JP2017066439A - 成膜装置およびデータ作成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度で安定的に所望の膜色の成膜処理を実行可能な技術を提供する。【解決手段】成膜装置において、確定部が入力部から入力された色情報を基に対応データを参照して成膜条件を確定する。また、成膜条件には、膜色調整の要素として少なくともガス供給量が含まれる。一般に、成膜処理時に供給されるガスの種類やその供給量が、膜色調整の主な要素となることが知られている。このため、本態様では、成膜装置の操作者の勘や経験則によって成膜条件の調整が行われる態様に比べ、高精度で安定的に所望の膜色の成膜処理を実行可能である。【選択図】図５

Description

本発明は、基材の表面に膜を成膜する成膜装置および該成膜装置で用いるデータの作成方法に関する。

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

ある色の膜を成膜したい場合に、過去に同一色の成膜処理を実行したデータがあれば、そのデータを参照して過去の処理と同一の成膜条件で成膜処理を実行することで、目的の色の膜が得られる。

他方、ある色の膜を成膜したい場合に、過去に同一色の成膜処理を実行したデータがなければ、成膜装置の操作者の勘や経験則によって成膜条件の調整が行われることが一般的である。

しかしながら、この態様においては、操作者ごとの誤差の影響が避けられず、高精度で安定的に所望の膜色の成膜処理を実行することは困難であった。

そこで、本発明は、高精度で安定的に所望の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、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で前記基材を保持する基材保持部と、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、前記基材保持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、成膜される前記膜の色情報が入力される入力部と、複数の色に関して、色情報とその色の膜を成膜するための成膜条件とを対応付けた対応データが格納された記憶部と、前記入力部から入力された前記色情報を基に前記対応データを参照して前記成膜条件を確定する確定部と、を備え、前記成膜条件には、膜色調整の要素として少なくともガス供給量が含まれることを特徴とする。

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、前記ガス供給部は前記処理空間に複数種類のガスを供給可能であり、前記ガス供給量とは前記複数種類のガスのうち少なくとも１種類のガスの供給量であ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１の態様または第２の態様にかかる成膜装置であって、前記入力部から入力された前記色情報が前記対応データの対応可能範囲に含まれるか否かを判定する判定部と、前記色情報が前記対応可能範囲に含まれない場合に、その旨を装置の操作者に報知する報知部と、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、前記対応データは、互いに異なる成膜条件の下で成膜された各膜の各光学定数を実測して得られ、各成膜条件と各光学定数とを対応させた第１対応関係と、理論的な計算により得られ、各光学定数と各色情報とを対応させた第２対応関係と、を基に作成され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、前記第１対応関係に補間処理が実行されて、前記対応データは、補間処理後の前記第１対応関係および前記第２対応関係を基に作成されることを特徴とする。

本発明の第６の態様にかかるデータ作成方法は、互いに異なる成膜条件の下で成膜された各膜の各光学定数を実測して、各成膜条件と各光学定数とを対応させた第１対応関係を得る第１対応関係取得工程と、理論的な計算により、各光学定数と各色情報とを対応させた第２対応関係を得る第２対応関係取得工程と、前記第１対応関係および前記第２対応関係を基に、複数の色に関して色情報とその色の膜を成膜するための成膜条件とを対応付けた対応データを作成する作成工程と、を備え、前記成膜条件には、膜色調整の要素として少なくともガス供給量が含まれることを特徴とする。

本発明の第７の態様にかかるデータ作成方法は、本発明の第６の態様にかかるデータ作成方法であって、前記第１対応関係取得工程により得られた前記第１対応関係に補間処理を行う補間処理工程、をさらに備え、前記作成工程では、補間処理後の前記第１対応関係および前記第２対応関係を基に対応データを作成することを特徴とする。

本発明の第１の態様では、成膜装置において、確定部が入力部から入力された色情報を基に対応データを参照して成膜条件を確定する。また、成膜条件には、膜色調整の要素として少なくともガス供給量が含まれる。このため、本発明の第１の態様では、成膜装置の操作者の勘や経験則によって成膜条件の調整が行われる態様に比べ、高精度で安定的に所望の膜色の成膜処理を実行可能である。

特に、本発明の第５の態様および第７の態様では、各成膜条件と各光学定数とを対応させた第１対応関係に補間処理が実行される。そして、対応データが、補間処理後の前記第１対応関係、および、理論的な計算により得られ各光学定数と各色情報とを対応させた第２対応関係、を基に作成される。このように補完処理が実行されるため、実際に光学定数を実測したサンプル数よりも多いバリエーションで対応データが作成され、望ましい。

また、本発明者は、ガス供給量が異なる成膜条件下で複数の色の膜を得た場合、ガス供給量に対して色情報が急峻に変化する区間が存在するのに対し、ガス供給量に対して光学定数の各値は緩やかに変化する、という知見を得た。

本発明の第５の態様および第７の態様では、変化が緩やかな第１対応関係に補間処理を実行することで、変化が急峻な色情報に補完処理を実行する態様に比べて、より少ないサンプリング数で高精度なサンプリングを実行することが可能となる。そして、この補完処理後の第１対応関係と、理論的な計算により得られる第２対応関係と、を基に対応データが作成される。

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。 対応データの作成処理の流れを示す図である。 対応データの一例を示す図である。 スパッター処理時の窒素ガス比率と屈折率のスペクトルとの関係を示す図である。 スパッター処理時の窒素ガス比率と消衰係数のスペクトルとの関係を示す図である。 スパッター処理時の窒素ガス比率と反射率スペクトルとの関係を示す図である。 対応データを利用したスパッター処理の流れを示す図である。

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。また、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。

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（例えば、１００ｎｍ以下の薄膜）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、成膜処理後の基材９１は、例えば、建物の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、チャンバー１００（処理チャンバー）と、基材９１を搬送する搬送機構３０と、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。チャンバー１００は、直方体形状の外形を呈する中空部材である。チャンバー１００は、その底板および天板が水平姿勢となるように配置されている。また、Ｘ軸およびＹ軸の各々は、チャンバー１００の側壁と平行な軸である。

スパッタリング装置１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を備える。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、チャンバー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。

チャンバー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、チャンバー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。

チャンバー１００のうち搬送経路面Ｌの−Ｘ側の端部には、基材９１をチャンバー１００内に搬入するためのゲート１６０が設けられる。他方、チャンバー１００のうち搬送経路面Ｌの＋Ｘ側の端部には、基材９１をチャンバー１００外に搬出するためのゲート１６１が設けられている。また、チャンバー１００のＸ方向両端部には、ロードロックチャンバーや、アンロードロックチャンバーなどの他のチャンバーの開口部が気密を保った形態で接続可能に構成されている。各ゲート１６０、１６１は、開閉の切替可能に構成される。

また、チャンバー１００には、チャンバー１００内の気体を排気する排気部１７０が接続されている。排気部１７０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、他端がチャンバー１００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、チャンバー１００内の気体が排気され、チャンバー１００内が真空状態とされる。制御部１９０が排気部１７０による排気を制御することで、チャンバー１００内の圧力が特定の値に調整される。

搬送機構３０は、チャンバー１００の内部で、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、５対の搬送ローラ３１の図示手前側（−Ｙ側）に位置する５つ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。

基材９１が配設されたキャリア９０がゲート１６０を介してチャンバー１００内に導入されると、各搬送ローラ３１が該キャリア９０の端縁（±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、搬送機構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。

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、時間経過とともにチャンバー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、チャンバー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からチャンバー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。

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ＦＡ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される膜の色情報を指定して入力する際に用いられる。

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、チャンバー１００の天板を貫通してチャンバー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」の字の状態でチャンバー１００の天板を貫通してチャンバー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、チャンバー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、チャンバー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、チャンバー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。

＜１．２ 処理例＞
＜１．２．１ 対応データの作成処理＞
図５は、対応データの作成処理の流れを示す図である。図６は、対応データの一例を示す図である。図６において、横軸はアルゴンガスと窒素ガスとの混合ガスにおける窒素ガスの比率を示し、図示左側の縦軸はＬ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系のａ^＊ｂ^＊値を示し、図示右側の縦軸はＬ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系のＬ^＊値を示す。

まず、対応データの作成処理が実行される。ここで、対応データとは、複数の色に関して、色情報（例えば、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系において特定される一色）とその色の膜を成膜するための成膜条件とを対応付けたデータである。本実施形態では、アルゴンガスの供給量は一定であり窒素ガスの供給量は可変であって、窒素ガスの供給量が膜色調整の要素として用いられる場合について説明する。

まず、装置の操作者が入力部１９１から各種成膜条件を入力する（ステップＳＴ１）。以下では、ステップＳＴ１において、成膜条件のうち膜色調整の要素（窒素ガスの供給量）および成膜すべき膜の膜厚が操作者によって指示入力され、成膜条件のうち他の各要素（例えば、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）にはそれぞれ自動的に所定の基準値が指定される態様について説明する。ここで、本実施形態ではアルゴンガスの供給量が一定とされているため、窒素ガスの供給量を入力することはアルゴンガスと窒素ガスとの混合ガスにおける窒素ガスの比率を指定することと同義である。

そして、ステップＳＴ１において指定された成膜条件でスパッター処理が行われる（ステップＳＴ２）。

まず、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内に指定された窒素ガスの比率における混合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、チャンバー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がチャンバー１００内の気体を排気する。チャンバー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。

この状態で、搬送機構３０が、ゲート１６０から基材９１を搬入し、搬送経路面Ｌに沿って基材９１を搬送する。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し、成膜された膜の膜厚が入力部１９１から入力された膜厚に達すると、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。そして、搬送機構３０が成膜後の基材９１をゲート１６１からスパッタリング装置１の外部へと搬出する。

スパッター処理が終了すると、操作者がエリプソメトリー等の測定器を用いて成膜された膜の光学定数を実測する（第１対応関係取得工程：ステップＳＴ３）。これにより、膜の屈折率ｎおよび消衰係数ｋが得られる。

図７は、スパッター処理時の窒素ガス比率と屈折率ｎのスペクトルとの関係を示す図である。図７において、横軸は波長を示し、縦軸は屈折率ｎを示す。図８は、スパッター処理時の窒素ガス比率と消衰係数ｋのスペクトルとの関係を示す図である。図８において、横軸は波長を示し、縦軸は消衰係数ｋを示す。以下では、図７および図８に示されるように各成膜条件（本実施形態では、各窒素ガス比率）と各光学定数とを対応させた関係を、第１対応関係と呼ぶ。

また、操作者が測色計を用いて成膜された膜の色情報を実測する（ステップＳＴ４）。これにより、膜の色情報（例えば、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系におけるＬ^＊値、ａ^＊値、およびｂ^＊値）が得られる。

以上説明したように、ステップＳＴ１〜ＳＴ４を１回実施することにより、ある特定の窒素ガス比率（例えば、１０％）でスパッター処理を行って得られる膜について、第１対応関係（屈折率ｎのスペクトル、消衰係数ｋのスペクトル）および対応データ（Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊の各値）が得られる。

このため、ステップＳＴ５でＮｏに分岐し、異なる複数の窒素ガス比率（例えば、１０％、１５％、１８％、１９％、２０％、３０％、４０％）においてそれぞれステップＳＴ１〜ＳＴ４を複数回実施することで、該複数の窒素ガス比率でスパッター処理を行って得られる各膜について、第１対応関係（図７、図８）および対応データ（図６）が得られる。

複数の窒素ガス比率においてステップＳＴ１〜ＳＴ４を複数回実施することにより、所望の実測サンプル数が得られたら、ステップＳＴ５でＹｅｓに分岐する。

そして、複数回のステップＳＴ３により得られた第１対応関係に補間処理が実行される（補完処理工程：ステップＳＴ６）。この補間処理としては、例えばスプライン補間処理など種々の処理を適用可能である。これにより、実測していない窒素ガス比率および光学定数についても、第１対応関係が予測的に得られる。

その後のステップＳＴ７では、各光学定数と各色情報とを対応させた第２対応関係が用いられる。以下、数１〜数１８の各数式を参照しつつ、第２対応関係を得る流れ（第２対応関係取得工程）について説明する。なお、各数式において、下付き文字の「０」は空気を意味し、下付き文字の「１」は成膜される膜を意味し、下付き文字の「２」は基材９１を意味する。また、下付き文字の「ｐ」はｐ偏光を意味し、下付き文字の「ｓ」はｓ偏光を意味する。

複素屈折率をＮとすると、光学定数（屈折率ｎおよび消衰係数ｋ）および虚数ｉを用いて、以下の数１が成り立つ。

また、各層への入射角をθとすると、スネルの法則により、以下の数２が成り立つ。

このとき、位相変化をβとすると、以下の数３が成り立つ。

そして、振幅反射係数をｒとし、振幅透過係数をｔとし、反射率をＲとし、成膜される膜の膜厚をｄとすると、フレネルの式より、以下の数４〜数９が成り立つ。

図９は、スパッター処理時の窒素ガス比率と反射率スペクトルとの関係を示す図である。図９において、横軸は波長を示し、縦軸は反射率Ｒを示す。

また、反射率分布をＳ（λ）とし、ＸＹＺ表色系における等色関数をｘ（λ），ｙ（λ），ｚ（λ）とすると、以下の数１０〜数１３が成り立つ。

ここで、ＸＹＺ表色系からＬａｂ表色系に色変換を行うと、以下の数１４〜数１８が成り立つ。

以上説明したように、理論的な計算により、光学定数と色情報とを一対一に対応付けた第２対応関係が得られる。

そして、補間処理後の第１対応関係および第２対応関係を基に、色情報（例えば、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系において特定される一色）とその色の膜を成膜するための成膜条件（本実施形態では、窒素ガスの供給率）とを対応付けた対応データが作成される（作成工程：ステップＳＴ７）。作成された対応データは、制御部１９０の記憶部に格納される。

本実施形態では、ステップＳＴ６にて補完処理が実行されるため、実際に光学定数を実測したサンプル数よりも多いバリエーションで対応データが作成される。したがって、後述する＜１．２．２ 対応データを利用したスパッター処理＞において、選択可能な色指定の範囲が大きくなり、望ましい。

また、本実施形態では、複数の窒素ガス供給率における膜の色情報（図６）に補完処理が実行されるのではなく、複数の窒素ガス供給率における第１対応関係（図７、図８）に補間処理が実行される。

ここで、図６から分かるように、窒素ガス供給率に対して色情報が急峻に変化する区間が存在する。具体的には、窒素ガス供給率が１６％〜２０％の区間において、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊の各値が急峻に変化している。これに対し、図７、図８から分かるように、窒素ガス供給率に対して光学定数の各値は緩やかに変化する。具体的には、窒素ガス供給率が大きくなるにつれて屈折率ｎおよび消衰係数ｋの下限を示すピークが緩やかに長波長側にシフトしている。

本実施形態では、このように変化が緩やかな第１対応関係に補間処理を実行することで、変化が急峻な色情報に補完処理を実行する態様に比べて、より少ないサンプリング数で高精度なサンプリングを実行することが可能となる。そして、ステップＳＴ７において、この補完処理後の第１対応関係と、理論的な計算により得られる第２対応関係と、を基に対応データが作成される。

このように、本実施形態では、ステップＳＴ３で得られる第１対応関係を基に対応データを作成するため、ステップＳＴ４で色情報を実測する工程は必須ではない。ただし、ステップＳＴ４で得られる色情報を実測しておけば、作成される対応データの正確性を確認する際や、対応データに適宜修正を加える際に該色情報を利用可能である。

＜１．２．２ 対応データを利用したスパッター処理＞
図１０は、対応データを利用したスパッター処理の流れを示す図である。

対応データが作成された後は、スパッター処理において、装置の操作者が入力部１９１から膜色を指定することが可能となる。具体的には、操作者は、色情報（例えば、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊の各値）および膜厚を入力部１９１に入力する（ステップＳＴ１１）。

制御部１９０は、入力部から入力された色情報が対応データの対応可能範囲に含まれるか否かを判定する（ステップＳＴ１２）。ここで、色情報が対応データの対応可能範囲に含まれる場合には、対応データにおいて入力された色情報と完全に一致する色の膜を成膜可能な成膜条件が存在する場合と、対応データにおいて入力された色情報とのずれが許容範囲の色の膜を成膜可能な成膜条件が存在する場合と、の双方が含まれる。

そして、入力された色情報が対応データの対応可能範囲に含まれる場合には、ステップＳＴ１２でＹｅｓに分岐し、制御部１９０が入力部１９１から入力された色情報を基に対応データを参照して、スパッタリング装置１でその色を成膜するための成膜条件を確定する（ステップＳＴ１３）。その後、ステップＳＴ２の説明で上述した際と同様のスパッター処理が実行される（ステップＳＴ１４）。

他方、入力された色情報が対応データの対応可能範囲に含まれない場合には、ステップＳＴ１２でＮｏに分岐し、制御部１９０がディスプレイへの表示や警告音等を通じてその旨を装置の操作者に報知する（ステップＳＴ１５）。

このように、制御部１９０は、装置各部を制御する機能の他に、入力された色を成膜可能か判定する判定部としての機能と、成膜条件を確定する確定部としての機能と、入力された色を成膜できない際にその旨を操作者に知らせる報知部としての機能と、を有する。

本実施形態では、色情報と成膜条件とを対応付けた対応データを参照して成膜条件が確定される。このため、本実施形態の態様では、操作者の勘や経験則によって色と成膜条件とを対応付ける他の態様に比べ、高精度で安定的に所望の膜色の成膜処理を実行可能である。

また、本実施形態では、入力された色情報が対応データの対応可能範囲に含まれない場合に速やかにその旨が操作者に報知される。このため、現時点の対応データで成膜不能な色について操作者が試行錯誤する時間や手間が省略され、望ましい。

また、この場合、装置の操作者は、成膜条件における膜色調整の要素として窒素ガス供給率以外の他の要素各（例えば、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）を変更しながらステップＳＴ１〜ＳＴ７の処理を行えばよい。これにより、対応データが更新されてそのデータ数が拡大するので、前の時点の対応データでは成膜不能だった色が更新後の対応データでは成膜可能となりうる。

＜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。

また、上記実施形態では、供給ガス（アルゴンガスおよび窒素ガス）のうち窒素ガスの供給量のみが膜色調整の要素として用いられる場合について説明した。一般に、成膜処理時に供給されるガスの種類やその供給量が、膜色調整の主な要素となることが知られている。したがって、膜色調整の要素として少なくともガス供給量が含まれていれば、本発明は適用可能である。ただし、より精密な膜色調整を行う観点で言えば、ガスの供給量以外の各要素（例えば、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）が膜色調整の要素として用いられてもよい。

また、ガス供給部（スパッターガス供給部５１０、反応性ガス供給部５２０）が処理空間Ｖに複数種類のガスを供給可能な場合には、上記実施形態のように、成膜条件に膜色調整の要素として少なくとも１種類のガスの供給量が含まれていれば本発明を適用可能である。

また、上記実施形態では、入力部１９１に入力される色情報が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が、これに限られるものではない。入力部１９１に入力される色情報は、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であってもかまわない。

また、上記実施形態では、成膜装置たるスパッタリング装置１において対応データが作成される態様について説明したが、成膜装置とは別体の装置において対応データが作成されても構わない。

また、上記実施形態では、基材保持部として基材９１を保持しつつ搬送する搬送機構３０が用いられる態様について説明したが、基材９１を静止状態で保持する基材保持部が用いられても構わない。また、搬送機構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がチャンバー１００の天板を貫通してチャンバー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がチャンバー１００の側壁や底板などを貫通してチャンバー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、チャンバー１００の内壁（天板、側壁、或いは、底板）に埋め込まれてチャンバー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。

以上、実施形態およびその変形例に係る成膜装置およびデータ作成方法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
１００ チャンバー
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
６０ チムニー
９０ キャリア
９１ 基材
５１０ スパッターガス供給部
５２０ 反応性ガス供給部
Ｖ 処理空間

Claims (7)

1. 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で前記基材を保持する基材保持部と、
   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、
   前記基材保持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、
   成膜される前記膜の色情報が入力される入力部と、
   複数の色に関して、色情報とその色の膜を成膜するための成膜条件とを対応付けた対応データが格納された記憶部と、
   前記入力部から入力された前記色情報を基に前記対応データを参照して前記成膜条件を確定する確定部と、
   を備え、
   前記成膜条件には、膜色調整の要素として少なくともガス供給量が含まれることを特徴とする成膜装置。
2. 請求項１に記載の成膜装置であって、
   前記ガス供給部は前記処理空間に複数種類のガスを供給可能であり、
   前記ガス供給量とは前記複数種類のガスのうち少なくとも１種類のガスの供給量であることを特徴とする成膜装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の成膜装置であって、
   前記入力部から入力された前記色情報が前記対応データの対応可能範囲に含まれるか否かを判定する判定部と、
   前記色情報が前記対応可能範囲に含まれない場合に、その旨を装置の操作者に報知する報知部と、
   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、
   前記対応データは、
   互いに異なる成膜条件の下で成膜された各膜の各光学定数を実測して得られ、各成膜条件と各光学定数とを対応させた第１対応関係と、
   理論的な計算により得られ、各光学定数と各色情報とを対応させた第２対応関係と、
   を基に作成され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、
   前記第１対応関係に補間処理が実行されて、
   前記対応データは、補間処理後の前記第１対応関係および前記第２対応関係を基に作成されることを特徴とする成膜装置。
6. 互いに異なる成膜条件の下で成膜された各膜の各光学定数を実測して、各成膜条件と各光学定数とを対応させた第１対応関係を得る第１対応関係取得工程と、
   理論的な計算により、各光学定数と各色情報とを対応させた第２対応関係を得る第２対応関係取得工程と、
   前記第１対応関係および前記第２対応関係を基に、複数の色に関して色情報とその色の膜を成膜するための成膜条件とを対応付けた対応データを作成する作成工程と、
   を備え、
   前記成膜条件には、膜色調整の要素として少なくともガス供給量が含まれることを特徴とするデータ作成方法。
7. 請求項６に記載のデータ作成方法であって、
   前記第１対応関係取得工程により得られた前記第１対応関係に補間処理を行う補間処理工程、
   をさらに備え、
   前記作成工程では、補間処理後の前記第１対応関係および前記第２対応関係を基に対応データを作成することを特徴とするデータ作成方法。

Images