JP2005008956A - 薄膜形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】薄膜形成装置1は、基板3を保持して各ターゲット上を通過させる保持部材7と、Siターゲット5,Nbターゲット6別に基板3に成膜される膜厚を検出する膜厚検出機構8と、この膜厚検出機構8の検出値に基づいて各ターゲット5、6からの材料供給速度を制御する制御部10とを備えている構成とした。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、2種類以上の成膜材料を使用して、反射防止膜や干渉フィルタ等の光学薄膜を成膜する際に、成膜材料の混合する割合を調整し、所望の成膜量に成膜する薄膜形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
カメラ、顕微鏡等の光学機器には、反射防止膜や干渉フィルタ等の光学薄膜が多数用いられている。これらの光学薄膜は、単層から100層以上のものまで様々であるが、所望の光学特性を得るためには、各層の膜厚を正確に制御することが重要となる。
そこで、各層の膜厚を測定する必要があるが、光学薄膜を蒸着法やイオンプレーティング法等の成膜方法で成膜する従来の薄膜形成装置として、水晶振動子に成膜させてその固有振動数の変化を測定することによって膜厚量を算出して成膜量を制御するものが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−81548号公報(第1図)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の薄膜形成装置においては、付着する物質の質量が増加するにつれて水晶振動子の感度が減少するとともに、水晶の上に付着させることができる質量には限界があることから、成膜量の多い場合には成膜の制御をすることが困難であった。
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、成膜量の多い成膜時でも成膜量の制御を可能とする薄膜形成装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明の薄膜形成装置は、チャンバ内に配設された被成膜対象物と、該被成膜対象物に対向して配設された複数の異なる材料のターゲットと、前記被成膜対象物を保持して前記ターゲット上を通過させる保持部材とを備え、これらのターゲットの少なくとも二つをスパッタリングして前記被成膜対象物上に薄膜を形成可能な薄膜形成装置であって、前記ターゲット別に前記被成膜対象物に成膜される膜厚を検出する膜厚検出機構を備え、該膜厚検出機構が、前記保持部材に配設され前記ターゲットに1対1に対応して、この対応した前記ターゲットの材料のみが成膜される設定とした複数のモニタ部材と、該モニタ部材へ光を照射する投光ユニットと、前記モニタ部材を透過或いは反射した前記投光ユニットからの光を受光する光検出ユニットとを備えていることを特徴とする。
【0006】
この薄膜形成装置は、被成膜対象物に成膜されるターゲット毎の膜厚を検出する膜厚検出機構を備え、この膜厚検出機構が上記の構成を備えているので、成膜量が多くても各モニタ部材を透過或いは反射する光量を測定することによって、この光量と照射した光の波長とから各ターゲットの材料の膜厚を対応するモニタ部材で測定することができる。したがって、各モニタ部材における各ターゲットの材料の膜厚から被成膜対象物への膜厚や成膜組成等を成膜中に正確に知ることができる。
【0007】
本発明は、前記薄膜形成装置であって、前記保持部材を中心軸まわりに回転させ前記各ターゲット直上に前記被成膜対象物を通過させる回転機構を備え、前記各ターゲットが配される位置の中央点及び前記各モニタ部材が配される位置の中央点がそれぞれ前記保持部材の中心軸から偏って配され、前記モニタ部材が、対応する前記ターゲットの直上を通過するとともに他のターゲットの直上からは外れて通過するように配されていることを特徴とする。
【0008】
この薄膜形成装置は、上記の構成を有するとともにターゲットとモニタ部材とが保持部材の中心軸に対して上述した位置に配されているので、対応するモニタ部材がターゲットの直上位置を通過する際にモニタ部材がターゲット材料によって成膜され、それ以外のターゲット上では直上位置から外れて通過するためこれらのターゲット材料によっては成膜されない。したがって、ターゲット、モニタ部材、及び被成膜対象物の相互の配置関係のみから対応するターゲット材料の膜厚を測定することができる。
【0009】
本発明は、前記薄膜形成装置であって、前記保持部材を中心軸まわりに回転させ前記被成膜対象物を前記各ターゲット直上を通過させる回転機構を備え、前記膜厚検出機構が、対応する前記ターゲット以外の直上を前記モニタ部材が通過する際に、スパッタリングにより放出されたターゲット材料の通過を阻止する遮蔽部材をモニタ部材とターゲットとの中間位置に備えていることを特徴とする。
【0010】
この薄膜形成装置は、膜厚検出機構が上述した位置に遮蔽部材を備え、モニタ部材が保持部材の中心軸に対して上述した位置に配されているので、モニタ部材と遮蔽部材とが重なる位置ではモニタ部材はターゲット材料による成膜がされず、それ以外の場所のターゲット上を通過する際には、そのターゲットからの材料によってモニタ部材が成膜される。したがって、遮蔽部材によって確実に他のターゲット材料の成膜を防ぎ、より正確な膜厚測定が可能になる。
【0011】
本発明は、前記薄膜形成装置であって、前記遮蔽部材が、前記ターゲット直上の一部を覆うように配され、前記各モニタ部材が、配される位置の中央点と前記保持部材の中心軸とが偏って配設されるとともに、対応する前記ターゲット以外のターゲット上を通過する際に前記遮蔽部材の直上を通過するように配されていることを特徴とする。
この薄膜形成装置は、遮蔽部材とモニタ部材とが上述した位置に配されているので、遮蔽部材、モニタ部材、及び被成膜対象物の相互の配置関係とあわせて確実に対応するターゲット材料の膜厚を測定することができる。
【0012】
本発明は、前記薄膜形成装置であって、前記遮蔽部材が、前記モニタ部材が対応する前記ターゲット以外のターゲット直上を通過する際に、モニタ部材とターゲットとの中間位置に移動するシャッターであることを特徴とする。
この薄膜形成装置は、遮蔽部材がシャッターであるので、シャッターがモニタ部材と対応するターゲットとの中間位置にない状態でそのターゲットの直上位置をモニタ部材が通過する際には、そのターゲット材料の成膜がなされ、他のターゲットの直上位置でシャッターがモニタ部材とターゲットとの中間位置に移動した状態でモニタ部材が通過する際にはターゲットからの材料による成膜はされない。
また、遮蔽部材がシャッターであるので、モニタ部材の中央点を保持部材の中心軸から偏らせる等の特別な配置設定を行う必要がなく、被成膜対象物と同一の円周上にモニタ部材を配設することができる。
したがって、被成膜対象物と同じ大きさでモニタ部材を配設することもでき、モニタ部材の透過光量のS/N比を向上させることができる。
【0013】
本発明は、前記薄膜形成装置であって、前記膜厚検出機構の検出値に基づいて前記ターゲットからの材料供給速度を制御する制御部を備えていることを特徴とする。
この薄膜形成装置は、制御部を備えているので、膜厚検出機構により検出した光学膜厚の値に基づいて、被成膜対象物への成膜量を制御することができ、多層膜で成膜量の多い場合でも成膜量を制御できる。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の実施形態について、図1から図6を参照して説明する。
本実施形態に係る薄膜形成装置1は、図1及び図2に示すように、チャンバ2内に配設された光学ガラス平板からなる複数の基板(被成膜対象物)3と、基板3に対向する同一平面上の同一円周上位置にそれぞれ配設されたSi(シリコン)ターゲット5,Nb(ニオブ)ターゲット6とを備えており、これらのターゲットをそれぞれスパッタリングして基板3上に薄膜を形成する装置である。また、薄膜形成装置1は、基板3を保持して各ターゲット上を通過させる保持部材7と、Siターゲット5,Nbターゲット6別に基板3に成膜される膜厚を検出する膜厚検出機構8と、この膜厚検出機構8の検出値に基づいて各ターゲット5、6からの材料供給速度を制御する制御部10とを備えている。
【0015】
保持部材7は、基板3を固定するヤトイ11と、このヤトイ11を保持して各ターゲット5、6が配設されている平面と平行な位置に配設される回転板12とを備えている。
回転板12は、基板3が各ターゲット5、6の直上を通過できるように中心軸Cまわりに回転させる回転モータ(回転機構)13に接続されている。基板3が取り付けられたヤトイ11は、中心軸Cから等距離離れた同一円周上にほぼ等間隔に配設されている。
回転モータ13は、チャンバ2の上部から内部に貫通された回転軸Rを有しており、回転板12は回転軸Rの下端に水平状態に固定されている。
この回転モータ13によって、基板3は毎分10回転以上の速度で各ターゲット5、6上を回転通過する。
【0016】
Siターゲット5、Nbターゲット6は、それぞれ電源15、16に接続されており、リング状に配設されたマグネトロンカソード17上に水冷されている。
Siターゲット5は、低屈折率膜のSiO2の材料となるSiを基板3に供給するもので、基板3よりも大きい外径を有し、各基板3の直下であるとともに基板3よりも中心軸Cから離れた位置に配設されている。
Nbターゲット6は、高屈折率膜のNb2O5の材料となるNbを基板3に供給するもので、基板3よりも大きい外径を有し、各基板3の直下であるとともに基板3よりも中心軸Cに近い位置に配設されている。
そのため、各ターゲット5、6が配設される位置全体の中央点TOが、回転板の中心軸Cから偏った位置に配されている。
【0017】
膜厚検出機構8は、Siターゲット5に1対1に対応してこのSiターゲット5の材料のみが成膜される設定としたSiモニタ部材18と、Nbターゲット6に1対1に対応してこのNbターゲット6の材料のみが成膜される設定としたNbモニタ部材20とを備えている。
また、膜厚検出機構8は、チャンバ2の下方側から各モニタ部材18、20へ光を照射する投光ユニット21と、各モニタ部材18、20を透過した投光ユニット21からの光を受光する光検出ユニット22とを備えている。
【0018】
Siモニタ部材18、Nbモニタ部材20は基板3と同じ光学ガラスで構成されており、各ターゲット5、6よりも小さい対向面に形成されている。
Siモニタ部材18は、基板3と同様にヤトイ11を介して回転板12上に配設されており、Siターゲット5の直上位置とほぼ等しくNbターゲット6の直上位置からは外れる位置となって基板3よりも中心軸Cから離れた位置に配設されている。
また、Nbモニタ部材20は、基板3と同様にヤトイ11を介して回転板12上に配設されており、Nbターゲット6の直上位置とほぼ等しくSiターゲット5の直上位置からは外れる位置となって基板3よりも中心軸Cに近い位置に配設されている。このため、各モニタ部材18、20が配設される位置全体の中央点MOが、回転板12の中心軸Cから偏って配設されている。
【0019】
投光ユニット21は、ハロゲン光源で構成される光源21Aと、この光源21Aに接続された光ファイバ21Bを介して伝送された光を各モニタ部材18、20に鉛直下方から照射するコリメートレンズ等の出射端光学系21Cとを備えている。
光検出ユニット22は、回転板12を挟んで出射端光学系21Cに対向して設けられた集光レンズ等の入射端光学系22Aと、この入射端光学系22Aに接続された光ファイバ22Bを介して伝送された光を検出して光量を測定する、例えば、フォトダイオード等の受光素子を備える受光部22Cとを備えている。投光ユニット21から照射され各モニタ部材18、20を透過した光は、受光部22Cの直前に配設されたモノクロメータ(図示せず)を介して受光部22Cに入射する。
出射端光学系21Cは、チャンバ2の底部に配設され、直上をモニタ部材18、20の両方が通過可能な位置に固定されている。また、入射端光学系22Aは、出射端光学系21Cに対向する位置となるチャンバ2の上部に固定されて配設されている。
【0020】
基板3及び各モニタ部材18、20と各ターゲット5、6との中間位置には、ターゲット毎に配設されスパッタリングによって放出された各ターゲット材料が通過可能な開口部23aを備える一対の仕切部材23A,23Bと、この開口部23aをターゲット5、6毎に個別の開口面積に可変に設定可能な開口部調整機構25とを備えている。
この一対の仕切部材23A,23Bは、互いに対向する長方形状の平板から形成されており、開口部23aは、一対の仕切部材23A,23Bが互いに離間して形成される。この開口部23aの大きさによって、各ターゲット5、6から放出される材料の基板3への到達量が調整される。
【0021】
開口部調整機構25は、一対の仕切部材23A,23Bを互いに近接または離間可能に相対移動させる駆動機構26を有している。
駆動機構26は、一対の仕切部材23A,23Bの一端部にそれぞれ直線運動可能なボールネジ27A,27Bと、この直線方向に一対の仕切部材23A,23Bをガイドするガイド部材28A,28Bと、ボールネジ27A,27Bを所定の速度で回転駆動させるサーボモータ30A,30Bとを備えている。
【0022】
基板3と各ターゲット5、6との間には、一対の仕切部材23A,23Bとは別に、スパッタリングによって放出されたターゲット材料の基板3への到達を制御するシャッター31がそれぞれ配設されている。
シャッター31は、シャッター用モータ32によって所定の速度で回転駆動される回転軸SCに接続されており、シャッター31がこの回転軸SCまわりに回転することによって、基板3と各ターゲット5、6との間を開放・閉鎖する。
さらに、チャンバ2内には、各ターゲット5、6間に配設されてこれらが配設される領域を互いに分離して仕切る防着板33が配設されている。
【0023】
制御部10は、薄膜形成プロセス全般を制御するもので、膜厚検出機構8の検出値である光検出ユニット22が検出した光量から成膜量を演算して各材料の成膜量を測定するとともに、この成膜量に応じて一対の仕切部材23A,23Bの開閉量等を制御してターゲット5,6から基板3への材料供給量を調整するとともに、電源15、16等を制御して材料供給速度を制御する。
また、制御部10は、シャッター用モータ32の回転制御を行うことによって、シャッター31操作を制御して、基板3への成膜動作を終了させる。
【0024】
チャンバ2には、各ターゲット5、6が配設されて防着板33に囲まれた各領域内にArガスを導入するガス導入口35と、O2ガスを導入するガス導入口36とがそれぞれ備えられている。
チャンバ2の外部下方には、チャンバ2内を低圧にするための粗引きポンプ37と高真空ポンプ38とが設けられ、真空度をモニタする真空計39が設けられている。チャンバ2の外部上方には、基板3に高周波電力を供給する高周波電源40が設けられている。
【0025】
次に、以上の構成からなる本実施形態の薄膜形成装置1によってSiO2とNb2O5とを混合した酸化物膜からなる薄膜を形成する方法について以下説明する。
まず、所定の屈折率(例えば1.52)を有する基板3をヤトイ11にセットし、真空計39にて所定の圧力(例えば7×10−5Pa)までチャンバ2内を粗引きポンプ37及び高真空ポンプ38で排気する。このとき、各シャッター31は閉じた状態とする。
また、回転モータ13を駆動して、基板3とともに回転板12を例えば毎分50回転させる。
【0026】
その後、Siターゲット5用のガス導入口35からArガスをチャンバ2内の圧力が4×10−1Paとなるまで導入し、その後引き続きO2ガスをガス導入口36から圧力が5×10−1Paとなるまで導入する。
続いて、電源15から300wの直流電力を印加して、Siターゲット5のSi上にプラズマを発生させる。すると、3分間後にSiO2膜の成膜準備が完了する。
【0027】
同時にNb2O5の成膜準備も以下の手順で行う。
Nbターゲット6用のガス導入口35からArガスを真空計39にて圧力が7×10−1Paとなるまで、引き続きガス導入口36からO2ガスを圧力が1.0Paとなるまで導入する。
続いて、電源16から300wの直流電力を印加し、Nbターゲット6のNb上にプラズマを発生させる。すると、3分間後にNb2O5膜の成膜準備が完了する。
【0028】
そして、Siターゲット5及びNbターゲット6の直上に位置する開口部23aの幅がそれぞれ所定の幅となるように、サーボモータ30A、30Bをそれぞれ駆動してボールネジ27A,27Bを回転させて、ガイド部材28A,28Bに沿って一対の仕切部材23A,23Bをそれぞれ直進運動させる。
このとき、開口部23aの開口面積の確認は図示しないエンコーダで位置認識をしながら行う。
【0029】
上記の状態を維持しつつ、Siターゲット5及びNbターゲット6直上の各シャッター31をそれぞれ回転させて同時に開く。このとき、生成されたプラズマによってSiターゲット5から弾き飛ばされたSiが、直上の開口部23aを通過して基板3表面に到達する。同様に、Nbターゲット6から弾き飛ばされたNbが、直上の開口部23aを通過して基板3表面に到達する。
こうして、それぞれの開口部23aの開口面積に応じて所定の膜厚及び所定の混合率にて調整されたSiO2とNb2O5とが基板3の表面に交互に成膜された薄膜が形成される。
【0030】
このとき、Siモニタ部材18は、図3に示すように、Siターゲット5の上を通過する際には、Siターゲット5の直上位置となるので、基板3と同様にSiO2が成膜される。さらに、回転移動して図4に示す位置を通過して、図5に示すように、Nbターゲット6の上を通過する際は、Siモニタ部材18はNbターゲット6よりも回転板12の半径方向外側にあってNbターゲット6の直上から外れた位置となるので、Nb2O5は成膜されない。
【0031】
そして、図6に示すように、Siモニタ部材18が投光ユニット21及び光検出ユニット22の間を通過する際に、投光ユニット21から出射された光がSiO2が成膜されたSiモニタ部材18を透過して光検出ユニット22に導かれる。
Siモニタ部材18を透過した光量は、Siモニタ部材18に成膜された光学膜厚が透過光の波長の1/4の大きさの都度ピーク値となる正弦関数で表される。そこで、制御部10は、この光検出ユニット22が検出した光量と透過光の波長との関係からSiモニタ部材18に成膜されたSiO2の成膜量を算出する。
成膜プロセス中、この状態が繰り返され、Siモニタ部材18にはSiO2のみが成膜される。
【0032】
一方、Nbモニタ部材20は、図3に示すように、Nbターゲット6の上を通過する際には、Nbターゲット6の直上位置となるので、基板3と同様にNb2O5が成膜される。そして、図4に示すように、Nbモニタ部材20が、投光ユニット21及び光検出ユニット22の間を通過する際に、投光ユニット21からの光がNb2O5が成膜されたNbモニタ部材20を透過して光検出ユニット22に導かれる。
制御部10は、Siモニタ部材18の場合と同様に、この光検出ユニット22が検出した光量と透過光の波長との関係からNbモニタ部材20に成膜されたNb2O5の成膜量を算出する。
さらに、回転移動して図5に示すようにSiターゲット5の上を通過する際は、Nbモニタ部材20はSiターゲット5よりも回転板12の中心側にずれてSiターゲット5の直上から外れた位置にあるので、SiO2は成膜されない。
成膜プロセス中、この状態が繰り返され、Nbモニタ部材20にはNb2O5のみが成膜される。
【0033】
制御部10は、モニタ部材18、20から算出したSiO2及びNb2O5それぞれの成膜量に応じて、制御部10が、サーボモータ30A、30Bを駆動して一対の仕切部材23A、23Bを操作し、開口部23aの開口面積を調整して各ターゲット5、6による成膜量を調整する。
そして、制御部10は、成膜量が目標の大きさに達したと判断したとき、各シャッター用モータ32を駆動して各シャッター31を同時に各ターゲット5、6の直上に移動させて成膜を終了する。
【0034】
この薄膜形成装置1によれば、ターゲット5、6それぞれに対応するモニタ部材18、20を透過する光量を検出して光学的な方法を使用することによって、基板3に成膜された成膜量を測定することができる。したがって、成膜量が多くても基板3への各材料の成膜量を容易に、かつ、正確に算出することができる。そして、その測定量に応じて一対の仕切部材23A、23Bを操作して各ターゲット5、6からの材料供給量を調整することにより、所望の量に対して精度の高い成膜を実施することができる。
【0035】
この際、各ターゲット5、6と各モニタ部材18、20とがそれぞれ上述した位置に配されているので、各モニタ部材18、20が対応する各ターゲット5、6の直上位置を通過する際にはモニタ部材18、20へそれぞれのターゲット材料が成膜される。一方、それ以外のターゲットでは直上位置から外れるのでターゲット材料による成膜を防ぐことができる。したがって、ターゲット5、6、モニタ部材18、20、及び基板3の相互の配置関係のみから各モニタ部材18、20に対応する各ターゲット5、6の材料のみを成膜させることができる。
【0036】
次に、本発明に係る第2の実施形態について、図7から図12を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
第2の実施形態に係る薄膜形成装置41が上記第1の実施形態と異なる点は、第1の実施形態ではSiターゲット5とNbターゲット6とが配設される位置全体の中央点TOが、回転板の中心軸Cから偏っているのに対して、第2の実施形態では図7及び図8に示すように、この中央点TOと中心軸Cとを一致させるとともに、膜厚検出機構42が一方の仕切部材43に開口部23a側に突出する遮蔽板(遮蔽部材)45を備えているとした点である。
【0037】
遮蔽板45は、Siモニタ部材18がNbターゲット6の直上を通過する際に、スパッタリングにより放出されたNbターゲット6材料の通過を阻止する位置及び大きさを有してNbターゲット6直上の仕切部材43に備えられている。
同様にNbモニタ部材20がSiターゲット5の直上を通過する際に、スパッタリングにより放出されたSiターゲット5材料の通過を阻止する位置及び大きさを有してSiターゲット5直上の仕切部材43に備えられている。
なお、遮蔽板45の位置は、基板3と各ターゲット5、6とが重ならない位置に配されている。
【0038】
次に、以上の構成からなる本実施形態の薄膜形成装置41によってSiO2とNb2O5とを混合した酸化物膜からなる薄膜を形成する方法について以下説明する。
第1の実施形態と同様に、SiO2、Nb2O5の成膜準備を行った後、SiO2とNb2O5とを基板3の表面に交互に成膜して薄膜を形成する。
【0039】
このとき、Siモニタ部材18は、図9に示すように、Siターゲット5の直上を通過する際には、基板3と同様にSiO2が成膜されるが、図10に示す位置を通過して図11に示すように、Nbターゲット6の直上を通過する際には、遮蔽板45がNbターゲット6とSiモニタ部材18との間にあるため、Nb2O5は成膜されない。
そして、図12に示すように、Siモニタ部材18が投光ユニット21及び光検出ユニット22の間を通過する際に、投光ユニット21からの光がSiモニタ部材18を透過して光検出ユニット22に導かれ、制御部10が、この光検出ユニット22が検出した光量と透過光の波長との関係からSiO2の成膜量を測定する。
【0040】
一方、Nbモニタ部材20は、図9に示すように、Nbターゲット6の直上を通過する際には、基板3と同様にNb2O5が成膜される。そして、図10に示すように、Nbモニタ部材20が、投光ユニット21及び光検出ユニット22の間を通過する際に、投光ユニット21からの光がNbモニタ部材20を透過して光検出ユニット22に導かれ、制御部10が、Siモニタ部材18の場合と同様に、この光検出ユニット22が検出した光量と透過光の波長との関係からNb2O5の成膜量を測定する。そして、図11に示すように、Siターゲット5の直上を通過する際には、遮蔽板45がSiターゲット5とNbモニタ部材20との間にあるため、SiO2は成膜されない。
【0041】
制御部10は、それぞれのモニタ部材18、20から算出した成膜量に基づき一対の仕切部材23A、43を操作して開口部23aの開口面積を調整し成膜量を調整する。
さらに、制御部10は、成膜量が目標の大きさに達したと判断したとき、各シャッター31を同時にターゲット5,6上に移動させて成膜を終了する。
【0042】
この薄膜形成装置41によれば、膜厚検出機構42が遮蔽板45を備え、遮蔽板45と各モニタ部材18、20とが上述した位置に配されているので、Siモニタ部材18にはSiターゲット5からの材料によるSiO2のみが成膜され、Nbモニタ部材20にはNbターゲット6からの材料によるNb2O5のみが成膜される。そのため、ターゲット5、6、モニタ部材18、20、及び基板3の相互の配置関係のみならず、遮蔽板45によって確実に他のターゲット材料の成膜を防ぐことができる。
また、ターゲット5、6の中央点TOと中心軸Cとが一致しているので、これらをチャンバ2やヤトイ11の中心に対して対称の位置に配設でき、均一な環境で安定した成膜を行うことができる。
【0043】
次に、本発明に係る第3の実施形態について、図13から図18を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
第3の実施形態に係る薄膜形成装置46が上記第2の実施形態と異なる点は、第2の実施形態では仕切部材43に遮蔽板45が設けられているのに対して、第3の実施形態では、図13及び図14に示すように、シャッター31が膜厚検出機構44の構成も兼ねて、成膜終了時以外でもモニタ部材18、20がそれぞれ対応するターゲット以外のターゲット直上を通過する際に移動するとともに、Siモニタ部材18、Nbモニタ部材20は、基板3とほぼ同一の大きさを有して同一の円周上に配設されるとした点である。
【0044】
次に、以上の構成からなる本実施形態の薄膜形成装置46によってSiO2とNb2O5とを混合した酸化物膜からなる薄膜を形成する方法について以下説明する。
第1の実施形態と同様に、SiO2、Nb2O5の成膜準備を行った後、SiO2とNb2O5とを基板3の表面に交互に成膜して薄膜を形成する。
【0045】
このとき、Siモニタ部材18は、図15に示すように、Siターゲット5の直上を通過する際には、基板3と同様にSiO2が成膜される。そして、図16に示す位置を通過して図17に示すように、Nbターゲット6の直上を通過する際には、Nbターゲット6のシャッター用モータ32を駆動してNbターゲット6とSiモニタ部材18との中間位置にシャッター31が移動するため、Siモニタ部材18にはNb2O5が成膜されない。
再びシャッター31が移動して、図18に示すように、Siモニタ部材18が投光ユニット21及び光検出ユニット22の間を通過する際には、投光ユニット21からの光がSiモニタ部材18を透過して光検出ユニット22に導かれる。
制御部10は、この光検出ユニット22が検出した光量と透過光の波長との関係からSiO2の成膜量を測定する。
【0046】
一方、Nbモニタ部材20は、図15に示すように、Nbターゲット6の直上を通過する際には、基板3と同様にNb2O5が成膜される。そして、図16に示すように、Nbモニタ部材20が、投光ユニット21及び光検出ユニット22の間を通過する際に、投光ユニット21からの光がNbモニタ部材20を透過して光検出ユニット22に導かれる。そして、図17に示すように、Siターゲット5の直上を通過する際には、Siターゲット5のシャッター用モータ32が駆動してSiターゲット5とNbモニタ部材20との中間位置にシャッター31が移動するため、Nbモニタ部材20にはSiO2は成膜されない。その後、再びシャッター31が移動して、図18に示す状態となる。
制御部10は、Siモニタ部材18の場合と同様に、この光検出ユニット22が検出した光量と透過光の波長との関係からNb2O5の成膜量を測定する。
【0047】
これらの成膜量に応じて、制御部10は、一対の仕切部材23A、23Bを操作して開口部23aの開口面積を調整し成膜量を調整する。
さらに、制御部10は、成膜量が目標の大きさに達したと判断したとき、各シャッター31を同時に閉じて成膜を終了する。
なお、この場合、何れかの基板3がモニタ部材18、20を兼ねてもよい。
【0048】
この薄膜形成装置46によれば、シャッター31が膜厚検出機構8の構成も兼ねるとともに、基板3と各モニタ部材18、20とが同一の円周上に配されているので、Siモニタ部材18にはSiターゲット5からの材料によるSiO2のみが成膜され、Nbモニタ部材20にはNbターゲット6からの材料によるNb2O5のみが成膜される。したがって、検出するモニタ部材18、20とターゲット5、6との対応付けを容易に行うことができる。
また、モニタ部材18、20を基板3に対して偏心して配設しなくてもよいため、基板3の一部をモニタ部材18、20として使用することができる。
さらに、モニタ部材18、20を基板3と同じ大きさで配設できるので、モニタ部材を透過する光量のS/N比を向上させて測定精度を高めることができる。
【0049】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、投光ユニット21と光検出ユニット22との配置はチャンバ2に対して上下逆方向でも構わない。また、投光ユニット21と光検出ユニット22との位置を調整して透過光量でなく反射光量を測定しても構わない。
さらに、ターゲットは2つに限らず3つ以上でもよく、材料もSi、Nbに限らない。
【0050】
【発明の効果】
以上説明した本発明においては以下の効果を奏する。
本発明によれば、成膜量の多い成膜時でもモニタ部材を透過若しくは反射する光を測定することによって被成膜対象物に成膜された材料の膜厚を材料別に光学的に測定することができるとともに、その測定量に応じて材料の供給量を調整して精度の高い成膜を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る薄膜形成装置のターゲット配置を示す平面図である。
【図2】図1のX−X線矢視における第1の実施形態の薄膜形成装置を示す断面図である。
【図3】本発明の第1の実施形態に係る薄膜形成装置においてモニタ部材に成膜する状況を示す平面図である。
【図4】本発明の第1の実施形態に係る薄膜形成装置において一方のモニタ部材の膜厚を膜厚検出機構にて測定する状況を示す平面図である。
【図5】本発明の第1の実施形態に係る薄膜形成装置においてモニタ部材とターゲットとがずれた位置にある状況を示す平面図である。
【図6】本発明の第1の実施形態に係る薄膜形成装置において他方のモニタ部材の膜厚を膜厚検出機構にて測定する状況を示す平面図である。
【図7】本発明の第2の実施形態に係る薄膜形成装置のターゲット配置を示す平面図である。
【図8】図7のY−Y線矢視における第2の実施形態の薄膜形成装置を示す断面図である。
【図9】本発明の第2の実施形態に係る薄膜形成装置においてモニタ部材に成膜する状況を示す平面図である。
【図10】本発明の第2の実施形態に係る薄膜形成装置において一方のモニタ部材の膜厚を膜厚検出機構にて測定する状況を示す平面図である。
【図11】本発明の第2の実施形態に係る薄膜形成装置においてモニタ部材とターゲットとがずれた位置にある状況を示す平面図である。
【図12】本発明の第2の実施形態に係る薄膜形成装置において他方のモニタ部材の膜厚を膜厚検出機構にて測定する状況を示す平面図である。
【図13】本発明の第3の実施形態に係る薄膜形成装置のターゲット配置を示す平面図である。
【図14】図13のZ−Z線矢視における第3の実施形態の薄膜形成装置を示す断面図である。
【図15】本発明の第3の実施形態に係る薄膜形成装置においてモニタ部材に成膜する状況を示す平面図である。
【図16】本発明の第3の実施形態に係る薄膜形成装置において一方のモニタ部材の膜厚を膜厚検出機構にて測定する状況を示す平面図である。
【図17】本発明の第3の実施形態に係る薄膜形成装置においてモニタ部材とターゲットとがずれた位置にある状況を示す平面図である。
【図18】本発明の第3の実施形態に係る薄膜形成装置において他方のモニタ部材の膜厚を膜厚検出機構にて測定する状況を示す平面図である。
【符号の説明】
1、41、46 薄膜形成装置
2 チャンバ
3 基板(被成膜対象物)
5 Siターゲット(ターゲット)
6 Nbターゲット(ターゲット)
7 保持部材
8 膜厚検出機構
10 制御部
13 回転モータ(対象物回転機構)
18 Siモニタ部材(モニタ部材)
20 Nbモニタ部材(モニタ部材)
21 投光ユニット
22 光検出ユニット
31 シャッター
45 遮蔽板(遮蔽部材)
Claims (6)
- チャンバ内に配設された被成膜対象物と、該被成膜対象物に対向して配設された複数の異なる材料のターゲットと、前記被成膜対象物を保持して前記ターゲット上を通過させる保持部材とを備え、これらのターゲットの少なくとも二つをスパッタリングして前記被成膜対象物上に薄膜を形成可能な薄膜形成装置であって、
前記ターゲット別に前記被成膜対象物に成膜される膜厚を検出する膜厚検出機構を備え、
該膜厚検出機構が、前記保持部材に配設され前記ターゲットに1対1に対応して、この対応した前記ターゲットの材料のみが成膜される設定とした複数のモニタ部材と、
該モニタ部材へ光を照射する投光ユニットと、
前記モニタ部材を透過或いは反射した前記投光ユニットからの光を受光する光検出ユニットとを備えていることを特徴とする薄膜形成装置。 - 前記保持部材を中心軸まわりに回転させ前記各ターゲット直上に前記被成膜対象物を通過させる回転機構を備え、
前記各ターゲットが配される位置の中央点及び前記各モニタ部材が配される位置の中央点がそれぞれ前記保持部材の中心軸から偏って配され、
前記モニタ部材が、対応する前記ターゲットの直上を通過するとともに他のターゲットの直上からは外れて通過するように配されていることを特徴とする請求項1に記載の薄膜形成装置。 - 前記保持部材を中心軸まわりに回転させ前記被成膜対象物を前記各ターゲット直上を通過させる回転機構を備え、
前記膜厚検出機構が、対応する前記ターゲット以外の直上を前記モニタ部材が通過する際に、スパッタリングにより放出されたターゲット材料の通過を阻止する遮蔽部材をモニタ部材とターゲットとの中間位置に備えていることを特徴とする請求項1に記載の薄膜形成装置。 - 前記遮蔽部材が、前記ターゲット直上の一部を覆うように配され、
前記各モニタ部材が、配される位置の中央点と前記保持部材の中心軸とが偏って配設されるとともに、対応する前記ターゲット以外のターゲット上を通過する際に前記遮蔽部材の直上を通過するように配されていることを特徴とする請求項3に記載の薄膜形成装置。 - 前記遮蔽部材が、前記モニタ部材が対応する前記ターゲット以外のターゲット直上を通過する際に、モニタ部材とターゲットとの中間位置に移動するシャッターであることを特徴とする請求項3に記載の薄膜形成装置。
- 前記膜厚検出機構の検出値に基づいて前記ターゲットからの材料供給速度を制御する制御部を備えていることを特徴とする請求項1から5の何れか一つに記載の薄膜形成装置。
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