JP4806268B2 - 薄膜形成装置および薄膜形成方法 - Google Patents
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すなわち、この薄膜形成装置では、回転軸線の異なる方向から測定光と反射光がそれぞれ入射および出射されるため、測定光と反射光が回転軸内で重なることがない。このため、測定光と反射光が重なることによる膜厚値に誤差が生じるといった不都合が生じず、測定される膜厚値の精度を向上させることが可能となる。
さらに、この薄膜形成装置は、回転軸線の異なる方向から測定光と反射光がそれぞれ入射および出射されるため、測定光と反射光を分離するためのハーフミラーを用いる必要が無い。このため、ハーフミラーを用いることによる測定値の感度低下が生じず、測定される膜厚値の感度を向上させることが可能となる。
このため、第一の光反射部材に向けて測定光を投光する間は、常に継続的に特定の基体の膜厚を測定することが可能となる。
従って、本発明の薄膜形成装置によれば、膜厚の経時的変化に関する情報を取得することが可能となる。
一方、基体保持手段の内部に投光部や受光部が設置されている場合には、基体保持手段の回転に伴って投光部や受光部も回転するため、これらに接続された光ファイバなどがねじれたり絡まったりするという不都合がある。また、真空容器内の基体保持手段は成膜の過程で加熱されて高温になるため、この熱による投光部や受光部の熱変性といった不都合が生じることがある。
しかしながら、本発明の薄膜形成装置によれば、このような光ファイバのねじれや絡まりや、成膜の過程で発生する熱による影響を防止して、安定した膜厚測定を行うことが可能となる。
従って、複雑な構成を備えることなく、基体保持手段駆動源により基体保持手段を回転駆動したままの状態で、安定して膜厚測定を行うことが可能となる。
このように、この薄膜形成装置によれば、基体に形成される薄膜の膜厚を高い精度で調整することが可能となる。
このように、この薄膜形成装置によれば、基体に形成される薄膜の膜厚分布を高い精度で調整することが可能となる。
すなわち、この薄膜形成方法では、回転軸線の異なる方向から測定光と反射光がそれぞれ入射および出射されるため、測定光と反射光が回転軸内で重なることがない。このため、測定光と反射光が重なることによる膜厚値に誤差が生じるといった不都合が生じず、測定される膜厚値の精度を向上させることが可能となる。
さらに、回転軸線の異なる方向から測定光と反射光がそれぞれ入射および出射されるため、測定光と反射光を分離するためのハーフミラーを用いる必要が無い。このため、ハーフミラーを用いることによる測定値の感度低下が生じず、測定される膜厚値の感度を向上させることが可能となる。
そして、このような高い精度の膜厚測定により得られた膜厚値に基づいて膜厚をフィードバック制御により調整することで、得られる光学製品の膜厚を厳密に制御することが可能となる。
すなわち、この薄膜形成方法では、回転軸線の異なる方向から測定光と反射光がそれぞれ入射および出射されるため、測定光と反射光が回転軸内で重なることがない。このため、測定光と反射光が重なることによる膜厚値に誤差が生じるといった不都合が生じず、測定される膜厚値の精度を向上させることが可能となる。
さらに、この薄膜形成方法は、回転軸線の異なる方向から測定光と反射光がそれぞれ入射および出射されるため、測定光と反射光を分離するためのハーフミラーを用いる必要が無い。このため、ハーフミラーを用いることによる測定値の感度低下が生じず、測定される膜厚値の感度を向上させることが可能となる。
そして、このような高い精度の膜厚測定により得られた膜厚値に基づいて膜厚分布をフィードバック制御により調整することで、得られる光学製品の膜厚分布を厳密に制御することが可能となる。
この回転ドラム駆動モータ17の出力軸にはギヤ17aが嵌着している。このギヤ17aは回転軸13dの下端部に設けられたギヤ13eと噛合している。回転ドラム駆動モータ17は図示しない電源に接続されており、この電源から電力の供給を受けてギヤ17aが回転する。ギヤ17aが回転すると、これに噛合するギヤ13eにギヤ17aの回転動力が伝達されて、ギヤ13eも回転する。ギヤ13eが回転すると、回転ドラム13全体が回転軸13dの回転軸線Z−Z'を中心に回転する。各基板Sは、基板保持板13a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−Z'を公転軸として公転する。
なお、光源41、投光用光ファイバ42、および投光ヘッド43は本発明の投光部に相当する。また、全反射ミラー46は第一の光反射部材に、全反射ミラー51は第二の光反射部材に相当する。また、受光ヘッド54、受光側光ファイバ55、および分光測定装置56は受光部に相当する。
なお、光源41で発生させた測定光を投光側光ファイバ42で伝送し、投光ヘッド43から全反射ミラー46を介してモニタ基板S0に照射する工程は、本発明の投光工程に相当する。
なお、本実施形態では、単一の開口13fを測定光および反射光が通過するように構成されているが、測定光用の開口と反射光用の開口の2つの開口を設ける構成としてもよい。
仮に、回転ドラム駆動モータ17の出力軸の端面と回転ドラム13の回転軸13dの端面とを連接して両軸を一軸状とした場合、回転軸13dの端部にはこの出力軸が接合しているため、反射光はこの出力軸に遮られて回転軸13dの一端側から出射することができない。このため、回転軸13d内に更に全反射ミラーを設けると共に、回転軸13dの側面にさらに開口を設けて、この開口を介して反射光を出射させるような複雑な構成を採用する必要がある。
一方で、本発明の薄膜形成装置1では、回転軸13dの端部側は自由端となっているため、この端部から直接反射光が出射できるようになっている。従って、本発明の薄膜形成装置は、回転軸13dの端部外周面に取り付けられたギヤ13eを介して回転ドラム駆動モータ17の回転出力を伝達するという簡単な構成で、回転ドラム13を回転したままの状態で安定して薄膜測定を行うことが可能となっている。
なお、モニタ基板S0で反射した反射光を全反射ミラー51を介して受光ヘッド54で受光し、この受光した反射光を受光側光ファイバ55で伝送して分光測定装置56で分光測定を行う工程は、本発明の受光工程に相当する。
なお、膜厚演算コンピュータ57は本発明の膜厚演算部に相当する。
この膜厚演算コンピュータ57で膜厚を算出する工程は、本発明の膜厚取得工程に相当する。
具体的には、膜厚制御装置90は、膜厚演算コンピュータ57で取得した膜厚に基づいて、後述するスパッタ手段20の交流電源24からターゲット22a,22bに供給される電力の増減、スパッタガス供給手段30により成膜プロセス領域20Aに供給されるスパッタガスや反応性ガスの供給量の増減、後述する図5や図6に示す補正板駆動モータ84a,84bによる膜厚補正板81a,81bの進退移動のいずれか1つ以上の方法により、成膜レートを調整する。この膜厚制御装置90による成膜レートの調整については、後に詳細に説明する。
なお、この膜厚制御装置90は本発明の膜厚調整手段に相当する。また、膜厚制御装置90で膜厚を調整する工程は、本発明の膜厚調整工程に相当する。
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5は図1の成膜プロセス領域20Aを拡大して示した説明図、図6は図1の成膜プロセス領域を基板側から見た状態を示す説明図である。なお、図5では、回転ドラム13についてはその一部のみ示しており、その他の部分については省略して記載してある。
まず、交流電源24を制御することによって膜厚を調整する方法について説明する。膜厚制御装置90は、交流電源24と電気的に接続されており、交流電源24から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増減することで、成膜レートを調整する。
次に、マスフローコントローラ31,33を制御することによって膜厚を調整する方法について説明する。膜厚制御装置90は、マスフローコントローラ31,33と電気的に接続されており、マスフローコントローラ31,33を通過するスパッタガスや反応性ガスの流量を増減することで、成膜レートを調整する。
なお、本実施形態では、マスフローコントローラ31,33の両方を制御して膜厚を調整しているが、いずれか一方のみを調整することで膜厚調整を行ってもよい。
次に、膜厚補正板81a,81bの位置を移動することによって膜厚を調整する方法について説明する。補正板駆動モータ84a,84bは、膜厚制御装置90と電気的に接続されており、この膜厚制御装置90により駆動制御される。膜厚制御装置90は、膜厚演算コンピュータ57と電気的に接続されており、膜厚演算コンピュータ57により演算された膜厚に基づいて膜厚補正板81a,81bの移動量を決定して、この移動量に基づいて補正板駆動モータ84a,84bの駆動制御を行う。
続いて、図7を用いて反応プロセス領域60Aについて説明する。上述したように、反応プロセス領域60Aでは、成膜プロセス領域20Aで基板Sの表面に付着した膜原料物質をプラズマ発生手段60でプラズマ処理して、膜原料物質の完全反応物や不完全反応物からなる中間薄膜を形成している。
この膜厚演算コンピュータでの膜厚分布の測定は、本発明の膜厚分布取得工程に相当する。
なお、本実施形態における膜厚制御装置は本発明の膜厚分布調整手段に相当する。また、膜厚制御装置による膜厚分布の調整を行う工程は、本発明の膜厚分布調整工程に相当する。
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
13d 回転軸
13e ギヤ(動力伝達部材)
13f 開口
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 回転ドラム駆動モータ(基体保持手段駆動源)
17a ギヤ
20 スパッタ手段(膜原料物質供給手段)
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
24 交流電源(電力供給手段)
30 スパッタガス供給手段
31 マスフローコントローラ
31−1〜31−3 マスフローコントローラ
32 スパッタガスボンベ
33 マスフローコントローラ
33−1〜33−3 マスフローコントローラ
34 反応性ガスボンベ
35 配管
35a 導入口
35a−1〜35a−3 導入口
36 配管
37 配管
41 光源(投光部)
42 投光用光ファイバ(投光部)
42−1〜42−3 投光用光ファイバ(投光部)
43 投光ヘッド(投光部)
43−1〜43−3 投光ヘッド(投光部)
44 投光側集光レンズ
45 投光側集光レンズ
46 全反射ミラー(第一の光反射部材)
46−1〜46−3 全反射ミラー(第一の光反射部材)
51 全反射ミラー(第二の光反射部材)
51−1〜52−3 全反射ミラー(第二の光反射部材)
52 受光側集光レンズ
53 受光側集光レンズ
54 受光ヘッド(受光部)
54−1〜54−3 受光ヘッド(受光部)
55 受光側光ファイバ(受光部)
55−1 受光側光ファイバ(受光部)
55−2 受光側光ファイバ(受光部)
55−3 受光側光ファイバ(受光部)
56 分光測定装置(受光部)
57 膜厚演算コンピュータ(膜厚演算部)
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
70 反応性ガス供給手段
71 酸素ガスボンベ
72 マスフローコントローラ
73 アルゴンガスボンベ
74 マスフローコントローラ
75 配管
75a 導入口
81a 膜厚補正板
81b 膜厚補正板
81c 膜厚補正板
81a−1〜81a−3 補正小片
81b−1〜81b−3 補正小片
82a 螺旋棒(補正部材移動手段)
82b 螺旋棒(補正部材移動手段)
82a−1〜82a−3 螺旋棒(補正部材移動手段)
82b−1〜82b−3 螺旋棒(補正部材移動手段)
83a 原動軸(補正部材移動手段)
83b 原動軸(補正部材移動手段)
83a−1〜83a−3 原動軸(補正部材移動手段)
83b−1〜83b−3 原動軸(補正部材移動手段)
84a 補正板駆動モータ(補正部材移動手段)
84b 補正板駆動モータ(補正部材移動手段)
84a−1〜84a−3 補正板駆動モータ(補正部材移動手段)
84b−1〜84b−3 補正板駆動モータ(補正部材移動手段)
85a,85b シールド
90 膜厚制御装置(膜厚調整手段・膜厚分布調整手段)
S 基板(基体)
S0 モニタ基板(基体)
S1 モニタ基板(基体)
S2 モニタ基板(基体)
S3 モニタ基板(基体)
V1 バルブ
V2 バルブ
V3 バルブ
Claims (12)
- 真空容器内に配置された基体に薄膜を形成するカルーセル式の薄膜形成装置であって、
前記基体を保持した状態で回転軸線を中心に回転可能な基体保持手段と、
前記基体に膜原料物質を供給して薄膜を形成する膜原料物質供給手段と、
前記基体のうち、特定の基体に形成された薄膜の膜厚を測定する膜厚測定手段と、を備え、
該膜厚測定手段は、
前記回転軸線の一方の側から前記基体保持手段の内部に向けて測定光を投光する投光部と、
前記基体保持手段の内部に設けられると共に前記投光部から投光された前記測定光を前記特定の基体へ反射する第一の光反射部材と、
前記基体保持手段の内部に設けられると共に前記特定の基体から反射された反射光を前記回転軸線の他方の側へ向けて反射する第二の光反射部材と、
該第二の光反射部材により反射された前記反射光を受光する受光部と、
該受光部で受光された前記反射光に基づいて前記特定の基体に形成される薄膜の膜厚を演算する膜厚演算部と、
を具備し、
前記基体保持手段は、
前記回転軸線を中心に回転する中空状の回転軸と、
前記基体を保持する基板保持板と、
前記基板保持板を前記回転軸に固定するフレームと、
を具備し、
前記回転軸の中空内部には、前記第一の光反射部材および前記第二の光反射部材が固定され、
前記回転軸の壁面には、前記第一の光反射部材で反射された前記測定光および前記特定の基体から前記第二の光反射部材に向けて反射された前記反射光が通過する開口が形成され、
該開口は、前記特定の基体に対して常に対向して形成されてなることを特徴とする薄膜形成装置。 - 前記回転軸は、両端の一部が前記真空容器の外部に延出し、
前記投光部は、前記回転軸の一端側の前記真空容器外であって前記第一の反射部材に向けて前記測定光を投光する位置に配置され、
前記受光部は、前記回転軸の他端側の前記真空容器外であって前記第二の反射部材から反射する前記反射光が入射する位置に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の薄膜形成装置。 - 前記薄膜形成装置は、一方向または両方向に回転する出力軸を有する基体保持手段駆動源を備え、
前記回転軸は、その一端の外周面に前記基体保持手段駆動源の出力軸の回転を伝達する動力伝達部材が取り付けられると共に、前記一端は自由端とされていることを特徴とする請求項2に記載の薄膜形成装置。 - 前記薄膜形成装置は、前記膜厚測定手段により測定された膜厚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手段をさらに備えたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の薄膜形成装置。
- 前記膜原料物質供給手段は、
ターゲットと、
該ターゲットを保持して電圧を印加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力供給手段と、
前記ターゲットに向けてスパッタガスを供給するスパッタガス供給手段と、を備え、
前記膜厚調整手段は、前記膜厚測定手段により測定した膜厚に基づいて、前記電力供給手段により前記スパッタ電極に供給される電力の量または前記スパッタガス供給手段により前記ターゲットに供給されるスパッタガスの流量のうち少なくともいずれか一方を調整することを特徴とする請求項4に記載の薄膜形成装置。 - 前記薄膜形成装置は、
前記膜原料物質供給手段と前記基体保持手段との間に配設される膜厚補正板と、
前記膜原料物質供給手段から前記基体保持手段へ供給される膜原料物質の一部を遮断する第一の位置、および前記第一の位置よりも膜原料物質の遮断量が少ない第二の位置との間で前記膜厚補正板を移動可能な補正板移動手段と、をさらに備え、
前記膜厚調整手段は、前記膜厚測定手段により測定された膜厚に基づいて前記補正板移動手段による前記膜厚補正板の移動位置を調整することを特徴とする請求項4または5に記載の薄膜形成装置。 - 真空容器内に配置された基体に薄膜を形成するカルーセル式の薄膜形成装置であって、
前記基体を保持した状態で回転軸線を中心に回転可能な基体保持手段と、
前記基体に膜原料物質を供給して薄膜を形成する膜原料物質供給手段と、
前記基体保持手段の回転軸線に沿って配置された複数の異なる基体のうち、複数の特定の基体の膜厚を測定する膜厚測定手段と、を備え、
該膜厚測定手段は、
前記回転軸線上の一方の側から複数の測定光を投光する投光部と、
該投光部から投光された前記測定光を前記基体保持手段に配置された前記特定の基体へ向けて反射する第一の光反射部材および前記特定の基体で反射された前記反射光を前記回転軸線の他方の側へ向けて反射する第二の光反射部材からなる一組の光反射ユニットと、
前記第二の光反射部材で反射された前記反射光を受光する受光部と、
該受光部で受光された前記反射光に基づいて前記特定の基体に形成される薄膜の膜厚を演算する膜厚演算部と、
を具備し、
前記基体保持手段は、
前記回転軸線を中心に回転する中空状の回転軸と、
前記基体を保持する基板保持板と、
前記基板保持板を前記回転軸に固定するフレームと、
を具備し、
前記回転軸の中空内部には、前記第一の光反射部材および前記第二の光反射部材が固定され、
前記回転軸の壁面には、前記第一の光反射部材で反射された前記測定光および前記特定の基体から前記第二の光反射部材に向けて反射された前記反射光が通過する開口が複数形成され、
前記光反射ユニットは、前記基体保持手段の回転軸線方向に沿って配置された前記複数の特定の基体に測定光を照射するように、前記回転軸線に沿って複数組配設され、
前記複数の開口は、それぞれ前記特定の基体に対して常に対向して形成されてなることを特徴とする薄膜形成装置。 - 前記薄膜形成装置は、前記膜厚測定手段により測定された前記複数の特定の基体に形成された膜厚に基づいて膜厚分布を調整する膜厚分布調整手段をさらに備えたことを特徴とする請求項7に記載の薄膜形成装置。
- 前記膜原料物質供給手段は、
ターゲットと、
該ターゲットを保持して電圧を印加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力供給手段と、
前記ターゲットに向けてスパッタガスを供給するスパッタガス供給手段と、を備え、
前記スパッタガス供給手段は、
前記複数の基体に対応する位置に配置され前記スパッタガスを前記ターゲットの異なる複数の位置に導入する複数の配管と、
該複数の配管から導入される前記スパッタガスの流量を独立に調整可能なスパッタガス流量調整手段と、備え、
前記膜厚分布調整手段は、前記膜厚測定手段で測定された前記複数の特定の基体の膜厚に基づいて、前記スパッタガス流量調整手段による前記複数の配管から導入されるスパッタガスの流量をそれぞれ独立に調整することを特徴とする請求項8に記載の薄膜形成装置。 - 前記薄膜形成装置は、
前記膜原料物質供給手段と前記基体保持手段との間であって、かつ前記複数の特定の基体に対応する位置に配設される複数の補正小片と、
前記膜原料物質供給手段から前記基体保持手段へ供給される膜原料物質の一部を遮断する第一の位置と、前記第一の位置よりも膜原料物質の遮断量が少ない第二の位置との間で前記複数の補正小片を独立に移動可能な補正小片移動手段と、をさらに備え、
前記膜厚分布調整手段は、前記膜厚測定手段で測定された前記複数の特定の基体の膜厚に基づいて、前記補正小片移動手段による前記複数の補正小片の移動位置をそれぞれ独立に調整することを特徴とする請求項8または9に記載の薄膜形成装置。 - カルーセル式の薄膜形成装置を用いて回転軸線を中心に回転可能な基体保持手段に配置された基体に対して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、
前記基体保持手段の内部であって特定の基体に対して常に対向して配置された光反射部材を介して前記回転軸線の一方の側から前記特定の基体に測定光を投光する投光工程と、
前記基体保持手段の内部であって前記特定の基体に対して常に対向して配置された第二の光反射部材を介して前記回転軸線の他方の側で前記特定の基体から反射する反射光を受光する受光工程と、
該受光工程で受光した反射光に基づいて前記特定の基体に形成される薄膜の膜厚を取得する膜厚取得工程と、
該膜厚取得工程で取得した膜厚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と、
を行うことを特徴とする薄膜形成方法。 - カルーセル式の薄膜形成装置を用いて回転軸線を中心に回転可能な基体保持手段に配置された基体に対して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、
前記基体保持手段の内部であって、前記基体保持手段に複数保持された特定の基体に対してそれぞれが常に対向して配置された複数の光反射部材を介して前記回転軸線の一方の側から前記基体保持手段に配置された前記複数の特定の基体のうち異なる位置に配置された特定の基体に向けて複数の測定光を投光する投光工程と、
前記基体保持手段の内部であって、前記複数の特定の基体に対してそれぞれが常に対向して配置された複数の第二の光反射部材を介して前記回転軸線の他方の側で前記異なる位置に配置された前記特定の基体から反射する複数の反射光を受光する受光工程と、
該受光工程で受光した複数の反射光に基づいて前記異なる位置に配置された前記特定の基体に形成される薄膜の膜厚を取得する膜厚取得工程と、
該膜厚取得工程で取得した複数の膜厚値に基づいて膜厚分布を取得する膜厚分布取得工程と、
該膜厚分布取得工程で取得した膜厚分布に基づいて、前記複数の位置における膜厚分布を調整する膜厚分布調整工程と、
を行うことを特徴とする薄膜形成方法。
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