JP2017066427A - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操作者の負担を増大させず目標とする膜色の成膜処理を実行可能な技術を提供する。
【解決手段】成膜装置は、成膜処理が実行されて処理チャンバーから搬出された基材の膜の色を測定する測色部と、測色部からの測定結果を基に測色された基材よりも後続の基材についての処理条件を補正する補正部と、を備える。このように、成膜装置が測色部および補正部を備える態様では、操作者の負担を増大させずに目標とする膜色の成膜処理を実行可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、搬送される基材の表面に膜を成膜する成膜装置に関する。

基材の表面に膜を成膜する際の成膜条件を調整することにより、得られる膜の色を調整する技術が知られている。この種の技術として、例えば、特許文献１および特許文献２には、乾式めっき法で赤味を帯びた金合金被膜を得る技術が開示されている。

再表２００８−１０８８１８号公報 特開２００３−８２４５２号公報

この種の技術では、まず、理論的な計算や試行錯誤により、目標とする色の膜を成膜するための成膜処理条件が求められる。その後、この成膜処理条件で、連続して搬送される複数の基材に順次に成膜処理を実行することにより、複数の基材について効率よく目標とする色の成膜を行うことができる。

しかしながら、連続搬送される複数の基材に対して順次に成膜処理を行う場合、成膜開始から数枚の基材については目標とする色の膜が得られるが、成膜開始からある程度の時間が経過した以降の各基材については目標とする色とは異なる色の膜しか得られなくなることがある。

このような現象は、連続して成膜処理を行う過程で処理チャンバー内の環境が変化することによって生じる。この環境変化としては、処理チャンバー内の各部（例えば、処理チャンバー内のガス比率を検出するセンサ）に意図せず膜付けが行われること等が挙げられる。

また、装置の操作者が得られた膜の色を測色計などで測定することにより、上記環境変化を把握することができるが、このような手法は操作者の手間を増大させることになり膜付きの基材を量産する場合には向かない。

そこで、本発明は、操作者の負担を増大させず目標とする膜色の成膜処理を実行可能な技術を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様にかかる成膜装置は、搬送される基材の表面に膜を成膜する成膜装置であって、その内部に処理空間を有する処理チャンバーと、前記処理チャンバー内を通過して前記基材を保持しつつ搬送する搬送部と、前記処理空間にガスを供給するガス供給部と、前記処理チャンバー内の気体を排出する排気部と、前記搬送部に保持された前記基材の前記表面に成膜処理を実行する成膜処理部と、前記成膜処理が実行されて前記処理チャンバーから搬出された前記基材の前記膜の色を測定する測色部と、前記測色部からの測定結果を基に、測色された基材よりも後続の基材についての成膜処理条件を補正する補正部と、を備える。

本発明の第２の態様にかかる成膜装置は、本発明の第１の態様にかかる成膜装置であって、前記測色部を移動させる移動部、をさらに備え、前記搬送部による前記基材の搬送と前記移動部による前記測色部の移動とが同期されて前記基材と前記測色部とが相対的に静止された状態で、前記測色部が前記膜の色を測定することを特徴とする。

本発明の第３の態様にかかる成膜装置は、本発明の第２の態様にかかる成膜装置であって、前記測色部は測定対象箇所にその一部を接触させて測定する接触型の測定器であり、前記移動部によって前記測色部が前記膜に近づけられ前記測色部の前記一部が前記膜に押し当てられた際に、その接触状態を保ちつつ前記測色部を押し当て方向の反対方向に逃がす逃げ機構、をさらに備えることを特徴とする。

本発明の第４の態様にかかる成膜装置は、本発明の第１の態様ないし第３の態様のいずれかにかかる成膜装置であって、前記測色部は、前記基材の表面に平行な面内で前記基材の搬送方向と直交する幅方向に沿って複数の箇所で前記膜の色を測定可能であることを特徴とする。

本発明の第５の態様にかかる成膜装置は、本発明の第４の態様にかかる成膜装置であって、前記ガス供給部は、前記幅方向に沿って設けられ前記処理空間の内部に開口した複数のガス供給口を有し、前記補正部は、前記測色部による前記幅方向での測定結果を基に、前記複数のガス供給口からの各ガス供給量を補正することを特徴とする。

本発明の第６の態様にかかる成膜装置は、本発明の第４の態様または第５の態様にかかる成膜装置であって、前記成膜処理部は、前記処理空間の内部で前記幅方向に沿って設けられた複数のプラズマ生成部を有し、前記補正部は、前記測色部による前記幅方向での測定結果を基に、前記複数のプラズマ生成部に対する各電力供給量を補正することを特徴とする。

本発明の第１の態様ないし第６の態様にかかる成膜装置は、成膜処理が実行されて処理チャンバーから搬出された基材の膜の色を測定する測色部と、測色部からの測定結果を基に測色された基材よりも後続の基材についての処理条件を補正する補正部と、を備える。このように、成膜装置が測色部および補正部を備える態様では、操作者の負担を増大させずに目標とする膜色の成膜処理を実行可能である。

スパッタリング装置の概略構成を模式的に示す断面模式図である。 スパッター処理部およびその周辺を示す断面模式図である。 誘導結合アンテナの例を示す側面図である。 スパッター処理部およびその周辺を示す斜視図である。 測色ユニットの構成を模式的に示す斜視図である。 測定処理におけるタイミングチャートである。 測定処理における基材と測色ユニットとの動作を説明する模式的な側面図である。 測定処理における基材と測色ユニットとの動作を説明する模式的な側面図である。 測定処理における基材と測色ユニットとの動作を説明する模式的な側面図である。 測定処理における基材と測色ユニットとの動作を説明する模式的な側面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図面では同様な構成および機能を有する部分に同じ符号が付され、重複説明が省略される。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であり、本発明の技術的範囲を限定する事例ではない。また、図面においては、理解容易のため、各部の寸法や数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。また、図面には、方向を説明するためにＸＹＺ直交座標軸がふされる場合がある。座標軸における＋Ｚ方向は鉛直上方向であり、ＸＹ平面は水平面である。

＜１ 実施形態＞
＜１．１ スパッタリング装置１の構成＞
図１は、スパッタリング装置１の概略構成を模式的に示す断面模式図である。図２は、スパッター処理部５０およびその周辺を示す断面模式図である。図３は、誘導結合アンテナ１５１の例を示す側面図である。図４は、スパッター処理部５０およびその周辺を示す斜視図である。図５は、測色ユニット２００の構成を模式的に示す斜視図である。

スパッタリング装置１は、搬送される基材９１の上面に窒化チタン膜をスパッター成膜する装置である。基材９１は、例えば、ＳＵＳ板などにより構成される。また、基材９１に対して成膜処理が行われて得られる積層体は、例えば、インテリアまたはエクステリアにおける装飾材料として用いられる。

スパッタリング装置１は、前室９９と、処理室１００（処理チャンバー）と、後室１０１と、基材９１を搬送する搬送部３０と、スパッタリング装置１の各部を統括制御する制御部１９０とを備える。前室９９、処理室１００、および、後室１０１は、直方体形状の外形を呈する中空部材であり、その底板および天板が水平姿勢となるように基材９１の搬送方向（Ｘ方向）に沿って連結されている。また、Ｘ軸およびＹ軸の各々は、前室９９、処理室１００、および、後室１０１の側壁と平行な軸である。

処理室１００には、搬送される基材９１の上面にスパッターにより成膜処理を実行するスパッター処理部５０が設けられる。また、処理室１００には、さらに、スパッター処理部５０の周囲を取り囲むように配置された筒状の遮蔽部材であるチムニー６０が設けられる。チムニー６０は、スパッター処理部５０にて発生するプラズマの範囲やターゲットからスパッタされたスパッタ粒子の飛散範囲を制限するシールドとしての機能と、チムニー内部の雰囲気を外部と遮断する雰囲気遮断機能と、を有する。以下では、処理室１００の内部空間のうち、チムニー６０の内側でありスパッター処理が実行される空間を処理空間Ｖと呼ぶ。

処理室１００内には、水平な搬送経路面Ｌがチムニー６０の下方に規定されている。搬送経路面Ｌの延在方向はＸ軸方向であり、基材９１はＸ軸方向に沿って搬送される。

また、スパッタリング装置１は、処理室１００内を搬送される基材９１を加熱する板状の加熱部４０を備える。加熱部４０は、例えば、搬送経路面Ｌの下側に配置されたシースヒータによって構成される。

処理室１００の−Ｘ側（搬送方向の上流側）には前室９９が連結されており、前室９９と処理室１００との間には基材９１を前室９９から処理室１００へと搬送するためのゲート１６０が設けられる。また、前室９９の−Ｘ側（搬送方向の上流側）には基材９１を前室９９の外部から前室９９へと搬送するためのゲート１５９が設けられる。

他方、処理室１００の＋Ｘ側（搬送方向の下流側）には後室１０１が連結されており、処理室１００と後室１０１との間には基材９１を処理室１００から後室１０１へと搬送するためのゲート１６１が設けられる。また、後室１０１の＋Ｘ側（搬送方向の下流側）には基材９１を後室１０１からから後室１０１の外部へと搬送するためのゲート１６２が設けられる。各ゲート１５９〜１６２は、開閉の切替可能に構成される。

前室９９、処理室１００、後室１０１には、それぞれ各室内の気体を排気する排気部１６９、１７０、１７１が接続されている。各排気部１６９、１７０、１７１は、例えば、それぞれ図示省略の真空ポンプと、排気配管と、排気バルブと備える。排気配管は、一端が真空ポンプに接続され、他端が各室の内部空間に連通接続される。また、排気バルブは、排気配管の経路途中に設けられる。排気バルブは、具体的には、排気配管を流れるガスの流量を自動調整できるバルブである。この構成において、真空ポンプが作動された状態で、排気バルブが開放されると、各室内の気体が排気され、各室内が真空状態とされる。制御部１９０が排気部１６９、１７０、１７１による排気を制御することで、前室９９、処理室１００、後室１０１内の圧力が特定の値に調整される。

搬送部３０は、Ｙ方向において搬送経路面Ｌを挟んで対向配置された搬送ローラ３１の複数の対と、これらを同期させて回転駆動する駆動部（図示省略）とを含んで構成される。搬送ローラ３１は、搬送経路面Ｌの延在方向であるＸ方向に沿って複数対設けられる。なお、図１では、１４対の搬送ローラ３１の図示手前側（−Ｙ側）に位置する１４個のローラが描かれている。

キャリア９０は板状のトレーなどによって構成され、基材９１はキャリア９０の略水平な上面に着脱可能に保持される。なお、キャリア９０における基材９１の保持態様は、真空吸着方式により基材９１を保持する態様やチャックピン等で機構的に基材９１を把持する態様など種々の態様を採用しうる。

各搬送ローラ３１が、基材９１が配設されたキャリア９０±Ｙ側の端縁付近に下方から当接する。そして、駆動部（図示省略）によって各搬送ローラ３１が同期回転されることによって、キャリア９０およびキャリア９０に保持される基材９１が搬送経路面Ｌに沿って搬送される。本実施形態では、各搬送ローラ３１が時計回りおよび反時計回りの双方に回転可能であり、キャリア９０およびキャリア９０に保持される基材９１が双方向（±Ｘ方向）に搬送される態様について説明する。搬送経路面Ｌは、スパッター処理部５０（成膜処理部）に対向した被成膜箇所Ｐを含む。このため、搬送部３０によって搬送される基材９１の上面のうち被成膜箇所Ｐに配される箇所に成膜処理が行われる。

また、後室１０１よりも＋Ｘ側には、成膜処理が実行されて処理室１００から搬出された基材９１の膜の色を測定する測色ユニット２００が設けられる。

測色ユニット２００は、ＹＺ面に沿って設けられた第１板状部材２０１と、第１板状部材２０１の＋Ｘ側に設けられＹ方向に間隔をあけてＺ方向に沿う２つのリニアレール２０２と、ＹＺ面に沿って設けられ２つのリニアレール２０２に沿って上下に移動可能な第２板状部材２０３と、第２板状部材２０３の＋Ｘ側に設けられＹ方向に間隔をあけてＺ方向に沿う２つのリニアレール２０４と、２つのリニアレール２０４に沿って上下に移動可能な連結部２０５と、Ｙ方向に間隔をあけて連結部２０５に固定保持される３つの測色部２０６と、を備える。なお、図１および後述する図７〜図１０では、３つの測色部２０６のうち図示手前側（−Ｙ側）の測色部２０６のみが描かれている。

各測色部２０６は、例えば、光源（図示省略）と、光源から出射された出射光を測色部の外部へと通過させる窓部２０７と、出射光が窓部２０７の外側で反射して窓部２０７の内側に進行する反射光を分光して検出する分光検出部（図示省略）と、を有する。より具体的には、各測色部２０６は、測定対象箇所にその窓部２０７を接触させて測定する接触型の測定器である。

本実施形態では搬送される基材９１の上面に成膜処理が行われるため、各測色部２０６はその下端が同じ高さとなるように各窓部２０７を下向きにして搬送経路面Ｌよりも上方に配される。

スパッタリング装置１では、さらに、測色ユニット２００をＺ方向およびＸ方向に沿って移動させる移動部２０９が設けられる。移動部２０９は、図示しないＺ方向駆動機構（例えば、モータ、ボールネジ等を含む機構）によって、第２板状部材２０３を２つのリニアレール２０２に沿って昇降させる。これにより、測色ユニット２００がＺ方向に沿って昇降される。また、移動部２０９は、図示しないＸ方向駆動機構（例えば、モータ、ボールネジ等を含む機構）によって、測色ユニット２００をＸ方向に沿って移動させる。測色ユニット２００の移動態様については、後述する＜１．２ 処理例＞において詳述する。

制御部１９０は、測色部２０６とシリアル通信で接続されており、測色部２０６からの測定結果をリアルタイムで収集することが可能である。制御部１９０は、この測定結果を基に測色された基材９１よりも後続の基材９１についての成膜処理条件を補正する補正部としての機能を有する。

スパッタリング装置１は、処理空間Ｖに不活性ガスであるアルゴンガスなどのスパッターガスを供給するスパッターガス供給部５１０と、処理空間Ｖに窒素ガスなどの反応性ガスを供給する反応性ガス供給部５２０とを備える。したがって、スパッターガス供給部５１０および反応性ガス供給部５２０の双方がガスを供給した場合には、まず処理空間Ｖ内にスパッターガスと反応性ガスとの混合雰囲気が形成され、時間経過とともに処理室１００の内部空間全体にもこの混合雰囲気が形成される。

スパッターガス供給部５１０は、具体的には、例えば、スパッターガスの供給源であるスパッターガス供給源５１１と、配管５１２とを備える。配管５１２は、一端がスパッターガス供給源５１１と接続され、他端が処理空間Ｖと連通する各ノズル５１４に接続される。また、配管５１２の経路途中には、バルブ５１３が設けられる。バルブ５１３は、制御部１９０の制御下で処理空間Ｖに供給されるスパッターガスの量を調整する。バルブ５１３は、配管を流れるガスの流量を自動調整できるバルブであることが好ましく、具体的には、例えば、マスフローコントローラ等を含んで構成することが好ましい。

各ノズル５１４は、回転カソード５、６間に設けられた１列の誘導結合アンテナ１５１の±Ｘ側に設けられ、処理室１００の天板を貫通して下側に向けて開口している。このため、スパッターガス供給源５１１から供給されたスパッターガスは、各ノズル５１４から処理空間Ｖに導入される。

反応性ガス供給部５２０は、具体的には、例えば、反応性ガスの供給源である反応性ガス供給源５２１と、配管５２２とを備える。配管５２２は、一端が反応性ガス供給源５２１と接続され、他端が複数（図４の例では、６つ）に分岐して処理空間Ｖに設けられた複数のノズル１２（図４の例では、＋Ｘ側と−Ｘ側とにそれぞれ３つずつ計６つのノズル１２）に接続される。配管５２２の経路途中には、バルブ５２３が設けられる。バルブ５２３は、制御部１９０の制御下で処理空間Ｖに供給される反応性ガスの量を調整する。

各ノズル１２は、処理空間Ｖのうち下方の領域においてＹ方向に延在するように設けられている。配管５２２の各他端は、各ノズル１２のＸ方向両端面のうち外側の各端面と接続されている。各ノズル１２には、当該各端面に開口して配管５２２の他端と接続されるとともにノズル内部で複数に分岐する各流路が形成されている。各流路の先端はノズル１２のＸ方向両端面のうち内側の各端面に達して開口し、この各端面には複数の吐出口１１が形成される。

＋Ｘ側の各ノズル１２の上方には、光ファイバーのプローブ１３が設けられる。また、プローブ１３に入射するプラズマ発光の分光強度を測定可能な分光器１４が設けられている。分光器１４は制御部１９０と電気的に接続されており、分光器１４の測定値は制御部１９０に供給される。制御部１９０は、分光器１４の出力に基づいて、プラズマエミッションモニター（ＰＥＭ）法によりバルブ５２３を制御することで、反応性ガス供給部５２０から処理室１００内に供給される反応性ガスの導入量を制御する。バルブ５２３は、配管を流れるガスの流量を自動調整できるバルブであることが好ましく、例えば、マスフローコントローラ等を含んで構成することが好ましい。

また、スパッタリング装置１は、前室９９に不活性ガスである窒素ガスを供給する窒素ガス供給部５３０と、後室１０１に不活性ガスである窒素ガスを供給する窒素ガス供給部５４０とを備える。

窒素ガス供給部５３０は、具体的には、例えば、窒素ガスの供給源である窒素ガス供給源５３１と、配管５３２とを備える。配管５３２は、一端が窒素ガス供給源５３１と接続され、他端が前室９９内の空間と連通する各ノズルに接続される。また、配管５３２の経路途中には、バルブ５３３が設けられる。バルブ５３３は、制御部１９０の制御下で前室９９内の空間に供給される窒素ガスの量を調整する。バルブ５３３は、配管を流れるガスの流量を自動調整できるバルブであることが好ましく、具体的には、例えば、マスフローコントローラ等を含んで構成してもよい。各ノズルは、前室９９の天板を貫通して下側に向けて開口している。このため、窒素ガス供給源５３１から供給された窒素ガスは、各ノズルから前室９９内の空間に導入される。窒素ガス供給部５４０も、窒素ガス供給部５３０と同様の構成であり、窒素ガス供給源５４１と、配管５４２と、バルブ５４３と、後室１０１の天板を貫通して下側に向けて開口する各ノズルと、を備える。なお、前室９９および後室１０１にガスを供給する態様としては、本実施形態のように窒素ガスを供給する態様の他に、ドライエアーを供給する態様であっても構わない。

スパッター処理部５０は、２つの回転カソード５、６と、２つの回転カソード５、６をそれぞれの中心軸線回りに回転させる２つの回転部１９と、２つの回転カソード５、６の内部にそれぞれ収容される２つの磁石ユニット２１、２２と、２つの回転カソード５、６にそれぞれスパッター電力を供給するスパッター用電源１６３と、を備える。

回転カソード５、６は、処理空間ＶにおいてＸ方向に一定距離を隔てて対向配置されて、カソード対として構成される。このように回転カソード５、６が並設されることにより、基材９１上の被成膜箇所Ｐにラジカルがより集中し、スパッター処理により得られる膜の膜質が向上しうる。

スパッター処理部５０は、回転カソード５、６間に設けられた１列の誘導結合アンテナ１５１と、整合回路１５４と、整合回路１５４を介して各誘導結合アンテナ１５１に高周波電力を供給する高周波電源１５３とをさらに備える。

ここで、１列の誘導結合アンテナ１５１（プラズマ生成部）とは、Ｙ方向に沿って間隔をあけて設けられた５つの誘導結合アンテナ１５１のことを意味する。

このため、高周波電源１５３が各誘導結合アンテナ１５１に高周波電力（例えば、周波数１３．５６ＭＨｚの電力）を供給することにより、チムニー６０の内部に設けられた各誘導結合アンテナ１５１が処理空間Ｖ内に誘導結合プラズマを生成する。

各誘導結合アンテナ１５１は、石英硝子などからなる誘電体の保護部材１５２によって覆われて、処理室１００の天板を貫通して処理室１００の内部空間に突出して設けられる。

各誘導結合アンテナ１５１は、例えば、図３に示されるように、金属製のパイプ状導体をＵ字形に曲げたものであり、「Ｕ」の字の状態で処理室１００の天板を貫通して処理室１００の内部空間に突設されている。誘導結合アンテナ１５１は、内部に冷却水を循環させるなどして、適宜、冷却されている。

各誘導結合アンテナ１５１の一端は、整合回路１５４を介して、高周波電源１５３に電気的に接続されている。また、各誘導結合アンテナ１５１の他端は接地されている。この構成において、高周波電源１５３から誘導結合アンテナ１５１に高周波電力が供給されると、誘導結合アンテナ１５１の周囲に高周波誘導磁界が生じ、処理室１００の内部空間に誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasｍa：ＩＣＰ）が発生する。この誘導結合プラズマは、電子の空間密度が３×１０^１０個／ｃｍ^３以上の高密度プラズマである。

また、本実施形態のようにＵ字形状の誘導結合アンテナ１５１は、巻数が一周未満の誘導結合アンテナに相当し、巻数が一周以上の誘導結合アンテナよりもインダクタンスが低い。このため、誘導結合アンテナ１５１の両端に発生する高周波電圧が低減され、生成するプラズマへの静電結合に伴うプラズマ電位の高周波揺動が抑制される。このため、対地電位へのプラズマ電位揺動に伴う過剰な電子損失が低減され、プラズマ電位が特に低く抑えられる。これにより、基材９１上へのダメージを低減することが可能となる。

磁石ユニット２１（２２）は、回転カソード５（６）の外周面のうち自身の近傍で磁界（静磁場）を形成する。回転カソード５、６間に設けられた１列の誘導結合アンテナ１５１は、処理空間Ｖのうち磁石ユニット２１、２２によって磁界が形成されている部分を含む空間に誘導結合プラズマを発生する。

回転カソード５（６）は、水平面内において搬送方向に垂直なＹ方向に延設された筒状のベース部材８と、ベース部材８の外周を被覆する筒状のターゲット１６とを備えて構成されている。ベース部材８は導電体であり、ターゲット１６の材料としては窒化チタン成膜用のチタン（Ｔｉ）を含む材料が用いられる。なお、回転カソード５（６）がベース部材８を含まず、円筒状のターゲット１６によって構成されてもよい。ターゲット１６の形成は、例えば、ターゲット材料の粉末を圧縮成型して筒状に形成し、その後、ベース部材８を挿入する手法などによって行われる。

本明細書では、並設される回転カソード５、６およびそれぞれの内部に配される磁石ユニット２１、２２を一体的に表現する場合には、マグネトロンカソード対と呼ぶ。

各ベース部材８の中心軸線２（３）方向の両端部は、中央部に円状の開口が設けられた蓋部によってそれぞれ塞がれている。回転カソード５（６）の中心軸線２（３）方向の長さは、例えば、１，４００ｍｍに設定され、直径は、例えば、１５０ｍｍに設定される。

スパッター処理部５０は、２対のシール軸受９、１０と、２つの円筒状の支持棒７とをさらに備えている。シール軸受９、１０の各対は、回転カソード５（６）の長手方向（Ｙ方向）において回転カソード５（６）を挟んで設けられている。シール軸受９、１０は、それぞれ、処理室１００の天板の下面から立設された台部と、台部の下部に設けられた略円筒状の円筒部とを備えている。

各支持棒７の一端はシール軸受９の円筒部に軸受けされ、他端はシール軸受１０の円筒部に軸受けされている。各支持棒７は、ベース部材８の一端の蓋部の開口から回転カソード５（６）内に挿入されて、回転カソード５（６）を中心軸線２（３）に沿って貫通し、ベース部材８の他端の蓋部の開口から回転カソード５（６）外に出されている。

磁石ユニット２１（２２）は、透磁鋼などの磁性材料により形成されたヨーク２５（支持板）と、ヨーク２５上に設けられた複数の磁石（後述する中央磁石２３ａ、周辺磁石２３ｂ）とを備えて構成されている。

ヨーク２５は、平板状の部材であり、回転カソード５（６）の内周面に対向して回転カソード５の長手方向（Ｙ方向）に延在している。回転カソード５、６の内周面に対向するヨーク２５の表面上には、ヨーク２５の長手方向に延在する中央磁石２３ａが、ヨーク２５の長手方向に沿った中心線上に配置されている。ヨーク２５の表面の外縁部には、中央磁石２３ａの周囲を囲む環状（無端状）の周辺磁石２３ｂが、さらに設けられている。中央磁石２３ａ、周辺磁石２３ｂは、例えば、永久磁石によって構成される。

中央磁石２３ａと周辺磁石２３ｂとのそれぞれのターゲット１６側の極性は、互いに異なっている。また、２つの磁石ユニット２１、２２におけるそれぞれの極性は相補的に構成される。例えば、磁石ユニット２１ではターゲット１６側における中央磁石２３ａの極性がＮ極とされ周辺磁石２３ｂの極性がＳ極とされる一方で、磁石ユニット２２ではターゲット１６側における中央磁石２３ａの極性がＳ極とされ周辺磁石２３ｂの極性がＮ極とされる。

ヨーク２５の裏面には、固定部材２７の一端が接合されている。固定部材２７の他端は、支持棒７に接合されている。これにより、磁石ユニット２１、２２は支持棒７に連結される。本実施形態では、マグネトロンカソード対を構成する磁石ユニット２１、２２が、互いに向き合う位置から被成膜箇所Ｐに近づく−Ｚ方向に所定角度だけ回転された状態で固定されている。このため、回転カソード５、６の間でかつ被成膜箇所Ｐ側の空間には、磁石ユニット２１、２２間によって相対的に強い静磁場が形成される。

各シール軸受９の台部には、モータと、モータの回転を伝達するギア（それぞれ図示省略）を備えた回転部１９が設けられている。また、回転カソード５、６のベース部材８の＋Ｙ側の蓋部の開口部の周囲には、各回転部１９のギアと噛み合うギア（図示省略）が設けられている。

各回転部１９は、モータの回転によって中心軸線２（３）を中心に回転カソード５（６）を回転させる。より詳細には、回転部１９は、回転カソード５、６のそれぞれの外周面のうち互いに対向している部分が下側から上側に向けてそれぞれ移動するように、中心軸線２、３回りで互いに逆方向に回転カソード５、６を回転させる。回転速度は例えば１０〜２０回転／分に設定され、スパッター処理の期間中は上記した回転速度および回転方向で定速回転される。また、回転カソード５、６は、シール軸受１０および支持棒７を介して内部に冷却水を循環させるなどして、適宜、冷却されている。

スパッター用電源１６３に接続される電線は、２つに分岐して回転カソード５、６の各シール軸受１０内に導かれている。各電線の先端には、回転カソード５、６のベース部材８の−Ｙ側の蓋部に接触するブラシが設けられている。スパッター用電源１６３は、このブラシを介してベース部材８に、スパッター電力を供給する。本実施形態では、スパッター用電源１６３が回転カソード５、６に負電位の直流電力を供給する。この他にも、例えば、スパッター用電源１６３が回転カソード５、６に相互に逆位相の交流スパッター電力を供給する態様であっても構わないし、スパッター用電源１６３が回転カソード５、６に負電位と正電位とからなるパルス状の電力を供給する態様であっても構わない。

各ベース部材８（ひいては、各ターゲット１６）にスパッター電力が供給されると、処理空間Ｖの各ターゲット１６の表面にスパッターガスのプラズマが生成される。このプラズマは、磁石ユニット２１、２２が形成する静磁場によって、回転カソード５、６間でかつ被成膜箇所Ｐ側の空間に高密度に閉じ込められる。本明細書では、このように磁界閉じ込め効果によって高密度化されたプラズマをマグネトロンプラズマと呼ぶ。本実施形態のようにマグネトロンカソード対がマグネトロンプラズマを生成する態様では、１つのマグネトロンカソードがマグネトロンプラズマを生成する場合よりもプラズマが高密度化される。このため、本実施形態の態様は成膜レート向上の観点から望ましい。

上述の通り、回転カソード５、６間に設けられた１列の誘導結合アンテナ１５１は、処理空間Ｖのうち磁石ユニット２１、２２によって磁界が形成されている部分を含む空間に誘導結合プラズマを発生する。その結果、マグネトロンカソード対により発生するマグネトロンプラズマと誘導結合アンテナ１５１によって発生する誘導結合プラズマとが互いに重なり合い、混合プラズマが形成される。誘導結合アンテナ１５１が発生させた高密度の誘導結合プラズマも、磁石ユニット２１、２２が回転カソード５、６の外周面の近傍に形成する磁界によるマグネトロンプラズマとともに、ターゲット１６のスパッターに寄与する。

このように誘導結合プラズマをスパッターに寄与させる場合、誘導結合プラズマの寄与がない場合に比べて、回転カソード５、６に供給するスパッター電力の大きさが同一でもスパッター電圧を低くすることができる（インピーダンスを低くすることができる）。これにより、ターゲット１６から飛翔する反跳アルゴンや負イオンが基材９１の被成膜面に与えるダメージが低下しつつ、高成膜レートで成膜処理が実行される。

スパッター処理では、処理室１００の処理空間Ｖにスパッターガスとしてアルゴンガスを、反応性ガスとして窒素ガスを導入して、上記混合プラズマの雰囲気において回転カソード５、６の外周を被覆するチタンのターゲット１６をスパッターし、当該ターゲット１６に対向する基材９１上に窒化チタン膜を成膜する。

スパッタリング装置１が備える各構成要素は、制御部１９０と電気的に接続されており、当該各構成要素は制御部１９０により制御される。制御部１９０は、具体的には、例えば、各種演算処理を行うＣＰＵ、プログラム等を記憶するＲＯＭ、演算処理の作業領域となるＲＡＭ、プログラムや各種のデータファイルなどを記憶するハードディスク、ＬＡＮ等を介したデータ通信機能を有するデータ通信部等がバスラインなどにより互いに接続された、一般的なコンピュータにより構成される。また、制御部１９０は、各種表示を行うディスプレイ、キーボードおよびマウスなどで構成される入力部１９１と接続されている。入力部１９１は、例えば、装置の操作者が成膜処理の処理条件等を指定して入力する際に用いられる。

＜１．２ 処理例＞
まず、装置の操作者が入力部１９１から所定の処理条件（例えば、各ガスの供給量、スパッター電圧値、高周波電力値、チャンバー内の圧力値など）や得られる膜についての目標とする色情報を入力する。

そして、入力部１９１から入力された処理条件に基づき、制御部１９０の制御下で、スパッター処理が実行される。

まず、窒素ガス供給部５３０により前室９９の空間内に窒素ガス雰囲気が形成される。また、スパッターガス供給部５１０および反応性ガス供給部５２０により、処理空間Ｖ内に指定されたガス比率における混合雰囲気が形成される。また、窒素ガス供給部５４０により後室１０１の空間内に窒素ガス雰囲気が形成される。

高周波電源１５３により回転カソード５、６間に配される各誘導結合アンテナ１５１に高周波電力が供給される。これにより、処理空間Ｖに誘導結合プラズマが生成される。また、処理空間Ｖに誘導結合プラズマが生成されると、処理室１００内でプラズマ処理を行うのに適したプロセス圧に到達するまで、排気部１７０が処理室１００内の気体を排気する。処理室１００内の圧力がプロセス圧に達すると、スパッター用電源１６３により回転カソード５、６にスパッター電力が供給される。これにより、処理空間ＶのＹ方向中央位置にマグネトロンプラズマが生成される。その結果、処理空間ＶのＹ方向中央位置に（具体的には、回転カソード５、６間でかつ被成膜箇所Ｐ側の空間に）おいて、マグネトロンプラズマと誘導結合プラズマとの混合プラズマが形成される。

搬送機構３０が、基材９１を＋Ｘ方向に搬送し、ゲート１５９から前室９９内に基材９１を搬入する。そして、排気部１６９が前室９９内の気体を排気して、前室９９内の圧力が処理室１００内の圧力と略同一とされる。

搬送機構３０が、基材９１を＋Ｘ方向に搬送してゲート１６０から処理室１００内に基材９１を搬入した後、搬送経路面Ｌに沿って基材９１を往復搬送する。より具体的には、搬送機構３０は、基材９１が被成膜箇所Ｐを複数回通過するように、基材９１を搬送経路面Ｌに沿って±Ｘ方向に移動させる。また、加熱部４０が搬送される基材９１を加熱する。その結果、搬送される基材９１の上面には、回転カソード５、６のターゲット１６からスパッターされた窒化チタン粒子が結晶化して堆積し、窒化チタン膜が成膜される。

その後、所定の処理時間が経過すると、スパッター処理が終了する。具体的には、スパッター用電源１６３による回転カソード５、６へのスパッター電圧の印加が停止される。スパッターガス供給源５１１によるスパッターガスの供給が停止される。また、反応性ガス供給源５２１による反応性ガスの供給が停止される。また、高周波電源１５３による各誘導結合アンテナ１５１への高周波電力の供給が停止される。

このとき、排気部１７１が後室１０１内の気体を排気して、後室１０１内の圧力が処理室１００内の圧力と略同一とされる。搬送機構３０が、基材９１を＋Ｘ方向に搬送し、ゲート１６１から後室１０１内に成膜処理済みの基材９１を搬入する。そして、排気部１７１による排気が停止され、窒素ガス供給部５４０による窒素が供給されて、後室１０１内の圧力が大気圧と略同一とされる。

その後、搬送機構３０が、基材９１を＋Ｘ方向に搬送し、ゲート１６２から後室１０１の外部に基材９１を搬出する。

これにより、１枚の基材９１に対するスパッター処理が終了し、該１枚の基材９１に対しては次に膜色の測定処理が実行される。

図６は、測定処理におけるタイミングチャートである。図６中において、横軸は経過時間を示す。また、縦軸は、各測色部２０６による測定機能がＯＮかＯＦＦか、各測色部２０６の各窓部２０７と基材９１の上面とが接触状態か非接触状態か、各測色部２０６のＸ方向移動速度がいくらか、を示す。なお、図６中において、速度Ｖ１とは基材９１の＋Ｘ方向搬送速度と同一の速度であり、速度Ｖ２とは−Ｘ方向の所定の速度である。

また、図７〜図１０は、測定処理における基材９１と測色ユニット２００との動作を説明する模式的な側面図である。

成膜後の基材９１は、ゲート１６２から後室１０１の外部に搬出された後も、一定の速度Ｖ１で＋Ｘ方向に搬送されている。そして、成膜処理では、まず時刻ｔ０〜ｔ１において、移動部２０９が測色ユニット２００を＋Ｘ方向に向けて加速させつつ移動させる（図７）。

測色ユニット２００の＋Ｘ方向への移動速度が速度Ｖ１に達すると、この速度Ｖ１が維持された状態で、時刻ｔ１〜ｔ２において、移動部２０９が第２板状部材２０３を所定距離だけ下向きに移動させる（図８）。これにより、各測色部２０６の各窓部２０７が基材９１の上面に接触する。

ここで、第２板状部材２０３に設けられた２つのリニアレール２０４と２つのリニアレール２０４に沿って自在に上下に移動可能な連結部２０５とが、移動部２０９によって各測色部２０６が基材９１上の膜に近づけられ窓部２０７が膜に押し当てられた際に、その接触状態を保ちつつ測色部２０６を押し当て方向の反対方向（上方向）に逃がす逃げ機構として機能する。したがって、各窓部２０７と基材９１との衝突力が和らげられ、基材９１の上面に形成された膜が損傷することが有効に抑制される。

そして、搬送部３０による基材９１の＋Ｘ方向の搬送と移動部２０９による各測色部２０６の＋Ｘ方向の移動とが同期されて基材９１と測色部２０６とが相対的に静止された期間（時刻ｔ２〜ｔ５）のうち一定期間（時刻ｔ３〜ｔ４）に、各測色部２０６が基材９１上の膜の色を測定する（図９）。時刻ｔ３〜ｔ４の測定期間は、例えば、１秒程度である。これにより、基材９１に成膜された膜の色が、Ｙ方向に間隔をあけた３箇所について測定される。

この測定結果は、制御部１９０に送信され、後続の基材９１についての処理条件を補正する際に利用される。具体的には、測定で得られた膜の色情報（例えば、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系における各値）が目標とする色情報（例えば、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系における各値）と一致する場合には、スパッター処理における現状の処理条件が維持される。また、測定で得られた膜の色情報が目標とする色情報と異なる場合には、スパッター処理における現状の処理条件に所定の補正処理が施される。

ここで、ｎ枚目（ｎは自然数）の基材９１について測定処理が終了した際に、ｎ＋１枚目の基材９１が未だスパッター処理を施されていないタイミングであれば、ｎ＋１枚目以降の基材９１に対するスパッター処理で該補正処理が反映される。他方、ｎ枚目（ｎは自然数）の基材９１について測定処理が終了した際に、ｎ＋１枚目の基材９１が既にスパッター処理を施されているタイミングであれば、ｎ＋２枚目以降の基材９１に対するスパッター処理で該補正処理が反映される。

測定が終了すると、測色ユニット２００の移動速度が速度Ｖ１に維持された状態で、時刻ｔ５〜ｔ６において、移動部２０９が第２板状部材２０３を所定距離だけ上向きに移動させる（図１０）。これにより、各測色部２０６の各窓部２０７が基材９１の上面と離間する。

各窓部２０７と基材９１の上面とが離間した後、成膜処理および測定処理を実行された基材９１は引き続き＋Ｘ方向に移動してスパッタリング装置１の外部へと搬出される。また、各窓部２０７と基材９１の上面とが離間した後、測色ユニット２００は、時刻ｔ６〜ｔ９において、＋Ｘ方向への移動速度を減速させて−Ｘ方向に移動され、測定処理の初期位置に戻る。これにより、後続の基材９１についても測定処理を実行可能となる。

＜１．３ 効果＞
本実施形態では、スパッタリング装置１が処理室１００から搬出された基材９１の膜の色を測定する測色部２０６を備え、その測色結果を基に測色された基材９１よりも後続の基材９１についての処理条件が定められる。このように、スパッタリング装置１が測色部２０６を備える態様では、装置の操作者が手動により測色計で膜の色を測定する他の態様に比べ、測色の手間が低減される。

また、本実施形態では、測色部２０６により得られた測定結果がシリアル通信によりリアルタイムで制御部１９０に送信され、制御部１９０がこの測定結果を基にスパッター処理の成膜処理条件を補正する。このように、測色結果の通信や成膜処理条件の補正が自動化される態様では、測色の結果を簡易迅速に成膜処理条件に反映させることができる。

また、上述したように、本実施形態では、ｎ枚目の基材９１を測定対象とすると、ｎ＋１枚目の基材９１またはｎ＋２枚目の基材９１に対する成膜処理の際に、ｎ枚目の基材９１の測定結果を用いることが可能となる。このように、成膜処理を終えた各基材９１の測定するため、各基材９１について成膜処理を実行する度に成膜処理条件を補正することができる。したがって、本実施形態の態様では、複数枚の基材９１（例えば、１０枚の基材９１）について処理をする度に成膜処理条件を補正する他の態様と異なり、成膜で得られる膜の色が目標とする色から逸脱するおそれがない。

一般に、成膜後の色むらは搬送方向（Ｘ方向）よりもむしろ幅方向（Ｙ方向）において生じやすく、幅方向について成膜処理条件が高精度に調整されることが望ましい。本実施形態では、３つの測色部２０６がＹ方向に沿って複数の箇所（具体的には３箇所）で膜の色を測定可能である。さらに、反応性ガス供給部５２０が、Ｙ方向に沿って設けられ処理空間Ｖの内部に開口した複数の吐出口１１（ガス供給口）を有する。さらに、複数の誘導結合アンテナ１５１（具体的には、５個の誘導結合アンテナ１５１）が処理空間Ｖの内部でＹ方向に沿って設けられる。このように、基材９１の搬送方向（Ｘ方向）と直交する幅方向（Ｙ方向）に沿う複数の区間で膜色の測定および成膜処理条件の調整を実行可能な態様では、測定結果に基づいて高精度に成膜処理条件の補正を行うことができる。

＜２ 変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。

また、上記実施形態では、成膜装置としてスパッタリング装置１を用いる態様について説明したが、これに限られるものではない。他の成膜装置（例えば、蒸着装置など）においても、本発明を適用可能である。

上記実施形態では、基材９１の搬送と各測色部２０６の移動とが同期されて基材９１と各測色部２０６とが相対的に静止された状態で各測色部２０６が膜の色を測定する態様について説明したが、これに限られるものではない。例えば、基材９１の搬送が一定期間停止されて、この停止期間中に各測色部２０６と基材９１の上面とが接触状態とされて、各測色部２０６が基材９１の膜色を測定する態様でも構わない。測定期間としては例えば１秒間を要するため、基材９１の搬送停止期間はこの測定期間以上の期間（例えば、２秒間）となるよう設定される。このため、上記実施形態のように、基材９１の停止期間を要さず連続搬送状態で膜色の測定を行う態様では、スループット向上の観点から望ましい。

上記実施形態では、測色ユニット２００がＹ方向に間隔をあけて３つの測色部２０６を有する態様について説明したが、これに限られるものではない。測色部２０６の個数は１つや２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。なお、測色部２０６が１つの場合であっても、移動部２０９が測色部２０６をＹ方向に沿って移動可能な構成であれば、Ｙ方向において複数箇所の測定結果を得ることができる。

また、上記実施形態では、色情報がＬ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系における色情報である場合について説明したが、これに限られるものではない。ＸＹＺ表色系などＬ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系以外の表色系における色情報が用いられても構わない。

また、上記実施形態では、測定結果が測色部２０６から直接的に制御部１９０に送信され、制御部１９０において成膜処理条件の補正が行われる態様について説明したが、これに限られるものではない。例えば、測定結果がまずパーソナルコンピュータに送信され、該パーソナルコンピュータで成膜処理条件の補正が行われた後、その補正結果が該パーソナルコンピュータから制御部１９０に送信される態様であっても構わない。

また、搬送部３０が基材９１を搬送する方向についても、上記実施形態のように水平方向の場合の他に、例えば垂直方向であっても構わない。

また、上記実施形態では、各誘導結合アンテナ１５１が処理室１００の天板を貫通して処理室１００の内部空間に突出して設けられる態様について説明したが、これに限られるものではない。各誘導結合アンテナ１５１が処理室１００の側壁や底板などを貫通して処理室１００の内部空間に突出して設けられてもよい。また、各誘導結合アンテナ１５１が、処理室１００の内壁（天板、側壁、或いは、底板）に埋め込まれて処理室１００の内部空間に突出しない態様で設けられてもよい。

また、上記実施形態では、２つの回転カソード５、６を並設する場合について説明しているが、回転カソードは１つでもよい。また、回転カソードを用いるのではなく、平板型のカソードを用いてもよい。

また、上記実施形態では、１列を構成する誘導結合アンテナ１５１の個数が５個の場合について説明しているが、該個数は回転カソード５（６）の長さに応じて適宜変更すればよい。また、複数列の誘導結合アンテナ１５１が設けられてもよい。その他にも、各部の位置、個数、長さなどの設計事項は適宜に変更可能である。

また、上記実施形態では、搬送される基材９１の表面のうち上面に成膜処理が行われる態様について説明したが、これに限られるものでない。例えば、搬送される基材９１の表面のうち他の一面（側面、或いは、下面など）に成膜処理が行われてもよいし、搬送される基材９１の表面のうち複数の面（例えば、上面および下面）に同時に成膜処理が行われてもよい。このように複数の面に同時に成膜処理が行われる態様においても、該複数の面のうち少なくとも１面について測色部２０６が膜色を測定することで、後続の基材についての成膜処理条件を適宜補正することができる。

以上、実施形態およびその変形例に係る成膜装置について説明したが、これらは本発明に好ましい実施形態の例であって、本発明の実施の範囲を限定するものではない。本発明は、その発明の範囲内において、各実施形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施形態において任意の構成要素の増減が可能である。

１ スパッタリング装置
５，６ 回転カソード
７ 支持棒
８ ベース部材
１６ ターゲット
１９ 回転部
２１，２２ 磁石ユニット
３０ 搬送機構
３１ 搬送ローラ
５０ スパッター処理部
６０ チムニー
９０ キャリア
９１ 基材
９９ 前室
１００ 処理室
１０１ 後室
１５１ 誘導結合アンテナ
１５３ 高周波電源
１６３ スパッター用電源
１９０ 制御部
１９１ 入力部
２００ 測色ユニット
２０１ 第１板状部材
２０２，２０４ リニアレール
２０３ 第２板状部材
２０５ 連結部
２０６ 測色部
２０７ 窓部
２０９ 移動部
５１０ スパッターガス供給部
５２０ 反応性ガス供給部
５３０，５４０ 窒素ガス供給部
時刻 ｔ０〜ｔ９
Ｖ 処理空間
Ｖ１，Ｖ２ 速度

Claims (6)

1. 搬送される基材の表面に膜を成膜する成膜装置であって、
   その内部に処理空間を有する処理チャンバーと、
   前記処理チャンバー内を通過して前記基材を保持しつつ搬送する搬送部と、
   前記処理空間にガスを供給するガス供給部と、
   前記処理チャンバー内の気体を排出する排気部と、
   前記搬送部に保持された前記基材の前記表面に成膜処理を実行する成膜処理部と、
   前記成膜処理が実行されて前記処理チャンバーから搬出された前記基材の前記膜の色を測定する測色部と、
   前記測色部からの測定結果を基に、測色された基材よりも後続の基材についての成膜処理条件を補正する補正部と、
   を備える成膜装置。
2. 請求項１に記載の成膜装置であって、
   前記測色部を移動させる移動部、
   をさらに備え、
   前記搬送部による前記基材の搬送と前記移動部による前記測色部の移動とが同期されて前記基材と前記測色部とが相対的に静止された状態で、前記測色部が前記膜の色を測定することを特徴とする成膜装置。
3. 請求項２に記載の成膜装置であって、
   前記測色部は測定対象箇所にその一部を接触させて測定する接触型の測定器であり、
   前記移動部によって前記測色部が前記膜に近づけられ前記測色部の前記一部が前記膜に押し当てられた際に、その接触状態を保ちつつ前記測色部を押し当て方向の反対方向に逃がす逃げ機構、
   をさらに備えることを特徴とする成膜装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の成膜装置であって、
   前記測色部は、前記基材の表面に平行な面内で前記基材の搬送方向と直交する幅方向に沿って複数の箇所で前記膜の色を測定可能であることを特徴とする成膜装置。
5. 請求項４に記載の成膜装置であって、
   前記ガス供給部は、前記幅方向に沿って設けられ前記処理空間の内部に開口した複数のガス供給口を有し、
   前記補正部は、前記測色部による前記幅方向での測定結果を基に、前記複数のガス供給口からの各ガス供給量を補正することを特徴とする成膜装置。
6. 請求項４または請求項５に記載の成膜装置であって、
   前記成膜処理部は、前記処理空間の内部で前記幅方向に沿って設けられた複数のプラズマ生成部を有し、
   前記補正部は、前記測色部による前記幅方向での測定結果を基に、前記複数のプラズマ生成部に対する各電力供給量を補正することを特徴とする成膜装置。

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