JP7171092B1 - 成膜制御装置、成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】目的とする分光特性が得られるように多層薄膜の成膜条件を制御する成膜制御装置を提供する。【解決手段】回転体２５に配置された基板Ｓに光を照射する光源４２と、照射した光に対し、成膜された薄膜の層を透過する透過光または反射する反射光を受光する受光部４６と、回転体の位置に対応した位置情報を取得する位置情報取得部４８と、成膜条件を制御する制御部４とを備え、制御部は、位置情報取得部で取得した位置情報に基づいて基板の位置を特定し、基板に対して透過光または反射光を受光するタイミングを制御するタイミング制御部と、透過光または反射光に基づいて薄膜の各層の膜厚を算出し、各層の膜厚と、目標膜厚との膜厚差を判定する膜厚判定部と、各層の膜厚が前記目標膜厚に対して所定値以上の膜厚差がある場合には、目標膜厚になるように当該層に対する成膜条件を補正した上で、成膜条件を設定する成膜条件設定部と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、成膜制御装置、成膜装置及び成膜方法に関するものである。

ガラス、プラスチック又は半導体基板といった基板の表面に、蒸着やスパッタなどの成膜方法を用いて複数の層からなる薄膜を成膜することが行われている。この種の多層薄膜を成膜する場合、薄膜を構成する各層の分光特性を、成膜処理を中断することなく測定する光学測定装置が知られている（特許文献１）。

特許第５９３８１５５号公報

しかしながら、上記従来技術では、成膜途中にある各層の分光特性の測定結果から、たとえば屈折率、反射率、消衰係数を算出できるとされているものの、分光特性が許容範囲を外れている場合にはどのように対処すべきかの言及はされていない。したがって、目的とする所望の分光特性を有する多層薄膜が成膜できる成膜制御装置、成膜装置及び成膜方法が求められていた。

本発明が解決しようとする課題は、多層薄膜を成膜する場合に、目的とする分光特性が得られるように多層薄膜の成膜条件を制御できる成膜制御装置、成膜装置及び成膜方法を提供することである。

本発明は、回転体に配置された基板に光を照射する光源と、
前記光源から照射した光に対し、前記基板に成膜された薄膜の層を透過する透過光または反射する反射光を受光する受光部と、
前記回転体の円周方向の位置に対応した位置情報を取得する位置情報取得部と、
成膜条件を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記位置情報取得部で取得した前記回転体の円周方向の位置情報に基づいて目的とする基板の位置を特定し、当該特定した位置の基板に対して前記光源から照射した光の透過光または反射光を受光するタイミングを制御するタイミング制御部と、
前記受光部で受光した透過光または反射光に基づいて、複数の層からなる薄膜の各層の膜厚を算出し、前記各層の膜厚と、所望の分光特性を有する薄膜を構成する各層の目標膜厚との膜厚差を判定する膜厚判定部と、
成膜処理で得られた薄膜の分光特性が前記所望の分光特性の許容範囲にあるか否かを判定する分光特性判定部と、
前記成膜処理で得られた薄膜の分光特性が前記所望の分光特性の許容範囲にない場合であって、前記各層の膜厚が前記目標膜厚に対して所定値以上の膜厚差があるときは、当該膜厚差がある層の膜厚が当該層の目標膜厚になるように次の基板の当該層に対する成膜条件を補正し、前記成膜処理で得られた薄膜の分光特性が前記所望の分光特性の許容範囲にある場合には、前記各層の成膜条件を補正しない成膜条件設定部と、を含むことによって、上記課題を解決する。

本発明では、多層薄膜の成膜処理を中断することなく成膜途中において各層の透過率又は反射率などの分光特性を測定し、成膜終了後に、得られた分光特性から各層の膜厚を算出する。そして、目標膜厚との膜厚差が大きい場合には、膜厚差が小さくなる成膜条件に補正したうえで以後の成膜処理を実行する。したがって、多層薄膜を成膜する場合に、目的とする分光特性が得られるように多層薄膜の成膜条件を制御することができる。

本発明に係る成膜装置の一実施の形態を示す縦断面図を含むブロック図である。 図１のレーザセンサ及び反射板の要部を示す平面図である。 図２Ａの基板ホルダが定速で回転した場合にレーザセンサにて検出される受光強度を示すグラフである。 図１のレーザセンサ及び反射板の要部の他の例を示す正面図である。 図３Ａの平面図である。 図３Ａの回転軸が定速で回転した場合にレーザセンサにて検出される受光強度を示すグラフである。 図１の基板ホルダの底面図であって、基板が装着される側の面を示す図である。 図１に示す水晶発振式膜厚計及び光学膜厚計が設けられた回転軸の中心部を示す拡大断面図である。 本発明に係る成膜装置を用いた成膜処理の手順の一例を示すフローチャートである。 本発明に係る成膜装置を用いた成膜処理の一例であって、第Ｎ回成膜時及び第（Ｎ＋１）回成膜時それぞれの各層の成膜材料、目標膜厚、解析膜厚、解析結果、現フィードバック係数、新フィードバック係数を示す表である。 本発明に係る成膜装置の他の実施の形態を示す縦断面図を含むブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下において、図１は、本発明に係る成膜制御装置、成膜装置及び成膜方法を適用した成膜装置１の一実施の形態を示す図であり、主要部の縦断面図を含むブロック図である。本発明の成膜装置１は、典型的には真空蒸着装置又は真空スパッタ装置として具現化することができるので、以下においては、真空蒸着法を用いた成膜装置１を本発明の一実施の形態として説明し、真空スパッタ法を用いた成膜装置１を本発明の他の実施の形態として説明する。ただし、本発明の成膜制御装置、成膜装置及び成膜方法は、真空蒸着法を用いた真空蒸着装置や真空スパッタ法を用いた真空スパッタ装置にのみ限定される趣旨ではなく、真空蒸着装置及び真空スパッタ装置以外の成膜装置を含めた広い意味での成膜装置にも適用することができる。

《真空蒸着装置》
本実施形態の成膜装置１は、少なくとも成膜材料Ｍと基板Ｓが設けられ、所定の成膜雰囲気、具体的には真空度などに設定可能な成膜チャンバ２を備える。成膜チャンバ２には、仕切バルブ２２を介して排気装置２１が設けられ、仕切バルブ２２を開いて成膜チャンバ２の内部の気体を排気することで、成膜チャンバ２の内部を、たとえば蒸着処理に適した真空雰囲気に設定することができる。成膜チャンバ２の内部の真空度が高くなると、蒸発した成膜材料Ｍの平均自由行程が大きくなり、また成膜材料の蒸発温度も下がるので、蒸着処理が促進される。なお、排気装置２１及び仕切バルブ２２は、制御器３からの指令信号により制御される。

成膜チャンバ２の天井には、半導体ウェーハ、ガラス基板、プラスチック基板などの基板Ｓを支持する基板ホルダ２５が垂下して設けられている。特に限定する趣旨ではないが、本実施形態の基板ホルダ２５は、成膜材料Ｍが蒸発するハースライナ（坩堝）２３と、それぞれの基板Ｓとの距離がなるべく均等になるように、凹状の球面を有する板状部材で構成されている。また、同じく特に限定する趣旨ではないが、本実施形態の基板ホルダ２５は、モータなどで構成されたホルダ駆動部２６により回転可能とされ、これによっても、それぞれの基板Ｓに形成される膜の厚さがほぼ均等になる。さらに、同じく特に限定する趣旨ではないが、成膜チャンバ２のハースライナ２３と基板ホルダ２５との間には、ハースライナ２３から蒸発した成膜材料Ｍを邪魔して基板Ｓに堆積する薄膜の膜厚を調整するための可倒式の膜厚補正板２８が設けられている。膜厚補正板２８は、必要に応じて図１に示すように倒立させることで、１回転する間の所定回転角度範囲における基板Ｓへの堆積を邪魔する。これによっても、それぞれの基板Ｓに形成される膜の厚さがほぼ均等になる。なお、ホルダ駆動部２６は、制御器３からの指令信号により制御され、設定された定速度で基板ホルダ２５を回転させる。

特に限定する趣旨ではないが、基板ホルダ２５は、ホルダ駆動部２６の回転軸２７などに対して着脱可能とされている。そして、成膜処理を行う場合には、成膜前の複数の基板Ｓが装着された基板ホルダ２５を、図示しないロボットなどを用いて把持し、図示しないロードロックチャンバを介して成膜チャンバ２に搬入し、ホルダ駆動部２６の回転軸２７に装着する。また、成膜処理を終了したら、ロードロックチャンバを成膜チャンバ２と同じ真空雰囲気に設定したのち、成膜後の基板Ｓが装着された基板ホルダ２５を、図示しないロボットなどを用いて把持し、成膜チャンバ２からロードロックチャンバへ搬出する。このように、成膜チャンバ２にロードロックチャンバを設けることにより、成膜チャンバ２の真空雰囲気を維持したまま、基板Ｓを成膜チャンバ２に搬入したり、成膜チャンバ２から搬出したりすることができる。

加熱源２４は、成膜チャンバ２の内部に設けられ、ハースライナ２３に収容された成膜材料Ｍを加熱して蒸発させる。加熱源２４としては、電子銃を用いた電子ビーム加熱のほか、抵抗加熱、高周波誘導加熱、レーザービーム加熱を用いることができる。図１に示す実施形態の加熱源２４は、電子銃を用いた電子ビーム加熱であり、近接した位置にあるハースライナ２３に対して、電子ビームが照射される。シャッター２３ａの開閉と加熱源２４のＯＮ／ＯＦＦは、制御器３からの指令信号により制御される。なお、本実施形態の成膜装置１のように、複数の成膜材料Ｍの複数の層からなる薄膜を成膜する場合、成膜材料Ｍ毎に複数のハースライナ２３を設け、それぞれのハースライナ２３のシャッター２３ａの開閉タイミングを制御する。

本実施形態の成膜装置１は、成膜条件制御器４を備える。本実施形態の成膜条件制御器４は、回転する基板ホルダ２５に固定された基板Ｓの位置を特定し、薄膜を構成する各層の分光特性を成膜中に連続して測定し、成膜終了後に、得られた薄膜の分光特性が許容範囲を外れている場合には、その分光特性に起因する成膜条件（たとえば膜厚）を補正したうえで、次の成膜処理を実行する。

そのため、本実施形態の成膜条件制御器４は、基板ホルダ２５の円周方向の位置に対応した位置情報を取得するレーザセンサ４８と反射板２５１とを備え、これらが本発明の位置情報取得部に相当する。図２Ａは、レーザセンサ４８及び反射板２５１を含む基板ホルダ２５の要部を示す平面図であり、反射板２５１は、基板ホルダ２５の外周端部に、たとえば１８０°の位相をもって２箇所に設けられている。なお、反射板２５１の数は２箇所に限定されず、基板ホルダ２５の外周端部に１箇所又は３箇所以上設けてもよい。

レーザセンサ４８は、成膜チャンバ２の外部に固定され、覗き窓２９ｂを介して反射板２５１が設けられた位置に向かってレーザ光を照射し、その反射光を受光することで受光強度を出力する。なおレーザセンサ４８は、成膜チャンバ２の内部に配置してもよい。図２Ｂは、基板ホルダ２５が定速で回転した場合にレーザセンサ４８にて検出される受光強度を示すグラフであり、反射板２５１にてレーザ光が反射されるタイミングにて所定の受光強度が検出され、それ以外のタイミングでは受光が検出されない。

このように、レーザセンサ４８から照射したレーザ光は、基板ホルダ２５が１回転する間に２回、反射板２５１で反射し、その反射信号が入力される。基板ホルダ２５における反射板２５１の円周方向の位置と、各基板Ｓの円周方向の装着位置とは既知であり、またホルダ駆動部２６による基板ホルダ２５の回転速度も定速の既知値であるとすると、レーザセンサ４８が反射板２５１を検出したタイミングから、特定の基板Ｓの位置を同定することができる。レーザセンサ４８の検出信号は、ＬＥＤ電源４３と分光器４６に出力される。

なお、反射板２５１を設ける位置は、図１及び図２Ａに示すような基板ホルダ２５の外周端部に限定されず、基板ホルダ２５とともに回転する部位であればよいので、回転軸２７に設けてもよい。図３Ａは、回転軸２７に固定されて連れ回りする反射板２５１を示す正面図、図３Ｂは平面図であり、本例の反射板２５１は、その外周部に２つの切り欠き部２５２が形成されている。なお、切り欠き部２５２の数は２箇所に限定されず、反射板２５１の外周部に１箇所又は３箇所以上設けてもよい。

そして、レーザセンサ４８は、図３Ｂに示すように切り欠き部２５２が形成された位置に向かってレーザ光を照射し、その反射光を受光することで受光強度を出力する。図３Ｂにおいて、×印がレーザセンサ４８によるレーザ光の照射位置を示し、回転軸２７の回転に伴うレーザ光の照射軌跡を点線で示す。図３Ｃは、回転軸２７（基板ホルダ２５）が定速で回転した場合にレーザセンサ４８にて検出される受光強度を示すグラフであり、反射板２５１にてレーザ光が反射されるタイミングにて所定の受光強度が検出されるのに対し、レーザ光が切り欠き部２５２を通過するタイミングでは受光が検出されない。

図１に戻り、本実施形態の成膜条件制御器４は、基板Ｓに形成された層の分光特性を成膜処理中に測定するために、基板ＳにＬＥＤ光を照射するＬＥＤ投光器４２（本発明の光源に相当）を備える。ＬＥＤ投光器４２で発光したＬＥＤ光は、光ファイバ４４を介して投光レンズユニット４１に導かれ、基板ホルダ２５の所定位置に装着された基板Ｓに照射される。ＬＥＤ投光器４２は、ＬＥＤ電源４３からの供給を受けるとＬＥＤ光を発光し、ＬＥＤ電源４３は、上述したレーザセンサ４８からの検出信号に基づく所定のタイミングでＯＮ／ＯＦＦする。投光レンズユニット４１は、蒸着材料Ｍの堆積を避けるため膜厚補正板２８の上面に固定されている。また、基板ホルダ２５と基板Ｓは、ＬＥＤ光が透過可能な材料で構成されている。

本実施形態の成膜条件制御器４は、ＬＥＤ投光器４２から照射されたＬＥＤ光に対し、基板Ｓ上に成膜された層を透過する透過光を受光する分光器４６（本発明の受光部に相当）を備える。分光器４６で受光するＬＥＤ光は、受光レンズユニット４５と光ファイバ４７により導かれる。本実施形態の受光レンズユニット４５は、成膜チャンバ２の外部に固定され、覗き窓２９ａを介してＬＥＤ光を受光する。受光レンズユニット４５は、成膜チャンバ２の内部に配置してもよい。分光器４６には、レーザセンサ４８からの検出信号が入力されるので、上述したＬＥＤ電源４３の発光タイミングに同期したタイミングで受光処理を実行することができる。

分光器４６は、受光した透過光に含まれる各波長の強度（スペクトル）を出力し、このスペクトルに基づいて、光学的に膜厚を測定することができる。すなわち、受光した透過光の強度と参照光の強度（参照強度）との比から透過率（目的物を透過した割合）が算出され、算出された透過率と、予め求めておいた透過率－膜厚の関係式から、膜厚を算出することができる。ここで参照光とは、測定すべき層が形成されていない状態に照射されるＬＥＤ光である。図４は、基板ホルダ２５の基板Ｓの装着面を示す平面図（基板ホルダ２５の底面図）であり、図示するように複数の基板Ｓが放射状に規則正しく固定されている。同図において点線Ｌ２は、基板ホルダ２５が回転した場合に、投光レンズユニット４１を介して照射されるＬＥＤ光の照射点を結ぶ軌跡を示す。本実施形態では、基板ホルダ２５の点線Ｌ２上の位置にＬＥＤ光が通過することができる程度の径を有する通孔２５３を形成し、ここには基板Ｓを装着しないでおく。こうすることで、基板ホルダ２５が回転してこの通孔２５３が、投光レンズユニット４１からのＬＥＤ光の照射位置に達すると、受光レンズユニット４５には、薄膜の層も基板Ｓも透過せず、成膜チャンバ２の成膜空間のみを通過したＬＥＤ光が受光される。これを参照光とし、その強度を参照強度とすることで透過率を算出する。

また、分光器４６により受光したＬＥＤ光の強度に基づいて、反射率、屈折率、消衰係数などの特性値も求めることができる。なお、本実施形態の成膜装置１では、成膜条件制御器４により成膜中の層の膜厚を光学的に測定できるほか、基板ホルダ２５の中央などに設けた水晶発振式膜厚計５や光学膜厚計６によっても成膜中の層の膜厚を測定することができる。図５は、水晶発振式膜厚計５及び光学膜厚計６が設けられた回転軸２７を拡大して示す断面図である。回転軸２７の下端部には、水晶発振式膜厚計５の測定対象となる水晶振動子Ｓ１と、光学膜厚計６の測定対象となるモニタガラス基板Ｓ２とが装着され、成膜時には、ハースライナ２３から蒸発した蒸着材料Ｍがこれらの水晶振動子Ｓ１，モニタガラス基板Ｓ２にそれぞれ堆積する。

水晶発振式膜厚計５は、水晶振動子Ｓ１の振動周波数の変化を検出することで水晶振動子Ｓ１に堆積した薄膜の質量を測定するセンサであり、測定された堆積質量とその蒸着材料Ｍの密度とから膜厚を算出することができる。光学膜厚計６は、反射率から膜厚を求めるものであり、まず成膜前にモニタガラス基板Ｓ２に照射した白色光の反射光の強度を参照強度として測定しておく。そして、薄膜が堆積したモニタガラス基板Ｓ２に照射した白色光の反射光の強度を測定し、参照強度と測定した反射光の強度の比から相対反射率を算出し、算出された相対反射率と、予め設定しておいた相対反射率－膜厚の関係式から、膜厚を算出する。

再び図１に戻り、本実施形態の成膜条件制御器４は、成膜条件設定部４０を備え、分光器４６で受光した透過光に基づいて薄膜を構成する各層の膜厚を算出し、各層の膜厚と、所望の分光特性を有する薄膜を構成する各層の目標膜厚との膜厚差を判定する。そして、成膜条件設定部４０は、各層の膜厚が目標膜厚に対して所定値以上の膜厚差がある場合には、当該膜厚差がある層の膜厚が当該層の目標膜厚になるように当該層に対する成膜条件を補正したうえで、成膜条件を更新する。なお、成膜条件設定部４０は、各層の膜厚が目標膜厚に対して所定値以上の膜厚差がない場合には、当該膜厚差がない層の成膜条件を補正しないで、それまでの設定値を維持する。さらに、成膜条件設定部４０は、成膜処理で得られた最終的な薄膜の分光特性（たとえば透過率や反射率）が、所望の分光特性の許容範囲にあるか否かを判定し、測定した分光特性が許容範囲にないと判定した場合に、成膜条件の補正を実行する。成膜条件設定部４０で更新された成膜条件は制御器３に出力され、当該更新された成膜条件にしたがって次の成膜処理が実行される。

次に、本実施形態の成膜装置１を用いた成膜処理の手順を説明する。図６は、本発明に係る成膜装置１を用いた成膜処理の手順の一例を示すフローチャートである。ここでは、２種類の成膜材料Ｍ（ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２）を交互に７層を成膜する例を挙げて説明する。図７は、第Ｎ回成膜時及び第（Ｎ＋１）回成膜時それぞれの各層の成膜材料、目標膜厚、解析膜厚、解析結果（解析膜厚／目標膜厚の百分率）、現フィードバック係数、新フィードバック係数を示す表である。

図６において、成膜処理が開始すると、ステップＳ１にて第１層（ＳｉＯ_２）の成膜を開始するとともに、ステップＳ２にて第１層の膜厚を測定する。ステップＳ１における第１層の成膜処理は、制御器３からの指令信号により第１層のＳｉＯ_２が収納されたハースライナ２３のシャッター２３ａを開くとともに加熱源２４によりＳｉＯ_２を加熱して蒸発させる。これとともに基板ホルダ２５を定速度で回転させる。これにより、各基板Ｓに第１層のＳｉＯ_２が形成される。図７の上段（第Ｎ回成膜時）に示すように、第１層の目標膜厚は１８０ｎｍに設定されているので、水晶発振式膜厚計５又は光学膜厚計６により計測された水晶振動子Ｓ１又はモニタガラス基板Ｓ２の膜厚がこの目標膜厚に達したらシャッター２３ａを閉じる。あるいはこれに代えて、この目標膜厚１８０ｎｍに相当する成膜時間が経過したらシャッター２３ａを閉じる。

そして、実際の基板Ｓについては、第１層の成膜が終了したときの基板Ｓに形成された第１層の膜厚を、分光器４６で受光した透過光から解析して求めておく。図７の上段（第Ｎ回成膜時）に示すように、第１層の解析膜厚が１９０ｎｍであったとすると解析結果（ここでは、解析膜厚／目標膜厚の百分率で定義する。）は１０５．６％となる。

続くステップＳ３にて、第７層までの成膜が終了したか否かを判断し、終了していない場合は、第７層の成膜処理が終了するまでステップＳ１及びＳ２を順次繰り返す。図７の上段（第Ｎ回成膜時）に、第２層から第７層までの目標膜厚、解析膜厚、解析結果を示す。図６のステップＳ３において、全ての層、すなわち第７層までの成膜が終了したら本例の薄膜が完成するので、ステップＳ４へ進み、薄膜の分光特性（たとえば透過率や反射率）を測定する。

続くステップＳ５では、成膜を終了した薄膜の分光特性が所定の許容範囲にあるか否かを判定し、許容範囲内にある場合は、今回の成膜条件を補正しないで維持する。これに対して、薄膜の分光特性が許容範囲を外れている場合は、ステップＳ６へ進み、第１層から第７層までの各層の解析膜厚と、第１層から第７層までの各層の目標膜厚との膜厚差を求め、所定の閾値以下か否かを判定する。ここで、解析膜厚と目標膜厚との膜厚差は、図７に示すような割合（解析膜厚／目標膜厚の百分率）でもよいし、解析膜厚から目標膜厚を減算した差分でもよい。

ステップＳ６において、求められた各層の目標膜厚との膜厚差が所定の閾値を超える場合は、ステップＳ７へ進み、当該層の膜厚差が所定の閾値以下になるように成膜条件を補正する。これに対して、求められた各層の目標膜厚との膜厚差が所定の閾値以下である場合は、各層の膜厚に起因する成膜条件以外の要因が関係していると考えられることから、ステップＳ７の処理は実行しないで、他の措置を講じる。

図７における具体例では、ステップＳ６における解析結果の閾値を０％とし、１００％以外の場合はフィードバック係数を算出し、算出した新フィードバック係数を第（Ｎ＋１）回成膜時の現フィードバック係数に設定したうえで第（Ｎ＋１）回の成膜処理を実行する。ステップＳ７において、補正された成膜条件は制御部３へ出力され、次のバッチの基板Ｓに対する成膜処理に反映される。

《真空スパッタ装置》
本発明に係る成膜装置１は、図１に示す蒸着装置以外にもスパッタ装置として具現化することができる。図８は、本発明に係る成膜装置の他の実施の形態を示す縦断面図を含むブロック図であり、真空スパッタ装置に適用した例である。なお、図１に示す蒸着装置に具現化した成膜装置１と共通する部材には同一の符号を付し、その説明をここに援用する。

本実施形態の成膜装置１は、少なくともターゲットが装着されたスパッタ電極（不図示）と基板Ｓとが設けられ、所定の成膜雰囲気、具体的には所定の真空度などに設定可能な成膜チャンバ２を備える。成膜チャンバ２には、仕切バルブ２２を介して排気装置２１が設けられ、仕切バルブ２２を開いて成膜チャンバ２の内部の気体を排気することで、成膜チャンバ２の内部を、たとえばスパッタ処理に適した真空雰囲気に設定することができる。図示は省略するが、成膜チャンバ２には、不活性ガスなどの各種ガスが供給される。成膜チャンバ２の内部の真空度が高くなると、スパッタされたターゲット原子の平均自由行程が大きくなので、スパッタ処理が促進される。なお、排気装置２１及び仕切バルブ２２は、制御器３からの指令信号により制御される。

図８に示すように、半導体ウェーハ、ガラス基板、プラスチック基板などの基板Ｓは、ドラム型に形成された基板ホルダ２５の側面に装着され、これらの基板Ｓに対面する成膜チャンバ２の側壁に上述したスパッタ電極（不図示）が設けられている。ドラム型の基板ホルダ２５は、その上端に接続された回転軸２７を介してホルダ駆動部２６により所定の定速で回転する。ホルダ駆動部２６は、制御器３からの指令信号により制御される。

本実施形態の成膜装置１は、成膜条件制御器４を備える。本実施形態の成膜条件制御器４は、回転する基板ホルダ２５に固定された基板Ｓの位置を特定し、薄膜を構成する各層の分光特性を成膜中に連続して測定し、成膜終了後に、得られた薄膜の分光特性が許容範囲を外れている場合には、その分光特性に起因する成膜条件（たとえば膜厚）を補正したうえで、次の成膜処理を実行する。

そのため、本実施形態の成膜条件制御器４は、基板ホルダ２５の円周方向の位置に対応した位置情報を取得するレーザセンサ４８と反射板２５１とを備え、これらが本発明の位置情報取得部に相当する。詳細な図示は省略するが、反射板２５１は、基板ホルダ２５の外周端部に、たとえば１８０°の位相をもって２箇所に設けられている。

レーザセンサ４８は、成膜チャンバ２の外部に固定され、覗き窓２９ｂを介して反射板２５１が設けられた位置に向かってレーザ光を照射し、その反射光を受光することで受光強度を出力する。レーザセンサ４８から照射したレーザ光は、基板ホルダ２５が１回転する間に２回、反射板２５１で反射し、その反射信号が入力される。基板ホルダ２５における反射板２５１の円周方向の位置と、各基板Ｓの円周方向の装着位置とは既知であり、またホルダ駆動部２６による基板ホルダ２５の回転速度も定速の既知値であるとすると、レーザセンサ４８が反射板２５１を検出したタイミングから、特定の基板Ｓの位置を同定することができる。レーザセンサ４８の検出信号は、ＬＥＤ電源４３と分光器４６に出力される。

本実施形態の成膜条件制御器４は、基板Ｓに形成された層の分光特性を成膜処理中に測定するために、基板ＳにＬＥＤ光を照射するＬＥＤ投光器４２（本発明の光源に相当）を備える。ＬＥＤ投光器４２で発光したＬＥＤ光は、光ファイバ４４を介して投光レンズユニット４１に導かれ、基板ホルダ２５の所定位置に装着された基板Ｓに照射される。ＬＥＤ投光器４２は、ＬＥＤ電源４３からの供給を受けるとＬＥＤ光を発光し、ＬＥＤ電源４３は、上述したレーザセンサ４８からの検出信号に基づく所定のタイミングでＯＮ／ＯＦＦする。投光レンズユニット４１は、成膜チャンバ２の外部に設けられ、覗き窓２９ｃを介してＬＥＤ光を照射する。また、基板ホルダ２５と基板Ｓは、ＬＥＤ光が透過可能な材料で構成されている。

本実施形態の成膜条件制御器４は、ＬＥＤ投光器４２から照射されたＬＥＤ光に対し、基板Ｓ上に成膜された層を透過する透過光を受光する分光器４６（本発明の受光部に相当）を備える。分光器４６で受光するＬＥＤ光は、受光レンズユニット４５と光ファイバ４７により導かれる。本実施形態の受光レンズユニット４５は、成膜チャンバ２の外部に設けられ、覗き窓２９ａを介してＬＥＤ光を受光する。分光器４６には、レーザセンサ４８からの検出信号が入力されるので、上述したＬＥＤ電源４３の発光タイミングに同期したタイミングで受光処理を実行することができる。

分光器４６は、受光した透過光に含まれる各波長の強度（スペクトル）を出力し、このスペクトルに基づいて、光学的に膜厚を測定することができる。すなわち、受光した透過光の強度と参照光の強度（参照強度）との比から透過率（目的物を透過した割合）が算出され、算出された透過率と、予め求めておいた透過率－膜厚の関係式から、膜厚を算出することができる。ここで参照光とは、測定すべき層が形成されていない状態に照射されるＬＥＤ光であり、上述した図４に示す実施形態と同様に、基板ホルダ２５の所定位置にＬＥＤ光が通過することができる程度の径を有する通孔２５３を形成することで、受光レンズユニット４５にて受光することができる。これを参照光とし、その強度を参照強度とすることで透過率を算出する。

１…成膜装置
２…成膜チャンバ
２１…排気装置
２２…仕切バルブ
２３…ハースライナ
２４…加熱源
２５…基板ホルダ（回転体）
２５１…反射板（位置情報取得部）
２５２…切り欠き部
２５３…通孔
２６…ホルダ駆動部
２７…回転軸
２８…膜厚補正板
２９ａ，２９ｂ，２９ｃ…覗き窓
３…制御器（成膜処理部）
４…成膜条件制御器（制御部）
４０…成膜条件設定部
４１…投光レンズユニット
４２…ＬＥＤ投光器（光源）
４３…ＬＥＤ電源
４４…光ファイバ
４５…受光レンズユニット
４６…分光器
４７…光ファイバ
４８…レーザセンサ（位置情報取得部）
５…水晶発振式膜厚計
６…光学膜厚計
Ｍ…成膜材料
Ｓ…基板

Claims (9)

1. 回転体に配置された基板に光を照射する光源と、
   前記光源から照射した光に対し、前記基板に成膜された薄膜の層を透過する透過光または反射する反射光を受光する受光部と、
   前記回転体の円周方向の位置に対応した位置情報を取得する位置情報取得部と、
   成膜条件を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記位置情報取得部で取得した前記回転体の円周方向の位置情報に基づいて目的とする基板の位置を特定し、当該特定した位置の基板に対して前記光源から照射した光の透過光または反射光を受光するタイミングを制御するタイミング制御部と、
   前記受光部で受光した透過光または反射光に基づいて、複数の層からなる薄膜の各層の膜厚を算出し、前記各層の膜厚と、所望の分光特性を有する薄膜を構成する各層の目標膜厚との膜厚差を判定する膜厚判定部と、
   成膜処理で得られた薄膜の分光特性が前記所望の分光特性の許容範囲にあるか否かを判定する分光特性判定部と、
   前記成膜処理で得られた薄膜の分光特性が前記所望の分光特性の許容範囲にない場合であって、前記各層の膜厚が前記目標膜厚に対して所定値以上の膜厚差があるときは、当該膜厚差がある層の膜厚が当該層の目標膜厚になるように次の基板の当該層に対する成膜条件を補正し、前記成膜処理で得られた薄膜の分光特性が前記所望の分光特性の許容範囲にある場合には、前記各層の成膜条件を補正しない成膜条件設定部と、を含む成膜制御装置。
2. 前記成膜条件設定部は、前記成膜処理で得られた薄膜の分光特性が前記所望の分光特性の許容範囲にない場合であって、前記各層の膜厚が前記目標膜厚に対して所定値以上の膜厚差がないときは、当該膜厚差がない層の成膜条件を補正しない請求項１に記載の成膜制御装置。
3. 前記膜厚判定部は、前記受光部で受光した透過光の強度から透過率を算出するか、又は反射光の強度から反射率を算出し、算出された透過率又は反射率から前記各層の膜厚を算出する請求項１又は２に記載の成膜制御装置。
4. 前記膜厚判定部は、
   前記光源から照射した光が、前記基板及び薄膜を構成する各層を透過せずに成膜空間のみを介して前記受光部に受光した場合の強度、又は
   前記光源から照射した光が、前記基板のみに反射して前記受光部に受光した場合の強度、を参照強度とし、
   当該参照強度と、薄膜を構成する各層を透過した透過光又は反射した反射光の強度とを比較して前記各層の膜厚を算出する請求項３に記載の成膜制御装置。
5. 前記基板が配置された前記回転体の同一円周上の位置に通孔が形成され、
   前記光源から照射した光が、前記通孔を通過して受光部に受光したときの強度を前記参照強度に設定する請求項４に記載の成膜制御装置。
6. 前記位置情報取得部は、
   前記回転体に配置された反射板と、
   前記反射板にレーザ光を照射し、前記反射板から反射された反射レーザ光を受光するレーザ装置と、を含み、
   前記タイミング制御部は、
   前記レーザ装置が受光した反射レーザ光の強度分布から、前記回転体の位置情報を取得し、取得した位置情報に基づき、前記光源がパルス光を発光する第１のタイミングと、前記受光部がパルス光を受光する第２のタイミングとを制御する請求項１～５のいずれか一項に記載の成膜制御装置。
7. 前記位置情報取得部は、
   前記回転体と共に回転する回転軸と、前記回転軸に配置された２つの切り欠き部を含む反射板と、前記反射板に向けて光を投光する投光部と、前記投光部からの光を受光する投光受光部と、を含み、
   前記タイミング制御部は、前記投光受光部が受光した光の強度分布から、前記回転体の位置情報を取得し、取得した位置情報に基づき、前記光源がパルス光を発光する第１のタイミングと、前記受光部がパルス光を受光する第２のタイミングを制御する請求項１～５のいずれか一項に記載の成膜制御装置。
8. 所定圧力に設定され、基板が配置された回転体を含む成膜チャンバと、
   所定の成膜条件にしたがって複数の層からなる薄膜の成膜処理を実行する成膜処理部と、
   請求項１～７のいずれか一項に記載の成膜制御装置と、を備える成膜装置において、
   前記成膜制御装置は、前記成膜処理部の前記所定の膜厚条件を設定する成膜装置。
9. 回転体に配置された基板に、複数の層からなる薄膜を成膜する成膜方法において、
   前記回転体の円周方向の位置情報に基づいて目的とする基板の位置を特定し、
   当該特定した位置の基板に対し、光源から前記基板に光を照射するとともに、前記光源から照射した光に対し、前記基板に成膜された層を透過する透過光または反射する反射光を受光し、
   前記受光した透過光または反射光に基づいて薄膜を構成する各層の膜厚を算出し、前記各層の膜厚と、所望の分光特性を有する薄膜を構成する各層の目標膜厚との膜厚差を判定し、
   成膜処理で得られた薄膜の分光特性が前記所望の分光特性の許容範囲にあるか否かを判定し、
   前記成膜処理で得られた薄膜の分光特性が前記所望の分光特性の許容範囲にない場合であって、前記各層の膜厚が前記目標膜厚に対して所定値以上の膜厚差があるときは、当該膜厚差がある層の膜厚が当該層の目標膜厚になるように次の基板の当該層に対する成膜条件を補正し、
   前記成膜処理で得られた薄膜の分光特性が前記所望の分光特性の許容範囲にある場合には、前記各層の成膜条件を補正しないで、成膜処理を実行する成膜方法。

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