１４は、真空容器１１と同じくステンレススチール製の部材である。図３および図４に示すように、仕切壁１２は、上下左右が回転ドラム１３に向けて突出した形状をしており、真空容器１１の内壁面から回転ドラム１３に向けて四方を囲んだ状態となっている。なお、仕切壁１４についても仕切壁１２と同様の形状をしている。これにより、成膜プロセス領域２０Ａと反応プロセス領域６０Ａがそれぞれ真空容器１１内で区画される。

図１に示すように、真空容器１１の側壁は真空容器１１の外方に向けて凹んだ横断面凹状をしており、この凹部底面をなす壁面にはスパッタ手段２０が設置されている。成膜プロセス領域２０Ａは、真空容器１１の内壁面，仕切壁１２，及び回転ドラム１３の外周面に囲繞された領域に形成されている。成膜プロセス領域２０Ａでは、基板Ｓの表面に膜原料物質を付着させるためのスパッタ処理がスパッタ手段２０により行われる。

また、成膜プロセス領域２０Ａから回転ドラム１３の回転軸を中心として９０°離間した真空容器１１の側壁もまた、真空容器１１の外方に向けて凹んだ横断面凹状をしており、この凹部底面をなす壁面にはプラズマ発生手段６０が設置されている。反応プロセス領域６０Ａは、真空容器１１の内壁面，仕切壁１４，及び回転ドラム１３の外周面に囲繞された領域に形成されている。反応プロセス領域６０Ａでは、基板Ｓの表面に付着した膜原料物質に対してプラズマ発生手段６０によりプラズマ処理が行われて中間薄膜が形成される。

回転ドラム駆動モータ１７によって回転ドラム１３が回転すると、回転ドラム１３の外周面に保持された基板Ｓが回転軸線Ｚを中心として公転して、成膜プロセス領域２０Ａに面する位置と、真空容器１１内に露出する位置と、反応プロセス領域６０Ａに面する位置と、真空容器１１内に露出する位置との間を繰り返し移動する。そして、このように基板Ｓが公転することで、成膜プロセス領域２０Ａでのスパッタ処理と、反応プロセス領域６０Ａでのプラズマ処理とが順次繰り返し行われて、基板Ｓの表面に最終薄膜が形成される。

（成膜プロセス領域２０Ａ）
以下に、本発明の成膜プロセス領域２０Ａについて説明する。この成膜プロセス領域２０Ａは本発明の膜原料物質供給手段に相当する。図３は図１の成膜プロセス領域２０Ａを拡大して示した説明図、図４は図１の成膜プロセス領域２０Ａを基板側から見た状態を示す説明図である。なお、図３では、回転ドラム１３については一部のみ示してその他の部分については省略して記載してある。また、図４では、シールド上での水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂの位置をわかりやすく表示するため、本来は見えない位置にある各水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂの位置を点線で示してある。

図３に示すように、本発明の成膜プロセス領域２０Ａにはスパッタ手段２０が設置されている。スパッタ手段２０は、一対のターゲット２２ａ，２２ｂと、これらのターゲット２２ａ，２２ｂをそれぞれ保持する一対のマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂと、マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂに電力を供給する交流電源２４と、マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂに供給される電力を調整するトランス２３と、により構成される。

真空容器１１の壁面は、真空容器１１の外方に向けて凹んだ横断面凹状をしており、この凹部底面の内壁を貫通してマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂが設置されている。このマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂは、接地電位にある真空容器１１に不図示の絶縁部材を介して固定されている。

本実施形態のターゲット２２ａ，２２ｂは、膜原料物質を平板状に形成した形状をしており、回転ドラム１３の側面に対向するようマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂにそれぞれ保持される。ターゲットの材質としては、製造する光学製品の目的にあった任意の材料、例えば、ケイ素，ニオブ，チタン，アルミニウム，ゲルマニウムなどの金属やこれらの酸化物や窒化物などから選択することが可能である。なお、ターゲットの形状としては、このような平板状に限定されず、円板状などの他の形状であってもよい。なお、本実施形態では、ターゲット２２ａ，２２ｂとしてケイ素（Ｓｉ）を用いている。

マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂは、複数の磁石が所定の方向に配置された構造を有している。マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂは、トランス２３を介して交流電源２４に電気的に接続され、両電極に１ｋ〜１００ｋＨｚの交番電界が印加できるように構成されている。マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂには、ターゲット２２ａ，２２ｂがそれぞれ保持されている。本実施形態において、ターゲット２２ａ，２２ｂの形状は平板状であり、図２に示すように、ターゲット２２ａ，２２ｂの長手方向が回転ドラム１３の回転軸線Ｚ（図２参照）と平行になるように設置されている。

図３に示すように、成膜プロセス領域２０Ａの周辺には、スパッタガス及び反応性ガスの混合ガスを成膜プロセス領域２０Ａ内に供給するためのスパッタガス供給手段３０が設けられている。スパッタガス供給手段３０は、スパッタガス貯蔵手段としてのスパッタガスボンベ３２と、スパッタガスの流量を調整するスパッタガス流量調整手段としてのマスフローコントローラ３１と、反応性ガス貯蔵手段としての反応性ガスボンベ３４と、反応性ガスの流量を調整する反応性ガス流量調整手段としてのマスフローコントローラ３３と、スパッタガス及び反応性ガスを成膜プロセス領域２０Ａ内に供給するガス供給路としての配管３５と、を主要な構成要素として具備している。なお、スパッタガスとしては、例えばアルゴンやヘリウム等の不活性ガスが挙げられる。また、反応性ガスとしては、例えば酸素や窒素などが挙げられる。

スパッタガスボンベ３２、マスフローコントローラ３１はいずれも真空容器１１の外部に設けられている。マスフローコントローラ３１は、スパッタガスを貯蔵する単一のスパッタガスボンベ３２に配管を介してそれぞれ接続されている。

マスフローコントローラ３１は配管３５に接続されている。配管３５は、真空容器１１の側壁を貫通して成膜プロセス領域２０Ａ内のターゲット２２ａ，２２ｂの下部に延びている。配管３５の端部には導入口３５ａが形成されており、図４に示すように、この導入口３５ａはターゲット２２ａ，２２ｂの下部中心付近に配置され、ターゲット２２ａ，２２ｂの前面中心方向に向かって開口している。

次に、マスフローコントローラ３１，３３について説明する。マスフローコントローラ３１，３３は、いずれもガスの流量を調節する装置であり、ガスボンベからのガスが流入する流入口と、ガスを真空容器１１側へ流出させる流出口と、ガスの質量流量を検出するセンサと、ガスの流量を調整するコントロールバルブと、流入口より流入したガスの質量流量を検出するセンサと、センサにより検出された流量に基づいてコントロールバルブの制御を行う電子回路とを主要な構成要素として備えている（いずれも不図示）。電子回路には外部から所望の流量を設定することが可能となっている。

スパッタガスボンベ３２からのスパッタガスは、マスフローコントローラ３１により流量を調節されて配管３５内に導入される。同様に、反応性ガスボンベ３４からの反応性ガスは、マスフローコントローラ３３により流量が調整されて配管３５に導入される。配管３５内の導入されたスパッタガス及び反応性ガスは、配管３５内で混合されて成膜プロセス領域２０Ａ側へ移送され、成膜プロセス領域２０Ａのターゲット２２ａ，２２ｂの前面に向けて導入口３５ａから供給される。

スパッタガス供給手段３０から成膜プロセス領域２０Ａ内にスパッタガスが供給されると、ターゲット２２ａ，２２ｂの周辺が不活性ガス雰囲気となる。この状態でマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂに交流電源２４から交番電極が印加されると、ターゲット２２ａ，２２ｂ周辺のスパッタガスの一部は電子を放出してイオン化する。マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂに配置された磁石によりターゲット２２ａ，２２ｂの表面に漏洩磁界が形成されるため、この電子はターゲット表面近傍に発生した磁界中を、トロイダル曲線を描きながら周回する。この電子の軌道に沿って強いプラズマが発生し、このプラズマに向けてスパッタガスのイオンが加速されてターゲット２２ａ，２２ｂに衝突することでターゲット２２ａ，２２ｂの表面の原子や粒子がターゲット２２ａ，２２ｂから叩き出される。

この原子や分子は薄膜の原料である膜原料物質であり、ターゲット２２ａ，２２ｂから叩き出された原子や粒子は、ターゲット２２ａ，２２ｂと基板Ｓの間の空間を飛翔して移動し、その一部が基板Ｓの表面に付着する。

本実施形態では、成膜プロセス領域２０Ａにスパッタガスのみならず反応性ガスも供給している。このため、ターゲット２２ａ，２２ｂの表面や、ターゲット２２ａ，２２ｂから飛翔する膜原料物質中の原子や粒子、基板Ｓの表面に付着した膜原料物質中の原子や粒子の一部がこの反応性ガスと反応する。

成膜プロセス領域２０Ａを形成する真空容器１１の内壁面には、ターゲット２２ａ，２２ｂの前面方向に向けて左右一対のシールド４１ａ，４１ｂが取り付けられている。図４に示すように、シールド４１ａ，４１ｂは、真空容器１１と同様にステンレススチール製部材であり、平板状をしている。シールド４１ａ，４１ｂは、それぞれターゲット２２ａ，２２ｂの前面の両側部を遮蔽するように図示しないネジなどを用いて真空容器１１の内壁面に固定されており、ターゲット２２ａ，２２ｂから飛翔する膜原料物質が基板Ｓに対して垂直方向に入射するように入射方向を規制する役割を果たす。また、シールド４１ａ，４１ｂは、ターゲット２２ａ，２２ｂの両側を遮蔽することで、膜原料物質が成膜プロセス領域２０Ａ外の真空容器１１に膜原料物質が飛散して装置や基板を汚染することを防止する。

図３及び図４に示すように、シールド４１ａ，４１ｂの先端部付近には、ターゲット２２ａ，２２ｂに向けてそれぞれ水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂが取り付けられている。図５に示すように、この水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂは、真空容器１１の外部に設けられた膜厚演算コンピュータ４２と電気的に接続されている。更に、膜厚演算コンピュータ４２は、膜厚制御装置９０に電気的に接続されている。なお、水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂは本発明の膜厚測定部に相当し、膜厚演算コンピュータ４２は膜厚演算部に相当する。そして、水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂ及び膜厚演算コンピュータ４２によって、本発明の膜厚測定手段が構成される。また、膜厚制御装置９０は膜厚調整手段に相当する。以下、図５を用いて膜厚測定手段による膜厚測定の原理について詳細に説明する。

図５は本実施形態に係る薄膜形成装置の機能的構成を示すブロック図である。水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂの内部には、それぞれ水晶振動子を備えたセンサ素子４５が設けられている。この水晶振動子は、交流電場が印加されて周期的に共振振動しており、水晶振動子の表面に物質が付着するとその付着量に応じて水晶振動子の共振振動数が変化する。水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂは、それぞれこの共振振動数の変化をＡ／Ｄ変換回路４８にてデジタル信号に変換して、膜厚演算コンピュータ４２に出力する。膜厚演算コンピュータ４２では、この電流値の変化に基づいて、水晶振動子に付着した物質の量を測定する。

膜厚演算コンピュータ４２は、水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂで測定した付着量に基づいて、基板Ｓに実際に形成された膜厚を演算する機能を有する。本実施形態では、膜厚演算コンピュータは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、入力端子、及び出力端子等を備えており、この入力端子から水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂで測定した付着量の電流値が入力される。

この水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂは、いずれもターゲット２２ａ，２２ｂと基板Ｓとの間であって、且つターゲット２２ａ，２２ｂから供給される膜原料物質が付着する位置に固定されている。このため、マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂに電力が供給されてターゲット２２ａ，２２ｂがスパッタされている間は、水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂのそれぞれのセンサ素子４５に常に継続的に膜原料物質が付着する。

一方、基板Ｓは回転ドラム１３の回転軸を中心に回転しており、成膜プロセス領域２０Ａに面した回転位置にあるときのみ、基板Ｓの表面に膜原料物質が付着する。それ以外の回転位置では、基板Ｓに膜原料物質は実質的に付着しない。すなわち、水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂの場合と異なり、基板Ｓには回転ドラム１３の回転により一定周期毎に間欠的に膜原料物質が付着して薄膜が形成される。このため、基板Ｓに実際に形成される薄膜の膜厚よりも水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂに付着する膜原料物質の膜厚の方が厚くなる。

水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂの水晶振動子に付着する膜原料物質の膜厚と基板Ｓに形成される薄膜の膜厚は、成膜レートや回転ドラム１３の回転速度が一定である場合はほぼ比例関係にあるため、水晶振動子に付着した膜原料物質の付着量に基づいて基板Ｓに形成された薄膜の膜厚を間接的に算出することができる。また、成膜レートや回転ドラムの回転速度が一定でない場合であっても、水晶振動子に付着した膜原料物質の付着量から成膜レートなどの条件による変動分を補正することで、基板Ｓに形成された薄膜の膜厚を間接的に算出することが可能である。なお、ここで成膜レートとは、単位時間あたりに基板上に形成される薄膜の膜厚をいう。

このように、水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂに付着する膜原料物質の膜厚は、基板Ｓに実際に形成される薄膜の膜厚よりも厚いため、水晶振動子の付着量に基づいて基板Ｓの膜厚を演算することで、基板Ｓの表面に実際に形成される薄膜の膜厚を測定する従来の薄膜形成装置よりも、より高い感度で膜厚を測定することができる。このため、ごく薄い薄膜を複数積層して光学製品を製造する際にも、基板に形成される薄膜の膜厚を高い精度で測定することが可能となる。

図３を用いて具体的に説明すると、回転ドラム１３の外周面上においてターゲット２２ａ，２２ｂから膜原料物質が付着する領域の外周長をＬとして、回転ドラム１３の中心Ｏから基板Ｓまでの距離（すなわち、回転ドラム１３の半径）をＲとしたとき、成膜レートや回転ドラムの回転速度が一定である場合は、水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂで測定する膜厚と基板Ｓでの実際の膜厚との比は、ほぼ２πＲ：Ｌとなる。すなわち、水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂで測定される膜厚のほぼＬ／２πＲ倍した膜厚が、理論的には基板Ｓの表面に実際に形成される薄膜の膜厚となる。

なお、長さＬの値は、ターゲットと基板との距離や回転ドラムの半径などの条件にもよるが、ターゲットと基板との距離が比較的接近しており、回転ドラム１３の半径が十分に大きい場合は、左右両側に配置されたシールド４１ａ，４１ｂにより形成される開口の距離とほぼ等しくなる。従って、左右両側のシールド４１ａ，４１ｂの端部間の距離を長さＬに近似して、水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂの測定値と基板Ｓの膜厚との倍率を算出することも可能である。

実際の成膜では、ターゲットのエロージョンなどの要因により上記倍率と多少の誤差がある。また、図１に示すような成膜プロセス領域２０Ａと反応プロセス領域６０Ａとが離間して形成された薄膜形成装置では、反応プロセス領域６０Ａで薄膜と反応性ガスが反応すると薄膜の膨張などが起きて、反応前と反応後で膜厚が変化する。
そこで、水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂの値と基板Ｓの膜厚との間の比率を相関関係データとして事前に実際に成膜した結果に基づいて経験的に決定しておき、その相関関係を膜厚相関関係データとして膜厚演算コンピュータ４２のハードディスク等に記憶している。また、水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂから入力された付着量とこの膜厚相関関係データから基板Ｓに形成される薄膜の膜厚を演算する膜厚演算プログラムを記憶している。

そして、膜厚演算時にはハードディスクに記憶された膜厚演算プログラムと膜厚相関関係データをＲＡＭに読み出し、水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂで測定した付着量の値をもとに、膜厚演算コンピュータ４２のＣＰＵによって基板Ｓの膜厚の演算が行われる。

次に、本発明の膜厚測定部である水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂについて説明する。図６は水晶膜厚センサ４３ａを斜め上方から見た斜視図であり、（ａ）はシャッタ４６により膜原料物質がセンサ素子４５へ付着することが阻止された状態、（ｂ）はシャッタ４６が回動して膜原料物質がセンサ素子４５に付着可能となった状態を示す。この図に示すように、水晶膜厚センサ４３ａは、一端がターゲット２２ａ，２２ｂに向けて開口した円筒状のケース４４と、このケース４４の内部に収容され水晶振動子を備えたセンサ素子４５と、ケース４４の開口を覆うシャッタ４６と、ケース４４内部に収納されシャッタ４６を回動するシャッタ駆動モータ４７と、Ａ／Ｄ変換回路４８と、を備えている。

ケース４４は、シールド４１ａのターゲット２２ａ，２２ｂ側に面する板面に設置され、円筒の一方の開口がターゲット２２ａ，２２ｂに向くように配置されている。このケース４４の開口付近には、センサ素子４５がターゲット２２ａ，２２ｂの方向を向くように取り付けられている。シャッタ４６は円板状部材であり、その板面を貫通して円形の透孔４６ａが形成されている。シャッタ駆動モータ４７はステッピングモータ等の公知のモータであり、シャッタ駆動モータ４７の出力軸はシャッタ４６の中心部と接続されている。そして、シャッタ駆動モータ４７を回動することによりシャッタ４６が回動してシャッタ４６の透孔４６ａとセンサ素子４５の位置が一致した場合に、ターゲット２２ａ，２２ｂから供給される膜原料物質がセンサ素子４５に付着する。なお、水晶膜厚センサ４３ｂについても同様の構成となっている。

Ａ／Ｄ変換回路４８は、円板状のボード上に複数の電気素子が配設された回路であり、ケース４４内のシールド４１ａ，４１ｂ側に固定されている。Ａ／Ｄ変換回路４８は、ケース４４内でセンサ素子４５と電気的に接続されていると共に、真空容器１１の外部に設けられた膜厚演算コンピュータ４２（図５参照）とも電気的に接続されている。Ａ／Ｄ変換回路４８は、膜原料物質の付着に伴う水晶振動子の共振振動数の変化をアナログ電流値としてセンサ素子４５から受信して、このアナログ値をデジタル信号に変換し、膜厚演算コンピュータ４２に送信する機能を有する。更に、Ａ／Ｄ変換回路４８には、シャッタ駆動モータ４７が電気的に接続しており、シャッタ駆動モータ４７の回動を制御することで、シャッタ４６の開閉を制御している。

このように、水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂはいずれもシャッタ４６を備えているため、図６（ａ）に示すように、膜厚測定時以外にはシャッタ４６の透孔４６ａとセンサ素子４５の位置をずらしてセンサ素子４５に膜原料物質が付着することを防止する。一方、図６（ｂ）に示すように、膜厚測定時にはシャッタ駆動モータ４７によりシャッタ４６を回動して透孔４６ａとセンサ素子４５の位置を一致させることで、センサ素子４５に膜原料物質を付着させることが可能となる。このように、膜厚測定時にのみセンサ素子４５に膜原料物質を付着させることができるため、測定値のノイズが少なく正確な膜厚測定を行うことが可能となる。

なお、本発明の膜厚測定部としては、このような水晶振動子を用いた水晶膜厚センサに限定されず、膜厚測定が可能な他の手段を用いることができる。例えば、シールド４１ａ，４１ｂのターゲットに対向する面に小型のモニタ基板を配置して、このモニタ基板に付着する薄膜の膜厚を光ファイバなどで光学的にモニタする構成としてもよい。

具体的には、モニタ基板に測定光を投光する透光用光ファイバと、モニタ基板から反射する反射光を受光する受光用光ファイバと、受光用光ファイバと接続した分光光度計を備えて、この受光した反射光からモニタ基板に形成された薄膜の膜厚を分光学的に測定する。このモニタ基板で測定する膜厚は、上述した水晶膜厚センサを用いた場合と同様に、基板Ｓに実際に形成される薄膜の膜厚との比率（相関関係）を有しているため、モニタ基板の膜厚を測定することで、基板Ｓに形成される薄膜の膜厚を間接的に測定することが可能となる。

なお、本実施形態では、ターゲットの左右に設けられたシールド４１ａ，４１ｂの両方に水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂを設けた構成としているが、いずれか一方のシールドにのみ水晶膜厚センサを設けるようにしてもよい。

本発明の薄膜形成装置１は、上記膜厚測定手段（すなわち、水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂ及び膜厚演算コンピュータ４２）で測定した基板Ｓの膜厚に基づいて、成膜レートや成膜時間を調整することができる。具体的には、膜厚測定手段で測定した膜厚に基づいて、膜厚制御装置９０により回転ドラム１３の回転速度の増減、交流電源２４からターゲット２２ａ，２２ｂに供給される電力の増減、スパッタガス供給手段３０により成膜プロセス領域２０Ａに供給されるスパッタガスや反応性ガスの供給量を増減して、成膜レートを調整することができる。

より詳細に説明すると、図５に示すように、膜厚制御装置９０は膜厚制御信号生成部を備えている。そして、膜厚測定手段により測定した基板Ｓの膜厚が予め設定した膜厚よりも小さい場合は、膜厚制御装置９０の膜厚制御信号生成部は、成膜レートを上げるべく、交流電源２４からターゲット２２ａ，２２ｂに供給される電力を増加したり、あるいはスパッタガス供給手段３０により成膜プロセス領域２０Ａに供給されるスパッタガスや反応ガスの供給量を増加させるよう膜厚制御信号を生成して各装置に送信する。

一方、膜厚測定手段により測定した基板Ｓの膜厚が予め設定した膜厚よりも大きい場合は、膜厚制御装置９０の膜厚制御信号生成部は、成膜レートを下げるべく、交流電源２４からターゲット２２ａ，２２ｂに供給される電力を減少したり、あるいはスパッタガス供給手段３０により成膜プロセス領域２０Ａに供給されるスパッタガスや反応ガスの供給量を減少させるよう膜厚制御信号を生成して各装置に送信する。

また、成膜時間を調整することによって膜厚を調整することも可能である。すなわち、膜厚測定手段により測定した基板Ｓの膜厚が予め設定した膜厚よりも小さい場合は、膜厚制御装置９０は、所定の成膜終了時間で成膜を終了せずに成膜時間を延長するよう、予め設定した膜厚まで膜厚を増加させる。一方、水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂ及び膜厚演算コンピュータ４２により測定した基板Ｓの膜厚が予め設定した膜厚よりも大きい場合は、膜厚制御装置９０は、所定の成膜終了時間よりも前に成膜を終了させることで成膜時間を短縮して、予め設定した膜厚で成膜を終了する。なお、これらの膜厚制御方法は、いずれか１つのみを用いて膜厚を調整してもよいし、複数の方法を組み合わせて膜厚を調整してもよい。

本実施形態では、水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂはシールド４１ａ，４１ｂに設けられているが、ターゲット２２ａ，２２ｂと基板Ｓとの間であって、且つターゲット２２ａ，２２ｂから供給される膜原料物質が付着可能な位置であればシールド以外の位置に設けてもよい。例えば後述するように、ターゲット２２ａ，２２ｂと基板Ｓとの間に膜厚を補正するための膜厚補正板を設けて、この膜厚補正板に膜厚センサを取り付ける構成としてもよい。

（反応プロセス領域６０Ａ）
続いて、図７を用いて反応プロセス領域６０Ａについて説明する。上述したように、反応プロセス領域６０Ａでは、成膜プロセス領域２０Ａで基板Ｓの表面に付着した膜原料物質をプラズマ発生手段６０でプラズマ処理して、膜原料物質の完全反応物や不完全反応物からなる中間薄膜を形成している。

反応プロセス領域６０Ａに面する側の仕切壁１４の壁面には、熱分解窒化硼素（Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ）からなる図示しない保護層が被覆されている。更に、真空容器１１の内壁面の反応プロセス領域６０Ａに面する部分にも熱分解窒化硼素からなる保護層が被覆されている。熱分解窒化硼素は、化学的気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を利用した熱分解法によって仕切壁１４や真空容器１１の内壁面へ被覆される。

プラズマ発生手段６０は、ケース体６１と、誘電体板６２と、アンテナ６３と、マッチングボックス６４と、高周波電源６５と、を有して構成されている。ケース体６１は、真空容器１１の壁面に形成された開口１１ａを塞ぐ形状を備え、図示しないボルト等により真空容器１１の開口１１ａを塞ぐように固定されている。ケース体６１が真空容器１１の壁面に固定されることで、プラズマ発生手段６０は真空容器１１の壁面に取り付けられている。本実施形態において、ケース体６１はステンレスで形成されているが、このような材料に限定されるものではない。

誘電体板６２は、石英などの板状の誘電体で形成された部材である。本実施形態では、誘電体板６２は石英で形成されているが、誘電体板６２の材質としてはこのような石英だけではなく、Ａｌ_２Ｏ_３等のセラミックス材料で形成されたものでもよい。誘電体板６２は、図示しない固定枠でケース体６１に固定されている。誘電体板６２がケース体６１に固定されることで、ケース体６１と誘電体板６２によって囲繞された領域にアンテナ収容室６１Ａが形成されている。

ケース体６１に固定された誘電体板６２は、開口１１ａを介して真空容器１１の内部の反応プロセス領域６０Ａに臨んで設けられている。このとき、アンテナ収容室６１Ａは、真空容器１１の内部と分離している。すなわち、アンテナ収容室６１Ａと真空容器１１の内部とは、誘電体板６２で仕切られた状態で独立した空間を形成している。また、アンテナ収容室６１Ａと真空容器１１の外部は、ケース体６１で仕切られた状態で独立の空間を形成している。本実施形態では、このように独立の空間として形成されたアンテナ収容室６１Ａの中にアンテナ６３が設置されている。なお、真空容器１１の内部とアンテナ収容室６１Ａ、真空容器１１の外部とアンテナ収容室６１Ａとの間は、それぞれＯリングで気密が保たれている。

真空容器１１内を排気する配管１６ａ−１は、途中から配管１６ａ−２が分岐している。この配管１６ａ−２は、アンテナ収容室６１Ａに接続されており、アンテナ収容室６１Ａの内部を排気して真空状態にする際の排気管としての役割を備えている。

配管１６ａ−１には、配管１６ａ−２の分岐部を隔てて２つのバルブＶ１、Ｖ２が設けられている。これらのバルブのうち、バルブＶ２は真空容器１１側に位置している。また、配管１６ａ−２には、真空ポンプ１５ａからアンテナ収容室６１Ａの内部に連通する位置にバルブＶ３が設けられている。バルブＶ２，Ｖ３のいずれかを閉じることで、アンテナ収容室６１Ａの内部と真空容器１１の内部との間での気体の移動が阻止される。真空容器１１の内部の圧力や、アンテナ収容室６１Ａの内部の圧力は、図示しない真空計で測定される。

本実施形態の薄膜形成装置１は、図示しない圧力制御装置を備えており、この圧力制御装置には真空計の出力が入力される。圧力制御装置は、入力された真空計の測定値に基づいて、真空ポンプ１５ａによる排気を制御して、真空容器１１の内部やアンテナ収容室６１Ａの内部の真空度を調整する機能を備える。本実施形態では、圧力制御装置がバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３の開閉を制御することで、真空容器１１の内部とアンテナ収容室６１Ａの内部を同時に、又は独立して排気できる。

アンテナ６３は、高周波電源６５から電力の供給を受けて、真空容器１１の内部の反応プロセス領域６０Ａ内に誘導電界を発生させることでプラズマを発生させるための手段である。本実施形態のアンテナ６３は、銅で形成された円管状の本体部と、銀で形成され本体部の表面を被覆する被覆層を備えている。アンテナ６３のインピーダンスを低減してプラズマ発生の効率を上げるためには、電気抵抗の低い材料でアンテナ６３を形成することが好ましい。そこで、高周波の電流がアンテナの表面に集中するという特性を利用して、アンテナ６３の本体部を安価で加工が容易な、しかも電気抵抗も低い銅で円管状に形成し、アンテナ６３の表面を銅よりも電気抵抗の低い銀で被覆している。

このように構成することで、高周波に対するアンテナ６３のインピーダンスを低減して、アンテナ６３に電流を効率よく流すことによりプラズマを発生させる効率を高めている。本実施形態では、高周波電源６５からアンテナ６３に周波数１〜２７MＨｚの交流電圧を印加して、反応プロセス領域６０Ａに反応性ガスのプラズマを発生させるように構成されている。

アンテナ６３は、マッチング回路を収容するマッチングボックス６４を介して高周波電源６５に接続されている。マッチングボックス６４内には、図示しない可変コンデンサが設けられている。また、アンテナ６３は、導線部を介してマッチングボックス６４に接続されている。導線部はアンテナ６３と同様の素材からなる。ケース体６１には、導線部を挿通するための挿通孔が形成されており、アンテナ収容室６１Ａ内側のアンテナ６３と、アンテナ収容室６１Ａ外側のマッチングボックス６４、及びマッチングボックス６４と高周波電源６５とは、挿通孔に挿通される導線部を介して接続される。導線部と挿通孔との間にはシール部材が設けられ、アンテナ収容室６１Ａの内外で気密が保たれる。

また、反応プロセス領域６０Ａの周辺には反応性ガス供給手段７０が設けられている。反応性ガス供給手段７０は、酸素ガスを貯蔵する酸素ガスボンベ７１と、この酸素ガスボンベ７１より供給される酸素ガスの流量を調整するマスフローコントローラ７２と、アルゴンガスを貯蔵するアルゴンガスボンベ７３と、アルゴンガスボンベ７３より供給されるアルゴンガスの流量を調整するマスフローコントローラ７４と、酸素ガス及びアルゴンガスからなる混合ガスを反応プロセス領域６０Ａに導入する配管７５を主要な構成要素として具備している。

なお、酸素ガスボンベ７１及びアルゴンガスボンベ７３は成膜プロセス領域２０Ａの反応性ガスボンベ３４及びスパッタガスボンベ３２と同様の装置とすることが可能である。また、マスフローコントローラ７２及びマスフローコントローラ７４は、成膜プロセス領域２０Ａのマスフローコントローラ３１，３３と同様の装置を採用することが可能である。

酸素ガスボンベ７１及びアルゴンガスボンベ７３から配管７５の導入口７５ａを通じて酸素ガスが反応プロセス領域６０Ａに導入された状態で、アンテナ６３に高周波電源６５から電力が供給されると、反応プロセス領域６０Ａ内のアンテナ６３に面した領域にプラズマが発生する。このプラズマにより、基板Ｓの表面に形成された膜原料物質中のケイ素（Ｓｉ）やケイ素の不完全酸化物（ＳｉＯ_ｘ（ここで、０＜ｘ＜２））が酸化されて、ケイ素の完全酸化物（ＳｉＯ_２）や不完全酸化物（ＳｉＯ_ｘ（ここで、０＜ｘ＜２））から形成される中間薄膜となる。

本発明の薄膜形成装置は、上述した成膜プロセス領域２０Ａでターゲットをスパッタして基板Ｓの表面に膜原料物質を付着させるスパッタ工程を行った後、回転ドラム１３を回転させて基板Ｓを反応プロセス領域６０Ａに搬送する基体搬送工程を行う。そして、反応プロセス領域６０Ａには、少なくとも酸素ガスを含む反応性ガスを供給する反応性ガス供給工程が行われ、この供給された反応性ガスにより反応プロセス領域６０Ａ内に反応性ガスのプラズマを発生させて基板Ｓの表面に付着した膜原料物質の反応物を生成させるプラズマ処理工程を行うことで、基板Ｓの表面に中間薄膜を形成する。そして、回転ドラム１３を連続して回転することで、上記一連の工程を複数回行い、基板Ｓの表面に薄膜を積層させて、最終的に所望の光学的・物理的特性を有する最終薄膜が形成された光学製品を得ることが可能となっている。

次に、本発明の第二の実施形態に係る薄膜形成装置について説明する。この実施形態の薄膜形成装置は、ターゲット２２ａ，２２ｂと基板Ｓとの間に、基板Ｓに付着する膜原料物質の量を調整して基板表面に形成される薄膜の膜厚を補正するための可動式の膜厚補正板を設置して、基板Ｓに付着する薄膜の膜厚を調整する点に特徴を有する。以下、このような可動式の膜厚補正板を用いて膜厚を調整する実施形態について説明する。

図８及び図９は本発明の第二の実施形態に係る薄膜形成装置の成膜プロセス領域を示した説明図であって、図８は成膜プロセス領域２０Ａの周辺を拡大して示した説明図、図９は本実施形態の成膜プロセス領域２０Ａを基板側から見た状態を示す説明図である。図８に示すように、本実施形態の薄膜形成装置１には、ターゲット２２ａ，２２ｂと基板Ｓとの間に可動式の膜厚補正板５１ａ，５１ｂが配設されている。なお、本実施形態では、固定された膜厚補正板５１ｃを更に備えているが、この固定型の膜厚補正板５１ｃについては必ずしも必要ではない。

膜厚補正板５１ａ，５１ｂは、ターゲット２２ａ，２２ｂから基板Ｓに飛翔する膜原料物質のうち一部の膜原料物質の移動を阻止して基板Ｓの膜厚分布を調整する部材である。ターゲット２２ａの前面右側には膜厚補正板５１ａが、ターゲット２２ｂの前面左側には膜厚補正板５１ｂが設けられている。膜厚補正板５１ａ，５１ｂは、後述する補正板移動手段によりターゲット２２ａ，２２ｂの中心方向に向けて進退することで、ターゲット２２ａ，２２ｂから基板Ｓへ移動する膜原料物質の一部を遮断して膜厚を調整する。

膜厚補正板５１ａは、ターゲット２２ａの長手方向に沿ってターゲット２２ａの前面右側に配置され、主にターゲット２２ａから飛翔する膜原料物質の一部を遮断する。図８に示すように、膜厚補正板５１ａは、膜原料物質の一部を遮断する遮断面と、この遮断面の端部から約９０℃に屈曲した屈曲部により構成された、横断面形状がほぼＬ字型の部材である。図９に示すように、本実施形態では遮断面は円弧状をしているが、遮断面の形状としてはこのような円弧状に限定されず、ターゲットのエロージョン領域などの特性や成膜条件などに応じて適宜決定することができる。また、屈曲部には螺旋状のネジ溝が遮断面と平行方向に形成されている。

真空容器１１の壁面には、第一の実施形態と同様にシールド４１ａ，４１ｂが設けられている。膜厚補正板５１ａ，５１ｂの屈曲部の端面は、それぞれシールド４１ａ，４１ｂの板面と当接しており、膜厚補正板５１ａ，５１ｂはそれぞれのシールド４１ａ，４１ｂの板面に沿って移動する。シールド４１ａ，４１ｂのターゲット側の端部は回転ドラム１３方向に向けてほぼ垂直に屈曲した屈曲部が形成されている。膜厚補正板がターゲットの中心方向へ移動しすぎても、シールド４１ａ，４１ｂの屈曲部が膜厚補正板５１ａ，５１ｂと衝突して移動を阻止するため、後述する螺旋棒５２ａ，５２ｂから膜厚補正板５１ａ，５１ｂが脱落しないようになっている。

本発明の補正板移動手段は、一端に傘歯車を備えた螺旋棒５２ａ，５２ｂと、同じく一端に傘歯車を備えた原動軸５３ａ，５３ｂと、この原動軸５３ａ，５３ｂをそれぞれ出力軸とする補正板駆動モータ５４ａ，５４ｂと、により構成され、膜厚補正板５１ａ，５１ｂをそれぞれ独立に進退自在に移動する機能を有している。

補正板駆動モータ５４ａは、ステッピングモータ等の公知のモータで構成され、原動軸５３ａを出力軸とするモータである。補正板駆動モータ５４ａは、真空容器１１の外部に設けられており、図示しない電源からの電力の供給を受けて原動軸５３ａが時計回り・反時計回り（図中では、ｄ、ｄ'方向）に回動する。

原動軸５３ａは、剛性金属などで形成された棒状部材であり、その端部には放射状に切れ込みが形成された傘歯車が固定されている。また、螺旋棒５２ａもまた剛性金属などで形成された棒状部材であり、その一端には傘歯車が固定されている。螺旋棒５２ａの傘歯車は、原動軸５３ａの傘歯車と噛合している。螺旋棒５２ａの側面には、螺旋状のネジ溝が形成されており、このネジ溝は膜厚補正板５１ａの屈曲部に形成されたネジ溝と螺合している。

補正板移動手段は、このような構成となっているため、補正板駆動モータ５４ａの原動軸５３ａが回動すると螺旋棒５２ａも回動する。そして、螺旋棒５２ａが回動することで、膜厚補正板５１ａがターゲット２２ａ，２２ｂの中心方向に向けて進退する。同様に、補正板駆動モータ５４ｂの原動軸５３ｂが回動すると螺旋棒５２ｂも回動して、膜厚補正板５１ｂがターゲット２２ａ，２２ｂの中心方向に向けて進退する。図中では、原動軸５３ａがｄ方向に回転すると、螺旋棒５２ａがｄ方向に回転して、膜厚補正板５１ａがｄ方向に移動する。逆に、原動軸がｄ'方向に回転すると、螺旋棒５２ａがｄ'方向に回転して、膜厚補正板５１ａがｄ'方向に移動する。補正板駆動モータ５４ｂ、原動軸５３ｂ、螺旋棒５２ｂ、膜厚補正板５１ｂについても同様である。このように、膜厚補正板５１ａ，５１ｂの移動量を調整することで、基板Ｓに形成される薄膜の膜厚を調整することが可能となる。

すなわち、膜厚補正板５１ａ，５１ｂがターゲット２２ａ，２２ｂの前面中心方向（図中ではｄ方向）へ向けて移動して、ターゲット２２ａ，２２ｂの前面を膜厚補正板５１ａ，５１ｂで遮断する面積が大きくなると、基板Ｓへ到達する膜原料物質の量が減少して、成膜レートが低下する。逆に、膜厚補正板５１ａ，５１ｂがターゲット２２ａ，２２ｂの中心方向と反対方向に向けて移動して（図中ではｄ'方向）、ターゲット２２ａ，２２ｂの前面を膜厚補正板５１ａ，５１ｂで遮断する面積が小さくなると、基板Ｓへ到達する膜原料物質の量が増加して、成膜レートが上昇する。

補正板駆動モータ５４ａ，５４ｂは、膜厚制御装置９０と電気的に接続されており、この膜厚制御装置９０により駆動制御される。膜厚制御装置９０は、膜厚演算コンピュータ４２と電気的に接続されており、膜厚演算コンピュータ４２により演算された膜厚に基づいて膜厚補正板５１ａ，５１ｂの移動量を決定して、この移動量に基づいて補正板駆動モータ５４ａ，５４ｂの駆動制御を行う。

より詳細には、膜厚演算コンピュータ４２で演算した膜厚が予め設定された膜厚よりも小さい場合は、成膜レートを上昇すべく、膜厚制御装置９０は膜厚補正板５１ａ，５１ｂをターゲット２２ａ，２２ｂの中心方向と反対方向に向けて所定の移動量だけ移動させる。これにより、基板Ｓに到着する膜原料物質の量を増加させる。逆に、膜厚演算コンピュータ４２で演算した膜厚が予め設定された膜厚よりも大きい場合は、成膜レートを低下すべく、膜厚制御装置９０は膜厚補正板５１ａ，５１ｂをターゲット２２ａ，２２ｂの前面中心方向へ向けて所定の移動量だけ移動させる。これにより、基板Ｓに到着する膜原料物質の量を増加させる。

なお、本実施形態では、膜厚演算コンピュータ４２と膜厚制御装置９０を別々の装置としているが、どちらか一方の装置に他方の装置の機能を搭載することでいずれか一方の装置のみを備えるようにしてもよい。例えば、膜厚演算コンピュータ４２に膜厚制御プログラムを記憶させておいて、取得した膜厚情報に基づいてこの膜厚制御プログラムにより膜厚補正板５１ａ，５１ｂの移動量を決定して、補正板駆動モータ５４ａ，５４ｂの制御を行うようにしてもよい。

また、本実施形態では、補正板移動手段としてモータを用いているが、本発明の補正板移動手段としては、このようなモータを用いるものに限定されず、例えば油圧シリンダなどにより膜厚補正板を移動するようにしてもよい。

本実施形態の水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂは、第一の実施形態と同じくシールド４１ａ，４１ｂに設けられているが、膜厚補正板に設けられてもよい。以下、本発明の第三の実施形態に係る薄膜形成装置について説明する。図１０は第三の実施形態に係る薄膜形成装置を示した説明図であって、成膜プロセス領域２０Ａの周辺を拡大して示した説明図である。この図に示すように、本実施形態の薄膜形成装置１は、膜厚を補正するための膜厚補正板に膜厚測定部である水晶膜厚センサを設けた点を特徴とする。

この図に示すように、可動式の膜厚補正板５１ａ，５１ｂにはそれぞれ水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂが配設されている。更に、固定式の膜厚補正板５１ｃには水晶膜厚センサ４３ｃが配設されている。これらの水晶膜厚センサ４３ａ，４３ｂ，４３ｃが配設される位置は、いずれも膜厚補正板を構成する遮断面のうちターゲット２２ａ，２２ｂ側の面であって、且つターゲット２２ａ，２２ｂから供給される膜原料物質が付着可能な位置である。

なお、本実施形態の薄膜形成装置は、水晶膜厚センサの位置のみが第二の実施形態とは異なっており、その他の部材、配置などは第二の実施形態と同じである。また、本実施形態では、可動式の膜厚補正板５１ａ，５１ｂ及び固定式の膜厚補正板５１ｃのいずれにも水晶膜厚センサが配設された構成となっているが、これらの膜厚補正板のすべてに設ける必要は無く、少なくともいずれか１つにのみ設けるようにしてもよい。

このように、本実施形態の薄膜形成装置では、可動式の膜厚補正板５１ａ，５１ｂや固定式の膜厚補正板５１ｃに水晶膜厚センサが配設されている。膜厚補正板５１ａ，５１ｂ，５１ｃは、ターゲット２２ａ，２２ｂから供給される膜原料物質の一部を遮断して膜厚を調整する役割を果たしているため、シールド４１ａ，４１ｂよりもターゲット２２ａ，２２ｂの中心部に近い位置の前面を遮断するよう配設されている。このため、本実施形態の薄膜形成装置は、シールド４１ａ，４１ｂに水晶膜厚センサを設けた第二の実施形態の場合と比較して、よりターゲット２２ａ，２２ｂの中心部に近い位置で膜厚を測定することが可能となる。従って、シールド４１ａ，４１ｂに膜厚センサを設けた場合と比較して、より正確に膜厚を測定することが可能となる。

本実施形態の薄膜形成装置では、膜厚補正板として可動式の膜厚補正板５１ａ，５１ｂと固定式の膜厚補正板５１ｃの両方を備えた構成としているが、可動式または固定式のいずれか一方の膜厚補正板を備えた構成としてもよい。ここで、図９に示すように、本実施形態の固定式の膜厚補正板５１ｃは、菱形が３つ連続した形状の板状部材であり、その両端部が仕切壁１２に固定されている。膜厚補正板５１ｃの形状としては、このような形状に限定されず、ターゲットのエロージョン領域の位置や成膜条件などに応じて所望の形状とすることができる。

なお、可動式の膜厚補正板を設けた場合は、上記第二の実施形態と同様に、膜厚センサで測定した膜厚に基づいて可動式の膜厚補正板を移動させることで、成膜レートを調整することが可能である。

次に、本発明の第四の実施形態に係る薄膜形成装置について説明する。図１１〜図１３は本発明の第四の実施形態に係る薄膜形成装置の説明図であって、図１１は成膜プロセス領域２０Ａを基板側から見た状態を示す説明図、図１２は成膜プロセス領域２０Ａを基板側から見た状態を示す説明図、図１３は第四の実施形態に係る薄膜形成装置の機能的構成を示すブロック図である。なお、図１１では、水晶膜厚センサ１４３ａ−１〜１４３ａ−５，１４３ｂ−１〜１４３ｂ−５の位置をわかりやすくするために、本来では見える位置にある補正小片１５１ａ−１〜１５１ａ−５，１５１ｂ−１〜１５１ｂ−５を省略して図示すると共に、本来は見えない位置にある各水晶膜厚センサ１４３ａ−１〜１４３ａ−５，１４３ｂ−１〜１４３ｂ−５の位置を点線で示してある。

これらの図に示すように、本実施形態の薄膜形成装置は、複数の膜厚センサと、これら複数の膜厚センサのそれぞれに付着した膜原料物質の付着量に基づいて基板に実際に形成された薄膜の膜厚分布を演算する膜厚分布演算コンピュータ１４２と、を備えた点に特徴を有する。

図１１に示すように、ターゲット２２ａ，２２ｂに対向するシールド４１ａの板面上に複数の水晶膜厚センサ１４３ａ−１〜１４３ａ−５が、同じくターゲット２２ａ，２２ｂに対向するシールド４１ｂの板面上に複数の水晶膜厚センサ１４３ｂ−１〜１４３ｂ−５が配設されている。なお、図中では、シールドにおける水晶膜厚センサの位置をわかりやすく表示するため、実際には見えない位置にある各水晶膜厚センサ１４３ａ−１〜１４３ａ−５，１４３ｂ−１〜１４３ｂ−５の位置を点線で示してある。

水晶膜厚センサ１４３ａ−１〜１４３ａ−５は、ターゲット２２ａの長手方向に沿って一列に配列している。また、水晶膜厚センサ１４３ｂ−１〜１４３ｂ−５は、ターゲット２２ｂの長手方向に沿って一列に配列している。そして、それぞれの水晶膜厚センサ１４３ａ−１〜１４３ａ−５，１４３ｂ−１〜１４３ｂ−５は、上記各実施形態の水晶膜厚センサと同じく水晶振動子に付着した膜原料物質の量に基づいて基板Ｓに形成される薄膜の膜厚を測定することが可能である。

図１３に示すように、水晶膜厚センサ１４３ａ−１〜１４３ａ−５，１４３ｂ−１〜１４３ｂ−５は膜厚分布演算コンピュータ１４２に電気的に接続されている。この膜厚分布演算コンピュータ１４２は、水晶膜厚センサで測定した膜厚に基づいて基板Ｓの膜厚を演算する。本実施形態では、複数の水晶膜厚センサ１４３ａ−１〜１４３ａ−５，１４３ｂ−１〜１４３ｂ−５により複数の位置で膜厚をモニタすることで、それぞれの位置に対応する基板上の膜厚分布の情報を取得することが可能となる。この膜厚分布演算コンピュータ１４２は、上記各実施形態の膜厚演算コンピュータ４２と同様の構成を備えたコンピュータで構成されており、膜厚演算プログラム及び膜厚相関関係データにより基板Ｓの複数箇所での膜厚を演算する。この複数箇所の膜厚は、膜厚分布情報として記憶される。なお、膜厚分布演算コンピュータ１４２は、本発明の膜厚分布演算部に相当する。

本実施形態の薄膜形成装置では、ターゲット２２ａ，２２ｂの長手方向に沿って複数の水晶膜厚センサ１４３ａ−１〜１４３ａ−５，１４３ｂ−１〜１４３ｂ−５を備えている。このように、ターゲット２２ａ，２２ｂ周辺の複数の位置で膜厚を測定することで、ターゲット２２ａ，２２ｂのエロージョンなどによる成膜レートの局所的な変化をリアルタイムにモニタすることが可能となる。これにより、基板表面における膜厚分布の変化を知ることが可能となる。そして、このようなエロージョンによりターゲットの長手方向に沿った位置にある複数の基板間や、単一の基板であってもその表面の位置により膜厚に違いが生じるが、本実施形態の薄膜形成装置では、取得した膜厚分布に基づいて成膜レートを局所的に調整することで、膜厚分布を均一としたり、逆に膜厚分布に所定の傾斜を持たせたりすることができる。

本実施形態では、それぞれの水晶膜厚センサ１４３ａ−１〜１４３ａ−５，１４３ｂ−１〜１４３ｂ−５に対応する位置に膜厚を補正するための補正小片１５１ａ−１〜１５１ａ−５，１５１ｂ−１〜１５１ｂ−５をそれぞれ配設して、これらの補正小片１５１ａ−１〜１５１ａ−５，１５１ｂ−１〜１５１ｂ−５をターゲット２２ａ，２２ｂの中心方向に向けてそれぞれ独立に進退移動させることで、成膜レートを局所的に調整して膜厚分布を調整することが可能である。以下、詳細に説明する。

図１２に示すように、ターゲット２２ａの前面には、複数の補正小片１５１ａ−１〜１５１ａ−５が配設されている。また、ターゲット２２ｂの前面には、複数の補正小片１５１ｂ−１〜１５１ｂ−５が配設されている。これらの補正小片１５１ａ−１〜１５１ａ−５は、第二の実施形態と同様に、原動軸を出力軸とする補正板駆動モータ１５４ａ−１〜１５４ａ−５と原動軸１５３ａ−１〜１５３ａ−５と螺旋棒１５２ａ−１〜１５２ａ−５によりターゲット２２ａ，２２ｂの中心方向に進退可能に移動する。

補正小片１５１ａ−１〜１５１ａ−５は、それぞれ水晶膜厚センサ１４３ａ−１〜１４３ａ−５に対応する位置に配設されている。すなわち、補正小片１５１ａ−１〜１５１ａ−５をシールド４１ａ上に投影したときにそれぞれの補正小片１５１ａ−１〜１５１ａ−５の投影面と水晶膜厚センサ１４３ａ−１〜１４３ａ−５が重なる位置に配設されている。そして、それぞれの補正小片１５１ａ−１〜１５１ａ−５には、上述した第二の実施形態と同様に、螺旋棒１５２ａ−１〜１５２ａ−５がそれぞれ螺合しており、それぞれの螺旋棒１５２ａ−１〜１５２ａ−５には原動軸１５３ａ−１〜１５３ａ−５を出力軸とする補正板駆動モータ１５４ａ−１〜１５４ａ−５が接続している。

そして、水晶膜厚センサ１４３ａ−１〜１４３ａ−５で測定した膜厚に基づいて、膜厚分布演算コンピュータ１４２は膜厚分布情報を取得する。図１３に示すように、膜厚制御装置９０は膜厚分布演算コンピュータ１４２と電気的に接続されており、この膜厚分布情報に基づいて、補正板駆動モータ１５４ａ−１〜１５４ａ−５を駆動制御して、補正小片１５１ａ−１〜１５１ａ−５を移動制御する。

例えば、水晶膜厚センサ１４３ａ−３で測定した膜厚が他の水晶膜厚センサ１４３ａ−１，１４３ａ−２，１４３ａ−４，１４３ａ−５よりも大きい場合、膜厚分布を均一とすべく、補正板駆動モータ１５４ａ−３を駆動制御して原動軸１５３ａ−３を図中のｄ方向に回転して、補正小片１５１ａ−３をｄ方向へ移動させる。または、水晶膜厚センサ１４３ａ−１，１４３ａ−２，１４３ａ−４，１４３ａ−５の補正板駆動モータ１５４ａ−１，１５４ａ−２，１５４ａ−４，１５４ａ−５の原動軸１５３ａ−１，１５３ａ−２，１５３ａ−４，１５３ａ−５をそれぞれｄ'方向に回転して、補正小片１５１ａ−１，１５１ａ−２，１５１ａ−４，１５１ａ−５をそれぞれｄ'方向へ移動させるようにしてもよい。あるいは、補正小片１５１ａ−３のｄ方向への移動と、補正小片１５１ａ−１，１５１ａ−２，１５１ａ−４，１５１ａ−５のｄ'方向への移動を組み合わせてもよい。

これにより、補正小片１５１ａ−３で遮断する面積が他の補正小片１５１ａ−１，１５１ａ−２，１５１ａ−４，１５１ａ−５で遮断する面積よりも相対的に小さくなり、この結果、補正小片１５１ａ−３を回転ドラム１３上に投影した領域での成膜レートが他の領域での成膜レートよりも相対的に減少する。この状態で成膜が進むと、回転ドラム１３上での膜厚分布が均一となる。従って、複数の基板間や単一の基板であってもその表面の位置で均一な膜厚を有する光学製品を製造することが可能となる。

水晶膜厚センサ１４３ｂ−１〜１４３ｂ−５についても同様に、膜厚分布を取得して、この膜厚分布に基づいて補正小片１５１ａ−１〜１５１ａ−５を移動させることで膜厚分布を調整する。

なお、本実施形態の水晶膜厚センサ１４３ａ−１〜１４３ａ−５，１４３ｂ−１〜１４３ｂ−５は、ターゲット２２ａ，２２ｂの長手方向に一列に配設されているが、ターゲット２２ａ，２２ｂの短手方向にも複数の水晶膜厚センサを配設してもよい。以下、この第五の実施形態について説明する。

図１４は本発明の第五の実施形態に係る薄膜形成装置の成膜プロセス領域２０Ａを基板側から見た状態を示す説明図である。なお、この図では、シールド上での水晶膜厚センサ１４３ａ−１〜１４３ａ−５，１４３ｂ−１〜１４３ｂ−５，１４３ｃ−１〜１４３ｃ−５，１４３ｄ−１〜１４３ｄ−５の位置をわかりやすく表示するため、本来は見えない位置にある各水晶膜厚センサ１４３ａ−１〜１４３ａ−５，１４３ｂ−１〜１４３ｂ−５，１４３ｃ−１〜１４３ｃ−５，１４３ｄ−１〜１４３ｄ−５の位置を点線で示してある。

この図に示すように、ターゲット２２ａに対向するシールド４１ａの面上には、ターゲット２２ａの長手方向に沿って水晶膜厚センサ１４３ａ−１〜１４３ａ−５が配設されている。更に、水晶膜厚センサ１４３ａ−１〜１４３ａ−５に対してターゲット２２ａの短手方向に隣接した位置には、それぞれ水晶膜厚センサ１４３ｃ−１〜１４３ｃ−５が配設されている。同様に、水晶膜厚センサ１４３ｂ−１〜１４３ｂ−５に隣接した位置にはそれぞれ１４３ｄ−１〜１４３ｄ−５が配設されている。すなわち、本実施形態の薄膜形成装置は、シールド４１ａ，４１ｂ上に複数の水晶膜厚センサが格子状に配設されている。

このような構成とすることで、ターゲット２２ａ，２２ｂの長手方向に沿った膜厚分布のみならず、ターゲット２２ａ，２２ｂの短手方向に沿った膜厚分布も測定することが可能となる。これにより、基板Ｓの膜厚分布を更に正確に測定することができる。

本実施形態における複数の水晶膜厚センサは、いずれもシールド４１ａ，４１ｂに設けられているが、上記第三の実施形態と同様に、固定式や可動式の膜厚補正板に取り付けてもよい。以下、本発明の第六の実施形態に係る薄膜形成装置について説明する。

図１５は第六の実施形態に係る薄膜形成装置の成膜プロセス領域を基板側から見た状態を示す説明図である。なお、この図では、水晶膜厚センサの位置をわかりやすく表示するため、本来は見えない位置にある各水晶膜厚センサ１４３ａ−１〜１４３ａ−５，１４３ｂ−１〜１４３ｂ−５，１４３ｃ−１〜１４３ｃ−３，１４３ｄ−１〜１４３ｄ−３の位置を点線で示してある。この図に示すように、この実施形態の薄膜形成装置は、膜厚補正板に複数の膜厚センサを配設した点を特徴としている。

より詳細に説明すると、可動式の膜厚補正板である補正小片１５１ａ−１〜１５１ａ−５，１５１ｂ−１〜１５１ｂ−５には、それぞれ水晶膜厚センサ１４３ａ−１〜１４３ａ−５，１４３ｂ−１〜１４３ｂ−５が配設されている。また、固定式の膜厚補正板５１ｃにも、水晶膜厚センサ１４３ｃ−１〜１４３ｃ−３，１４３ｄ−１〜１４３ｄ−３が設けられている。水晶膜厚センサ１４３ｄ−１〜１４３ｄ−３は、１４３ｃ−１〜１４３ｃ−３に対してターゲットの短手方向に隣接した位置に設けられている。なお、膜厚補正板としては、このように可動式及び固定式の両方の膜厚補正板を備える必要は無く、いずれか一方のみを備える構成としてもよい。

また、本実施形態では、可動式の膜厚補正板である補正小片１５１ａ−１〜１５１ａ−５，１５１ｂ−１〜１５１ｂ−５には、ターゲット２２ａ，２２ｂの長手方向に沿って一列に水晶膜厚センサ１４３ａ−１〜１４３ａ−５，１４３ｂ−１〜１４３ｂ−５が設けられているが、上記第五の実施形態と同様に、ターゲット２２ａ，２２ｂの短手方向に沿って複数の水晶膜厚センサを格子状に配設してもよい。

このように、本実施形態の薄膜形成装置では、シールド４１ａ，４１ｂに水晶膜厚センサを設けた第五の実施形態の場合と比較して、よりターゲット２２ａ，２２ｂの中心部に近い位置で膜厚を測定することが可能となる。従って、シールド４１ａ，４１ｂに膜厚センサを設けた場合と比較して、より正確に膜厚を測定することが可能となる。

上述した各実施形態では、膜原料物質供給手段としてターゲットをスパッタして薄膜を形成するスパッタ装置を挙げて説明しているが、本発明の膜原料物質供給手段としては、このようなスパッタ装置に限定されない。例えば、真空容器内に膜原料物質を収容した坩堝を設けて、この坩堝中の膜原料物質を加熱して蒸発させ、基板の表面に膜原料物質を付着させる真空蒸着装置であってもよい。また、基体保持手段である回転ドラム１３についても、上記各実施形態のように横断面形状が多角形をした多角柱状に限定されず、例えば、円板状やドーム状であってもよい。

また、上記実施形態では、膜厚分布の調整を、水晶膜厚センサに対応する位置に設けられた複数の補正小片を独立して進退移動させる方法で行っているが、他の方法により行ってもよい。例えば、水晶膜厚センサに対応する位置に独立してスパッタガスを供給する複数のスパッタガス供給手段を設けて、水晶膜厚センサで測定した膜厚に応じて対応するスパッタガス供給手段から供給されるスパッタガスの流量を調整するようにしてもよい。スパッタガスの流量が増加すると、この領域での成膜レートが他の領域に比較して増加する。反対に、スパッタガスの流量が減少すると、この領域での成膜レートが他の領域に比較して減少する。これにより、膜厚分布を調整することが可能となる。

（実施例）
次に、本発明の薄膜形成装置を用いて実際に成膜試験を行った実施例について説明する。
図１６は成膜試験で用いた薄膜形成装置を横方向から見た状態を示す説明図である。この実施例で使用した薄膜形成装置の全体図は、図１に示すとおりである。基板として石英ガラスを用い、基板Ｓの表面にニオブ（Ｎｂ）を成膜した場合と（実施例１）、五酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）を成膜した場合（実施例２）の２種類の条件で成膜試験を行った。
図１６に示すように、水晶膜厚センサ４３ａを、回転ドラム１３の上方に位置する真空容器１１の壁面に固定した。ターゲット２２ａ，２２ｂと基板Ｓの間の距離は９０ｍｍ、ターゲット２２ａ，２２ｂと水晶膜厚センサ４３ａの間の距離は７４ｍｍである。
その他の成膜条件は以下の通りである。

（実施例１）
実施例１（ニオブ）の成膜条件は以下のとおりである。成膜レートは０．４ｎｍ／ｓであった。なお、実施例２とは異なり、実施例１では反応プロセス領域６０Ａでプラズマ処理を行っていない。
＜成膜プロセス領域＞
ターゲット：ニオブ
スパッタ電力：４．０ｋＷ
交流電源の周波数：４０ｋＨｚ
アルゴンガスの流量：１００ｓｃｃｍ

（実施例２）
実施例２（五酸化ニオブを成膜）の成膜条件は以下のとおりである。成膜レートは０．４ｎｍ／ｓであった。この実施例２では、成膜プロセス領域２０Ａで基板上にニオブを成膜し、反応プロセス領域でニオブと酸素を反応させて五酸化ニオブを成膜している。
＜成膜プロセス領域＞
ターゲット：ニオブ
スパッタ電力：４．０ｋＷ
交流電源の周波数：４０ｋＨｚ
アルゴンガス流量：１００ｓｃｃｍ
＜反応プロセス領域＞
アンテナに印加される電力：４ｋＷ
高周波電源の周波数：１３．５６ＭＨｚ
酸素ガスの流量：１２０ｓｃｃｍ

上記条件で成膜を行い、所定の成膜時間が経過するたびに水晶膜厚センサで検知された膜厚の値と、実際に基板表面に形成された薄膜の膜厚を測定した。
図１７は実施例１（ニオブ）および実施例２（五酸化ニオブ）を基板上に成膜した成膜試験の結果を示すグラフである。
グラフの縦軸は、実際に基板表面に形成された薄膜の膜厚（基板膜厚）と、水晶膜厚センサで検出された膜厚の値との比である。グラフの横軸は成膜時間である。

実施例１のニオブを成膜した場合には、最初はグラフの縦軸の値が大きく成膜時間が５分を経過するあたりまで縦軸の値が次第に低下したが、その後は成膜時間が経過してもグラフの縦軸が約０．３の値に安定した。グラフの縦軸は、実際に基板表面に形成された薄膜の膜厚を水晶膜厚センサで検出された膜厚で割った値なので、水晶膜厚センサで検出された膜厚は実際に形成された膜厚の約３．３倍であることがわかる。すなわち、本発明にように水晶膜厚センサをターゲット近傍に配置して膜厚測定を行った場合には、約３．３倍の感度で膜厚を測定することができる。この３．３という数値は、水晶膜厚センサに付着した膜原料物質の付着量と基板に実際に形成された薄膜の膜厚との比率である。

また、実施例２の五酸化ニオブを成膜した場合には、最初はグラフの縦軸の値が大きく成膜時間が５分を経過するあたりまで縦軸の値が次第に低下したが、その後は成膜時間が経過してもグラフの縦軸が約０．６で安定した。
このことから、水晶膜厚センサで検出された膜厚は実際に形成された膜厚の約１．６倍の感度で膜厚測定が可能であることがわかる。この１．６という数値は、水晶膜厚センサに付着した膜原料物質の付着量と基板に実際に形成された薄膜の膜厚との比率である。
なお、実施例２の感度（約１．６倍）が、実施例１の感度（約３．３倍）よりも低いのは、実施例２では成膜プロセス領域２０Ａで基板表面にニオブを成膜した後に、反応プロセス領域６０Ａでニオブを酸化して五酸化ニオブに変換するが、この変換の際に薄膜が膨張して膜厚が増加するためである。

第一の実施形態に係る薄膜形成装置を上方から見た説明図である。 図１の薄膜形成装置を矢視Ａ−Ａ'方向に見た説明図である。 図１の成膜プロセス領域２０Ａを拡大して示した説明図である。 図１の成膜プロセス領域２０Ａを基板側から見た状態を示す説明図である。 第一の実施形態に係る薄膜形成装置の機能的構成を示すブロック図である。 水晶膜厚センサの斜視図である。 図１の反応プロセス領域周辺６０Ａを拡大して示した説明図である。 第二の実施形態に係る薄膜形成装置の成膜プロセス領域２０Ａの周辺を拡大して示した説明図である。 第二の実施形態に係る薄膜形成装置の成膜プロセス領域２０Ａを基板側から見た状態を示す説明図である。 第三の実施形態に係る薄膜形成装置の成膜プロセス領域２０Ａの周辺を拡大して示した説明図である。 第四の実施形態に係る薄膜形成装置の成膜プロセス領域２０Ａを基板側から見た状態を示す説明図である。 第四の実施形態に係る薄膜形成装置の成膜プロセス領域２０Ａを基板側から見た状態を示す説明図である。 第四の実施形態に係る薄膜形成装置の機能的構成を示すブロック図である。 第五の実施形態に係る薄膜形成装置の成膜プロセス領域２０Ａを基板側から見た状態を示す説明図である。 第六の実施形態に係る薄膜形成装置の成膜プロセス領域２０Ａを基板側から見た状態を示す説明図である。 成膜試験で用いた薄膜形成装置を横方向から見た状態を示す説明図である。 実施例１（ニオブ）および実施例２（五酸化ニオブ）を基板上に成膜した成膜試験の結果を示すグラフである。

符号の説明

１ 薄膜形成装置
１１ 真空容器
１１ａ 開口
１１Ａ 薄膜形成室
１１Ｂ ロードロック室
１１Ｃ 扉
１１Ｄ 扉
１２ 仕切壁
１３ 回転ドラム（基体保持手段）
１３ａ 基板保持板
１３ｂ フレーム
１３ｃ 締結具
１４ 仕切壁
１５ａ 真空ポンプ
１５ｂ 真空ポンプ
１６ａ−１ 配管
１６ａ−２ 配管
１６ｂ 配管
１７ 回転ドラム駆動モータ
１８ａ モータ回転軸
１８ｂ ドラム回転軸
２０ スパッタ手段（膜原料物質供給手段）
２０Ａ 成膜プロセス領域
２１ａ マグネトロンスパッタ電極
２１ｂ マグネトロンスパッタ電極
２２ａ ターゲット
２２ｂ ターゲット
２３ トランス
２４ 交流電源
３０ スパッタガス供給手段
３１ マスフローコントローラ
３２ スパッタガスボンベ
３３ マスフローコントローラ
３４ 反応性ガスボンベ
３５ 配管
３５ａ 導入口
４１ａ シールド
４１ｂ シールド
４２ 膜厚演算コンピュータ（膜厚演算部）
４３ａ 水晶膜厚センサ（膜厚測定部）
４３ｂ 水晶膜厚センサ（膜厚測定部）
４４ ケース
４５ センサ素子
４６ シャッタ
４６ａ 透孔
４７ シャッタ駆動モータ
４８ Ａ／Ｄ変換回路
５１ａ 膜厚補正板
５１ｂ 膜厚補正板
５１ｃ 膜厚補正板
５２ａ 螺旋棒（補正板移動手段）
５２ｂ 螺旋棒（補正板移動手段）
５３ａ 原動軸（補正板移動手段）
５３ｂ 原動軸（補正板移動手段）
５４ａ 補正板駆動モータ（補正板移動手段）
５４ｂ 補正板駆動モータ（補正板移動手段）
６０ プラズマ発生手段
６０Ａ 反応プロセス領域
６１ ケース体
６１Ａ アンテナ収容室
６２ 誘電体板
６３ アンテナ
６４ マッチングボックス
６５ 高周波電源
７０ 反応性ガス供給手段
７１ 酸素ガスボンベ
７２ マスフローコントローラ
７３ アルゴンガスボンベ
７４ マスフローコントローラ
７５ 配管
７５ａ 導入口
９０ 膜厚制御装置（膜厚調整手段・膜厚分布調整手段）
１４２ 膜厚分布演算コンピュータ（膜厚分布演算部）
１４３ａ−１〜１４３ａ−５ 水晶膜厚センサ（膜厚測定部）
１４３ｂ−１〜１４３ｂ−５ 水晶膜厚センサ（膜厚測定部）
１４３ｃ−１〜１４３ｃ−５ 水晶膜厚センサ（膜厚測定部）
１４３ｄ−１〜１４３ｄ−５ 水晶膜厚センサ（膜厚測定部）
１５１ａ−１〜１５１ａ−５ 補正小片
１５１ｂ−１〜１５１ｂ−５ 補正小片
１５２ａ−１〜１５２ａ−５ 螺旋棒（補正板移動手段）
１５２ｂ−１〜１５２ｂ−５ 螺旋棒（補正板移動手段）
１５３ａ−１〜１５３ａ−５ 原動軸（補正板移動手段）
１５３ｂ−１〜１５３ｂ−５ 原動軸（補正板移動手段）
１５４ａ−１〜１５４ａ−５ 補正板駆動モータ（補正板移動手段）
１５４ｂ−１〜１５４ｂ−５ 補正板駆動モータ（補正板移動手段）
Ｓ 基板（基体）
Ｖ１ バルブ
Ｖ２ バルブ
Ｖ３ バルブ

Claims (11)

1. 内部を真空状態に維持する真空容器と、
   該真空容器の内部に回転自在に設置され基体を保持可能な基体保持手段と、
   該基体保持手段の一部の領域に向けて膜原料物質を供給することで、前記基体保持手段の回転毎に間欠的に基体の表面に膜原料物質を付着させる膜原料物質供給手段と、
   基体の表面に形成された薄膜の膜厚を測定する膜厚測定手段と、を備えた薄膜形成装置であって、
   前記膜厚測定手段は、
   前記膜原料物質供給手段から供給される膜原料物質が常時付着する位置に固定された膜厚測定部と、
   該膜厚測定部に付着する膜原料物質の付着量と前記基体の表面に間欠的に付着する膜原料物質の付着量との間の相関関係に基づいて、前記基体の表面に形成される薄膜の膜厚を演算する膜厚演算部と、
   を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
2. 前記膜厚演算部は、
   膜厚測定部に付着する膜原料物質の付着量と実際に基体の表面に形成される薄膜の膜厚との間の比率を相関関係として予め記憶した膜厚相関関係データを備え、
   前記膜厚測定部に付着した膜原料物質の付着量と前記膜厚相関関係データに記憶された前記相関関係に基づいて、前記基体に形成される薄膜の膜厚を演算することを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
3. 前記比率は、基体保持手段の半径をＲ、前記基体保持手段の膜原料物質が付着する領域の外周長をＬとしたとき、略Ｌ／２πＲの割合であることを特徴とする請求項２記載の薄膜形成装置。
4. 前記膜原料物質供給手段と前記基体保持手段との間には、前記基体保持手段のうち前記一部の領域以外の領域に向けて移動する膜原料物質を遮断するシールドが配設され、
   前記膜厚測定部は、前記シールドに固定されていることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
5. 前記膜原料物質供給手段と前記基体保持手段との間には、前記膜原料物質供給手段から前記基体保持手段に向けて供給される膜原料物質の一部を遮断して前記基体に形成される薄膜の膜厚を補正する膜厚補正板が配設され、
   前記膜厚測定部は、前記膜厚補正板に固定されていることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
6. 前記薄膜形成装置は、前記膜厚測定手段により測定された膜厚に基づいて前記基体に形成される薄膜の膜厚を調整する膜厚調整手段を更に備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。
7. 前記薄膜形成装置は、
   前記膜原料物質供給手段と前記基体保持手段との間に配設される膜厚補正板と、
   前記膜原料物質供給手段から前記基体保持手段へ供給される膜原料物質の一部を遮断する第一の位置と、前記第一の位置よりも膜原料物質の遮断量が少ない第二の位置との間で前記膜厚補正板を移動可能な補正板移動手段と、を更に備え、
   前記膜厚調整手段は、前記膜厚測定手段により測定された膜厚に基づいて前記補正板移動手段による前記膜厚補正板の位置を調整することを特徴とする請求項６記載の薄膜形成装置。
8. 前記膜厚測定手段は、
   前記膜原料物質供給手段と前記基体保持手段との間であって且つ前記膜原料物質供給手段から供給される膜原料物質が付着可能な位置に固定された複数の膜厚測定部と、
   該複数の膜厚測定部のそれぞれに付着した膜原料物質の付着量に基づいて前記基体に形成された薄膜の膜厚分布を演算する膜厚分布演算部と、
   を具備することを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
9. 前記薄膜形成装置は、前記膜厚測定手段により測定された膜厚分布に基づいて前記基体に形成される薄膜の膜厚分布を調整する膜厚分布調整手段を更に備えたことを特徴とする請求項８記載の薄膜形成装置。
10. 前記薄膜形成装置は、
    前記膜原料物質供給手段と前記基体との間であって前記複数の膜厚測定部に対応する位置に配設された複数の補正小片と、
    前記膜原料物質供給手段から前記基体保持手段へ供給される膜原料物質の一部を遮断する第一の位置と、前記第一の位置よりも膜原料物質の遮断量が少ない第二の位置との間で前記複数の補正小片をそれぞれ独立して移動可能な補正小片移動手段と、を更に備え、
    前記膜厚分布調整手段は、前記膜厚測定手段により測定された膜厚分布に基づいて前記補正小片移動手段による前記複数の補正小片の位置をそれぞれ独立して調整することを特徴とする請求項９記載の薄膜形成装置。
11. 前記膜厚測定手段は、
    前記膜厚測定部と前記膜原料物質供給手段との間に配設されたシャッタと、
    前記膜厚測定部に前記膜原料物質が付着可能な第一の位置と、前記膜原料物質が実質的に付着しない第二の位置との間で前記シャッタを移動させるシャッタ移動手段と、
    を更に備えたことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。

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