CN108368604A - 成膜装置以及成膜方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供降低从目标膜厚的偏移的成膜装置。成膜装置(1)是(n+1)层以上(n是1以上的正整数。)的多层膜的成膜装置。成膜装置(1)具备：鼓(10)，其一边支承基板(50)一边旋转；成膜机构(20)，其对基板(50)进行成膜处理；以及控制机构(40)，其是控制鼓(10)的旋转的控制机构(40)，根据多层膜的目标膜厚、初始设定的成膜机构(20)的成膜速率以及初始设定的鼓(10)的转速计算鼓(10)的旋转数，并调整鼓(10)的转速，使计算出的鼓(10)的旋转数接近整数。

Description

成膜装置以及成膜方法
技术领域
本发明涉及成膜装置以及成膜方法，特别是涉及能够降低从目标膜厚的偏移的技术。
背景技术
已知有溅射法、蒸镀法之类的用于形成薄膜的成膜技术。使薄膜的膜厚均匀化在实现该薄膜的功能上较重要。特别是在遍及多层地层叠金属、电介质等的多层膜中，若在层彼此中层厚变动则对相对于多层膜整体的膜厚的影响较大。作为多层膜，例如有防反射膜等光学膜。
在专利文献1公开了降低薄膜的膜厚的差的技术。
在专利文献1中，使基板10以蒸镀开始时的基板10上的蒸镀位置与蒸镀结束时的基板10上的蒸镀位置一致的方式旋转(第一实施方式)，或者根据目标膜厚不均值a设定基板10的转速(第二实施方式)，或者根据目标膜厚不均值a、成膜速度α以及所希望膜厚d设定基板10的转速(第三实施方式)。
专利文献1：日本特开2003－321770号公报
然而，在使多层膜成膜的情况下，若如专利文献1的第一实施方式所涉及的技术那样，仅欲使成膜开始时的成膜位置与成膜结束时的成膜位置一致，则延长成膜时间，产生从目标膜厚的偏移。若如专利文献1的第二以及第三实施方式所涉及的技术那样，欲根据目标膜厚不均值a等设定基板的转速，则虽然抑制层内的层厚差，但在层彼此产生微小的层厚的误差，在将它们层叠而成的多层膜中产生从目标膜厚的偏移。
发明内容
因此，本发明的主要的目的在于提供能够降低从目标膜厚的偏移的成膜装置以及成膜方法。
为了实现上述的目的中的至少一个，反映了本发明的一个侧面的成膜装置具有以下特征。
在(n+1)层以上(n是1以上的正整数)的多层膜的成膜装置中，具备：
旋转体，其一边支承被成膜物一边旋转；
成膜机构，其对上述被成膜物进行成膜处理；以及
控制机构，其是控制上述旋转体的旋转的控制机构，且根据上述多层膜的目标膜厚、初始设定的上述成膜机构的成膜速率以及初始设定的上述旋转体的转速来计算上述旋转体的旋转数，并调整上述旋转体的转速，使计算出的上述旋转体的旋转数接近整数。
另外，为了实现上述的目的中的至少一个，反映了本发明的一个侧面的成膜方法具有以下特征。
在使用了具备一边支承被成膜物一边旋转的旋转体以及对上述被成膜物进行成膜处理的成膜机构的成膜装置的、(n+1)层以上(n是1以上的正整数)的多层膜的成膜方法中，
根据上述多层膜的目标膜厚、初始设定的上述成膜机构的成膜速率以及初始设定的上述旋转体的转速计算上述旋转体的旋转数，并调整上述旋转体的转速，使计算出的上述旋转体的旋转数接近整数。
根据本发明，能够降低从目标膜厚的偏移。
附图说明
图1是表示成膜装置(溅射装置)的构成的示意图。
图2A是用于说明成膜开始时的基板的位置关系的图。
图2B是用于说明成膜结束时的基板的位置关系的图。
图3是用于说明第n层的第m区的成膜与第(m+1)区的成膜的关系的图。
图4是表示图1的成膜装置的变形例的图。
图5是表示成膜处理(溅射)与氧等离子体处理的随着时间经过的关系的示意图。
图6是表示成膜装置(蒸镀装置)的构成的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选的实施方式进行说明。
[成膜装置]
如图1所示，成膜装置1是多层膜的成膜装置(溅射装置)，主要具备鼓10、成膜机构20、监视机构30以及控制机构40。
在鼓10支承有多个基板50。鼓10是一边支承基板50一边旋转的旋转体的一个例子。基板50是被成膜物的一个例子。这里使用玻璃基板作为基板50。
成膜机构20是对基板50进行成膜处理的机构，是所谓的溅射机构。成膜机构20具有靶22。在成膜机构20中，将鼓10(基板50)侧作为阳极，将靶22侧作为阴极，并对阴极侧施加高电压。其结果，气体离子原子敲打靶22表面，且飞出的靶材料物质堆积于基板50。
在鼓10连接有监视鼓10的转速的监视机构30。使用旋转编码器、激光速度测定器等作为监视机构30。在鼓10被马达旋转驱动的情况下，监视机构30既可以设置于其旋转轴，也可以设置于鼓10本身。在鼓10、成膜机构20以及监视机构30连接有控制它们的控制机构40。
根据以上的成膜装置1，控制机构40基于监视机构30的监视结果，控制鼓10的旋转、成膜机构20的动作，使层叠了(n+1)层以上的层而成的多层膜在基板50成膜。N是1以上的正整数。
[成膜方法]
接着，对使用了成膜装置1的成膜方法进行说明。
下述的成膜方法预先作为成膜程序存储于控制机构40，并由控制机构40读出该成膜程序执行处理。
控制机构40根据多层膜的目标膜厚、初始设定的成膜机构20的成膜速率来计算成膜时间，并根据计算出的成膜时间和初始设定的鼓10的转速来计算鼓10的旋转数。
＜事例1＞
例如，若目标膜厚为60nm，成膜速率为0.5nm/sec，则成膜时间为60/0.5＝120sec＝2min。若鼓10的转速为65rpm(round per minutes)，则成膜时的鼓10的旋转数为2min×65rpm＝130圈。
在这样的情况下，鼓10的旋转数为整数，所以基板50的通过靶22的次数一致，在基板50使目标膜厚的多层膜成膜。
＜事例2＞
另一方面，若目标膜厚为69nm，则成膜时间为69/0.5＝138sec＝2.3min，成膜时的鼓10的旋转数为2.3min×65rpm＝149.5圈。
在这样的情况下，若在成膜开始时，如图2A所示那样设置基板52与基板54，则在成膜结束时，如图2B所示基板52与基板54的位置关系反转。即，基板52在靶22通过150次，基板54在靶22仅通过149次。因此，基板54与基板52相比薄0.6％左右膜厚，从而导致多层膜的膜厚不均匀。
这里，如专利文献1的第一实施方式那样，若仅欲使成膜开始时的基板52、54的位置与成膜结束时的基板52、54的位置一致，则需要使基板52、54进一步旋转半圈(延长成膜时间)，从而导致多层膜的膜厚从目标膜厚偏移。
因此，在本实施方式中，控制机构40调整鼓10的转速，使计算出的鼓10的旋转数接近整数。
在上述事例2中，将鼓10的转速从65rpm调整为65.217rpm。
在这样的情况下，鼓10的旋转数为2.3min×65.217rpm＝149.999圈，几乎为150圈。
另外，鼓10基本而言以设定的转速继续旋转。
但是，存在产生微小的误差而使得鼓10的转速有可能变动的情况。
例如，在上述事例1中，虽然将鼓10的转速设定为65rpm，但在实际的鼓10的转速为65.1rpm的情况下，鼓10的旋转数为2min×65.1＝130.2圈。在这样的情况下，被鼓10支承的基板50中的20％的基板50旋转131圈，其它的80％的基板50旋转130圈，而在20％的基板50中多层膜成为大约厚0.8％的膜厚。考虑这样的现象也可能在成膜中途产生的情况。
因此，在本实施方式中，优选控制机构40利用速度调整例1～3的任意一个来调整鼓10的转速。
[速度调整例1]
控制机构40根据监视机构30的监视结果掌握第n层的鼓10的转速，并调整第(n+1)层以后的鼓10的转速。“第(n+1)层以后”既可以仅指(n+1)层，也可以指包含(n+1)层的其后的层的任意一层或者全部的层，是指包含(n+1)层在内的其后的层中的至少一层的意思。
例如，在上述事例2中，假设在目标膜厚为69nm，成膜速率为0.5nm/sec时，计算出的鼓10的转速为65.217rpm，但第n层的鼓10的转速变动为65.4rpm。若保持这样的转速进行成膜，则以(1秒间的旋转数)×(成膜时间)计算第n层的旋转数，成为(65.4/60)×(69/0.5)＝150.42圈。为了使第n层的旋转数接近最接近的整数的150圈，第n层的鼓10的转速计算为(150×60)/(69/0.5)＝65.217rpm。这里，控制机构40控制鼓10的旋转，将第(n+1)层以后的鼓10的转速从65.4rpm调整到原来的65.217rpm。
在速度调整例1中，控制机构40需要以满足条件式(1)的方式设定监视机构30的测量间隔t[sec]、和一次的测量所需要的鼓10的旋转数A。
(Ra2×t×da)/(60×(60×s×A+Ra×t×s))≤0.05…(1)
条件式(1)中，Ra表示第(n+1)层以后的鼓10的转速[rpm]，da表示多层膜的目标膜厚[nm]，s表示成膜机构20的成膜速率[nm/sec]。
条件式(1)的左边示出由以监视机构30测量出的鼓10的转速进行成膜时的旋转数、和以实际的鼓10的转速进行成膜时的旋转数的差所能够产生的最大的“旋转数的误差”。
条件式(1)表示这样的旋转数的误差在±5％以下。
根据条件式(1)，在第n层的成膜与第(n+1)层的成膜中鼓10的旋转数的误差能够限制在±5％以下，若比较第n层的成膜和第(n+1)层的成膜则能够在其90％的范围内以同一条件进行成膜。
条件式(1)的左边的旋转数的误差如下述那样导出。
由T＝(A/Ra)×60表示一次的测量所需要的时间T[sec]。
一次的测量产生的最大的误差时间为t[sec]。这是因为监视机构30的测量间隔为t[sec]。
由Ra＝(Ra×T+Ra×t)/(T+t)表示鼓10的实际的转速Ra[rpm]。
由Rb＝(A/(T+t))×60表示包含误差时间t在内的鼓10的转速Rb[rpm]。
因此鼓10的转速的误差(Ra－Rb)[rpm]表示为Ra－Rb＝((Ra×T+Ra×t)/(T+t))－((A/(T+t))×60)。
若在此代入T＝(A/Ra)×60，
则表示为Ra－Rb＝(Ra2×t)/(A×60+Ra×t)。
若将转速的误差换算为旋转数，则旋转数的误差表示为da/s)×(Ra－Rb)/60＝(da×Ra2×t)/((s×A×60+s×Ra×t)×60)，导出条件式(1)。
[速度调整例2]
控制机构40根据监视机构30的监视结果掌握第n层的第m区(m是1以上的正整数。)的鼓10的转速，并调整第n层的第(m+1)区以后的鼓10的转速。
即，如图3所示，假设对许多的基板50进行分区，在进行第n层的成膜的情况下，根据监视机构30的监视结果掌握第m区的鼓10的转速，并调整第(m+1)区以后的鼓10的转速。“第(m+1)区以后”既可以仅指(m+1)区，也可以指包含(m+1)区的其后的区的任意一区或者全部的区，是指包含(m+1)区的其后的区中的至少一区的意思。
此外，在图3中示出假设将许多的基板50划分为四区的例子。
在速度调整例2中，控制机构40需要以满足条件式(2)的方式设定监视机构30的测量间隔t[sec]、和一次的测量所需要的鼓10的旋转数A。
(Rc2×t×dc)/(60×(60×s×A+Rc×t×s))≤0.05…(2)
条件式(2)中，Rc表示第n层的第(m+1)区以后的鼓10的转速[rpm]，dc表示多层膜的第n层的目标层厚[nm]，s表示成膜机构20的成膜速率[nm/sec]。
条件式(2)也能够利用与条件式(1)相同的原理导出。
根据条件式(2)，在第n层的成膜中，在第m区的成膜和第(m+1)区的成膜中能够将鼓10的旋转数的误差限制在±5％以下，若比较第m区的成膜和第(m+1)区的成膜则能够在其90％的范围内以同一条件成膜。
[速度调整例3]
控制机构40一直根据监视机构30的监视结果掌握鼓10的旋转数，并实时调整鼓10的转速。
在上述事例2中，将鼓10的转速持续保持为65.217rpm。
根据以上的本实施方式，能够在固定了多层膜的目标膜厚、初始设定的成膜机构20的成膜速率以及成膜时间的状态下，调整鼓10的转速，控制鼓10的旋转数接近整数。
因此，如专利文献1的第一实施方式所涉及的技术那样，能够不产生延长成膜时间之类的成膜条件(成膜速率以及成膜时间)的变动，而抑制从目标膜厚产生偏移。在对层彼此进行比较的情况下也由于成膜条件没有变动，从而能够抑制层厚在层彼此产生误差。
以上，根据本实施方式能够降低从目标膜厚的偏移。
此外，如上述那样，控制机构40在调整鼓10的转速，使计算出的鼓10的旋转数接近整数的情况下(包含速度调整例1～3。)，也可以进一步调整成膜机构20的成膜时间或者成膜速率，使计算出的鼓10的旋转数更接近整数。
在上述事例2中，若将成膜时间从2.3min调整为2.30002min，则鼓的旋转数为2.30002×65.217rpm＝150.0005圈，更接近150圈。为了使成膜时间为2.30002min，使成膜速率成为69nm/2.30002min＝0.4999nm/sec。
因此在上述例2中，将成膜时间从2.3min调整为2.30002min，或者将成膜速率从0.5nm/sec调整为0.4999nm/sec即可。
在上述内容中，为了以容易理解的方式说明成膜方法，对控制机构40控制一个成膜机构20的动作使多层膜成膜的例子进行了说明。
如图4所示，也可以设置两个成膜机构20，且控制机构40交替地控制两个成膜机构20的动作使多层膜成膜。在这样的情况下，在一方的成膜机构20设置靶22，在另一方的成膜机构20设置与靶22不同的靶23。成膜机构20的设置数目能够适当地变更，也可以根据多层膜的层的种类数进行变更。
如图4所示，在成膜装置1中，也可以设置检测鼓10的基准位置12的检测机构60。检测机构60与控制机构40连接，控制机构40接受检测机构60的检测结果。使用光传感器等作为检测机构60。
在这样的构成中，如上述那样，优选控制机构40在调整鼓10的转速，使计算出的鼓10的旋转数接近整数的情况下(包含速度调整例1～3。)，代替调整成膜机构20的成膜时间或成膜速率地或者除此之外地，还基于检测机构60的检测结果，调整鼓10的旋转位置，使各层的成膜从鼓10的基准位置12开始，或者使其在鼓10的基准位置12结束，又或者使其从鼓10的基准位置12开始并且在鼓10的基准位置12结束。
如图4所示，在成膜装置1中，也可以设置用于使氧化膜成膜作为多层膜的氧等离子体机构70。氧等离子体机构70与控制机构40连接，并被控制机构40控制。氧等离子体机构70是第二成膜机构的一个例子。
在这样的构成中，如图5所示，在从某一个氧化膜的成膜的时间段80切换到下一个其它的氧化膜的成膜的时间段84时，可能存在仅进行氧等离子体机构70的氧等离子体处理的时间段82。
在这样的时间段82，也优选控制机构40调整鼓10的转速，使计算出的鼓10的旋转数接近整数。
在上述内容中，示出了将本发明应用于成膜装置1(溅射装置)的例子，但本发明也能够应用于图6那样的成膜装置2(蒸镀装置)。
成膜装置2也是多层膜的成膜装置，具有圆顶14以及成膜机构20。在圆顶14支承有多个基板50。圆顶14也是一边支承基板50一边旋转的旋转体的一个例子。成膜机构20具有蒸镀源24。在圆顶14被马达旋转驱动的情况下，监视机构30既可以设置在其旋转轴，也可以设置在圆顶14本身。在成膜装置2中，将成膜装置1的鼓10置换为圆顶14，将成膜装置1的靶22置换为蒸镀源24，并应用本发明。
但是，本发明优选应用于成膜装置1(溅射装置)。这是因为在蒸镀装置中在蒸镀刚开始后的时间段和其后的时间段成膜条件稍微有变动，与此相对在溅射装置中成膜条件的变动较少。这是因为在在蒸镀装置中随着成膜进展蒸镀源24的原料减少而需要蒸镀源24的更换，与此相对在溅射装置中基本不需要靶22的更换。这是因为如在蒸镀装置中从蒸镀源24到基板50的距离比较远，与此相对在溅射装置中从靶22到基板50的距离较近地进行设计那样的成膜容易实现。
本发明能够特别合适地利用于提供能够降低从目标膜厚的偏移的成膜装置以及成膜方法。
附图标记说明
1…成膜装置(溅射装置)，2…成膜装置(蒸镀装置)，10…鼓，12…基准位置，14…圆顶，20…成膜机构，22、23…靶，24…蒸镀源，30…监视机构，40…控制机构，50…基板，52、54…基板，60…检测机构，70…氧等离子体机构，80、82、84…时间段。

Claims (18)

1.一种成膜装置，是(n+1)层以上(n是1以上的正整数)的多层膜的成膜装置，其中，具备：
旋转体，其一边支承被成膜物一边旋转；
成膜机构，其对所述被成膜物进行成膜处理；以及
控制机构，其是控制所述旋转体的旋转的控制机构，且根据所述多层膜的目标膜厚、初始设定的所述成膜机构的成膜速率以及初始设定的所述旋转体的转速来计算所述旋转体的旋转数，并调整所述旋转体的转速，使计算出的所述旋转体的旋转数接近整数。
2.根据权利要求1所述的成膜装置，其中，
具备监视所述旋转体的转速的监视机构，
所述控制机构根据所述监视机构的监视结果掌握第n层的所述旋转体的转速，并调整第(n+1)层以后的所述旋转体的转速。
3.根据权利要求2所述的成膜装置，其中，
所述控制机构以满足条件式(1)的方式设定所述监视机构的测量间隔t[sec]、和一次的测量所需要的所述旋转体的旋转数A，
(Ra2×t×da)/(60×(60×s×A+Ra×t×s))≤0.05…(1)
在条件式(1)中，Ra表示第(n+1)层以后的旋转体的转速[rpm]，da表示多层膜的目标膜厚[nm]，s表示成膜机构的成膜速率[nm/sec]。
4.根据权利要求1所述的成膜装置，其中，
具备监视所述旋转体的转速的监视机构，
所述控制机构根据所述监视机构的监视结果掌握第n层的第m区(m是1以上的正整数)的所述旋转体的转速，并调整第n层的第(m+1)区以后的所述旋转体的转速。
5.根据权利要求4所述的成膜装置，其中，
所述控制机构以满足条件式(2)的方式设定所述监视机构的测量间隔t[sec]、和一次的测量所需要的所述旋转体的旋转数A，
(Rc2×t×dc)/(60×(60×s×A+Rc×t×s))≤0.05…(2)
在条件式(2)中，Rc表示第n层的第(m+1)区以后的旋转体的转速[rpm]，dc表示多层膜的第n层的目标层厚[nm]，s表示成膜机构的成膜速率[nm/sec]。
6.根据权利要求1所述的成膜装置，其中，
具备监视所述旋转体的转速的监视机构，
所述控制机构一直根据所述监视机构的监视结果掌握所述旋转体的旋转数，并实时调整所述旋转体的转速。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的成膜装置，其中，
所述控制机构调整所述成膜机构的成膜时间或者成膜速率，使计算出的所述旋转体的旋转数接近整数。
8.根据权利要求1～7中的任一项所述的成膜装置，其中，
具备检测所述旋转体的基准位置的检测机构，
所述控制机构基于所述检测机构的检测结果，调整所述旋转体的旋转位置，使各层的成膜从所述旋转体的基准位置开始，或者在所述旋转体的基准位置结束，又或者使其从所述旋转体的基准位置开始并且在所述旋转体的基准位置结束。
9.根据权利要求1～7中的任一项所述的成膜装置，其中，
具备对所述被成膜物进行成膜处理的第二成膜机构，
在从一个所述多层膜的成膜切换到下一个其它的所述多层膜的成膜的时间段，所述控制机构也调整所述旋转体的转速，使计算出的所述旋转体的旋转数接近整数。
10.一种成膜方法，是使用了如下成膜装置的(n+1)层以上(n是1以上的正整数)的多层膜的成膜方法，所述成膜装置具备一边支承被成膜物一边旋转的旋转体以及对所述被成膜物进行成膜处理的成膜机构，在所述成膜方法中，
根据所述多层膜的目标膜厚、初始设定的所述成膜机构的成膜速率以及初始设定的所述旋转体的转速计算所述旋转体的旋转数，并调整所述旋转体的转速，使计算出的所述旋转体的旋转数接近整数。
11.根据权利要求10所述的成膜方法，其中，
所述成膜装置具备监视所述旋转体的转速的监视机构，
在调整所述旋转体的转速时，根据所述监视机构的监视结果掌握第n层的所述旋转体的转速，并调整第(n+1)层以后的所述旋转体的转速。
12.根据权利要求11所述的成膜方法，其中，
以满足条件式(1)的方式设定所述监视机构的测量间隔t[sec]、和一次的测量所需要的所述旋转体的旋转数A，
(Ra2×t×da)/(60×(60×s×A+Ra×t×s))≤0.05…(1)
在条件式(1)中，Ra表示第(n+1)层以后的旋转体的转速[rpm]，da表示多层膜的目标膜厚[nm]，s表示成膜机构的成膜速率[nm/sec]。
13.根据权利要求10所述的成膜方法，其中，
所述成膜装置具备监视所述旋转体的转速的监视机构，
在调整所述旋转体的转速时，根据所述监视机构的监视结果掌握第n层的第m区(m是1以上的正整数)的所述旋转体的转速，并调整第n层的第(m+1)区以后的所述旋转体的转速。
14.根据权利要求13所述的成膜方法，其中，
以满足条件式(2)的方式设定所述监视机构的测量间隔t[sec]、和一次的测量所需要的所述旋转体的旋转数A，
(Rc2×t×dc)/(60×(60×s×A+Rc×t×s))≤0.05…(2)
在条件式(2)中，Rc表示第n层的第(m+1)区以后的旋转体的转速[rpm]，dc表示多层膜的第n层的目标层厚[nm]，s表示成膜机构的成膜速率[nm/sec]。
15.根据权利要求10所述的成膜方法，其中，
所述成膜装置具备监视所述旋转体的转速的监视机构，
在调整所述旋转体的转速时，一直根据所述监视机构的监视结果掌握所述旋转体的旋转数，并实时调整所述旋转体的转速。
16.根据权利要求1～15中的任一项所述的成膜方法，其中，
调整所述成膜机构的成膜时间或者成膜速率，使计算出的所述旋转体的旋转数接近整数。
17.根据权利要求1～16中的任一项所述的成膜方法，其中，
所述成膜装置具备检测所述旋转体的基准位置的检测机构，
基于所述检测机构的检测结果，调整所述旋转体的旋转位置，使各层的成膜从所述旋转体的基准位置开始，或者在所述旋转体的基准位置结束，又或者使其从所述旋转体的基准位置开始并且在所述旋转体的基准位置结束。
18.根据权利要求1～16中的任一项所述的成膜方法，其中，
具备对所述被成膜物进行成膜处理的第二成膜机构，
在从一个所述多层膜的成膜切换到下一个其它的所述多层膜的成膜的时间段，也调整所述旋转体的转速，使计算出的所述旋转体的旋转数接近整数。
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