JP2014019887A - 光学モニタ及びそれを用いた真空蒸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チョッパ板を用いた光学モニタ装置において、測定光のチョッパ板裏面による反射を確実に防止して膜厚測定精度を向上する。
【解決手段】蒸発源に対向配置される膜厚測定用の光学モニタにおいて、所定領域に蒸発源からの蒸着材料が堆積されるように設置されるモニタガラス、スリットを有し、所定領域を蒸発源に対して遮蔽及び露出させるチョッパ板、及びモニタガラスの所定領域の裏面に位置する測定領域に光を入射させるとともに反射光を受光し、反射光の特性に基づいて膜厚を演算する測定部を備え、チョッパ板は、少なくとも所定領域に対応する部分において、モニタガラスに対して傾斜されたテーパー部を有する。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は膜厚測定用の光学モニタ及びそれを用いた真空蒸着装置に関する。

特許文献１は光学モニタを搭載した真空蒸着装置の一例を開示する。同文献の真空蒸着装置は、モニタ部（２１）、基板ドーム（２２）、及びモニタガラス（４１）を備える。蒸発源からの蒸発材料は、基板ドームの中心部に設けられたモニタ窓（４２）の開口窓（４２ａ）を介してモニタガラス下面の堆積領域に堆積される。モニタ部は投光部（４３）、ミラー（４４）及び受光部（４７）を備え、投光部からの光はミラー（４４ａ）で反射されてモニタガラスに入射され、モニタガラスからの反射光がミラー（４４ｂ）で反射されて受光部に入射される。不図示の演算手段によって、各波長における反射光の強度に基づいてモニタガラス上の堆積材料の膜厚測定が行われる。

また、上記のような光学モニタにおいて、モニタガラスへの堆積量を減少させるためのチョッパ板が設けられる場合がある。図８Ａはチョッパ板が設けられた従来の光学モニタ１０５を示す。光学モニタ１０５は、モニタガラス１０、マスク１５、投光部２１、受光部２２及びチョッパ板１３０を備える。図８Ｂに示すように、チョッパ板１３０には放射状にスリット１３３が設けられ、回転軸Ｘに関して回転される。スリット１３３はモニタガラス１０の堆積領域１１の前面を通過するように配置される。投光部２１はモニタガラス１０の堆積領域１１の裏面の測定領域１２に測定光を入射し、受光部２２は測定領域１２からの反射光Ｒ１を受光する。そして、不図示の演算手段において、受光部２２で受光された反射光の強度に基づいてモニタガラス上の堆積材料の膜厚測定が行われる。

特開２００７−２７０３３２号公報

しかし、図８Ａ及び８Ｂに示すような光学モニタにおいては、以下のような問題があった。
第１に、図８Ａに示すように、投光部２１から出射された光が、モニタガラス１０だけでなくチョッパ板１３０にも反射して、反射光Ｒ１´が受光部２２に入射することが問題となる。即ち、受光部２２において、測定領域１２での反射率に直接関係する反射光Ｒ１だけでなく、当該反射率に関係しない光Ｒ１´も受光されるために膜厚測定精度が低下するという問題があった。ここで、例えば、チョッパ板１３０の裏面（図の上面）に粗面加工等の反射防止加工を施せば、加工当初はチョッパ板１３０における反射を防止できる。しかし、その後の蒸着処理において、蒸発材料がチョッパ板１３０の裏面側に回り込み、堆積するにつれて加工面が平坦化し、反射防止加工の効果が減殺されていく。このように、チョッパ板１３０の裏面の反射防止加工は有効な対策とはならない。そのため、継続的に蒸着処理が行われる場合でもチョッパ板裏面での反射を確実に防止できる構成が必要となる。

第２に、光学モニタにおいては、モニタガラス１０の堆積領域１１には、蒸発物が均一に堆積される必要がある。しかし、図８Ｂに示すチョッパ板１３０においては、スリット１３３の幅がその放射方向において一定であるため、堆積領域１１においては、チョッパ板１３０の中心側よりも周縁部側で遮蔽率が大きくなる（即ち、開放率が小さくなる）。従って、図８Ｃに示すように、堆積領域１１において、チョッパ板１３０の中心側部分１１ａよりも周縁部側部分１１ｂの膜厚が小さくなり、略同心円状の膜斑が発生してしまう。そして、この膜斑のために、測定精度及びその再現性が低下するという問題があった。

そこで、本発明は、チョッパ板を用いた光学モニタ装置において、測定光のチョッパ板裏面による反射を確実に防止して膜厚測定精度を向上することを課題とする。また、本発明は、モニタガラスの堆積領域における膜斑を防止して測定精度及びその再現性を向上することを課題とする。

本発明の第１の側面は、蒸発源に対向配置される膜厚測定用の光学モニタであって、所定領域に蒸発源からの蒸着材料が堆積されるように設置されるモニタガラス、スリットを有し、所定領域を蒸発源に対して遮蔽及び露出させるチョッパ板、及びモニタガラスの所定領域の裏面に位置する測定領域に光を入射させるとともに反射光を受光し、反射光の特性に基づいて膜厚を演算する測定部を備える。チョッパ板は、少なくとも所定領域に対応する部分においてモニタガラスに対して傾斜されたテーパー部を有する。

例えば、チョッパ板が回転軸に対して回転可能に構成され、スリットが回転軸に関して放射状に形成され、テーパー部とモニタガラスの離隔距離がチョッパ板の外縁部側に向けて増大するように形成される。

また、チョッパ板がモニタガラスに対して平行に往復移動可能に構成され、複数のスリットが往復移動方向に配列され、テーパー部とモニタガラスとの離隔距離がテーパー部の先端側に向かって増大するように形成されるようにしてもよい。

ここで、スリットの開口幅が回転軸側から外縁部側に向けて増加するように形成されることが好ましい。

また、チョッパ板が回転軸に対して回転可能に構成され、スリットが回転軸に関して放射状に形成され、テーパー部とモニタガラスの離隔距離がチョッパ板の外縁部側に向けて減少するように形成されるようにしてもよい。

本発明の第２の側面は、蒸発源、上記の光学モニタ、処理基板を保持する基板ホルダ、並びに蒸発源、光学モニタ装置及び基板ホルダを内包する真空槽を備えた真空蒸着装置である。

ここで、真空槽及び基板ホルダが略円筒形であり、基板ホルダの内側面に処理基板が保持され、蒸発源及び光学モニタが基板ホルダの内面側に配置され、基板ホルダが円筒軸を中心として回転されるように構成される。

本発明の実施例による真空蒸着装置を示す正面図である。 図１Ａの真空蒸着装置をＡ−Ａ´で切った矢視図である。 図１Ａの真空蒸着装置をＢ−Ｂ´で切った矢視図である。 本発明の実施例による光学モニタの概略正面図である。 本発明の実施例によるチョッパ板の概略平面図である。 本発明の実施例による光学モニタを説明する図である。 本発明の実施例によるチョッパ板の鳥瞰図である。 本発明の第１の変形例によるチョッパ板を説明する図である。 本発明の第２の変形例によるチョッパ板を説明する図である。 本発明の第３の変形例によるチョッパ板を説明する図である。 本発明の第４の変形例によるチョッパ板を説明する図である。 本発明の第４の変形例によるチョッパ板を説明する図である。 従来の光学モニタを示す図である。 従来の光学モニタにおけるチョッパ板を示す図である。 従来の光学モニタを説明する図である。

実施例．
図１Ａに本発明の実施例による真空蒸着装置１の正面図を示し、図１Ｂ及び１Ｃに真空蒸着装置１をそれぞれＡ−Ａ´及びＢ−Ｂ´から見た矢視図を示す。図１Ａは真空槽正面扉を省略する。真空蒸着装置１は、真空槽２、蒸発源３、基板ホルダ４及び光学モニタ５を備える。本実施例における真空槽２は略円筒形であり、正面図において真空槽２の直径上の位置に蒸発源３及び光学モニタ５が対向配置される。

本実施例では蒸発源３は２つの蒸発源３ａ及び３ｂからなり、真空槽２を真空引きした後に２種類の蒸着材料を、時間を切替えて又は同時に蒸発させることができる。なお、本実施例では蒸発源３が２つの蒸発源からなる構成としたが、蒸発源の数は１又は３以上であってもよい。基板ホルダ４も円筒形であり、真空槽２の内側面に沿って配置され、その内面には処理対象となる基板が保持される。蒸発源３から基板への均一な蒸着を行うため、基板ホルダ４は円筒軸を中心に回転される。なお、本実施例における基板ホルダ４は円筒形状であるが、内面に基板を保持して真空槽２内で回転可能なものであれば多角柱形状であってもよい。光学モニタ５については後述する。

基板への光学膜の形成工程では、まず、蒸発源３に蒸着材料が充填されるとともに処理対象基板（不図示）が基板ホルダ４に設置され、真空槽２が真空引きされる。真空状態において、基板ホルダ４が回転されるとともに蒸着源３から蒸着材料の蒸発が開始される。蒸着処理が進むにつれて、蒸着材料が基板及び後述のモニタガラスに堆積する。光学モニタ５が、モニタガラスに蒸着された膜厚を測定し、測定される膜厚、チョッパの遮蔽率等から基板上に形成された膜の厚さを算出する。そして、光学モニタ５において測定される膜厚が所定値に達した時点で蒸着処理が停止される。なお、真空槽２、蒸発源３、基板ホルダ４及び光学モニタ５の各動作は不図示の制御手段によって統括制御されるようにしてもよい。

図２Ａに、本実施例の光学モニタ５の正面図を示す。光学モニタ５は、モニタガラス１０、マスク１５、測定部２０及びチョッパ板３０を備える。図２Ｂにチョッパ板３０の平面図を示し、図２Ｃにモニタガラス１０、マスク１５及びチョッパ板３０の位置関係を示す。

図２Ａ−２Ｃを参照すると、モニタガラス１０は円盤状又は環状であり、回転軸Ｙに関して回転される。モニタガラス１０は堆積領域１１を除いて、蒸発源３に対してマスク１５によって遮蔽される。言い換えると、蒸発源３に対して露出される堆積領域１１はマスク１５の開口によって画定され、その全面をチョッパ板３０のスリット３３が通過するように構成される。堆積領域１１の裏面が測定領域１２となり、双方の領域は上記回転軸Ｙに関する回転動作によって蒸着処理毎にモニタガラス１０上で変更することができる。

測定部２０は、投光部２１、受光部２２及び演算部２３を備える。投光部２１は測定光を測定領域１２に向けて出射し、受光部２２はその反射光Ｒ１を受光する。演算部２３は受光部２２で受光された反射光Ｒ１の特性、即ち、各波長における強度に基づいて堆積領域１１に堆積された蒸着材料の膜厚測定を行う。

チョッパ板３０は図３にも示すように円盤状であり、不図示の駆動源によって回転軸Ｘに対して回転される。チョッパ板３０は同心円状に形成されたセンター部３１及びテーパー部３２からなり、テーパー部３２には放射状にスリット３３が形成される。即ち、チョッパ板３０が回転されることによりスリット３３が堆積領域１１の前面を通過する。なお、図面ではスリット３３はテーパー部３２のみに形成されているが、スリット３３はテーパー部３２からセンター部３１まで延在されていてもよい。

ここで、図２Ａに示すように、テーパー部３２は、チョッパ板３０とモニタガラス１０の離隔距離がチョッパ板３０の周縁部側に向けて増大するように形成される。このテーパー部３２の傾斜角（テーパー部３２とモニタガラス１０がなす角）は３度〜４５度程度、より好ましくは５度〜１５度程度であればよい。実施例ではテーパー部３２とモニタガラス１０がなす角は９度に設定している。但し、センター部３１とモニタガラス１０のなす角は任意である。ここで、投光部２１からモニタガラス１０を透過してテーパー部３２に入射された測定光は、テーパー部３２で反射されると反射光Ｒ２を形成する。図２Ａに示すように、測定光が入射される部分がテーパー状であることによって、反射光Ｒ２は堆積領域１１ではなくマスク１５の方向に進み、受光部２２に入射されることはない。従って、測定部２０の膜厚測定において、反射光Ｒ１のみに基づいて膜厚測定を行うことができ、膜厚測定精度を向上することができる。

また、スリット３３の各々は、その開口幅が、回転軸Ｘ側から外縁部側に向けて増加するように略扇形に形成される。これにより、堆積領域１１におけるチョッパ板３０による遮蔽率（即ち、スリット３３による開口率）が均一となり、堆積領域１１に堆積される蒸着物の膜厚が均一となる。従って、従来の構成（図８Ａ−８Ｃ）で問題となっていた堆積領域における膜斑の発生が防止され、モニタ精度及びその再現性が向上する。なお、スリット３３の開口幅及びその拡がり角度（長手方向に対する開口幅の変化）、長さ、本数等は所望の遮蔽率（開口率）に従って選択される。

変形例．
上記実施例においては、チョッパ板のテーパー部が蒸発源側に傾斜する構成を示したが、チョッパ板の構成はこれに限られない。具体的には、チョッパ板が、少なくとも堆積領域１１を遮蔽する部分において、モニタガラス１０に対して傾斜されたテーパー部を有していればよい。以下に、図４−６並びに図７Ａ及び７Ｂを参照してチョッパ板の変形例を示す。

変形例１．
図４に、第１の変形例のチョッパ板４０を含む光学モニタ５を示す。チョッパ板４０は、同心円状に形成されたセンター部４１、テーパー部４２及びエッジ部４４からなり、回転軸Ｘに対して回転される。スリット４３がセンター部４１からテーパー部４２を経てエッジ部４４にかけて、回転軸Ｘに関して放射状に形成される。ここで、投光部２１からモニタガラス１０を透過してテーパー部４２に入射された測定光は、テーパー部４２で反射されると、上記実施例と同様に、マスク１５に向けて反射される反射光Ｒ２を形成する。

本変形例でも、チョッパ板４０からの反射光Ｒ２は受光部２２に入射されることはなく、測定部２０の膜厚測定において、反射光Ｒ１のみに基づいて膜厚測定を行うことができ、膜厚測定精度を向上することができる。また、本変形例では、チョッパ板４０（エッジ部４４）の外縁部が実施例におけるチョッパ板３０（テーパー部３２）の外縁部よりもマスク１５に近い位置に配置されるので、蒸着材料がマスク１５とチョッパ板４０の外縁部の隙間から堆積領域１１に入り込んでしまうのを抑制することができる。これにより、モニタ精度の更なる向上が期待できる。但し、スリット４３の拡がり角度を、センター部４１、テーパー部４２及びエッジ部４４の各部間の段差に応じて調整する必要がある。

変形例２．
図５に、第２の変形例のチョッパ板５０を含む光学モニタ５を示す。チョッパ板５０は、同心円状に形成されたセンター部５１及びテーパー部５２からなり、回転軸Ｘに対して回転される。スリット５３がチョッパ回転軸Ｘに関して放射状にテーパー部５２に形成される。本変形例では、チョッパ板５０とモニタガラス１０の離隔距離がチョッパ板５０の周縁部側に向けて減少するようにテーパー部５２が形成される。ここで、投光部２１からモニタガラス１０を透過してテーパー部５２に入射された測定光は、テーパー部５２で反射されると、マスク１５に向けて反射される反射光Ｒ３を形成する。

本変形例でも、チョッパ板５０からの反射光Ｒ３は受光部２２に入射されることはなく、測定部２０の膜厚測定において、反射光Ｒ１のみに基づいて膜厚測定を行うことができ、膜厚測定精度を向上することができる。また、本変形例では、テーパー部５２の外縁部が第１の変形例よりも更にマスク１５に近い位置に形成されるので、蒸着材料がマスク１５とチョッパ板外縁部の隙間から堆積領域１１に入り込んでしまう状態を、第１の変形例に比べて更に抑制することができる。これにより、モニタ精度の更なる向上が期待できる。但し、ここでも、スリット５３の拡がり角度を、テーパー部５２の傾斜に応じて調整する必要がある。

変形例３．
図６に、第３の変形例のチョッパ板６０の平面図を示す。チョッパ板６０は、放射状に延在する複数の山部６５ａ（一点破線）及び谷部６５ｂ（破線）からなり、回転軸Ｘに対して回転される。スリット６３は谷部６５ｂに形成される。本変形例では、山部６５ａと谷部６５ｂの間の領域がテーパー部となる。ここで、投光部２１からモニタガラス１０を透過してテーパー部（６５ａと６５ｂの間）に入射された測定光は、マスク１５に向けて反射され、受光部２２には到達しない。従って、上記実施例と同様の効果が得られる。

なお、本変形例では、谷部６５ｂにスリット６３が形成される構成を示したが、山部６５ａにスリットが形成される構成としてもよい。但し、蒸着処理を累積的に行う結果として谷部６５ｂに蒸着材料が堆積してしまう可能性（これにより堆積物によって反射された光が受光部２２に到達してしまう可能性）を考慮すると、谷部６５ｂにスリット６３を設ける方が好ましい。

変形例４．
上記実施例及び変形例においては、円盤状のチョッパ板が回転される構成を示したが、本変形例ではチョッパ板が往復移動される構成を示す。
図７Ａ及び図７Ｂに、第４の変形例のチョッパ板７０を含む光学モニタ５の正面図及びチョッパ板７０の平面図をそれぞれ示す。チョッパ板７０は、方形のプレートを二分したベース部７１及びテーパー部７２からなり、テーパー部７２は、各々が傾斜方向沿って形成されたスリット７３を有する。テーパー部７２とモニタガラス１０の離隔距離はテーパー部７２の先端側に向かって増大する。チョッパ板７０はスリット７３の配列方向（矢印の方向）に、モニタガラス１０に対して平行に往復移動される。

本変形例でも、チョッパ板７０からの反射光Ｒ２は受光部２２に入射されることはなく、測定部２０の膜厚測定において、反射光Ｒ１のみに基づいて膜厚測定を行うことができ、膜厚測定精度を向上することができる。また、本変形例の構成は、変形例１−３の構成にも適用することができる。即ち、方形のチョッパ板を、変形例１に適用してチョッパ板の一部分（スリット配列方向に平行でかつ堆積領域に対応する部分）が傾斜する構成としてもよいし、変形例２に適用してテーパー部がベース部に対してモニタガラス側に傾斜する（テーパー部とモニタガラスの離隔距離はテーパー部の先端側に向かって減少する）構成としてもよいし、変形例３に適用してチョッパ板移動方向と垂直な方向に延在する山部と谷部を形成し、谷部（又は山部）にスリットが形成される構成としてもよい。

以上のように、上記実施例及び変形例によると、チョッパ板を用いた光学モニタ装置において、測定光のチョッパ板裏面による反射の影響をなくして膜厚測定精度を向上することができる。また、モニタガラスの堆積領域における膜斑を防止してモニタ精度及びその再現性を向上することができる。

１．真空蒸着装置
２．真空槽
３．蒸発源
４．基板ホルダ
５．光学モニタ
１０．モニタガラス
１１．堆積領域
１２．測定領域
１５．マスク
２０．測定部
２１．投光部
２２．受光部
２３．演算部
３０．チョッパ板
３１．センター部
３２．テーパー部
３３．スリット
４０．チョッパ板
４１．センター部
４２．テーパー部
４３．スリット
４４．エッジ部
５０．チョッパ板
５１．センター部
５２．テーパー部
５３．スリット
６０．チョッパ板
６３．スリット
６５ａ．山部
６５ｂ．谷部
７０．チョッパ板
７１．ベース部
７２．テーパー部
７３．スリット

Claims (7)

1. 蒸発源に対向配置される膜厚測定用の光学モニタであって、
   所定領域に前記蒸発源からの蒸着材料が堆積されるように設置されるモニタガラス、
   スリットを有し、前記所定領域を前記蒸発源に対して遮蔽及び露出させるチョッパ板、及び
   前記モニタガラスの前記所定領域の裏面に位置する測定領域に光を入射させるとともに反射光を受光し、該反射光の特性に基づいて膜厚を演算する測定部
   を備え、
   前記チョッパ板が、少なくとも前記所定領域に対応する部分において前記モニタガラスに対して傾斜されたテーパー部を有する光学モニタ。
2. 請求項１に記載の光学モニタにおいて、前記チョッパ板が回転軸に対して回転可能に構成され、前記スリットが該回転軸に関して放射状に形成され、前記テーパー部と前記モニタガラスの離隔距離が前記チョッパ板の外縁部側に向けて増大するように形成された光学モニタ。
3. 請求項１に記載の光学モニタにおいて、前記チョッパ板が回転軸に対して回転可能に構成され、前記スリットが該回転軸に関して放射状に形成され、前記テーパー部と前記モニタガラスの離隔距離が前記チョッパ板の外縁部側に向けて減少するように形成された光学モニタ。
4. 請求項１に記載の光学モニタにおいて、前記チョッパ板が前記モニタガラスに対して平行に往復移動可能に構成され、複数の前記スリットが該往復移動方向に配列され、前記テーパー部と該モニタガラスとの離隔距離が該テーパー部の先端側に向かって減少するように形成された光学モニタ。
5. 請求項２に記載の光学モニタにおいて、前記スリットの開口幅が前記回転軸側から前記外縁部側に向けて増加するように形成された光学モニタ。
6. 前記蒸発源、請求項１に記載の光学モニタ、処理基板を保持する基板ホルダ、並びに該蒸発源、該光学モニタ装置及び該基板ホルダを内包する真空槽を備えた真空蒸着装置。
7. 請求項６に記載の真空蒸着装置において、前記真空槽及び前記基板ホルダが略円筒形であり、該基板ホルダの内側面に前記処理基板が保持され、前記蒸発源及び前記光学モニタが該基板ホルダの内面側に配置され、該基板ホルダが円筒軸を中心として回転されるように構成された真空蒸着装置。

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