JP2003082462A - Vacuum film deposition system - Google Patents

Vacuum film deposition system

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JP2003082462A
JP2003082462A JP2001275601A JP2001275601A JP2003082462A JP 2003082462 A JP2003082462 A JP 2003082462A JP 2001275601 A JP2001275601 A JP 2001275601A JP 2001275601 A JP2001275601 A JP 2001275601A JP 2003082462 A JP2003082462 A JP 2003082462A
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substrate
film
film forming
light
vacuum
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JP2001275601A
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Japanese (ja)
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振忠 ▲よう▼
Shinchu Yo
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Optorun Co Ltd
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Optorun Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vacuum film deposition system capable of depositing a thin film and a multilayer film of high film thickness uniformity in a substrate surface. SOLUTION: The vacuum film deposition system has a sputtering device which sputters a film surface by irradiating a film deposition surface of a substrate with ions. In addition, it comprises a light irradiation unit which collects the irradiation light emitted from a light source and irradiates the substrate with it, a light reception unit which receives the reflected light or the transmitted light from the substrate, and a signal processor which analyzes the light quantity of the signal light received by the light reception unit and calculates the optical film thickness of the film deposited on the substrate, and the concentration distribution of the sputter ions on the substrate surface is changed based on the optical film thickness calculated by the signal processor.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、真空成膜装置に関
し、より詳細には、膜の厚みが面内で均一な薄膜の成膜
を可能とする真空成膜装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vacuum film forming apparatus, and more particularly, to a vacuum film forming apparatus capable of forming a thin film having a uniform film thickness in a plane.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、真空成膜して得られる光学材料
としての薄膜や多層膜は、その面内における膜厚の均一
性が要求される。特に、光通信分野でのDWDM(Dens
e Wavelength Division Multiplexing:高密度波長
分割多重)通信方式用波長分割フィルタ(いわゆるDW
DMフィルタ)は、表面を高精度に研磨したガラス基板
上に、屈折率の異なる誘電体薄膜を交互に数十〜数百層
積層した多層膜から構成され、各薄膜の光学膜厚を設計
値に正確に一致させて所定の光学特性を有するDWDM
フィルタを得るとともに、基板上に成膜される多層膜の
膜厚をその面内で均一にして歩留まりを上げることが求
められる。
2. Description of the Related Art Generally, a thin film or a multilayer film as an optical material obtained by vacuum film formation is required to have a uniform film thickness within its surface. In particular, DWDM (Dens
e Wavelength Division Multiplexing: wavelength division filter for communication system (so-called DW)
DM filter) is composed of a multilayer film in which several tens to several hundreds of dielectric thin films having different refractive indexes are alternately laminated on a glass substrate whose surface is highly accurately polished, and the optical film thickness of each thin film is set to a design value. DWDM that has a certain optical characteristic by exactly matching with
It is required to obtain a filter and make the film thickness of the multilayer film formed on the substrate uniform in the plane to increase the yield.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
真空成膜装置では、真空成膜室内に設けられた成膜基板
表面上へ飛来する成膜物質の密度を基板面内で均一にす
ることが困難であるため、成膜後の薄膜の面内膜厚が不
均一になるという問題があった。
However, in the conventional vacuum film-forming apparatus, it is possible to make the density of the film-forming substance flying onto the surface of the film-forming substrate provided in the vacuum film-forming chamber uniform within the surface of the substrate. Since it is difficult, there is a problem that the in-plane film thickness of the thin film after film formation becomes non-uniform.

【0004】図6は、従来の真空成膜装置を用いて成膜
されたDWDMフィルタ用光学多層膜の基板面内での膜
厚分布を説明するための図で、直径95mmの特殊ガラ
ス基板上に、屈折率の異なる誘電体薄膜を交互に100
層形成した多層膜の、基板中心からの距離rの各点での
膜厚tと、基板中心での多層膜の膜厚tとの差Δt
(=t−t)をプロットしたものである。
FIG. 6 is a view for explaining the film thickness distribution within the substrate surface of the optical multilayer film for DWDM filter formed by using the conventional vacuum film forming apparatus, and on a special glass substrate having a diameter of 95 mm. Alternating dielectric thin film with different refractive index
The multilayer film of layers formed, the difference between the film thickness t r at each point of the distance r from the substrate center, and the thickness t 0 of the multilayer film at the substrate center Δt
This is a plot of (= t r −t 0 ).

【0005】この多層膜の膜厚は、基板中心において最
も厚く、基板外周に向かって徐々に膜厚が薄くなってお
り、基板の中心部と最外周部の多層膜の膜厚差は±1%
となっている。この膜厚差は、現在のDWDMフィルタ
用多層膜の製造に求められる膜厚の均一性(面内で±
0.02%以下)に比較して大きく、DWDMフィルタ
の製造歩留まりが低下するという問題があった。
The thickness of this multilayer film is thickest in the center of the substrate and gradually decreases toward the outer periphery of the substrate, and the difference in thickness between the central portion and the outermost periphery of the substrate is ± 1. %
Has become. This film thickness difference is due to the uniformity of the film thickness required for the current production of multilayer films for DWDM filters (±
However, there is a problem that the manufacturing yield of the DWDM filter decreases.

【0006】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的とするところは、基板面内で
の膜厚均一性の高い薄膜や多層膜の成膜を可能とする真
空成膜装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to enable the formation of a thin film or a multi-layer film having a high film thickness uniformity within the substrate surface. It is to provide a vacuum film forming apparatus.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、請求項1に記載の真空成膜装置
は、真空成膜室内に成膜物質供給手段と基板保持手段と
を備え、該基板保持手段に保持された基板表面上に成膜
物質を供給して成膜をおこなう真空成膜装置において、
前記基板上に成膜された膜表面にイオンを照射して該照
射領域の成膜物質をスパッタするためのスパッタ手段を
備え、成膜面をスパッタしながら成膜することを特徴と
する。
In order to achieve such an object, the present invention provides a vacuum film-forming apparatus according to claim 1, wherein a film-forming substance supplying means and a substrate holding means are provided in a vacuum film-forming chamber. A vacuum film forming apparatus for forming a film by supplying a film forming substance onto the surface of the substrate held by the substrate holding means,
It is characterized in that the film surface formed on the substrate is provided with sputtering means for irradiating ions to sputter the film forming substance in the irradiation region, and the film is formed while sputtering the film forming surface.

【0008】また、請求項2に記載の発明は、請求項1
に記載の真空成膜装置において、前記イオンは酸素イオ
ンであることを特徴とする。
The invention described in claim 2 is the same as claim 1.
In the vacuum film forming apparatus described in the paragraph 1, the ions are oxygen ions.

【0009】また、請求項3に記載の発明は、請求項1
または2に記載の真空成膜装置において、光源から射出
された照射光を集光して前記基板上に照射する光照射手
段と、前記基板からの反射光または透過光を受光するた
めの受光手段と、該受光手段により受光した光の光量を
信号として解析処理し、前記基板上に成膜された膜の光
学膜厚を算出する信号処理手段とを備えることを特徴と
する。
The invention described in claim 3 is the same as claim 1
In the vacuum film forming apparatus described in the paragraph 2, the light irradiation means for converging the irradiation light emitted from the light source and irradiating it onto the substrate, and the light receiving means for receiving the reflected light or the transmitted light from the substrate. And signal processing means for analyzing the light quantity of the light received by the light receiving means as a signal and calculating the optical film thickness of the film formed on the substrate.

【0010】また、請求項4に記載の発明は、請求項3
に記載の真空成膜装置において、前記スパッタ手段はイ
オン分布制御手段を備え、該イオン分布制御手段は、前
記信号処理手段による光学膜厚の算出結果に基づいて、
前記基板表面上に照射されるイオン分布を変化させるこ
とを特徴とする。
The invention described in claim 4 is the same as claim 3
In the vacuum film forming apparatus according to, the sputtering means includes an ion distribution control means, the ion distribution control means, based on the calculation result of the optical film thickness by the signal processing means,
It is characterized in that the distribution of ions irradiated on the surface of the substrate is changed.

【0011】また、請求項5に記載の発明は、請求項1
乃至4のいずれかに記載の真空成膜装置において、前記
基板保持手段は回転可能に構成され、該基板保持手段に
保持された基板を回転させながら成膜することを特徴と
する。
The invention described in claim 5 is the same as claim 1.
In the vacuum film forming apparatus described in any one of 1 to 4, the substrate holding unit is configured to be rotatable, and the substrate held by the substrate holding unit is rotated for film formation.

【0012】また、請求項6に記載の発明は、請求項1
乃至5のいずれかに記載の真空成膜装置において、前記
真空成膜装置は、前記基板の成膜面に供給される成膜物
質にイオンを照射するイオン照射手段を備えることを特
徴とする。
The invention according to claim 6 is the same as claim 1.
5. The vacuum film forming apparatus according to any one of items 1 to 5, wherein the vacuum film forming apparatus includes an ion irradiation unit that irradiates the film forming substance supplied to the film forming surface of the substrate with ions.

【0013】更に、請求項7に記載の薄膜または多層膜
は、請求項1乃至6のいずれかに記載の真空成膜装置に
より成膜されたことを特徴とする。
Furthermore, the thin film or the multilayer film according to claim 7 is formed by the vacuum film forming apparatus according to any one of claims 1 to 6.

【0014】 [発明の詳細な説明][0014] [Detailed Description of the Invention]

【発明の実施の形態】以下、図面等を参照しながら本発
明の真空成膜装置について詳述する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The vacuum film forming apparatus of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0015】図1は、本発明の真空成膜装置の構成例を
説明するための図で、真空成膜室101と、その真空成
膜室内に設けられた、電子銃102A、102Bとター
ゲットホルダ103A、103Bとから構成される成膜
物質供給装置と、基板保持部104と、基板保持部10
4に保持される基板105の成膜面にイオンを照射し
て、成膜された成膜物質の一部をスパッタするための、
イオンソース106Aとイオンソース制御部106Bと
で構成されるスパッタ装置とを備え、真空成膜室101
内は、真空成膜室外に設けられた真空ポンプ107によ
って高真空に維持することが可能である。
FIG. 1 is a diagram for explaining an example of the structure of a vacuum film forming apparatus of the present invention. A vacuum film forming chamber 101, electron guns 102A and 102B and a target holder provided in the vacuum film forming chamber. A film forming substance supply device including 103A and 103B, a substrate holding unit 104, and a substrate holding unit 10.
For irradiating the film-forming surface of the substrate 105 held on the substrate 4 with ions to sputter a part of the film-forming substance formed,
The vacuum film forming chamber 101 is provided with a sputtering device including an ion source 106A and an ion source controller 106B.
The inside can be maintained at a high vacuum by a vacuum pump 107 provided outside the vacuum film forming chamber.

【0016】真空成膜室101の上部中央の外側にはモ
ータ108が設置されており、このモータの回転軸10
9が真空成膜室101内に貫通して延長され、その先端
部に基板保持部104が取り付けられている。従って、
基板保持部104に保持される基板105は、モータ1
08が回転することにより回転可能となっている。
A motor 108 is installed outside the upper center of the vacuum film forming chamber 101, and the rotary shaft 10 of the motor 108 is installed.
9 extends through the vacuum film forming chamber 101, and the substrate holding unit 104 is attached to the tip thereof. Therefore,
The substrate 105 held by the substrate holding unit 104 is the motor 1
It is possible to rotate by rotating 08.

【0017】真空成膜室101の内部底面の一部の領域
には透明窓110が設けられており、真空成膜室101
外に設けられた、例えばハロゲンランプ等の光源からの
光が、光照射部111に光ファイバ112で導光され基
板の測定点に照射されるようになっている。この場合、
光照射部111は、移動軸113に固定され、移動軸1
13は、駆動機構114によって水平方向に移動自在に
なっている。これにより、基板105への照射光の照射
点(測定点)を、基板105の半径方向の任意の位置に
設定できるようになっている。
A transparent window 110 is provided in a part of the inner bottom surface of the vacuum film forming chamber 101, and the vacuum film forming chamber 101 is provided.
Light from a light source such as a halogen lamp provided outside is guided to the light irradiating section 111 by the optical fiber 112 and is irradiated to the measurement point on the substrate. in this case,
The light irradiation unit 111 is fixed to the moving shaft 113, and the moving shaft 1
The drive mechanism 114 can move 13 in the horizontal direction. Thereby, the irradiation point (measurement point) of the irradiation light on the substrate 105 can be set at an arbitrary position in the radial direction of the substrate 105.

【0018】また、基板105の成膜面の裏面側には、
基板105を透過してきた透過光を受光するための受光
部115が配置され、この受光部115は、基板105
と平行に駆動機構116によって水平方向に移動自在な
移動軸117に取り付けられている。従って、受光部1
15は、基板105の上方で、基板105の半径方向の
照射光の照射点に一致するように受光位置を自在に選定
できるようになっている。
On the back surface side of the film formation surface of the substrate 105,
A light receiving portion 115 for receiving the transmitted light transmitted through the substrate 105 is arranged, and the light receiving portion 115 is provided on the substrate 105.
It is attached to a movable shaft 117 which is movable in the horizontal direction by a drive mechanism 116 in parallel with the. Therefore, the light receiving unit 1
The light receiving position 15 can be freely selected above the substrate 105 so as to coincide with the irradiation point of the irradiation light in the radial direction of the substrate 105.

【0019】信号光の位相差は、照射光が薄膜を透過す
る際に薄膜の表裏面で生じる反射光同士の干渉作用によ
り、モニタされている薄膜の光学膜厚に伴って変化する
から、信号光強度の変化を利用して光学膜厚を算出する
ことが可能である。
Since the phase difference of the signal light changes with the optical film thickness of the thin film being monitored due to the interference action of the reflected lights generated on the front and back surfaces of the thin film when the irradiation light passes through the thin film, The optical film thickness can be calculated by utilizing the change in light intensity.

【0020】DWDM用フィルタは、例えば、厚さ10
mm程度の特殊ガラス基板上に厚さ170〜190nm
のTaの薄膜と、厚さ240〜270nmのSi
の薄膜とを交互に重ねて80〜260層程度形成し
たものであり、例えば直径95mm程度の円板状の特殊
ガラス基板上に上記多層膜を形成した後、この特殊ガラ
ス基板をカットして1.4×1.4mmの四角形状の
多数のチップにするという方法で製造される。
The DWDM filter has, for example, a thickness of 10
170-190nm thickness on a special glass substrate of about mm
Ta 2 O 5 thin film and Si having a thickness of 240 to 270 nm
About 80 to 260 layers are formed by alternately stacking thin films of O 2 and, for example, after forming the above-mentioned multilayer film on a disc-shaped special glass substrate having a diameter of about 95 mm, the special glass substrate is cut. It is manufactured by a method of forming a large number of square chips of 1.4 × 1.4 mm 2 .

【0021】DWDMフィルタ用多層膜の形成は、先
ず、真空成膜室101内の成膜物質供給装置のターゲッ
トホルダ103A、103B内に、Ta薄膜蒸着
用の蒸発源たるターゲット及びSiO薄膜蒸着用の蒸
着源たるターゲットを設置する。次に、基板保持部10
4に特殊ガラスの基板105を保持し、真空ポンプ10
7により、真空成膜室101内を1×10−5Pa以下
の真空にまで排気した後、モータ108によって特殊ガ
ラスの基板105を1000rpmの回転速度で回転さ
せながら、電子銃102A、102Bを作動させ、ター
ゲットから成膜物質を特殊ガラスの基板105に向けて
飛翔させる。
To form the multilayer film for the DWDM filter, first, in the target holders 103A and 103B of the film forming material supply device in the vacuum film forming chamber 101, a target serving as an evaporation source for Ta 2 O 5 thin film vapor deposition and SiO 2 are deposited. A target which is a vapor deposition source for thin film vapor deposition is installed. Next, the substrate holder 10
4 holds the substrate 105 made of special glass, and the vacuum pump 10
7, the inside of the vacuum film forming chamber 101 is evacuated to a vacuum of 1 × 10 −5 Pa or less, and then the electron guns 102A and 102B are operated while the motor 108 rotates the special glass substrate 105 at a rotation speed of 1000 rpm. Then, the film-forming substance is made to fly from the target toward the substrate 105 made of special glass.

【0022】イオンソース106Aとイオンソース制御
部106Bとで構成されるスパッタ装置は、イオンソー
ス106Aから酸素イオンを基板105の成膜面に照射
し、照射されたイオンが基板105表面近傍でもつエネ
ルギおよび密度に依存するスパッタリングレートで、既
に成膜された多層膜の表面近傍領域の成膜物質を除去す
る。
The sputtering apparatus composed of the ion source 106A and the ion source control unit 106B irradiates oxygen ions from the ion source 106A onto the film-forming surface of the substrate 105, and the energy of the irradiated ions is near the surface of the substrate 105. And the film-forming substance in the region near the surface of the already-formed multilayer film is removed at a sputtering rate depending on the density.

【0023】すなわち、成膜中の多層膜は、成膜物質供
給装置から供給される成膜物質により成膜されて膜厚が
厚くなるプロセスと、既に成膜された膜表面近傍の一部
領域が、イオンソース106Aから照射される酸素イオ
ンによりスパッタされて膜厚が薄くなるプロセスとを同
時に進行させながら成膜されることとなる。
That is, the multilayer film being formed is formed by the film forming substance supplied from the film forming substance supplying device to increase the film thickness, and a partial region in the vicinity of the already formed film surface. However, the film is formed while simultaneously advancing the process of being sputtered by the oxygen ions irradiated from the ion source 106A to reduce the film thickness.

【0024】従って、基板105面内において、成膜物
質供給装置から供給される成膜物質の密度分布に依存し
て膜厚差が生じる場合には、その膜厚差を打ち消すよう
な条件でイオンソース106Aから照射される酸素イオ
ンによるスパッタを行えば、均一な面内膜厚分布をもつ
多層膜が得られることとなる。
Therefore, when a film thickness difference occurs on the surface of the substrate 105 depending on the density distribution of the film forming material supplied from the film forming material supplying device, the ion is adjusted under the condition that the film thickness difference is canceled. By performing sputtering with oxygen ions emitted from the source 106A, a multilayer film having a uniform in-plane film thickness distribution can be obtained.

【0025】また、酸素イオン照射装置120は、酸素
イオンを基板105に向かう成膜物質の粒子に衝突さ
せ、基板105表面に付着する原子や分子のマイグレー
ションを助長させる等の効果により、基板105上に成
膜される薄膜の充填率や付着率を向上させる等の目的に
用いられる。
Further, the oxygen ion irradiation apparatus 120 causes the oxygen ions to collide with the particles of the film-forming substance toward the substrate 105 to promote the migration of atoms and molecules adhering to the surface of the substrate 105. It is used for the purpose of improving the filling rate and the adhesion rate of the thin film formed on the substrate.

【0026】なお、本構成例では、成膜される多層膜の
表面近傍領域をスパッタするためのイオンとして酸素イ
オンを採用したが、イオン種は酸素に限定されるもので
はなく、スパッタに適する適宜のイオンを用いることが
可能である。
In this configuration example, oxygen ions are adopted as ions for sputtering the surface vicinity region of the multilayer film to be formed, but the ion species is not limited to oxygen, and it is suitable for sputtering. Can be used.

【0027】また、本構成例では、スパッタを目的とし
て設けたイオンソース106Aおよびイオンソース制御
部106Bから構成されるスパッタ装置と、成膜される
多層膜の膜質を向上させることを目的として設けたイオ
ン照射装置120とを設ける構成としたが、同一又は2
種のイオンを用いることが可能であり、かつ、スパッタ
に必要なイオンのエネルギ及び密度と、膜質向上に必要
なイオンのエネルギ及び密度との両立が可能な場合に
は、1のイオン照射装置のみを設けることとし、これに
上述した2つの目的を達成させることとしてもよい。
Further, in the present configuration example, the sputtering apparatus constituted by the ion source 106A and the ion source control section 106B provided for the purpose of sputtering and the purpose of improving the film quality of the multilayer film to be formed are provided. Although the ion irradiation device 120 is provided, the same or two
When it is possible to use different kinds of ions and the energy and density of ions necessary for sputtering and the energy and density of ions necessary for improving the film quality are compatible, only one ion irradiation device May be provided to achieve the above two purposes.

【0028】このような成膜と併せて、光照射部111
から射出された照射光Lが、多層膜が成膜されている
特殊ガラスの基板105に照射され、その透過光は受光
部115によって受光される。受光された透過光は、光
ファイバ118によって信号処理装置119へと導か
れ、信号処理装置119は、透過光に含まれる光の波長
領域の光のうち解析対象である波長の光を信号光として
その信号光Lを信号処理し、成膜中の膜の光学膜厚に相
当する物理量が算出され、成膜中の薄膜の光学膜厚をモ
ニタリングしながら多層膜の成膜が行われる。
In addition to such film formation, the light irradiation section 111
Irradiation light L 0 emitted from is irradiated onto the substrate 105 of special glass on which the multilayer film is formed, and the transmitted light is received by the light receiving unit 115. The received transmitted light is guided to the signal processing device 119 by the optical fiber 118, and the signal processing device 119 uses, as the signal light, the light of the wavelength to be analyzed among the light in the wavelength region of the light included in the transmitted light. The signal light L is signal-processed, a physical quantity corresponding to the optical film thickness of the film being formed is calculated, and the multilayer film is formed while monitoring the optical film thickness of the thin film being formed.

【0029】既に述べたように、本発明の真空成膜装置
が備えるイオンソース106Aからのイオン照射がなけ
れば、成膜される多層膜は面内で膜厚の不均一を生じ
る。本発明の真空成膜装置では、この膜厚不均一性を解
消するために、面内基準点と面内各点での膜厚差に相当
するスパッタリングを行うこととしている。
As described above, if there is no ion irradiation from the ion source 106A provided in the vacuum film forming apparatus of the present invention, the multilayer film to be formed will have a nonuniform film thickness within the plane. In the vacuum film forming apparatus of the present invention, in order to eliminate this film thickness nonuniformity, sputtering is performed corresponding to the film thickness difference between the in-plane reference point and each in-plane point.

【0030】イオンによるスパッタリングレートは、面
内各点でのイオン密度に依存するから、イオンソース1
06Aによって達成されるべき、基板105表面近傍で
の最適なイオン密度分布を知ることが必要となる。
Since the sputtering rate by ions depends on the ion density at each point in the plane, the ion source 1
It is necessary to know the optimum ion density distribution near the surface of the substrate 105 to be achieved by 06A.

【0031】図2は、本発明の真空成膜装置に備えるス
パッタイオンソースから照射されるイオンの基板近傍の
照射イオン分布の測定系を説明するための図で、基板保
持部21には、所望の間隔で酸素イオンセンサ22が配
置され、イオンソース23から照射されて基板保持部2
1に飛来する酸素イオン濃度がモニタされる。
FIG. 2 is a diagram for explaining a measurement system of the irradiation ion distribution near the substrate of ions irradiated from the sputter ion source provided in the vacuum film forming apparatus of the present invention. The oxygen ion sensor 22 is arranged at an interval of, and the substrate holder 2 is irradiated with light from the ion source 23.
The oxygen ion concentration coming to 1 is monitored.

【0032】このようにしてモニタされた酸素イオン濃
度分布は、イオンソース23の照射端形状に依存して変
化するが、例えばその形状を単純な円筒状とした場合に
は、図2中に示したように、基板の中央部で濃く、外周
部に近づくにつれて薄くなる分布を示す。
The oxygen ion concentration distribution thus monitored varies depending on the shape of the irradiation end of the ion source 23. For example, when the shape is a simple cylindrical shape, it is shown in FIG. As described above, there is a distribution in which the density is high in the central part of the substrate and thin as it approaches the outer peripheral part.

【0033】図3は、本発明の真空成膜装置に備えるイ
オンソースの照射端形状の効果を説明するための図で、
図3(a)は、照射端31形状を比較的大きな内径d
を有する単純な円筒状とした場合のイオン密度分布を説
明するための図であり、図3(b)は、照射端34形状
を比較的小さな内径dを有する単純な円筒状とした場
合のイオン密度分布を説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the effect of the irradiation end shape of the ion source provided in the vacuum film forming apparatus of the present invention.
In FIG. 3A, the irradiation end 31 has a relatively large inner diameter d 1
Is a diagram for explaining an ion density distribution in the case of a simple cylindrical shape having, FIG. 3 (b), in the case of a simple cylindrical shape having a relatively small inner diameter d 2 of the irradiation end 34 shaped It is a figure for demonstrating ion density distribution.

【0034】この図に示したように、照射端形状によっ
てイオン密度分布が変化し、図3(a)では比較的ブロ
ードな分布を示す一方、図3(b)では、基板の中心部
分でのイオン密度が濃く、基板外周部において薄いイオ
ン密度分布が得られている。
As shown in this figure, the ion density distribution changes depending on the shape of the irradiation edge, and while FIG. 3 (a) shows a relatively broad distribution, in FIG. 3 (b), the central portion of the substrate is shown. The ion density is high and a thin ion density distribution is obtained in the outer peripheral portion of the substrate.

【0035】このようなイオン密度分布の差に対応し
て、図3(a)に示したイオン照射系では、基板32上
に成膜された多層膜33の、面内での膜厚差を充分に打
ち消すだけのスパッタリングが実現できず、基板中心部
で厚く、周辺部で薄い膜厚分布を有する多層膜となって
いる。
Corresponding to such a difference in ion density distribution, in the ion irradiation system shown in FIG. 3A, the in-plane film thickness difference of the multilayer film 33 formed on the substrate 32 is calculated. It is not possible to realize sufficient sputtering to cancel the sputtering, resulting in a multilayer film having a thick film thickness in the central part of the substrate and a thin film thickness in the peripheral part.

【0036】一方、図3(b)に示したイオン照射系で
は、基板35上に成膜された多層膜36の、面内での膜
厚差を充分に打ち消すだけのスパッタリングが実現さ
れ、基板中心部から外周部にかけて均一な膜厚分布を有
する多層膜となっている。
On the other hand, in the ion irradiation system shown in FIG. 3 (b), the sputtering of the multilayer film 36 formed on the substrate 35 is sufficiently canceled so that the in-plane film thickness difference can be canceled out. The multilayer film has a uniform film thickness distribution from the central portion to the outer peripheral portion.

【0037】なお、上述した例では、イオン照射端の形
状を単純な円筒状とし、その内径を変化させた場合につ
いて説明したが、その形状はこれに限定されるものでは
なく、イオン密度分布を適正に設定可能な形状であれば
よい。
In the above example, the ion irradiation end has a simple cylindrical shape and the inner diameter is changed. However, the shape is not limited to this, and the ion density distribution can be changed. Any shape can be used as long as it can be properly set.

【0038】図4は、本発明の真空成膜装置に備えるイ
オンソース内部の構成例を説明するための図で、イオン
ソース40の内部には石英チャンバ41が設けられてお
り、石英チャンバ内に設けられた円筒部44の先端部に
は、スパッタイオンの分布を制御するための略円錐状の
照射角制御部42が設けられており、ガス導入口43か
ら導入されたガスは、グリッド45Aと45Bとの間に
形成された電界によりイオン化される。すなわち、照射
角制御部42の開き角αを設定することで基板表面近傍
でのイオン濃度分布を、膜厚の均一性に要求される分布
とすることが可能となる。
FIG. 4 is a diagram for explaining an example of the internal structure of the ion source provided in the vacuum film forming apparatus of the present invention. A quartz chamber 41 is provided inside the ion source 40, and a quartz chamber 41 is provided inside the quartz chamber. A substantially conical irradiation angle control section 42 for controlling the distribution of sputter ions is provided at the tip of the provided cylindrical section 44, and the gas introduced from the gas introduction port 43 is supplied to the grid 45A. It is ionized by the electric field formed between 45B. That is, by setting the opening angle α of the irradiation angle control unit 42, the ion concentration distribution near the substrate surface can be set to a distribution required for the uniformity of the film thickness.

【0039】この照射角度制御部42に、上述した信号
処理装置による光学膜厚のモニタリングの結果をフィー
ドバックし、照射角制御部42の開き角αを調整し、成
膜後の膜厚測定結果を基に、その膜厚不均一性を打ち消
すのに最適な照射角制御部42の開き角に設定すること
とすれば、一定なイオン濃度分布を制御することも可能
である。
The result of monitoring the optical film thickness by the above-mentioned signal processing device is fed back to the irradiation angle control unit 42, the opening angle α of the irradiation angle control unit 42 is adjusted, and the film thickness measurement result after film formation is displayed. On the basis, if the opening angle of the irradiation angle control unit 42 is set to be optimal for canceling the nonuniformity of the film thickness, it is possible to control a constant ion concentration distribution.

【0040】図5は、本発明の真空成膜装置および従来
型の真空成膜装置により成膜された多層膜の面内膜厚均
一性を説明するための図で、直径95mmの基板上に、
厚さ180nmのTaの薄膜と、厚さ250nm
のSiOの薄膜とを交互に200層重ねて積層させた
多層膜の、基板の中心から半径rの場所での膜厚t
基板中心での膜厚tとの差Δt(=t−t)を求
めた結果である。
FIG. 5 is a view for explaining the in-plane film thickness uniformity of a multilayer film formed by the vacuum film forming apparatus of the present invention and the conventional vacuum film forming apparatus, and is formed on a substrate having a diameter of 95 mm. ,
180 nm thick Ta 2 O 5 thin film and 250 nm thick
Of SiO 2 thin film and a multilayer film formed by laminating overlapping 200 layers alternately of a difference Delta] t (= t between the thickness t 0 of a thickness t r and the substrate center from the center of the substrate at the location of the radius r It is a result of obtaining r −t 0 ).

【0041】従来の真空成膜装置で成膜された多層膜で
は、面内での膜厚差が最大で±1%であるのに対して、
本発明の真空成膜装置で最適条件下でのイオンスパッタ
を行いながら成膜された多層膜の面内での膜厚差は最大
で±0.02%となっており、原子レベルでの面内膜厚
の均一性が実現されている。
In the case of a multilayer film formed by a conventional vacuum film forming apparatus, the difference in film thickness within the plane is ± 1% at the maximum.
The maximum film thickness difference of the multilayer film formed while performing ion sputtering under the optimum conditions in the vacuum film forming apparatus of the present invention is ± 0.02%. Uniformity of inner film thickness is realized.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
真空成膜室内に成膜物質供給装置と基板保持部とを備
え、基板保持部に保持された基板表面上に成膜物質を供
給して成膜をおこなう真空成膜装置において、基板の成
膜面にイオンを照射して膜表面をスパッタするスパッタ
装置を備えることとしたので、膜厚の面内均一性の高い
膜が成膜可能な真空成膜装置を提供することが可能とな
る。
As described above, according to the present invention,
A vacuum film forming apparatus that includes a film forming material supply device and a substrate holding unit in a vacuum film forming chamber and supplies a film forming substance onto the surface of a substrate held by the substrate holding unit to form a film Since the sputtering apparatus for irradiating the surface with ions to sputter the film surface is provided, it is possible to provide a vacuum film forming apparatus capable of forming a film having high in-plane film thickness uniformity.

【0043】更に、光源から射出された照射光を集光し
て基板上に照射する光照射部と、基板からの反射光また
は透過光を受光するための受光部と、受光部により受光
した信号光の光量を解析処理して基板上に成膜された膜
の光学膜厚を算出する信号処理装置とを備えることと
し、その信号処理装置により算出された光学膜厚に基づ
いて、基板表面のスパッタイオンの濃度分布を変化させ
ることとしたので、成膜中、時々刻々変化する多層膜の
面内膜厚不均一性を逐次解消させるようにイオン濃度分
布を制御して、より高い面内膜厚均一性を有する膜を成
膜可能な真空成膜装置を提供することが可能となる。
Further, a light irradiating section for converging the irradiation light emitted from the light source and irradiating it onto the substrate, a light receiving section for receiving reflected light or transmitted light from the substrate, and a signal received by the light receiving section. A signal processing device for analyzing the light amount of light to calculate the optical film thickness of the film formed on the substrate, and based on the optical film thickness calculated by the signal processing device, Since it was decided to change the concentration distribution of sputtered ions, the ion concentration distribution is controlled so that the in-plane film thickness non-uniformity of the multilayer film, which changes moment by moment during film formation, is controlled, and a higher in-plane film thickness is obtained. It is possible to provide a vacuum film forming apparatus capable of forming a film having a uniform thickness.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の真空成膜装置の構成例を説明するため
の図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration example of a vacuum film forming apparatus of the present invention.

【図2】本発明の真空成膜装置に備えるイオンソースか
ら照射されるスパッタイオンの基板近傍での濃度分布測
定系を説明するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining a concentration distribution measuring system in the vicinity of a substrate of sputtered ions emitted from an ion source provided in the vacuum film forming apparatus of the present invention.

【図3】本発明の真空成膜装置に備えるイオンソースの
照射端形状の効果を説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the effect of the irradiation end shape of the ion source provided in the vacuum film forming apparatus of the present invention.

【図4】本発明の真空成膜装置に備えるイオンソースの
構成例を説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a configuration example of an ion source provided in the vacuum film forming apparatus of the present invention.

【図5】本発明の真空成膜装置および従来型の真空成膜
装置により成膜された多層膜の面内膜厚均一性を説明す
るための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining in-plane film thickness uniformity of a multilayer film formed by the vacuum film forming apparatus of the present invention and a conventional vacuum film forming apparatus.

【図6】従来の真空成膜装置を用いて成膜されたDWD
Mフィルタ用光学多層膜の基板面内での膜厚分布を説明
するための図である。
FIG. 6 is a DWD formed by using a conventional vacuum film forming apparatus.
It is a figure for demonstrating the film thickness distribution in the board | substrate surface of the optical multilayer film for M filters.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21 基板保持部 22 酸素イオンセンサ 23 イオンソース 31、34 照射端 32、35 基板 33、36 多層膜 40 イオンソース40 41 石英チャンバ 42 照射角制御部 43 ガス導入口 44 円筒部 45A、B グリッド 101 真空成膜室 102A、B 電子銃 103A、B ターゲットホルダ 104 基板保持部 105 基板 106A イオンソース 106B イオンソース制御部 107 真空ポンプ 108 モータ 109 回転軸 110 透明窓 111 光照射部 112 光ファイバ 113 移動軸 114 駆動機構 115 受光部 116 駆動機構 117 移動軸 118 光ファイバ 119 信号処理装置 120 イオン照射装置 21 substrate holder 22 Oxygen ion sensor 23 Ion source 31, 34 Irradiation end 32, 35 substrate 33, 36 Multi-layer film 40 ion source 40 41 Quartz chamber 42 Irradiation angle control unit 43 gas inlet 44 Cylindrical part 45A, B grid 101 vacuum deposition chamber 102A, B electron gun 103A, B target holder 104 substrate holder 105 substrate 106A ion source 106B Ion source control unit 107 vacuum pump 108 motor 109 rotation axis 110 transparent window 111 Light irradiation unit 112 optical fiber 113 axis of movement 114 drive mechanism 115 Light receiving part 116 Drive mechanism 117 Moving axis 118 optical fiber 119 Signal processing device 120 ion irradiation device

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空成膜室内に成膜物質供給手段と基板
保持手段とを備え、該基板保持手段に保持された基板表
面上に成膜物質を供給して成膜をおこなう真空成膜装置
において、 前記基板上に成膜された膜表面にイオンを照射して該照
射領域の成膜物質をスパッタするためのスパッタ手段を
備え、 成膜面をスパッタしながら成膜することを特徴とする真
空成膜装置。
1. A vacuum film forming apparatus comprising a film forming material supply unit and a substrate holding unit in a vacuum film forming chamber, and supplying a film forming substance onto a surface of a substrate held by the substrate holding unit to form a film. In the above method, a sputtering means for irradiating the film surface formed on the substrate with ions to sputter the film forming substance in the irradiation region is provided, and the film is formed while sputtering the film forming surface. Vacuum film forming equipment.
【請求項2】 前記イオンは酸素イオンであることを特
徴とする請求項1に記載の真空成膜装置。
2. The vacuum film forming apparatus according to claim 1, wherein the ions are oxygen ions.
【請求項3】 光源から射出された照射光を集光して前
記基板上に照射する光照射手段と、 前記基板からの反射光または透過光を受光するための受
光手段と、 該受光手段により受光した光の光量を信号として解析処
理し、前記基板上に成膜された膜の光学膜厚を算出する
信号処理手段とを備えることを特徴とする請求項1また
は2に記載の真空成膜装置。
3. A light irradiation means for collecting irradiation light emitted from a light source and irradiating it onto the substrate, a light receiving means for receiving reflected light or transmitted light from the substrate, and the light receiving means. 3. The vacuum film formation according to claim 1 or 2, further comprising: a signal processing unit that performs an analysis process of a light amount of the received light as a signal and calculates an optical film thickness of a film formed on the substrate. apparatus.
【請求項4】 前記スパッタ手段はイオン分布制御手段
を備え、 該イオン分布制御手段は、前記信号処理手段による光学
膜厚の算出結果に基づいて、前記基板表面上に照射され
るイオン分布を変化させることを特徴とする請求項3に
記載の真空成膜装置。
4. The sputtering means comprises an ion distribution control means, and the ion distribution control means changes the ion distribution irradiated on the substrate surface based on the calculation result of the optical film thickness by the signal processing means. The vacuum film forming apparatus according to claim 3, wherein the vacuum film forming apparatus is provided.
【請求項5】 前記基板保持手段は回転可能に構成さ
れ、該基板保持手段に保持された基板を回転させながら
成膜することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに
記載の真空成膜装置。
5. The vacuum apparatus according to claim 1, wherein the substrate holding unit is configured to be rotatable, and the substrate held by the substrate holding unit is rotated to form a film. Membrane device.
【請求項6】 前記真空成膜装置は、前記基板の成膜面
に供給される成膜物質にイオンを照射するイオン照射手
段を備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか
に記載の真空成膜装置。
6. The vacuum film forming apparatus according to claim 1, further comprising ion irradiation means for irradiating the film forming substance supplied to the film forming surface of the substrate with ions. Vacuum film forming equipment.
【請求項7】 請求項1乃至6のいずれかに記載の真空
成膜装置により成膜されたことを特徴とする薄膜または
多層膜。
7. A thin film or a multilayer film formed by the vacuum film forming apparatus according to claim 1.
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CN112795891A (en) * 2020-12-22 2021-05-14 北京北方华创微电子装备有限公司 Semiconductor processing equipment

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