JP2002004047A - 成膜方法および成膜装置 - Google Patents
成膜方法および成膜装置Info
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Abstract
精度な膜厚制御を行なう。 【解決手段】 蒸発源11の上方には製品基板を保持す
るドーム12が設けられ、その中心部に配設された膜厚
制御モニター基板14を用いて成膜中の膜厚をモニター
し、成膜後の膜特性を特性モニター基板13を用いて計
測する。成膜中の屈折率の変化による膜厚制御の誤差を
低減するため、特性モニター基板13の計測結果に基づ
いて膜厚制御モニターの制御波長を修正して次層の膜厚
制御を行なう。
Description
ーやTVカメラ等に用いられるダイクロ膜(色分解用光
学素子)等、高性能でしかも製造安定性が要求される光
学多層膜の成膜方法および成膜装置に関するものであ
る。
膜の成膜における膜厚制御には、光学式の膜厚制御モニ
ターが用いられる。この膜厚制御モニターは、各層を成
膜するモニター基板、モニター基板交換機構、投光部、
制御波長フィルター交換部、受光部、強度計測部を有
し、各層の膜厚を計測しながら成膜を行なうものであ
る。
なうために、製品そのもの、または製品を代用するモニ
ター基板(特性モニター基板)上の積層膜の光学特性を
測定し、その結果に基づいて、製品の最終目標特性に近
づくように初期目標膜厚(または屈折率)を修正制御す
る方法が提案されている(特開平7−72307号公報
参照)。
する特性モニターと従来の膜厚制御モニターを併用し、
特性モニターの光学特性の結果から膜厚制御モニターに
より修正目標膜厚(または屈折率)を制御する方法が提
案されている(特開平5−255850号公報参照)。
比較的安定しており時間制御で膜厚を制御できるため、
修正目標膜厚を得るのに有効と思われる。後者は蒸着法
の例であり、従来の膜厚制御モニターに加えて、積層特
性を得るための特性モニター(固定)を設け、目標膜厚
を修正制御することで製品特性の向上、安定化を行なう
ことが記載されている。
の技術によれば、特に特開平5−255850号公報に
記載された膜厚制御の場合、目標特性からの誤差を小さ
くするよう、特性モニターの計測結果に応じて初期目標
膜厚を修正して順次成膜することが述べられているが、
実際の成膜時には、成膜条件の変動のために膜厚制御モ
ニターによる膜厚制御に誤差が発生するという未解決の
課題がある。
課題に鑑みてなされたものであり、膜厚制御モニターに
用いる制御波長を各層ごとに修正することで、光学多層
膜の成膜中の成膜条件の変動に起因する膜厚制御の誤差
を大幅に低減し、高品質なダイクロ膜等を安定製造でき
る成膜方法および成膜装置を提供することを目的とする
ものである。
め、本発明の成膜方法は、所定の制御波長をもつモニタ
ー光を用いて光学多層膜の複数層のそれぞれの膜厚を成
膜中に膜厚制御モニター基板上で計測する膜厚制御モニ
ターによる膜厚制御工程と、前記複数層のうちの少なく
とも1層が特性モニター基板上に積層された状態でその
積層膜の光学特性を計測する特性モニターの計測結果に
基づいて膜厚誤差を予測し、次層以後の成膜における膜
厚制御モニターの前記制御波長を変更する工程を有する
ことを特徴とする。
光学多層膜の複数層のそれぞれの膜厚を成膜中に膜厚制
御モニター基板上で計測する膜厚制御モニターによる膜
厚制御工程と、前記複数層のうちの少なくとも1層が特
性モニター基板上に積層された状態でその積層膜の光学
特性を計測する特性モニターの計測結果に基づいて、次
層以後の成膜における膜厚制御モニターの前記制御波長
を変更するとともに、次層またはそれ以後の目標膜厚を
設計修正する工程を有する成膜方法でもよい。
折率を設計値より高く設定するとよい。
層の膜厚を成膜中に膜厚制御モニター基板上で計測する
膜厚制御モニターによる膜厚制御工程を有し、同一材料
の複数層のうちの1層目の目標屈折率を設計値より高く
設定することを特徴とする成膜方法でもよい。
ニター光を用いて光学多層膜の複数層のそれぞれの膜厚
を成膜中に膜厚制御モニター基板上で計測する膜厚制御
モニター手段と、前記複数層のうちの少なくとも1層が
特性モニター基板上に積層された状態でその積層膜の光
学特性を計測する特性モニター手段と、該特性モニター
手段の出力に基づいて膜厚誤差を予測し、前記膜厚制御
モニター手段の前記制御波長を変更する制御手段を有す
ることを特徴とする。
ニターを行なっても、製品基板上に成膜される膜の屈折
率が成膜条件の変動によって変化したときには、膜厚制
御モニターのモニター光である単色光の反射率や透過率
が変わるため、膜厚制御に大きな誤差を生じる。
層膜の反射率や透過率等の光学特性を計測し、その計測
結果に基づいて膜厚誤差を予測し、次に積層される膜の
膜厚制御モニターの制御波長を修正する。
膜厚制御の精度を大幅に向上できる。これによって、極
めて高性能なダイクロ膜等を安定製造することができ
る。
いて説明する。
示すもので、これは、真空室10の底部に設けられた蒸
発源11と、その上方に配設された製品基板保持用のド
ーム12と、ドーム12の中心部に設けられた特性モニ
ター基板13および膜厚制御モニター基板14を有す
る。
れた製品基板に積層された膜の光学特性から屈折率や膜
厚を検知するもので、前記特性モニター基板13、投受
光部15、計測部16によって構成され、測定値は演算
部を含む制御手段17に取り込まれる。
厚を計測して膜厚制御を行なうもので、前記膜厚制御モ
ニター基板14、モニター交換機能を含む投受光部1
8、計測部19によって構成され、測定値は前記演算部
に取り込まれる。
性を得る場合、膜厚制御モニターにおいて複数の膜厚制
御モニター基板のうちのどの基板で何層、どの制御波長
を使用するかが重要である。
入射角45度)の一設計例による定数と制御波長を表1
に示す。
を示し奇数層はAl2 O3 層、偶数層はTiO2 層であ
る。dは物理膜厚(nm)、588nは設計波長588
nmでの屈折率、588真ndは設計波長588nmで
の真空中の光学膜厚(nm)、制御波長は初期目標光学
膜厚を得るための膜厚制御モニターのモニター光である
単色光の波長である。なお、膜厚制御モニター基板と特
性モニター基板の膜厚比は1に設定してあるので特性モ
ニターの制御波長と同じであると見なしてよい。モニタ
ー番号は各層の成膜に用いるための膜厚制御モニター基
板の番号(例えばモニター番号1は第1層、第3層、第
15層、第17層に用いる膜厚制御モニター基板)であ
る。
制御を表2に示す。これは表1のモニター番号1の膜厚
制御モニター基板上に形成される4層のAl2 O3 層の
それぞれの設定定数を示したものであり、蒸着装置の一
定成膜条件における屈折率のバラツキから標準屈折率と
して設定してある。
質に成膜されれば、反射率特性は図2に示すように変化
する。従って、1層目の制御波長で反射率の山、2層目
の制御波長で反射率の山、3層目の制御波長で反射率の
谷、4層目の制御波長で反射率の山を膜厚制御モニター
で検知すればそれぞれの初期目標膜厚を得ることができ
る。
の変動による屈折率の変化が、制御波長でモニター制御
された膜厚に誤差を発生させる要因となる。
になった場合の膜厚制御の結果を示し、これに対応する
反射特性の変化を図3に示す。
も変化し、均質であると想定した場合の制御波長で反射
率の山、または谷を膜厚制御モニターで検知して制御し
ても、膜厚は初期目標膜厚からずれるのが分かる。
差は、同一制御波長で整数膜を積層していく場合は影響
が少ない。また、TiO2 のように屈折率が大きく反射
率変化の大きい材料では影響が少ない。
おいては、透過波長域の透過率を高くするために反射率
(リップル)を抑える必要があり、通常、リップル調整
層としてAl2 O3 等の中間屈折率材を非整数(反射波
長帯域を構成する基本層の膜厚と異なる)膜厚で使用さ
ぜるを得ない。従って、屈折率変動の膜厚誤差に対する
影響を極力少なくすることが必要である。
の変化により膜厚を制御する膜厚制御用モニターと、積
層膜の反射(または透過)特性を測光する特性モニター
の両方を用いて、各層の目標膜厚制御を膜厚制御モニタ
ーにより行ない、その制御によって特性モニター基板上
に成膜された膜の定数(膜厚、屈折率)を特性モニター
の計測結果(特性値)より求めて、得られた定数に基づ
いて、同じ膜厚制御モニター基板上の次の層の膜厚制御
のための単色光の制御波長を定めて、次層の膜厚制御を
行なうことが重要であることを見出した。
示した制御波長でモニター番号1の膜厚制御モニター基
板上に各層の初期目標膜厚を得ようとすると、表3に示
すような屈折率の変動が生じた場合、前述のように大き
な膜厚誤差を生じる。そこで本実施の形態では、特性モ
ニターの計測結果に基づき、装置固有の膜標準屈折率を
用いて膜厚制御モニターの制御波長を変更することによ
り、各層の初期目標膜厚からの誤差を小さくする。この
ようにして、膜厚制御を行なった結果を表4に示す。ま
た、これに対応する反射特性の変化を図4に示す。
じである。2層目については、特性モニターから得られ
た定数をもつ1層目の上に標準屈折率の膜が形成される
と仮定して膜厚誤差を予測し、これを考慮した膜厚変化
に対して初期目標膜厚に達した時に反射率の極値をとる
波長を選択して、修正制御波長とした。2層目の膜厚は
この修正制御波長を用いた膜厚制御モニターにより反射
率の谷で制御される。3層目についても同様の修正制御
波長により反射率の山で制御される。4層目についても
同様の修正制御波長により反射率の谷で制御される。得
られた膜厚は初期目標膜厚と異なるが、修正を行なわな
い表3の結果と比較して効果は明らかである。
ように膜厚制御の誤差を改善しても光学特性の劣化は問
題となる。そこで本実施の形態では、成膜途中の再設計
により変更した修正目標膜厚を用いて上記補正を行なう
ことにより、特性劣化を大幅に改善できることを見出し
た。
度の変化により膜厚を制御する膜厚制御モニターと、積
層膜の反射(または透過)特性を測光する特性モニター
の両方を用いる成膜工程において、各層の目標膜厚制御
を膜厚制御モニターにより行ない、その制御によって特
性モニター上に成膜された膜の定数(膜厚、屈折率)を
特性モニターの測光された特性値より求め、該定数を固
定して次層以降の膜厚を目標特性に合わせて再設計し
て、次層以降の層の修正目標膜厚を決定し、さらに、同
じ膜厚制御モニター基板上の次の層の膜厚制御におい
て、該基板上の既成膜層の定数に基づいて単色光の制御
波長を修正し、膜厚制御を行なうことが重要であること
を見出した。
1の第3層の成膜時に、第1層の定数を特性モニターか
ら得られた定数に変更して目標特性を得るよう再設計し
て、第3層の修正目標膜厚を求める。この修正目標膜厚
を成膜するために、第1の実施の形態による補正法によ
り制御波長を決定する。表1の第15層、第17層も同
様に修正目標膜厚を求め、制御波長を決定する。モニタ
ー番号1上の成膜結果を表5に示す。
性に近づくように表4の値より改善されている。
の膜厚制御の誤差は屈折率変動に依存するものであり、
表3ないし表5は、1層目の目標屈折率が低く2層目の
目標屈折率が高い場合であったが、1層目の目標屈折率
を設計修正することで膜厚誤差を小さくすることができ
ることを見出した。
に成膜される同一材料からなる複数層のうちの、1層目
の目標屈折率を以降の層よりも高く設定することにより
膜厚制御誤差を小さくできることを見出した。このよう
に1層目の目標屈折率を高くした場合の膜厚制御結果を
表6に示し、これに対応する反射特性の変化を図5に示
す。
以降の層より高く設定することにより、均質であるとし
て選択した制御波長を用いて所定の反射率の山、または
谷で制御しても、表3に比較して膜厚制御の誤差を小さ
くすることができる。
膜される同一材料からなる複数層のうちの、1層目の屈
折率を以降の層よりも高く設定することに加えて、表4
で示した膜厚制御の制御波長を補正する方法を用いるこ
とにより、膜厚制御誤差をより一層安定して小さくでき
ることを見出した。このような補正による膜厚制御結果
を表7に示す。
モニターから得られた定数をもとに、初期目標膜厚を得
るため膜厚制御モニターの制御波長を変更する補正を行
なった。2層目の膜厚はこの制御波長により反射率の山
で制御される。3層目についても同様に変更された制御
波長により反射率の谷で制御される。4層目についても
同様に変更された制御波長により反射率の山で制御され
る。得られた膜厚は初期目標膜厚と異なるが、1層目の
屈折率が低い層から積層される表4の結果と比較して改
善効果は明らかである。
成膜される同一材料からなる複数層のうちの、1層目の
屈折率を以降の層よりも高く設定することに加えて、表
5に示したように再設計による修正目標膜厚を得て、こ
れに制御波長の補正に用いても、膜厚制御誤差を安定し
て小さくできることを見出した。
O3 の17層赤ダイクロ膜(基板BK−7)を成膜し
た。図1の装置において、標準屈折率を得るための成膜
圧力として、TiO 2 層は酸素を導入して、1.3×1
0-2Pa、Al2 O3 層は酸素を導入して1.0×10
-2Paの圧力に設定した。各層成膜時に用いたモニター
番号は表1の通りであり、モニター番号2、3、4につ
いては整数膜制御であることから膜厚制御誤差改善のた
めの補正を行なわず、モニター番号1についてのみ補正
を行なった。
について、特性モニターから得られた定数(膜厚モニタ
ーにも同じ定数の膜が形成される)を有する前層の上に
標準屈折率の膜が形成されるとして、膜厚変化に対して
初期目標膜厚に達した時に反射率の極値をとる波長を選
択して、修正制御波長とした。2層目の膜厚はこの修正
制御波長により反射率の谷で制御を行なった。3層目に
ついても同様の修正制御波長により反射率の山で制御を
行なった。4層目についても同様の修正制御波長により
反射率の谷で制御を行なった。得られた膜厚の結果は表
4に示した通りとなり、初期目標膜厚と異なるが、補正
を行なわない表3の結果と比較して効果は明らかであっ
た。
プ、接合面入射角45度、S成分透過率)を表1の目標
特性とともに図6に示す。この図から分かるように、目
標特性に比べて補正を用いた特性は波長480nm近傍
等のリップルがやや大きくなるものの、半値波長のズレ
も少なく実用可能であり、上記の補正が極めて有効であ
る。
イクロ膜を成膜した。ただし、表1の第3層を成膜時
に、第1層の定数を特性モニターから得られた定数に変
更して目標特性を得るよう再設計して、第3層の修正目
標膜厚を求め、この修正膜厚を得るために上記補正法に
よりモニター番号1の制御波長を修正した。第15層、
第17層も同様に修正目標膜厚を求め、モニター番号1
の制御波長を決定した。得られた膜厚の結果は表5に示
した通りとなり、光学膜厚(588真nd)は、表4の
値より表2の初期目標膜厚に平均して近くなりより改善
された。この時得られた赤ダイクロ特性(接合タイプ、
接合面入射角45度、S成分透過率)を表1の目標特性
とともに図7に示す。この図から分かるように、目標特
性に比べて補正を用いた特性はリップルがやや大きくな
るものの、半値波長のズレも少なく実用可能であり、上
記の補正が極めて有効である。
の赤反射ダイクロ膜を成膜した。ただし、目標特性を得
るための初期目標膜厚に対応する設計制御波長を用い
て、屈折率変動に伴なう膜厚誤差を考慮することなく成
膜した。得られた膜厚の結果は表3に示した通りとな
り、光学膜厚(588真nd)は、表2の初期目標膜厚
から大きくズレる結果となった。この時得られた赤ダイ
クロ特性(接合タイプ、接合面入射角45度、S成分透
過率)を表1の目標特性とともに図8に示す。この図か
ら、目標特性に比べてリップルが大きく、また半値波長
のズレもあり実用不可能であった。
の赤反射ダイクロ膜を成膜した。ただし、モニター番号
1の1層目のAl2 O3 成膜時の酸素を導入した圧力を
0.8×10-2Paに設定し、2層目以降の圧力を標準
圧力に戻した。これは、特定の膜厚制御モニター基板上
に成膜される同一材料からなる複数層のうちの、1層目
の屈折率を以降の層よりも高く設定することにより膜厚
制御誤差を小さくするためである。目標特性を得るため
の初期目標膜厚に対応する設計制御波長を用いて得られ
た膜厚の結果は表6に示した通りとなり、初期目標膜厚
と異なるが、モニター番号1の1層目のAl2 O3 の屈
折率が低い表3の場合に比較して、平均的に、より初期
目標膜厚に近い値を得ることができた。この時得られた
赤ダイクロ特性(接合タイプ、接合面入射角45度、S
成分透過率)を表1の目標特性とともに図9に示す。こ
の図から、目標特性に比べて、本特性はリップルがやや
大きくなるものの、半値波長のズレも少なく実用可能で
あり、比較例1の図8との比較から、上記の補正による
膜厚制御誤差の改善が有効であることが分かる。
の赤反射ダイクロ膜を成膜した。ただし、初期目標膜厚
を得るために、屈折率変動に伴なう膜厚誤差を考慮し、
実施例1と同様に、膜厚補正を行ない対応する制御波長
を変更(修正)して成膜した。得られた膜厚の結果は表
7に示す通りとなり膜厚誤差は改善された。この時得ら
れた赤ダイクロ特性(接合タイプ、接合面入射角45
度、S成分透過率)を表1の目標特性とともに図10に
示す。この図から、膜厚誤差の改善により透過率特性も
改善されているのが分かる。
の赤反射ダイクロ膜を成膜した。ただし、実施例2と同
様に、表1の第3層を成膜時に、第1層の定数を特性モ
ニターから得られた定数に変更して目標特性を得るよう
再設計して、第3層の修正目標膜厚を求め、この修正膜
厚を得るために上記補正法によりモニター番号1の制御
波長を変更した。第15層、第17層も同様に修正目標
膜厚を求め、モニター番号1の制御波長を決定した。こ
の時得られた赤ダイクロ特性(接合タイプ、接合面入射
角45度、S成分透過率)を表1の目標特性とともに図
11に示す。予測できない屈折率変動による膜厚誤差に
対して上記の補正方法を用いることにより、実用可能な
特性を得られることを示している。
で、以下に記載するような効果を奏する。
厚制御において、各膜の成膜中の屈折率等の変動に起因
する膜厚制御の誤差を大幅に低減できる。
学多層膜の製造安定化に貢献できる。
である。
す図である。
図である。
質膜の膜厚を補正した時の反射率変化を示す図である。
質膜の反射率変化を示す図である。
る。
る。
Claims (5)
- 【請求項1】 所定の制御波長をもつモニター光を用い
て光学多層膜の複数層のそれぞれの膜厚を成膜中に膜厚
制御モニター基板上で計測する膜厚制御モニターによる
膜厚制御工程と、前記複数層のうちの少なくとも1層が
特性モニター基板上に積層された状態でその積層膜の光
学特性を計測する特性モニターの計測結果に基づいて膜
厚誤差を予測し、次層以後の成膜における膜厚制御モニ
ターの前記制御波長を変更する工程を有することを特徴
とする成膜方法。 - 【請求項2】 所定の制御波長をもつモニター光を用い
て光学多層膜の複数層のそれぞれの膜厚を成膜中に膜厚
制御モニター基板上で計測する膜厚制御モニターによる
膜厚制御工程と、前記複数層のうちの少なくとも1層が
特性モニター基板上に積層された状態でその積層膜の光
学特性を計測する特性モニターの計測結果に基づいて、
次層以後の成膜における膜厚制御モニターの前記制御波
長を変更するとともに、次層またはそれ以後の目標膜厚
を設計修正する工程を有することを特徴とする成膜方
法。 - 【請求項3】 膜厚制御モニター基板上の1層目の目標
屈折率を設計値より高く設定することを特徴とする請求
項1または2記載の成膜方法。 - 【請求項4】 モニター光を用いて光学多層膜の各層の
膜厚を成膜中に膜厚制御モニター基板上で計測する膜厚
制御モニターによる膜厚制御工程を有し、同一材料の複
数層のうちの1層目の目標屈折率を設計値より高く設定
することを特徴とする成膜方法。 - 【請求項5】 所定の制御波長のモニター光を用いて光
学多層膜の複数層のそれぞれの膜厚を成膜中に膜厚制御
モニター基板上で計測する膜厚制御モニター手段と、前
記複数層のうちの少なくとも1層が特性モニター基板上
に積層された状態でその積層膜の光学特性を計測する特
性モニター手段と、該特性モニター手段の出力に基づい
て膜厚誤差を予測し、前記膜厚制御モニター手段の前記
制御波長を変更する制御手段を有する成膜装置。
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---|---|---|---|
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---|---|---|---|---|
JP2007051347A (ja) * | 2005-08-18 | 2007-03-01 | Pentax Corp | 多層膜とその形成装置及び形成方法、及び多層膜を有する光学素子 |
JP2007113091A (ja) * | 2005-10-21 | 2007-05-10 | Pentax Corp | 多層膜の形成方法 |
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KR101933008B1 (ko) * | 2016-08-08 | 2018-12-27 | 에스케이실트론 주식회사 | 웨이퍼 평탄도 측정 시스템 및 이를 이용한 웨이퍼 평탄도 측정 방법 |
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