CN100545301C - 溅射装置及溅射成膜方法 - Google Patents

Abstract

本发明的溅射装置及溅射成膜方法，是在腔室内设置基板保持架的转盘型溅射装置中，对于形成低折射率膜的应用及形成高折射率膜的应用可分别同时设置常用磁控管及AC磁控管，用AC磁控管成膜达到设计膜厚的90%，然后仅用常用的磁控管成膜，这样能够进行高精度的膜厚控制，生产率高。

Description

溅射装置及溅射成膜方法

本申请是申请日为2002年2月6日、申请号为02804597.1、发明名称为“溅射装置及溅射成膜方法”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及适用于光学滤光器等成膜工序的溅射装置及溅射成膜方法，特别涉及适用于制造WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分复用)技术所用的WDM用滤光片的溅射装置及溅射成膜方法。

背景技术

在日本专利特开平3-253568号公报中揭示了在玻璃板等基板上进行成膜用的转盘型溅射装置。转盘型溅射装置是旋转式间歇型的溅射装置，具有下述的结构，即在腔室内配置多边柱形的基板保持架(旋转鼓)，同时在腔室壁内侧设置保持有矩形靶的磁控管。一面使安装了基板的基板保持架旋转，一面对磁控管供给功率，使得靶的上面产生等离子，同时向腔室内引入规定的反应气体，通过这样进行成膜。

另外，根据日本专利特开平11-241162号公报，提出了利用光学测量装置连续监视成膜中的膜厚进行溅射的方法。

近来，在光纤通信的领域中受到关注的WDM技术所用的WDM用滤光器，是将低折射率材料的膜(例如SiO₂膜)与高折射率材料的膜(例如Ta₂O₅膜)交替组合，层叠非常多的层(例如100层左右)而形成。在制造这样的光学多层膜时，重要的是要按照设计值正确形成各层的膜厚，希望开发一种高速而且高精度进行成膜用的技术。

图27为以往的光学多层膜成膜用溅射装置的示意图。在近似圆筒形腔室200内，配置多边筒形基板保持架202，在基板保持架202的各侧面安装基板204。在腔室壁内侧，设置低折射率膜形成用的磁控管溅射源206及高折射率膜形成用的磁控管溅射源208，前者装有低折射率膜形成用靶(例如Si靶)210，后者装有高折射率膜形成用靶(例如Ti靶)212。

基板保持架202以中心轴214作为旋转中心进行旋转，从溅射电源216向磁控管溅射源206供给功率，通过这样在靶210的上面附近产生等离子，与从未图示的气体引入部分供给的气体进行反应，在通过靶210前的各基板204上形成低折射率膜。同样，从溅射电源218向磁控管溅射源208供给功率，通过这样在靶212的上面产生等离子，与引入的气体进行反应，在各基板204上形成高折射率膜。预先调查溅射电源216及218的接通时间与成膜量的关系(成膜速度)，然后一面管理溅射时间，一面对各磁控管溅射源206及208交替供给电源，通过这样形成所希望的多层膜。

但是，上述以往的成膜装置存在的问题是难以进行高精度的膜厚管理，为了提供膜厚精度，必须相应降低成膜速度，生产率显著降低。

日本专利特开昭49-115085号公报虽然没有有关转盘型溅射装置的描述，但提出一种方法，它是在成膜工序中，对溅射装置断续地供给能源，在能源断开期间(停止供给期间)测量膜厚，然后将该结果反馈给能源供给系统。但是，该方法的缺点是，成膜工序与测量工序交替进行，由于在测量中成膜中断，因此生产率差。

另外，如日本专利特开平3-253568号公报所述，在采用两个阴极及对该阴极供给功率用的两个电源的溅射装置(方法)中，在力图实现膜厚均匀的情况下，由于两个阴极成对地成膜，因此对于影响成膜速度的主要因素(磁场、所加的电压、靶表面的状态及气压等)，必须减小两个阴极之间的差别。但是，很难使两个阴极有关的条件一致，结果不容易控制膜厚的均匀。

本发明正是鉴于这样的情况而进行的，目的在于提供能够以高精度控制膜厚而且生产率高的溅射装置及溅射成膜方法。另外，目的在于提供比原来能够更简单达到膜厚均匀、而且能够实现装置小型化及低成本的溅射装置及溅射成膜方法。

发明内容

为了达到前述目的，本申请第1方面所述的转盘型溅射装置，所述转盘型溅射装置具有下述构造，即在腔室内设置自由旋转的横截面为多边形或圆形的鼓，在该鼓的外周表面上设置基板保持架，在腔室壁的内侧配置磁控管溅射源，所述磁控管溅射源由靶及保持该靶的磁控管部分构成，所述靶利用所述磁控管部分保持，使其与所述鼓的转轴平行，该溅射装置具有在成膜中测量装在所述基板保持架的基板上形成的膜的膜厚的膜厚测量装置、对所述靶供给溅射所需要的功率的电源单元、以及利用所述膜厚测量装置得到的测量结果来控制影响成膜量的参数的控制装置。

根据本发明，在转盘型溅射装置中，能够在成膜中监视膜厚，将该信息反馈至控制系统，然后进行控制。作为影响成膜量的参数的控制，除了溅射电源的功率控制以外，还有基板保持架(鼓)的转速、挡板开度、溅射压力等的控制。例如，在停止成膜时，要停止供给溅射电源的功率或关闭挡板等。

作为本申请第2方面所述的溅射装置，包括以规定频率交替切换相邻配置的两个靶的阳极/阴极关系的AC型磁控管溅射源、以及单一磁控管部分上安装靶的磁控管溅射源。

作为“单一磁控管部分上安装靶的磁控管溅射源”，除了DC(直流)型磁控管溅射源以外，还有RF(高频)型磁控管溅射源及脉冲型(以一定时间间隔加上直流电压)型磁控管溅射源等。

AC型磁控管溅射源与单一磁控管部分上安装靶的磁控管溅射源相比，能够高速成膜。本发明正是同时采用这两种溅射源，来实现高速而且高精度成膜。

在这种情况下，如本申请第3方面所述，具有下述的控制形态，即从成膜开始利用所述AC型磁控管溅射源进行高速成膜，在成膜达到目标膜厚前一定量之后，则停止利用所述AC型磁控管溅射源进行成膜，切换成仅利用所述单一磁控管部分上安装靶的磁控管溅射源的低速成膜，进行成膜直到所述目标膜厚为止。通过这样的控制，能够进行高精度的膜厚控制。

再有，如本申请第4方面所述，最好是进行下述控制的形态，即在所述低速成膜中，利用所述膜厚测量装置监视膜厚，在检测出膜厚到达所述目标膜厚的时刻，停止利用所述单一磁控管部分上安装靶的磁控管溅射源进行成膜。并且，通常是在成膜中始终监视膜厚。

在仅使用单一磁控管部分上安装靶的磁控管溅射源进行低速成膜期间，对膜厚进行监视，将其信息反馈给控制系统，通过这样能够以更高精度控制膜厚。

本申请第5方面所述的转盘型溅射装置，所述转盘型溅射装置具有下述构造，即在腔室内设置自由旋转的横截面为多边形或圆形的鼓，在该鼓的外周表面上设置基板保持架，在腔室壁的内侧配置由靶及保持该靶的磁控管部分构成的磁控管溅射源，所述靶利用所述磁控管部分保持，使其与所述鼓的转轴平行，该溅射装置仅具有以规定频率相互切换相邻配置的两个靶的阳极/阴极关系的AC型磁控管溅射源作为所述磁控管溅射源，同时具有膜厚测量装置在成膜中一面使所述鼓旋转一面测量装在所述基板保持架的基板上形成的膜的膜厚、对所述靶供给溅射所需要的功率的电源单元、以及利用所述膜厚测量装置得到的测量结果来控制影响成膜量的参数的控制装置。

在形成要求膜厚误差为1％数量级的层叠膜时，仅使用高速AC型磁控管，就能够形成满足要求的膜。

在将本发明用于制造WDM用滤光器所用的光学多层膜成膜装置等那样交替地形成低折射率膜及高折射率膜用的装置时，如本申请第6方面所述，采用具有同时设置装有低折射率膜成膜用靶的低折射率膜形成用的磁控管溅射源、以及装有高折射率膜成膜用靶的高折射率膜形成用的磁控管溅射源的构造的溅射装置。

关于低折射率膜形成用的磁控管溅射源及高折射率膜形成用的磁控管溅射源的各溅射源，通过分别利用AC型磁控管溅射源及单一磁控管部分上装有靶的磁控管溅射源组合而构成，从而在低折射率膜的成膜工序及高折射率膜的成膜工序中，能够实现高速成膜及高精度控制成膜。

当然，根据要求的膜厚精度，也可以是仅使用AC型磁控管进行成膜的形态。

根据本申请第7方面所述的形态，所述膜厚测量装置具有对所述基板照射测量光的投光装置、以及接受照射所述基板的所述测量光的透射光或反射光后输出与该受光量相应的电信号的受光装置，在所述的鼓旋转中，通过从所述投光装置向所述基板照射测量光，进行所述膜厚的测量。

本形态有关的膜厚测量装置不是直接测量膜厚，而是测量间接的信息。即膜厚测量装置由投光装置及受光装置构成，受光装置输出与接受的光量相应的电信号。测量光采用例如550nm的单色测量光或比其波长要短的549nm的单色测量光。但不限于从投光装置照射单色测量光的形态，也有的形态是投光装置照射白色(未选择波长)测量光，在受光侧形成单色光。

如本申请第8方面所示，从受光装置输出的电信号(受光信号)送至运算装置，利用运算装置计算透射率信息或反射率信息。运算装置根据需要，可以包含在膜厚测量装置内，也可以包含在控制装置内。

根据本申请第9方面所述的形态，所述运算装置根据所述测量光的入射角为0°及包含0°附近的规定角度范围时从所述受光装置得到的受光信号，求得与入射角相应的透射率或反射率，取得表示入射角与透射率或反射率的关系的数据。

在转盘型溅射装置中，由于基板保持架旋转，因此在膜厚测量用的投光装置及受光装置固定设置在规定位置的情况下，测量光的入射角始终在变化。计算垂直入射时(入射角为0°)其前后的规定角度范围内的1点或多点受光信号，求得透射率或反射率相对于入射角的关系。

利用表示这样得到的入射角与透射率或反射率的关系的外形(表示相对于入射角的透射率或反射率变化的曲线)，能够准确决定成膜的终点等。例如通过比较计算的外形与具有目标光学特性的产品已有的外形，或利用实时跟踪计算的外形的形状变化等方法，能够决定成膜的终点。

另外，作为本发明发其它形态，有如本申请第10方面所述的形态，所述膜厚测量装置具有对所述基板能够有选择地照射波长不同的多种测量光的投光装置、以及接受照射所述基板的所述测量光的透射光或反射光后变换为与该受光量相应的电信号的受光装置，在所述鼓的旋转中，通过从所述投光装置向所述基板照射测量光，进行所述膜厚的测量。例如，有选择地切换使用550nm与549nm的测量光。

如本申请第11方面所述，从受光装置输出的电信号(受光信号)送至运算装置，利用运算装置计算相对于所述波长不同的多种测量光的透射率信息或反射率信息。

根据本申请第12方面所述的形态，所述运算装置根据相对于所述波长不同的多种测量光，入射角分别为0°及包含0°附近的规定角度范围时从所述受光装置得到的受光信号，求得与入射角相应的透射率或反射率，取得表示入射角与透射率或反射率的关系的数据。

再有，有如本申请第13方面所述的形态，所述运算装置根据所述取得的表示入射角与透射率或反射率的关系的数据，进行近似变换，计算出光谱透射率或光谱反射率。

根据在规定角度范围得到的透射率或反射率的数据，利用将角度变换为波长而求得近似值的运算方法，能够求得波长比该测量波长要长的一侧的光谱透射率或光谱反射率。通过利用波长不同的多种测量光测量透射率或反射率，能够进行精度更高的测量。

另外，在上述本发明的溅射装置中，还有一种理想的形态，其构成为具有根据用规定波长的单色测量光在其入射角在0°及包含0°附近的规定角度范围时从所述受光装置得到的受光信号，求得与入射角相应的透射率或反射率、取得表示入射角与透射率或反射率的关系的数据并将它形成曲线的第一测量功能；计算前述取得的表示入射角与透射率或反射率的关系的数据之平均值的第二测量功能；根据所述取得的表示入射角与透射率或反射率的关系的数据进行变换、计算光谱透射率或光谱反射率的第三测量功能；以及用波长比所述规定波长要短的一侧的测量光在其入射角在0°及包含0°附近的规定角度范围时从所述受光装置得到的受光信号求得与入射角相应的透射率或反射率、取得表示相对于入射角的透射率或入射率的关系的数据，并根据该取得的表示相对于入射角的透射率或反射率的关系的数据进行近似变换，计算光谱透射率或光谱反射率的第四测量功能，在所述第一至第四测量功能中，根据成膜工序的阶段，相应切换所利用的测量功能或其组合。

在制造光学多层膜时，由于相应于成膜过程的阶段，膜的光学性质发生变化，因此通过采用适合于各阶段的测量方法，能够力图提高测量精度及膜厚控制精度。

根据本申请第14方面所示的形态，其特征在于所述膜厚测量装置设置在离开所述磁控管溅射源的位置。所谓“离开的位置”，是指“以最接近受光装置的磁控管中心线(通过磁控管中心并与靶支持面垂直的线)与腔室外壁的交点作为基准，沿外壁表面上的周长在水平方向离开150mm以上、特别是900mm以上的位置”。通过使测量部分离开成膜空间，能够减少因等离子光产生的干扰，能够进行高精度的测量。

再有，如本申请第15方面所示，附加包围所述测量光的透射光或反射光通过的光路周围的遮光筒(有遮光性的筒状体)，通过这样能够遮住来自成膜空间的等离子散射光。在这种情况下，最好如本申请第16方面所示，使所述腔室与所述遮光筒电气绝缘，形成漂游电位。另外，还最好是如本申请第17方面所示的形态，即在所述遮光筒的前端部安装能减少因与所述基板之间的多重反射而引起的散射光的影响的防反射构件。

利用这样的形态，能够大幅度减少因来自成膜空间的等离子光而引起的干扰，能够进行高精度的测量。

本申请第18方面有关的溅射装置，具有以规定频率交替切换相邻配置的两个靶的阳极/阴极关系的AC型磁控管溅射源、单一磁控管部分上安装靶的磁控管溅射源、以及控制装置，所述控制装置进行控制，使得从成膜开始利用所述AC型磁控管溅射源进行高速成膜，在成膜达到目标膜厚前一定量之后停止利用所述AC型磁控管溅射源进行成膜，切换成仅利用所述在单一磁控管部分上安装靶的磁控管溅射源的低速成膜，进行成膜直到所述目标膜厚为止。

本发明是同时使用AC型磁控管溅射源及在单一磁控管部分上安装靶的磁控管溅射源来实现高速成膜的，同时能够实现高精度的膜厚控制，特别理想的是适用于转盘型溅射装置。

作为本发明的其它形态，是根据本申请第19方面所述的溅射装置，所述靶现在处于与所述基板对向的位置关系时，所述靶面具有规定的倾斜角度，使得所述基板对面的靶面相对于基板面不平行。

所谓“对向的位置关系”，意味着基板保持架的基板支持面的中心点与从该基板支持面来看的磁控管部分的中心点之距离为最小时。另外，在AC型磁控管溅射源的情况下，将相邻配置的两个靶的中心点(将两个靶作为一个整体看作为一个磁控管部分时的中心点)解释为“磁控管部分的中心点”。

倾斜角度是根据安装靶的溅射装置的构成条件设计成最佳的角度。即，在膜厚形成均匀的角度范围内使靶面倾斜。通过采用这样的倾斜型靶，能够调整溅射原子的飞溅方向，同时能够调整旋转的基板与靶之间的距离及角度的关系等各种条件，实现沿基板的运动方向达到膜厚均匀。当然，也可以有一种形态是，在一个转盘型溅射装置中混合存在以往的平板型靶(常用靶)及本发明的倾斜型靶。

本申请第20方面所述的发明提供的是与本申请第1方面有关的装置发明相对应的方法发明。即，本申请第20方面有关的方法，是采用转盘型溅射装置进行成膜的溅射成膜方法，所述转盘型装置具有下述构造。即在腔室内设置自由旋转的横截面为多边形或圆形的鼓，在该鼓的外周表面上设置基板保持架，在腔室壁的内侧配置磁控管溅射源，所述磁控管溅射源由靶及保持该靶的磁控管部分构成，所述靶利用所述磁控管部分保持，使其与所述鼓的转轴平行，所述溅射成膜方法的特征在于，该方法包含在成膜中测量装在所述基板保持架的基板上形成的膜的膜厚的膜厚测量工序、以及利用所述膜厚测量工序得到的测量结果的信息来控制影响成膜量的参数的控制工序。

本申请第21方面所述的发明是提供与本申请第18方面有关的装置发明相对应的方法发明。即，本申请第21方面的方法，是采用溅射装置进行成膜的溅射成膜方法，所述溅射装置具有以规定频率交替切换相邻配置的2个靶的阳极/阴极关系的AC型磁控管溅射源、以及单一磁控管部分上安装靶的磁控管溅射源，所述溅射成膜方法的特征在于，该方法从成膜开始利用所述AC型磁控管溅射源进行高速成膜，在成膜达到目标膜厚前一定量之后停止利用所述AC型磁控管溅射源进行成膜，切换成仅利用所述在单一磁控管部分上安装靶的磁控管溅射源的低速成膜，进行成膜直到所述目标膜为止。

在这种情况下，最好是如本申请第22方面所示的形态，即在成膜中测量膜厚，并利用所述测量中得到的信息来控制影响成膜量的参数。

本申请第23至32方面所述的发明是提供分别与本申请第5及7乃至15方面有关的装置发明相对应的方法发明，本申请第33方面所述的发明是提供与本申请第19方面有关的装置发明相对应的方法发明。

附图说明

图1所示为本发明实施形态有关的光学多层膜成膜用溅射装置构成的平面示意图。

图2为图1所示装置中使用的基板保持架的立体图。

图3所示为本实施例的膜厚监视器信号曲线图的例子。

图4所示为根据本实施例制成的带通滤光器的光谱特性曲线图。

图5为本发明其它实施形态有关的光学多层膜成膜用溅射装置的示意图。

图6表示图5示出的溅射装置附加防粘板的例子的示意图。

图7所示为各种阴极配置例子的示意图。

图8所示为本发明中主要使用的靶材及膜材料例子的图表。

图9所示为本发明中使用的基板例子的图表。

图10为本发明其它实施形态有关的光学多层膜成膜用溅射装置的构成图。

图11所示为利用卤素灯的膜厚监视系统的详细构成方框图。

图12所示为利用可变波长激光的膜厚监视系统的详细构成方框图。

图13为说明以往的转盘型溅射装置中膜厚分布不均匀性的示意图。

图14(a)为本发明实施形态有关的靶的剖面图，(b)为其平面图。

图15为说明倾斜形靶的作用的示意图。

图16为比较利用图14所示的倾斜形靶进行成膜的膜厚分布与利用以往的平板形靶(常用靶)进行成膜的膜厚分布的曲线图。

图17为适用于高速成膜用溅射源的倾斜形靶的构成图。

图18为比较利用图17所示的倾斜形靶进行成膜的膜厚分布与利用以往的平板形靶(常用靶)进行成膜的膜厚分布的曲线图。

图19为适用于高速成膜用溅射源的倾斜形靶的其它构成例子示意图。

图20所示为在玻璃基板上形成TiO₂膜时的波长550nm的光透射率变化曲线图。

图21所示为形成由玻璃/(TiO₂ 92.9nm/SiO₂ 57.3nm)⁷/TiO₂ 185.8nm/(SiO₂ 57.3nm/TiO₂ 92.9nm)⁷的膜结构构成的29层单腔带通滤光器(中心波长为550nm)时的波长550nm测量光产生的透射率变化曲线图。

图22所示为图21中的区间A在成膜中得到的透射率数据与角度的关系的曲线图。

图23所示为图21中的第28层以后在成膜中测量的透射率与角度的关系的曲线图。

图24为用测量波长550nm、入射角在0°±10°的范围内取得的透射率曲线数据经近似变换得到的光谱透射率的曲线图。

图25所示为用测量波长549nm、入射角在0°±10°的范围内取得的透射率曲线数据的曲线图。

图26为将图25所示的数据进行近似变换而得到的光谱透射率的曲线图。

图27所示为以往的光学多层膜成膜用溅射装置的构成示意图。

图28为基板保持架的平面图。

图29所示为基板保持架的其它形态的平面图。

图30所示为本发明实施形态有关的光学多层膜成膜用溅射装置构成的平面示意图。

图31为沿图30的31-31线的剖面图。

图32为遮光筒的平面图。

图33为遮光筒的侧面图。

图34所示为膜结构的概况及成膜方式的图表。

图35为仅采用AC方式的磁控管的成膜装置筒图。

图36所示为膜特性评价结果的图表。

图37所示为光学多层膜要求的膜特性目标值的一览表。

标号说明

10溅射装置，12腔室，14基板保持架，14基板保持架，14A测量用孔，16中心轴(转轴)，17鼓，18基板，18A、18B监控对象基板，20磁控管溅射源(低折射率膜形成用磁控管溅射源)，21磁控管部分，22电源，23常用磁控管，23A中心线，24、25磁控管部分，26交流电源，27AC磁控管，27A中心线，30磁控管溅射源(高折射率膜形成用磁控管溅射源)31磁控管部分，32电源，33常用磁控管，33A中心线，34、35磁控管部分，36交流电源，37AC磁控管，37A中心线，40卤素灯，41单色仪，42光纤，44投光头(膜厚测量装置)，46受光头(膜厚测量装置)，48受光处理单元，49控制放大器，50个人计算机(控制装置、运算装置)，51CPU(控制装置、运算装置)，52、53、54Ti靶，62、63、64Si靶，70溅射装置，72、74、76、78挡板，80防粘板，82反射型监视器的头，84斩光器，85光电倍增器，86灯电源，87分光装置，88光电二极管，90可变波长激光器，92靶，92A、92B靶倾斜面，92C棱线，94、95、96、97靶，96A、96B、97A、97B倾斜面，100溅射装置，120遮光筒，122支架，124支持管，126绝缘板，128绝缘套，130遮光盖，131孔，140成膜装置，142磁控管控制盘，151、152Ta靶，161、162Si靶，200腔室，202基板保持架，204基板，206低折射率膜形成用磁控管溅射源，208高折射率模形成用磁控管溅射源，210、212靶，214中心轴，216、218溅射电源。

具体实施方式

下面根据附图说明本发明溅射装置及溅射成膜方法的理想实施形态。

图1所示为本发明实施形态有关的光学多层膜成膜用溅射装置构成的平面示意图。图2为本装置中使用的基板保持架的立体图。图1所示的溅射装置10是具有下述结构构成转盘型溅射装置，即在高1.5m、直径1.5m的圆筒形腔室12内，具有鼓(图1中未图示，图2中为标号17)及在该鼓17的外周表面上设置的基板保持架14，构成直径1m的正十二边形的各基板保持架14能够以鼓17的中心轴16为旋转中心进行旋转并支承住。

成为反应室的腔室12与未图示的抽气泵连接，能够得到溅射所需要的低压。另外，在腔室12内还设置引入溅射所需要的气体用的供气装置及装料门，这在图中未图示。另外，腔室12的内壁具有与鼓17隔开近似规定间隔而对向的形状(内圆形状)。

如图2所示，基板保持架14安装在圆筒形状的鼓17的外周表面，与设置的能够自由旋转的鼓17一起旋转。另外，鼓17的形状不限于圆筒形，也可以是多边筒形(横截面是多边形)等。

如图1所示，在基板保持架14上安装成膜用基板(例如是玻璃基板)18，基板保持架14随着利用未图示的旋转驱动装置驱动的鼓的旋转，以一定的转速(例如6rpm旋转。在腔室12的内侧分别设置低折射率膜形成用磁控管溅射源20及高折射率膜形成用磁控管溅射源30。这些磁控管溅射源20及30是高度方向的长度为1.2m的矩形磁控管溅射源，使基板18通过磁控管溅射源20或30的前面，成膜。

磁控管溅射源20是利用对单一磁控管部分21连接电源(在本例中，是供给矩形波的脉冲功率的DC电源)22的现有技术磁控管溅射源(下面称为常用磁控管)23、和对两个磁控管部分24及25连接一个交流电源26以规定频率交替切换阳极/阴极关系的交流型磁控管溅射源(下面称为AC磁控管)27的组合而构成。

同样，磁控管溅射源30是利用对单一磁控管部分31连接电源32的常用磁控管33、和对两个磁控管部分34及35连接一个交流电源36的AC磁控管37的组合而构成。

AC磁控管27及37的动作原理已在日本专利特开平5-222530号、特开平5-222531号、特开平6-212421号及特开平10-130830号的各公报中予以揭示。简单来说，所谓AC磁控管是排列配置两个靶，一个靶为阴极时，另一个靶为阳极，以几十KHZ的频率切换阴极及阳极的磁控管装置，通过进行各种控制，能够稳定而且高速形成氧化物膜或氮化物膜。

常用磁控管23及33与AC磁控管27及37相比，成膜速度低，但反之其优点是能够高精度控制膜厚。图1所示的溅射装置10，通过组合使用能够高速成膜的AC磁控管27及37和能够高精度控制膜厚的常用磁控管23及33，将实现高速成膜及高精度的膜厚控制。

另外，溅射装置10作为成膜中测量膜厚的装置(膜厚监视系统)，具有卤素灯40、单色仪41、光纤42、投光头44、受光头46及受光处理单元48。来自卤素灯40的光利用单色仪41进行波长选择后，通过光纤42，引向投光头44。投光头44设置在基板保持架14的内侧(鼓17的内侧)，从投光头44向旋转中的基板18照射光。如图28所示，在基板保持架14的纵向中间部分形成沿旋转方向较长的光通过用的开口(测量用孔)14A。测量用孔14A的纵向长度形成为投射光的光点直径大致相同程度的大小(在本例中为30mm)，光线通过该测量用孔14A，照射监视对象基板18A。测量用孔14A的长度方向的宽度越大，测量光的入射角范围越宽。另外，也可以是如图29所示的形态，即在测量用孔14A的部分安装膜厚测量专用的监视对象基板18B，来测量膜厚。

在图1所示的腔室12的外侧，设置受光头46。在腔室12的外壁设置将光引向受光头46的窗口(未图示)。透过基板18的光用受光头46接受，变换为与受光量相应的电信号后，送至受光处理单元48。受光处理单元48对接受的信号进行规定的信号处理，变换为计算机输入用的测量数据。在受光处理单元48处理的测量数据50送至个人计算机。

个人计算机50具有中央处理器(CPU)，具有作为运算处理装置的功能，根据从受光处理单元48输入的测量数据，还具有作为控制各溅射电源(22、26、32、36)的控制装置的功能。另外，可以利用个人计算机50进行卤素灯40的发光控制、基板保持架14的旋转控制、腔室12的压力控制、引入气体的供给控制及挡板(图1中未图示，图5中的标号72、74、76、78)的开闭控制等。个人计算机50中装有各控制所需要的程序及各种数据。

在图1中，作为膜厚测量用的光学测量装置的光源部分是采用卤素灯40及单色仪41，但膜厚监控系统所使用的光学测量装置的光源部分不限定于图1的构成例子，可以根据测量对象选择适当的光源。例如在制造WDM用滤光器时，采用波长1460～1580nm的可调谐激光器(可变波长激光器)。另外，不限于采用单色测量光的形态，也可以是用白色测量光而在受光单元一侧形成单色的形态。与利用单色测量光的形态相比，在受光单元一侧形成单色的形态，具有干扰少的优点。

下面说明如上所述构成的溅射装置10的动作。下述的实施例说明的是分别利用反应溅射形成SiO₂膜作为低折射率膜及形成TiO₂膜作为高折射率膜的例子。

一开始，在高折射率膜形成用磁控管溅射源30的各磁控管部分31、34及35安装Ti靶52、53及54，在低折射率膜形成用磁控管溅射源20各磁控管部分21、24及25安装Si靶62、63及64。常用的靶的大小采用高1.1m、宽15cm的靶，AC用的各靶的大小采用高1.1m、宽10cm的靶。

另外，在各基板保持架14上，纵向排列安装各9片厚1.1mm、10cm见方的玻璃基板。然后，利用旋转泵将腔室12先抽至5pa后，用低温泵抽气达到1×10^-5pa。

然后，将氩气以100sccm的流量及氧气以30sccm的流量通过质量流控制器引入腔室12内。这时的气压为0.4pa。另外，sccm是标准状态(0℃，一个大气压)下的流量(cm³/分)。

为了形成SiO₂膜，对安装Si靶62的常用的磁控管23供给直流10KW的矩形波脉冲功率(频率为50KHZ)对安装Si靶63及64的AC磁控管27供给交流20KW的功率，关闭靶与基板间配置的挡板(图1中未图示)，进行5分钟的预放电，然后打开两者间的挡板，进行成膜。

在成膜中，利用上述的膜厚监视系统对基板保持架14上的基板18测量透射率。由于基板18的透射率与成膜的膜厚对应变化，因此通过监视透射率，能够掌握膜厚。为参考起见，图3所示为本实施例的膜厚监视信号例子。

一面利用膜厚监视系统监视膜厚，一面进行成膜，在成膜达到设计膜厚的90％时，停止对AC磁控管27供电，仅用常用磁控管23进行成膜。在成膜中，用个人计算机50计算透射率的测量结果，将该测量结果的信息反馈给各电源26及22，通过这样进行控制，使得提高成膜沿基板18的旋转方向的均匀性，同时使膜厚达到设计膜厚。另外，也可以控制基板保持架14的转速或挡板的开度(开闭量)，来调整成膜。

然后，为了形成TiO₂膜，对安装Ti靶52的常用磁控管33供给直流15KW的功率，对安装Ti靶53及54的AC磁控管37供给交流30KW的功率，与SiO₂膜的成膜工序相同，在进行5分钟的预放电后，打开两者间的挡板进行成膜。在TiO₂膜的情况下也同样，在成膜达到设计膜厚的90％时，停止对AC磁控管37供电，仅用常用磁控管33进行成膜。在成膜中，将透射率的测量结果反馈给各电源36及32，以提高膜的均匀性，进行正确的膜厚管理，这一点与SiO₂膜的成膜工序相同，重复进行上述的SiO₂膜的成膜工序及TiO₂膜的成膜工序，制成玻璃(基板)/SiO₂(94.2nm)/TiO₂(57.3nm)/SiO₂(94.2nm)/TiO₂(57.3nm)/SiO₂(94.2nm)/TiO₂(57.3nm)/SiO₂(188.2nm)/TiO₂(57.3nm)/SiO₂(94.2nm)/TiO₂(57.3nm)/SiO₂(94.2nm)/TiO₂(57.3nm)/SiO₂(94.2nm)的13层带通滤光器。另外，将这样的膜结构表示成玻璃/(SiO₂94.2nm/TiO₂57.3nm)³/SiO₂188.2nm/(TiO₂57.3nm/SiO₂94.2nm)³。

图4所示为该制成的带通滤光器的光谱特性。该图中的黑圆圈(●)是设计值，实线所示为利用本实施例制成的带通滤光器的光谱特性测量结果。虚线所示是为了比较，是表示用没有前述实施例的AC磁控管、没有对电源的反馈系统的图27那样构成的溅射装置制成的带通滤光器的光谱特性测量结果。根据图4所示，采用本发明制成的带通滤光器具有近似按照设计值的光谱特性，但用没有对电源的反馈而制成的带通滤光器，在与带通滤光器的设计波长(550nm)不同的波长处透射率具有峰值。

通过利用本实施形态有关的溅射装置10，能够在基板18上高速形成多层膜，而且能够以高精度进行膜厚控制，能够以高生产率制造WDM用滤光器及分色镜等。

在上述实施例的情况下，达到设计膜厚的90％膜厚前，是同时使AC磁控管及常用磁控管工作，然后仅停止AC磁控管的放电，仅使常用磁控管继续放电，但控制方式不限定该例子。例如也可以是仅用AC磁控管成膜达到90％、然后仅用常用磁控管成膜这样的控制方法。当然，停止AC磁控管的时刻不限定于设计膜厚的90％成膜时刻，可以适当设定。

另外，在上述实施例中，是在对AC磁控管供电中(在到达设计膜厚的90％之前的期间)也是一面监视膜厚一面进行膜厚控制的，但也可以在对AC磁控管供电中虽进行膜厚监视，但部进行膜厚控制，根据预先调查的供给功率及溅射时间所得到的膜厚预测值进行时间管理，经过规定时间后停止对AC磁控管供电。然后，也可以采用在仅用常用磁控管开始成膜时开始膜厚控制(例如对电源进行反馈控制)的形态。

在基板18上测量膜厚的地方(测量点)可以是基板18中间部分的一个地方，也可以是在沿旋转方向的横向(称为“前进方向”)进行多处测量，以测量横向的膜厚分布。也可以在沿基板保持架14的转轴的纵向配置多个膜厚测量装置(投光头44及受光头46)，采用在纵向的多处进行膜厚测量的形态。

成膜时，基板保持架14始终处于旋转状态，透射率的测量是对基板保持架14的一圈进行一或一次以上的采样(最好是对十二边形的各边进行一次采样，共计12次)。例如，基板保持架14的旋转机构具有每转1圈产生一次信号的旋转位置传感器、以及基板保持架14的基板安装面在通过圆周方向决定的规定位置时产生信号的基板位置传感器，将这些位置传感器产生的信号作为触发信号，对各次采样进行测量。

另外，即使省略这些位置传感器，由于能够取得通过进行连续测量而得到的周期性测量信号，因此也可以测量。但是，如上所述通过利用位置传感器，由于能明确掌握测量信号与测量位置的关系，因此能够进行正确的测量。

这样，基板旋转状态下得到的透射率数据串成为表示膜的透射率与角度的关系的数据。该数据串理论上取以测量光的入射角为0°的透射率为中心的线成为对称那样的数值。利用该对称性，能够得到入射角为0°的透射率，还能够将角度关系近似变换为光谱特性。关于近似变换的方法，将用图21至图26详细叙述。

图1所示的溅射装置10是在基板保持架14的内侧配置投光头44，而受光头46设置在腔室12的外部，但也可以采用调换投光头44与受光头46的配置关系的形态。

下面说明上述实施形态的变形例。

图5为其它实施形态有关的光学多层膜成膜用溅射装置70的示意图。在图5中，与图1相同的部分附加相同的标号，其说明省略。另外，在图5中，为了简化图形，图中未画出卤素灯40、单色仪41、光纤42、受光处理单元48及个人计算机50等构成(在图6及图7中也相同)。

图5所示溅射装置70中，对于低折射率膜形成用及高折射率膜形成用的两部分，其常用磁控管23及33和AC磁控管27及37的设置场所被隔开，在各磁控管(23、33、27、37)与基板18之间分别设置可开闭的挡板72、74、76、78。在该图中，表示形成低折射率膜的状态，配置在低折射率膜形成用的常用磁控管23及AC磁控管27前面的挡板72及76处于打开状态，而配置在高折射率膜形成用的常用磁控管33及AC磁控管37前面的挡板74及78处于关闭状态。

该图中，在利用反应溅射工艺得到所希望的膜厚时刻，通过关闭挡板72及76，能够确定使成膜反应停止，同时通过关闭成膜不用的溅射源的挡板74及78，能够防止靶的劣化。若低折射率膜的成膜结束，则打开挡板74及78，进行高折射率膜的成膜。

另外，如图6所示，还最好采用在各磁控管(23、33、27、37)的左右两侧配置防粘板80的形态。防粘板80具有防止等离子绕进去的作用，仅对位于磁控管部分正面的基板18有成膜作用，防止对除此以外的基板(相邻的基板)成膜。利用防粘板80分别包围各磁控管溅射源的左右，通过这样能够不受其它磁控管溅射源产生的等离子的影响，防止对靶粘附杂质。

图7所示为阴极配置的变化图。在实施本发明时，如图7(a)至(d)所示，对于阴极配置能够有各种形态。该图中的“H”标号表示高折射率形成用的阴极(磁控管部分)，“L”表示低折射率膜形成用的阴极(磁控管部分。图7(a)是将高折射率膜形成用的阴极与低折射率膜形成用的阴极隔开配置的例子，如图5说明的那样。图7(b)是为了避免等离子的干扰，使高折射率膜形成用的阴极与低折射率膜形成用的阴极相邻的例子。图7(c)是为了避免对膜厚监视的干扰，将监视位置设定在离开阴极的位置的例子。图7(d)所示为同时采用透射型监视及反射型监视作为测量膜厚的装置的例子。

透射型监视如图1说明的那样，是用投光头44及受光头46测量基板18的透射率的装置。反射型监视是从头82向基板18照射光，再用头82接受其反射光，通过分析受光信号来测量反射率的装置。图中虽未画出，它也是用与图1相同的卤素灯40、单色仪41及光纤42，将测量光引向反射型监视的头82，用头82接收的光(反射光)通过受光信号处理装置，送至个人计算机50。

如图7(d)所示，在同时采用透射型监视及反射型监视的情况下，最好采用透射率低的区域用反射率的测量结果进行控制、而透射率高的区域采用透射率的测量结果进行控制的形态。即，预先设定成为判断透射式/反射式的控制切换用基准的透射率(判断基准值)，在透射率低于该判断基板值时，利用反射率的测量结果进行控制，在透射率高于判断基准值时，利用透射率的测量结果进行控制。

图8所示为本发明实施时主要使用的靶材及膜材料。作为低折射率材料，有采用前述的Si靶形成SiO₂膜的形态，另外还有用SiC靶形成SiO₂膜的形态，还有采用Si与Al的合金靶形成由SiO₂及AL₂O₃构成的氧化物膜的形态等。

关于高折射率材料也同样，除了有用前述的Ti靶形成TiO2膜的形态，另外如图8所示，可以通过选择靶材形成各种膜材料。另外，靶材除了金属(导电性材料)以外，还可以用能够进行DC溅射的氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化物等，这在图8中未画出。

图9所示为本发明实施时利用的基板的例子。如该图所示，WDM用滤光器中，使用OHARA公司生产的WMS(微晶玻璃)。另外，作为其它滤光器用的基板，可以根据用途使用无色透明平板玻璃、硬质玻璃及人造晶体等图9所示的各种玻璃。

下面说明本发明的其它实施形态。

图10为其它实施形态有关的光学多层膜成膜用溅射装置100的构成图。在该图中，对于与图1及图5所示的装置相同或类似的部分附加相同的标号，其说明省略。在图10中，标有“低速成膜1”的常用磁控管23及标有“高速成膜1”的AC磁控管27是低折射率膜成膜用的溅射源。另外，标有“低速成膜2”的常用磁控管33及标有“高速成膜2”的AC磁控管37是高折射率膜成膜用的溅射源。

这些磁控管23、27、33、37面向旋转中心的方向配置，使其它们的中心线23A、27A、33A及37A(是通过各磁控管中心并与靶支持面垂直的线)与基板保持架14的旋转中心(中心轴16)相交。如图10所示，设利用基板保持架14构成的正十二边形的内切圆为15A，外切圆为15B，则基板保持架14至各磁控管23、27、33及37的距离，随着基板保持架14的旋转，在从内接圆15A至外接圆15B的范围内变动。在该图中所示的状态是基板保持架14的基板支持面的中心点与从该基板支持面见到的各磁控管23、27、33及37的中心点的距离为最小时的状态(基板与靶对向的位置关系的状态)

挡板72、74、76及78是这样构成，它分别利用辊子79的旋转力进行开闭动作，与溅射电源22、26、32及36的控制联动，控制对应的挡板72、74、76及78的开闭。

在采用卤素灯40作为膜厚监视系统的光源时，如图10所示，在单色仪41的输出部分配置遮光器84。利用遮光器84周期性地遮住来自单色仪41的输出光(单色光)，通过这样利用受光处理单元48内的比较器进行除去光源干扰分量的运算。受光处理单元48具有输出使遮光器84动作的调制信号、同时将输入的受光信号的电压值变换为数字信号后提供给CPU51的控制放大器(图11中标有标号49)。

图11所示为利用卤素灯的膜厚监视系统的详细构成方框图。卤素灯40接受来自灯电源86供给的功率而发光。由卤素灯40照射的光(白光)利用单色仪41形成单色光后，入射至遮光器84。遮光器84根据由控制放大器49提供的调制信号动作，通过遮光器84输出被调制的单色光。该被调制的单色光利用分光装置(半透明反射镜等)87一分为二。其中一部分引入成为成膜空间的腔室12内，照射测量对象的基板18(相当于测量用样品)。透明基板18的光入射至光电倍增器85，变换为与透射光的光量相应的电压信号。由光电倍增器85输出的电压信号，利用控制放大器49变换为数字信号后，送至CPU51。

另外，利用分光装置87分光的另一部分光，作为得到光源信息用的光入射至光电二极管88。控制放大器49对光电二极管88提供与遮光器84同步的调制信号，从光电二极管88输出与单色仪41出射的光源直接光的光量相应的电压信号。从光电二极管88输出的电压信号在控制放大器49中变换为数字信号后，送至CPU51。

CPU51根据从控制放大器49输入的透射光的数据及光源直接光的数据，进行透射率的计算、光学膜厚的计算及成膜速率的计算等。

也可以不限于采用将卤素灯40的白光利用单色仪41形成单色光后照射基板18的形态，而是将白色测量光照射基板18，在受光侧形成单色光。在这种情况下，在受光头46的前段配置单色仪。在受光侧形成单色光的形态与用单色测量光的形态相比，可以减少干扰。

也可以采用图12所示的系统构成，以代替图11所示的系统构成。在图12中，对与图11相同或类似部分附加相同的标号，其说明省略。在图12所示的例子中，光源部分采用可变波长激光器90，利用可变波长激光单元内的光栅选择输出波长。另外，由于可变波长激光器90的输出稳定，因此不需要图11中说明的光源直接光的监视。在图12中使用调制的单色光，但也可以用不调制的。另外，图12所示的分光装置87也可以省略。

但是，转盘型溅射装置由于其结构是一面使构成正多边形的的各基板保持架旋转，一面进行成膜，因此如日本专利特开平3-253568号公报也指出的那样，在位于正多边形的边上的部分及位于棱上的部分，其与靶的最短接近距离及相对于靶的基板面角度的关系不同。因此，溅射原子相对于基板的附着概率不同，存在膜厚分布相对于基板的旋转方向(一面旋转一面沿基板横向宽度方向前进的方向，按照该意思，则称为“前进方向”)不均匀的倾向。

图13所示为其示意图。图13(a)所示为位于由基板保持架202构成的正多边形的边周围的部分最接近靶210的状态，图13(b)所示为正多边形的棱最接近靶210的状态。另外，标号220是安装靶210的磁控管部分的衬板。溅射原子的附着概率取决于从靶210至基板204面上的各位置的距离r及其方向(称为“向量<r>”)及向量<r>与基板面的夹角φ。

如图13(a)及(b)所示，由于随着基板保持架202的旋转，位于正多边形的边周围的部分及位于棱周围的部分的向量<r>及角度φ发生变化，因此在以往的成膜方法中，如图13(c)所示，存在基板204的周边部分附着更多的原子、周边部分的膜厚大于中心部分的倾向。

在本发明中，为了达到膜厚分布均匀，本实施形态有关的溅射装置100采用图14所示的靶。图14(a)为剖面图，图14(b)为平面图。该靶92是适用于图10的标号23及标号33所示的低速成膜用的溅射源的靶，如图14所示，靶的上表面是将中心位置(沿鼓17的转轴方向的棱线92C)形成尖峰，然后向左右两方向倾斜，即具有所谓屋顶形(倒V字形)的形状。相对于水平面的倾斜角度θ取决于用基板保持架14构成的正多边形的边数、直径、基板大小、基板与靶之间的距离(设计上的平均直径等)，为了能够实现膜厚分布均匀，要设计成最佳的角度。

以往的靶是板厚一定的平板形，在处于基板与靶对向的位置关系时，基板面与靶面处于平行状态(参照图13(a))。相反，图14所示的靶92在处于基板与靶对向的位置关系时，成为靶面相对于基板面稍微保持一些角度(倾斜角度θ)的状态。

若采用如上所述构成的靶92，则如图15(a)及(b)所示，由于溅射原子从靶倾斜面92A及92B射出，因此其飞溅分布(溅射原子的密度)是沿靶倾斜面92A及92B的法线方向展开(即成为V字形发射)。另外，很好兼顾成为原子射出面的靶倾斜面92A及92B到基板18的各位置的距离及其方向(向量<r>)、以及向量<r>与基板面的夹角φ的关系等各种条件，加以统盘考虑，这样如图15(c)所示，能够沿基板18的前进方向(图中的横向)实现膜厚均匀分布。

图16为比较采用本发明的倾斜形靶92进行成膜的膜厚分布及采用以往的平板形靶(常用靶)进行成膜的膜厚分布的曲线图。该图所示的曲线是在下述实施条件下得到的实验结果。即，在图10所示的溅射装置100中，采用构成直径1m的正十二边形的各基板保持架，取基板与靶之间的距离为60mm，基板尺寸为35cm见方，在用标号23(或33)所述的低速成膜用溅射源上安装“常用靶”进行成膜的结果及安装倾斜形靶92(倾斜角度θ＝5°)进行成膜的结果。另外，在基板保持架表面的每一面安装基板保持架扩展夹具，安装35cm见方的基板。

从图16可知，若用常用靶，则周边部分的膜厚大于基板中心的膜厚，但在本发明的倾斜形靶92的情况下，膜厚沿前进方向的分布变得均匀。

与上述低速成膜用的溅射源相同，对于图10中用标号27及37所示的高速成膜用的溅射源，可采用图17所示的倾斜形靶94及95。图17(a)的剖面图及图17(b)的平面图所示的靶94可用作为图10的标号63及54所示的靶。另外，图17(c)及(d)所示的靶95可用图10的标号64及53所示的作为靶。在高速成膜用溅射源(AC磁控管)中，由于使相邻配置的两个靶的靶面向同一方向倾斜也不能达到膜厚均匀，因此这两个靶要以互相为线对称(或者近似线对称)的关系配置。

图17所示的各靶94及95的倾斜角度θ是取决于溅射装置的具体条件设计成最佳角度。如图1中也已说明，由于高速成膜用的AC磁控管是交替切换在两个相邻磁控管部分安装的靶的阳极/阴极关系而整体上能作为一个溅射源起作用，因此如图17所示，左右的靶94及95分别具有单一倾斜面(仅单侧倾斜，即所谓楔形)，这样在将这两个靶94及95组合使用时，构成与图14中说明的靶92相同的屋顶形靶面。关于图17所示的靶94及95的作用，则与图15相同。

图18是比较采用图17所示的倾斜形靶94及95的AC磁控管产生的膜厚分布与采用以往的平板形靶(常用靶)的AC磁控管产生的膜厚分布的曲线图。图18所示的曲线是在下述实施条件下得到的实验结果。即，在图10所示的溅射装置100中，采用构成直径1m的正十二边形的各基板保持架，取基板与靶之间距离为60mm，基板尺寸为35cm见方，在用标号27(或37)所述的高速成膜用溅射源上安装“常用靶”进行成膜的结果及安装倾斜形靶94及95(两者的倾斜角度θ都为5°)进行成膜的结果。另外，在基板保持架表面的每一面安装基板保持架扩展夹具，安装35cm见方的基板。

从图18可知，若用常用靶，则周边部分的膜厚大于基板中心的膜厚，但在本发明的倾斜形靶的情况下，膜厚沿前进方向的分布变得均匀。

也可以是采用图19所示的靶96及97的形态，以代替图17所示的靶94及95。即，用图19(a)、(b)所示的靶96置换图17的靶94，用图19(c)、(d)所示的靶97置换图17的靶95。图19所示的靶是适用于AC磁控管的左右的靶96及97的上表面分别形成屋顶形(“A“形)的形态。在这种情况下，内侧的倾斜面96A及97A的倾斜角(θ1)和外侧的倾斜面96B及97B的倾斜角(θ2)是取决于溅射装置100的构成条件等设计成的合适值。通过这样，能够实现膜厚在前进方向的分布均匀。

下面说明有关膜厚监视方法的其它实施形态。

对于作为目标的光学膜厚nd(这里，n为膜的折射率，d为物理膜厚)，若采用满足下式(1)的波长λ的光作为测量光，

(式1)

nd＝mλ/4            ……(1)

式中，m为正整数，λ为光的波长

使该测量光垂直射入成膜中的基板(入射角＝0°)，测量其透射率(或反射率)，则在所形成的膜的光学膜厚成为测量波长λ的1/4整数倍时(即满足上述式(1)时)，透射率(或反射率)达到极值。

图20所示为在玻璃基板上形成TiO₂(n＝2.4)膜时透射率相对于测量波长550nm的变化曲线图。在该图中，横轴表示成膜的膜厚(几何膜厚d)，纵轴表示透射率。如该图所示，在光学膜厚nd为λ/4的整数倍时，透射率表现为极值。

利用这样的现象，对作为目标的膜厚，采用满足上述式(1)的测量波长λ的光，就能够进行膜厚监视及成膜控制。

但是，在图1或图10中所示的转盘型溅射装置的情况下，由于基板保持架14在旋转因此测量光的入射角及测量位置(监视位置)一直在变化。在测量光的入射角变化时，若透射率的值发生很大变化，则难以进行高精度的测量及成膜控制。实际上，在构成的膜10层以上的情况下，由于测量光的入射角变化而引起透射率的极值位置及透射率发生变化，因此用以往的方法难以进行膜厚测量及成膜控制。

关于解决上述问题用的方法，下面用具体的例子进行说明。

图21所示为在形成由玻璃/(TiO₂92.9nm/SiO₂57.3nm)⁷/TiO₂185.8nm/(SiO₂57.3nm/TiO₂92.9nm)⁷的膜结构构成的29层单腔带通滤光器(中心波长550nm)时波长550nm的测量光引起的透射率的变化曲线图。

若着眼于成膜过程中各阶段的膜的光学性质，则如图21所示，可以划分成区间A～D的四个区间。

区间A(第一层～第12层)是透射率与膜厚有很大的关系、而与测量光的入射角基本上无关的区间。实际上，0°入射的透射率与10°入射的透射率的值基本上一致。区间B(第13层～第18层)是透射率与膜厚基本无关、又与入射角基本无关而且透射率的变化很少的区间。区间C(第19层～第29层)是即与膜厚有关、又与入射角有关的区间。0°入射的透射率与10°入射的透射率有很大不同，10°入射的透射率数值小(不到10％)。另外，区间D(第29层)是调整光学特性用的区间。

在每个区间，分别进行适当的监视及成膜控制，就能够提高监视精度及膜的光学性质的可控性。下面说明各区间中的控制方法。

<区间A中的膜厚控制>

图22所示为第一层、第二层、第三层及第九层形成的膜中得到透射率数据与角度的关系的曲线图。在从第一层至第十二层的区间(区间A)中，如图22所示，入射角即使变化，透射率也基本上不变。因而，将基板旋转中连续取得的透射率数据在入射角为±5°～±15°左右的范围内取平均值，通过这样能够得到与垂直入射时的透射率基本上相同的数值。然后根据得到的垂直入射时的透射率，计算出透射率达到极值的时间，在实际上透射率的值达到成为极值的值的时刻，停止成膜，采用这样的方法能够控制膜厚。另外，由于成为测量对象的基板18在旋转，因此在0°入射时，是对基板18的中心进行测量，而入射角越大。则监视的是越偏离基板中心的位置。但是，由于利用图14至图19说明的倾斜形靶。因此沿基板前进方向的膜厚分布均匀，若结合这一点来考虑，则即使监视位置变动，也能够正确测量膜厚。

<区间B中的成膜方法>

在第13层至第18层的区间中，由于透射率的值小，相对于膜厚增加而引起的透射率的变化小，因此难以进行高精度的膜厚控制。因而，在该区间B中，透射率仅作为参考数据而采集数据，主要根据第一层至第十二层的成膜工序中的透射率变化量与成膜时间的关系，计算当前的成膜速率，一到能够得到所希望膜厚的时间，则停止成膜，采用这样的方法以成膜时间来控制膜厚。

<区间C中的成膜方法>

图23所示为第28层以后的透射率与角度的关系的曲线图。在从第19层至第29的区间(区间C)中，如图23所示，由于透射率的值取决于角度而变化，因此难以采用区间A那样的控制方法。但是，如图23所示，由于表示入射角为0°时的透射率的点成为利用测量取得的透射率曲线与线对称的对称轴相交的点，因此即使没有表示入射角为0°的时刻的严格触发功能，也能够通过对利用测量取得的透射率数据进行运算处理，求得垂直入射时(入射角为0°)的透射率。另外，能够根据利用测量得到的透射率曲线峰值位置、相对于角度的变化率或面积(即曲线形状)，判断取得极值的膜厚。再有，通过对角度变化而得到的透射率曲线进行近似变换，如图24所示，能够得到测量波长λ的长波长一侧的光谱透射率。

图24所示为对入射角为0°±10°的范围内取得的透射率曲线的数据进行近似变换而得到的光谱透射率的曲线图。通过利用±10°范围的数据，能够预测测量波长(＝550nm)的长波长一侧即550nm≤λ≤552.35nm的光谱透射率。该预测值如图24所示，与实际的光谱透射率(通过实验确认的光谱透射率)以极高的精度一致。

<区间D中的成膜方法>

在从第一层起依次不断成膜的过程中，有时由于实际的膜厚相对于目标膜厚会产生误差，因此不能得到所希望的光学特性。在这样的情况下，在成膜过程中设置进行光学特性修正的层。在本例中，将第29层作为该修正用的层(最后层)，将它作为区间D。

在该区间D中，利用从满足式(1)那样的测量波长(λ＝550nm)稍微向短波长一侧偏离的波长的测量光，进行透射率的测量。在本例中，利用波长λ＝549nm的测量光进行测量，得到图25所示的信号。利用这样得到的测量数据，与前述区间C相同，通过进行近似变换，如图26所示，能够求得测量波长λ＝549nm的长波长一侧即549nm≤λ≤551.35nm的光谱透射率。

这样求得的光谱透射率与实际的光谱透射率一致，而且一致的程度达到极高的精度。在成膜工序中，得到图26所示的光谱透射率的变化曲线，通过这样对于带通滤光器的光学性能的“中心波长”、“特定波长的透射率”及“带宽”等全都能够看到。因而，能够一面确认使其满足作为目标的性能，一面补偿膜厚(即光学特性)，这样能够提高产品的合格率(正品率)。在上述的例子中，是采用λ＝549nm的光作为从测量波长λ＝550nm稍微向短波长一侧偏离的测量光，但测量使用的光的波长可以根据想要测量的膜的种类及层数进行更换。

在上述实施形态中，所述的是计算透射率的例子，但在本发明实施时，也可以计算反射率，以代替透射率，或者与透射率一起计算。

图10所示的溅射装置100是在装置内的全部磁控管部分安装了倾斜形靶，但在本发明实施时，也可以采用在一个装置内混合装有常用靶及倾斜形靶的形态。

〔提高膜厚监视精度的技术〕

下面说明提高膜厚测量精度的方法。

在成膜中测量透射率或反射率的光学特性时，存在的问题是，受光单元会检测到来自投光单元以外的光(主要是在磁控管部分周边的成膜空间产生的等离子光)，难以进行高精度的光谱测量。对于该问题，采用与遮光频率同步的同步放大器，就能够减少干扰。

但是，由于溅射成膜中的等离子发光强度在时间上是不稳定的，因此难以完全去除该干扰。特别是在测量光的强度在比较弱的条件下进行测量时，存在因等离子散射而引起干扰的问题。

为了解决这样的问题，在本发明的实施形态中，将测量部分(受光单元及投光单元)相对于成膜空间沿基板保持架旋转的圆周方向偏离配置，以减少等离子光的影响。在图30所示的例子中，在从磁控管(23、27、33、37)配置的位置沿圆周方向最远离的位置处，配置测量部分。另外，在图30中，对于与图1相同的部分附加相同的标号，其说明省略。如图30所示，使检测位置离开成膜空间，通过这样能够提高S/N比，进行高精度的监视。

成膜空间与监视位置的离开量(距离)可以根据实际的装置结构进行各种设计，但以最接近受光单元的磁控管的中心线与腔室外壁交点为基准点，较好的是取沿外壁面上的周长在水平方向离开150mm以上的位置，最好是取离开900mm以上的位置。

再有，最好在受光头46与投光头44之间，即在腔室壁面形成的测量用窗口与基板保持架之间配置长度近似等于腔室12与基板保持架14间隔的遮光筒120，以覆盖测量光的光路。另外，使该遮光筒120与腔室12电气绝缘，处于浮空状态，通过这样能够大大地遮断来自成膜空间的等离子散射光。

图31是沿图30的31-31线的剖面图。如图31所示，受光头46通过支架122安装在腔室12的外壁。遮光筒120安装在腔室12的内壁，使其遮盖测量光的光路。另外，标号124是支持光纤42的支持管。

图32为遮光筒120的平面图，图33为遮光筒120的侧面图。遮光筒120的本体用SUS304等金属材料形成，该遮光筒120通过绝缘板126中介安装在腔室12上。安装时使用绝缘套128，利用未图示的螺丝固定。另外，作为绝缘板126及绝缘套128的材料，最好是例如含氟树脂的特氟纶(聚四氟乙烯的商标名)。当然，也可以是用特氟纶及其它绝缘材料形成遮光筒120的本体的形态。

在遮光筒120的前端部设置遮光盖130。遮光盖130利用带黑色的特氟纶形成，在遮光盖130的中心形成与投射光的光点直径近似相同大小的孔131。另外，在遮光筒120本体处于漂游状态时，作为遮光盖130的材料虽也可以使用SUS304那样的导体，但在本例中，为了抑制因基板18与遮光盖130之间的多重反射而产生的散射光的影响，从防止多重反射的观点出发，使用黑特氟纶。

利用上述方法，能够大幅度减少因等离子光而引起的干扰，即使在遮光频率为270HZ左右的较低的情况下，也能够进行高精度的测量。根据实验可知，通过设置漂移电位的遮光筒120，S/N比提高了200倍。图30至图33中说明方法，能够适用于图1至图26中说明的各实施形态。

〔仅使用AC磁控管的实施形态〕

在上述的实施形态中所述的例子是，在同时设置AC方式的磁控管及常用型的磁控管的转盘型溅射装置中进行成膜，另外通过连续进行膜的光学特性(透射率或反射率)的测量，在目标膜厚与成膜中的膜厚之差较大时，同时使高速侧磁控管(AC磁控管)及低速测磁控管(常用磁控管)放电，进行成膜，若与目标膜厚之差减小，则仅用低速侧磁控管进行成膜，通过这样进行精密的膜厚控制，能够得到具有所希望的光学特性的层叠膜。这样的形态构成的装置是为了形成通信用带通滤光器那样的膜厚误差为0.01％以下的膜厚精度高的膜所需要。

与上不同的是，如图34所示，对于显示器、投影仪、照明器具、各种照相机镜头用的零部件等用途使用的低反射膜、流线式滤光器(edge filter)(红外线反射滤光器、紫外线反射滤光器、红外紫外线反射滤光器、可见光反射滤光器等)及偏振滤光器等，这些膜厚误差只要求1～5％左右的膜结构的情况下，用没有低速成膜用磁控管的装置构成就能够满足要求。

作为形成膜厚误差只要求1％左右数量级的这样规格的层叠膜的装置，是不使用低速成膜用磁控管，而仅用高速成膜用磁控管成膜，下面说明这样的方法及装置的形态。

图35所示为仅用AC方式的磁控管的成膜装置的示意图。在该图中，对于与图1的例子相同或类似的部分附加相同的标号，其说明省略。该成膜装置140是转盘型溅射装置，具有下述构成，它是在高1.5m、直径1.5m的圆筒形腔室12内，构成直径1m的正十二边形的各基板保持架14能够以中心轴16作为旋转中心旋转并支承住，在腔室壁的内侧配置将两个长1m的矩形靶作为一组的AC磁控管27及37。使载有基板18的基板保持架14以30rpm的速度旋转，基板18通过AC磁控管27及37的前面，而成膜。本例的成膜装置140分别设置低折射率膜形成用及高折射率膜形成用的AC磁控管27及37。

本成膜装置140将来自卤素灯40的光通过单色仪41、遮光器84及光纤42，引向投光头44，对旋转中的基板从投光头44照射测量用的光。透射过基板18的光通过基板保持架14与测量用窗口之间的遮光筒120，在受光头46的积分球及光电二极管上接受光。这样，一面进行成膜，一面测量基板18及形成的膜的透射率。

用个人计算机50计算该测量结果，再反馈给磁控管控制盘142，使得达到所希望的膜厚。另外，磁控管控制盘142是控制对AC磁控管27及37供电的电源等的控制部分。如上所述，AC磁控管是将两个磁控管阴极并排配置，在一个磁控管为阴极时，另一个磁控管成为阳极，是以几十KHZ的高频交换阴极与阳极的磁控管，通过控制成膜参数，使得在反应溅射的移动区域保持成膜条件，这样能够稳定而且高速形成氧化物或氮化物等的薄膜。

当然，作为靶的形态，也可以采用图17或图19说明的倾斜形靶。

下面说明使用图35所示的成膜装置的成膜顺序。

首先，在高折射率膜形成用的AC磁控管37上安装Ta靶151及152，同时在低折射率膜形成用的AC磁控管27上安装Si靶161及162，将厚1.1mm、10cm见方的玻璃基板18安装在基板保持架14上。然后，用未图示的旋转泵将真空腔室12先抽至5pa后，再用涡轮分子泵抽气至2×10^-4pa。

抽气后，从高折射率膜形成侧的气体引入口引入370sccm的氩气及180sccm的氧气，开始放电。对于高折射率膜形成用的AC磁控管37，控制功率或气体流量等，使得在移动区域或其附近保持成膜状态，以基板保持架14每一圈约0.4nm的成膜速度进行成膜。这时，一面进行成膜，一面每一圈进行变化透射率的测量

在腔室12上形成的测量用窗口与基板保持架14之间配置遮光筒120。如图32及图33中所述，遮光筒120具有与投光头44照射的光束直径近似相同大小的孔131，形成与基板保持架14和所述窗口之间的距离近似相同的长度。遮光筒120在电气上处于漂游电位状态，能够抑制在受光部分附近散开的等离子的影响。利用该方法，即使在遮光频率比较低的情况下，也能够进行高精度的测量，能够进行高精度、测量速度快的膜厚监视。

根据这样得到的透射率数据，相对于所希望膜厚计算现在的成膜膜厚，将该结果对磁控管控制盘142进行反馈。若到达目标膜厚，则停止对AC磁控管37的供电，或者在接近目标膜厚的阶段，以低速关闭挡板(到挡板关闭为止基板保持器还旋转几圈～几十圈以这样的速度关闭)，通过这样进行控制，使得旋转方向上膜厚均匀同时达到设计值。

另外，在上述的反馈控制中，也可以考虑到目标膜厚与现在膜厚之差，通过改变成膜参数，以分阶段地控制成膜速度，提高膜厚精度，缩短成膜时间。

然后，为了进行低折射率膜即SiO₂的成膜，引入250sccm的氩气及140sccm的氧气，开始放电。对于AC磁控管27，控制电压，使得在移动区域或其附近保持成膜状态，以基板保持架14每一圈约0.4nm的成膜速度进行成膜。这时，用与高折射率膜形成时相同的方法，每一圈测量透射率，控制AC磁控管27，以得到所希望的膜厚。

这样交替反复形成高折射率膜及低折射率膜，制成可见光反射滤光器。

另外，根据与上述相同的方法，在直径10cm的硅晶片上形成基板/Ta₂O₅(200nm)/SiO₂(200nm)/Ta₂O₅(200nm)/SiO₂(200nm)/Ta₂O₅(200nm)/SiO₂(200nm)/Ta₂O₅(200nm)/SiO₂(200nm)/Ta₂O₅(200nm)/SiO₂(200nm)的10层层叠膜。

在该成膜前后，对硅晶片的表面使用Tencor Instruments公司的FLX THINFILMS STRESS MEASUREMENT SYSTEM(FLX薄膜应力测量系统))的FleXus F2320，测量曲率半径，根据该测量值之差，求出层叠膜的应力是压缩应力，为17Mpa。

图36所示为膜特性的评价结果。另外，在该图表中，为了比较起见，同时记入仅使用DC方式磁控管成膜的26层3.0μm层叠膜的评价结果、以及蒸镀产品的34层4μm层叠膜的评价结果。各项目的测量方法如下所述。

·膜应力使用Tencor Instruments公司的FLX THIN FILMS STRESSMEASUREMENT SYSTEM的FleXus F2320，测量成膜前及成膜后的直径10cm硅基板翘曲(曲率半径)，通过这样求得。

·折射率及衰减系数使用J.A，Woollam Co.Inc.的光谱偏振光椭圆仪WVASE32求得。

·混浊值使用有限会社东京电色的混浊仪TC-HIII求得。

·光滑性使用精工仪器株式会社的多功能装置SPA-400求得。

·波长偏移的求得方法如下所述。1、使用日本分光株式会社的自动光学元件测量装置ART-25GT，测量样品的光谱透射率。2、将样品放入Tabyspec株式会社的小型环境试验机SH-220，在60℃、90％RH的设定条件下放置120小时。3、将样品从小型环境试验机SH-220中取出，使用自动光学元件测量装置ART-25GT，测量光谱透射率。4、将上述的1～3的测量结果之差作为波长偏移。

图37所示为作为参考的光学多层膜所要求的膜特性目标值一览表。

如图35至图36所示，若仅使用AC磁控管进行成膜，则在膜应力、折射率、衰减系数。混浊值、光滑性、耐久性(波长偏移)等方面，能得到优异的结果。另外，在约4μm以下的膜厚中得到的结果是用DC溅射及蒸镀法，随着膜厚增加，其表面粗糙度(Ra)增大，但用AC溅射法，则与膜厚无关，表面粗糙度显示出约0.5nm左右较小的数值。

工业上的实用性

如上所述，根据本发明，在转盘型溅射装置中，由于在成膜中监视膜厚，并利用该信息控制影响成膜量的参数，因此能够正确控制膜厚，能够以高生产率形成所希望膜厚的膜。

根据本发明的其它形态，由于同时使用AC型磁控管溅射源及在单一磁控管部分上安装靶的磁控管溅射源，在达到设计膜厚(目标膜厚)之前的一定量，使用AC型磁控管溅射源进行高速成膜，在得到一定量的成膜后，停止利用AC磁控管溅射源进行成膜，仅使用在单一磁控管部分上安装靶的磁控管溅射源，因此能够高精度地控制膜厚，能够以高生产率成膜。

再有，作为膜厚测量手法，是利用表示测量光的入射角与透射率或反射率的关系的变化曲线，通过这样能够准确决定成膜的终点等。

根据本发明的别的其它形态，是根据透射率或反射率与入射角的关系进行近似变换，能够实时掌握光谱透射率或光谱反射率的外形曲线，将它们反馈给膜厚控制，通过这样能够将最终产品的外形精加工成所希望的(所希望的光学性能的产品)。通过这样，能够大幅度提高产品的正品率。

另外，根据本发明的别的其它形态，在转盘型溅射装置中，采用倾斜形靶代替以往的平板形靶，或者与其同时使用，通过这样在基板的前进方向上能够容易实现膜厚均匀。如特开平3-253568号所揭示的那样，在采用两个阴极及对该阴极提供功率用的两个电源的溅射方法(装置)中，在要力图实现膜厚均匀时，必须使两个阴极的成膜速度相等，但实际上在阴极之间很难减小影响成膜的主要因素之差别。根据本发明的方法及装置，由于力图使膜厚均匀的阴极电源系统可以是只具有一个电源而构成的，因此其优点是，对前述主要因素的影响小，能更简单地实现膜厚均匀，同时与以往相比，装置的构成也紧凑而且价格低。

根据所要求的膜厚精度，也可以不使用DC型磁控管，仅使用AC型磁控管进行成膜。通过使用AC型磁控管进行成膜，能够得到特性优异的多层膜。

另外，在本发明中，作为提高膜厚测量精度的装置，是使测量部分的位置远离成膜空间，通过这样能够减少测量中等离子光的影响。再利用遮光筒包围测量光通过的光路的周围，将该遮光筒与腔室绝缘，在电气上处于漂游状态，这样能够大幅度遮断来自成膜空间的等离子散射光。

Claims (7)

1.一种转盘型溅射装置，所述转盘型溅射装置具有下述构造，即：

在腔室内设置自由旋转的横截面为多边形或圆形的鼓，在该鼓的外周表面上设置多个基板保持架，

在腔室壁的内侧配置多个磁控管溅射源，

每个磁控管溅射源由靶及保持该靶的磁控管部分构成，

所述靶利用所述磁控管部分保持，使其与所述鼓的转轴平行，

所述溅射装置包括：

在成膜过程中测量安装在所述多个基板保持架之一上的基板上形成的膜的膜厚的膜厚测量装置；

对各靶供给溅射所需要的功率的电源单元；以及

利用所述膜厚测量装置得到的测量结果来控制影响成膜量的参数的控制装置。

2.如权利要求1所述的溅射装置，其特征在于，

所述多个磁控管溅射源是装有低折射率膜成膜用靶的磁控管溅射源以及装有高折射率膜成膜用靶的磁控管溅射源的组合。

3.如权利要求1所述的溅射装置，其特征在于，

所述膜厚测量装置具有对基板照射测量光的投光装置，以及接受照射所述基板的所述测量光的透射光或反射光后响应于所述透射光或反射光的受光量而产生电信号的受光装置，在所述鼓旋转时，通过从所述投光装置向所述基板照射测量光，进行所述的膜厚测量。

4.如权利要求3所述的溅射装置，其特征在于，还包括：

根据从所述受光装置输出的信号，计算透射率信息或反射率信息的运算装置。

5.如权利要求3所述的溅射装置，其特征在于，

所述膜厚测量装置设置在离开所述多个磁控管溅射源的位置。

6.一种溅射成膜方法，是采用转盘型溅射装置进行成膜的溅射成膜方法，所述转盘型溅射装置具有下述构造，即：

在腔室内设置自由旋转的横截面为多边形或圆形的鼓，

在该鼓的外周表面上设置多个基板保持架，

在腔室壁的内侧配置的多个磁控管溅射源，每个磁控管溅射源由靶及保持该靶的磁控管部分构成，

所述靶利用所述磁控管部分保持，使其与所述鼓的转轴平行，

所述方法包括下述工序：

在成膜过程中测量安装在所述多个基板保持架之一上的基板上形成的膜的膜厚的膜厚测量工序；

利用所述膜厚测量工序中得到的测量结果来控制影响成膜量的参数的控制工序，

其中，所述测量步骤包括：

一面使所述鼓旋转，一面对基板照射测量光的投光工序；

接受照射到所述基板上的所述测量光的透射光或反射光后响应于该透射光或反射光的受光量而产生电信号的受光工序；

根据所述的受光工序得到信号计算透射率信息或反射率信息的运算工序。

7.如权利要求6所述的溅射成膜方法，其特征在于，

所述膜厚是在离开所述多个磁控管部分的位置处测量的，从而使得所述多个磁控管部分中产生的等离子光的不利影响最小化。

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