JP2007107053A - Thin film deposition device and thin film deposition method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To correctly measure the physical property value (such as film thickness) of a thin film deposited on a substrate in real time even in a state where a rotary drum is rotated at high speed. <P>SOLUTION: In the thin film deposition device 1, a rotary encoder 100 for detecting the rotary position of a substrate S is fitted to the rotary axis of a rotary drum 13, and, on the basis of the rotary position of the substrate S detected by the rotary encoder 100, a measurement control computer 96 controls timing to perform the measurement of its film physical property value by an optical measuring means 80. In this way, even to a substrate lying at a prescribed rotary position, the measurement of its physical property value is made possible for each rotation of the substrate, thus, even when the position of the substrate is varied by the rotation of the rotary drum 13, the film physical property value can be always measured on the basis of the measurement light emitted at the same incident angle to the same position in the same substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は薄膜形成装置及び薄膜形成方法に係り、特に、カルーセル式の回転機構を備えた薄膜形成装置及び薄膜形成方法に関する。   The present invention relates to a thin film forming apparatus and a thin film forming method, and more particularly to a thin film forming apparatus and a thin film forming method provided with a carousel type rotation mechanism.

スパッタリング等の物理蒸着により、基板表面に光学薄膜を形成させて干渉フィルター、例えば反射防止フィルター、ハーフミラー、各種バンドパスフィルター、ダイクロイックフィルターなどの光学製品を製造したり、各種装飾品の表面に色付けコートを行ったりすることにより、特定の光学特性を有する装飾品等を製造することが一般的に行われている。
スパッタリングにより基板表面に膜原料物質を付着させる薄膜形成装置は、基板を保持する基板保持手段の回転機構の違いにより、ドーム式とカルーセル式の2種類に大別される。
An optical thin film is formed on the substrate surface by physical vapor deposition such as sputtering to produce optical products such as interference filters, such as antireflection filters, half mirrors, various bandpass filters, dichroic filters, and coloring on the surface of various decorative products. In general, it is common to manufacture decorative articles having specific optical characteristics by coating.
Thin film forming apparatuses for depositing a film raw material on the substrate surface by sputtering are roughly classified into two types, a dome type and a carousel type, depending on the rotation mechanism of the substrate holding means for holding the substrate.

ドーム式の薄膜形成装置は、ドーム状の基板ホルダの内面に複数の基板を保持して、基板に対してスパッタリングにより膜原料物質を付着させることで光学製品を製造する装置である。
このようなドーム式の薄膜形成装置では、基板ホルダの内面に複数の基板が保持された状態で、基板ホルダ回転軸を中心に基板ホルダの回転が行われることにより、この回転軸を中心に基板が公転している。この公転の間にスパッタ等の薄膜形成処理が行われることで、基板の表面に薄膜が形成される。
A dome-type thin film forming apparatus is an apparatus for manufacturing an optical product by holding a plurality of substrates on the inner surface of a dome-shaped substrate holder and attaching a film raw material to the substrate by sputtering.
In such a dome type thin film forming apparatus, the substrate holder is rotated around the rotation axis of the substrate holder while a plurality of substrates are held on the inner surface of the substrate holder, so that the substrate is rotated around the rotation axis. Is revolving. A thin film formation process such as sputtering is performed during this revolution, whereby a thin film is formed on the surface of the substrate.

ここで、回転ホルダの回転軸は公転の中心であるため、回転ホルダの回転軸上に配置された基板は公転せずに一箇所にとどまったままである。従って、この位置に配置された基板を膜厚測定用のサンプル基板として、この基板に対して光学測定を行うことで膜厚等の膜物性値の測定を行うことが可能となっている。
このように、ドーム式の薄膜形成装置では、測定対象となるサンプル基板が一箇所にとどまった状態にあるので、膜厚測定のたびに基板ホルダの回転を停止する必要が無く、基板ホルダを回転した状態のままリアルタイムに膜厚等の膜物性値の測定を行うことが可能となっている。(例えば、特許文献1)。
Here, since the rotating shaft of the rotating holder is the center of revolution, the substrate disposed on the rotating shaft of the rotating holder remains in one place without revolving. Therefore, it is possible to measure film physical properties such as film thickness by performing optical measurement on the substrate placed at this position as a sample substrate for film thickness measurement.
In this way, in the dome type thin film forming apparatus, the sample substrate to be measured remains in one place, so there is no need to stop the rotation of the substrate holder every time the film thickness is measured, and the substrate holder is rotated. It is possible to measure film physical properties such as film thickness in real time in the same state. (For example, patent document 1).

特開2001−133228号公報JP 2001-133228 A

一方、カルーセル式の薄膜形成装置では、筒状の回転ドラムの外周面に複数の基板が保持された状態で、回転軸を中心に回転ドラムが回転している。このように、カルーセル式の薄膜形成装置では、回転ドラムの外周面に基板が保持されているため、すべての基板は回転ドラムの回転軸を中心に公転している。このため、上記ドーム式の薄膜形成装置とは異なり、回転ドラムが回転している間は一箇所にとどまった状態の基板が存在しない。従って、膜厚等の物性値を測定するためには、回転ドラムの回転を一旦停止してから基板に対して光学測定等を行う必要があった。このような測定方法では、膜厚測定のたびに薄膜形成工程を停止しなければならないため、薄膜形成工程に時間がかかるという不都合があった。
このため、カルーセル式の回転機構を備えた薄膜形成装置において、基板に形成される薄膜の膜物性値をリアルタイムに測定することが可能な薄膜形成装置が求められていた。
On the other hand, in a carousel-type thin film forming apparatus, a rotating drum rotates around a rotating shaft in a state where a plurality of substrates are held on the outer peripheral surface of a cylindrical rotating drum. Thus, in the carousel type thin film forming apparatus, since the substrate is held on the outer peripheral surface of the rotating drum, all the substrates revolve around the rotating shaft of the rotating drum. For this reason, unlike the dome-type thin film forming apparatus, there is no substrate that remains in one place while the rotating drum is rotating. Therefore, in order to measure physical properties such as film thickness, it is necessary to stop the rotation of the rotating drum and then perform optical measurement or the like on the substrate. In such a measuring method, the thin film forming process must be stopped every time the film thickness is measured, and thus there is a disadvantage that the thin film forming process takes time.
For this reason, in a thin film forming apparatus provided with a carousel type rotation mechanism, a thin film forming apparatus capable of measuring in real time the film physical properties of a thin film formed on a substrate has been demanded.

回転ドラムの回転を停止せずに基板上に形成される膜物性値を測定する場合、回転ドラムの回転毎に同じ基板の同じ位置に対して同じ入射角で測定光を照射する必要がある。すなわち、回転ドラムは高速で回転しているため、適切なタイミングで測定動作を行わないと、基板表面の異なる位置や異なる入射角で照射された光に基づいて膜物性値を算出することとなり、膜物性値を正確に算出することが困難となる。   When measuring the physical property value of a film formed on a substrate without stopping the rotation of the rotating drum, it is necessary to irradiate the measurement light at the same incident angle with respect to the same position of the same substrate every time the rotating drum rotates. That is, since the rotating drum rotates at high speed, if the measurement operation is not performed at an appropriate timing, the film physical property value is calculated based on the light irradiated at different positions on the substrate surface and at different incident angles, It becomes difficult to calculate the film physical property value accurately.

例えば、図16は従来の膜厚測定装置で膜厚測定を行う際の課題を説明した説明図である。図16(a)に示すように膜厚測定が適切なタイミングで行われ、測定光が受光器にまっすぐに入射した場合と、図16(b)に示すように膜厚測定が適切なタイミングで行われずに、受光器に入射する測定光の入射角度にずれが生じた場合とでは、受光器で受光する光の強度が異なる。膜厚等の膜物性値は受光器で受光した光の強度に基づいて演算されるため、受光した光の強度に違いが生じることにより、演算される膜物性値にも誤差が生じる。このため、膜物性値を正確に測定することが困難になるという不都合があった。   For example, FIG. 16 is an explanatory diagram for explaining a problem when performing film thickness measurement with a conventional film thickness measuring apparatus. As shown in FIG. 16A, the film thickness measurement is performed at an appropriate timing, and when the measurement light is incident straight on the light receiver, the film thickness measurement is performed at an appropriate timing as shown in FIG. The intensity of the light received by the light receiver is different from the case where the incident angle of the measurement light incident on the light receiver is shifted without being performed. Since the film physical property value such as the film thickness is calculated based on the intensity of the light received by the light receiver, an error also occurs in the calculated film physical property value due to a difference in the received light intensity. For this reason, there is an inconvenience that it is difficult to accurately measure film physical properties.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、基板に形成される薄膜の膜物性値をリアルタイムに且つ正確に測定することが可能な薄膜形成装置及び薄膜形成方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a thin film forming apparatus and a thin film forming method capable of accurately measuring a film physical property value of a thin film formed on a substrate in real time. It is to provide.

上記課題を解決するために、請求項1の薄膜形成装置は、真空容器と、該真空容器の内部に設置され基体を保持する基体保持手段と、ターゲットをスパッタして前記基体に薄膜を形成するスパッタ手段と、前記ターゲットにガスを供給するガス供給手段と、を備えた薄膜形成装置であって、前記基体の回転位置を検出する回転位置検出手段と、前記基体に形成される薄膜の膜物性値を測定する光学測定手段と、前記回転位置に基づいて前記光学測定手段で膜物性値の測定を行うタイミングを制御する測定制御手段と、を備えたことにより解決される。   In order to solve the above-mentioned problems, the thin film forming apparatus according to claim 1 forms a thin film on the base by sputtering a target with a vacuum vessel, a base holding means for holding the base inside the vacuum vessel, and a target. A thin film forming apparatus comprising a sputtering means and a gas supply means for supplying a gas to the target, wherein the rotational position detecting means detects the rotational position of the substrate, and the film properties of the thin film formed on the substrate This is solved by providing an optical measurement means for measuring the value and a measurement control means for controlling the timing of measuring the film physical property value by the optical measurement means based on the rotational position.

このように、請求項1の薄膜形成装置によれば、基体の回転位置を回転位置検出手段で検出し、この回転位置に基づいて膜物性値を測定するタイミングを制御している。このため、基体保持手段の回転により基体の位置が変動しても、常に基体の回転位置を検出して所望の回転位置にある基体の膜物性値を測定することが可能となる。すなわち、基体の回転位置が変動しても、常に同じ基体の同じ位置に対して同じ入射角で照射された測定光に基づいて膜物性値を測定することができる。
従って、基体保持手段を回転した状態のまま、基体に形成される薄膜の膜物性値を正確に測定することが可能となる。
Thus, according to the thin film forming apparatus of the first aspect, the rotational position of the substrate is detected by the rotational position detecting means, and the timing for measuring the film physical property value is controlled based on the rotational position. For this reason, even if the position of the substrate fluctuates due to the rotation of the substrate holding means, it is possible to always detect the rotation position of the substrate and measure the film physical property value of the substrate at the desired rotation position. That is, even if the rotational position of the substrate varies, the film physical property value can always be measured based on the measurement light irradiated at the same incident angle with respect to the same position of the same substrate.
Accordingly, it is possible to accurately measure the film physical property value of the thin film formed on the substrate while the substrate holding means is rotated.

また、請求項2の薄膜形成装置のように、請求項1の要件に加えて、前記光学測定手段は、前記基体保持手段の回転方向に沿って保持された複数の基体に形成される薄膜の膜物性値を測定し、その平均値を演算する平均値演算部を更に備えると好適である。   Further, as in the thin film forming apparatus according to claim 2, in addition to the requirements of claim 1, the optical measuring means is a thin film formed on a plurality of substrates held along the rotation direction of the substrate holding means. It is preferable to further include an average value calculation unit that measures the film physical property value and calculates the average value.

このように、請求項2の薄膜形成装置によれば、基体保持手段の回転方向に沿って保持された複数の基体に対して膜物性値の測定を行い、この結果得られた膜物性値の平均値を取得することが可能となる。すなわち、膜物性値の測定を単一の基体について測定を行う場合には、ノイズなどの要因により正確な膜物性値を取得することが困難な場合があるが、複数の基体で膜物性値の測定を行ってその平均値を演算することにより、測定される膜物性値のノイズを低減することが可能となる。   Thus, according to the thin film forming apparatus of the second aspect, the film physical property value is measured for the plurality of substrates held along the rotation direction of the substrate holding means, and the film physical property value obtained as a result is measured. An average value can be acquired. That is, when measuring a film physical property value for a single substrate, it may be difficult to obtain an accurate film physical property value due to factors such as noise. By performing the measurement and calculating the average value, it is possible to reduce the noise of the measured film property value.

更に、上記課題は、請求項3の薄膜形成装置によれば、請求項1又は2の要件に加えて、前記ガス供給手段は、ガスを貯蔵するガス貯蔵手段と、該ガス貯蔵手段のガスを前記ターゲットに向けて供給するガス供給路と、前記光学測定手段で測定された前記膜物性値又は前記平均値に基づいて前記ターゲットに供給されるガスの流量を調整する流量調整手段と、を具備することにより解決される。   Further, according to the thin film forming apparatus of claim 3, the above-mentioned problem is that, in addition to the requirements of claim 1 or 2, the gas supply means includes a gas storage means for storing gas, and a gas in the gas storage means. A gas supply path for supplying the gas to the target; and a flow rate adjusting unit for adjusting a flow rate of the gas supplied to the target based on the film property value or the average value measured by the optical measurement unit. It is solved by doing.

このように、請求項3の薄膜形成装置によれば、光学測定手段で測定された膜物性値又は平均値に基づいてターゲットに供給されるガスの流量を調整している。すなわち、ターゲット近傍に供給されるガスの流量を調整することで、スパッタにより基体に供給される膜原料物質の量を調整して膜厚の調整を行うことが可能となる。
このように本発明の薄膜形成装置では、基体の回転位置を検出して、この回転位置に基づいて膜物性値の測定を行うため、基体保持手段を回転した状態のまま、基体に形成される薄膜の膜物性値を正確に測定することが可能となる。そして、このような正確な膜物性値に関する情報に基づいてターゲットに供給されるガスの流量を調整することで、基体に形成される薄膜の膜厚を調整することが可能となっている。従って、膜厚の調整を厳密に行うことができるため、所望の膜厚を有する光学製品を得ることが可能となる。
Thus, according to the thin film forming apparatus of the third aspect, the flow rate of the gas supplied to the target is adjusted based on the film physical property value or the average value measured by the optical measuring means. That is, by adjusting the flow rate of the gas supplied in the vicinity of the target, it is possible to adjust the film thickness by adjusting the amount of film raw material supplied to the substrate by sputtering.
As described above, in the thin film forming apparatus of the present invention, the rotation position of the substrate is detected, and the film physical property value is measured based on the rotation position. Therefore, the substrate is formed on the substrate while the substrate holding means is rotated. It becomes possible to accurately measure the film physical properties of the thin film. And it is possible to adjust the film thickness of the thin film formed in a base | substrate by adjusting the flow volume of the gas supplied to a target based on the information regarding such exact film | membrane physical property value. Therefore, since the film thickness can be adjusted strictly, an optical product having a desired film thickness can be obtained.

更に、上記課題は、請求項4の薄膜形成装置によれば、請求項1乃至3のいずれか1の要件に加えて、前記スパッタ手段は、ターゲットと、該ターゲットを保持し電力を供給するスパッタ電極と、該スパッタ電極に電力を供給する電源と、前記光学測定手段で測定された前記膜物性値又は前記平均値に基づいて前記ターゲットに供給される電力の量を調整する電力調整手段と、を具備することにより解決される。   Further, according to the thin film forming apparatus of claim 4, the above-mentioned problem is that, in addition to the requirements of any one of claims 1 to 3, the sputtering means includes a target and a sputtering that holds the target and supplies electric power. An electrode, a power supply for supplying power to the sputter electrode, and a power adjusting means for adjusting the amount of power supplied to the target based on the film property value or the average value measured by the optical measuring means, It is solved by having.

このように、請求項4の薄膜形成装置によれば、光学測定手段で測定された膜物性値又は平均値に基づいてターゲットに供給される電力の量を調整している。すなわち、スパッタ電極からターゲットに供給される電力の量を調整することで、基体に供給される膜原料物質の量を調整して膜厚の調整を行うことが可能となる。
本発明の薄膜形成装置では、基体の回転位置を検出して、この回転位置の情報に基づいて膜物性値に関する情報の測定を行うため、基体保持手段を回転した状態のまま、基体に形成される薄膜の膜物性値を正確に測定することが可能となる。そして、このような正確な膜物性値に基づいてターゲットに供給される電力の量を調整することで、基体に形成される薄膜の膜厚を調整することが可能となっている。従って、膜厚の調整を厳密に行うことができるため、所望の膜厚を有する光学製品を得ることが可能となる。
Thus, according to the thin film forming apparatus of the fourth aspect, the amount of electric power supplied to the target is adjusted based on the film physical property value or the average value measured by the optical measuring means. That is, by adjusting the amount of electric power supplied from the sputtering electrode to the target, it is possible to adjust the film thickness by adjusting the amount of film raw material supplied to the substrate.
In the thin film forming apparatus of the present invention, the rotational position of the substrate is detected and information on the film physical property value is measured based on the rotational position information. Therefore, the thin film forming apparatus is formed on the substrate while the substrate holding means is rotated. It is possible to accurately measure the film physical properties of the thin film. The film thickness of the thin film formed on the substrate can be adjusted by adjusting the amount of power supplied to the target based on such accurate film property values. Therefore, since the film thickness can be adjusted strictly, an optical product having a desired film thickness can be obtained.

更にまた、請求項5の薄膜形成装置のように、請求項1乃至4のいずれか1の要件に加えて、前記薄膜形成装置は、前記ターゲットから前記基体に供給される膜原料物質の量を調整する膜厚補正手段を更に備え、前記膜厚補正手段は、前記ターゲットと前記基体の間に配設される補正部材と、前記光学測定手段で測定された前記膜物性値又は前記平均値に基づいて、前記ターゲットと前記基体との間で前記膜原料物質の移動を阻止する位置及び前記膜原料物質の移動を阻止しない位置との間で前記補正部材を進退自在に移動する補正部材駆動手段と、を具備すると好適である。   Furthermore, as in the thin film forming apparatus according to claim 5, in addition to the requirements of any one of claims 1 to 4, the thin film forming apparatus determines the amount of film raw material supplied from the target to the substrate. The film thickness correcting means further includes a film thickness correcting means for adjusting the film physical property value or the average value measured by the optical measuring means and a correction member disposed between the target and the substrate. Based on this, a correction member driving means for moving the correction member between the target and the substrate so as to freely move back and forth between a position where the movement of the film raw material is blocked and a position where the movement of the film raw material is not blocked. And preferably.

このように、請求項5の薄膜形成装置によれば、光学測定手段で測定された膜物性値又は膜物性値の平均値に基づいて、ターゲットの前面を遮蔽する補正部材を進退することで、基体に付着する膜原料物質の量を調整して基体に形成される薄膜の膜厚を調整している。
このように本発明の薄膜形成装置では、基体の回転位置を検出して、この回転位置の情報に基づいて膜物性値に関する情報の測定を行うため、基体保持手段を回転した状態のまま、基体に形成される薄膜の膜物性値を正確に測定することが可能となる。このような正確な膜物性値に関する情報に基づいて、補正部材駆動手段を制御して基体に形成される薄膜の膜厚を調整することができる。従って、膜厚の調整を厳密に行うことが可能となり、所望の膜厚を有する光学製品を得ることが可能となる。
Thus, according to the thin film forming apparatus of claim 5, based on the film physical property value measured by the optical measuring means or the average value of the film physical property value, by advancing and retracting the correction member that shields the front surface of the target, The film thickness of the thin film formed on the substrate is adjusted by adjusting the amount of film raw material adhering to the substrate.
As described above, in the thin film forming apparatus of the present invention, the rotation position of the substrate is detected, and information on the film physical property value is measured based on the information on the rotation position. It is possible to accurately measure the film physical properties of the thin film formed on the substrate. Based on such information on accurate film property values, the correction member driving means can be controlled to adjust the film thickness of the thin film formed on the substrate. Therefore, it is possible to strictly adjust the film thickness, and an optical product having a desired film thickness can be obtained.

上記課題は、請求項6の薄膜形成装置によれば、真空容器と、該真空容器の内部に設置され基体を保持する基体保持手段と、前記基体に膜原料物質を供給するターゲットと、該ターゲットに電力を供給するスパッタ手段と、前記ターゲットにガスを供給するガス供給手段と、を備えた薄膜形成装置であって、前記基体の回転位置を検出する回転位置検出手段と、前記基体保持手段の回転軸線方向に複数配設され、前記回転軸線方向に保持された複数の基体に形成される薄膜の物性値をそれぞれ測定する複数の光学測定手段と、前記回転位置に基づいて前記光学測定手段で膜物性値の測定を行うタイミングを制御する測定制御手段と、を備えたことにより解決される。   According to the thin film forming apparatus of claim 6, the object is to provide a vacuum vessel, a substrate holding means installed inside the vacuum vessel to hold the substrate, a target for supplying a film raw material to the substrate, and the target A thin film forming apparatus comprising: a sputtering means for supplying electric power to the target; and a gas supply means for supplying a gas to the target, the rotational position detecting means for detecting the rotational position of the base, and the substrate holding means. A plurality of optical measuring means for measuring physical properties of thin films formed on a plurality of substrates disposed in the rotation axis direction and held in the rotation axis direction; and the optical measurement means based on the rotation position. This is solved by providing a measurement control means for controlling the timing of measuring the film physical property value.

このように、請求項6の薄膜形成装置によれば、基体保持手段の回転軸線方向に複数配設され、この回転軸線方向に保持された複数の基体に形成される薄膜の膜物性値をそれぞれ測定する複数の光学測定手段が設けられている。このため、基体保持手段の回転軸線方向での膜厚分布を取得することが可能となっている。
そして光学測定手段は、回転位置検出手段で検出した基体の回転位置に基づいて膜物性値を測定するタイミングを制御している。従って、基体に形成される薄膜の膜厚分布を正確に取得することが可能となっている。
Thus, according to the thin film forming apparatus of the sixth aspect, the film physical properties of the thin films formed on the plurality of substrates disposed in the rotation axis direction of the substrate holding means and held in the rotation axis direction are respectively determined. A plurality of optical measuring means for measuring is provided. For this reason, it is possible to acquire the film thickness distribution in the rotation axis direction of the substrate holding means.
The optical measuring means controls the timing for measuring the film property value based on the rotational position of the substrate detected by the rotational position detecting means. Therefore, it is possible to accurately acquire the film thickness distribution of the thin film formed on the substrate.

更に、請求項7の薄膜形成装置のように、請求項6の要件に加えて、前記光学測定手段は、前記基体保持手段の回転方向に沿って保持された複数の基体に形成される薄膜の膜物性値を測定し、その平均値を演算する平均値演算部を更に備えると好適である。   Further, as in the thin film forming apparatus of claim 7, in addition to the requirements of claim 6, the optical measuring means is a thin film formed on a plurality of substrates held along the rotation direction of the substrate holding means. It is preferable to further include an average value calculation unit that measures the film physical property value and calculates the average value.

このように、請求項7の薄膜形成装置によれば、基体保持手段の回転方向に沿った複数の基体に対して膜物性値の測定を行い、複数の基板で得られた膜物性値の平均値を演算する平均値演算部を更に備えている。このため、複数の基体に対して得られた膜物性値の平均値を演算して取得することが可能となる。すなわち、単一の基体で膜物性値の測定を行った場合には、ノイズにより正確な膜物性値を取得することが困難な場合があるが、複数の基体で膜物性値の測定を行ってその平均値を演算した場合には、ノイズが少なく正確な膜物性値を取得することが可能となる。   Thus, according to the thin film forming apparatus of claim 7, the film physical property values are measured for a plurality of substrates along the rotation direction of the substrate holding means, and the average of the film property values obtained on the plurality of substrates is measured. An average value calculation unit for calculating values is further provided. For this reason, it becomes possible to calculate and obtain the average value of film property values obtained for a plurality of substrates. That is, when film property values are measured with a single substrate, it may be difficult to obtain accurate film property values due to noise, but film property values are measured with multiple substrates. When the average value is calculated, it is possible to obtain an accurate film property value with less noise.

更に、請求項8の薄膜形成装置によれば、請求項6又は7の要件に加えて、前記ガス供給手段は、ガスを貯蓄するガス貯蔵手段と、該ガス貯蔵手段と接続され、前記複数の光学測定手段に対応する位置に形成された複数の導入口を通じて前記ターゲットにガスを供給するガス供給路と、前記光学測定手段で測定された膜物性値又は平均値に基づいて、前記ターゲットに供給されるガスの流量を前記複数の導入口毎に独立に調整する流量調整手段と、を具備すると好ましい。   Furthermore, according to the thin film forming apparatus of claim 8, in addition to the requirements of claim 6 or 7, the gas supply means is connected to the gas storage means for storing gas, the gas storage means, and the plurality of the plurality of gas supply means A gas supply path for supplying gas to the target through a plurality of inlets formed at a position corresponding to the optical measuring means, and supply to the target based on a film physical property value or an average value measured by the optical measuring means And a flow rate adjusting means for independently adjusting the flow rate of the gas to be introduced for each of the plurality of inlets.

このように、請求項8の薄膜形成装置は、複数の光学測定手段に対応する位置に形成された複数の導入口を通じてターゲットにガスを供給するガス供給路と、光学測定手段で測定された膜物性値又は平均値に基づいてターゲットに供給されるガスの流量を複数の導入口毎に独立に調整する流量調整手段を備えている。このため、複数の光学測定手段で膜物性値を測定し、その膜物性値に応じて光学測定手段に対応する位置の導入口からターゲットに供給されるガスの流量を導入口毎に独立に調整することが可能となる。すなわち、光学測定手段で取得した膜厚分布に応じてターゲットに供給されるガスの流量を局所的に調整することで、膜厚分布に基づいて成膜をフィードバック制御することが可能となる。
従って、基体に形成される薄膜の膜厚分布を均一にしたり、所望のばらつきを持たせたりすることが可能となる。
As described above, the thin film forming apparatus according to claim 8 includes a gas supply path for supplying gas to the target through a plurality of inlets formed at positions corresponding to the plurality of optical measurement means, and a film measured by the optical measurement means. A flow rate adjusting means is provided for independently adjusting the flow rate of the gas supplied to the target for each of a plurality of inlets based on the physical property value or the average value. For this reason, the film physical property value is measured by a plurality of optical measuring means, and the flow rate of the gas supplied to the target from the inlet corresponding to the optical measuring means is independently adjusted for each inlet according to the film physical property value. It becomes possible to do. That is, by locally adjusting the flow rate of the gas supplied to the target in accordance with the film thickness distribution acquired by the optical measuring means, it is possible to feedback control the film formation based on the film thickness distribution.
Accordingly, it is possible to make the film thickness distribution of the thin film formed on the substrate uniform or have desired variations.

更にまた、請求項9の薄膜形成装置によれば、請求項6乃至8のいずれか1の要件に加えて、前記薄膜形成装置は、前記ターゲットから前記基体に供給される膜原料物質の量を調整する膜厚補正手段を更に備え、前記膜厚補正手段は、前記ターゲットと前記基体との間に配置される複数の補正小片と、前記光学測定手段で測定された膜物性値又は平均値に基づいて、前記ターゲットと前記基体との間で膜原料物質の移動を阻止する位置及び膜原料物質の移動を阻止しない位置との間で前記複数の補正小片をそれぞれ進退自在に移動する複数の補正部材移動手段と、を具備している。   Furthermore, according to the thin film forming apparatus of claim 9, in addition to the requirements of any one of claims 6 to 8, the thin film forming apparatus determines the amount of film raw material supplied from the target to the substrate. The film thickness correcting means further includes a plurality of correction pieces arranged between the target and the substrate, and the film physical property value or average value measured by the optical measuring means. And a plurality of corrections for moving the plurality of correction pieces movably between a position where the movement of the film raw material is prevented between the target and the base and a position where the movement of the film raw material is not blocked. Member moving means.

このように、請求項9の薄膜形成装置は、ターゲットと基体との間に複数の補正小片が設けられており、補正小片駆動手段は光学測定手段で測定された膜物性値又は平均値に基づいて、複数の補正小片をそれぞれ進退可能に駆動することが可能となっている。すなわち、基体に形成される薄膜の膜厚分布に応じて補正小片の位置を移動させることで、基体に付着する膜原料物質の量を調整することにより、膜厚分布に基づいて成膜をフィードバック制御することが可能となる。
従って、基体に形成される薄膜の膜厚分布を均一にしたり、所望のばらつきを持たせたりすることが可能となる。
Thus, in the thin film forming apparatus according to the ninth aspect, the plurality of correction pieces are provided between the target and the substrate, and the correction piece driving means is based on the film property value or the average value measured by the optical measurement means. Thus, each of the plurality of correction pieces can be driven so as to advance and retreat. That is, by moving the position of the correction piece according to the film thickness distribution of the thin film formed on the substrate, the amount of the film raw material adhering to the substrate is adjusted, and the film formation is fed back based on the film thickness distribution. It becomes possible to control.
Accordingly, it is possible to make the film thickness distribution of the thin film formed on the substrate uniform or have desired variations.

上記課題は、請求項10の薄膜形成装置によれば、請求項1又は9の要件に加えて、前記回転位置検出手段は、ロータリーエンコーダを少なくとも含むことにより解決される。
また、請求項11の薄膜形成装置のように、請求項10の要件に加えて、前記ロータリーエンコーダは、前記基体保持手段の回転軸に設けられていると好適である。
更にまた、請求項12の薄膜形成装置のように、請求項10又は11の要件に加えて、前記ロータリーエンコーダは、アブソリュート型であることが好ましい。
According to the thin film forming apparatus of the tenth aspect, in addition to the requirements of the first or ninth aspect, the rotational position detecting means includes at least a rotary encoder.
Further, as in the thin film forming apparatus according to an eleventh aspect, in addition to the requirements of the tenth aspect, it is preferable that the rotary encoder is provided on a rotating shaft of the substrate holding means.
Furthermore, as in the thin film forming apparatus of claim 12, in addition to the requirements of claim 10 or 11, the rotary encoder is preferably an absolute type.

このように、請求項10乃至12の薄膜形成装置によれば、回転位置検出手段としてロータリーエンコーダを用いている。このロータリーエンコーダは基体保持手段の回転軸に設けられている場合には、基体保持手段の回転位置を好適に検出することが可能となる。すなわち、基体保持手段には基体が保持されているため、基体保持手段の回転位置を検出することにより、基体の回転位置を間接的に検出することが可能となっている。   Thus, according to the thin film forming apparatus of claims 10 to 12, the rotary encoder is used as the rotational position detecting means. When this rotary encoder is provided on the rotating shaft of the base body holding means, the rotational position of the base body holding means can be suitably detected. That is, since the substrate is held by the substrate holding means, the rotation position of the substrate can be indirectly detected by detecting the rotation position of the substrate holding means.

また、上記課題は、請求項13の薄膜形成方法によれば、ターゲットをスパッタして基体保持手段に保持され回転する基体に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、前記基体の回転位置を検出する回転位置検出工程と、前記回転位置に基づいて膜物性値を測定するタイミングを決定するタイミング決定工程と、該タイミング決定工程で決定されたタイミングに基づいて膜物性値の測定を行う光学測定工程と、を備えることにより解決される。   According to the thin film forming method of the thirteenth aspect of the present invention, there is provided a thin film forming method in which a thin film is formed on a rotating base held by a base holding means by sputtering a target, and the rotational position of the base is detected. A rotational position detecting step, a timing determining step for determining a timing for measuring the film physical property value based on the rotational position, and an optical measuring step for measuring the film physical property value based on the timing determined in the timing determining step It is solved by providing.

このように、請求項13の薄膜形成方法によれば、基体の回転位置を検出するし、この回転位置に基づいて膜物性値を測定するタイミングを決定し、このタイミングに基づいて膜物性値の測定を行っている。このため、基体保持手段の回転により基体の位置が変動しても、基体の同じ位置に対して同じ入射角で照射された光に基づいて膜物性値を測定することができる。従って、基体に形成される薄膜の膜物性値を正確に測定することが可能となる。   Thus, according to the thin film forming method of the thirteenth aspect, the rotational position of the substrate is detected, the timing for measuring the film physical property value is determined based on this rotational position, and the film physical property value is determined based on this timing. Measuring. For this reason, even if the position of the substrate fluctuates due to the rotation of the substrate holding means, the film property value can be measured based on the light irradiated at the same incident angle with respect to the same position of the substrate. Therefore, it is possible to accurately measure the film physical properties of the thin film formed on the substrate.

更に、請求項14の薄膜形成方法によれば、前記光学測定工程は、前記膜物性値の平均値を演算する平均値演算工程を更に備えると好適である。   Furthermore, according to the thin film forming method of the fourteenth aspect, it is preferable that the optical measurement step further includes an average value calculation step of calculating an average value of the film physical property values.

このように、請求項14の薄膜形成方法によれば、膜物性値の平均値を演算することが可能となる。このため、複数の基体で膜物性値の測定を行ってその平均値を演算して取得することができる。従って、ノイズが少なく正確な膜物性値を取得することが可能となる。   Thus, according to the thin film forming method of the fourteenth aspect, it is possible to calculate the average value of the film physical property values. For this reason, it is possible to measure and obtain the film physical property value with a plurality of substrates and obtain the average value. Accordingly, it is possible to obtain an accurate film property value with less noise.

また、請求項15の薄膜形成方法によれば、前記薄膜形成工程は、前記光学測定工程で測定された前記膜物性値又は前記平均値に基づいて、前記基体に形成される薄膜の膜厚を調整する膜厚調整工程を更に備えることが好ましい。   According to the thin film forming method of claim 15, the thin film forming step determines the film thickness of the thin film formed on the substrate based on the film physical property value or the average value measured in the optical measurement step. It is preferable to further include a film thickness adjusting step to adjust.

このように請求項15の薄膜形成方法では、基体の回転位置を検出して、この回転位置の情報に基づいて膜物性値に関する情報の測定を行うため、基体保持手段を回転した状態のまま、基体に形成される薄膜の膜物性値を正確に測定することが可能となる。   Thus, in the thin film forming method according to claim 15, in order to detect the rotational position of the substrate and measure the information on the film physical property value based on the information on the rotational position, the substrate holding means remains in the rotated state. It becomes possible to accurately measure the film physical properties of the thin film formed on the substrate.

上記課題は、請求項16の薄膜形成方法は、ターゲットをスパッタして基体保持手段に保持され回転する基体に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、前記基体の回転位置を検出する回転位置検出工程と、前記回転位置に基づいて膜物性値を測定するタイミングを決定するタイミング決定工程と、前記タイミングに応じて、前記基体保持手段の回転軸線方向における複数位置で膜物性値の測定を開始する光学測定工程と、前記複数位置で測定された膜物性値に基づいて、前記基体に形成される薄膜の膜厚分布を調整する膜厚分布調整工程と、を備えることにより解決される。   The thin film forming method according to claim 16 is a thin film forming method in which a thin film is formed on a rotating substrate held by a substrate holding means by sputtering a target, and a rotational position detection for detecting a rotational position of the substrate. And a timing determining step for determining a timing for measuring the film physical property value based on the rotational position, and in accordance with the timing, measurement of the film physical property value is started at a plurality of positions in the rotational axis direction of the substrate holding means. This is solved by providing an optical measurement step and a film thickness distribution adjusting step of adjusting the film thickness distribution of the thin film formed on the substrate based on the film property values measured at the plurality of positions.

このように、請求項16の薄膜形成方法では、基体の回転位置を検出して、この回転位置に基づいて膜物性値を測定するタイミングを決定し、このタイミングに応じて光学測定工程が行われる。この光学測定工程では、基体保持手段の回転軸線方向における複数位置で膜物性値の測定が行われる。このため、この光学測定工程では、複数の基体間や、単一の基体であっても基体表面の位置による膜厚分布を取得することが可能となっている。
このように、本発明の薄膜形成方法によれば、検出した基体の回転位置に基づいて、膜物性値を測定するタイミングを制御している。従って、基体に形成される薄膜の膜厚分布を正確に取得することが可能となっている。
本発明では、このような工程で取得された膜厚分布に基づいて、基体に形成される薄膜の膜厚分布を調整している。従って、基体に形成される薄膜の膜厚分布を均一にしたり、所望のばらつきを持たせたりすることが可能となる。
Thus, in the thin film forming method according to the sixteenth aspect, the rotational position of the substrate is detected, the timing for measuring the film physical property value is determined based on the rotational position, and the optical measurement step is performed according to this timing. . In this optical measurement step, film physical property values are measured at a plurality of positions in the rotation axis direction of the substrate holding means. For this reason, in this optical measurement step, it is possible to acquire a film thickness distribution depending on the position of the substrate surface between a plurality of substrates or even a single substrate.
Thus, according to the thin film forming method of the present invention, the timing for measuring the film physical property value is controlled based on the detected rotational position of the substrate. Therefore, it is possible to accurately acquire the film thickness distribution of the thin film formed on the substrate.
In the present invention, the film thickness distribution of the thin film formed on the substrate is adjusted based on the film thickness distribution obtained in such a process. Accordingly, it is possible to make the film thickness distribution of the thin film formed on the substrate uniform or have desired variations.

また、請求項17の薄膜形成方法によれば、前記光学測定工程は、膜物性値の平均値を演算する平均値演算工程を更に備えると好適である。   According to the thin film forming method of the seventeenth aspect, it is preferable that the optical measurement step further includes an average value calculating step of calculating an average value of the film physical property values.

このように、請求項17の薄膜形成方法では、膜物性値の平均値を演算することが可能となる。このため、複数の基体で膜物性値の測定を行ってその平均値を演算して取得することにより、ノイズが少なく正確な膜物性値を取得することが可能となる。   Thus, in the thin film forming method according to the seventeenth aspect, it is possible to calculate the average value of the film physical property values. For this reason, it is possible to obtain an accurate film property value with less noise by measuring the film property value with a plurality of substrates and calculating and obtaining the average value.

本発明の薄膜形成装置及び薄膜形成方法によれば、基体の回転位置を検出し、この回転位置に基づいて膜物性値の測定を行っている。このため、基体保持手段の回転により基体の位置が変動しても、基体の回転位置を検出して所望の回転位置にある基体の膜物性値を測定することが可能となる。すなわち、基体の位置が変動しても、常に同じ基体の同じ位置に対して同じ入射角で照射された測定光に基づいて膜物性値を測定することができる。従って、基体保持手段を回転した状態のまま、基体に形成される薄膜の膜物性値を正確に測定することが可能となる。   According to the thin film forming apparatus and the thin film forming method of the present invention, the rotational position of the substrate is detected, and the film physical property value is measured based on the rotational position. For this reason, even if the position of the substrate fluctuates due to the rotation of the substrate holding means, it is possible to detect the rotation position of the substrate and measure the film physical property value of the substrate at the desired rotation position. That is, even if the position of the substrate fluctuates, the film physical property value can always be measured based on the measurement light irradiated at the same incident angle with respect to the same position of the same substrate. Accordingly, it is possible to accurately measure the film physical property value of the thin film formed on the substrate while the substrate holding means is rotated.

以下に、本発明の第一の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。   Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that members, arrangements, and the like described below do not limit the present invention, and it goes without saying that various modifications can be made in accordance with the spirit of the present invention.

図1乃至図6は本発明の第一の実施形態に係る薄膜形成装置の説明図であり、図1は第一の実施形態に係る薄膜形成装置を上面から見た部分断面図、図2は第一の実施形態に係る薄膜形成装置を側面から見た部分断面図、図3は図1の成膜プロセス領域周辺を拡大して示した拡大断面図、図4は図3の矢視A方向から見たターゲットの正面図、図5は図1の反応プロセス領域周辺を拡大して示した拡大断面図、図6は第一及び第二の実施形態に係る薄膜形成装置の機能ブロック図である。   1 to 6 are explanatory views of the thin film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a partial sectional view of the thin film forming apparatus according to the first embodiment as viewed from above. FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the thin film forming apparatus according to the first embodiment as viewed from the side, FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing the periphery of the film forming process region of FIG. 1, and FIG. 4 is a direction of arrow A in FIG. FIG. 5 is an enlarged sectional view showing the periphery of the reaction process region in FIG. 1 and FIG. 6 is a functional block diagram of the thin film forming apparatus according to the first and second embodiments. .

本実施形態では、薄膜形成装置としてスパッタの一例であるマグネトロンスパッタを行う薄膜形成装置を用いているが、本発明の薄膜形成装置としては、このようなマグネトロンスパッタに限定されず、マグネトロン放電を用いない2極スパッタ等の他の公知のスパッタを行う薄膜形成装置を用いることもできる。   In this embodiment, a thin film forming apparatus that performs magnetron sputtering, which is an example of sputtering, is used as the thin film forming apparatus. However, the thin film forming apparatus of the present invention is not limited to such a magnetron sputtering, and uses a magnetron discharge. It is also possible to use another known thin film forming apparatus that performs sputtering such as bipolar sputtering.

本実施形態の薄膜形成装置では、目的の膜厚よりも相当程度薄い薄膜を基板表面に付着するスパッタ処理工程と、この薄膜に対して酸化等の処理を行って薄膜の組成を変換するプラズマ処理工程とにより基板表面に中間薄膜を形成し、このスパッタ処理とプラズマ処理を複数回繰り返すことで、目的の膜厚を有する最終薄膜を基板表面に形成している。
具体的には、スパッタ処理とプラズマ処理によって組成変換後における膜厚の平均値が0.01〜1.5nm程度の中間薄膜を基板表面に形成する工程を、回転ドラムの回転毎に繰り返すことにより、目的とする数nm〜数百nm程度の膜厚を有する最終薄膜を形成している。
In the thin film forming apparatus of this embodiment, a sputtering process for depositing a thin film considerably thinner than the target film thickness on the substrate surface, and a plasma process for converting the composition of the thin film by performing a process such as oxidation on the thin film An intermediate thin film is formed on the substrate surface in accordance with the process, and the final thin film having the desired film thickness is formed on the substrate surface by repeating this sputtering treatment and plasma treatment a plurality of times.
Specifically, by repeating the process of forming an intermediate thin film with an average film thickness of about 0.01 to 1.5 nm on the substrate surface after composition conversion by sputtering treatment and plasma treatment each time the rotary drum rotates. The final thin film having a target film thickness of several nm to several hundred nm is formed.

図1に示すように、本実施形態の薄膜形成装置1は、真空容器11と、回転ドラム13と、スパッタ手段20と、プラズマ発生手段60と、を主要な構成要素としている。   As shown in FIG. 1, the thin film forming apparatus 1 of the present embodiment includes a vacuum vessel 11, a rotating drum 13, a sputtering unit 20, and a plasma generation unit 60 as main components.

真空容器11は、公知の薄膜形成装置で通常用いられるようなステンレススチール製で、略直方体形状をした中空体である。真空容器11の内部は、図1に示すように、本発明の開閉扉としての扉11Cによって薄膜形成室11Aとロードロック室11Bに分けられる。真空容器11の上方には扉11Cを収容する扉収納容器(不図示)が接続されており、扉11Cは、真空容器11の内部と扉収納室の内部との間でスライドすることで開閉する。   The vacuum container 11 is a hollow body made of stainless steel, which is usually used in a known thin film forming apparatus, and has a substantially rectangular parallelepiped shape. As shown in FIG. 1, the inside of the vacuum vessel 11 is divided into a thin film forming chamber 11A and a load lock chamber 11B by a door 11C as an opening / closing door of the present invention. A door storage container (not shown) for storing the door 11C is connected above the vacuum container 11, and the door 11C opens and closes by sliding between the interior of the vacuum container 11 and the interior of the door storage chamber. .

真空容器11には、ロードロック室11Bと真空容器11の外部とを仕切る扉11Dが設けられている。扉11Dは、スライドまたは回動することで開閉する。真空容器11の内部の薄膜形成室11Aには、排気用の配管16a−1が接続され、この配管16a−1には真空容器11内を排気するための真空ポンプ15aが接続されている。配管16a−1には開口が設けられており、この開口は真空容器11内の成膜プロセス領域20Aと反応プロセス領域60Aとの間に配設されている。これにより、成膜プロセス領域20Aで飛散した膜原料物質を真空ポンプ15aで吸引することが可能となり、成膜プロセス領域20Aから飛散した膜原料物質が反応プロセス領域60Aに侵入して基板表面やプラズマ発生手段を汚染することを防止している。
また、真空容器11の内部のロードロック室11Bには、排気用の配管16bが接続され、この配管16bには真空容器11内を排気するための真空ポンプ15bが接続されている。
The vacuum vessel 11 is provided with a door 11D that partitions the load lock chamber 11B and the outside of the vacuum vessel 11. The door 11D opens and closes by sliding or rotating. An exhaust pipe 16a-1 is connected to the thin film forming chamber 11A inside the vacuum vessel 11, and a vacuum pump 15a for exhausting the inside of the vacuum vessel 11 is connected to the pipe 16a-1. An opening is provided in the pipe 16a-1, and this opening is disposed between the film forming process region 20A and the reaction process region 60A in the vacuum vessel 11. As a result, the film raw material scattered in the film forming process region 20A can be sucked by the vacuum pump 15a, and the film raw material scattered from the film forming process region 20A enters the reaction process region 60A and the substrate surface or plasma. Prevents contamination of the generating means.
Further, an exhaust pipe 16b is connected to the load lock chamber 11B inside the vacuum container 11, and a vacuum pump 15b for exhausting the inside of the vacuum container 11 is connected to the pipe 16b.

本実施形態の薄膜形成装置は、このようなロードロック室11Bを備えているため、薄膜形成室11A内の真空状態を保持した状態で基板の搬入出を行うことが可能となる。従って、基板を搬出する毎に真空容器内を脱気して真空状態にする手間を省くことが可能となり、高い作業効率で成膜処理を行うことができる。
なお、本実施形態の真空容器11は、ロードロック室11Bを備えるロードロック方式を採用しているが、ロードロック室を設けないシングルチャンバ方式を採用することも可能である。また、複数の真空室を備え、それぞれの真空室で独立に薄膜形成を行うことが可能なマルチチャンバ方式を採用することも可能である。
Since the thin film forming apparatus of the present embodiment includes such a load lock chamber 11B, it is possible to carry in and out the substrate while maintaining the vacuum state in the thin film forming chamber 11A. Therefore, it is possible to save the trouble of degassing the vacuum container and bringing it into a vacuum state every time the substrate is carried out, and the film forming process can be performed with high work efficiency.
In addition, although the vacuum vessel 11 of this embodiment employ | adopts the load lock system provided with the load lock chamber 11B, it is also possible to employ | adopt the single chamber system which does not provide a load lock chamber. It is also possible to employ a multi-chamber system that includes a plurality of vacuum chambers and can form a thin film independently in each vacuum chamber.

回転ドラム13は、表面に薄膜を形成させる基板Sを真空容器11内で保持するための部材であり、本発明の基体保持手段に該当する。図2に示すように、回転ドラム13は、複数の基板保持板13aと、フレーム13bと、基板保持板13a及びフレーム13bを締結する締結具13cを主要な構成要素としている。
基板保持板13aはステンレススチール製の平板状部材で、基板Sを保持するための複数の基板保持孔を、基板保持板13aの長手方向に沿って板面中央部に一列に備えている。基板Sは基板保持板13aの基板保持孔に収納され、脱落しないようにネジ部材等を用いて基板保持板13aに固定されている。また、基板保持板13aの長手方向における両端付近の板面には、後述する締結具13cを挿通可能なネジ穴が設けられている。
The rotating drum 13 is a member for holding the substrate S on the surface of which a thin film is to be formed, in the vacuum vessel 11, and corresponds to the substrate holding means of the present invention. As shown in FIG. 2, the rotary drum 13 includes a plurality of substrate holding plates 13a, a frame 13b, and a fastener 13c for fastening the substrate holding plate 13a and the frame 13b as main components.
The substrate holding plate 13a is a flat plate member made of stainless steel, and is provided with a plurality of substrate holding holes for holding the substrate S in a row at the center of the plate surface along the longitudinal direction of the substrate holding plate 13a. The substrate S is accommodated in the substrate holding hole of the substrate holding plate 13a, and is fixed to the substrate holding plate 13a using a screw member or the like so as not to drop off. Further, screw holes through which fasteners 13c described later can be inserted are provided on the plate surfaces near both ends in the longitudinal direction of the substrate holding plate 13a.

フレーム13bはステンレススチール製からなり、上下に配設された2つの環状部材で構成されている。フレーム13bのそれぞれの環状部材には、基板保持板13aのネジ穴と対向する位置に複数のネジ穴が設けられている。基板保持板13aとフレーム13bはボルトおよびナットからなる締結具13cを用いて固定される。具体的には、ボルトを基板保持板13a及びフレーム13bのネジ穴に挿通してナットで固定することにより固定される。なお、本実施形態における回転ドラム13は、平板状の基板保持板13aを複数配置しているため横断面が多角形をした多角柱状をしているが、回転ドラム13の形状はこのような多角柱状のものに限定されず、中空の円筒状や円錐状のものであってもよい。   The frame 13b is made of stainless steel, and is composed of two annular members arranged vertically. Each annular member of the frame 13b is provided with a plurality of screw holes at positions facing the screw holes of the substrate holding plate 13a. The board holding plate 13a and the frame 13b are fixed using a fastener 13c made of bolts and nuts. Specifically, it is fixed by inserting a bolt into the screw holes of the substrate holding plate 13a and the frame 13b and fixing with a nut. The rotating drum 13 in this embodiment has a polygonal column shape with a polygonal cross section because a plurality of flat substrate holding plates 13a are arranged. The rotating drum 13 has such a polygonal shape. It is not limited to a columnar shape, and may be a hollow cylindrical shape or a conical shape.

基板Sは本発明の基体に該当するものである。本実施形態では、基板Sはガラス製の円板状部材であり、薄膜形成処理により表面に薄膜が形成されるが、本発明の基体としては本実施形態のような円板状のものに限定されず、レンズ状のものや管状のもの等を用いることもできる。また、基板Sの材質も本実施形態のようなガラス製に限定されず、プラスチックや金属等であってもよい。   The substrate S corresponds to the substrate of the present invention. In this embodiment, the substrate S is a disk-shaped member made of glass, and a thin film is formed on the surface by a thin film forming process, but the substrate of the present invention is limited to a disk-shaped substrate as in this embodiment. However, a lens-like thing, a tubular thing, etc. can also be used. Further, the material of the substrate S is not limited to glass as in the present embodiment, and may be plastic or metal.

真空容器11内部に設置された回転ドラム13は、図1に示す薄膜形成室11Aとロードロック室11Bの間を移動できるように構成されている。本実施形態では、真空容器11の底面にレール(不図示)が設置されており、回転ドラム13はこのレールに沿って移動する。回転ドラム13は、円筒の筒方向の回転軸線Z(図2参照)が真空容器11の上下方向になるように真空容器11内に配設される。基板保持板13aをフレーム13bに取り付ける際やフレーム13bから取り外す際には、回転ドラム13はロードロック室11Bに搬送されて、ロードロック室11B内で回転可能な状態にロックされている。一方、成膜中にあっては、回転ドラム13は薄膜形成室11Aに搬送されて、薄膜形成室11A内で回転可能な状態にロックされている。   The rotary drum 13 installed in the vacuum vessel 11 is configured to be able to move between the thin film forming chamber 11A and the load lock chamber 11B shown in FIG. In this embodiment, a rail (not shown) is installed on the bottom surface of the vacuum vessel 11, and the rotary drum 13 moves along this rail. The rotary drum 13 is disposed in the vacuum vessel 11 such that the cylindrical axis of rotation Z (see FIG. 2) is in the vertical direction of the vacuum vessel 11. When the substrate holding plate 13a is attached to the frame 13b or removed from the frame 13b, the rotary drum 13 is transported to the load lock chamber 11B and locked in a rotatable state within the load lock chamber 11B. On the other hand, during film formation, the rotary drum 13 is transported to the thin film forming chamber 11A and locked in a rotatable state in the thin film forming chamber 11A.

図2に示すように、回転ドラム13の下面中心部は、モータ回転軸18aの上面と係合する形状になっている。回転ドラム13とモータ回転軸18aは、モータ回転軸18aの中心軸線と回転ドラム13の中心軸線と一致するよう位置決めされ、両者が係合することにより連結されている。回転ドラム13下面のモータ回転軸18aと係合する面は絶縁部材で構成されている。これにより、基板における異常放電を防止することが可能となる。また、真空容器11とモータ回転軸18aとの間は、Oリングで気密が保たれている。   As shown in FIG. 2, the center part of the lower surface of the rotary drum 13 is shaped to engage with the upper surface of the motor rotating shaft 18a. The rotating drum 13 and the motor rotating shaft 18a are positioned so as to coincide with the center axis of the motor rotating shaft 18a and the center axis of the rotating drum 13, and are connected by engaging both. A surface of the lower surface of the rotary drum 13 that engages with the motor rotation shaft 18a is formed of an insulating member. As a result, abnormal discharge in the substrate can be prevented. In addition, an air-tightness is maintained between the vacuum vessel 11 and the motor rotating shaft 18a by an O-ring.

真空容器11内の真空状態を維持した状態で、真空容器11の下部に設けられたモータ17を駆動させることによってモータ回転軸18aが回転する。この回転に伴って、モータ回転軸18aに連結された回転ドラム13は回転軸線Zを中心に回転する。各基板Sは回転ドラム13上に保持されているため、回転ドラム13が回転することで回転軸線Zを公転軸として公転する。   The motor rotating shaft 18a rotates by driving the motor 17 provided in the lower part of the vacuum vessel 11 while maintaining the vacuum state in the vacuum vessel 11. With this rotation, the rotating drum 13 connected to the motor rotating shaft 18a rotates around the rotating axis Z. Since each board | substrate S is hold | maintained on the rotating drum 13, when the rotating drum 13 rotates, it revolves around the rotating axis Z as a revolution axis.

回転ドラム13の上面にはドラム回転軸18bが設けられており、回転ドラム13の回転に伴ってドラム回転軸18bも回転するように構成されている。真空容器11の上面には孔部が設けられており、ドラム回転軸18bはこの孔部を貫通して真空容器11の外部に通じている。孔部の内面には軸受が設けられており、回転ドラム13の回転をスムーズに行えるようにしている。また、真空容器11とドラム回転軸18bとの間は、Oリングで気密が保たれている。   A drum rotating shaft 18 b is provided on the upper surface of the rotating drum 13, and the drum rotating shaft 18 b is also rotated as the rotating drum 13 rotates. A hole is provided in the upper surface of the vacuum vessel 11, and the drum rotation shaft 18 b passes through this hole and communicates with the outside of the vacuum vessel 11. A bearing is provided on the inner surface of the hole so that the rotating drum 13 can rotate smoothly. In addition, an air-tightness is maintained between the vacuum vessel 11 and the drum rotation shaft 18b by an O-ring.

次に、基板Sの表面に薄膜を形成する成膜プロセス領域20Aと反応プロセス領域60Aについて説明する。図1に示すように、真空容器11の内壁には回転ドラム13へ向かって仕切壁12,14が立設している。本実施形態における仕切壁12,14は真空容器11と同じステンレススチール製の部材である。仕切壁12,14は、真空容器11の内壁面から回転ドラム13へ向けて四方を囲んだ状態で設けられている。   Next, the film forming process region 20A and the reaction process region 60A for forming a thin film on the surface of the substrate S will be described. As shown in FIG. 1, partition walls 12 and 14 are erected on the inner wall of the vacuum vessel 11 toward the rotary drum 13. The partition walls 12 and 14 in this embodiment are the same stainless steel members as the vacuum vessel 11. The partition walls 12 and 14 are provided in a state of enclosing four sides from the inner wall surface of the vacuum vessel 11 toward the rotary drum 13.

真空容器11の側壁は外方に突出した横断面凸状をしており、突出した側面にはスパッタ手段20が設けられている。成膜プロセス領域20Aは、真空容器11の内壁面,仕切壁12,回転ドラム13の外周面及びスパッタ手段20に囲繞された領域に形成されている。成膜プロセス領域20Aでは基板Sの表面に薄膜を形成するスパッタ処理が行われる。
一方、成膜プロセス領域20Aから回転ドラム13の回転軸を中心として90°離間した真空容器11の側壁もまた、外方に突出した横断面凸状をしており、突出した側面にはプラズマ発生手段60が設けられている。反応プロセス領域60Aは、真空容器11の内壁面,仕切壁14,回転ドラム13の外周面及びプラズマ発生手段60に囲繞された領域に形成されている。反応プロセス領域60Aでは、基板S上の薄膜に対してプラズマ処理が行われる。
The side wall of the vacuum vessel 11 has a convex cross section projecting outward, and a sputtering means 20 is provided on the projecting side surface. The film forming process area 20 </ b> A is formed in an area surrounded by the inner wall surface of the vacuum vessel 11, the partition wall 12, the outer peripheral surface of the rotating drum 13, and the sputtering means 20. In the film forming process region 20A, a sputtering process for forming a thin film on the surface of the substrate S is performed.
On the other hand, the side wall of the vacuum vessel 11 that is 90 ° apart from the film forming process region 20A about the rotation axis of the rotary drum 13 also has a convex cross section protruding outward, and plasma is generated on the protruding side surface. Means 60 are provided. The reaction process region 60 </ b> A is formed in a region surrounded by the inner wall surface of the vacuum vessel 11, the partition wall 14, the outer peripheral surface of the rotary drum 13, and the plasma generating means 60. In the reaction process region 60A, plasma processing is performed on the thin film on the substrate S.

図2に示すモータ17によって回転ドラム13が回転すると、回転ドラム13の外周面に保持された基板Sが公転して、図1に示す成膜プロセス領域20Aに面する位置と反応プロセス領域60Aに面する位置との間を繰り返し移動することになる。そして、このように基板Sが公転することで、成膜プロセス領域20Aでのスパッタ処理と、反応プロセス領域60Aでのプラズマ処理とが順次繰り返し行われて、基板Sの表面に薄膜が形成される。   When the rotating drum 13 is rotated by the motor 17 shown in FIG. 2, the substrate S held on the outer peripheral surface of the rotating drum 13 is revolved, so that the position facing the film forming process area 20A and the reaction process area 60A shown in FIG. It will move repeatedly between the facing positions. As the substrate S revolves in this manner, the sputtering process in the film forming process region 20A and the plasma process in the reaction process region 60A are sequentially repeated to form a thin film on the surface of the substrate S. .

(成膜プロセス領域20A)
以下に、本発明の成膜プロセス領域20Aについて説明する。図3に示すように、本発明の成膜プロセス領域20Aにはスパッタ手段20が設置されている。なお、図中ではスパッタ手段20を点線で囲んで示してある。
スパッタ手段20は、ターゲット22a,22bを保持する一対のマグネトロンスパッタ電極21a,21bと、マグネトロンスパッタ電極21a,21bに電力を供給する交流電源24と、電力制御手段としてのトランス23により構成される。真空容器11の壁面は外方に突出しており、この突出部の内壁にマグネトロンスパッタ電極21a,21bが側壁を貫通した状態で配設されている。このマグネトロンスパッタ電極21a,21bは、接地電位にある真空容器11に不図示の絶縁部材を介して固定されている。
(Deposition process area 20A)
The film forming process area 20A of the present invention will be described below. As shown in FIG. 3, the sputtering means 20 is installed in the film forming process region 20A of the present invention. In the figure, the sputtering means 20 is shown surrounded by a dotted line.
The sputtering means 20 includes a pair of magnetron sputtering electrodes 21a and 21b that hold the targets 22a and 22b, an AC power supply 24 that supplies power to the magnetron sputtering electrodes 21a and 21b, and a transformer 23 as power control means. The wall surface of the vacuum vessel 11 protrudes outward, and magnetron sputter electrodes 21a and 21b are disposed on the inner wall of the protruding portion so as to penetrate the side wall. The magnetron sputter electrodes 21a and 21b are fixed to the vacuum vessel 11 at the ground potential via an insulating member (not shown).

マグネトロンスパッタ電極21a,21bは、複数の磁石が所定の方向に配置された構造を有している。そしてマグネトロンスパッタ電極21a,21bは、トランス23を介して交流電源24に接続され、両電極に1k〜100kHzの交番電界が印加可能に構成されている。マグネトロンスパッタ電極21a,21bには、ターゲット22a,22bがそれぞれ保持されている。図3に示すように、本実施形態のターゲット22a,22bの形状は平板状であり、ターゲット22a,22bの表面が回転ドラム13の回転軸線Zと垂直となるように保持される。   The magnetron sputter electrodes 21a and 21b have a structure in which a plurality of magnets are arranged in a predetermined direction. The magnetron sputter electrodes 21a and 21b are connected to an AC power source 24 via a transformer 23, and are configured so that an alternating electric field of 1 to 100 kHz can be applied to both electrodes. Targets 22a and 22b are held on the magnetron sputter electrodes 21a and 21b, respectively. As shown in FIG. 3, the shapes of the targets 22 a and 22 b in this embodiment are flat, and the surfaces of the targets 22 a and 22 b are held so as to be perpendicular to the rotation axis Z of the rotary drum 13.

本例のターゲット22a,22bは、基板に対向して所定の面積を有するように膜原料物質を平板状に形成したものであり、回転ドラム13の側面に対向するようにマグネトロンスパッタ電極21a,21bにそれぞれ保持される。ターゲットの材質としては、製造する光学製品の目的にあった任意のもの、例えば、ケイ素,ニオブ,チタン,アルミニウム,ゲルマニウム等を採用することが可能である。   The targets 22a and 22b in this example are formed by forming a film raw material into a flat plate shape so as to face a substrate and have a predetermined area, and magnetron sputter electrodes 21a and 21b so as to face the side surface of the rotary drum 13. Are held respectively. As the target material, any material suitable for the purpose of the optical product to be manufactured, for example, silicon, niobium, titanium, aluminum, germanium, or the like can be used.

図1乃至図3に示すように、成膜プロセス領域20Aの周辺にはスパッタガス供給手段と反応性ガス供給手段の2種類のガス供給手段30が設けられている。なお、図中ではガス供給手段30を一点差線で囲んで示してある。
スパッタガス供給手段は、スパッタガス貯蔵手段としてのスパッタガスボンベ32と、ガス供給路としての配管35a,35cと、スパッタガスの流量を調整する流量調整手段としてのマスフローコントローラ31と、を主要な構成要素として具備している。
また、反応性ガス供給手段は、反応性ガス貯蔵手段としての反応性ガスボンベ34と、ガス供給路としての配管35a,35dと、反応性ガスの流量を調整する流量調整手段としてのマスフローコントローラ33と、を主要な構成要素として具備している。
As shown in FIGS. 1 to 3, two types of gas supply means 30 are provided around the film forming process region 20A, that is, a sputtering gas supply means and a reactive gas supply means. In the figure, the gas supply means 30 is shown surrounded by a one-dotted line.
The sputter gas supply means includes a sputter gas cylinder 32 as a sputter gas storage means, pipes 35a and 35c as gas supply paths, and a mass flow controller 31 as a flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the sputter gas. It has as.
The reactive gas supply means includes a reactive gas cylinder 34 as a reactive gas storage means, pipes 35a and 35d as gas supply paths, and a mass flow controller 33 as a flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the reactive gas. Are provided as main components.

ガス供給手段30を構成するスパッタガスボンベ32、反応性ガスボンベ34、マスフローコントローラ31,33はいずれも真空容器11の外部に設けられている。マスフローコントローラ31は、スパッタガスとしてのアルゴンガスを貯蔵する単一のスパッタガスボンベ32に配管35cを介してそれぞれ接続されている。また、マスフローコントローラ33は、反応性ガスとしての酸素ガスを貯蔵する単一の反応性ガスボンベ34に配管35dを介してそれぞれ接続されている。   The sputtering gas cylinder 32, the reactive gas cylinder 34, and the mass flow controllers 31 and 33 that constitute the gas supply means 30 are all provided outside the vacuum vessel 11. The mass flow controller 31 is connected to a single sputter gas cylinder 32 that stores argon gas as a sputter gas via a pipe 35c. The mass flow controller 33 is connected to a single reactive gas cylinder 34 that stores oxygen gas as a reactive gas via a pipe 35d.

マスフローコントローラ31とマスフローコントローラ33はY字型の配管35aで接続されており、配管35aの一端は真空容器11の側壁を貫通して成膜プロセス領域20Aのターゲット22bの側部に延びている(図3及び図4参照)。配管35aの先端部には導入口35bが形成されている。
導入口35bは、ターゲット22bの側部下方の所定の位置に配置されている。配管35a,35c,35dを通じて供給されるガスは、配管35aに設けられた導入口35bからターゲット22a,22bの前面に導入される。
The mass flow controller 31 and the mass flow controller 33 are connected by a Y-shaped pipe 35a, and one end of the pipe 35a extends through the side wall of the vacuum vessel 11 to the side of the target 22b in the film forming process region 20A ( 3 and 4). An inlet 35b is formed at the tip of the pipe 35a.
The introduction port 35b is disposed at a predetermined position below the side portion of the target 22b. The gas supplied through the pipes 35a, 35c, and 35d is introduced into the front surfaces of the targets 22a and 22b from the introduction port 35b provided in the pipe 35a.

また、本実施形態では、スパッタガスをターゲットへ導入する配管と反応性ガスをターゲットへ導入する配管を共通にして、両ガスの混合ガスとしてターゲットへ導入する構成としている。しかしながら、ガス供給路としてはこのようなスパッタガス供給路と反応性ガスの供給路を共通としたものに限定されず、スパッタガス導入用の配管と反応性ガス導入用の配管をそれぞれ別々に設けて、それぞれのガスを別々の配管を通じてターゲット前面へ導入する構成としてもよい。   In the present embodiment, the piping for introducing the sputtering gas to the target and the piping for introducing the reactive gas to the target are used in common, and the mixed gas of both gases is introduced to the target. However, the gas supply path is not limited to the one in which the sputtering gas supply path and the reactive gas supply path are shared, and a sputtering gas introduction pipe and a reactive gas introduction pipe are provided separately. Thus, the respective gases may be introduced to the front surface of the target through separate pipes.

マスフローコントローラ31,33はガスの流量を調節する装置であり、ガスボンベからのガスが流入する流入口と、ガスを真空容器11側へ流出させる流出口と、ガスの質量流量を検出するセンサと、ガスの流量を調整するコントロールバルブと、流入口より流入したガスの質量流量を検出するセンサと、センサにより検出された流量に基づいてコントロールバルブの制御を行う電子回路とを主要な構成要素として備えている(いずれも不図示)。電子回路には外部から所望の流量を設定することが可能となっている。
本実施形態では、マスフローコントローラ31,33は、いずれも後述するスパッタ制御装置50に電気的に接続されており、スパッタ制御装置50から流量設定の指示を受けてガス流量の調整を行っている。
The mass flow controllers 31 and 33 are devices for adjusting the flow rate of the gas, and include an inflow port through which the gas from the gas cylinder flows in, an outflow port through which the gas flows out to the vacuum vessel 11 side, a sensor that detects the mass flow rate of the gas, The main components are a control valve that adjusts the gas flow rate, a sensor that detects the mass flow rate of the gas flowing in from the inlet, and an electronic circuit that controls the control valve based on the flow rate detected by the sensor. (Both not shown). A desired flow rate can be set to the electronic circuit from the outside.
In the present embodiment, each of the mass flow controllers 31 and 33 is electrically connected to a sputtering control device 50 described later, and adjusts the gas flow rate in response to a flow rate setting instruction from the sputtering control device 50.

流入口よりマスフローコントローラ31,33内に送入されたガスの質量流量は、センサにより検出される。センサの下流にはコントロールバルブが設けられており、コントロールバルブは、センサで検出した流量と、設定された基準値とを比較し、ガスの流量が基準値に近づくようにコントロールバルブの開閉を行うことで、流量の制御を行う。   The mass flow rate of the gas sent into the mass flow controllers 31 and 33 from the inflow port is detected by a sensor. A control valve is provided downstream of the sensor, and the control valve compares the flow rate detected by the sensor with a set reference value, and opens and closes the control valve so that the gas flow rate approaches the reference value. Thus, the flow rate is controlled.

スパッタガスボンベ32からの不活性ガスは、マスフローコントローラ31により流量を調節されて配管35a内に導入される。一方、スパッタガスボンベ32からの反応性ガスは、マスフローコントローラ33により流量を調節されて配管35a内に導入される。配管35aに流入した不活性ガス及び反応性ガスは混合ガスとなり、配管35aの導入口35bより成膜プロセス領域20Aに配置されたターゲット22a,22bの前面に導入される。
スパッタガスとしては、例えばアルゴンやヘリウム等の不活性ガスが挙げられる。また、反応性ガスとしては、例えば酸素ガス,窒素ガス,弗素ガス,オゾンガス等が挙げられる。
The inert gas from the sputter gas cylinder 32 is introduced into the pipe 35 a with the flow rate adjusted by the mass flow controller 31. On the other hand, the reactive gas from the sputter gas cylinder 32 is introduced into the pipe 35 a with the flow rate adjusted by the mass flow controller 33. The inert gas and the reactive gas that have flowed into the pipe 35a become a mixed gas, and are introduced from the introduction port 35b of the pipe 35a to the front surfaces of the targets 22a and 22b disposed in the film forming process region 20A.
Examples of the sputtering gas include inert gases such as argon and helium. Examples of the reactive gas include oxygen gas, nitrogen gas, fluorine gas, and ozone gas.

成膜プロセス領域20Aにスパッタガスが供給されて、ターゲット22a,22bの周辺が不活性ガス雰囲気になった状態で、マグネトロンスパッタ電極21a,21bに交流電源24から交番電極が印加されると、ターゲット22a,22b周辺のスパッタガスの一部は電子を放出してイオン化する。マグネトロンスパッタ電極21a,21bに配置された磁石によりターゲット22a,22bの表面に漏洩磁界が形成されるため、この電子はターゲット表面近傍に発生した磁界中を、トロイダル曲線を描きながら周回する。この電子の軌道に沿って強いプラズマが発生し、このプラズマに向けてスパッタガスのイオンが加速され、ターゲット22a,22bに衝突することでターゲット表面の金属原子が叩き出される。この金属原子の一部はプラズマ中で反応性ガスと反応して、不完全反応物や、完全反応物に変換される。これらの金属原子,金属原子の不完全反応物,金属原子の完全反応物は、本発明の膜原料物質に相当し、基板Sの表面に付着して薄膜を形成する原料となる。   When an alternating electrode is applied from the AC power source 24 to the magnetron sputter electrodes 21a and 21b in a state where the sputtering gas is supplied to the film forming process region 20A and the periphery of the targets 22a and 22b is in an inert gas atmosphere, Part of the sputtering gas around 22a and 22b emits electrons and is ionized. Since a leakage magnetic field is formed on the surfaces of the targets 22a and 22b by the magnets arranged on the magnetron sputter electrodes 21a and 21b, the electrons circulate in a magnetic field generated near the target surface while drawing a toroidal curve. A strong plasma is generated along the electron trajectory, and ions of the sputtering gas are accelerated toward the plasma, and metal atoms on the target surface are knocked out by colliding with the targets 22a and 22b. Some of these metal atoms react with the reactive gas in the plasma, and are converted into incomplete reactants or complete reactants. These metal atoms, incomplete reactants of metal atoms, and complete reactants of metal atoms correspond to the film raw material of the present invention, and become a raw material for forming a thin film by adhering to the surface of the substrate S.

図3及び図4に示すように、成膜プロセス領域20Aの両側には、膜厚を補正する膜厚補正手段40が設けられている。なお、図中には、膜厚補正手段40を二点差線で囲んで示してある。
膜厚補正手段40は、補正部材としての膜厚補正板41a,41bと、膜厚補正板41a,41bを進退可能に駆動する補正板駆動モータ42a,42bとを主要な構成要素として備えている。本発明の薄膜形成装置は、このようにターゲットの前面に可動式の膜厚補正板41a,41bを備えており、この膜厚補正板41a,41bをターゲット22a,22bの中心方向に進退させることで、基板表面に付着する膜原料物質の量を調整し、均一な膜厚を有する基板を製造している。
なお、本実施形態では、ターゲット22a,22bの中央に面する位置に、固定された膜厚補正板41cが配設されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, film thickness correcting means 40 for correcting the film thickness is provided on both sides of the film forming process region 20A. In the drawing, the film thickness correcting means 40 is shown surrounded by a two-dot line.
The film thickness correction means 40 includes, as main components, film thickness correction plates 41a and 41b as correction members, and correction plate drive motors 42a and 42b that drive the film thickness correction plates 41a and 41b so as to advance and retract. . The thin film forming apparatus of the present invention thus includes movable film thickness correction plates 41a and 41b on the front surface of the target, and moves the film thickness correction plates 41a and 41b forward and backward in the center direction of the targets 22a and 22b. Thus, the amount of the film raw material adhering to the substrate surface is adjusted to manufacture a substrate having a uniform film thickness.
In the present embodiment, a fixed film thickness correction plate 41c is disposed at a position facing the center of the targets 22a and 22b.

膜厚補正板41a,41bは、ターゲット22a,22bから所定の間隔を隔てて、ターゲット22a,22bの前面にそれぞれ配置されている。図3に示すように、膜厚補正板41aは、ターゲット22aの幅方向と平行となる方向に配置され、主としてターゲット22aから飛翔する膜原料物質が基板Sに付着するのを遮蔽する板部材を有している。板部材の端部には板面と垂直方向に屈曲した屈曲部が形成されており、この屈曲部には板面と平行方向に螺旋状のネジ溝が形成されている。このネジ溝には、後述する螺旋棒44aのネジ溝が螺合している。同様に、膜厚補正板41bにも屈曲部及びネジ溝が形成されており、後述する螺旋棒44bのネジ溝が螺合している。   The film thickness correction plates 41a and 41b are respectively disposed on the front surfaces of the targets 22a and 22b with a predetermined distance from the targets 22a and 22b. As shown in FIG. 3, the film thickness correction plate 41a is arranged in a direction parallel to the width direction of the target 22a, and is a plate member that shields mainly the film raw material flying from the target 22a from adhering to the substrate S. Have. A bent portion that is bent in a direction perpendicular to the plate surface is formed at an end portion of the plate member, and a helical thread groove is formed in the bent portion in a direction parallel to the plate surface. A screw groove of a spiral rod 44a described later is screwed into the screw groove. Similarly, a bent portion and a thread groove are formed in the film thickness correction plate 41b, and a thread groove of a spiral rod 44b described later is screwed.

膜厚補正板41a,41bは、補正部材移動手段としての補正板駆動モータ42a,42bによって、ターゲット22a,22bの中心方向にそれぞれ駆動可能となっている。補正板駆動モータ42a,42bは、傘歯車を備えた原動軸43a,43bに接続されており、原動軸43a,43bは更に、同じく傘歯車を備えた螺旋棒44a,44bに接続されている。補正板駆動モータ42a,42bの出力軸は、原動軸43a,43bと同軸に接続されており、補正板駆動モータ42a,42bが回動することで、原動軸43a,43bも回動する。   The film thickness correction plates 41a and 41b can be driven in the center direction of the targets 22a and 22b by correction plate drive motors 42a and 42b as correction member moving means, respectively. The correction plate drive motors 42a and 42b are connected to driving shafts 43a and 43b having bevel gears, and the driving shafts 43a and 43b are further connected to spiral rods 44a and 44b having the same bevel gears. The output shafts of the correction plate drive motors 42a and 42b are coaxially connected to the drive shafts 43a and 43b. When the correction plate drive motors 42a and 42b rotate, the drive shafts 43a and 43b also rotate.

原動軸43a,43bの先端には傘歯車が固定されており、この傘歯車には、螺旋棒44a,44bの傘歯車が噛合している。螺旋棒44a,44bは真空容器11の壁面を貫通している。螺旋棒44a,44bにはネジ溝が形成されており、このネジ溝は前述したように、それぞれ膜厚補正板41a,41bのネジ溝とそれぞれ螺合している。   Bevel gears are fixed to the tips of the drive shafts 43a and 43b, and the bevel gears of the spiral rods 44a and 44b are engaged with the bevel gears. The spiral bars 44 a and 44 b penetrate the wall surface of the vacuum vessel 11. The spiral rods 44a and 44b are formed with screw grooves, and the screw grooves are respectively screwed with the screw grooves of the film thickness correction plates 41a and 41b as described above.

補正板駆動モータ42a,42bの回転軸が回転すると、その回転は原動軸43a,43bを介して螺旋棒44a,44bに伝達される。そして螺旋棒44a,44bが回転すると、この回転により膜厚補正板41a,41bがターゲットの中心方向に摺動する。膜厚補正板41a,41bがターゲットの中心方向へ移動してターゲットの前面を遮蔽する面積が大きくなると、基板Sへ到達する膜原料物質の量が減少し、成膜レートが減少する。反対に、膜厚補正板41a,41bがターゲットの中心方向と反対方向に移動してターゲット22a,22bの前面を遮蔽する面積が小さくなると、基板Sへ到達する膜原料物質の量が増加し、成膜レートが増加する。   When the rotation shafts of the correction plate drive motors 42a and 42b rotate, the rotation is transmitted to the spiral rods 44a and 44b via the drive shafts 43a and 43b. When the spiral rods 44a and 44b rotate, the film thickness correction plates 41a and 41b slide in the center direction of the target by this rotation. When the film thickness correction plates 41a and 41b move toward the center of the target to increase the area for shielding the front surface of the target, the amount of film raw material that reaches the substrate S decreases, and the film formation rate decreases. On the other hand, when the area where the film thickness correction plates 41a and 41b move in the direction opposite to the center direction of the target and the front surfaces of the targets 22a and 22b are reduced, the amount of film raw material reaching the substrate S increases. The film formation rate increases.

補正板駆動モータ42a,42bは、スパッタ制御装置50と電気的に接続されており、いずれもスパッタ制御装置50により制御される。すなわち、スパッタ制御装置50により、膜厚補正板41a,41bをターゲットの中心方向に移動させるよう指示があると、補正板駆動モータ42a,42bは一方向に回転して、膜厚補正板41a,41bをそれぞれターゲットの中心方向に移動させる。反対に、スパッタ制御装置50により、膜厚補正板41a,41bをターゲットの中心方向と反対へ移動させるよう指示があると、補正板駆動モータ42a,42bは先ほどとは反対方向に回転して、膜厚補正板41a,41bをそれぞれターゲットの中心方向から離間するように移動させる。   The correction plate drive motors 42 a and 42 b are electrically connected to the sputtering control device 50, and both are controlled by the sputtering control device 50. That is, when the sputter control device 50 instructs to move the film thickness correction plates 41a and 41b toward the center of the target, the correction plate drive motors 42a and 42b rotate in one direction, and the film thickness correction plates 41a and 41b 41b is moved toward the center of the target. On the other hand, when the sputter controller 50 instructs the film thickness correction plates 41a and 41b to move in the direction opposite to the center direction of the target, the correction plate drive motors 42a and 42b rotate in the opposite direction. The film thickness correction plates 41a and 41b are moved away from the center direction of the target.

真空容器11の内壁にはストッパー45a,45bがそれぞれ設けられている。ストッパー45a,45bは、いずれも平板状部材で構成され、端部が垂直方向に屈曲した形状をしている。ストッパー45a,45bの板状領域の端面は、真空容器11の内壁に対して略垂直となるように壁面に固定されている。ストッパー45a,45bの板面上には、膜厚補正板41a,41bの屈曲部のそれぞれの端面が当接しており、螺旋棒44a,44bの回動に伴って、膜厚補正板41a,41bはストッパー45a,45bの板面上を摺動する。ストッパー45a,45bには屈曲部が設けられているため、膜厚補正板41a,41bがターゲット中心方向へ移動しても、膜厚補正板41a,41bの屈曲部とストッパー45a,45bの屈曲部とが衝突するため、膜厚補正板41a,41bが脱落しないようになっている。   Stoppers 45a and 45b are provided on the inner wall of the vacuum vessel 11, respectively. Each of the stoppers 45a and 45b is formed of a flat plate-like member, and has an end portion bent in the vertical direction. The end surfaces of the plate-like regions of the stoppers 45 a and 45 b are fixed to the wall surface so as to be substantially perpendicular to the inner wall of the vacuum vessel 11. The end surfaces of the bent portions of the film thickness correction plates 41a and 41b are in contact with the plate surfaces of the stoppers 45a and 45b, and the film thickness correction plates 41a and 41b are rotated with the rotation of the spiral rods 44a and 44b. Slides on the plate surfaces of the stoppers 45a, 45b. Since the stoppers 45a and 45b are provided with bent portions, even if the film thickness correction plates 41a and 41b move toward the center of the target, the bent portions of the film thickness correction plates 41a and 41b and the bent portions of the stoppers 45a and 45b. Therefore, the film thickness correction plates 41a and 41b do not fall off.

本実施形態の薄膜形成装置は、膜厚調整方法として、マグネトロンスパッタ電極21a,21bに供給される電力の量を調整する方法、マスフローコントローラ31,33により成膜プロセス領域20Aに供給されるガスの流量を調整する方法、及び、補正板駆動モータ42a,42bの回転方向を制御することにより膜厚補正板41a,41bを移動する方法の、3通りの膜厚調整方法を同時に用いて膜厚の調整を行っているが、いずれか1又は2の膜厚調整方法を用いて膜厚の調整を行ってもよい。
また、本発明の薄膜形成装置としては、これら3種類の膜厚調整方法のすべてにより膜厚を調整する必要は無く、いずれか1又は2の方法のみにより膜厚の調整を行ってもよい。
In the thin film forming apparatus of this embodiment, as a film thickness adjusting method, a method of adjusting the amount of electric power supplied to the magnetron sputtering electrodes 21a and 21b, and a gas supplied to the film forming process region 20A by the mass flow controllers 31 and 33 are used. The film thickness can be adjusted by simultaneously using three kinds of film thickness adjustment methods: a method of adjusting the flow rate and a method of moving the film thickness correction plates 41a and 41b by controlling the rotation direction of the correction plate drive motors 42a and 42b. Although the adjustment is performed, the film thickness may be adjusted using any one or two film thickness adjusting methods.
In addition, the thin film forming apparatus of the present invention does not have to adjust the film thickness by all of these three types of film thickness adjusting methods, and the film thickness may be adjusted only by any one or two methods.

(反応プロセス領域60A)
続いて、反応プロセス領域60Aについて説明する。前述したように、反応プロセス領域60Aでは、成膜プロセス領域20Aで基板表面に形成された膜原料物質を酸化して、完全酸化物からなる薄膜の形成を行っている。
(Reaction process area 60A)
Subsequently, the reaction process region 60A will be described. As described above, in the reaction process region 60A, the film raw material formed on the substrate surface in the film formation process region 20A is oxidized to form a thin film made of a complete oxide.

図5に示すように、反応プロセス領域60Aに対応する真空容器11の壁面には、プラズマ発生手段60を設置するための開口が形成されている。また、反応プロセス領域60Aには、マスフローコントローラ66を介して反応性ガスボンベ67内の反応性ガスを導入するための配管68が接続されている。   As shown in FIG. 5, an opening for installing the plasma generating means 60 is formed on the wall surface of the vacuum vessel 11 corresponding to the reaction process region 60A. In addition, a piping 68 for introducing a reactive gas in the reactive gas cylinder 67 is connected to the reaction process region 60A via a mass flow controller 66.

仕切壁14の反応プロセス領域60Aに面する壁面には、熱分解窒化硼素(Pyrolytic Boron Nitride)からなる保護層が被覆されている。更に、真空容器11の内壁面の反応プロセス領域60Aに面する部分にも熱分解窒化硼素からなる保護層が被覆されている。熱分解窒化硼素は、化学的気相成長法(Chemical Vapor Deposition)を利用した熱分解法によって仕切壁14や真空容器11の内壁面へ被覆される。   The wall surface of the partition wall 14 facing the reaction process region 60A is covered with a protective layer made of pyrolytic boron nitride (Pyrolytic Boron Nitride). Further, a protective layer made of pyrolytic boron nitride is also coated on the inner wall surface of the vacuum vessel 11 facing the reaction process region 60A. The pyrolytic boron nitride is coated on the partition wall 14 and the inner wall surface of the vacuum vessel 11 by a thermal decomposition method using a chemical vapor deposition method.

プラズマ発生手段60は、反応プロセス領域60Aに面して設けられている。本実施形態のプラズマ発生手段60は、ケース体61と、誘電体板62と、アンテナ63と、マッチングボックス64と、高周波電源65と、を有して構成されている。なお、図中ではプラズマ発生手段60を点線で囲んで示してある。   The plasma generating means 60 is provided facing the reaction process region 60A. The plasma generating means 60 of this embodiment includes a case body 61, a dielectric plate 62, an antenna 63, a matching box 64, and a high frequency power supply 65. In the figure, the plasma generating means 60 is surrounded by a dotted line.

ケース体61は、真空容器11の壁面に形成された開口11aを塞ぐ形状を備え、ボルト(不図示)で真空容器11の開口11aを塞ぐように固定されている。ケース体61が真空容器11の壁面に固定されることで、プラズマ発生手段60は真空容器11の壁面に取り付けられている。本実施形態において、ケース体61はステンレスで形成されている。   The case body 61 has a shape for closing the opening 11a formed on the wall surface of the vacuum vessel 11, and is fixed so as to close the opening 11a of the vacuum vessel 11 with a bolt (not shown). By fixing the case body 61 to the wall surface of the vacuum vessel 11, the plasma generating means 60 is attached to the wall surface of the vacuum vessel 11. In the present embodiment, the case body 61 is made of stainless steel.

誘電体板62は、板状の誘電体で形成されている。本実施形態において、誘電体板62は石英で形成されているが、誘電体板62の材質としてはこのような石英だけではなく、Al等のセラミックス材料で形成されたものでもよい。誘電体板62は、図示しない固定枠でケース体61に固定されている。誘電体板62がケース体61に固定されることで、ケース体61と誘電体板62によって囲繞された領域にアンテナ収容室61Aが形成されている。 The dielectric plate 62 is formed of a plate-like dielectric. In the present embodiment, the dielectric plate 62 is made of quartz, but the material of the dielectric plate 62 is not limited to such quartz, but may be made of a ceramic material such as Al 2 O 3 . The dielectric plate 62 is fixed to the case body 61 with a fixing frame (not shown). By fixing the dielectric plate 62 to the case body 61, an antenna accommodating chamber 61 </ b> A is formed in a region surrounded by the case body 61 and the dielectric plate 62.

ケース体61に固定された誘電体板62は、開口11aを介して真空容器11の内部(反応プロセス領域60A)に臨んで設けられている。このときアンテナ収容室61Aは、真空容器11の内部と分離している。すなわち、アンテナ収容室61Aと真空容器11の内部とは、誘電体板62で仕切られた状態で独立した空間を形成している。また、アンテナ収容室61Aと真空容器11の外部は、ケース体61で仕切られた状態で独立の空間を形成している。本実施形態では、このように独立の空間として形成されたアンテナ収容室61Aの中にアンテナ63が設置されている。なお、アンテナ収容室61Aと真空容器11内部、及びアンテナ収容室61Aと真空容器11外部との間は、それぞれOリングで気密が保たれている。   The dielectric plate 62 fixed to the case body 61 is provided facing the inside of the vacuum vessel 11 (reaction process region 60A) through the opening 11a. At this time, the antenna accommodating chamber 61 </ b> A is separated from the inside of the vacuum container 11. That is, the antenna accommodating chamber 61 </ b> A and the inside of the vacuum container 11 form an independent space in a state of being partitioned by the dielectric plate 62. Further, the antenna accommodating chamber 61 </ b> A and the outside of the vacuum container 11 form an independent space in a state of being partitioned by the case body 61. In the present embodiment, the antenna 63 is installed in the antenna accommodating chamber 61A formed as an independent space in this way. The antenna housing chamber 61A and the inside of the vacuum vessel 11 and between the antenna housing chamber 61A and the outside of the vacuum vessel 11 are kept airtight by O-rings, respectively.

本実施形態では、アンテナ収容室61Aの内部を排気して真空状態にするために、アンテナ収容室61Aに排気用の配管16a−2が接続されている。配管16a−2には、真空ポンプ15aが接続されている。また、本実施形態において、配管16a−2は真空容器11の内部へも連通している。   In the present embodiment, an exhaust pipe 16a-2 is connected to the antenna accommodating chamber 61A in order to evacuate the inside of the antenna accommodating chamber 61A to be in a vacuum state. A vacuum pump 15a is connected to the pipe 16a-2. In the present embodiment, the pipe 16 a-2 communicates with the inside of the vacuum vessel 11.

配管16a−1には、真空ポンプ15aから真空容器11の内部に連通する位置にバルブV1、V2が設けられている。また、配管16a−2には、真空ポンプ15aからアンテナ収容室61Aの内部に連通する位置にバルブV1、V3が設けられている。バルブV2,V3のいずれかを閉じることで、アンテナ収容室61Aの内部と真空容器11の内部との間での気体の移動は阻止される。真空容器11の内部の圧力や、アンテナ収容室61Aの内部の圧力は、真空計(不図示)で測定される。   Valves V <b> 1 and V <b> 2 are provided in the piping 16 a-1 at positions where the vacuum pump 15 a communicates with the inside of the vacuum vessel 11. The pipe 16a-2 is provided with valves V1 and V3 at positions where the vacuum pump 15a communicates with the inside of the antenna accommodating chamber 61A. By closing either one of the valves V2 and V3, gas movement between the inside of the antenna accommodating chamber 61A and the inside of the vacuum vessel 11 is prevented. The pressure inside the vacuum vessel 11 and the pressure inside the antenna housing chamber 61A are measured by a vacuum gauge (not shown).

本実施形態では、薄膜形成装置1に制御装置(不図示)を備えている。この制御装置には、真空計の出力が入力される。制御装置は、入力された真空計の測定値に基づいて、真空ポンプ15aによる排気を制御して、真空容器11の内部やアンテナ収容室61Aの内部の真空度を調整する機能を備える。本実施形態では、制御装置がバルブV1,V2,V3の開閉を制御することで、真空容器11の内部とアンテナ収容室61Aの内部を同時に、又は独立して排気できる。   In the present embodiment, the thin film forming apparatus 1 includes a control device (not shown). The output of the vacuum gauge is input to this control device. The control device has a function of adjusting the degree of vacuum inside the vacuum container 11 and inside the antenna accommodating chamber 61A by controlling the exhaust by the vacuum pump 15a based on the input measurement value of the vacuum gauge. In the present embodiment, the control device controls the opening and closing of the valves V1, V2, and V3, so that the inside of the vacuum vessel 11 and the inside of the antenna accommodating chamber 61A can be exhausted simultaneously or independently.

アンテナ63は、高周波電源65から電力の供給を受けて、真空容器11の内部(反応プロセス領域60A)に誘導電界を発生させ、反応プロセス領域60Aにプラズマを発生させるためのものである。本実施形態のアンテナ63は、銅で形成された円管状の本体部と、本体部の表面を被覆する銀で形成された被覆層を備えている。アンテナ63のインピーダンスを低下するためには、電気抵抗の低い材料でアンテナ63を形成するのが好ましい。そこで、高周波の電流がアンテナの表面に集中するという特性を利用して、アンテナ63の本体部を安価で加工が容易な、しかも電気抵抗も低い銅で円管状に形成し、アンテナ63の表面を銅よりも電気抵抗の低い銀で被覆している。このように構成することで、高周波に対するアンテナ63のインピーダンスを低減して、アンテナ63に電流を効率よく流すことによりプラズマを発生させる効率を高めている。   The antenna 63 is supplied with electric power from the high frequency power supply 65, generates an induction electric field inside the vacuum vessel 11 (reaction process region 60A), and generates plasma in the reaction process region 60A. The antenna 63 of the present embodiment includes a tubular main body portion made of copper, and a covering layer made of silver covering the surface of the main body portion. In order to reduce the impedance of the antenna 63, it is preferable to form the antenna 63 with a material having low electrical resistance. Therefore, by utilizing the characteristic that high-frequency current concentrates on the surface of the antenna, the main body of the antenna 63 is formed into a circular tube with copper that is inexpensive and easy to process and has low electrical resistance. It is coated with silver, which has a lower electrical resistance than copper. With this configuration, the impedance of the antenna 63 with respect to the high frequency is reduced, and the efficiency of generating plasma is increased by allowing current to flow efficiently through the antenna 63.

アンテナ63は、マッチング回路を収容するマッチングボックス64を介して高周波電源65に接続されている。マッチングボックス64内には、図示しない可変コンデンサが設けられている。
アンテナ63は、導線部を介してマッチングボックス64に接続されている。導線部はアンテナ63と同様の素材からなる。ケース体61には、導線部を挿通するための挿通孔が形成されており、アンテナ収容室61A内側のアンテナ63と、アンテナ収容室61A外側のマッチングボックス64,高周波電源65とは、挿通孔に挿通される導線部を介して接続される。導線部と挿通孔との間にはシール部材が設けられ、アンテナ収容室61Aの内外で気密が保たれる。
The antenna 63 is connected to a high frequency power supply 65 via a matching box 64 that houses a matching circuit. A variable capacitor (not shown) is provided in the matching box 64.
The antenna 63 is connected to the matching box 64 via a conducting wire part. The conductor portion is made of the same material as that of the antenna 63. The case body 61 is formed with an insertion hole for inserting the conductor portion, and the antenna 63 inside the antenna accommodation chamber 61A, the matching box 64 outside the antenna accommodation chamber 61A, and the high frequency power supply 65 are formed in the insertion hole. It connects through the conducting wire part penetrated. A seal member is provided between the conductor portion and the insertion hole, and airtightness is maintained inside and outside the antenna accommodating chamber 61A.

また、反応プロセス領域60Aの周辺には反応性ガス供給手段が設けられている。反応性ガス供給手段は、反応性ガスボンベ67と、反応性ガスの流量を調整するマスフローコントローラ66と、反応性ガスを反応プロセス領域60Aに導入する配管68を主要な構成要素として具備している。反応プロセス領域60Aの反応性ガスボンベ67,マスフローコントローラ66は、成膜プロセス領域20Aの反応性ガスボンベ34、マスフローコントローラ33と同様の装置を採用することが可能である。また、反応性ガスとしても、成膜プロセス領域20Aと同様に、酸素ガスなど公知のガスを採用することができる。   Reactive gas supply means is provided around the reaction process region 60A. The reactive gas supply means includes a reactive gas cylinder 67, a mass flow controller 66 for adjusting the flow rate of the reactive gas, and a pipe 68 for introducing the reactive gas into the reaction process region 60A as main components. As the reactive gas cylinder 67 and the mass flow controller 66 in the reaction process region 60A, it is possible to employ the same devices as the reactive gas cylinder 34 and the mass flow controller 33 in the film forming process region 20A. Also, as the reactive gas, a known gas such as oxygen gas can be employed as in the film forming process region 20A.

反応性ガスボンベ67から配管68を通じて反応性ガスが反応プロセス領域60Aに導入された状態で、アンテナ63に高周波電源65から電力が供給されると、反応プロセス領域60A内のアンテナ63に面した領域にプラズマが発生する。このプラズマからは電子が放出され、この電子により基板Sの表面に形成された薄膜中の金属原子やこの金属原子の不完全酸化物は酸化され、金属原子の完全酸化物となる。   When the reactive gas is introduced from the reactive gas cylinder 67 through the pipe 68 into the reaction process region 60A, when power is supplied to the antenna 63 from the high-frequency power supply 65, the region in the reaction process region 60A facing the antenna 63 is formed. Plasma is generated. Electrons are emitted from the plasma, and the metal atoms in the thin film formed on the surface of the substrate S and the incomplete oxide of the metal atoms are oxidized by the electrons to become a complete oxide of metal atoms.

次に、本発明に係る光学測定手段について述べる。図1及び図2に示すように、本発明の光学測定手段80は、投光用センサヘッド81と、光ファイバ82と、光源83と、集光レンズ85と、受光用センサヘッド91と、光ファイバ92と、光学検出装置93と、を主要な構成要素として備えている。なお、投光用センサヘッド81,光ファイバ82,光源83,集光レンズ85は光学測定手段80の投光部を構成する。また、受光用センサヘッド91,光ファイバ92,集光レンズ85、光学検出装置93は光学測定手段80の受光部を構成する。   Next, the optical measuring means according to the present invention will be described. As shown in FIGS. 1 and 2, the optical measuring means 80 of the present invention includes a light projecting sensor head 81, an optical fiber 82, a light source 83, a condenser lens 85, a light receiving sensor head 91, and a light. A fiber 92 and an optical detection device 93 are provided as main components. The light projecting sensor head 81, the optical fiber 82, the light source 83, and the condenser lens 85 constitute a light projecting unit of the optical measuring unit 80. Further, the light receiving sensor head 91, the optical fiber 92, the condensing lens 85, and the optical detection device 93 constitute a light receiving portion of the optical measuring means 80.

光源83は、電源84から供給される電力によって白色光を発する装置である。本実施形態ではハロゲンランプを使用している。ハロゲンランプは、石英ガラスの管体に希ガスと共にヨウ素等のハロゲン物質を封入したもので、電圧を印加することで白色光を発光する。ただし、光源としてはハロゲンランプに限定されず、例えば、半導体レーザ等も使用することが可能である。半導体レーザは、ガリウム・ヒ素などの単結晶基板の上に薄膜の単結晶膜を結晶成長させた素子を有し、この素子に電流を流すことでレーザ光を発振する装置である。また、例えばキセノンランプの光を偏光フィルターで偏光させて単色光を発光する装置なども使用することができる。   The light source 83 is a device that emits white light using electric power supplied from the power source 84. In this embodiment, a halogen lamp is used. A halogen lamp is a quartz glass tube in which a halogen substance such as iodine is sealed together with a rare gas, and emits white light when a voltage is applied thereto. However, the light source is not limited to the halogen lamp, and for example, a semiconductor laser or the like can be used. A semiconductor laser is an apparatus that has an element in which a single crystal film of a thin film is grown on a single crystal substrate of gallium / arsenic or the like, and oscillates laser light by passing a current through the element. Further, for example, a device that emits monochromatic light by polarizing light of a xenon lamp with a polarizing filter can be used.

光源83には、光ファイバ82の一端が接続されている。光ファイバ82の他端には投光用センサヘッド81が設けられている。投光用センサヘッド81は、円筒状部材の内部に光ファイバ82の端部が収納された構造をしており、回転ドラム13の側面に対して略垂直となるように、真空容器11の側壁を貫通した状態で真空容器11の側壁に取り付けられている。光源83で発光した光は、光ファイバ82の一端から入射し、光ファイバ内部を伝送して他端に設けられた投光用センサヘッド81から回転ドラム13方向へ出射する。投光用センサヘッド81から出射した測定光は、集光レンズ85で集光され、基板S表面に照射される。投光用センサヘッド81から照射される光は広角に広がるため、これを収束するために集光レンズ85が設けられている。集光レンズ85を通過した測定光は、基板Sに向けて投光される。   One end of an optical fiber 82 is connected to the light source 83. A projecting sensor head 81 is provided at the other end of the optical fiber 82. The light projecting sensor head 81 has a structure in which the end of the optical fiber 82 is housed in a cylindrical member, and the side wall of the vacuum vessel 11 is substantially perpendicular to the side surface of the rotary drum 13. It is attached to the side wall of the vacuum vessel 11 in a state of penetrating through. The light emitted from the light source 83 enters from one end of the optical fiber 82, transmits through the inside of the optical fiber, and exits from the light projecting sensor head 81 provided at the other end toward the rotating drum 13. The measurement light emitted from the light projecting sensor head 81 is condensed by the condenser lens 85 and irradiated onto the surface of the substrate S. Since the light emitted from the light projecting sensor head 81 spreads over a wide angle, a condensing lens 85 is provided to converge the light. The measurement light that has passed through the condenser lens 85 is projected toward the substrate S.

基板Sに投光された測定光は、基板Sの表面と堆積された薄膜との間の界面で一部が透過して一部が反射する。すなわち、基板Sと薄膜とは材質が異なるため、光に対する屈折率が異なる。また、基板Sと大気でも屈折率が異なる。このため、基板Sと薄膜との間の界面、及び基板Sの表面では測定光の一部が反射する。反射光から膜厚を測定する具体的な方法については後述する。   The measurement light projected onto the substrate S is partially transmitted and partially reflected at the interface between the surface of the substrate S and the deposited thin film. That is, since the substrate S and the thin film are made of different materials, the refractive index with respect to light is different. Further, the refractive index is different between the substrate S and the atmosphere. For this reason, a part of the measurement light is reflected at the interface between the substrate S and the thin film and the surface of the substrate S. A specific method for measuring the film thickness from the reflected light will be described later.

基板Sから反射される反射光は、集光レンズ85で収束され、受光用センサヘッド91に入射する。受光用センサヘッド91には光ファイバ92の一端が接続されている。受光用センサヘッド91は、投光用センサヘッド81と同様に、円筒状部材の内部に光ファイバ92の先端部が収納された構造をしており、回転ドラム13の側面に向かって垂直方向に位置するように、真空容器11の側壁を貫通した状態で真空容器11の側壁に投光用センサヘッド81と隣接して取り付けられている。光ファイバ92の他端は光学検出装置93に接続している。受光用センサヘッド91に入射した反射光は、光ファイバ92の内部を伝送して光学検出装置93に入射する。   The reflected light reflected from the substrate S is converged by the condenser lens 85 and enters the light receiving sensor head 91. One end of an optical fiber 92 is connected to the light receiving sensor head 91. Similar to the light projecting sensor head 81, the light receiving sensor head 91 has a structure in which the tip end portion of the optical fiber 92 is housed inside the cylindrical member, and is vertically directed toward the side surface of the rotating drum 13. It is attached to the side wall of the vacuum vessel 11 adjacent to the light projecting sensor head 81 in a state of penetrating the side wall of the vacuum vessel 11. The other end of the optical fiber 92 is connected to the optical detection device 93. The reflected light incident on the light receiving sensor head 91 is transmitted through the optical fiber 92 and incident on the optical detection device 93.

光学検出装置93は光ファイバ92から伝送された光の強度を測定する装置である。光学検出装置93は、コリメータ93aと、分光素子としてのグレイティング93bと、受光素子としてのフォトダイオード93cと、A−D変換部93dと、演算手段としてのCPU(不図示)と、記憶手段としてのメモリ及びハードディスク(いずれも不図示)と、を主要な構成要素として具備している。
光学検出装置93に入射した反射光はコリメータ93aを通過する。コリメータは細いスリットが複数設けた平板状部材で、光ファイバから伝送された反射光を平行な光線の束に偏向する。コリメータ93aを通過した反射光はグレイティング93bに照射される。
The optical detection device 93 is a device that measures the intensity of light transmitted from the optical fiber 92. The optical detection device 93 includes a collimator 93a, a grating 93b as a spectroscopic element, a photodiode 93c as a light receiving element, an A-D conversion unit 93d, a CPU (not shown) as a calculation means, and a storage means. Memory and a hard disk (both not shown) as main components.
The reflected light incident on the optical detection device 93 passes through the collimator 93a. The collimator is a flat plate member provided with a plurality of thin slits, and deflects the reflected light transmitted from the optical fiber into a bundle of parallel light beams. The reflected light that has passed through the collimator 93a is applied to the grating 93b.

グレイティング93bは回折格子を備え、コリメータ93aから入射した光のうち所定の波長の光のみを出射する機能を有している。グレイティング93bは回転軸を有しており、グレイティング93bに入射する光とグレイティング93bとの相対角度を変更することにより、出射する光の波長を変更することが可能となっている。グレイティング93bから出射した光はフォトダイオード93cに照射される。   The grating 93b includes a diffraction grating and has a function of emitting only light having a predetermined wavelength out of light incident from the collimator 93a. The grating 93b has a rotation axis, and the wavelength of the emitted light can be changed by changing the relative angle between the light incident on the grating 93b and the grating 93b. The light emitted from the grating 93b is applied to the photodiode 93c.

フォトダイオード93cは、基板Sから反射した光を検知する受光素子である。本実施形態では受光素子としてフォトダイオードが用いられている。フォトダイオードはp型およびn型の半導体を結合したもので、その接合面に光が当たるとその光の強度に応じた電流を発生する。その電流はA−D変換部93dへ出力される。
A−D変換部93dは、フォトダイオード93cから出力される電気信号をデジタル信号に変換して出力する機能を有する。すなわち、A−D変換部93dでは、フォトダイオード93cで受光した光の強度をデジタル信号化して出力している。A−D変換部93dから出力されたデジタル信号は、膜物性値としてCPUで処理される。
The photodiode 93c is a light receiving element that detects light reflected from the substrate S. In the present embodiment, a photodiode is used as the light receiving element. A photodiode is a combination of p-type and n-type semiconductors. When light hits the junction surface, a current corresponding to the intensity of the light is generated. The current is output to the AD converter 93d.
The AD converter 93d has a function of converting the electrical signal output from the photodiode 93c into a digital signal and outputting the digital signal. That is, the A-D converter 93d converts the intensity of light received by the photodiode 93c into a digital signal and outputs it. The digital signal output from the AD converter 93d is processed by the CPU as a film property value.

CPUではA−D変換部93dから伝送される膜物性値に基づいて膜厚の演算を行う。ここで、光学検出装置93で膜厚を演算する原理を説明する。集光レンズ85で収束された測定光は、薄膜が形成されている基板S上に常時照射されている。基板S上に照射された測定光は膜の表面で反射する光と、薄膜と基板との境界で反射する光が干渉を起こして、全体としてのエネルギー反射率が膜厚により変化する。   The CPU calculates the film thickness based on the film property value transmitted from the A-D converter 93d. Here, the principle of calculating the film thickness by the optical detection device 93 will be described. The measurement light converged by the condenser lens 85 is constantly irradiated onto the substrate S on which the thin film is formed. The measurement light irradiated on the substrate S causes interference between the light reflected from the surface of the film and the light reflected from the boundary between the thin film and the substrate, and the overall energy reflectivity changes depending on the film thickness.

薄膜がこのような屈折率nsの透明基板に形成された場合、基板から反射または基板を透過する測定光の光量、薄膜の幾何学的膜厚dの増加とともに周期的に極値を表すことが知られている。すなわち、図9に示すように、薄膜の屈折率をn,測定光の波長をλとすると、形成された薄膜の光学膜厚ndがλ/4の整数倍となるたびに、光量に周期的な極値が現れる。この極値を基に光学膜厚ndの値を算出することで、幾何学的膜厚dを測定することができる。   When a thin film is formed on a transparent substrate having such a refractive index ns, the extremum may be expressed periodically as the amount of measurement light reflected from or transmitted through the substrate and the geometric film thickness d of the thin film increase. Are known. That is, as shown in FIG. 9, assuming that the refractive index of the thin film is n and the wavelength of the measuring light is λ, the amount of light periodically changes every time the optical film thickness nd of the formed thin film is an integral multiple of λ / 4. Extreme values appear. By calculating the value of the optical film thickness nd based on this extreme value, the geometric film thickness d can be measured.

より詳細に説明すると、まず基板から反射した光の強度をもとに所定の時間における光の強度を積算することで光量を算出する。次に、スパッタ開始後に測定された測定光の極値近傍における光量の平均値とスパッタ開始前における光量との差をA、極値を過ぎた任意点での光量と極値近傍での光量の平均値との差をBとして、B/Aを算出する。一方、所定の膜厚を有する基板のB/Aの値を異なる膜厚を有する複数の基板に対して事前に測定しておき、B/A値と膜厚との相関関係を関数として光学検出装置93のメモリに格納しておく。そして、成膜処理工程において所定のタイミングで光量をサンプリングしてB/Aの実測値を演算する。この演算された結果と事前に記憶されたB/A値の関数に基づいて、基板に形成された薄膜の膜厚を膜厚演算部であるCPUで演算する。演算された膜厚値は、光学検出装置93の膜厚記憶部であるメモリやハードディスクに格納される。   More specifically, the light amount is calculated by first integrating the light intensity at a predetermined time based on the light intensity reflected from the substrate. Next, A is the difference between the average value of the light quantity in the vicinity of the extreme value of the measurement light measured after the start of sputtering and the light quantity before the start of sputtering, and the light quantity at an arbitrary point after the extreme value and the light quantity in the vicinity of the extreme value. B / A is calculated with B being the difference from the average value. On the other hand, the B / A value of a substrate having a predetermined film thickness is measured in advance for a plurality of substrates having different film thicknesses, and optical detection is performed using the correlation between the B / A value and the film thickness as a function. It is stored in the memory of the device 93. Then, in the film forming process, the amount of light is sampled at a predetermined timing to calculate an actual measurement value of B / A. Based on this calculated result and the function of the B / A value stored in advance, the film thickness of the thin film formed on the substrate is calculated by the CPU which is the film thickness calculation unit. The calculated film thickness value is stored in a memory or a hard disk which is a film thickness storage unit of the optical detection device 93.

光学検出装置93では、基板Sから反射する反射光のうち、測定制御コンピュータ96から指示されるタイミングで測定光のサンプリングを行い、このサンプリングした測定光に基づいて膜厚を演算している。測定制御コンピュータ96からの指示は、後述するようにロータリーエンコーダ100で検出された回転位置に基づいている。
測定された膜厚の値は、測定制御コンピュータ96に出力され、ディスプレイに表示することが可能となっている。オペレータは、このディスプレイにリアルタイムに表示される膜厚の値を確認することで、成膜工程の進行具合を確認することができる。
The optical detection device 93 samples the measurement light out of the reflected light reflected from the substrate S at the timing instructed by the measurement control computer 96, and calculates the film thickness based on the sampled measurement light. The instruction from the measurement control computer 96 is based on the rotational position detected by the rotary encoder 100 as will be described later.
The measured film thickness value is output to the measurement control computer 96 and can be displayed on the display. The operator can confirm the progress of the film forming process by confirming the film thickness value displayed in real time on the display.

光学検出装置93は、上述したように単一の基板Sについて膜厚を演算する構成としているが、回転ドラム13の回転方向に沿った複数の基板に対して膜厚を測定して、その平均値を演算する平均値演算部を備える構成としてもよい。図6には、平均値演算部を備えた光学検出装置93が示されている。平均値演算部は、平均値算出ソフトウェアを光学検出装置93の記憶手段に予め記憶させておき、この平均値算出ソフトウェアに基づいてCPUで算出された膜厚を順次平均化することで平均値演算処理を行わせることが可能となっている。このように平均値演算部を備えることで、複数の基板で膜厚の測定を行ってその平均値を演算して取得することが可能となるため、ノイズが少なく正確な膜厚を測定することが可能となる。この平均値による膜厚測定や膜厚制御については、後述する第二の実施形態において詳細に説明する。   The optical detection device 93 is configured to calculate the film thickness for a single substrate S as described above, but the film thickness is measured for a plurality of substrates along the rotation direction of the rotary drum 13 and the average is obtained. It is good also as a structure provided with the average value calculating part which calculates a value. FIG. 6 shows an optical detection device 93 including an average value calculation unit. The average value calculation unit stores the average value calculation software in the storage unit of the optical detection device 93 in advance, and calculates the average value by sequentially averaging the film thicknesses calculated by the CPU based on the average value calculation software. Processing can be performed. By providing an average value calculation unit in this way, it is possible to measure the film thickness of a plurality of substrates and calculate and obtain the average value. Is possible. The film thickness measurement and film thickness control based on the average value will be described in detail in a second embodiment described later.

図6に示すように、測定制御コンピュータ96は、演算手段としてのCPUと、記憶手段としてのハードディスク及び半導体メモリと、複数の入力端子と、複数の出力端子と、を主要な構成要素として備えている。入力端子には入力手段としてのキーボード及びマウスが接続されており、出力端子には出力手段としてのディスプレイが接続されている。光学検出装置93の別の入力端子には測定制御コンピュータ96が電気的に接続されている。測定制御コンピュータ96の更に別の入力端子には、後に述べるロータリーエンコーダ100と接続された絶対位置信号生成装置111が電気的に接続されている。
一方、測定制御コンピュータ96の別の出力端子には、スパッタ制御装置50が電気的に接続されている。スパッタ制御装置50は、スパッタの開始や停止、成膜レートの調整などの薄膜形成装置1の制御全般を行う装置である。
As shown in FIG. 6, the measurement control computer 96 includes a CPU as arithmetic means, a hard disk and semiconductor memory as storage means, a plurality of input terminals, and a plurality of output terminals as main components. Yes. A keyboard and mouse as input means are connected to the input terminal, and a display as output means is connected to the output terminal. A measurement control computer 96 is electrically connected to another input terminal of the optical detection device 93. An absolute position signal generator 111 connected to a rotary encoder 100 described later is electrically connected to another input terminal of the measurement control computer 96.
On the other hand, the sputtering control device 50 is electrically connected to another output terminal of the measurement control computer 96. The sputter control device 50 is a device that performs overall control of the thin film forming apparatus 1 such as start and stop of sputtering and adjustment of the film forming rate.

次に、回転ドラム13の回転位置を検出する回転位置検出手段について説明する。図7は、本発明の回転位置検出手段の一例としてのロータリーエンコーダ100の斜視部分断面図である。ロータリーエンコーダ100は、ハウジング101(図7では不図示)と、ロータリーエンコーダ回転軸102と、回転スリット板103と、固定スリット板104と、発光素子105と、受光素子106とにより構成される。   Next, the rotation position detection means for detecting the rotation position of the rotary drum 13 will be described. FIG. 7 is a perspective partial sectional view of a rotary encoder 100 as an example of the rotational position detecting means of the present invention. The rotary encoder 100 includes a housing 101 (not shown in FIG. 7), a rotary encoder rotating shaft 102, a rotating slit plate 103, a fixed slit plate 104, a light emitting element 105, and a light receiving element 106.

ロータリーエンコーダ100は回転ドラム13の回転角度(アナログ量)をパルス信号(デジタル量)に変換する機能を有する。本実施形態では、ロータリーエンコーダ100としてアブソリュート型のロータリーエンコーダが用いられている。アブソリュート型のロータリーエンコーダは、回転の有無にかかわらず現在の回転位置を絶対位置情報として出力する。このため、回転ドラム13が停止している場合であっても回転ドラム13の絶対位置情報を常時取得することが可能となる。
本発明のロータリーエンコーダ100は、回転ドラム13の回転位置を検出する。また、回転ドラム13の外周面には基板Sが保持されている。従って、本発明の薄膜形成装置は、回転ドラム13の回転位置をロータリーエンコーダ100で検出することにより、基板Sの回転位置を間接的に検出することが可能となっている。
The rotary encoder 100 has a function of converting the rotation angle (analog amount) of the rotary drum 13 into a pulse signal (digital amount). In the present embodiment, an absolute type rotary encoder is used as the rotary encoder 100. The absolute type rotary encoder outputs the current rotational position as absolute position information regardless of the presence or absence of rotation. For this reason, even when the rotating drum 13 is stopped, the absolute position information of the rotating drum 13 can always be acquired.
The rotary encoder 100 of the present invention detects the rotational position of the rotary drum 13. A substrate S is held on the outer peripheral surface of the rotary drum 13. Therefore, the thin film forming apparatus of the present invention can indirectly detect the rotational position of the substrate S by detecting the rotational position of the rotary drum 13 with the rotary encoder 100.

図7では示していないが、ハウジング101は、ロータリーエンコーダ回転軸102,回転スリット板103,固定スリット板104,発光素子105,受光素子106を収納するケースである。図2に示すとおり、ハウジング101は、固定部材101aを用いて真空容器11の上面に固定されている。   Although not shown in FIG. 7, the housing 101 is a case that houses the rotary encoder rotating shaft 102, the rotating slit plate 103, the fixed slit plate 104, the light emitting element 105, and the light receiving element 106. As shown in FIG. 2, the housing 101 is fixed to the upper surface of the vacuum vessel 11 using a fixing member 101a.

ロータリーエンコーダ回転軸102は、カップリング110を介してドラム回転軸18bに接続されている。ロータリーエンコーダ回転軸102の端面と、ドラム回転軸18bの端面を接合して、接合面周囲をカップリングで固定することで、両回転軸を固定している。回転ドラム13の底面にはモータ17が接続されており、モータ17の駆動により回転ドラム13が回転する。その回転はドラム回転軸18b,カップリング110を介してロータリーエンコーダ回転軸102へ伝達され、ロータリーエンコーダ回転軸102は回転する。   The rotary encoder rotating shaft 102 is connected to the drum rotating shaft 18b via the coupling 110. Both the rotary shafts are fixed by joining the end face of the rotary encoder rotary shaft 102 and the end face of the drum rotary shaft 18b and fixing the periphery of the joint surface with a coupling. A motor 17 is connected to the bottom surface of the rotating drum 13, and the rotating drum 13 is rotated by driving the motor 17. The rotation is transmitted to the rotary encoder rotating shaft 102 via the drum rotating shaft 18b and the coupling 110, and the rotary encoder rotating shaft 102 rotates.

図7に戻って、ロータリーエンコーダ回転軸102の端面には、回転スリット板103が、回転スリット板103の中心軸とロータリーエンコーダ回転軸102が同軸となるように取り付けられている。回転スリット板103は、ドラム回転軸18bの回転に伴って、ロータリーエンコーダ回転軸102を回転軸として回転する。   Returning to FIG. 7, the rotary slit plate 103 is attached to the end surface of the rotary encoder rotary shaft 102 so that the central axis of the rotary slit plate 103 and the rotary encoder rotary shaft 102 are coaxial. The rotary slit plate 103 rotates with the rotary encoder rotary shaft 102 as a rotary shaft in accordance with the rotation of the drum rotary shaft 18b.

回転スリット板103は、エポキシ樹脂などから構成された円板状部材であり、板面には複数のスリット103aが設けられている。円板状部材の板面には、複数のスリットから構成されるトラックが複数設けられている。各トラックは円板状部材の中心から同心円状に配置されている。同じトラックに配置されるスリット103aは同一の形状をしており、互いに等間隔に配置されている。また、異なるトラックに配置されるスリット103aは、互いに異なる形状をしている。   The rotary slit plate 103 is a disk-shaped member made of an epoxy resin or the like, and a plurality of slits 103a are provided on the plate surface. A plurality of tracks including a plurality of slits are provided on the plate surface of the disk-shaped member. Each track is arranged concentrically from the center of the disk-shaped member. The slits 103a arranged on the same track have the same shape and are arranged at equal intervals. In addition, the slits 103a arranged in different tracks have different shapes.

固定スリット板104は、複数の格子状スリット104aが設けられた平板状部材である。固定スリット板104は、回転スリット板103に対して一定間隔を空けて平行に設けられている。固定スリット板104はハウジング101に固定されている。このため、ロータリーエンコーダ回転軸102が回転しても固定スリット板104は回転しない。   The fixed slit plate 104 is a flat plate member provided with a plurality of lattice slits 104a. The fixed slit plate 104 is provided in parallel to the rotary slit plate 103 at a predetermined interval. The fixed slit plate 104 is fixed to the housing 101. For this reason, even if the rotary encoder rotating shaft 102 rotates, the fixed slit plate 104 does not rotate.

ハウジング101内には、複数の発光素子105および複数の受光素子106が設けられている。発光素子105および受光素子106は、回転スリット板103と固定スリット板104を挟んで互いに対向して配置されている。発光素子105としては、発光ダイオードなど公知の素子が用いられる。受光素子106としては、フォトトランジスタなど公知の素子が用いられる。発光素子105および受光素子106は、回転スリット板103のトラック数と同じ数だけそれぞれ設けられている。   In the housing 101, a plurality of light emitting elements 105 and a plurality of light receiving elements 106 are provided. The light emitting element 105 and the light receiving element 106 are arranged to face each other with the rotating slit plate 103 and the fixed slit plate 104 interposed therebetween. As the light emitting element 105, a known element such as a light emitting diode is used. A known element such as a phototransistor is used as the light receiving element 106. The light emitting elements 105 and the light receiving elements 106 are provided in the same number as the number of tracks of the rotary slit plate 103, respectively.

発光素子105から照射される光は、回転スリット板103のスリット103aおよび固定スリット板104の格子状スリット104aの両スリットを透過した場合に受光素子106で検出される。ロータリーエンコーダ回転軸102が回転することにより回転スリット板103が回転して、回転スリット板103のスリットとスリットの間で光路が遮られた場合には、受光素子106では光は検出されない。   The light emitted from the light emitting element 105 is detected by the light receiving element 106 when it passes through both the slits 103 a of the rotating slit plate 103 and the lattice slits 104 a of the fixed slit plate 104. When the rotary encoder rotating shaft 102 rotates to rotate the rotary slit plate 103 and the optical path is blocked between the slits of the rotary slit plate 103, the light receiving element 106 does not detect light.

複数の受光素子106は、それぞれ異なるトラックにおいてスリット103aを通過する光を検知する。スリット103aの形状や配置はトラック毎にそれぞれ異なっているため、回転スリット板103の回転位置によって光を受光している受光素子106の組み合わせは異なる。逆にいえば、光を受光している受光素子106の組み合わせに基づいて、回転ドラム13の回転位置を決定することができる。   The plurality of light receiving elements 106 detect light passing through the slit 103a in different tracks. Since the shape and arrangement of the slits 103 a are different for each track, the combination of the light receiving elements 106 that receive light differs depending on the rotational position of the rotary slit plate 103. Conversely, the rotational position of the rotating drum 13 can be determined based on the combination of the light receiving elements 106 that receive light.

ロータリーエンコーダ100の受光素子106は、図6に示すように、絶対位置信号生成装置111と電気的に接続されている。絶対位置信号生成装置111は、回転ドラム13の回転位置を絶対値として出力する。絶対位置信号生成装置111は、A−D変換部111aおよび絶対位置信号生成部111bを備える。   As shown in FIG. 6, the light receiving element 106 of the rotary encoder 100 is electrically connected to the absolute position signal generation device 111. The absolute position signal generator 111 outputs the rotational position of the rotary drum 13 as an absolute value. The absolute position signal generation device 111 includes an A / D conversion unit 111a and an absolute position signal generation unit 111b.

A−D変換部111aはロータリーエンコーダ100の受光素子106に電気的に接続され、受光素子106から出力された電気信号をデジタル信号に変換して出力する。すなわち、受光素子106で検出した明暗情報を波形整形して矩形波のパルス信号として出力する。これにより、アナログ量である回転ドラム13の回転位置をデジタル信号に変換することができる。   The A-D conversion unit 111a is electrically connected to the light receiving element 106 of the rotary encoder 100, converts the electrical signal output from the light receiving element 106 into a digital signal, and outputs the digital signal. That is, the light / dark information detected by the light receiving element 106 is waveform-shaped and output as a rectangular pulse signal. Thereby, the rotation position of the rotary drum 13 which is an analog amount can be converted into a digital signal.

絶対位置信号生成部111bは、A−D変換部111aから出力されるデジタル信号を基に、回転ドラム13の絶対位置情報を演算する。絶対位置信号生成部111bでは、発光素子105からの光を受光している受光素子106の組み合わせから、回転ドラム13の回転位置を一義的に決定する。回転ドラム13の回転位置は二進数のデータとして測定制御コンピュータ96へ出力される。   The absolute position signal generation unit 111b calculates the absolute position information of the rotary drum 13 based on the digital signal output from the A / D conversion unit 111a. In the absolute position signal generation unit 111b, the rotational position of the rotary drum 13 is uniquely determined from the combination of the light receiving elements 106 that receive the light from the light emitting elements 105. The rotational position of the rotary drum 13 is output to the measurement control computer 96 as binary data.

測定制御コンピュータ96へ入力された回転位置は、測定制御コンピュータ96のCPUで演算処理されて実数値化される。本実施形態で使用されるロータリーエンコーダ100の分解能は16ビットであるため、回転ドラム13の回転位置は「1」から「65536」までの数値情報に変換される。以下、回転ドラム13の回転位置を「番地」と呼ぶ。番地情報は測定制御コンピュータ96の記憶手段に保持される。   The rotational position input to the measurement control computer 96 is processed by the CPU of the measurement control computer 96 and converted into a real value. Since the resolution of the rotary encoder 100 used in this embodiment is 16 bits, the rotational position of the rotary drum 13 is converted into numerical information from “1” to “65536”. Hereinafter, the rotational position of the rotary drum 13 is referred to as “address”. The address information is held in the storage means of the measurement control computer 96.

本実施形態で使用されるロータリーエンコーダ100は16ビットの分解能を有している。すなわち、(360/65536)°の回転角の変化を検出することができる。ただし、本発明で用いられるロータリーエンコーダの分解能はこれに限定されず、16ビットよりも分解能が低いものであっても、回転ドラム13の回転位置を十分に検出できるものであれば使用できる。なお、16ビットよりも分解能が高いロータリーエンコーダも当然使用することができる。   The rotary encoder 100 used in this embodiment has a 16-bit resolution. That is, a change in the rotation angle of (360/65536) ° can be detected. However, the resolution of the rotary encoder used in the present invention is not limited to this, and even if the resolution is lower than 16 bits, it can be used as long as the rotational position of the rotary drum 13 can be sufficiently detected. Of course, a rotary encoder having a resolution higher than 16 bits can also be used.

本実施形態で使用されているロータリーエンコーダ100は光学素子を用いる光学式であるが、回転円板の外周面に一定間隔ごとに磁性体を配置し、円板の回転による磁気の変化を検知する磁気式であってもよい。また、本実施形態で使用するロータリーエンコーダ100はアブソリュート式を採用しているが、回転軸が回転している場合にのみ回転位置を出力するインクリメンタル式であってもよい。
ただし、ロータリーエンコーダ100としては、回転の有無にかかわらず常時回転位置を検出することが可能なアブソリュート式であるほうが好適である。
The rotary encoder 100 used in the present embodiment is an optical type using an optical element. However, a magnetic material is arranged at regular intervals on the outer peripheral surface of the rotating disk, and changes in magnetism due to the rotation of the disk are detected. It may be magnetic. The rotary encoder 100 used in this embodiment employs an absolute type, but may be an incremental type that outputs a rotational position only when the rotary shaft is rotating.
However, the rotary encoder 100 is preferably an absolute type that can always detect the rotational position regardless of the presence or absence of rotation.

測定制御コンピュータ96は、ロータリーエンコーダ100で検出された回転位置を番地情報に変換する番地情報生成部と、ロータリーエンコーダ100で検出された回転位置に基づいて光学検出装置93の測定タイミングを制御するタイミング決定部を備えている。番地情報生成部では、ロータリーエンコーダ100で検出された回転位置に基づいて、測定制御コンピュータ96のCPUが回転位置を番地情報に変換する。タイミング決定部では、番地情報生成部で生成された番地情報に基づいて、光学検出装置93において反射光のサンプリングを行うタイミングが決定される。具体的には、所定の番地(例えば、199番地)になるとサンプリング開始信号が生成され、このサンプリング開始信号が光学検出装置93に送信される。また、所定の番地(例えば、201番地)になるとサンプリング停止信号が生成されて光学検出装置93に送信される。
なお、測定制御コンピュータ96は本発明の測定制御手段に相当する。
The measurement control computer 96 controls the measurement timing of the optical detection device 93 based on the address information generation unit that converts the rotational position detected by the rotary encoder 100 into address information, and the rotational position detected by the rotary encoder 100. A determination unit is provided. In the address information generation unit, based on the rotation position detected by the rotary encoder 100, the CPU of the measurement control computer 96 converts the rotation position into address information. The timing determination unit determines the timing for sampling the reflected light in the optical detection device 93 based on the address information generated by the address information generation unit. Specifically, a sampling start signal is generated at a predetermined address (for example, address 199), and this sampling start signal is transmitted to the optical detection device 93. When a predetermined address (for example, address 201) is reached, a sampling stop signal is generated and transmitted to the optical detection device 93.
The measurement control computer 96 corresponds to the measurement control means of the present invention.

光学検出装置93は受信したサンプリング開始信号に応答して反射光のサンプリングを開始する。サンプリングが開始されると、光学検出装置93のフォトダイオードで受光される反射光の光量データがメモリに記憶される。サンプリングは光学検出装置93の内部クロックに同期して行われ、測定制御コンピュータ96からのサンプリング停止信号を受信するまで継続される。サンプリング停止信号を受信した場合には、光学検出装置93は光量データのサンプリングを停止する。そして、サンプリング開始信号を受信した後からサンプリング停止信号を受信するまでの間に受光した光量の積算値に基づいてCPUによりB/A値の算出が行われる。更に、CPUではこのB/A値の実測値に基づいて膜厚が算出される。   The optical detector 93 starts sampling the reflected light in response to the received sampling start signal. When sampling is started, the light quantity data of the reflected light received by the photodiode of the optical detection device 93 is stored in the memory. Sampling is performed in synchronization with the internal clock of the optical detection device 93 and is continued until a sampling stop signal from the measurement control computer 96 is received. When the sampling stop signal is received, the optical detection device 93 stops sampling the light amount data. Then, the B / A value is calculated by the CPU based on the integrated value of the amount of light received after the sampling start signal is received and before the sampling stop signal is received. Further, the CPU calculates the film thickness based on the actual measurement value of the B / A value.

このように、本実施形態の薄膜形成装置1によれば、ロータリーエンコーダ100で検出した回転位置に基づいて光学検出装置93で膜厚を測定するタイミングを決定しているため、一回転ごとに所定の回転位置にある基板Sに対して膜厚の測定を行うことができる。すなわち、回転ドラム13の回転により基板Sの位置が変動しても、常に同じ基板の同じ位置に対して同じ入射角で照射された測定光に基づいて膜厚を測定することができる。従って、膜厚を正確に測定することが可能となる。   As described above, according to the thin film forming apparatus 1 of the present embodiment, the timing at which the film thickness is measured by the optical detection device 93 is determined based on the rotation position detected by the rotary encoder 100. The film thickness can be measured on the substrate S at the rotational position. That is, even if the position of the substrate S fluctuates due to the rotation of the rotating drum 13, the film thickness can always be measured based on the measurement light irradiated at the same incident angle on the same position of the same substrate. Therefore, the film thickness can be accurately measured.

更に、図1及び図6に示すように、測定制御コンピュータ96は、スパッタ制御装置50に電気的に接続されている。スパッタ制御装置50は膜厚制御信号生成部を備えており、測定制御コンピュータ96から入力される膜厚データに基づいて成膜レートを調整して、膜厚を制御する膜厚制御信号を生成する。   Further, as shown in FIGS. 1 and 6, the measurement control computer 96 is electrically connected to the sputtering control device 50. The sputter control device 50 includes a film thickness control signal generation unit, adjusts the film formation rate based on the film thickness data input from the measurement control computer 96, and generates a film thickness control signal for controlling the film thickness. .

スパッタ制御装置50は更に、マグネトロンスパッタ電極21a,21bに電力を供給するトランス23に電気的に接続されており、膜厚制御信号をトランス23に送信することが可能となっている。膜厚制御信号を受信したトランス23は、膜厚制御信号に応答してマグネトロンスパッタ電極21a,21bに供給される電力量を調整することが可能となっている。このように、本実施形態の薄膜形成装置では、トランス23を制御することで成膜レート、すなわち基板Sに供給される膜原料物質の量を調整して、基板Sに形成される薄膜の膜厚を調整することが可能となっている。
具体的には、マグネトロンスパッタ電極21a,21bに供給される電力の量を大きくすると、ターゲット22a,22bがスパッタされる量が多くなり、基板Sに付着する膜原料物質の量が多くなる。逆に、マグネトロンスパッタ電極21a,21bに供給される電力の量を小さくすると、ターゲット22a,22bがスパッタされる量が少なくなり、基板Sに付着する膜原料物質の量が少なくなる。
Further, the sputtering control device 50 is electrically connected to a transformer 23 that supplies power to the magnetron sputtering electrodes 21 a and 21 b, and can transmit a film thickness control signal to the transformer 23. The transformer 23 that has received the film thickness control signal can adjust the amount of power supplied to the magnetron sputtering electrodes 21a and 21b in response to the film thickness control signal. As described above, in the thin film forming apparatus of this embodiment, the film forming rate, that is, the amount of the film raw material supplied to the substrate S is adjusted by controlling the transformer 23 to thereby form the thin film formed on the substrate S. The thickness can be adjusted.
Specifically, when the amount of electric power supplied to the magnetron sputtering electrodes 21a and 21b is increased, the amount of sputtering of the targets 22a and 22b increases, and the amount of film raw material adhering to the substrate S increases. Conversely, when the amount of power supplied to the magnetron sputtering electrodes 21a and 21b is reduced, the amount of sputtering of the targets 22a and 22b is reduced, and the amount of film raw material adhering to the substrate S is reduced.

また、スパッタ制御装置50は、マスフローコントローラ31,33に電気的に接続されており、膜厚制御信号をマスフローコントローラ31,33に送信することが可能となっている。膜厚制御信号を受信したマスフローコントローラ31,33は、膜厚制御信号に応答して、マスフローコントローラ31,33を通過するガスの流量を制御することが可能となっている。
具体的には、スパッタ制御装置50は、マスフローコントローラ31,33を通過するガスの流量を流量設定値として送信して、マスフローコントローラ31,33内の電子回路に流量の設定値として格納する。マスフローコントローラ31,33は、通過するガスの流量がこの設定値に近づくようにコントロールバルブの開閉を行って、流量を調整する。ガスの流量が増加すると、ターゲット22a,22bに供給されるスパッタガスの量が多くなる。従って、スパッタされる量が増加するため、成膜レートが上昇して膜厚が増加する。逆に、ガスの流量が減少すると、ターゲット22a,22bに供給されるスパッタガスの量が少なくなる。従って、スパッタされる量が減少するため、成膜レート下降する。
Further, the sputtering control device 50 is electrically connected to the mass flow controllers 31 and 33, and can transmit a film thickness control signal to the mass flow controllers 31 and 33. The mass flow controllers 31 and 33 that have received the film thickness control signal can control the flow rate of the gas passing through the mass flow controllers 31 and 33 in response to the film thickness control signal.
Specifically, the sputtering control device 50 transmits the flow rate of the gas passing through the mass flow controllers 31 and 33 as a flow rate setting value, and stores it as a flow rate setting value in an electronic circuit in the mass flow controllers 31 and 33. The mass flow controllers 31 and 33 adjust the flow rate by opening and closing the control valve so that the flow rate of the passing gas approaches this set value. As the gas flow rate increases, the amount of sputtering gas supplied to the targets 22a and 22b increases. Therefore, since the amount of sputtering increases, the film formation rate increases and the film thickness increases. Conversely, when the gas flow rate decreases, the amount of sputtering gas supplied to the targets 22a and 22b decreases. Accordingly, since the amount of sputtering is reduced, the film formation rate is lowered.

更にまた、スパッタ制御装置50は、補正板駆動モータ42a,42bに電気的に接続されており、膜厚制御信号を補正板駆動モータ42a,42bに送信することが可能となっている。膜厚制御信号を受信した補正板駆動モータ42a,42bは、膜厚制御信号に応答して、膜厚補正板41a,41bの移動量を調整することが可能となっている。
具体的には、スパッタ制御装置50は、膜厚補正板41a,41bがターゲット22a,22bの中心方向へ向かうように補正板駆動モータ42a,42bを駆動すると、ターゲット22a,22bの前面を覆う膜厚補正板41a,41bの面積が増加して、基板Sに付着する膜原料物質の量が減少する。逆に、膜厚補正板41a,41bがターゲット22a,22bの中心方向から離れるように補正板駆動モータ42a,42bを駆動すると、ターゲット22a,22bの前面を覆う膜厚補正板41a,41bの面積が減少して、基板Sに付着する膜原料物質の量が増加する。このような制御を行うことにより、基板Sに形成される膜厚を調整して、所望の膜厚とすることが可能となる。
Furthermore, the sputtering control device 50 is electrically connected to the correction plate driving motors 42a and 42b, and can transmit a film thickness control signal to the correction plate driving motors 42a and 42b. The correction plate drive motors 42a and 42b that have received the film thickness control signal can adjust the movement amounts of the film thickness correction plates 41a and 41b in response to the film thickness control signal.
Specifically, when the correction plate driving motors 42a and 42b are driven so that the film thickness correction plates 41a and 41b are directed toward the center of the targets 22a and 22b, the sputtering controller 50 covers the front surfaces of the targets 22a and 22b. As the areas of the thickness correction plates 41a and 41b increase, the amount of film raw material adhering to the substrate S decreases. Conversely, when the correction plate drive motors 42a and 42b are driven so that the film thickness correction plates 41a and 41b are separated from the center direction of the targets 22a and 22b, the areas of the film thickness correction plates 41a and 41b covering the front surfaces of the targets 22a and 22b. Decreases, and the amount of film raw material adhering to the substrate S increases. By performing such control, the film thickness formed on the substrate S can be adjusted to a desired film thickness.

本実施形態の薄膜形成装置1は、上述のようにスパッタ制御装置50によりターゲット22a,22bに供給される電力量の調整、ターゲットに供給されるガスの流量の調整、及び、膜厚補正板の移動量の調整の3つの調整を行うことができるように構成されているが、これらのうちいずれか1のみ、あるいはいずれか2つを調整できるものとしてもよい。   As described above, the thin film forming apparatus 1 of the present embodiment adjusts the amount of power supplied to the targets 22a and 22b by the sputtering controller 50, adjusts the flow rate of the gas supplied to the target, and the film thickness correction plate. Although it is configured to be able to perform three adjustments of adjustment of the movement amount, only one of these or any two of them may be adjusted.

本実施形態の薄膜形成装置1では、ロータリーエンコーダ100で検出した回転位置に基づいて光学検出装置93で膜厚を測定するタイミングを決定しているため、上述したように膜厚を正確に測定することが可能となる。このような正確な膜厚情報に基づいてスパッタ制御装置50により成膜レートの調整が行われるため、膜厚の調整を厳密に行うことが可能となり、所望の膜厚を有する光学製品を得ることができる。   In the thin film forming apparatus 1 of the present embodiment, the timing at which the optical detection device 93 measures the film thickness is determined based on the rotational position detected by the rotary encoder 100, and thus the film thickness is accurately measured as described above. It becomes possible. Since the film formation rate is adjusted by the sputtering control device 50 based on such accurate film thickness information, the film thickness can be adjusted strictly, and an optical product having a desired film thickness can be obtained. Can do.

次に、本実施形態の薄膜形成装置1を用いて薄膜を製造する方法について、酸化ケイ素(SiO)を積層させた薄膜を製造する二つの実施形態を挙げて説明する。薄膜の形成は、薄膜形成の準備を行う工程、酸化ケイ素の薄膜を形成する工程、薄膜形成を終了する工程の順に行われる。
本実施形態の薄膜形成装置1では、ターゲット22a,22bとしてケイ素を、成膜プロセス領域20Aに導入されるスパッタガスとしてアルゴンガスを、成膜プロセス領域20Aに導入される反応性ガスとして酸素ガスを、反応プロセス領域60Aに導入される反応性ガスとして酸素ガスを使用している。
Next, a method for manufacturing a thin film using the thin film forming apparatus 1 of the present embodiment will be described with reference to two embodiments for manufacturing a thin film in which silicon oxide (SiO 2 ) is laminated. The formation of the thin film is performed in the order of a step of preparing the thin film formation, a step of forming the silicon oxide thin film, and a step of finishing the thin film formation.
In the thin film forming apparatus 1 of this embodiment, silicon is used as the targets 22a and 22b, argon gas is used as the sputtering gas introduced into the film forming process region 20A, and oxygen gas is used as the reactive gas introduced into the film forming process region 20A. The oxygen gas is used as the reactive gas introduced into the reaction process region 60A.

(第一の実施形態)
本発明における第一の実施形態に係る薄膜形成処理工程の流れを示す。図8は第一の実施形態に係る薄膜形成処理工程を示すフロー図である。本実施形態では、回転ドラム13の回転位置が200番地にある基板Sに対して、膜厚測定を一回転ごとに行っている。実際の測定では、199番地から201番地までの間に光学検出装置93で受光した光の全光量を取得して、膜厚の演算に用いている。
(First embodiment)
The flow of the thin film formation processing process which concerns on 1st embodiment in this invention is shown. FIG. 8 is a flowchart showing a thin film forming process according to the first embodiment. In the present embodiment, the film thickness is measured for each rotation of the substrate S whose rotational position of the rotary drum 13 is at address 200. In actual measurement, the total amount of light received by the optical detection device 93 between address 199 and address 201 is acquired and used for the calculation of the film thickness.

ステップ1(SA1)は、膜厚を測定する番地とスパッタを終了する膜厚を設定するステップである。測定制御コンピュータ96のキーボードからオペレータが所望の条件を入力する。本実施形態では、回転位置が200番地にある基板Sに対して膜厚測定を行うように設定する。この200番地では、測定する予定の基板から反射する光が受光用センサヘッド91に対して平行に入射することが事前に確認されている。また、オペレータはキーボードから所望のスパッタ終了膜厚をセットする。入力された終了膜厚は、測定制御コンピュータ96内でB/A値に変換される。   Step 1 (SA1) is a step of setting an address for measuring the film thickness and a film thickness at which sputtering is terminated. An operator inputs desired conditions from the keyboard of the measurement control computer 96. In the present embodiment, the film thickness is set to be measured for the substrate S whose rotational position is at the address 200. At this address 200, it has been confirmed in advance that the light reflected from the substrate to be measured is incident on the light receiving sensor head 91 in parallel. Further, the operator sets a desired film thickness after the sputtering from the keyboard. The input end film thickness is converted into a B / A value in the measurement control computer 96.

ステップ2(SA2)は、薄膜形成準備処理を開始するステップである。まず、ターゲット22a,22bをマグネトロンスパッタ電極21a,21bに保持させる。本実施形態では、ターゲット22a,22bの材料としてケイ素(Si)を用いる。扉11Cを閉じた状態で真空ポンプ15aを作動させて排気を行い、薄膜形成室11Aを10−2Pa〜10Pa程度の真空状態にする。このとき、バルブV1,V2,V3が開放され、アンテナ収容室61Aも同時に排気される。 Step 2 (SA2) is a step of starting the thin film formation preparation process. First, the targets 22a and 22b are held on the magnetron sputter electrodes 21a and 21b. In the present embodiment, silicon (Si) is used as the material for the targets 22a and 22b. With the door 11C closed, the vacuum pump 15a is operated to evacuate, and the thin film forming chamber 11A is brought to a vacuum state of about 10 −2 Pa to 10 Pa. At this time, the valves V1, V2, and V3 are opened, and the antenna accommodating chamber 61A is exhausted at the same time.

その後、回転ドラム13をロードロック室11Bの位置でロックした状態で、回転ドラム13に基板Sを保持した基板保持板13aを取り付ける。続いて、扉11Dを閉じた状態で真空ポンプ15bを作動させてロードロック室11Bを排気し、10−2Pa〜10Pa程度の真空状態にする。更に、扉11Cを開いて回転ドラム13を薄膜形成室11Aへ移動させる。回転ドラム13を薄膜形成室11Aへ移動させた後に扉11Cを再び閉じる。真空容器11の内部,アンテナ収容室61Aの内部を上述の所定の圧力に減圧する。その後、真空容器11の内部,アンテナ収容室61Aの内部の圧力が安定した後に、成膜プロセス領域20Aの圧力を1.0×10−1Pa〜1.3Paに調整する。 Thereafter, the substrate holding plate 13a holding the substrate S is attached to the rotating drum 13 with the rotating drum 13 locked at the position of the load lock chamber 11B. Subsequently, the vacuum pump 15b is operated with the door 11D closed, and the load lock chamber 11B is evacuated to a vacuum state of about 10 −2 Pa to 10 Pa. Further, the door 11C is opened and the rotating drum 13 is moved to the thin film forming chamber 11A. After the rotary drum 13 is moved to the thin film forming chamber 11A, the door 11C is closed again. The inside of the vacuum vessel 11 and the inside of the antenna housing chamber 61A are depressurized to the above-described predetermined pressure. Thereafter, after the pressure inside the vacuum container 11 and the inside of the antenna housing chamber 61A is stabilized, the pressure in the film forming process region 20A is adjusted to 1.0 × 10 −1 Pa to 1.3 Pa.

ステップ3(SA3)は、回転ドラム13の回転を開始するステップである。回転ドラム13の回転は、オペレータが薄膜形成装置1の図示しない操作パネルに設けられたドラム回転スイッチを押すことにより開始される。ドラム回転スイッチを押すと、モータ17が作動して回転ドラム13が回転する。また、測定制御コンピュータ96には、ロータリーエンコーダ100から回転ドラム13の回転位置(番地情報)が出力される。測定制御コンピュータ96はまた、検出される番地情報と測定制御コンピュータ96の内部クロックに基づいて回転ドラム13の回転速度を演算する。回転ドラム13の回転速度がほぼ一定になると次のステップへ移行する。   Step 3 (SA3) is a step for starting the rotation of the rotary drum 13. The rotation of the rotary drum 13 is started when the operator presses a drum rotation switch provided on an operation panel (not shown) of the thin film forming apparatus 1. When the drum rotation switch is pressed, the motor 17 is activated and the rotary drum 13 is rotated. Further, the rotational position (address information) of the rotary drum 13 is output from the rotary encoder 100 to the measurement control computer 96. The measurement control computer 96 also calculates the rotational speed of the rotary drum 13 based on the detected address information and the internal clock of the measurement control computer 96. When the rotation speed of the rotary drum 13 becomes substantially constant, the process proceeds to the next step.

本実施形態における薄膜形成装置では、成膜プロセス領域20Aにおいて基板Sの表面に薄膜を形成し、続く反応プロセス領域60Aにおいてこの薄膜の酸化処理を行うことで基板表面に中間薄膜を形成している。このため、回転ドラム13の回転が遅いと、成膜プロセス領域20Aにおいて形成される薄膜が厚くなり、反応プロセス領域60Aでこれを完全には酸化することが困難となり、不純物の混じった不均一な薄膜が形成されるという不都合がある。   In the thin film forming apparatus according to the present embodiment, a thin film is formed on the surface of the substrate S in the film forming process region 20A, and an intermediate thin film is formed on the substrate surface by performing an oxidation treatment on the thin film in the subsequent reaction process region 60A. . For this reason, if the rotation of the rotary drum 13 is slow, the thin film formed in the film forming process region 20A becomes thick, and it becomes difficult to completely oxidize the film in the reaction process region 60A. There is a disadvantage that a thin film is formed.

また、反応プロセス領域60Aにおいて行われる酸化工程では、薄膜の酸化反応により薄膜の膨張現象が起こる。このような体積の増加は薄膜内部に圧縮応力を生じる。成膜プロセス領域20Aで形成される薄膜の膜厚が厚い場合、生成される薄膜は薄膜間の隙間構造が少なく、酸化ケイ素が密に凝集した薄膜構造となっている。このような薄膜では、反応プロセス領域60Aでの酸化反応による体積膨張の影響が大きい。一方、成膜プロセス領域20Aで形成される薄膜の膜厚が薄い場合、生成される薄膜は薄膜間に生じる隙間構造を多く有している。このような薄膜において体積が膨張した場合、増加した体積は隙間構造に吸収されるため、薄膜内部に圧縮応力が生じにくい。   In the oxidation process performed in the reaction process region 60A, the thin film expands due to the oxidation reaction of the thin film. Such an increase in volume generates a compressive stress inside the thin film. When the thickness of the thin film formed in the film forming process region 20A is large, the generated thin film has a gap structure between the thin films and has a thin film structure in which silicon oxide is densely aggregated. In such a thin film, the influence of volume expansion due to the oxidation reaction in the reaction process region 60A is large. On the other hand, when the thin film formed in the film forming process region 20A is thin, the generated thin film has many gap structures formed between the thin films. When the volume expands in such a thin film, the increased volume is absorbed by the gap structure, so that compressive stress is hardly generated inside the thin film.

更に、回転ドラム13が低速回転している場合は、回転のぶれが大きく、正確な膜厚測定や薄膜形成処理の制御が困難となる。一方、回転ドラム13の回転速度が大きい場合、回転軸の回転部分に発生する遠心力が大きく、ぶれの少ない安定した回転が得られる。   Further, when the rotating drum 13 is rotating at a low speed, the rotational fluctuation is large, and it is difficult to accurately measure the film thickness and control the thin film forming process. On the other hand, when the rotational speed of the rotating drum 13 is high, the centrifugal force generated in the rotating portion of the rotating shaft is large, and a stable rotation with little shaking is obtained.

上述のように、回転ドラム13の回転速度が小さい場合には様々な問題が生じる。このような問題を回避するため、薄膜形成処理においては回転ドラム13の回転速度は早いほうが好ましく、特に20rpm以上であることが好適である。
本発明の薄膜形成装置は、ロータリーエンコーダ100を用いて基板の回転位置を検出して、この回転位置に基づいて薄膜測定を行っているため、回転ドラム13をこのような高速で回転した状態のまま膜厚の測定をリアルタイムに行うことが可能となっている。
As described above, various problems occur when the rotation speed of the rotary drum 13 is low. In order to avoid such a problem, the rotation speed of the rotary drum 13 is preferably higher in the thin film forming process, and particularly preferably 20 rpm or more.
Since the thin film forming apparatus of the present invention detects the rotational position of the substrate using the rotary encoder 100 and performs thin film measurement based on this rotational position, the rotating drum 13 is rotated at such a high speed. The film thickness can be measured in real time.

ステップ4(SA4)は、投光を開始するステップである。本実施形態では連続光を照射するので、光源83の図示しないスイッチをオペレータがオンにすることで投光が開始される。なお、投光の開始をオペレータが手動で行うのでは無く、例えば光源83を測定制御コンピュータ96と電気的に接続して、所定の条件になると測定制御コンピュータ96からの指示により自動的に投光を行うようにしてもよい。
光源のスイッチがオンになると、電源84から供給される電力により光源83は白色光を発光する。光源83からの光は光ファイバ82内を伝送して、投光用センサヘッド81端部より基板Sの表面に照射される。なお、本実施形態において、ドラム回転ステップ(S3)の後に投光工程が開始されているが、ドラム回転ステップ(S3)や薄膜形成準備ステップ(S2)の間に開始されてもよい。
Step 4 (SA4) is a step for starting light projection. In the present embodiment, since continuous light is emitted, light projection is started when an operator turns on a switch (not shown) of the light source 83. The operator does not start the projection manually. For example, when the light source 83 is electrically connected to the measurement control computer 96 and a predetermined condition is met, the projection is automatically performed according to an instruction from the measurement control computer 96. May be performed.
When the light source switch is turned on, the light source 83 emits white light by the power supplied from the power source 84. Light from the light source 83 is transmitted through the optical fiber 82 and is irradiated onto the surface of the substrate S from the end of the light projecting sensor head 81. In the present embodiment, the light projecting step is started after the drum rotating step (S3), but may be started during the drum rotating step (S3) or the thin film formation preparing step (S2).

ステップ5(SA5)は、回転ドラム13の回転位置をチェックして、1番地か否かを判断するステップである。現在の番地が1番地である場合は薄膜形成処理を開始する(ステップ6)。1番地でない場合は、1番地になるまで薄膜形成処理を開始せずに待機する。   Step 5 (SA5) is a step in which the rotational position of the rotary drum 13 is checked to determine whether or not it is the first address. If the current address is address 1, the thin film forming process is started (step 6). If it is not the first address, the process waits without starting the thin film forming process until the first address is reached.

ステップ6(SA6)は、薄膜形成処理を開始するステップである。薄膜形成処理は、成膜プロセス領域20Aおよび反応プロセス領域60Aで行われる。成膜プロセス領域20Aでは、ターゲット22a,22bに対してスパッタが行われて、基板Sの表面にケイ素やケイ素の不完全反応物からなる薄膜が形成される。続く反応プロセス領域60Aでは、成膜プロセス領域20Aで形成された薄膜に対して酸化処理を行うことにより、ケイ素の完全反応物を主とした中間薄膜が形成される。   Step 6 (SA6) is a step of starting the thin film forming process. The thin film forming process is performed in the film forming process region 20A and the reaction process region 60A. In the film formation process region 20A, sputtering is performed on the targets 22a and 22b, and a thin film made of silicon or an incomplete reaction product of silicon is formed on the surface of the substrate S. In the subsequent reaction process region 60A, an oxidation process is performed on the thin film formed in the film formation process region 20A, thereby forming an intermediate thin film mainly composed of a complete reaction product of silicon.

測定制御コンピュータ96からスパッタ制御装置50へスパッタ開始指示が与えられて、薄膜形成処理が開始される。スパッタ開始指示を受けたスパッタ制御装置50は、交流電源24および高周波電源65に対して、それぞれトランス23およびマッチングボックス64に交流電圧を印加するよう指示を出す。このスパッタ開始指示により、薄膜形成装置1においてスパッタが開始される。
なお、ターゲット22a,22bと基板Sの間に配置され、ターゲット22a,22bの前面を遮蔽する遮蔽部材を設けておき、スパッタ開始指示が与えられた場合にこの遮蔽部材をターゲット22a,22bの前面から移動してターゲット22a,22bから膜原料物質が基板Sに到達可能となるように構成してもよい。
A sputtering start instruction is given from the measurement control computer 96 to the sputtering controller 50, and the thin film forming process is started. Receiving the sputtering start instruction, the sputtering control device 50 instructs the AC power supply 24 and the high frequency power supply 65 to apply an AC voltage to the transformer 23 and the matching box 64, respectively. In response to this sputtering start instruction, sputtering is started in the thin film forming apparatus 1.
Note that a shielding member is provided between the targets 22a and 22b and the substrate S and shields the front surfaces of the targets 22a and 22b. When a sputtering start instruction is given, the shielding members are placed on the front surfaces of the targets 22a and 22b. It may be configured so that the film raw material can reach the substrate S from the targets 22a and 22b.

スパッタ開始指示によりターゲット22a,22bに交番電界が掛かるようになると、ターゲット22a,22bが交互にアノードとカソードになり、成膜プロセス領域20Aでプラズマが形成される。このプラズマによってカソード上のターゲット22a,22bに対してスパッタが行われる。   When an alternating electric field is applied to the targets 22a and 22b according to the sputtering start instruction, the targets 22a and 22b alternately become an anode and a cathode, and plasma is formed in the film forming process region 20A. Sputtering is performed on the targets 22a and 22b on the cathode by this plasma.

続いて基板Sは、回転ドラム13の回転にともなって、成膜プロセス領域20Aに面する位置から反応プロセス領域60Aに面する位置に搬送される。反応プロセス領域60Aには、反応性ガスボンベ67から反応性ガスとして酸素ガスを導入されている。   Subsequently, as the rotary drum 13 rotates, the substrate S is transferred from a position facing the film forming process area 20A to a position facing the reaction process area 60A. Oxygen gas is introduced as a reactive gas from the reactive gas cylinder 67 into the reaction process region 60A.

反応プロセス領域60Aでは、アンテナ63に13.56MHzの高周波電圧を印加されて、プラズマ発生手段60によって反応プロセス領域60Aにプラズマが発生している。反応プロセス領域60Aの圧力は、好ましくは0.7×10−1〜1.0Paに維持される。また、少なくとも反応プロセス領域60Aにプラズマを発生させている際中は、アンテナ収容室61Aの内部の圧力は10−3Pa以下を保持する。 In the reaction process region 60 </ b> A, a high frequency voltage of 13.56 MHz is applied to the antenna 63, and plasma is generated in the reaction process region 60 </ b> A by the plasma generating means 60. The pressure in the reaction process region 60A is preferably maintained at 0.7 × 10 −1 to 1.0 Pa. In addition, at least during the generation of plasma in the reaction process region 60A, the pressure inside the antenna accommodating chamber 61A is maintained at 10 −3 Pa or less.

そして、回転ドラム13が回転して、ケイ素や不完全酸化ケイ素(SiOx(0<x<1))、ケイ素の完全酸化物(SiO)からなる薄膜が形成された基板Sが、反応プロセス領域60Aに面する位置に搬送される。反応プロセス領域60Aでは、薄膜を構成する膜原料物質のうちケイ素や不完全酸化ケイ素をプラズマ処理によって酸化反応させる工程が行われる。すなわち、プラズマ発生手段60によって反応プロセス領域60Aに発生させた酸素ガスのプラズマにより、ケイ素や不完全酸化ケイ素を酸化反応させてケイ素の完全酸化物やケイ素の不完全酸化物に変換させる。 Then, the rotating drum 13 rotates and the substrate S on which a thin film made of silicon, incomplete silicon oxide (SiOx 2 (0 <x 2 <1)), or a complete oxide of silicon (SiO 2 ) is reacted. It is conveyed to a position facing the process area 60A. In the reaction process region 60A, the step of oxidizing the silicon or incomplete silicon oxide among the film raw materials constituting the thin film by plasma treatment is performed. That is, the plasma of oxygen gas generated in the reaction process region 60A by the plasma generating means 60 causes silicon and incomplete silicon oxide to undergo an oxidation reaction to be converted into silicon complete oxide or silicon incomplete oxide.

本実施形態では、成膜プロセス領域20Aで形成された薄膜のうちケイ素やケイ素の不完全酸化物を反応プロセス領域60Aで酸化反応させることで、ケイ素の完全酸化物のみからなる中間薄膜や、所望の割合でケイ素(Si)やケイ素の不完全酸化物を有する中間薄膜を形成する。   In the present embodiment, silicon or an incomplete oxide of silicon is oxidized in the reaction process region 60A out of the thin film formed in the film formation process region 20A, and an intermediate thin film made of only silicon complete oxide or desired An intermediate thin film having silicon (Si) or an incomplete oxide of silicon is formed at a ratio of

この反応プロセス領域60Aにおける膜組成変換工程では、反応プロセス領域60Aで膜組成変換されて得られる中間薄膜の膜厚よりも、成膜プロセス領域20Aで形成される薄膜の膜厚のほうが厚くなる。すなわち、成膜プロセス領域20Aで形成される薄膜を構成する膜原料物質のうち、ケイ素やケイ素の不完全酸化物をケイ素の不完全酸化物やケイ素の完全酸化物に変換することにより薄膜の膨張が起こり、膜厚が厚くする。
以下、回転ドラム13の回転毎に、成膜プロセス領域20Aでのスパッタ処理と反応プロセス領域60Aでの酸化処理が繰り返される。これにより、基板の表面に複数回中間薄膜が積層されて所望の膜厚を有する最終薄膜が形成される。
In the film composition conversion step in the reaction process region 60A, the film thickness of the thin film formed in the film formation process region 20A is thicker than the film thickness of the intermediate thin film obtained by film composition conversion in the reaction process region 60A. That is, expansion of the thin film by converting silicon or incomplete oxide of silicon into incomplete oxide of silicon or complete oxide of silicon among the film raw materials constituting the thin film formed in the film forming process region 20A Occurs and the film thickness is increased.
Thereafter, each time the rotary drum 13 rotates, the sputtering process in the film forming process area 20A and the oxidation process in the reaction process area 60A are repeated. Thereby, the final thin film having a desired film thickness is formed by laminating the intermediate thin film a plurality of times on the surface of the substrate.

ステップ7(SA7)は、ロータリーエンコーダ100で検出した現在の番地をチェックし、199番地であるか否かを判断するステップである(本発明の回転位置検出工程に相当する)。現在の番地が199番地である場合は、測定制御コンピュータ96から光学検出装置93に光量Rtのサンプリング開始信号が送信されて、光量Rtのサンプリングを開始するステップ(S8)に移行する(本発明のタイミング決定工程に相当する)。現在の番地が199番地でない場合は、199番地になるまで光量Rtのサンプリングせずに待機する。   Step 7 (SA7) is a step of checking the current address detected by the rotary encoder 100 and determining whether or not the address is 199 (corresponding to the rotational position detecting step of the present invention). If the current address is address 199, the measurement control computer 96 transmits a light amount Rt sampling start signal to the optical detection device 93, and the process proceeds to step (S8) of starting the light amount Rt sampling (in the present invention). This corresponds to the timing determination step). If the current address is not 199, the process waits without sampling the light amount Rt until it reaches 199.

ステップ8(SA8)は、光学検出装置93で受光した反射光の光量データをサンプリングするステップである。本実施形態では、測定光は常に基板Sの表面に照射されており、測定光が基板Sで反射された場合には、光学検出装置93でも常に反射光を受光している。光学検出装置93のフォトダイオード93cで検出される光量Rtは光学検出装置93のメモリに順次記憶される。   Step 8 (SA8) is a step of sampling the light amount data of the reflected light received by the optical detection device 93. In the present embodiment, the measurement light is always applied to the surface of the substrate S, and when the measurement light is reflected by the substrate S, the optical detection device 93 always receives the reflected light. The amount of light Rt detected by the photodiode 93 c of the optical detection device 93 is sequentially stored in the memory of the optical detection device 93.

ステップ9(SA9)は、ロータリーエンコーダ100で検出した現在の番地をチェックして、201番地であるか否かを判断するステップである。現在の番地が201番地である場合は、光量データのサンプリングを終了して、続く膜厚演算ステップに移行する(ステップS10)。201番地でない場合は、光量データのサンプリングを継続する。測定制御コンピュータ96では、199番地から201番地までの間に受光した光の強度を積算して光量Rtを算出する。
このように、本実施形態の薄膜形成方法によれば、一回転ごとに常に同じ番地の測定光に基づいて膜厚の演算が行われるため、膜厚を正確に取得することが可能となっている。
Step 9 (SA9) is a step in which the current address detected by the rotary encoder 100 is checked to determine whether the address is 201 or not. If the current address is address 201, the sampling of the light amount data is terminated, and the process proceeds to the subsequent film thickness calculation step (step S10). If the address is not 201, the sampling of the light amount data is continued. In the measurement control computer 96, the light intensity Rt is calculated by integrating the intensity of the light received between 199 and 201.
As described above, according to the thin film forming method of the present embodiment, the film thickness is always calculated based on the measurement light at the same address every rotation, so that the film thickness can be accurately acquired. Yes.

ステップ10(SA10)は、光学検出装置93で受光した測定光の光量Rtに基づいて膜厚演算を行うステップである(本発明の光学測定工程に相当する)。本ステップでは、ステップ7からステップ9までの工程で得られた光量Rtに基づいて膜厚を演算している。膜厚を算出する方法については、光学検出装置93の説明において既に述べたとおりである。   Step 10 (SA10) is a step of performing film thickness calculation based on the light amount Rt of the measurement light received by the optical detection device 93 (corresponding to the optical measurement step of the present invention). In this step, the film thickness is calculated based on the light amount Rt obtained in the steps from Step 7 to Step 9. The method for calculating the film thickness is as already described in the description of the optical detection device 93.

ステップ11(SA11)は、膜厚の調整を行うステップである。本ステップでは、ステップ10で取得した膜厚の情報に基づいて、スパッタ手段20のトランス23、ガス供給手段のマスフローコントローラ31,33、及び、膜厚補正板41a,41bを駆動する補正板駆動モータ42a,42bのいずれか少なくとも1つを制御することにより、膜厚の調整を行っている。   Step 11 (SA11) is a step for adjusting the film thickness. In this step, based on the film thickness information acquired in step 10, the correction plate drive motor that drives the transformer 23 of the sputtering unit 20, the mass flow controllers 31, 33 of the gas supply unit, and the film thickness correction plates 41a, 41b. The film thickness is adjusted by controlling at least one of 42a and 42b.

すなわち、測定制御コンピュータ96は、光学検出装置93で測定された膜厚を取得して、この膜厚に基づいてスパッタ制御装置50に膜厚調整を行うように指示を出す。具体的には、光学検出装置93で測定された膜厚が目標とする膜厚よりも薄い場合には、測定制御コンピュータ96はスパッタ制御装置50に対して、成膜レートを増加する方向に薄膜形成装置1を制御するよう指示を出す。成膜レートを増加するよう指示を受けたスパッタ制御装置50は、マグネトロンスパッタ電極21a,21bに供給される電力を増加するか、マスフローコントローラ31,33を制御して成膜プロセス領域20Aに供給されるガスの量を増加させるか、あるいは補正板駆動モータ42a,42bを駆動して膜厚補正板41a,41bをターゲットの中心方向から離間するように移動させるか、のいずれか少なくとも1つを行うことにより、成膜レートを増加させる。   That is, the measurement control computer 96 acquires the film thickness measured by the optical detection device 93 and instructs the sputtering control device 50 to adjust the film thickness based on this film thickness. Specifically, when the film thickness measured by the optical detection device 93 is smaller than the target film thickness, the measurement control computer 96 makes a thin film in the direction of increasing the film formation rate with respect to the sputtering control device 50. An instruction is given to control the forming apparatus 1. Upon receiving an instruction to increase the film formation rate, the sputtering control device 50 increases the power supplied to the magnetron sputtering electrodes 21a and 21b or controls the mass flow controllers 31 and 33 to be supplied to the film formation process region 20A. Or at least one of driving the correction plate driving motors 42a and 42b to move the film thickness correction plates 41a and 41b away from the center of the target. As a result, the film formation rate is increased.

反対に、測定制御コンピュータ96で取得した膜厚が目標とする膜厚よりも厚い場合には、測定制御コンピュータ96はスパッタ制御装置50に対して、成膜レートを減少するよう方向に薄膜形成装置1を制御するよう指示を出す。成膜レートを減少するよう指示を受けたスパッタ制御装置50は、マグネトロンスパッタ電極21a、21bに供給される電力を減少するか、マスフローコントローラ31,33を制御して成膜プロセス領域20Aに供給されるガスの量を減少させるか、あるいは補正板駆動モータ42a,42bを駆動して膜厚補正板41a,41bをターゲットの中心方向に向かって移動させるか、のいずれか少なくとも1つを行うことにより、成膜レートを減少させる。
このように、本発明の薄膜形成装置によれば、回転ドラム13を回転した状態のまま、リアルタイムに膜厚を測定して、この膜厚に基づいて成膜レートを調整するため、所望の薄膜を有する光学製品を製造することが可能となっている。
On the other hand, when the film thickness acquired by the measurement control computer 96 is thicker than the target film thickness, the measurement control computer 96 moves the thin film forming apparatus in a direction so as to decrease the film forming rate with respect to the sputtering control apparatus 50. Instruct to control 1 The sputtering control device 50 that has been instructed to decrease the deposition rate reduces the power supplied to the magnetron sputtering electrodes 21a and 21b or controls the mass flow controllers 31 and 33 to be supplied to the deposition process region 20A. Or at least one of moving the film thickness correction plates 41a and 41b toward the center of the target by driving the correction plate drive motors 42a and 42b. Reduce the deposition rate.
Thus, according to the thin film forming apparatus of the present invention, the film thickness is measured in real time while the rotating drum 13 is rotated, and the film forming rate is adjusted based on this film thickness. It is possible to manufacture an optical product having

ステップ12(SA12)は、現在の膜厚がS1で設定した終了膜厚か否かを判断するステップである。終了膜厚かどうかは、光学検出装置93で測定された膜厚と、予め設定しておいた終了膜厚を比較することで行われる。膜厚の実測値が終了膜厚以上である場合は、薄膜形成処理の停止位置か否かを判断するステップ13(S13)へ移行する。   Step 12 (SA12) is a step of determining whether or not the current film thickness is the end film thickness set in S1. Whether the film thickness is the end film thickness is determined by comparing the film thickness measured by the optical detection device 93 with the preset end film thickness. When the measured value of the film thickness is equal to or greater than the end film thickness, the process proceeds to step 13 (S13) for determining whether or not the thin film forming process is stopped.

ステップ13(SA13)では回転ドラム13の現在の番地をチェックして、回転位置が1番地である場合は薄膜形成処理を停止する(S14)。1番地でない場合は、1番地になるまで薄膜形成処理を継続し、1番地になったときに薄膜形成処理を停止する。これにより、オペレータが設定した終了膜厚とほぼ等しい膜厚で薄膜形成処理を停止することが可能となり、所望の膜厚を有する基板を得ることができる。   In step 13 (SA13), the current address of the rotary drum 13 is checked. If the rotational position is the first address, the thin film forming process is stopped (S14). If the address is not 1, the thin film forming process is continued until the address 1 is reached, and the thin film forming process is stopped when the address 1 is reached. As a result, it is possible to stop the thin film formation process at a film thickness substantially equal to the end film thickness set by the operator, and a substrate having a desired film thickness can be obtained.

また、本実施形態では、回転ドラム13の回転位置に基づいて薄膜形成処理の開始と停止を行っている。すなわち、ステップ4において回転ドラム13の回転位置が1番地の時に薄膜形成処理の開始を行い、ステップ13において開始位置である1番地と同じ1番地で薄膜形成処理を停止している。このため、回転ドラム13に保持されているすべての基板について同じ回数回転したことになり、すべての基板について同じ回数薄膜形成処理が行われたことになる。仮にドラム停止位置を厳密に制御せずに薄膜形成処理を停止した場合は、ドラム上の回転位置によっては一回転分回転数の少ない基板が生じることになる。一回転分回転数が少ないと、一回転分薄膜形成処理が行われなかったことになる。この一回転分による膜厚の違いは、例えば薄膜形成レートが0.5nm/sで回転速度が60rpmの場合では、約0.5nmである。   In the present embodiment, the thin film forming process is started and stopped based on the rotational position of the rotary drum 13. That is, in step 4, the thin film forming process is started when the rotational position of the rotary drum 13 is the first address, and in step 13, the thin film forming process is stopped at the same address as the starting address. For this reason, all the substrates held on the rotating drum 13 are rotated the same number of times, and the thin film forming process is performed the same number of times for all the substrates. If the thin film forming process is stopped without strictly controlling the drum stop position, a substrate having a small number of rotations for one rotation may be generated depending on the rotation position on the drum. If the number of rotations is small for one rotation, the thin film forming process is not performed for one rotation. The difference in film thickness by one rotation is, for example, about 0.5 nm when the thin film formation rate is 0.5 nm / s and the rotation speed is 60 rpm.

このように、本実施形態の薄膜形成装置によれば、薄膜形成処理を開始した位置と同じ位置で薄膜形成処理を終了するため、回転数の違いにより基板間で膜厚に違いが生じることがなく、すべての基板について均質な膜厚を有する基板を得ることが可能である。   As described above, according to the thin film forming apparatus of the present embodiment, the thin film forming process is completed at the same position as the position where the thin film forming process is started. It is possible to obtain a substrate having a uniform film thickness for all the substrates.

ステップ14(SA14)は、スパッタ処理の停止を行うステップである。前述したように、スパッタ処理を停止する位置を厳密に設定しているため、回転数の違いにより基板間で膜厚に違いが生じることがない。スパッタ処理を停止するには、測定制御コンピュータ96からスパッタ制御装置50へスパッタ停止指示を送る。   Step 14 (SA14) is a step of stopping the sputtering process. As described above, since the position at which the sputtering process is stopped is strictly set, there is no difference in film thickness between the substrates due to the difference in the number of rotations. To stop the sputtering process, a sputter stop instruction is sent from the measurement control computer 96 to the sputter control device 50.

スパッタ停止指示を受けたスパッタ制御装置50は、交流電源24からトランス23への電力の供給を停止する。また、高周波電源65から、マッチングボックス64への電力の供給を停止する。これにより、成膜プロセス領域20Aでの薄膜形成処理と、反応プロセス領域60Aでの酸化処理の両方の処理が停止し、スパッタ処理が終了する。   Receiving the sputtering stop instruction, the sputtering control device 50 stops the supply of power from the AC power supply 24 to the transformer 23. Further, the supply of power from the high frequency power supply 65 to the matching box 64 is stopped. As a result, both the thin film forming process in the film forming process region 20A and the oxidizing process in the reaction process region 60A are stopped, and the sputtering process is completed.

ステップ15(SA15)は、投光を停止するステップである。このステップでは光源を停止して、測定光の投光を終了する。光源83の停止は、オペレータが光源83のスイッチをオフにすることで行われる。なお、本ステップは、次のドラム停止ステップが終了してから行ってもよい。また、投光を停止する操作は、オペレータが手動で行うのでは無く、膜厚測定装置等により自動的に行う構成としてもよい。   Step 15 (SA15) is a step of stopping the light projection. In this step, the light source is stopped and the projection of the measurement light is finished. The light source 83 is stopped when the operator turns off the light source 83. This step may be performed after the next drum stop step is completed. Further, the operation for stopping the light projection may be automatically performed by a film thickness measuring device or the like instead of being manually performed by the operator.

ステップ16(SA16)は、回転ドラム13の回転を停止するステップである。回転ドラム13の停止は、薄膜形成装置1の操作パネルに設けられたドラム停止スイッチをオペレータが押すことにより行われる。ドラム停止スイッチを押すと、モータ17の駆動が停止し、回転ドラム13を回転が停止する。測定制御コンピュータ96に表示されるドラム回転速度が0rpmになって回転ドラム13が完全に停止すると、次の薄膜形成終了処理を行う。   Step 16 (SA16) is a step of stopping the rotation of the rotary drum 13. The rotation drum 13 is stopped by the operator pressing a drum stop switch provided on the operation panel of the thin film forming apparatus 1. When the drum stop switch is pressed, the driving of the motor 17 is stopped and the rotation of the rotary drum 13 is stopped. When the drum rotation speed displayed on the measurement control computer 96 becomes 0 rpm and the rotation drum 13 is completely stopped, the next thin film formation end process is performed.

ステップ17(SA17)は、薄膜形成終了処理を行うステップである。回転ドラム13の回転が停止すると、回転ドラム13とモータ17との係合を解除する。続いて回転ドラム13を真空容器11下面に設けられたレール上に載置し、薄膜形成室11Aからロードロック室11Bへ搬送する。その後、扉11Cを閉じて薄膜形成室11Aを真空状態に保ったままにして、次回の成膜処理に備える。   Step 17 (SA17) is a step for performing thin film formation termination processing. When the rotation of the rotating drum 13 stops, the engagement between the rotating drum 13 and the motor 17 is released. Subsequently, the rotating drum 13 is placed on a rail provided on the lower surface of the vacuum vessel 11, and is transported from the thin film forming chamber 11A to the load lock chamber 11B. Thereafter, the door 11C is closed and the thin film forming chamber 11A is kept in a vacuum state to prepare for the next film forming process.

続いて、ロードロック室11Bに備えられた真空ポンプ15bの駆動を停止し、ロードロック室11B内を徐々に大気圧へ開放する。ロードロック室11B内に備えられた図示しない真空計を確認して、大気圧になった時点で扉11Dを開き、基板保持板13aをフレーム13bから取り外す。基板保持板13aから基板Sを回収して、一連の薄膜形成工程が終了する。   Subsequently, the driving of the vacuum pump 15b provided in the load lock chamber 11B is stopped, and the inside of the load lock chamber 11B is gradually released to atmospheric pressure. A vacuum gauge (not shown) provided in the load lock chamber 11B is confirmed, and when the atmospheric pressure is reached, the door 11D is opened, and the substrate holding plate 13a is removed from the frame 13b. The substrate S is collected from the substrate holding plate 13a, and a series of thin film forming steps is completed.

以上、本実施形態に係る薄膜形成処理について詳細に説明を行った。本発明では、基板Sの回転位置を正確に検出して膜厚を測定している。このため、20rpm以上の回転速度で回転ドラム13を回転させた状態でもリアルタイムに且つ正確に膜厚を測定することが可能である。   The thin film formation process according to the present embodiment has been described in detail above. In the present invention, the rotational position of the substrate S is accurately detected to measure the film thickness. For this reason, it is possible to accurately measure the film thickness in real time even when the rotating drum 13 is rotated at a rotation speed of 20 rpm or more.

(第二の実施形態)
次に、本発明の第二の実施形態に係る膜厚測定処理の流れを示す。図10は第2実施形態に係る薄膜形成処理工程の流れを示すフロー図である。本実施形態では、32枚の基板保持板13aを備えたドラムにおいて膜厚を計測する例について説明する。
(Second embodiment)
Next, the flow of the film thickness measurement process according to the second embodiment of the present invention will be shown. FIG. 10 is a flowchart showing a flow of a thin film forming process according to the second embodiment. In the present embodiment, an example in which the film thickness is measured in a drum including 32 substrate holding plates 13a will be described.

図6に示すように、本実施形態の光学検出装置93には平均値演算部が設けられており、平均値の算出が行われる。
本実施形態と第一の実施形態との相違点は、本実施形態では回転ドラム13の回転方向に沿って保持された複数の基板に対して光量のデータを取得し、光学検出装置93の平均値演算部で光量の平均値を算出して、これを膜厚演算に用いている点にある。すなわち、本実施形態では、まず回転ドラム13の回転方向に沿って32枚の基板保持板13aに保持されている基板についてそれぞれ光量Rt(n)を測定し、1回転で合計32枚の基板について光量を測定する。次に、この32枚の基板について平均値演算部で光量の平均値を求める。この平均光量Raveを基にして平均膜厚を演算する。このように、本実施形態では複数の基板で得られたデータを基に膜厚を演算するため、S/N(シグナル/ノイズ)比が大きく、正確な膜厚情報を得ることができる。
As shown in FIG. 6, the optical detection device 93 of this embodiment is provided with an average value calculation unit, and the average value is calculated.
The difference between the present embodiment and the first embodiment is that, in the present embodiment, light amount data is acquired for a plurality of substrates held along the rotation direction of the rotary drum 13 and the average of the optical detection device 93 is obtained. The average value of the light amount is calculated by the value calculation unit, and this is used for the film thickness calculation. That is, in the present embodiment, first, the light amount Rt (n) is measured for each of the substrates held on the 32 substrate holding plates 13a along the rotation direction of the rotary drum 13, and a total of 32 substrates are obtained in one rotation. Measure the light intensity. Next, an average value of the light amount is obtained for the 32 substrates by an average value calculation unit. Based on this average light quantity Rave, the average film thickness is calculated. Thus, in this embodiment, since the film thickness is calculated based on data obtained from a plurality of substrates, the S / N (signal / noise) ratio is large and accurate film thickness information can be obtained.

ステップ1(SB1)は、膜厚を測定する番地と、スパッタを終了する膜厚を設定するステップである。測定制御コンピュータ96のキーボードからオペレータが所望の条件を入力する。ここでは、(2048×n)番地(nは整数)にある基板Sに対して膜厚測定を行うように設定している。最初の2048番地では、測定しようとする基板から反射する光が受光用センサヘッド91に対して平行に入射することが事前に確認されている。   Step 1 (SB1) is a step of setting an address for measuring the film thickness and a film thickness for terminating the sputtering. An operator inputs desired conditions from the keyboard of the measurement control computer 96. Here, the film thickness is measured for the substrate S at address (2048 × n) (n is an integer). At the first address 2048, it is confirmed in advance that the light reflected from the substrate to be measured enters the light receiving sensor head 91 in parallel.

回転ドラム13は、回転軸線Zを中心として32枚の基板保持板13aが放射状に取り付けられており、その横断面形状は正三十二角形である。このため、2048番地の基板から反射する光が受光用センサヘッド91に対して平行に入射すると、(2048×2)番地においても同様に、基板から反射する光が受光用センサヘッド91に対して平行に入射する。すなわち、(2048×n)番地において、基板から反射する光が受光用センサヘッド91に対して平行に入射する。このように、本実施形態における薄膜形成工程では、ドラムが一回転すると、円周上に設けられた32枚の基板について膜厚の測定をおこなうことになる。
また、オペレータはキーボードから所望のスパッタ終了膜厚をセットする。入力された終了膜厚は、測定制御コンピュータ96内でB/A値に変換される。
The rotary drum 13 has 32 substrate holding plates 13a radially attached around the rotation axis Z, and its transverse cross-sectional shape is a regular thirty square. For this reason, when the light reflected from the substrate at the address 2048 is incident on the light receiving sensor head 91 in parallel, the light reflected from the substrate is similarly applied to the light receiving sensor head 91 at the address (2048 × 2). Incident in parallel. That is, at the address (2048 × n), the light reflected from the substrate enters the light receiving sensor head 91 in parallel. As described above, in the thin film forming step in the present embodiment, when the drum rotates once, the film thickness is measured for 32 substrates provided on the circumference.
Further, the operator sets a desired film thickness after the sputtering from the keyboard. The input end film thickness is converted into a B / A value in the measurement control computer 96.

ステップ2(SB2)からステップ6(SB6)は、第一の実施形態におけるステップ2(SA2)からステップ6(SA6)とそれぞれ同じ処理であるため、ここでは説明を省略する。ステップ6(SB6)において、スパッタ処理を開始する直前にカウンタnを初期化する。   Since Step 2 (SB2) to Step 6 (SB6) are the same processes as Step 2 (SA2) to Step 6 (SA6) in the first embodiment, description thereof is omitted here. In step 6 (SB6), the counter n is initialized immediately before starting the sputtering process.

ステップ7(S7)は、ロータリーエンコーダ100で検出した現在の番地をチェックし、(2048×n)−1番地(nは整数)であるか否かを判断するステップである。現在の番地が(2048×n)−1番地である場合は、測定制御コンピュータ96から光学検出装置93に光量Rt(n)のサンプリング開始信号を送信して、ステップ8の光量Rt(n)のサンプリングを開始するステップ8に移行する。現在の番地が(2048×n)−1番地でない場合は、(2048×n)−1番地になるまで光量Rt(n)のサンプリングせずに待機する。   Step 7 (S7) is a step in which the current address detected by the rotary encoder 100 is checked to determine whether or not it is (2048 × n) -1 address (n is an integer). When the current address is (2048 × n) −1, a sampling start signal of the light amount Rt (n) is transmitted from the measurement control computer 96 to the optical detection device 93, and the light amount Rt (n) of step 8 is transmitted. The process proceeds to step 8 where sampling is started. When the current address is not (2048 × n) −1, the process waits without sampling the light amount Rt (n) until it reaches (2048 × n) −1.

ステップ8(SB8)は、光学検出装置93で受光した反射光の光量データをサンプリングするステップである。本実施形態の光学検出装置93では、測定光は常に基板に対して照射されており、受光装置側でも入射する反射光は常にフォトダイオード93cで受光されている。この受光している反射光のうち所定のタイミングのもののみをサンプリングして、膜厚演算に用いている。サンプリングされて光学検出装置93のフォトダイオード93cで検出される反射光の光量Rt(n)は、光学検出装置93のメモリに順次記憶される。サンプリングは、測定制御コンピュータ96から後述するサンプリング終了信号が送信されるまで継続される。   Step 8 (SB8) is a step of sampling the light amount data of the reflected light received by the optical detection device 93. In the optical detection device 93 of the present embodiment, the measurement light is always applied to the substrate, and the reflected light incident on the light receiving device side is always received by the photodiode 93c. Only the reflected light received at a predetermined timing is sampled and used for the film thickness calculation. The amount Rt (n) of the reflected light sampled and detected by the photodiode 93 c of the optical detection device 93 is sequentially stored in the memory of the optical detection device 93. Sampling is continued until a sampling end signal described later is transmitted from the measurement control computer 96.

ステップ9(SB9)は、ロータリーエンコーダ100で検出した現在の番地をチェックして、(2048×n)+1番地であるか否かを判断するステップである。現在の番地が(2048×n)+1番地である場合は、測定制御コンピュータ96から光学検出装置93へ光量データのサンプリングを終了する指示が送信されて、次の膜厚演算ステップに移行する(ステップS10)。(2048×n)+1番地でない場合は、光量Rt(n)の取り込みを継続する。このようにして、(2048×n)−1番地から(2048×n)+1番地までの3番地の間に受光した光量Rt(n)の積算値を光学検出装置93で算出する。得られたRt(n)の値は光学検出装置93の膜厚記憶部であるメモリ又はハードディスクに格納される。なお、ステップ7からステップ9までの各ステップは、本発明において、回転位置が所定の位置かどうかを判断する工程に該当する。   Step 9 (SB9) is a step in which the current address detected by the rotary encoder 100 is checked to determine whether it is (2048 × n) +1 address. If the current address is (2048 × n) +1, an instruction to end the sampling of the light amount data is transmitted from the measurement control computer 96 to the optical detection device 93, and the process proceeds to the next film thickness calculation step (step S10). If it is not (2048 × n) +1, the capturing of the light amount Rt (n) is continued. In this way, the integrated value of the amount of light Rt (n) received between the three addresses from (2048 × n) −1 to (2048 × n) +1 is calculated by the optical detection device 93. The obtained value of Rt (n) is stored in a memory or hard disk, which is a film thickness storage unit of the optical detection device 93. Each step from step 7 to step 9 corresponds to a step of determining whether or not the rotational position is a predetermined position in the present invention.

ステップ10(SB10)は、カウンタnをインクリメントするステップである。本実施形態では2048番地毎にカウンタの数値が加算されてゆく。すなわち、基板一枚を測定する毎にカウンタの数値がアップしてゆく。   Step 10 (SB10) is a step of incrementing the counter n. In this embodiment, the counter value is incremented every 2048 addresses. That is, the counter value increases each time a single substrate is measured.

ステップ11(SB11)は、カウンタnの値が32かどうかを判断するステップである。n=32である場合は、回転ドラム13上の保持された一周分の基板すべてについて光量Rt(n)のデータの取り込みが済んだことになる。この場合は、次の平均光量算出ステップに進む。カウンタnが32でない場合は、nが32になるまでステップ7からステップ10の工程を続け、光量Rt(n)値を測定制御コンピュータ96のメモリに格納してゆく。   Step 11 (SB11) is a step of determining whether the value of the counter n is 32 or not. When n = 32, it means that the data of the light amount Rt (n) has been taken in for all the substrates for one rotation held on the rotary drum 13. In this case, the process proceeds to the next average light quantity calculation step. If the counter n is not 32, the steps 7 to 10 are continued until n reaches 32, and the light quantity Rt (n) value is stored in the memory of the measurement control computer 96.

ステップ12(SB12)は、回転ドラム13が一回転する間に測定を行った32枚の基板について、その光量Rt(n)の平均値を算出するステップである。平均光量Raveを算出するための式は、以下の通りである。

Figure 2007107053
このステップは、本発明において、光の特性値の平均値を算出する工程に該当する。また、このステップでは、カウンタnを再び初期化する。 Step 12 (SB12) is a step of calculating the average value of the light amount Rt (n) for 32 substrates measured during one rotation of the rotary drum 13. An equation for calculating the average light amount Rave is as follows.
Figure 2007107053
This step corresponds to the step of calculating the average value of the characteristic values of light in the present invention. In this step, the counter n is initialized again.

ステップ13(SA13)は、膜厚の演算を行うステップである。本ステップでは、ステップ12で得られた光量Rtの平均値を用いて光学検出装置93で膜厚を演算している。膜厚を算出する方法については、光学検出装置93の説明において既に述べたとおりである。   Step 13 (SA13) is a step for calculating the film thickness. In this step, the optical detection device 93 calculates the film thickness using the average value of the light amount Rt obtained in step 12. The method for calculating the film thickness is as already described in the description of the optical detection device 93.

ステップ14(SB14)からステップ20(SB20)については、第一の実施形態におけるステップ11(SA11)からステップ17(SA17)とそれぞれ同じ処理が行われている。よってここでは説明を省略する。   For Step 14 (SB14) to Step 20 (SB20), the same processing as Step 11 (SA11) to Step 17 (SA17) in the first embodiment is performed. Therefore, the description is omitted here.

このように、本発明の第二の実施形態に係る薄膜形成装置では、複数の基板で得られた光量の値を平均して、この平均値を元に膜厚の演算を行っている。従って、一つの基板で得られた光量から膜厚を演算する場合と比較して、ノイズの影響を受けにくく、安定した膜厚を取得することが可能となる。   As described above, in the thin film forming apparatus according to the second embodiment of the present invention, the light quantity values obtained from the plurality of substrates are averaged, and the film thickness is calculated based on the average value. Therefore, compared to the case where the film thickness is calculated from the amount of light obtained with one substrate, it is less susceptible to noise and a stable film thickness can be obtained.

(第三の実施形態)
続いて、本発明の第三の実施形態に係る薄膜形成装置について説明する。本実施形態の薄膜形成装置は、成膜プロセス領域で局所的に成膜レートに局所的な変動が生じて、その結果として基板に形成される薄膜の膜厚に差が生じた場合であっても、その差の情報を膜厚分布としてリアルタイムに取得することが可能であり、更にこの膜厚分布に基づいて成膜レートを局所的に調節することにより均一な膜厚を有する基板を提供することが可能となっている。
(Third embodiment)
Subsequently, a thin film forming apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described. The thin film forming apparatus of the present embodiment is a case where a local variation occurs in the film forming rate locally in the film forming process region, and as a result, a difference occurs in the film thickness of the thin film formed on the substrate. In addition, it is possible to obtain information on the difference in real time as a film thickness distribution, and further provide a substrate having a uniform film thickness by locally adjusting the film formation rate based on the film thickness distribution. It is possible.

成膜プロセス領域でのこのような局所的な成膜レートの変動は、ターゲット表面近傍に発生するプラズマの密度分布が均一でないことによりターゲットのエロージョン領域に局所的な違いが生じることや、スパッタガスの導入口近傍と遠方とで生じるスパッタガスの密度の違い、あるいは真空装置内の回転ドラム駆動機構などに膜原料物質が付着して回転速度が径時変化すること等の要因により発生する。   Such local fluctuations in the film forming rate in the film forming process region are caused by local differences in the erosion region of the target due to the non-uniform distribution of the density of the plasma generated in the vicinity of the target surface. This occurs due to factors such as a difference in the density of the sputtering gas generated near and far from the inlet of the film, or due to the fact that the film raw material adheres to the rotating drum drive mechanism in the vacuum apparatus and the rotational speed changes over time.

以下に、本実施形態の薄膜形成装置について説明する。図11は第三の実施形態に係る薄膜形成装置の側面図、図12は本実施形態の成膜プロセス領域周辺を拡大して示した拡大断面図、図13は図12の矢視B方向から見たターゲットの正面図、図14は図12の矢視C方向から見たターゲットの正面図である。本実施形態の薄膜形成装置は、複数の基板に対して同時に膜厚の測定を行うことが可能な光学測定手段を備えている。光学測定手段は、基板の回転方向と垂直方向に配設された複数の投光部と、各投光部から投光され、基板表面で反射する光を受光する複数の受光部とを備えたことを特徴とする。そして、これら複数の受光部で受光した反射光に基づいて、成膜プロセス領域20A内で局所的に成膜レートを調整して基板表面に形成される薄膜の膜厚を調整する。
なお、本実施形態における成膜プロセス領域20A,反応プロセス領域60Aや、光学測定手段180の配置は図1に示す実施形態と同様である。
Below, the thin film formation apparatus of this embodiment is demonstrated. 11 is a side view of the thin film forming apparatus according to the third embodiment, FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view showing the periphery of the film forming process region of the present embodiment, and FIG. 13 is from the direction of arrow B in FIG. FIG. 14 is a front view of the target as seen from the direction of arrow C in FIG. The thin film forming apparatus of this embodiment includes an optical measurement unit that can measure the film thickness on a plurality of substrates simultaneously. The optical measuring means includes a plurality of light projecting units arranged in a direction perpendicular to the rotation direction of the substrate, and a plurality of light receiving units that receive light projected from each light projecting unit and reflected from the substrate surface. It is characterized by that. Based on the reflected light received by the plurality of light receiving portions, the film forming rate is locally adjusted in the film forming process region 20A to adjust the film thickness of the thin film formed on the substrate surface.
The arrangement of the film forming process region 20A, the reaction process region 60A, and the optical measuring means 180 in the present embodiment is the same as that in the embodiment shown in FIG.

図11に示すように、本発明の光学測定手段180は、投光用センサヘッド181−1〜181−5と、光ファイバ182と、光源183と、電源184と、集光レンズ185−1〜185−5と、受光用センサヘッド191−1〜191−5と、光ファイバ192と、光学検出装置193と、測定制御コンピュータ196を主要な構成要素として備えている。なお、投光用センサヘッド181−1〜181−5,光ファイバ182,光源183,電源184,集光レンズ185−1〜185−5は投光部を構成している。また、集光レンズ185−1〜185−5,受光用センサヘッド191−1〜191−5,光ファイバ192,及び光学検出装置193は受光部を構成している。
本実施形態と上述した第一及び第二の実施形態との相違点は、本実施形態では回転ドラム13の回転軸線方向(図11のZで示す軸方向)に沿って複数の投光部及び受光部を備えている点にある。
As shown in FIG. 11, the optical measuring means 180 of the present invention includes a light projecting sensor head 181-1 to 181-5, an optical fiber 182, a light source 183, a power source 184, and a condenser lens 185-1. 185-5, light receiving sensor heads 191-1 to 191-5, an optical fiber 192, an optical detection device 193, and a measurement control computer 196 are provided as main components. The light projecting sensor heads 181-1 to 181-5, the optical fiber 182, the light source 183, the power source 184, and the condensing lenses 185-1 to 185-5 constitute a light projecting unit. In addition, the condensing lenses 185-1 to 185-5, the light receiving sensor heads 191-1 to 191-5, the optical fiber 192, and the optical detection device 193 constitute a light receiving unit.
The difference between this embodiment and the first and second embodiments described above is that, in this embodiment, a plurality of light projecting units and a plurality of light projecting units are arranged along the rotation axis direction of the rotary drum 13 (the axial direction indicated by Z in FIG. The light receiving unit is provided.

光源183は、前述した第一の実施形態における光源83と同じ装置を使用することができる。光源183には、光ファイバ182が接続されており、光ファイバ182は複数に分岐して、分岐したそれぞれの先端部には投光用センサヘッド181−1〜181−5が接続されている。投光用センサヘッド181−1〜181−5は、円筒状部材の内部に分岐した光ファイバ182のそれぞれの先端部が収納された構造をしており、回転ドラム13の側面に対して略垂直となるように、真空容器11の側壁を貫通した状態で真空容器11の側壁に取り付けられている。また、投光用センサヘッド181−1〜181−5は、それぞれ基板S〜Sに面するように配置されている。 As the light source 183, the same device as the light source 83 in the first embodiment described above can be used. An optical fiber 182 is connected to the light source 183. The optical fiber 182 is branched into a plurality of parts, and light projecting sensor heads 181-1 to 181-5 are connected to the branched ends. The light projecting sensor heads 181-1 to 181-5 have a structure in which the respective leading ends of the optical fibers 182 branched into the cylindrical member are accommodated, and are substantially perpendicular to the side surface of the rotating drum 13. It is attached to the side wall of the vacuum vessel 11 in a state of penetrating the side wall of the vacuum vessel 11. Further, the light projecting sensor head 181-1~181-5 is disposed to face the substrate S 1 to S 5, respectively.

光源183で発光した光は、光ファイバ182の一端から入射し、光ファイバ内部を伝送して他端に設けられた投光用センサヘッド181−1〜181−5から回転ドラム13方向へ出射する。投光用センサヘッド181−1〜181−5から出射した測定光は、集光レンズ185で集光され、基板S〜Sの表面にそれぞれ照射される。投光用センサヘッド181−1〜181−5から照射される光は広角に広がるため、これを収束するために集光レンズ185−1〜185−5が設けられている。 Light emitted from the light source 183 is incident from one end of the optical fiber 182, transmitted through the optical fiber, and emitted from the light projecting sensor heads 181-1 to 181-5 provided at the other end toward the rotary drum 13. . Measurement light emitted from the light projecting sensor heads 181-1 to 181-5 is collected by the condenser lens 185 and irradiated onto the surfaces of the substrates S 1 to S 5 , respectively. Since the light emitted from the light projecting sensor heads 181-1 to 181-5 spreads at a wide angle, condensing lenses 185-1 to 185-5 are provided to converge the light.

基板S〜Sから反射する反射光は、集光レンズ185−1〜185−5でそれぞれ収束され、受光用センサヘッド191−1〜191−5にそれぞれ入射する。受光用センサヘッド191−1〜191−5には複数の光ファイバ192の端部が接続されている。受光用センサヘッド191−1〜191−5は、投光用センサヘッド181−1〜181−5と同様に、円筒状部材の内部に光ファイバ192の端部が収納された構造をしており、回転ドラム13の側面に向かって垂直方向に位置するように、真空容器11の側壁を貫通した状態で真空容器11の側壁に投光用センサヘッド181−1〜181−5とそれぞれ隣接して取り付けられている。光ファイバ192の他端は光学検出装置193に接続している。受光用センサヘッド191−1〜191−5に入射した反射光は、それぞれ光ファイバ192の内部を伝送して光学検出装置193に入射する。 The reflected light reflected from the substrates S 1 to S 5 is converged by the condenser lenses 185-1 to 185-5, and is incident on the light receiving sensor heads 191-1 to 191-5, respectively. The ends of a plurality of optical fibers 192 are connected to the light receiving sensor heads 191-1 to 191-5. The light receiving sensor heads 191-1 to 191-5 have a structure in which the end portion of the optical fiber 192 is accommodated inside a cylindrical member, similarly to the light projecting sensor heads 181-1 to 181-5. The light projecting sensor heads 181-1 to 181-5 are adjacent to the side wall of the vacuum vessel 11 in a state of passing through the side wall of the vacuum vessel 11 so as to be vertically positioned toward the side surface of the rotary drum 13. It is attached. The other end of the optical fiber 192 is connected to the optical detection device 193. The reflected light incident on the light receiving sensor heads 191-1 to 191-5 is transmitted through the optical fiber 192 and incident on the optical detection device 193.

光学検出装置93は、複数の受光用センサヘッド191−1〜191−5で受光した光のそれぞれの強度を測定する装置である。本実施形態の光学検出装置193は、同時に光の強度を測定できる複数のフォトダイオードを備えている。光学検出装置193が複数の受光用センサヘッド191−1〜191−5で受光した光の強度に基づいて膜厚を測定する原理は、上述した第一の実施形態における光学検出装置93と同じであるため、ここでは詳細は省略する。   The optical detection device 93 is a device that measures the intensity of light received by the plurality of light receiving sensor heads 191-1 to 191-5. The optical detection device 193 of the present embodiment includes a plurality of photodiodes that can simultaneously measure the intensity of light. The principle of measuring the film thickness based on the intensity of light received by the plurality of light receiving sensor heads 191-1 to 191-5 by the optical detection device 193 is the same as the optical detection device 93 in the first embodiment described above. Therefore, details are omitted here.

光学検出装置193は、回転ドラム13の回転軸線方向に沿った複数の基板S〜Sの膜厚を測定することができるため、これら複数の基板の膜厚に基づいて、回転軸線方向に沿った基板間で生じる膜厚の差を膜厚分布に関する情報として取得することが可能となっている。 Since the optical detection device 193 can measure the film thicknesses of the plurality of substrates S 1 to S 5 along the rotation axis direction of the rotary drum 13, based on the film thicknesses of the plurality of substrates, in the rotation axis direction. It is possible to acquire the difference in film thickness that occurs between the substrates along the line as information on the film thickness distribution.

光学検出装置193で取得された膜厚分布に関する情報は、測定制御コンピュータ196へ伝送される。測定制御コンピュータ196は、第一の実施形態における測定制御コンピュータ96と同じ装置を使用することができる。測定制御コンピュータ196は、光学検出装置193で取得された膜厚分布に基づいて、スパッタ制御装置150を介して膜厚分布を調整することが可能となっている。
すなわち、本実施形態の薄膜形成装置は、光学検出装置193で取得された膜厚分布に基づいて、局所的に成膜レートを調整することにより、複数の基板間で均一な膜厚を有する薄膜を形成したり、膜厚分布に所望のばらつきや傾斜を持たせたりすることが可能となっている。以下に、成膜レートを調整する手段について説明する。
Information regarding the film thickness distribution acquired by the optical detection device 193 is transmitted to the measurement control computer 196. The measurement control computer 196 can use the same device as the measurement control computer 96 in the first embodiment. The measurement control computer 196 can adjust the film thickness distribution via the sputtering control device 150 based on the film thickness distribution acquired by the optical detection device 193.
That is, the thin film forming apparatus of the present embodiment is a thin film having a uniform film thickness among a plurality of substrates by locally adjusting the film formation rate based on the film thickness distribution acquired by the optical detection device 193. Can be formed, and the film thickness distribution can have a desired variation or inclination. The means for adjusting the film formation rate will be described below.

図12に示すように、本発明の成膜プロセス領域20Aには、第一の実施形態と同様に、一対のマグネトロンスパッタ電極21a,21bと、トランス23を介して接続された交流電源24と、ターゲット22a,22bと、ガス供給手段130が配設されている。なお、マグネトロンスパッタ電極21a,21b,トランス23,交流電源24,ターゲット22a,22bについては、第一の実施形態と同じ装置を使用することができるため、説明を省略する。   As shown in FIG. 12, in the film forming process region 20A of the present invention, a pair of magnetron sputtering electrodes 21a and 21b and an AC power source 24 connected via a transformer 23, as in the first embodiment, Targets 22a and 22b and gas supply means 130 are disposed. In addition, about the magnetron sputter electrodes 21a and 21b, the transformer 23, the AC power supply 24, and the targets 22a and 22b, since the same apparatus as 1st embodiment can be used, description is abbreviate | omitted.

本実施形態の薄膜形成装置の成膜プロセス領域20A周辺には、スパッタガス供給手段と反応性ガス供給手段の2種類のガス供給手段130が設けられている。図12に示すように、ターゲット22b側の真空容器11側壁には、配管135a,135c,135dと、マスフローコントローラ131−1〜131−5,133−1〜133−5と、スパッタガスボンベ132と、反応性ガスボンベ134とから構成されるガス供給手段130が設けられている。ガス供給手段130は、スパッタガスを供給するためのスパッタガス供給手段と、反応性ガスを供給するための反応性ガス供給手段とから構成される。
なお、この図には、複数のマスフローコントローラ131−1〜131−5をマスフローコントローラ131、複数のマスフローコントローラ133−1〜133−5をマスフローコントローラ133、複数の配管135a−1〜135a−5を配管135aとして記してある。
Two types of gas supply means 130, that is, a sputtering gas supply means and a reactive gas supply means, are provided around the film forming process region 20A of the thin film forming apparatus of this embodiment. As shown in FIG. 12, pipes 135a, 135c, 135d, mass flow controllers 131-1 to 131-5, 133-1 to 133-5, a sputter gas cylinder 132, A gas supply means 130 comprising a reactive gas cylinder 134 is provided. The gas supply means 130 includes a sputtering gas supply means for supplying a sputtering gas and a reactive gas supply means for supplying a reactive gas.
In this figure, the mass flow controllers 131-1 to 131-5 are the mass flow controller 131, the mass flow controllers 133-1 to 133-5 are the mass flow controller 133, and the pipes 135 a-1 to 135 a-5 are It is described as a pipe 135a.

図13に示すように、スパッタガス供給手段は、単一のスパッタガスボンベ132と、複数の配管135a−1〜135a−5,135cと、配管135a−1〜135a−5と配管135cとの間にそれぞれ設けられスパッタガスの流量を調整する複数のマスフローコントローラ131−1〜131−5と、を主要な構成要素として具備している。
また、反応性ガス供給手段は、単一の反応性ガスボンベ134と、複数の配管135a−1〜135a−5,135dと、配管135a−1〜135a−5と配管135dとの間に設けられ反応性ガスの流量を調整する複数のマスフローコントローラ133−1〜133−5と、を主要な構成要素として具備している。
なお、配管135a−1〜135a−5,135c,135dは、本発明における供給路に該当する。
As shown in FIG. 13, the sputter gas supply means includes a single sputter gas cylinder 132, a plurality of pipes 135a-1 to 135a-5, 135c, a pipe 135a-1 to 135a-5, and a pipe 135c. A plurality of mass flow controllers 131-1 to 131-5 that are provided and adjust the flow rate of the sputtering gas are provided as main components.
The reactive gas supply means is provided between the single reactive gas cylinder 134, the plurality of pipes 135a-1 to 135a-5, 135d, the pipes 135a-1 to 135a-5, and the pipe 135d. A plurality of mass flow controllers 133-1 to 133-5 for adjusting the flow rate of the property gas are provided as main components.
The pipes 135a-1 to 135a-5, 135c, and 135d correspond to supply paths in the present invention.

スパッタガスボンベ132,反応性ガスボンベ134,複数のマスフローコントローラ131−1〜131−5,133−1〜133−5はいずれも真空容器11外部に設けられている。本実施形態では、マスフローコントローラ131−1〜131−5と、133−1〜133−5の計10つのマスフローコントローラが設けられている。   The sputter gas cylinder 132, the reactive gas cylinder 134, and the plurality of mass flow controllers 131-1 to 131-5, 133-1 to 133-5 are all provided outside the vacuum vessel 11. In the present embodiment, a total of ten mass flow controllers, mass flow controllers 131-1 to 131-5 and 133-1 to 133-5, are provided.

マスフローコントローラ131−1〜131−5は、不活性ガスとしてのアルゴンガスを貯留する単一のスパッタガスボンベ132に配管135cを介してそれぞれ接続されている。また、マスフローコントローラ133−1〜133−5は、反応性ガスを貯留する単一の反応性ガスボンベ134に配管135dを介してそれぞれ接続されている。
なお、複数のマスフローコントローラ131−1〜131−5はスパッタガス流量調整手段として機能し、複数のマスフローコントローラ133−1〜133−5は反応性ガス流量調整手段として機能する。
The mass flow controllers 131-1 to 131-5 are respectively connected to a single sputter gas cylinder 132 that stores argon gas as an inert gas via a pipe 135c. The mass flow controllers 133-1 to 133-5 are respectively connected to a single reactive gas cylinder 134 that stores the reactive gas via a pipe 135 d.
The plurality of mass flow controllers 131-1 to 131-5 function as sputtering gas flow rate adjusting means, and the plurality of mass flow controllers 133-1 to 133-5 function as reactive gas flow rate adjusting means.

マスフローコントローラ131−1とマスフローコントローラ133−1はY字型の配管135a−1で接続されており、配管135a−1のY字の一端は真空容器11の側壁を貫通して成膜プロセス領域20Aのターゲット22bの側部に位置して導入口135b−1を形成している。同様に、マスフローコントローラ131−2〜131−5とマスフローコントローラ133−2〜133−5はY字型の配管135a−2〜135a−5でそれぞれ接続されている。配管135a−2〜135a−5はそれぞれ真空容器11の側壁を貫通して成膜プロセス領域20Aのターゲット22b側部に位置して、それぞれ単一の導入口135b−2〜135b−5を形成している。   The mass flow controller 131-1 and the mass flow controller 133-1 are connected by a Y-shaped pipe 135a-1, and one end of the Y shape of the pipe 135a-1 penetrates the side wall of the vacuum vessel 11 to form a film forming process region 20A. An inlet 135b-1 is formed at the side of the target 22b. Similarly, the mass flow controllers 131-2 to 131-5 and the mass flow controllers 133-2 to 133-5 are connected by Y-shaped pipes 135a-2 to 135a-5, respectively. Each of the pipes 135a-2 to 135a-5 penetrates the side wall of the vacuum vessel 11 and is positioned on the side of the target 22b in the film forming process region 20A to form a single inlet 135b-2 to 135b-5, respectively. ing.

導入口135b−1〜135b−5は、ターゲット22a,22bを挟んで受光用センサヘッド191−1〜191−5に対向する成膜プロセス領域20Aの位置にそれぞれ形成されている。すなわち、導入口135b−1〜135b−5は、受光部である受光用センサヘッド191−1〜191−5に対応する成膜プロセス領域20Aの位置にそれぞれ形成されている。
配管135a−1を通じて供給されるガスは配管135a−1に設けられた導入口135b−1からターゲット22a,22bの前面に導入される。同様に、他の配管135a−2〜135a−5を通じて供給されるガスは、それぞれの配管に形成された導入口135b−2〜135b−5からターゲット22a,22bの前面に供給される。
なお、本実施形態では、配管135a−1〜135a−5やマスフローコントローラ131,133はそれぞれ5つずつ設けられているが、これらの部材の数としては5つに限定されず、任意の数を設定することが可能である。
The introduction ports 135b-1 to 135b-5 are respectively formed at positions of the film forming process region 20A facing the light receiving sensor heads 191-1 to 191-5 with the targets 22a and 22b interposed therebetween. That is, the inlets 135b-1 to 135b-5 are respectively formed at positions of the film forming process region 20A corresponding to the light receiving sensor heads 191-1 to 191-5 which are light receiving portions.
The gas supplied through the pipe 135a-1 is introduced into the front surfaces of the targets 22a and 22b from an inlet 135b-1 provided in the pipe 135a-1. Similarly, the gas supplied through the other pipes 135a-2 to 135a-5 is supplied to the front surfaces of the targets 22a and 22b from the inlets 135b-2 to 135b-5 formed in the respective pipes.
In the present embodiment, five pipes 135a-1 to 135a-5 and five mass flow controllers 131 and 133 are provided, but the number of these members is not limited to five, and any number may be used. It is possible to set.

また、本実施形態では、スパッタガスをターゲットへ導入する配管と反応性ガスをターゲットへ導入する配管を配管135aとして共通にして、両ガスを配管135a内で混合して混合ガスとしてターゲットへ導入しているが、本発明の供給路としてはこのような共通としたものに限定されず、スパッタガス導入用の配管と反応性ガス導入用の配管をそれぞれ別々に設けて、それぞれのガスを別々にターゲットへ導入する構成としてもよい。   In this embodiment, the pipe for introducing the sputtering gas to the target and the pipe for introducing the reactive gas to the target are made common as the pipe 135a, and both gases are mixed in the pipe 135a and introduced as a mixed gas to the target. However, the supply path of the present invention is not limited to such a common one, and a sputter gas introduction pipe and a reactive gas introduction pipe are provided separately, and each gas is separately supplied. It is good also as a structure introduced into a target.

マスフローコントローラ131−1〜131−5,133−1〜133−5はガスの流量を調節する装置であり、ガスボンベからのガスが流入する流入口と、ガスを真空容器11側へ流出させる流出口と、ガスの質量流量を検出するセンサと、ガスの流量を調整するコントロールバルブと、流入口より流入したガスの質量流量を検出するセンサと、センサにより検出された流量に基づいてコントロールバルブの制御を行う電子回路とを主要な構成要素として備えている(いずれも不図示)。電子回路には外部から所望の流量を設定することが可能となっている。   The mass flow controllers 131-1 to 131-5, 133-1 to 133-5 are devices that adjust the flow rate of the gas, and include an inflow port through which the gas from the gas cylinder flows in and an outflow port through which the gas flows out to the vacuum vessel 11 side. And a sensor for detecting the mass flow rate of the gas, a control valve for adjusting the gas flow rate, a sensor for detecting the mass flow rate of the gas flowing in from the inlet, and a control valve control based on the flow rate detected by the sensor And an electronic circuit for performing the above (not shown). A desired flow rate can be set to the electronic circuit from the outside.

流入口よりマスフローコントローラ131−1〜131−5,133−1〜133−5内に送入されたガスの質量流量はセンサにより検出される。センサの下流にはコントロールバルブが設けられており、コントロールバルブは、センサで検出した流量と設定された基準値とを比較し、ガスの流量が基準値に近づくようにコントロールバルブの開閉を行うことで、流量の制御を行う。   The mass flow rate of the gas sent into the mass flow controllers 131-1 to 131-5, 133-1 to 133-5 from the inflow port is detected by a sensor. A control valve is provided downstream of the sensor. The control valve compares the flow rate detected by the sensor with the set reference value, and opens and closes the control valve so that the gas flow rate approaches the reference value. Then, the flow rate is controlled.

スパッタガスボンベ132からの不活性ガスは、マスフローコントローラ131−1により流量を調節され、配管135a−1内に流入する。一方、スパッタガスボンベ132からの反応性ガスは、マスフローコントローラ133−1により流量を調節され、配管135a−1内に流入する。配管135a−1に流入した不活性ガス及び反応性ガスの混合ガスは、配管135a−1の導入口135b−1より成膜プロセス領域20Aに配置されたターゲット22bの前面に導入される。
同様に、マスフローコントローラ131−2〜131−5で流量を調整された不活性ガスと、マスフローコントローラ133−2〜131−5で流量を調整された反応性ガスの混合ガスは、配管135a−2〜135a−5の導入口135b−2〜135b−5より成膜プロセス領域20Aにそれぞれ導入される。
不活性ガスとしては、例えばアルゴンやヘリウム等が挙げられる。また、反応性ガスとしては、例えば酸素ガス,窒素ガス,弗素ガス,オゾンガス等が挙げられる。
The flow rate of the inert gas from the sputtering gas cylinder 132 is adjusted by the mass flow controller 131-1, and flows into the pipe 135a-1. On the other hand, the reactive gas from the sputtering gas cylinder 132 is adjusted in flow rate by the mass flow controller 133-1 and flows into the pipe 135a-1. The mixed gas of the inert gas and the reactive gas that has flowed into the pipe 135a-1 is introduced from the introduction port 135b-1 of the pipe 135a-1 to the front surface of the target 22b disposed in the film forming process region 20A.
Similarly, a mixed gas of an inert gas whose flow rate is adjusted by the mass flow controllers 131-2 to 131-5 and a reactive gas whose flow rate is adjusted by the mass flow controllers 133-2 to 131-5 is a pipe 135a-2. Are introduced into the film forming process region 20A from the inlets 135b-2 to 135b-5.
Examples of the inert gas include argon and helium. Examples of the reactive gas include oxygen gas, nitrogen gas, fluorine gas, and ozone gas.

次に、本実施形態の特徴の一つである膜厚補正手段140について説明する。図12に示すように、本実施形態の薄膜形成装置1は更に、複数の補正小片を有する膜厚補正手段140を備えている。
図14に示すように、ターゲット22aの右側面前面には、平板状の補正小片141a−1〜141a−5がターゲット22aの長手方向に沿って一列に配設されている。また、ターゲット22bの左側面前面には、補正小片141b−1〜141b−5がターゲット22bの長手方向に沿って一列に配設されている。各補正小片は、図12に示すように、ターゲット22a,22bと回転ドラム13との間であって、且つ、ガスを導入する導入口135b−1〜135b−5(図12では導入口135bとして示す)よりも回転ドラム13側に配置されている。
なお、本実施形態では、ターゲット22a,22bの中央に面する位置に、固定された膜厚補正板141cが配設されている。
Next, the film thickness correcting unit 140 that is one of the features of the present embodiment will be described. As shown in FIG. 12, the thin film forming apparatus 1 of the present embodiment further includes a film thickness correcting unit 140 having a plurality of correction pieces.
As shown in FIG. 14, flat correction pieces 141a-1 to 141a-5 are arranged in a line along the longitudinal direction of the target 22a on the front surface on the right side of the target 22a. Further, correction pieces 141b-1 to 141b-5 are arranged in a line along the longitudinal direction of the target 22b on the front surface of the left side surface of the target 22b. As shown in FIG. 12, each of the correction pieces is between the targets 22a and 22b and the rotary drum 13 and introduces inlets 135b-1 to 135b-5 (in FIG. 12, as the inlet 135b). It is disposed closer to the rotating drum 13 than shown).
In the present embodiment, a fixed film thickness correction plate 141c is disposed at a position facing the center of the targets 22a and 22b.

補正小片141a−1〜141a−5は、ターゲット22aから所定の間隔を隔てて、ターゲット22aの前面に位置するように配設されている。補正小片141a−1〜141a−5は、ターゲット22aの幅方向と平行となる方向に配置され、ターゲットから飛翔する膜原料物質が基板Sに付着するのを遮蔽する板部材を有している。同様に、補正小片141b−1〜141b−5もターゲット22bから所定の間隔を隔てて、ターゲット22bの前面に位置するように配設されている。
板部材の端部には板面と垂直方向に屈曲した屈曲部が形成されており、この屈曲部には板面と平行方向に螺旋状のネジ溝が形成されている。このネジ溝には、後述する螺旋棒144a−1〜144a−5のネジ溝がそれぞれ螺合している。同様に、補正小片141b−1〜141b−5にも屈曲部及びネジ溝が形成されており、後述する螺旋棒144b−1〜144b−5のネジ溝がそれぞれ螺合している。
The correction small pieces 141a-1 to 141a-5 are disposed so as to be positioned on the front surface of the target 22a at a predetermined interval from the target 22a. The correction small pieces 141a-1 to 141a-5 are arranged in a direction parallel to the width direction of the target 22a, and have plate members that shield the film raw material flying from the target from adhering to the substrate S. Similarly, the correction small pieces 141b-1 to 141b-5 are also arranged at a predetermined distance from the target 22b so as to be positioned on the front surface of the target 22b.
A bent portion that is bent in a direction perpendicular to the plate surface is formed at an end portion of the plate member, and a helical thread groove is formed in the bent portion in a direction parallel to the plate surface. The screw grooves of spiral rods 144a-1 to 144a-5 described later are screwed into the screw grooves, respectively. Similarly, the correction small pieces 141b-1 to 141b-5 are also formed with bent portions and screw grooves, and screw grooves of spiral rods 144b-1 to 144b-5 described later are respectively screwed together.

補正小片141a−1〜141a−5,141b−1〜141b−5は、真空容器11に取り付けられた補正小片駆動手段によって、それぞれがターゲット22a,22bの中心方向に駆動可能に設置されている。本実施形態の補正小片駆動手段は、補正小片141a−1〜141a−5,141b−1〜141b−5をそれぞれ駆動する補正小片駆動モータ142a−1〜142a−5,142b−1〜142b−5と、傘歯車を備えた原動軸143a−1〜143a−5,143b−1〜143b−5と、傘歯車を備えた螺旋棒144a−1〜144a−5,144b−1〜144b−5によって構成されている。補正小片駆動モータ142a−1〜142a−5,142b−1〜142b−5の出力軸は、原動軸143a−1〜143a−5,143b−1〜143b−5と軸線方向が一致するように接続されており、補正小片駆動モータ142a−1〜142a−5,142b−1〜142b−5が回動することで、原動軸143a−1〜143a−5,143b−1〜143b−5もそれぞれ回動する。   The correction pieces 141 a-1 to 141 a-5 and 141 b-1 to 141 b-5 are installed so as to be driven in the center direction of the targets 22 a and 22 b by the correction piece driving means attached to the vacuum vessel 11. The correction small piece driving means of this embodiment includes correction small piece drive motors 142a-1 to 142a-5, 142b-1 to 142b-5 for driving the correction small pieces 141a-1 to 141a-5, 141b-1 to 141b-5, respectively. And driving shafts 143a-1 to 143a-5, 143b-1 to 143b-5 having bevel gears, and spiral rods 144a-1 to 144a-5, 144b-1 to 144b-5 having bevel gears. Has been. The output shafts of the correction small piece drive motors 142a-1 to 142a-5, 142b-1 to 142b-5 are connected so that the axial directions thereof coincide with the driving shafts 143a-1 to 143a-5 and 143b-1 to 143b-5. As the correction small piece drive motors 142a-1 to 142a-5, 142b-1 to 142b-5 rotate, the driving shafts 143a-1 to 143a-5 and 143b-1 to 143b-5 also rotate. Move.

原動軸143a−1〜143a−5,143b−1〜143b−5の先端には傘歯車が固定されており、原動軸143a−1〜143a−5,143b−1〜143b−5の回転にともなってそれぞれの傘歯車が回転する。傘歯車には、螺旋棒144a−1〜144a−5,144b−1〜144b−5の傘歯車が噛み合わされている。螺旋棒144a−1〜144a−5,144b−1〜144b−5は真空容器11の壁面を貫通している。螺旋棒144a−1〜144a−5,144b−1〜144b−5にはネジ溝が形成されており、このネジ溝は、前述したように、補正小片141a−1〜141a−5,141b−1〜141b−5のネジ溝とそれぞれ螺合している。   Bevel gears are fixed to the tips of the driving shafts 143a-1 to 143a-5, 143b-1 to 143b-5, and the driving shafts 143a-1 to 143a-5, 143b-1 to 143b-5 are rotated. Each bevel gear rotates. The bevel gears mesh with the bevel gears of the spiral rods 144a-1 to 144a-5 and 144b-1 to 144b-5. The spiral rods 144 a-1 to 144 a-5 and 144 b-1 to 144 b-5 penetrate the wall surface of the vacuum vessel 11. The spiral rods 144a-1 to 144a-5, 144b-1 to 144b-5 are formed with screw grooves, and as described above, the screw grooves are corrected small pieces 141a-1 to 141a-5, 141b-1. ˜141b-5 are threadedly engaged with each other.

補正小片駆動モータ142a−1〜142a−5,142b−1〜142b−5の回転軸が回転すると、その回転は原動軸143a−1〜143a−5,143b−1〜143b−5を介して螺旋棒144a−1〜144a−5,144b−1〜144b−5に伝達される。螺旋棒144a−1〜144a−5,144b−1〜144b−5が回転すると、この回転により補正小片141a−1〜141a−5,141b−1〜141b−5がターゲットの中心方向へ進退する。補正小片141a−1〜141a−5,141b−1〜141b−5がターゲットの中心方向へ移動して、ターゲットの前面を遮蔽する面積が大きくなると、基板Sへ到達する膜原料物質の量が減少し、成膜レートが減少する。逆に、補正小片141a−1〜141a−5,141b−1〜141b−5がターゲットの中心方向と反対方向に移動して、ターゲットの前面を遮蔽する面積が小さくなると、基板Sへ到達する膜原料物質の量が増加し、成膜レートが増加する。   When the rotation shafts of the correction small piece drive motors 142a-1 to 142a-5, 142b-1 to 142b-5 are rotated, the rotation is spiraled through the drive shafts 143a-1 to 143a-5, 143b-1 to 143b-5. The signals are transmitted to the bars 144a-1 to 144a-5 and 144b-1 to 144b-5. When the spiral rods 144a-1 to 144a-5 and 144b-1 to 144b-5 are rotated, the correction small pieces 141a-1 to 141a-5 and 141b-1 to 141b-5 are advanced and retracted by the rotation. When the correction pieces 141a-1 to 141a-5 and 141b-1 to 141b-5 move toward the center of the target and the area that shields the front surface of the target increases, the amount of film raw material that reaches the substrate S decreases. As a result, the film formation rate decreases. Conversely, when the correction pieces 141a-1 to 141a-5 and 141b-1 to 141b-5 move in the direction opposite to the center direction of the target and the area for shielding the front surface of the target becomes small, the film reaching the substrate S is reduced. The amount of raw material increases, and the film formation rate increases.

補正小片駆動モータ142a−1〜142a−5,142b−1〜142b−5は、それぞれスパッタ制御装置150と電気的に接続されており、スパッタ制御装置150により制御される。すなわち、スパッタ制御装置150により、補正小片駆動モータ142a−1〜142a−5,142b−1〜142b−5をターゲットの中心方向に移動させるよう指示があると、補正小片駆動モータ142a−1〜142a−5,142b−1〜142b−5は一方向に回転して、補正小片141a−1〜141a−5,141b−1〜141b−5をそれぞれターゲットの中心方向に移動させる。反対に、スパッタ制御装置150により、補正小片141a−1〜141a−5,141b−1〜141b−5をターゲットの中心方向と反対へ移動させるよう指示があると、補正小片駆動モータ142a−1〜142a−5,142b−1〜142b−5は先ほどと反対方向に回転して、補正小片141a−1〜141a−5,141b−1〜141b−5をそれぞれターゲットの中心方向から離間するように移動させる。   The corrected small piece drive motors 142 a-1 to 142 a-5, 142 b-1 to 142 b-5 are electrically connected to the sputter control device 150 and controlled by the sputter control device 150. That is, when the sputter controller 150 instructs the corrected small piece drive motors 142a-1 to 142a-5, 142b-1 to 142b-5 to move toward the center of the target, the corrected small piece drive motors 142a-1 to 142a. -5, 142b-1 to 142b-5 rotate in one direction to move the correction small pieces 141a-1 to 141a-5 and 141b-1 to 141b-5 in the center direction of the target, respectively. On the other hand, when the sputter controller 150 instructs to move the correction small pieces 141a-1 to 141a-5, 141b-1 to 141b-5 in the direction opposite to the center direction of the target, the correction small piece drive motors 142a-1 to 142a-1 are used. 142a-5, 142b-1 to 142b-5 rotate in the opposite direction, and the correction pieces 141a-1 to 141a-5 and 141b-1 to 141b-5 are moved away from the center direction of the target, respectively. Let

本実施形態では、補正小片141a−1〜141a−5,141b−1〜141b−5の移動手段としてモータを用いているが、本発明の補正小片駆動手段としてはこのようなモータを用いるものに限定されず、例えば真空容器11外部に複数の油圧シリンダを設けて、油圧によりそれぞれの補正小片をターゲットの中心方向へ進退させる構成としてもよい。   In this embodiment, a motor is used as the moving means of the correction small pieces 141a-1 to 141a-5, 141b-1 to 141b-5. However, the correction small piece driving means of the present invention uses such a motor. For example, a configuration may be adopted in which a plurality of hydraulic cylinders are provided outside the vacuum vessel 11 and each correction piece is advanced and retracted toward the center of the target by hydraulic pressure.

本実施形態に係る薄膜形成装置は、上述のように複数の導入口を供えたガス供給手段と、複数の補正小片を備えた膜厚補正手段を備えており、光学測定手段で取得した膜厚分布に基づいて、所定の導入口から導入されるガスの流量を調整したり、所定の補正小片を進退したりすることにより、局所的に成膜レートを調整することで、複数の基板間で均一な膜厚を有する薄膜を形成することが可能となっている。以下に、光学測定手段180で取得した膜厚分布に基づいて、成膜レートを調整する方法について詳細に説明する。   The thin film forming apparatus according to the present embodiment includes a gas supply unit provided with a plurality of inlets as described above, and a film thickness correction unit including a plurality of correction pieces, and the film thickness acquired by the optical measurement unit. Based on the distribution, by adjusting the flow rate of the gas introduced from the predetermined inlet or by moving the predetermined correction piece back and forth locally, the film formation rate can be adjusted locally between the plurality of substrates. It is possible to form a thin film having a uniform film thickness. Hereinafter, a method for adjusting the film forming rate based on the film thickness distribution acquired by the optical measuring unit 180 will be described in detail.

図11に示すように、測定制御コンピュータ196はスパッタ制御装置150に電気的に接続されている。スパッタ制御装置150は、マスフローコントローラ131−1〜131−5及び133−1〜133−5,及び補正小片駆動モータ142a−1〜142a−5,142b−1〜142b−5と電気的に接続されている。スパッタ制御装置150は、光学検出装置193で取得した膜厚分布に基づいて、マスフローコントローラ131−1〜131−5を制御して、所定の導入口135b−1〜135b−5から導入されるスパッタガスの流量を調整することにより、局所的に成膜レートを調整する。   As shown in FIG. 11, the measurement control computer 196 is electrically connected to the sputtering control device 150. The sputter controller 150 is electrically connected to the mass flow controllers 131-1 to 131-5 and 133-1 to 133-5, and the correction small piece drive motors 142a-1 to 142a-5, 142b-1 to 142b-5. ing. The sputter control device 150 controls the mass flow controllers 131-1 to 131-5 based on the film thickness distribution acquired by the optical detection device 193, and sputters introduced from predetermined inlets 135b-1 to 135b-5. The film forming rate is locally adjusted by adjusting the gas flow rate.

具体的には、例えば基板Sの膜厚が他の基板よりも薄い場合には、基板Sに対応する位置に設けられた導入口135b−1からターゲット前面に供給されるスパッタガスの流量を増加させるように、測定制御コンピュータ196からスパッタ制御装置150に制御信号を送信する。スパッタ制御装置150はこの信号を受けて、マスフローコントローラ131−1を制御して配管135a−1を通過してターゲット22a,22bに供給されるガスの流量を増加させる。これにより、ターゲット22a,22bに衝突するスパッタ原子の数が増加して、ターゲットから叩き出される膜原料物質の量が増加する。ターゲットから叩き出された膜原料物質は、基板Sに多く付着する。従って、基板Sの成膜レートが他の基板の成膜レートよりも上昇する。 More specifically, for example, when the thickness of the substrate S 1 is thinner than the other substrate, the flow rate of sputtering gas supplied from the inlet 135b-1 that is provided at a position corresponding to the substrate S 1 on the target front face A control signal is transmitted from the measurement control computer 196 to the sputter controller 150 so as to increase. In response to this signal, the sputtering controller 150 controls the mass flow controller 131-1 to increase the flow rate of the gas supplied to the targets 22 a and 22 b through the pipe 135 a-1. As a result, the number of sputtered atoms that collide with the targets 22a and 22b increases, and the amount of film source material knocked out of the target increases. Film raw material was beat out from the target are attached much to the substrate S 1. Therefore, the deposition rate of the substrate S 1 is increased than the film formation rate of the other substrate.

逆に、基板Sの膜厚が他の基板よりも厚い場合には、基板Sに対応する位置に設けられた導入口135b−1からターゲット前面に供給されるスパッタガスの流量を減少させるように、マスフローコントローラ131−1を制御する。これにより、ターゲット22a,22bに衝突するスパッタ原子の数が減少して、ターゲットから叩き出される膜原料物質の量が減少する。ターゲットから叩き出された膜原料物質は、基板Sに多く付着する。従って、基板Sの成膜レートが他の基板の成膜レートよりも下降する。 Conversely, when the thickness of the substrate S 1 is thicker than the other substrate, reducing the flow rate of the sputtering gas is supplied from the inlet 135b-1 that is provided at a position corresponding to the substrate S 1 on the target front face Thus, the mass flow controller 131-1 is controlled. As a result, the number of sputtered atoms that collide with the targets 22a and 22b is reduced, and the amount of film source material knocked out of the target is reduced. Film raw material was beat out from the target are attached much to the substrate S 1. Therefore, the deposition rate of the substrate S 1 is also lowered than the film formation rate of the other substrate.

同様にして、光学検出装置193で取得した膜厚分布に基づいて、他のマスフローコントローラ131−2〜131−5を制御することにより、成膜レートを局所的に調整する。これにより、複数の基板S〜Sで均一な膜厚を有する薄膜を形成することが可能となる。 Similarly, the film formation rate is locally adjusted by controlling the other mass flow controllers 131-2 to 131-5 based on the film thickness distribution acquired by the optical detection device 193. This makes it possible to form a thin film having a uniform film thickness on the plurality of substrates S 1 to S 5 .

なお、マスフローコントローラ133−1〜133−5を制御して成膜プロセス領域20Aに供給される反応性ガスの流量を調整することによって膜厚を調整することも可能である。すなわち、反応性ガスの供給量を多くすることによって膜原料物質の反応物を多く生成させることで膜厚を増加させ、逆に反応性ガスの供給量を少なくすることによって膜原料物質の反応物をあまり生成させずに膜厚をあまり増加させないようにする。
本実施形態では、マスフローコントローラ131−1〜131−5のみならず、マスフローコントローラ133−1〜133−5を制御することにより、複合的に膜厚を調整することが可能となっている。
Note that the film thickness can be adjusted by controlling the mass flow controllers 133-1 to 133-5 to adjust the flow rate of the reactive gas supplied to the film forming process region 20 </ b> A. That is, by increasing the amount of reactive gas supplied, the film thickness is increased by generating more reactants of the film source material, and conversely, by reducing the amount of reactive gas supplied, the reactant of the film source material is increased. Therefore, the film thickness is not increased so much.
In the present embodiment, it is possible to adjust the film thickness in a complex manner by controlling not only the mass flow controllers 131-1 to 131-5 but also the mass flow controllers 133-1 to 133-5.

また、光学検出装置193で取得した膜厚分布に基づいて、補正小片駆動モータ142a−1〜142a−5,142b−1〜142b−5を駆動することにより、局所的に成膜レートを調整するようにしてもよい。具体的には、例えば基板Sの膜厚が他の基板よりも薄い場合には、補正小片駆動モータ142a−1,142b−1を駆動して、基板Sに対応する位置に設けられた補正小片141a−1,141b−1をターゲット中心方向から逆の方向へ移動させることで、ターゲットの前面を遮蔽する面積を減少させるようにする。これにより、ターゲットから基板S1に付着する膜原料物質の量が増加する。従って、基板Sの成膜レートが他の基板の成膜レートよりも上昇する。 Further, based on the film thickness distribution acquired by the optical detection device 193, the deposition rate is locally adjusted by driving the correction small piece drive motors 142a-1 to 142a-5, 142b-1 to 142b-5. You may do it. More specifically, for example, when the thickness of the substrate S 1 is thinner than the other substrate, by driving the correction pieces drive motor 142a-1,142b-1, provided at a position corresponding to the substrate S 1 By moving the correction small pieces 141a-1 and 141b-1 in the opposite direction from the target center direction, the area shielding the front surface of the target is reduced. As a result, the amount of film raw material adhering to the substrate S1 from the target increases. Therefore, the deposition rate of the substrate S 1 is increased than the film formation rate of the other substrate.

逆に、基板Sの膜厚が他の基板よりも厚い場合には、補正小片駆動モータ142a−1,142b−1を駆動して、基板Sに対応する位置に設けられた補正小片141a−1,141b−1をターゲット中心方向へ移動させることで、ターゲットの前面を遮蔽する面積を増加させるようにする。これにより、ターゲットから基板S1に付着する膜原料物質の量が減少する。従って、基板Sの成膜レートが他の基板の成膜レートよりも下降する。 Conversely, when the thickness of the substrate S 1 is thicker than the other substrate, by driving the correction pieces drive motor 142a-1,142b-1, correction piece 141a provided at a position corresponding to the substrate S 1 The area that shields the front surface of the target is increased by moving −1, 141b-1 toward the center of the target. As a result, the amount of film raw material adhering to the substrate S1 from the target is reduced. Therefore, the deposition rate of the substrate S 1 is also lowered than the film formation rate of the other substrate.

同様にして、光学検出装置193で取得した膜厚分布に基づいて、他の補正小片駆動モータ142a−2〜142a−5,142b−2〜142b−5を制御することにより、成膜レートを局所的に調整する。これにより、複数の基板S〜Sで均一な膜厚を有する薄膜を形成することが可能となる。 Similarly, based on the film thickness distribution acquired by the optical detection device 193, the other correction small piece drive motors 142a-2 to 142a-5 and 142b-2 to 142b-5 are controlled, so that the film forming rate is locally set. To adjust. This makes it possible to form a thin film having a uniform film thickness on the plurality of substrates S 1 to S 5 .

本実施形態の薄膜形成装置では、光学検出装置193で取得した膜厚分布に基づいて、マスフローコントローラ131−1〜131−5と補正小片駆動モータ142a−2〜142a−5,142b−1〜142b−5の両方を制御して成膜レートを調整しているが、どちらか一方を調整することによっても成膜レートを調整することが可能である。
また、本実施形態の薄膜形成装置では、成膜レート調整手段として、マスフローコントローラ131−1〜131−5と、補正小片駆動モータ142a−2〜142a−5,141b−2〜141b−5の2種類の調整手段を備えているが、どちらか一方のみを備えて、これを調整することにより構成としてもよい。
In the thin film forming apparatus of the present embodiment, based on the film thickness distribution acquired by the optical detection device 193, the mass flow controllers 131-1 to 131-5 and the corrected small piece drive motors 142a-2 to 142a-5, 142b-1 to 142b. Although the film formation rate is adjusted by controlling both −5, it is possible to adjust the film formation rate by adjusting one of them.
Further, in the thin film forming apparatus of this embodiment, as the film formation rate adjusting means, the mass flow controllers 131-1 to 131-5 and the correction small piece drive motors 142a-2 to 142a-5, 141b-2 to 141b-5 are used. Although the adjustment means of a kind are provided, it is good also as a structure by providing only either one and adjusting this.

このように、本実施形態の薄膜形成装置によれば、複数の基板に対して同時に膜厚測定を行うことができるため、ターゲットのエロージョンや回転ドラム駆動機構の汚染等の要因により成膜プロセス領域20Aで局所的に成膜レートが変動し、その結果、基板に形成される薄膜の膜厚に差が生じた場合であっても、膜厚分布を観測することが可能となっている。   As described above, according to the thin film forming apparatus of the present embodiment, film thickness measurement can be performed on a plurality of substrates at the same time, so that the film formation process region is caused by factors such as target erosion and rotation drum drive mechanism contamination. Even when the film forming rate fluctuates locally at 20A and as a result, a difference occurs in the film thickness of the thin film formed on the substrate, the film thickness distribution can be observed.

更に、本実施形態の薄膜形成装置によれば、測定された膜厚分布に基づいて成膜レートを局所的に調整することが可能となっている。例えば、他の基板よりも成膜レートが低い基板については、その基板に対応する位置に形成された導入口から導入されるガスの流量や、その基板に対応する位置に配置された補正小片を駆動させることで、その基板に供給される膜原料物質の量を他の基板に供給される膜原料物質の量よりも増加させることができる。この結果、複数の基板で均一な膜厚を有する薄膜を有する光学製品を製造することが可能となる。逆に、各基板に対して膜厚に所望のばらつきをもたせることも可能である。   Furthermore, according to the thin film forming apparatus of this embodiment, it is possible to locally adjust the film forming rate based on the measured film thickness distribution. For example, for a substrate having a lower deposition rate than other substrates, a flow rate of gas introduced from an inlet formed at a position corresponding to the substrate, or a correction piece disposed at a position corresponding to the substrate is used. By driving, the amount of film source material supplied to the substrate can be made larger than the amount of film source material supplied to another substrate. As a result, it is possible to manufacture an optical product having a thin film having a uniform film thickness on a plurality of substrates. On the contrary, it is possible to give a desired variation in film thickness to each substrate.

以上、膜物性値として膜厚を測定する例について複数の実施形態を挙げて説明したが、本発明の趣旨に基づいて測定できる膜物性値は膜厚に限定されず、屈折率,消衰係数等の他の膜物性値についても同様の方法でリアルタイムに測定することが可能である。そして、これらの膜物性値に基づいて膜厚分布を測定したり、成膜レートを調整することにより所望の膜厚を有する基板を取得したりすることも可能である。   As described above, the example of measuring the film thickness as the film physical property value has been described with reference to a plurality of embodiments. However, the film physical property value that can be measured based on the gist of the present invention is not limited to the film thickness, and the refractive index and extinction coefficient. Other film property values such as can be measured in real time by the same method. Then, it is possible to measure the film thickness distribution based on these film property values, or to obtain a substrate having a desired film thickness by adjusting the film formation rate.

また、上記各実施形態では、受光した光の強度から光量を算出し、この光量に基づいて膜厚を算出して、この膜厚に基づいて成膜レートの調整を行っているが、本発明の膜物性値としては、このような膜厚に限定されず、受光した光の強度や光量に基づいて、成膜レートの調整を行うことも可能である。
すなわち、光の強度や光量、屈折率や消衰係数等、膜厚以外の他のパラメータであっても、膜厚を反映するパラメータであればどのようなものであっても、本発明の膜物性値に該当する。
In each of the above embodiments, the light amount is calculated from the intensity of the received light, the film thickness is calculated based on the light amount, and the film formation rate is adjusted based on the film thickness. The film physical property value is not limited to such a film thickness, and it is also possible to adjust the film formation rate based on the intensity and the amount of light received.
That is, the parameter of the present invention is not limited to parameters other than film thickness, such as light intensity, light quantity, refractive index, and extinction coefficient, as long as it is a parameter that reflects film thickness. Corresponds to physical property value.

また、本発明の各実施形態では、基板表面から反射する反射光を検出する反射型の測定装置について説明しているが、基板を透過する透過光を用いて膜物性値の測定を行うことも可能である。具体的には、例えば回転ドラム13内の、基板を挟んで投光用センサヘッドと対向する位置に受光用センサヘッドを配置して、投光側より測定光を照射して、基板を透過した光を受光側で検知することにより、膜物性値の測定を行ってよい。   In each embodiment of the present invention, a reflection type measuring apparatus that detects reflected light reflected from the substrate surface is described. However, film physical property values may be measured using transmitted light that passes through the substrate. Is possible. Specifically, for example, a light receiving sensor head is arranged at a position facing the light projecting sensor head across the substrate in the rotary drum 13, and the measurement light is irradiated from the light projecting side and transmitted through the substrate. The film physical property value may be measured by detecting light on the light receiving side.

更に本発明の各実施形態では、光学検出装置で測定した光量データをサンプリングするタイミングを、回転ドラム13の回転位置に基づいて決定しているが、本発明の趣旨はこれに限定されず、膜厚を測定するタイミングを回転位置に基づいて決定するものであればどのようなものであってもよい。例えば、光源に光ファイバへの光を遮断するシャッターを設けたり、あるいは投光用の投光用センサヘッドと基板との間に測定光を遮るシャッターを設けたりすることにより、目的の番地以外では測定光を照射しないようにしておき、目的の番地になった場合に基板Sに対して測定光を照射して、その番地での反射光の光量を光学検出装置で検知するという構成であってもよい。   Furthermore, in each embodiment of the present invention, the timing for sampling the light amount data measured by the optical detection device is determined based on the rotational position of the rotary drum 13, but the gist of the present invention is not limited to this, and the film Any method may be used as long as the timing of measuring the thickness is determined based on the rotational position. For example, by providing a light source with a shutter that blocks light to the optical fiber, or by providing a shutter that blocks measurement light between the projection sensor head for projection and the substrate, except for the target address The configuration is such that the measurement light is not irradiated, the measurement light is irradiated to the substrate S when the target address is reached, and the amount of reflected light at the address is detected by the optical detection device. Also good.

また、本発明に実施形態では、薄膜形成工程を制御する実施形態として所定の膜厚となった場合にスパッタ処理を停止しているが、薄膜形成工程を制御する例としてはこのようなスパッタ処理を停止する場合に限定されない。例えば、基板表面に形成される薄膜が所定の膜厚や透過率となった場合に、プラズマ発生手段の動作を停止して酸化反応を行わないようにして、ケイ素または不完全酸化ケイ素を多く含む薄膜を意図的に形成することも可能である。   In the embodiment of the present invention, the sputtering process is stopped when the film thickness reaches a predetermined thickness as an embodiment for controlling the thin film forming process. As an example of controlling the thin film forming process, such a sputtering process is used. It is not limited to stopping. For example, when the thin film formed on the substrate surface has a predetermined film thickness or transmittance, the operation of the plasma generating means is stopped so that the oxidation reaction is not performed, and a large amount of silicon or incomplete silicon oxide is contained. It is also possible to intentionally form a thin film.

以上のように、本発明の薄膜形成装置では、回転ドラム13の回転速度が速い場合であっても正確に膜厚を測定できる。薄膜形成工程により中間薄膜を形成し、その後に酸化処理をして最終薄膜を形成する薄膜形成装置では、回転ドラム13の回転速度を早くする必要があるが、本発明の薄膜形成装置は回転ドラムの回転速度を早くすることができるため、このような装置に特に有効である。   As described above, in the thin film forming apparatus of the present invention, the film thickness can be accurately measured even when the rotational speed of the rotary drum 13 is high. In the thin film forming apparatus in which the intermediate thin film is formed by the thin film forming process and then the final thin film is formed by oxidation treatment, it is necessary to increase the rotation speed of the rotary drum 13, but the thin film forming apparatus of the present invention has the rotating drum. This is particularly effective for such an apparatus.

なお、本発明の薄膜形成装置は、上記のように回転ドラム13を回転した状態でリアルタイムに基板に形成される薄膜の膜厚を測定することが可能であるが、膜厚測定の毎に回転ドラム13の回転を停止して膜厚測定を行うことも可能である。この場合、ロータリーエンコーダで基板の回転位置を検出することが可能であるため、回転ドラム13を真空容器11から搬出せずに真空容器11の内部に設置した状態のままで、基板の表面に形成される薄膜の膜厚を測定することが可能となる。   The thin film forming apparatus of the present invention can measure the film thickness of the thin film formed on the substrate in real time with the rotating drum 13 rotated as described above. It is also possible to measure the film thickness by stopping the rotation of the drum 13. In this case, since the rotation position of the substrate can be detected by a rotary encoder, the rotary drum 13 is not carried out of the vacuum vessel 11 and is formed on the surface of the substrate while being installed inside the vacuum vessel 11. It becomes possible to measure the film thickness of the thin film.

更に、回転位置情報取得手段としてはロータリーエンコーダに限定されず、他の回転位置取得手段を用いてもよい。例えば図15に示すように、投光素子および受光素子を備えた反射型位置センサ201を真空容器11の側壁に設置し、回転ドラム13の側面の一箇所に反射鏡202を設け、投光素子から投光され反射鏡に反射して戻ってくる光を検知することで回転ドラム13の回転位置を検出するようにしてもよい。この場合、各基板を保持している基板保持板ごとに反射鏡を設けるように構成すると、円周方向に配置された複数の基板のそれぞれの回転位置を検出することが可能となる。
また、回転ドラム13の外周面にバーコードなどを貼着して、真空容器11の側面にバーコード検出器を設置し、バーコードを検出することで回転ドラム13の回転位置を取得してもよい(図示せず)。
Further, the rotational position information acquisition means is not limited to the rotary encoder, and other rotational position acquisition means may be used. For example, as shown in FIG. 15, a reflective position sensor 201 having a light projecting element and a light receiving element is installed on the side wall of the vacuum vessel 11, and a reflecting mirror 202 is provided at one place on the side surface of the rotary drum 13. Alternatively, the rotational position of the rotary drum 13 may be detected by detecting the light that is projected from and reflected back to the reflecting mirror. In this case, if a reflecting mirror is provided for each substrate holding plate that holds each substrate, it is possible to detect the rotational positions of a plurality of substrates arranged in the circumferential direction.
Further, even if a barcode or the like is attached to the outer peripheral surface of the rotary drum 13, a barcode detector is installed on the side surface of the vacuum vessel 11, and the rotational position of the rotary drum 13 is acquired by detecting the barcode. Good (not shown).

第一の実施形態に係る薄膜形成装置を上面から見た部分断面図である。It is the fragmentary sectional view which looked at the thin film formation apparatus concerning a first embodiment from the upper surface. 第一の実施形態に係る薄膜形成装置を側面から見た部分断面図である。It is the fragmentary sectional view which looked at the thin film forming apparatus concerning a first embodiment from the side. 図1の成膜プロセス領域周辺を拡大して示した拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the periphery of a film forming process region in FIG. 図3の矢視A方向から見たターゲットの正面図である。It is a front view of the target seen from the arrow A direction of FIG. 図1の反応プロセス領域周辺を拡大して示した拡大断面図である。It is the expanded sectional view which expanded and showed the reaction process area | region periphery of FIG. 第一及び第二の実施形態に係る薄膜形成装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the thin film forming apparatus which concerns on 1st and 2nd embodiment. ロータリーエンコーダの斜視部分断面図である。It is a perspective fragmentary sectional view of a rotary encoder. 第一の実施形態に係る薄膜形成処理工程を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the thin film formation process process which concerns on 1st embodiment. 光学膜厚と相対光量との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between an optical film thickness and a relative light quantity. 第二の実施形態に係る薄膜形成処理工程を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the thin film formation process process which concerns on 2nd embodiment. 第三の実施形態に係る薄膜形成装置の側面図である。It is a side view of the thin film forming apparatus which concerns on 3rd embodiment. 第三の実施形態の成膜プロセス領域周辺を拡大して示した拡大断面図である。It is the expanded sectional view which expanded and showed the film-forming process field periphery of a third embodiment. 図12の矢視B方向から見たターゲットの正面図である。It is a front view of the target seen from the arrow B direction of FIG. 図12の矢視C方向から見たターゲットの正面図である。It is a front view of the target seen from the arrow C direction of FIG. 本発明の改変例に係る薄膜形成装置を側面から見た部分断面図である。It is the fragmentary sectional view which looked at the thin film formation apparatus concerning the modification of the present invention from the side. 従来の膜厚測定装置で膜厚測定を行う際の課題を説明した説明図である。It is explanatory drawing explaining the subject at the time of measuring a film thickness with the conventional film thickness measuring apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 薄膜形成装置
11 真空容器
11a 開口
11A 薄膜形成室
11B ロードロック室
11C 扉
11D 扉
12 仕切壁
13 回転ドラム(基体保持手段)
13a 基板保持板
13b フレーム
13c 締結具
14 仕切壁
15a 真空ポンプ
15b 真空ポンプ
16a−1 配管
16a−2 配管
16b 配管
17 モータ
18a モータ回転軸(回転軸)
18b ドラム回転軸(回転軸)
20 スパッタ手段
20A 成膜プロセス領域
21a マグネトロンスパッタ電極(スパッタ電極)
21b マグネトロンスパッタ電極(スパッタ電極)
22a ターゲット
22b ターゲット
23 トランス(電力制御手段)
24 交流電源
30 ガス供給手段
31 マスフローコントローラ(流量調整手段)
32 スパッタガスボンベ(ガス貯蔵手段)
33 マスフローコントローラ(流量調整手段)
34 反応性ガスボンベ(ガス貯蔵手段)
35a 配管(ガス供給路)
35b 導入口
35c 配管(ガス供給路)
35d 配管(ガス供給路)
40 膜厚補正手段
41a 膜厚補正板(補正部材)
41b 膜厚補正板(補正部材)
41c 膜厚補正板
42a 補正板駆動モータ(補正部材移動手段)
42b 補正板駆動モータ(補正部材移動手段)
43a 原動軸
43b 原動軸
44a 螺旋棒
44b 螺旋棒
45a ストッパー
45b ストッパー
50 スパッタ制御装置
60 プラズマ発生手段
60A 反応プロセス領域
61 ケース体
61A アンテナ収容室
62 誘電体板
63 アンテナ
64 マッチングボックス
65 高周波電源
66 マスフローコントローラ
67 反応性ガスボンベ
68 配管
80 光学測定手段
81 投光用センサヘッド
82 光ファイバ
83 光源
84 電源
85 集光レンズ
91 受光用センサヘッド
92 光ファイバ
93 光学検出装置
93a コリメータ
93b グレイティング
93c フォトダイオード
93d A−D変換部
96 測定制御コンピュータ(測定制御手段)
100 ロータリーエンコーダ(回転位置検出手段)
101 ハウジング
101a 固定部材
102 ロータリーエンコーダ回転軸
103 回転スリット板
103a スリット
104 固定スリット板
104a 格子状スリット
105 発光素子
106 受光素子
110 カップリング
111 絶対位置信号生成装置(測定制御手段)
111a A−D変換部
111b 絶対位置信号生成部
130 ガス供給手段
131,131−1〜131−5 マスフローコントローラ(流量調整手段)
132 スパッタガスボンベ(ガス貯蔵手段)
133,133−1〜133−5 マスフローコントローラ(流量調整手段)
134 反応性ガスボンベ(ガス貯蔵手段)
135a,135a−1〜135a−5 配管(ガス供給路)
135b,135b−1〜135b−5 導入口
135c 配管(ガス供給路)
135d 配管(ガス供給路)
140 膜厚補正手段
141a,141a−1〜141a−5 補正小片
141b,141b−1〜141b−5 補正小片
141c 膜厚補正板
142a,142a−1〜142a−5 補正小片駆動モータ(補正小片駆動手段)
142b,142b−1〜142b−5 補正小片駆動モータ(補正小片駆動手段)
143a,143a−1〜143a−5 原動軸
143b,143b−1〜143b−5 原動軸
144a,144a−1〜144a−5 螺旋棒
144b,144b−1〜144b−5 螺旋棒
150 スパッタ制御装置
180 光学測定手段
181−1〜181−5 投光用センサヘッド
182 光ファイバ
183 光源
184 電源
185−1〜185−5 集光レンズ
191−1〜191−5 受光用センサヘッド
192 光ファイバ
193 光学検出装置
196 測定制御コンピュータ
201 反射型位置センサ
202 反射鏡
S 基板(基体)
基板(基体)
基板(基体)
基板(基体)
基板(基体)
基板(基体)
V1 バルブ
V2 バルブ
V3 バルブ
Z 回転軸線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thin film forming apparatus 11 Vacuum container 11a Opening 11A Thin film forming chamber 11B Load lock chamber 11C Door 11D Door 12 Partition wall 13 Rotating drum (base holding means)
13a Substrate holding plate 13b Frame 13c Fastener 14 Partition wall 15a Vacuum pump 15b Vacuum pump 16a-1 Piping 16a-2 Piping 16b Piping 17 Motor 18a Motor rotating shaft (rotating shaft)
18b Drum rotation axis (rotation axis)
20 Sputtering means 20A Deposition process region 21a Magnetron sputtering electrode (sputtering electrode)
21b Magnetron sputtering electrode (sputtering electrode)
22a target 22b target 23 transformer (power control means)
24 AC power supply 30 Gas supply means 31 Mass flow controller (flow rate adjustment means)
32 Sputter gas cylinder (gas storage means)
33 Mass flow controller (flow rate adjusting means)
34 Reactive gas cylinder (gas storage means)
35a Piping (gas supply path)
35b Inlet 35c Piping (gas supply path)
35d piping (gas supply path)
40 Film thickness correcting means 41a Film thickness correcting plate (correcting member)
41b Film thickness correction plate (correction member)
41c Film thickness correction plate 42a Correction plate drive motor (correction member moving means)
42b Correction plate drive motor (correction member moving means)
43a prime shaft 43b prime shaft 44a spiral rod 44b spiral rod 45a stopper 45b stopper 50 sputter controller 60 plasma generating means 60A reaction process region 61 case body 61A antenna housing chamber 62 dielectric plate 63 antenna 64 matching box 65 high frequency power supply 66 mass flow controller 67 Reactive gas cylinder 68 Piping 80 Optical measuring means 81 Light emitting sensor head 82 Optical fiber 83 Light source 84 Power supply 85 Condensing lens 91 Light receiving sensor head 92 Optical fiber 93 Optical detector 93a Collimator 93b Greating 93c Photodiode 93d A- D converter 96 Measurement control computer (measurement control means)
100 Rotary encoder (rotation position detection means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Housing 101a Fixed member 102 Rotary encoder rotating shaft 103 Rotary slit plate 103a Slit 104 Fixed slit plate 104a Lattice slit 105 Light emitting element 106 Light receiving element 110 Coupling 111 Absolute position signal generation device (measurement control means)
111a A-D converter 111b Absolute position signal generator 130 Gas supply means 131, 131-1 to 131-5 Mass flow controller (flow rate adjusting means)
132 Sputter gas cylinder (gas storage means)
133, 133-1 to 133-5 Mass flow controller (flow rate adjusting means)
134 Reactive gas cylinder (gas storage means)
135a, 135a-1 to 135a-5 Piping (gas supply path)
135b, 135b-1 to 135b-5 Inlet 135c Piping (gas supply path)
135d Piping (gas supply path)
140 Film thickness correction means 141a, 141a-1 to 141a-5 Correction small piece 141b, 141b-1 to 141b-5 Correction small piece 141c Film thickness correction plate 142a, 142a-1 to 142a-5 Correction small piece drive motor (correction small piece drive means )
142b, 142b-1 to 142b-5 correction small piece drive motor (correction small piece drive means)
143a, 143a-1 to 143a-5 prime shafts 143b, 143b-1 to 143b-5 prime shafts 144a, 144a-1 to 144a-5 Spiral rods 144b, 144b-1 to 144b-5 Spiral rod 150 Sputter control device 180 Optical Measuring means 181-1 to 181-5 Projection sensor head 182 Optical fiber 183 Light source 184 Power supply 185-1 to 185-5 Condensing lens 191-1 to 191-5 Light receiving sensor head 192 Optical fiber 193 Optical detector 196 Measurement control computer 201 Reflective position sensor 202 Reflector S Substrate (base)
S 1 substrate (base)
S 2 substrate (substrate)
S 3 substrate (base)
S 4 substrate (base)
S 5 substrate (substrate)
V1 Valve V2 Valve V3 Valve Z Rotation axis

Claims (17)

真空容器と、該真空容器の内部に設置され基体を保持する基体保持手段と、ターゲットをスパッタして前記基体に薄膜を形成するスパッタ手段と、前記ターゲットにガスを供給するガス供給手段と、を備えた薄膜形成装置であって、
前記基体の回転位置を検出する回転位置検出手段と、
前記基体に形成される薄膜の膜物性値を測定する光学測定手段と、
前記回転位置に基づいて前記光学測定手段で膜物性値の測定を行うタイミングを制御する測定制御手段と、
を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
A vacuum vessel, a substrate holding unit that is installed inside the vacuum vessel and holds the substrate, a sputtering unit that sputters a target to form a thin film on the substrate, and a gas supply unit that supplies a gas to the target. A thin film forming apparatus comprising:
Rotational position detecting means for detecting the rotational position of the substrate;
Optical measuring means for measuring film physical properties of a thin film formed on the substrate;
Measurement control means for controlling the timing of measuring the film physical property value by the optical measurement means based on the rotational position;
A thin film forming apparatus comprising:
前記光学測定手段は、前記基体保持手段の回転方向に沿って保持された複数の基体に形成される薄膜の膜物性値を測定し、その平均値を演算する平均値演算部を更に備えることを特徴とする請求項1記載の薄膜形成装置。   The optical measurement means further includes an average value calculation unit that measures the film physical property values of the thin films formed on the plurality of substrates held along the rotation direction of the substrate holding means and calculates the average value. The thin film forming apparatus according to claim 1. 前記ガス供給手段は、
ガスを貯蔵するガス貯蔵手段と、
該ガス貯蔵手段のガスを前記ターゲットに向けて供給するガス供給路と、
前記光学測定手段で測定された前記膜物性値又は前記平均値に基づいて前記ターゲットに供給されるガスの流量を調整する流量調整手段と、
を具備することを特徴とする請求項1又は2記載の薄膜形成装置。
The gas supply means includes
Gas storage means for storing gas; and
A gas supply path for supplying the gas in the gas storage means toward the target;
A flow rate adjusting means for adjusting a flow rate of the gas supplied to the target based on the film property value or the average value measured by the optical measuring means;
The thin film forming apparatus according to claim 1, further comprising:
前記スパッタ手段は、
ターゲットと、
該ターゲットを保持し電力を供給するスパッタ電極と、
該スパッタ電極に電力を供給する電源と、
前記光学測定手段で測定された前記膜物性値又は前記平均値に基づいて前記ターゲットに供給される電力の量を調整する電力調整手段と、
を具備することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1に記載の薄膜形成装置。
The sputtering means includes
Target,
A sputter electrode for holding the target and supplying power;
A power source for supplying power to the sputter electrode;
Power adjusting means for adjusting the amount of power supplied to the target based on the film property value or the average value measured by the optical measuring means;
The thin film forming apparatus according to claim 1, further comprising:
前記薄膜形成装置は、前記ターゲットから前記基体に供給される膜原料物質の量を調整する膜厚補正手段を更に備え、
前記膜厚補正手段は、
前記ターゲットと前記基体の間に配設される補正部材と、
前記光学測定手段で測定された前記膜物性値又は前記平均値に基づいて、前記ターゲットと前記基体との間で前記膜原料物質の移動を阻止する位置及び前記膜原料物質の移動を阻止しない位置との間で前記補正部材を進退自在に移動する補正部材駆動手段と、
を具備することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1に記載の薄膜形成装置。
The thin film forming apparatus further includes a film thickness correcting means for adjusting an amount of a film raw material supplied from the target to the substrate,
The film thickness correcting means includes
A correction member disposed between the target and the substrate;
Based on the film property value or the average value measured by the optical measuring means, a position for preventing movement of the film raw material between the target and the substrate and a position for preventing movement of the film raw material Correction member driving means for moving the correction member forward and backward between the correction member, and
5. The thin film forming apparatus according to claim 1, comprising:
真空容器と、該真空容器の内部に設置され基体を保持する基体保持手段と、前記基体に膜原料物質を供給するターゲットと、該ターゲットに電力を供給するスパッタ手段と、前記ターゲットにガスを供給するガス供給手段と、を備えた薄膜形成装置であって、
前記基体の回転位置を検出する回転位置検出手段と、
前記基体保持手段の回転軸線方向に複数配設され、前記回転軸線方向に沿って保持された複数の基体に形成される薄膜の物性値をそれぞれ測定する複数の光学測定手段と、
前記回転位置に基づいて前記光学測定手段で膜物性値の測定を行うタイミングを制御する測定制御手段と、
を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
A vacuum vessel, a substrate holding means installed inside the vacuum vessel to hold the substrate, a target for supplying a film raw material to the substrate, a sputtering means for supplying power to the target, and a gas to the target A thin film forming apparatus comprising:
Rotational position detecting means for detecting the rotational position of the substrate;
A plurality of optical measuring means for measuring the physical property values of the thin films formed on the plurality of bases arranged in the rotation axis direction of the substrate holding means and held along the rotation axis direction;
Measurement control means for controlling the timing of measuring the film physical property value by the optical measurement means based on the rotational position;
A thin film forming apparatus comprising:
前記光学測定手段は、前記基体保持手段の回転方向に沿って保持された複数の基体に形成される薄膜の膜物性値を測定し、その平均値を演算する平均値演算部を更に備えることを特徴とする請求項6記載の薄膜形成装置。   The optical measurement means further includes an average value calculation unit that measures the film physical property values of the thin films formed on the plurality of substrates held along the rotation direction of the substrate holding means and calculates the average value. The thin film forming apparatus according to claim 6. 前記ガス供給手段は、
ガスを貯蓄するガス貯蔵手段と、
該ガス貯蔵手段と接続され、前記複数の光学測定手段に対応する位置に形成された複数の導入口を通じて前記ターゲットにガスを供給するガス供給路と、
前記光学測定手段で測定された膜物性値又は平均値に基づいて、前記ターゲットに供給されるガスの流量を前記複数の導入口毎に独立に調整する流量調整手段と、
を具備することを特徴とする請求項6又は7記載の薄膜形成装置。
The gas supply means includes
Gas storage means for storing gas; and
A gas supply path connected to the gas storage means and supplying gas to the target through a plurality of inlets formed at positions corresponding to the plurality of optical measurement means;
Based on the film property value or average value measured by the optical measuring means, a flow rate adjusting means for independently adjusting the flow rate of the gas supplied to the target for each of the plurality of inlets;
The thin film forming apparatus according to claim 6 or 7, further comprising:
前記薄膜形成装置は、前記ターゲットから前記基体に供給される膜原料物質の量を調整する膜厚補正手段を更に備え、
前記膜厚補正手段は、
前記ターゲットと前記基体との間に配置される複数の補正小片と、
前記光学測定手段で測定された膜物性値又は平均値に基づいて、前記ターゲットと前記基体との間で膜原料物質の移動を阻止する位置及び膜原料物質の移動を阻止しない位置との間で前記複数の補正小片をそれぞれ進退自在に移動する複数の補正部材移動手段と、
を具備することを特徴とする請求項6乃至8のいずれか1に記載の薄膜形成装置。
The thin film forming apparatus further includes a film thickness correcting means for adjusting an amount of a film raw material supplied from the target to the substrate,
The film thickness correcting means includes
A plurality of correction pieces disposed between the target and the substrate;
Based on the film physical property value or the average value measured by the optical measuring means, between the position where the movement of the film raw material between the target and the substrate is blocked and the position where the movement of the film raw material is not blocked. A plurality of correction member moving means for moving the plurality of correction pieces in a freely reciprocating manner;
The thin film forming apparatus according to claim 6, further comprising:
前記回転位置検出手段は、ロータリーエンコーダを少なくとも含むことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1に記載の薄膜形成装置。   The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the rotational position detecting unit includes at least a rotary encoder. 前記ロータリーエンコーダは、前記基体保持手段の回転軸に設けられていることを特徴とする請求項10に記載の薄膜形成装置。   The thin film forming apparatus according to claim 10, wherein the rotary encoder is provided on a rotation shaft of the base body holding unit. 前記ロータリーエンコーダは、アブソリュート型であることを特徴とする請求項10又は11に記載の薄膜形成装置。   The thin film forming apparatus according to claim 10 or 11, wherein the rotary encoder is an absolute type. ターゲットをスパッタして基体保持手段に保持され回転する基体に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
前記基体の回転位置を検出する回転位置検出工程と、
前記回転位置に基づいて膜物性値を測定するタイミングを決定するタイミング決定工程と、
該タイミング決定工程で決定されたタイミングに基づいて膜物性値の測定を行う光学測定工程と、
を備えることを特徴とする薄膜形成方法。
A thin film forming method for forming a thin film on a rotating substrate held by a substrate holding means by sputtering a target,
A rotational position detecting step for detecting the rotational position of the substrate;
A timing determining step for determining a timing for measuring the film physical property value based on the rotational position;
An optical measurement step for measuring film physical properties based on the timing determined in the timing determination step;
A thin film forming method comprising:
前記光学測定工程は、前記膜物性値の平均値を演算する平均値演算工程を更に備えることを特徴とする請求項13記載の薄膜形成方法。   The thin film forming method according to claim 13, wherein the optical measurement step further includes an average value calculation step of calculating an average value of the film physical property values. 前記薄膜形成工程は、前記光学測定工程で測定された前記膜物性値又は前記平均値に基づいて、前記基体に形成される薄膜の膜厚を調整する膜厚調整工程を更に備えることを特徴とする請求項13又は14記載の薄膜形成方法。   The thin film forming step further includes a film thickness adjusting step of adjusting a film thickness of the thin film formed on the substrate based on the film physical property value or the average value measured in the optical measuring step. The thin film forming method according to claim 13 or 14. 基体保持手段に保持され回転する基体に向けてターゲットから膜原料物質を供給して薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
前記基体の回転位置を検出する回転位置検出工程と、
前記回転位置に基づいて膜物性値を測定するタイミングを決定するタイミング決定工程と、
前記タイミングに応じて、前記基体保持手段の回転軸線方向における複数位置で膜物性値の測定を開始する光学測定工程と、
前記複数位置で測定された膜物性値に基づいて、前記基体に形成される薄膜の膜厚分布を調整する膜厚分布調整工程と、
を備えることを特徴とする薄膜形成方法。
A thin film forming method for forming a thin film by supplying a film raw material from a target toward a rotating substrate held by a substrate holding means,
A rotational position detecting step for detecting the rotational position of the substrate;
A timing determining step for determining a timing for measuring the film physical property value based on the rotational position;
According to the timing, an optical measurement step of starting measurement of film physical property values at a plurality of positions in the rotation axis direction of the substrate holding means;
A film thickness distribution adjusting step for adjusting the film thickness distribution of the thin film formed on the substrate based on the film property values measured at the plurality of positions;
A thin film forming method comprising:
前記光学測定工程は、前記膜物性値の平均値を演算する平均値演算工程を更に備えることを特徴とする請求項16記載の薄膜形成方法   The thin film forming method according to claim 16, wherein the optical measurement step further includes an average value calculation step of calculating an average value of the film physical property values.
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