JPH0559548A - 真空蒸着成膜装置用光学式膜厚モニタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 真空蒸着により成膜される光学用ガラスの膜
厚を正確かつ迅速にモニタするとともに、安定した計測
性能を確保する。 【構成】 投光器と受光器のうちの少なくとも一方と、
真空槽１内のモニタガラスＭの設定位置との間で光路筒
８を形成する。光路筒８の近傍に、モニタガラスＭの供
給および回収を行うモニタガラス交換手段５を設ける。
投光器と受光器のうちの少なくとも一方と、光路筒８
と、モニタガラス交換手段５とを一体に結合してモニタ
ユニット２を構成する。モニタユニット２を、真空槽１
の気密状態を保持しつつ、昇降手段４により真空槽１に
対して上下方向に昇降可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空蒸着成膜装置内で
成膜される基板の膜厚をモニタガラスを用いてモニタす
る真空蒸着成膜装置用光学式膜厚モニタ装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、真空蒸着成膜装置内で光学用ガ
ラス（以下、基板と称する）に対して成膜を行う場合に
は、基板とは別個にモニタガラスを用意し、基板と同時
進行で成膜されるモニタガラスの膜厚を、成膜作業中に
直接光学的手段により計測し、基板の最終的な膜厚を制
御することが行われている。

【０００３】上記光学的手段としては、従来、投光器、
ミラーボックス、モニタガラス、受光器、計測器本体な
どからなり、モニタガラスを、真空槽内の基板と同等の
成膜条件が得られる位置、例えば、基板を支持する治具
ドームの回転中心近くに配置しておき、そのモニタガラ
スに投光器から光を照射し、モニタガラスから反射して
帰ってくる光を受光器で検知し、照射光と反射光との間
の光量の変化に基づいてモニタガラスの膜厚を計測する
ようにした光学式膜厚モニタ装置が公知である。

【０００４】ところで、真空蒸着による成膜方法におい
ては、蒸発源に使用される蒸着材料、蒸着時の温度、真
空槽内の気圧等成膜プロセスの条件の違いにより、蒸着
材料の分散の様相にばらつきが生じ、基板とモニタガラ
スとの間で膜厚が変化することがある。

【０００５】ところが、上記の光学式膜厚モニタ装置
は、蒸着源から基板面までの距離と蒸着源からモニタガ
ラスまでの距離とが原則として等しいか近似かであるこ
とを前提にし、この前提の基に基板の膜厚を制御するも
のであるため、モニタガラスの設定位置が不動になって
いる。したがって、この装置では、成膜プロセスの条件
の違いにより、基板とモニタガラスとの間で膜厚に差が
生じる場合には、正確なモニタ結果を得ることができ
ず、基板の膜厚を正確に制御することができないという
問題があった。

【０００６】そこで、このような問題を解決するため
に、モニタガラスを支持する光路筒先端が交換可能なア
ダプタで形成され、成膜前の準備段階で、成膜条件に合
った適性な高さ位置に達する長さのアダプタをセットす
るようにした光学式膜厚モニタ装置が開発されている。
この装置は、その光学的な計測性能を安定させるために
は、モニタガラス以外の投受光器等の光学機器が不動で
なければならないという思想に基づいて設計されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の光学
式膜厚モニタ装置では、成膜条件が変わる毎に真空槽を
開けてアダプタを交換しなければならず、非常に手間が
かかるという問題がある。また、１種類の蒸着材料を用
いて基板の成膜を行う場合にはアダプタの交換は可能で
あるが、多種類の蒸着材料を用いて１枚の基板に多層膜
を成膜する場合には、蒸着材料が変わる毎に真空槽を開
けてアダプタを交換することは実際上不可能であるとい
う問題もある。さらに、モニタガラスの高さ位置を変え
るにあたり、光学機器の位置を変えることなく、モニタ
ガラスを支持するアダプタ部分の長さを変えるようにな
っているので、モニタガラスと投受光器との間の距離が
変わってしまい、特に、ミラーボックスとの間の距離が
変わってしまうと、受光光軸がずれて計測感度が変化
し、正確な膜厚の計測ができなくなるという問題もあ
る。場合によっては、計測不能となり、その際は光軸合
わせ（アライメント）を行う必要が生じるという問題も
ある。

【０００８】一方、本願出願人は、数十枚以上の多数枚
のモニタガラスを真空を保持したまま交換できるモニタ
ガラス交換装置を組み込んだ新たな光学式膜厚モニタ装
置を提案している（特願平２−１４８１４４号参照）。
この光学式膜厚モニタ装置は、多種類の蒸着材料を用い
て１枚の基板に多層膜を成膜する際に、各層毎にモニタ
ガラスを変え成膜を制御できるようになっている。とこ
ろが、モニタガラスの位置を変えることができないた
め、蒸着材料が変わる等成膜条件が変わる場合には、予
め成膜条件ごとに基板とモニタガラスとの膜厚差を実験
的に求めておき、成膜時に膜厚を計測する際には実験で
求めた膜厚差に基づいてモニタ側でシフトさせて読み取
るという複雑な計測を行っていた。

【０００９】本発明はこのような諸点に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、特に、上記のモニタ
ガラス交換装置を組み込んだ光学式膜厚モニタ装置にお
いて、成膜作業の途中で基板の膜厚を正確かつ迅速にモ
ニタすることができ、しかも安定した計測性能を確保し
ようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本願発明者らは、モニタガラスと光学機器系とをユ
ニット化して両者間の位置関係を固定化すれば、ユニッ
ト全体を移動させたとしても安定した計測性能が得ら
れ、しかも、ユニット全体を移動させることにより、モ
ニタガラスと蒸着源との間に正確な膜厚を得る距離を設
定することができるという点に着目した。

【００１１】そこで、請求項１記載の発明は、真空槽内
で成膜される基板の膜厚を制御するよう真空槽内に設定
されたモニタガラスへ光を照射する投光器と、上記モニ
タガラスから来る光を検知する受光器と、上記投光器お
よび受光器のうちの少なくとも一方と上記モニタガラス
の設定位置との間で光の通路を形成する光路筒と、この
光路筒の近傍に設けられ、上記モニタガラスの設定位置
に対してモニタガラスの供給および回収を行うモニタガ
ラス交換手段とを備え、上記投光器からの照射光と上記
受光器による検知光との対比により上記基板に対する膜
厚をモニタする真空蒸着成膜装置用光学式膜厚モニタ装
置において、上記投光器および受光器のうちの少なくと
も一方と、上記光路筒と、上記モニタガラス交換手段と
を一体に結合させてモニタユニットを構成し、このモニ
タユニットを、真空槽に対しその気密状態を保持しつつ
上下方向に昇降可能に設け、上記モニタユニットを、真
空槽に対して相対的に上下方向に昇降させる昇降手段を
備える構成とするものである。

【００１２】請求項２記載の発明は、昇降手段を、真空
槽の上方の複数箇所に水平方向に回転可能に設けられた
ホイールと、これらホイール間に掛け渡されたタイミン
グベルトと、このタイミングベルトに回転を付与するア
クチュエータと、上記ホイールの軸心から鉛直方向へ延
出し、ホイールの正逆回転に従動するボルトと、上記モ
ニタユニットの周囲に形成され上記ボルトと螺合してボ
ルトの回転運動を直線運動に変える雌ねじとからなる構
成とするものである。

【００１３】

【作用】上記の構成により、本発明の真空蒸着成膜装置
用光学式膜厚モニタ装置では、各成膜プロセス条件の違
いに応じて、基板と同等の膜厚が得られるモニタガラス
の適性位置を予め実験的に計測しておき、その結果に基
づいて基板の成膜作業中に昇降手段がモニタユニット全
体をモニタガラスの上記適性位置まで昇降させることに
より、基板の膜厚と同等のモニタガラスの膜厚を計測す
る。しかも、モニタユニットは、投光器および受光器の
うちの少なくとも一方で構成する光学機器系と、光路筒
とが一体に結合されたものであり、昇降移動によっても
光学機器系とモニタユニットとの距離は変化しない。ま
た、基板が多層膜であるときは、各層ごとにモニタガラ
ス交換手段がモニタガラスを交換するとともに、昇降手
段が、真空槽の気密状態を保持したモニタユニット全体
を適性なモニタガラスの位置へ昇降させる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１５】図１〜図３は本発明の一実施例に係る真空
蒸着成膜装置用光学式膜厚モニタ装置を示し、１は真空
槽、２はこの真空槽１にその気密状態を保持して接続さ
れたモニタユニットであって、真空槽１内で成膜される
基板Ｇの膜厚を制御するものであり、このモニタユニッ
ト２は、基板Ｇの膜厚をモニタするため設定されたモニ
タガラスＭの膜厚を光学的に計測する光学機器系３を有
している。４は上記モニタユニット２を上記真空槽１に
対して相対的に上下方向に昇降させる昇降手段、５はモ
ニタガラスの設定位置に対してモニタガラスの供給およ
び回収を行うモニタガラス交換手段であって、このモニ
タガラス交換手段５の駆動部はケーシング７内に収めら
れており、このケーシング７はその周囲にフランジ７ａ
を有している。８は上記光学機器系３と上記モニタガラ
スの設定位置との間で光の通路を形成する光路筒であ
る。

【００１６】上記真空槽１内には、成膜位置で基板Ｇを
保持する治具ドーム９と、この治具ドーム９を支持する
アーム１０，１０と、成膜前の基板Ｇを予備加熱するヒ
ータ１１とが設けられており、真空槽１の内底には、図
示はしないが、電子銃およびるつぼからなる蒸着源装置
が配置され、るつぼ内の蒸着材料を加熱蒸発させて上方
に飛ばし上記治具ドーム９上の基板Ｇに光学膜を形成す
るようにしている。

【００１７】上記光路筒８は、上記ケーシング７内に収
められた上部光路筒８ａと、ケーシング７より下方に位
置しモニタガラスＭの設定位置まで達する下部光路筒８
ｂとから構成され、両光路筒８ａ，８ｂの接続部分には
ガラス８０が設置されている。

【００１８】上記光学機器系３は、図４に示すように、
蒸着材料が飛散する領域に配置されるモニタガラスＭを
基板Ｇと同じ試料とし、このモニタガラスＭに光を照射
しモニタガラスＭから来る検知光を照射光と対比するこ
とにより基板Ｇに対する膜厚をモニタするものであり、
モニタガラスＭへ入射光ｂ１を照射する投光器１２と、
チョッパー１３と、入射光ｂ１およびモニタガラスＭか
らの反射光ｂ２を偏向案内するミラーボックス１４と、
反射光ｂ２を検知する受光器１５と、光の通路となる光
路チューブ１６とを備え、投光器１２と受光器１５とは
ミラーボックス１４を挟んで対置されている。

【００１９】上記ミラーボックス１４内には、照射光を
モニタガラスＭへ向かって偏向させる第１ミラー１４ａ
と、モニタガラスＭからの反射光ｂ２を受光器１５へ向
かって偏向させる第２ミラー１４ｂとが配設されてい
る。

【００２０】上記受光器１５は、受光素子１５ａと、そ
の出力を増幅するアンプ（図示せず）とを内蔵してお
り、反射光ｂ２による信号電流を図外の計測器に出力す
るようになっている。

【００２１】上記モニタユニット２は、上記光学機器系
３と、上記光路筒８と、上記モニタガラス交換手段５と
が一体に結合されたものであり、最上部には上記光学機
器系３が位置し、その下部には上記モニタガラス交換手
段５の駆動部６と上部光路筒８ａとを収めるケーシング
７が位置し、その下部には下部光路筒８ｂとモニタガラ
ス交換手段５の本体部（詳しくは後述する）とが上下方
向に平行して設けられている。

【００２２】上記昇降手段４は、真空槽１上面に固定さ
れたスペーサ１７の上面の３箇所に、ブラケット１８を
介して各々水平方向に回転可能に設けられた昇降付与ホ
イール１９，１９，１９と、これら昇降付与ホイール１
９，１９，１９間に掛け渡されたタイミングベルト２０
と、このタイミングベルト２０に回転付与ホイール２１
を介して回転を付与するアクチュエータとしての正逆回
転可能なモータ２２と、上記各昇降付与ホイール１９の
軸心から鉛直方向へ延出し、昇降付与ホイール１９の正
逆回転に従動するボールねじ２３と、このボールねじ２
３の上方でボールねじ２３と螺合してその回転運動を直
線運動に変える雌ねじ２４ａが形成されたナット２４と
からなっている。このナット２４は、上記ケーシング７
のフランジ７ａを貫いた状態でこのフランジ７ａに固設
されている。

【００２３】また、このフランジ７ａと上記スペーサ１
７との間には、上記モニタユニット２の光路筒８とモニ
タガラス交換手段５の本体部とを包むようにして、モニ
タユニット２の昇降に従い伸縮自在なベローズ２９が取
り付けられている。このベローズ２９は、昇降手段４と
モニタユニット２との間で大気の侵入を防ぐ気密構造に
なっている。

【００２４】上記昇降手段４が上記モニタユニット２を
昇降させる際は、モータ２２が作動してタイミングベル
ト２０に回転を付与し、このタイミングベルト２０の回
転により３つの昇降付与ホイール１９，１９，１９が同
期して回転する。これら昇降付与ホイール１９，１９，
１９の回転と同時に上方のボールねじ２３，２３，２３
も回転し、これらボールねじ２３，２３，２３の回転運
動がこれと嵌合するナット２４，２４，２４に伝達さ
れ、これらナット２４，２４，２４を上下方向に直線移
動（昇降）させる。これら３つのナット２４，２４，２
４の昇降が同期して行われることにより、モニタユニッ
ト２全体は傾斜させることなく、昇降する。

【００２５】なお、基板Ｇは、上記治具ドーム９が回転
することにより、必要に応じて同一回転円周上で位置を
変更できるようになっている。この基板Ｇを回転させる
機構は、図１に示すように、治具ドーム９を保持するア
ーム１０，１０と、このアーム１０，１０が固定され上
記スペーサ１７内で回転可能に設けられた内筒２５と、
この内筒２５の外周面に固定された第１ギヤ２６と、こ
の第１ギヤ２６と噛合する第２ギヤ２７と、この第２ギ
ヤ２７と噛合する第３ギヤ２８と、この第３ギヤ２８に
回転を付与する図外の回転アクチュエータとからなる。

【００２６】次に、上記モニタガラス交換手段５の構造
について説明する。このモニタガラス交換手段５は、図
３および図５に示すように、上記真空槽１の上方で回転
可能かつ昇降可能に支持されかつ下端が真空槽１内に臨
む回転軸３０と、この回転軸３０の下端に固設された回
転子３１と、この回転子３１に対して昇降動作と回転動
作とを行わせる駆動部６とを備え、上記回転子３１の上
方には、成膜前の多数枚のモニタガラスＭを積み重ねて
収容し得る筒状の供給カートリッジ３２と、成膜後の多
数枚のモニタガラスＭを積み重ねて収容し得る筒状の戻
入れカートリッジ３３とが、両者の側壁間で一体に接合
されるようにして、配設されている。

【００２７】上記駆動部６は、上記回転軸３０に回転動
作を付与する回転アクチュエータ６ａと、上記回転軸３
０に昇降動作を付与する昇降アクチュエータ（図示せ
ず）とを備えている。

【００２８】上記回転軸３０は、ケーシング７に穿設さ
れた挿通孔７ｂの上下各方向に気密状に突設された、上
部筒体３４および下部筒体３５に覆われた状態で、上記
挿通孔７ｂに挿通されている。回転軸３０の上端は、上
記上部筒体３４から突出し、上記駆動部６から延びる昇
降アーム３６の先端に穿設された挿通孔３７に挿通され
ている。また、回転軸３０の上端には、ギヤ３８が取り
付けられ、ナット３９と、上記昇降アーム３６とにより
締結されている。

【００２９】上記昇降アーム３６は、上記駆動部６の昇
降アクチュエータにカム機構（図示せず）を介して連結
されており、上記回転軸３０を落下不能に支持するとと
もに、上記昇降アクチュエータに昇降運動を付与される
ことにより、上記回転軸３０および上記回転子３１を一
定ストローク（例えば３〜５mm）だけ昇降させるように
なっている。

【００３０】一方、上記ギヤ３８には、これと同じ歯数
のギヤ４０が噛合されており、このギヤ４０には、円周
方向に等間隔をあけて６つのカム溝４２，４２，…を有
する６分割ゼネバギヤ４１が連結されている。この６分
割ゼネバギヤ４１には、ドライブピン４３が連結され、
このドライブピン４３は、上記駆動部６の回転アクチュ
エータ６ａの出力軸に固定されていて、この回転アクチ
ュエータ６ａの作動により、上記６分割ゼネバギヤ４１
を１／６回転させて上記回転軸３０を６０度だけ間欠的
に作動させるようになっている。

【００３１】上記回転子３１は、図６に示すようなほぼ
円盤状の部材で、その周縁部には、所定間隔置きに一定
幅で上方へ突出する突出部４５が３個形成されており、
この突出部４５の上面は平面になっている。また、上記
各隣り合う突出部同士４５，４５間は、円形切欠き状の
開口４６に形成され、この各開口４６の内径は、モニタ
ガラスＭの外径よりも若干小さく設定されている。さら
に、上記各開口４６の上縁部には、ほぼモニタガラスＭ
の厚さ分だけ、隣接する上記突出部４６の側縁が切り欠
かれ、対向する１対の段部からなるガラス保持部４７が
形成されている。このガラス保持部４７には、モニタガ
ラスＭが嵌合され、その上面を上記突出部４６の上面と
面一にした状態で上記回転子３１に保持されるようにな
っている。

【００３２】上記回転子３１が回転動作中でないとき、
上記３つの開口４６，４６，４６のうち、いずれか１つ
の開口４６の上方には、上記下部光路筒８ｂが位置して
おり、別の開口４６の上方には、上記戻入れカートリッ
ジ３３のが位置している。

【００３３】また、上記下部筒体３５の下端には、上記
供給および戻入れカートリッジ３２，３３を支持する支
持体４８が取り付けられている。この支持体４８は、上
記下部筒体３５に取り付けられた取り付け部４９と、そ
の下方に間隔を置いて設けられた中間デッキ部５０とを
備えており、これら取り付け部４９および中間デッキ部
５０は、上記回転軸３０と同心のほぼ円形上のもので、
各外周縁で筒状の側壁５１に一体的に結合されている。

【００３４】上記取り付け部４９には、上記供給および
戻入れカートリッジ３２，３３の底部の形状に合わせて
切欠いてなるカートリッジ装着部４９ａが形成されてお
り、両カートリッジ３２，３３の底部を装着するように
なっている。

【００３５】上記側壁５１は、上記中間デッキ部５０よ
りも下方に延出しており、中間デッキ部５０の下方で、
上記回転子３１を収めるようになっている。また、上記
側壁５１は、その下面がカバー５２に覆われている。

【００３６】さらに、上記取り付け部４９、上記中間デ
ッキ部５０および上記カバー５２には、それぞれ上記下
部光路筒８ｂに対応する位置に、モニタガラスＭとほぼ
同径の開口５３，５４，５５が形成されている。

【００３７】上記中間デッキ部５０には、上記回転子３
１の突出部４５との干渉を避けるための環状のガイド溝
５６が形成され、突出部４５はその上面を中間デッキ部
５０よりも上方に突出させた状態で回動するようになっ
ている。

【００３８】そして、モニタガラス交換手段５には、図
５および図７に示すように、モニタガラスＭを交換する
ための昇降動作を行うステーションＳ１〜Ｓ６が設定さ
れている。即ち、上記駆動部６の作動に伴う回転子３１
の昇降動作および回転動作により、３つのガラス保持部
４７，４７，４７を下降移動させる下降ステーションＳ
１，Ｓ３，Ｓ５が上記回転軸３０を中心とする互いに１
２０度づつ離れた位置に設定されている。さらに、上記
各下降ステーションＳ１，Ｓ３，Ｓ５から、上記回転軸
３０を中心として６０度離れた位置には、３つのガラス
保持部４７，４７，４７を上昇移動させる上昇ステーシ
ョンＳ２，Ｓ４，Ｓ６が設定されている。

【００３９】また、上記３つの下降ステーションＳ１，
Ｓ３，Ｓ５のうちの１つは、上記上部光路筒８ｂの下方
に位置し、モニタガラスＭの成膜モニタを行うためのモ
ニタステーションＳ５に設定されている。さらに、上記
３つの上昇ステーションＳ２，Ｓ４，Ｓ６のうち、上記
モニタステーションＳ５から回転方向側（図４で時計回
り方向）に１８０度離れたステーションは、上記供給カ
ートリッジ３２の下方に位置し、新しいモニタガラスＭ
を取り出すための供給ステーションＳ２に設定されてい
る。そして、上記３つの下降ステーションＳ１，Ｓ３，
Ｓ５のうち、上記供給ステーションＳ２から逆回転方向
側に６０度離れて隣接するステーションは、上記戻入れ
カートリッジ３３の下方に位置し、使用済みのモニタガ
ラスＭを収めるための戻入れステーションＳ１に設定さ
れている。

【００４０】また、上記３つの下降ステーションＳ１，
Ｓ３，Ｓ５のうち、上記供給ステーションＳ２から回転
方向側に６０度離れて隣接するステーションは、加熱ス
テーションＳ３に設定されている。この加熱ステーショ
ンＳ３に対応する上記支持体４８には、モニタガラスＭ
と同径の開口５７が形成されており、加熱ステーション
Ｓ３でモニタガラスＭが停止しているときに、そのモニ
タガラスＭを真空槽１内に晒すことにより基板Ｇと同温
度まで予備加熱するようになっている。

【００４１】なお、図５および図７に記載した矢印は、
回転子３１の動きを示し、「上昇」は回転子３１が上昇
移動を行う区間であり、「下降」は回転子３１が下降移
動を行う区間である。また、白丸は回転子３１の停止位
置を示す。

【００４２】上記供給および戻入れカートリッジ３２，
３３が一体形成されて共有する底部には、上記回転子３
１の突出部４５の回転移動軌跡に沿って円弧状に切欠か
れて凹部５８が形成されており、この凹部５８内を、上
記回転子３１の突出部４５が戻入れカートリッジ３３側
から供給カートリッジ３２側へ挿通し得るようになって
いる。さらに、上記凹部５８の直上位置には、上記戻入
れカートリッジ３３側の側壁に、１枚のモニタガラスＭ
のみを水平横方向からカートリッジ３３内に挿入可能な
戻入れ口６０が切欠き形成されている。同様に、上記供
給カートリッジ３２側の側壁には、上記戻入れ口６０と
同じ高さ位置に、カートリッジ３２内の最下段のモニタ
ガラスＭのみを水平横方向へ挿出可能な取出し口５９が
切欠き形成されている。

【００４３】また、上記供給および戻入れカートリッジ
３２，３３の上端は、図１に示すように、着脱可能な蓋
６１により閉じられている。この蓋６１は、上面に突起
部６３を有する上蓋６２と、下蓋６４と、上記上蓋６２
と下蓋６４との間に装着された押圧ばね６５とからなっ
ている。

【００４４】そして、上記下部筒体３５の側面には、上
記供給および戻入れカートリッジ３２，３３それぞれに
対応する位置に、各カートリッジ３２，３３を保持する
カートリッジ押え部材６６がねじ６７により着脱可能に
取り付けられている。このカートリッジ押え部材６６
は、各カートリッジ３２，３３の上記上蓋６２の突起部
６３に対応する箇所に、この突起部６３を受け入れ係止
する係止孔６８を有している。各カートリッジ３２，３
３は、上記支持体４８と上記カートリッジ押え部材６６
との間に着脱可能に装着され、上記押圧ばね６５の付勢
により保持されるようになっている。

【００４５】次に、上記モニタガラス交換手段５の動き
を説明する。モニタガラスＭは、基板Ｇを成膜する際
に、基板Ｇに対する成膜条件が変更される度に交換され
る。このモニタガラスＭの交換の際は、まず、駆動部６
の作動により回転子３１の各ガラス保持部４７を供給ス
テーションＳ２で下降位置から上昇させ、供給カートリ
ッジ３２内のモニタガラスＭをガラス保持部４７に保持
させる。その後、回転子３１を回転させ、モニタガラス
Ｍを取出し口５９から取出し、モニタステーションＳ５
に供給する。

【００４６】図３および図７に示すように、初期の状態
では、上記回転子３１は下降位置にあり、その３つのモ
ニタガラス保持部４７，４７，４７はいずれも下降ステ
ーションＳ１，Ｓ３，Ｓ５に位置している。仮に、戻入
れステーションＳ１を移動開始位置とし、１つのモニタ
ガラス保持部４７を中心に回転子３１の１サイクルの動
きを説明すると、まず、回転アクチュエータ６ａが作動
して回転子３１が下降位置のままで６０度回動し、上記
モニタガラス保持部４７は戻入れステーションＳ１から
供給ステーションＳ２に移動する。その後、昇降アクチ
ュエータの作動により回転軸３０とともに回転子３１が
上昇し、この回転子３１の上昇により、モニタガラス保
持部４７に供給ステーションＳ２内のモニタガラスＭが
嵌合する。この状態で、回転アクチュエータ６ａが作動
し、回転子３１が上昇位置のままで６０度回動する。こ
の回動により、モニタガラス保持部４７はモニタガラス
Ｍを嵌合保持したまま供給カートリッジ３２の取出し口
５９から取出し、加熱ステーションＳ３まで移動する。
その後、昇降アクチュエータが作動して、回転軸３０と
ともに回転子３１が下降し、以上で回転子３１の１サイ
クルの動きが終了する。この回転子３１が下降後停止す
ることにより、モニタガラスＭは加熱ステーションＳ３
で所定時間予備加熱される。なお、２番目以降のモニタ
ガラスＭは、それに先行するモニタガラスＭが、モニタ
ステーションＳ５で成膜モニタのために使用されている
時間だけ、回転子３１の移動が停止するので、同時間だ
け加熱ステーションＳ３に停止する。

【００４７】回転子３１は、上記加熱ステーションＳ３
で所定時間停止した後、上記と同様の１サイクルの動き
を再開する。即ち、回転子３１が下降位置のままで６０
度回動して、上記加熱ステーションＳ３にいたモニタガ
ラスＭは、つぎの上昇ステーションＳ４に移動する。次
いで、回転子３１が上昇し、その上昇状態のままで６０
度回動する。この回動によりモニタガラスＭがモニタス
テーションＳ５に移動すると、回転子３１が下降し、以
上で回転子３１の１サイクルの動きが終了する。この
時、モニタガラスＭはカバー５２の開口５５に近接した
モニタ位置に配置され、その開口５５を通して蒸着材料
の飛散領域で露出する。

【００４８】次いで、使用済みのモニタガラスＭを回収
する際は、回転子３１が上記と同様の１サイクルの動き
を再開する。即ち、回転子３１が下降位置のままで６０
度回動することにより、モニタステーションＳ５にいた
使用済みのモニタガラスＭは、つぎの上昇ステーション
Ｓ６に移動する。回転子３１は、この上昇ステーション
Ｓ６で上昇した後、その上昇位置のままで６０度回動し
て戻入れステーションＳ１に移動する。この移動によ
り、モニタガラスＭは、戻入れ口６０から戻入れカート
リッジ３３内に入る。続いて回転子３１が下降し、以上
で回転子３１の１サイクルの動きが終了する。この時、
回転子３１のモニタガラス保持部４７は下降移動する
が、モニタガラスＭは戻入れカートリッジ３３内に残
る。なお、この時、後続のモニタガラスＭ，Ｍがそれぞ
れモニタステーションＳ５と、加熱ステーションＳ３と
に供給される。以下、同様にして、供給カートリッジ３
２内のモニタガラスＭを順次モニタステーションＳ５に
供給し、同時に使用済みのモニタガラスＭを戻入れカー
トリッジ３３内に回収する。

【００４９】次に、本実施例の光学式膜厚モニタ装置の
作用について説明する。予め、成膜プロセス条件に応じ
て、基板Ｇと同等の膜厚が得られるモニタガラスＭの適
性位置を実験的に計測しておけば、昇降手段４が、真空
槽１と気密状態で接続されたモニタユニット２ごとモニ
タガラスＭを上記適性位置まで昇降させることにより、
膜厚のモニタを正確かつ迅速に行うことができる。しか
も、真空槽１内を真空状態に保持したままで、モニタガ
ラス交換手段５がモニタガラスＭを交換するとともに、
昇降手段４がモニタガラスＭの高さ位置を変更すること
ができるので、モニタガラス交換手段５を多数枚のモニ
タガラスＭ，Ｍ，…を収容できるものとし、各層ごとに
モニタガラス交換手段５がモニタガラスＭを交換すると
ともに、各層ごとに昇降手段４がモニタガラスＭを適性
位置へ設定することにより、成膜作業を中断させること
なく、多層膜基板に対しても膜厚のモニタを正確かつ迅
速に行うことができる。

【００５０】さらに、モニタガラス高さ位置の変更は、
モニタガラスＭの膜厚を計測する光学機器系３とモニタ
ガラス設定位置までの光路を形成する光路筒８とが一体
に結合されたモニタユニット２を昇降させ、モニタガラ
スＭと光学機器系３との距離を変えることなく行うの
で、光学機器系３が安定した計測性能を発揮することが
できる。

【００５１】また、基板形状により基板Ｇの真の蒸着面
位置が通常と異なる場合でも、モニタユニット２を昇降
させてモニタガラスＭを通常の適性高さ位置からずらし
てやることにより、基板形状に合ったモニタ位置に追随
設定できる。なお、成膜の速度は蒸着源からの距離の２
乗に反比例する。そこで、基板Ｇの膜厚を基準となる膜
厚より変えたい場合には、昇降手段４がモニタユニット
２を昇降させてモニタガラスＭを故意に通常の適性高さ
位置からずらしてやることにより、基板Ｇの膜厚を任意
に制御することができる。例えば、モニタガラスＭの位
置を高くすると、相対的に基板Ｇの膜厚を厚くすること
ができる。逆に、モニタガラスＭの位置を低くすれば、
相対的に基板Ｇの膜厚を薄くすることができる。

【００５２】なお、上記実施例のように、基板Ｇを保持
する部材がドーム状の治具ドーム９であれば、モニタガ
ラスＭのモニタ高さを適性位置に置こうとすると、治具
ドーム９にモニタガラスＭを少し突っ込んだ状態になる
ことがある。そこで、モニタガラス交換手段５の各カー
トリッジ３２，３３を交換する場合や、治具ドーム９ご
と基板Ｇ，Ｇ，…を交換する場合の便を考え、昇降手段
４が、モニタユニット２を一定ストロークで大きく昇降
させ得るよう構成されていても良い。

【００５３】また、上記実施例では、光学機器系３が、
受光器１５と投光器１２の両方を有し、モニタガラスＭ
からの反射光ｂ２を基にして膜厚のモニタを行っていた
が、これに限られるものではなく、例えば、受光器１５
と投光器１２のうちのいずれか一方、例えば投光器１２
を光学機器系３に備え、他方の受光器１５とミラー１４
ｂとをモニタガラスＭの下方に設置してモニタガラスＭ
を透過する透過光ｂ３を基に膜厚のモニタを行うように
しても良い。

【００５４】さらに、上記実施例では、モニタガラス交
換手段５が多数枚のモニタガラスＭ，Ｍ，…を収容し得
る構造になっていたが、例えば、基板Ｇを支持する治具
ドーム９の近傍に回転可能に設けられ複数枚のモニタガ
ラスを支持可能なロータリ式のものであっても良く、必
ずしも多数枚を扱うものでなくとも良い。

【００５５】上記実施例では、昇降手段４が、回転する
３軸のボルト（ボールねじ）２３，２３，２３と各ボル
ト２３に螺合するナット２４で回転運動から直線運動へ
の伝達がなされる構造であったが、モニタユニット２を
昇降させる機構は上記の構造に限られず、例えば、昇降
リフト等直線運動のみで昇降が行われる構造であっても
良い。また、実施例のごとくボルトとナットで構成する
場合は、ボルトおよびナットの設置数に特に制限はな
い。

【００５６】

【発明の効果】以上のように、本発明の真空蒸着成膜装
置用光学式膜厚モニタ装置によれば、昇降手段が、真空
槽と気密状態で接続されたモニタユニットごとモニタガ
ラスを予め計測された適性位置まで昇降させることによ
り、膜厚のモニタを正確かつ迅速に行うことができる。
しかも、真空槽内を真空状態に保持したままで、モニタ
ガラス交換手段によるモニタガラスの交換および昇降手
段によるモニタガラス高さ位置の変更ができるので、成
膜作業を中断させることなく、多層膜基板に対しても膜
厚のモニタを正確かつ迅速に行うことができる。さら
に、モニタガラス高さ位置の変更は、モニタガラスの膜
厚を計測する光学機器系とモニタガラス設定位置までの
光路を形成する光路筒とが一体に結合されたモニタユニ
ットを昇降させ、モニタガラスと光学機器系との距離を
変えることなく行うので、光学機器系が安定した計測性
能を発揮することができる。

【００５７】また、基板形状により基板の真の蒸着面位
置が変化する場合でも、モニタユニットを昇降させてモ
ニタガラスを通常の適性高さ位置からずらしてやること
により、基板形状に合ったモニタガラス位置に追随設定
できる。さらに、基板の膜厚を基準となる膜厚より変え
たい場合には、モニタユニットを昇降させてモニタガラ
スを故意に通常の適性高さ位置からずらしてやることに
より、膜厚を任意に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る真空蒸着成膜装置用光学
式膜厚モニタ装置の断面図である。

【図２】上方から見た昇降手段の構成図である。

【図３】モニタガラス交換手段と光路筒の部分を拡大し
た断面図である。

【図４】光学機器系を拡大した側面図である。

【図５】図３におけるＸ−Ｘ線矢視図である。

【図６】回転子を示す平面図である。

【図７】モニタガラス交換手段の動作を説明する説明図
である。

【符号の説明】

１ 真空槽 ２ モニタユニット ４ 昇降手段 ５ モニタガラス交換手段 ８ 光路筒 １２ 投光器 １５ 受光器 １９ 昇降付与ホイール ２０ タイミングベルト ２２ アクチュエータ ２３ ボールねじ（ボルト） ２４ａ 雌ねじ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空槽内で成膜される基板の膜厚を制御
   するよう真空槽内に設定されたモニタガラスへ光を照射
   する投光器と、上記モニタガラスから来る光を検知する
   受光器と、上記投光器および受光器のうちの少なくとも
   一方と上記モニタガラスの設定位置との間で光の通路を
   形成する光路筒と、この光路筒の近傍に設けられ、上記
   モニタガラスの設定位置に対してモニタガラスの供給お
   よび回収を行うモニタガラス交換手段とを備え、上記投
   光器からの照射光と上記受光器による検知光との対比に
   より上記基板に対する膜厚をモニタする真空蒸着成膜装
   置用光学式膜厚モニタ装置において、 上記投光器および受光器のうちの少なくとも一方と、上
   記光路筒と、上記モニタガラス交換手段とは一体に結合
   されてモニタユニットを構成しており、 このモニタユニットは、真空槽に対しその気密状態を保
   持しつつ上下方向に昇降可能に設けられており、 上記モニタユニットを、真空槽に対して相対的に上下方
   向に昇降させる昇降手段を備えたことを特徴とする真空
   蒸着成膜装置用光学式膜厚モニタ装置。
2. 【請求項２】 昇降手段は、真空槽の上方の複数箇所に
   水平方向に回転可能に設けられたホイールと、これらホ
   イール間に掛け渡されたタイミングベルトと、このタイ
   ミングベルトに回転を付与するアクチュエータと、上記
   ホイールの軸心から鉛直方向へ延出し、ホイールの正逆
   回転に従動するボルトと、上記モニタユニットの周囲に
   形成され上記ボルトと螺合してボルトの回転運動を直線
   運動に変える雌ねじとからなっている請求項１記載の真
   空蒸着成膜装置用光学式膜厚モニタ装置。