CN105088171B - 基于石英振荡式膜厚监视器的膜厚控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种非常优异的基于石英振荡式膜厚监视器的膜厚控制方法，其误差校正精度极大提高，且膜厚测定精度极大提高。该基于石英振荡式膜厚监视器的膜厚控制方法在成膜工序前使用事先测定用石英振子对每个不同振荡频率下的测定用基板的薄膜的膜厚进行测定，计算通过所述事先测定用石英振子测定的目标膜厚与在所述各振荡频率的每个频率下测定的测定用基板的薄膜的实际膜厚的比率作为校正比率，在成膜工序中，将成膜时的通过所述石英振子测定的(成膜用)基板的薄膜的膜厚或者成膜速度乘以所述各校正比率中与振荡频率相应的校正比率来校正(成膜用)基板的薄膜的膜厚或者成膜速度从而控制膜厚。
Description
技术领域
本发明涉及基于石英振荡式膜厚监视器的膜厚控制方法，涉及对通过石英振子测定的膜厚和基板上的实际膜厚的误差进行校正的技术。
背景技术
在通过蒸镀或者溅镀等方式使成膜材料沉积于基板而形成薄膜的成膜装置中，为了控制(管理)膜厚以及成膜速度(Rate：速率)而使用膜厚计(膜厚监视器)，其中广泛使用的是使用了石英振子法的石英振荡式膜厚监视器。
该石英振荡式膜厚监视器将作为测定部的石英振子设于成膜室内，利用了当在该石英振子上附着有成膜材料时共振振动根据其质量的变化而变化的现象，例如通过测定该共振振动(振荡频率)的变化来计测膜厚或者成膜速度(Rate：速率)，例如在作为成膜装置使用真空蒸镀装置的情况下，以将该测定结果反馈给蒸发源的加热控制装置从而将对基板的蒸镀薄膜的速率控制为恒定等方式来管理膜厚。
此外，另一方面，这样的石英振子伴随着测定其薄膜逐渐变厚，但是如果该石英振子表面的薄膜变厚，则共振振动逐渐减弱。此时，例如如图1所示，石英振子的监视器上的成膜速度会逐渐偏离基板上的实际成膜速度，虽然在石英振子的使用初期能够测定准确的膜厚，但是随着时间经过，膜厚测定会产生误差(在使用初期成膜的基板和经过时间之后成膜的基板之间，在膜厚上会产生误差。)。
这样伴随着振荡频率因沉积于石英振子上的薄膜的膜厚的増大而逐渐降低，与实际膜厚的误差变大，需要进行校正。
关于这一点，例如在专利文献1(日本特开2008-122200号公报)中公开有如下的校正方法：以与测定用的石英振子并排设置的方式设置校正用石英振子，该校正用石英振子的膜厚不根据测定用的石英振子的膜厚的増大而増大，打开校正用石英振子的断续器，通过该校正用石英振子来测定膜厚，将其测定值与测定用石英振子的测定值的比率作为校正比率并进行乘法运算，来进行膜厚换算。
但是，上述校正方法必须并排设置不同于石英振子的校正用石英振子，而且需要在测定中途逐次打开断续器来进行基于校正用石英振子的测定来进行换算校正，此外，该换算校正也只是根据基于石英振子的测定的校正，而不是根据基板的薄膜的实际膜厚的校正，并且虽然在该校正用石英振子上不会沉积测定用石英振子那么多的薄膜，但成膜材料还是会逐渐沉积，膜厚还是会逐渐増大，因此校正误差的校正精度差，不能说充分改善了基板的膜厚的测定精度。
此外，在专利文献2(日本特开平8-82517号公报)中公开有对基板的薄膜的膜厚进行实测来进行校正的方法，但其只不过是对振荡频率高的状态和低的状态的实际膜厚进行测定并通过最小二乘法来计算最佳的校正系数的方法，因此这2点间只不过是通过基于计算结果的固定值来进行校正，误差校正精度仍然较低，基板的膜厚的测定精度不充分。
专利文献1：日本特开2008-122200号公报
专利文献2：日本特开平8-82517号公报
发明内容
本发明解决了上述问题，其目的在于提供一种非常优异的基于石英振荡式膜厚监视器的膜厚控制方法，在成膜工序之前，使用事先测定用石英振子对该事先测定用石英振子的每个不同振荡频率下的测定用基板的薄膜的膜厚进行测定，计算通过所述事先测定用石英振子测定的目标膜厚与所述各振荡频率的每个频率下测定的测定用基板的薄膜的实际膜厚的比率作为校正比率，在成膜工序中，对成膜时通过所述石英振子测定的(成膜用)基板的薄膜的膜厚或者成膜速度乘以所述各校正比率中与振荡频率相应的校正比率，来校正(成膜用)基板的薄膜的膜厚或者成膜速度从而控制膜厚，由此，误差校正精度极大提高，膜厚测定精度极大提高，并且还能够延长石英振子的使用时间(使用频带)。
参照附图对本发明的主旨进行说明。
本发明的第一方式是一种基于石英振荡式膜厚监视器的膜厚控制方法，在使成膜材料沉积于基板1表面上而形成薄膜的成膜装置3的成膜室4内设有作为石英振荡式膜厚监视器的测定部的石英振子5，该石英振荡式膜厚监视器设于使所述成膜材料沉积于该石英振子5上来测定在所述基板1表面形成的薄膜的膜厚的成膜装置3中，该基于石英振荡式膜厚监视器的膜厚控制方法的特征在于，在所述成膜工序前使用事先测定用石英振子，测定该事先测定用石英振子的每个不同振荡频率下的测定用基板的薄膜的膜厚，计算通过所述事先测定用石英振子测定的目标膜厚与所述各振荡频率的每个频率下测定的测定用基板的薄膜的实际膜厚的比率作为校正比率，在成膜工序中，将成膜时的通过所述石英振子5测定的所述基板1的薄膜的膜厚或者成膜速度乘以所述各校正比率中与振荡频率相应的校正比率来校正基板1的薄膜的膜厚或者成膜速度从而控制膜厚。
此外，本发明的第二方式根据第一方式所述的基于石英振荡式膜厚监视器的膜厚控制方法，其特征在于，在所述成膜工序前进行的事先测定工序中，在使成膜材料沉积于所述测定用基板表面上来形成薄膜的所述成膜装置3的所述成膜室4内设有所述事先测定用石英振子，使成膜材料沉积于该事先测定用石英振子上来测定测定用基板的实际的薄膜的膜厚，计算该测定用基板的薄膜的实际膜厚相对于通过所述事先测定用石英振子测定的目标膜厚的比率作为所述校正比率，该校正比率的计算按照因沉积于所述事先测定用石英振子上的所述成膜材料的膜厚的増大而变化的振荡频率的每个变化阶段进行n次，分别计算每个不同的振荡频率的所述校正比率，在所述成膜工序中，将与所述石英振子5的振荡频率相对应的所述校正比率乘以通过石英振子5测定的膜厚或者成膜速度，与振荡频率的变化相对应地进行校正。
此外，本发明的第三方式根据第二方式所述的基于石英振荡式膜厚监视器的膜厚控制方法，其特征在于，在所述成膜工序之前测定每个所述不同的振荡频率下的沉积于所述测定用基板的薄膜的实际膜厚的所述事先测定工序是在因沉积于所述事先测定用石英振子的所述成膜材料的膜厚的増大而变化的振荡频率的每个变化阶段逐次更替不同的测定用基板来测定沉积于该测定用基板的薄膜的膜厚的工序，在所述成膜工序中使用的所述石英振子5替代所述事先测定用石英振子，是新的其他的石英振子5，且设于所述成膜室4内。
由于本发明如上述那样构成，因此误差校正精度极大地提高，膜厚测定精度极大提高，并且还能够延长石英振子的使用时间(使用频带)，成为非常优异的基于石英振荡式膜厚监视器的膜厚控制方法。
此外，在第二、第三方式所述的发明中，成为膜厚测定精度进一步提高、实用性更加优异的基于石英振荡式膜厚监视器的膜厚控制方法。
附图说明
图1是示出了校正前的相对于通过石英振子测定的成膜速度的、基板上的实际成膜速度的振荡频率相关图的图表，是示出了伴随着膜厚増大振荡频率降低而误差变大的情况的图表。
图2是示出了本实施例的校正后的成膜速度的频率相关图的图表，是示出了误差校正精度提高的情况的图表。
图3是示出了本实施例的根据通过事先测定工序获得的校正比率进行校正的步骤的流程图。
图4是本实施例的概略结构说明图。
标号说明
1：基板；3：成膜装置；4：成膜室；5：石英振子。
具体实施方式
根据附图对优选的本发明的实施方式简单地进行说明并示出本发明的作用。
在通过成膜装置3使成膜材料沉积于(成膜用)基板1表面而形成薄膜的成膜工序之前，使用事先测定用石英振子，对该事先测定用石英振子的每个不同振荡频率下的测定用基板的薄膜的膜厚进行测定，计算通过所述事先测定用石英振子测定的目标膜厚与所述各振荡频率的每个频率下测定到的测定用基板的薄膜的实际膜厚的比率作为校正比率。
在成膜工序中，对通过成膜时的所述石英振子5测定的所述(成膜用)基板1的薄膜的膜厚或者成膜速度乘以所述已获得的各校正比率中与测定时的振荡频率相应的校正比率，来校正(成膜用)基板1的薄膜的膜厚或者成膜速度。
即，在石英振荡式膜厚监视器的因沉积于所述事先测定用石英振子的所述成膜材料的膜厚增大而变化的振荡频率的每个变化阶段，例如如图2、图3所示，在因沉积于所述事先测定用石英振子的所述成膜材料的膜厚增大而逐渐降低的振荡频率的n个阶段的每个阶段，逐次更替不同的测定用基板，对沉积于该测定用基板的薄膜的膜厚进行n次测定，分别计算并获得每个不同振荡频率的所述校正比率，在成膜工序中，将与新的测定用的石英振子5的测定时的振荡频率相对应的所述校正比率乘以通过该石英振子5测定的膜厚或者成膜速度，从而进行与振荡频率的变化相对应的校正。
因此，虽然伴随着振荡频率的变化，基于石英振子5的测定值与实际膜厚的误差逐渐变大，但通过校正比率来校正石英振子5的测定值，其中该校正比率不是固定值，而是通过与预先测定的各振荡频率的每个频率下(n个阶段的每个阶段)的测定用基板的实际膜厚的比较而求出的各振荡频率的每个频率下的校正比率，因此误差校正精度极大提高。
此外，在该成膜工序之前在所述每个不同振荡频率下对沉积于所述测定用基板的薄膜的实际膜厚进行测定的所述事先测定工序，使用该事先测定用石英振子在逐渐变化的各振荡频率的每个频率、具体而言在多个变化阶段的每个阶段(n个阶段的每个阶段)例如一边逐次更替测定用基板一边依次测定实际膜厚，从而能够以多阶段(n个阶段)的方式简单地获得各振荡频率的每个频率下的校正比率，由于能够使用该校正比率通过与石英振子5测定时的振荡频率相对应的校正比率来进行误差校正，因此能够简单高效地以多阶段的方式获得基于实际膜厚的校正比率，并且将其预先输入到例如石英振荡式膜厚监视器的误差校正处理部，与其振荡频率的变化相对应地选择校正比率并将其与测定值相乘，能够容易地进行误差校正，误差校正精度极大提高，成为实用性优异的基于石英振荡式膜厚监视器的膜厚控制方法。
【实施例】
根据附图对本发明的具体实施例进行说明。
本实施例中，在成膜装置(蒸镀装置)3中设置石英振荡式膜厚监视器来控制(管理)基板1的膜厚，其中，成膜装置3在成膜室4(真空腔室4)内使成膜材料(蒸镀材料)从蒸发源2蒸镀并沉积于固定于基板保持架的(成膜用)基板1的表面而形成薄膜，将作为该石英振荡式膜厚监视器的测定部的石英振子5设置于蒸镀装置3的真空腔室4内，对基于该蒸镀装置3的(成膜用)基板1的膜厚或者成膜速度(Rate：速率)进行测定，并反馈给蒸发源2的加热控制装置7，从而均匀地控制该速率，其中，将该石英振子5的测定值和实际膜厚的误差乘以所述校正比率进行校正来管理膜厚。
此外，本实施例的石英振荡式膜厚监视器例如如图4所示由如下部分构成：作为测定部的石英振子5，其设于真空腔室4内；以及膜厚监视装置8，其根据基于该石英振子5的测定值对速率进行监视以及控制，该膜厚监视装置8如上述那样通过膜厚检查装置9(椭偏仪或者触针式表面粗糙度测定器等)预先在各振荡频率的每个频率下对测定用基板的实际膜厚进行测定，在运算部中根据实测值预先计算各振荡频率的每个频率下的校正比率并存储于上位控制器10(所述运算部是作为其他机构而设置的，但也可以组装于上位控制器10。)。并且，本实施例的石英振荡式膜厚监视器以如下方式构成：如图2、图3所示，对于作为测定点的各振荡频率下的各个校正点的每个，将根据在该点测定的实际膜厚计算而获得的校正比率从该上位控制器10输入，来校正基于石英振子5的测定值，并反馈给进行电源的输出控制的加热控制装置7，其中，上述电源进行蒸镀源2的加热，以上述等方式来将速率保持为恒定，来控制(管理)基板1的膜厚。
即，如上述那样，在本实施例中，在成膜工序(蒸镀工序)前进行的事先测定工序中，替代所述石英振子5而将所述事先测定用石英振子设置于使成膜材料(蒸镀材料)沉积于基板1表面来形成薄膜的所述蒸镀装置3的所述真空腔室4内，使蒸镀材料沉积于该事先测定用石英振子，通过所述膜厚检查装置9对测定用基板的实际的薄膜的膜厚进行测定，计算该测定用基板的薄膜的实际膜厚相对于通过所述事先测定用石英振子测定的目标膜厚的比率作为所述校正比率，并将其存储于上位控制器10。
此外，该校正比率的计算获得按照因沉积于所述事先测定用石英振子的所述蒸镀材料的膜厚增大而降低的振荡频率的每个变化阶段(每个测定点)进行n次，分别计算每个不同振荡频率下的校正比率，在蒸镀工序中，进行将与所述石英振子5的振荡频率相对应的所述校正比率乘以在与其测定点相对应的每个校正点选择获得且通过石英振子5测定的膜厚或者成膜速度的运算处理，从而与振荡频率的变化相对应地进行校正。
具体而言，在蒸镀工序之前、在所述每个不同振荡频率下对实际的沉积于所述测定用基板的薄膜的膜厚进行测定的所述事先测定工序是在该各振荡频率的每个频率下更替不同的测定用基板并对沉积于该测定用基板的薄膜的膜厚进行测定的工序，如果该事先测定结束，则替代所述事先测定用石英振子而将另外的新的石英振子5设置于所述成膜室4内。
因此，虽然伴随着振荡频率的变化，基于石英振子5的测定值与实际膜厚的误差逐渐变大，但通过校正比率来校正石英振子5的测定值，其中该校正比率不是固定值，而是通过与预先测定的各振荡频率的每个频率下(n个阶段的每个阶段)的测定用基板的实际膜厚的比较而求出的各振荡频率的每个频率下的校正比率，因此误差校正精度极大提高。
另外，本发明不限于本实施例，各结构要素的具体结构能够进行适宜设计。
Claims (1)
1.一种基于石英振荡式膜厚监视器的膜厚控制方法，在使成膜材料沉积于基板表面上而形成薄膜的成膜装置的成膜室内设置作为石英振荡式膜厚监视器的测定部的石英振子，该石英振荡式膜厚监视器设置于使所述成膜材料沉积于该石英振子上来测定形成于所述基板表面的薄膜的膜厚的成膜装置中，该基于石英振荡式膜厚监视器的膜厚控制方法的特征在于，
在成膜工序之前，使用事先测定用石英振子对该事先测定用石英振子的每个不同振荡频率下的测定用基板的薄膜的膜厚进行测定，计算通过所述事先测定用石英振子测定的目标膜厚与所述各振荡频率的每个频率下测定的测定用基板的薄膜的实际膜厚的比率作为校正比率，在成膜工序中，将成膜时通过所述石英振子测定的所述基板的薄膜的膜厚或者成膜速度乘以所述各校正比率中与振荡频率相应的校正比率来校正基板的薄膜的膜厚或者成膜速度从而控制膜厚，
在所述成膜工序之前进行的事先测定工序中，在使成膜材料沉积于所述测定用基板表面上而形成薄膜的所述成膜装置的所述成膜室内设置所述事先测定用石英振子，使成膜材料沉积于该事先测定用石英振子来对测定用基板的实际的薄膜的膜厚进行测定，计算该测定用基板的薄膜的实际膜厚相对于通过所述事先测定用石英振子测定的目标膜厚的比率作为所述校正比率，该校正比率的计算按照因沉积于所述事先测定用石英振子的所述成膜材料的膜厚增大而变化的振荡频率的每个变化阶段进行n次，分别计算每个不同振荡频率下的所述校正比率，在所述成膜工序中，将与所述石英振子的振荡频率相对应的所述校正比率乘以通过石英振子测定的膜厚或者成膜速度，从而与振荡频率的变化相对应地进行校正，
在所述成膜工序之前在所述每个不同振荡频率下对沉积于所述测定用基板的薄膜的实际膜厚进行测定的所述事先测定工序是在因沉积于所述事先测定用石英振子的所述成膜材料的膜厚增大而变化的振荡频率的每个变化阶段逐次更替不同的测定用基板而对沉积于该测定用基板的薄膜的膜厚进行测定的工序，在所述成膜工序中使用的所述石英振子替代所述事先测定用石英振子，是新的其他的石英振子，且设置于所述成膜室内。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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