JP7303701B2 - Optical film thickness control device, thin film forming device, optical film thickness control method, and thin film forming method - Google Patents

Optical film thickness control device, thin film forming device, optical film thickness control method, and thin film forming method Download PDF

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Description

本発明は、光学膜厚制御装置、薄膜形成装置、光学膜厚制御方法および薄膜形成方法に関する。特に、成膜チャンバ内に配置される蒸着源等の成膜材料供給部からの成膜材料を成膜対象基板の表面に固化させて薄膜の多層膜を形成する光学膜厚制御装置、薄膜形成装置、光学膜厚制御方法および薄膜形成方法に関する。 The present invention relates to an optical film thickness control apparatus, a thin film forming apparatus, an optical film thickness control method, and a thin film forming method. In particular, an optical film thickness control device for forming a thin multilayer film by solidifying a film forming material supplied from a film forming material supply unit such as a vapor deposition source disposed in a film forming chamber on the surface of a film forming target substrate, and a thin film forming apparatus. The present invention relates to an apparatus, an optical film thickness control method, and a thin film forming method.

近年、光アンプや波長多重通信の導入による光通信技術の発達と共に光学フィルタの重要性が高まり、光学特性に優れた光学フィルタが求められている。
たとえば、DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing: 高密度波長分割多重)通信方式の光通信などに用いられる狭帯域バンドパスフィルタ(以下NBPフィルタとも称する)は、光学基板上に光学多層膜が形成された構成を有し、高い波長選択性と、選択されていない波長領域の光の高い反射性および選択された波長領域の高い透過性などが求められている。
2. Description of the Related Art In recent years, along with the development of optical communication technology due to the introduction of optical amplifiers and wavelength division multiplexing, the importance of optical filters has increased, and optical filters with excellent optical characteristics are in demand.
For example, a narrowband bandpass filter (hereinafter also referred to as an NBP filter) used for optical communication such as DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) communication system has a structure in which an optical multilayer film is formed on an optical substrate. high wavelength selectivity, high reflectivity of light in non-selected wavelength regions, and high transmittance of light in selected wavelength regions.

NBPフィルタを構成する光学多層膜は、屈折率の異なる誘電体の薄膜を多層に積層した構成を有する。
たとえば、NBPフィルタは、石英ガラスなどの光学基板上に、厚さ220~235nmのTaの薄膜と、厚さ250~260nmのSiOの薄膜を交互に80~260層積層した光学多層膜が形成されている。
光学多層膜を構成する各薄膜は、所定の光学膜厚を有するように形成されている。光学膜厚は、薄膜の物理的な膜厚と薄膜の屈折率の積で定義され、光学多層膜に所望される光学特性を満たすための重要な要素である。
The optical multilayer film that constitutes the NBP filter has a structure in which dielectric thin films having different refractive indices are laminated in multiple layers.
For example, an NBP filter is an optical multilayer in which 80 to 260 layers of Ta 2 O 5 thin films with a thickness of 220 to 235 nm and SiO 2 thin films with a thickness of 250 to 260 nm are alternately laminated on an optical substrate such as quartz glass. A film is formed.
Each thin film forming the optical multilayer film is formed to have a predetermined optical film thickness. The optical thickness is defined as the product of the physical thickness of the thin film and the refractive index of the thin film, and is an important factor for satisfying the optical properties desired for the optical multilayer film.

光学多層膜を形成する方法としては、たとえば、イオンビームアシスト真空蒸着などの真空蒸着、分子線蒸着、イオンプレーティングなどの方法がある。
薄膜の屈折率は薄膜を構成する元素の種類と組成に依存するため、たとえば薄膜を真空蒸着により形成する場合には、真空蒸着源の組成を適宜選択することで所望の屈折率の薄膜を形成することができる。
また、上記の構成の光学多層膜において所望の光学膜厚を得るために、各薄膜の物理的な膜厚の精度として設計値からの誤差を0.1%以下に抑えることが求められている。たとえば特許文献1~4に、直接型あるいは間接型光学膜厚モニタ法により、薄膜の物理的な膜厚を監視しながら形成する方法が開示されている。
Examples of methods for forming an optical multilayer film include vacuum deposition such as ion beam assisted vacuum deposition, molecular beam deposition, and ion plating.
Since the refractive index of a thin film depends on the type and composition of the elements that make up the thin film, for example, when forming a thin film by vacuum deposition, a thin film with a desired refractive index can be formed by appropriately selecting the composition of the vacuum deposition source. can do.
In addition, in order to obtain the desired optical film thickness in the optical multilayer film having the above configuration, it is required that the error from the design value be suppressed to 0.1% or less as the accuracy of the physical film thickness of each thin film. . For example, Patent Literatures 1 to 4 disclose a method of forming a thin film while monitoring the physical film thickness by a direct or indirect optical film thickness monitoring method.

たとえば直接型の膜厚モニタ方法を用いた真空蒸着装置においては、各薄膜の成膜中に、投光部から成膜対象基板に対してモニタ光を投光し、成膜対象基板を透過したモニタ光を受光部で受光し、干渉による光透過率の変化を捉えることで、成膜中の薄膜の膜厚をモニタする。
成膜対象基板を透過したモニタ光を受光して膜厚をモニタすることから、直接型の膜厚モニタ方法と称する。
For example, in a vacuum vapor deposition apparatus using a direct film thickness monitoring method, monitor light is projected from a light projecting unit onto a film formation target substrate during film formation of each thin film, and passes through the film formation target substrate. The monitor light is received by the light-receiving part, and the change in light transmittance due to interference is captured to monitor the film thickness of the thin film being formed.
Since the film thickness is monitored by receiving the monitor light that has passed through the film formation target substrate, this method is called a direct film thickness monitoring method.

間接型の光学膜厚モニタ方法においては、各薄膜の成膜中に、投受光部からモニタ基板に対してモニタ光を投光し、モニタ基板からの反射光を投受光部で受光し、光反射率の変化をモニタする。
モニタ基板からの反射光の変化から成膜対象基板上の薄膜の膜厚を推定してモニタするものであることから、間接型の膜厚モニタ方法と称する。
In the indirect type optical film thickness monitoring method, during the deposition of each thin film, monitor light is projected from the light emitting and receiving unit onto the monitor substrate, reflected light from the monitor substrate is received by the light emitting and receiving unit, and light Monitor changes in reflectance.
Since the film thickness of the thin film on the substrate to be formed is estimated and monitored from changes in reflected light from the monitor substrate, this method is called an indirect film thickness monitoring method.

特開2003-82462号公報JP-A-2003-82462 特開2002-340527号公報JP-A-2002-340527 特開2002-303510号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-303510 特開2014-133926号公報JP 2014-133926 A

光学多層膜の形成に際して、膜厚制御には光学膜厚制御が適用されるが、一般的に、光学膜厚制御には以下のような誤差要因が存在する。 Optical film thickness control is applied to film thickness control when forming an optical multilayer film, but in general, the following error factors exist in optical film thickness control.

すなわち、
・設計上の屈折率と実際の屈折率の不一致、
・成膜レートの変動、
・透過率測定の誤差、
・ノイズによるランダムエラー(random error)、
・振動や、成膜時の熱による基板の湾曲等に伴う、測定上の透過率のシステマティックエラー(systematic error)、
・膜の吸収による透過率低下、
等の誤差要因が存在する。
i.e.
・Mismatch between the designed refractive index and the actual refractive index,
・Variation of deposition rate,
・Transmittance measurement error,
・random error due to noise,
・Systematic error in the measured transmittance due to vibrations, bending of the substrate due to heat during film formation, etc.
・Decrease in transmittance due to membrane absorption,
There are error factors such as

また、その他以下のような制御上の課題が存在する。
従来、一般的に良く使用される比例制御では、ピーク(Peak)透過率と停止時透過率の比(Final Swing)を成膜停止判断に使用するが、この値が大き過ぎても小さ過ぎても膜厚誤差が大きくなる難点がある。このため、膜設計や制御波長の選択等に制限を受ける。
成膜の途中の層で膜厚の誤差が生じた際、従来、これを補正するように次層以降の膜厚にフィードバック(Feedback)を掛ける手段がない。
In addition, there are other control problems as follows.
Conventionally, proportional control, which is commonly used, uses the ratio of peak transmittance and stop transmittance (Final Swing) to determine whether film formation is stopped. However, there is a problem that the film thickness error becomes large. Therefore, there are restrictions on film design, selection of control wavelength, and the like.
When a film thickness error occurs in a layer in the middle of film formation, conventionally, there is no means for applying feedback to the film thickness of subsequent layers so as to correct this error.

また、成膜時の成膜物質の物性(たとえば屈折率)の温度変化が10-2程度あり、光学制御上や製品の再現性確保にとって無視することができないが、現状では、成膜温度が違った場合良好な再現性を確認することは困難である。 In addition, the physical properties (for example, the refractive index ) of the film-forming substance change with temperature during film formation, which cannot be ignored in terms of optical control and product reproducibility. Otherwise it is difficult to ascertain good reproducibility.

本発明は、膜厚制御における誤差要因を取り除くことができ、膜厚誤差を抑止することが可能で、成膜の途中の層で生じる膜厚の誤差を補正可能で、しかも、成膜時の成膜物質の物性の温度変化に対しても高精度な光学膜厚制御を実現することが可能で、ひいては、任意の多層膜形成に対する光学制御の精度向上を図ることが可能な光学膜厚制御装置、薄膜形成装置、光学膜厚制御方法および薄膜形成方法を提供することにある。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, error factors in film thickness control can be removed, film thickness errors can be suppressed, and film thickness errors occurring in layers during film formation can be corrected. It is possible to achieve highly accurate optical film thickness control even when the physical properties of film-forming materials change with temperature. An object of the present invention is to provide an apparatus, a thin film forming apparatus, an optical film thickness control method, and a thin film forming method.

本発明の第1の観点の光学膜厚制御装置は、成膜チャンバ内に配置された成膜材料供給部から供給される成膜材料が成膜されて薄膜の多層膜が形成される成膜対象基板にモニタ光を投光する投光部と、前記成膜対象基板を透過した前記モニタ光を受光して受光信号を出力する受光部と、成膜中の基板温度を測定する温度測定部と、前記受光信号に応じて前記成膜対象基板の光透過率を取得し、取得した光透過率情報に関連付けて薄膜の成膜を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、形成すべき多層膜に関して、既に成膜済みの多層膜および基板を、ある1つの膜と同一視した物を等価膜、2つの物質間の反射率の平方根を反射振幅として定義し、等価膜と現在層の間の等価反射振幅r、現在層と空気との間の現在反射振幅r0、および位相δに関連付けたフィッティング関数Tを採用し、成膜中に透過率時間変化の測定値を前記フィッティング関数に関連付けてフィッティングし、成膜時の位相δおよび等価反射振幅rのうちの少なくとも一方の物理パラメータを決定し、決定した物理パラメータとあらかじめ設定された理論値と一致するように現在層の停止時間を決定し、当該停止時間に成膜を停止する成膜制御が可能で、前記温度測定部により測定される基板温度を基に前記成膜制御に補正をかけることが可能である。 The optical film thickness control device according to the first aspect of the present invention is a film forming device in which a film forming material supplied from a film forming material supply unit arranged in a film forming chamber is deposited to form a thin multilayer film. A light projecting unit for projecting monitor light onto a target substrate, a light receiving unit for receiving the monitor light transmitted through the film formation target substrate and outputting a received light signal, and a temperature measurement unit for measuring the temperature of the substrate during film formation. and a control unit that acquires the light transmittance of the film formation target substrate according to the light reception signal, and controls thin film deposition in association with the acquired light transmittance information, the control unit comprising: With respect to the multilayer film to be formed, the multilayer film and the substrate that have already been formed are defined as one film as an equivalent film, and the square root of the reflectance between the two substances is defined as the reflection amplitude. Employing a fitting function T related to the equivalent reflection amplitude r between the current layer, the current reflection amplitude r between the current layer and air, and the phase δ, the measured transmittance time variation during deposition is fitted to the At least one of the phase δ and the equivalent reflection amplitude r during film formation is determined by fitting in relation to the function, and the current layer is stopped so that it matches the determined physical parameter and the preset theoretical value. It is possible to determine a time and perform film formation control to stop film formation at the stop time, and to correct the film formation control based on the substrate temperature measured by the temperature measurement unit.

本発明の第2の観点の薄膜形成装置は、成膜チャンバと、前記成膜チャンバ内に配置された成膜材料供給部と、前記成膜材料供給部から供給される成膜材料が成膜されて薄膜の多層膜が形成される成膜対象基板と、前記成膜対象基板にモニタ光を投光する投光部と、前記成膜対象基板を透過した前記モニタ光を受光して受光信号を出力する受光部と、成膜中の基板温度を測定する温度測定部と、前記受光信号に応じて前記成膜対象基板の光透過率を取得し、取得した光透過率情報に関連付けて薄膜の成膜を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、形成すべき多層膜に関して、既に成膜済みの多層膜および基板を、ある1つの膜と同一視した物を等価膜、2つの物質間の反射率の平方根を反射振幅として定義し、等価膜と現在層の間の等価反射振幅r、現在層と空気との間の現在反射振幅r0、および位相δに関連付けたフィッティング関数Tを採用し、成膜中に透過率時間変化の測定値を前記フィッティング関数に関連付けてフィッティングし、成膜時の位相δおよび等価反射振幅rのうちの少なくとも一方の物理パラメータを決定し、決定した物理パラメータとあらかじめ設定された理論値と一致するように現在層の停止時間を決定し、当該停止時間に成膜を停止する成膜制御が可能で、前記温度測定部により測定される基板温度を基に前記成膜制御に補正をかけることが可能である。 A thin film forming apparatus according to a second aspect of the present invention comprises a film forming chamber, a film forming material supply unit disposed in the film forming chamber, and a film forming material supplied from the film forming material supplying unit. a film formation target substrate on which a multi-layered thin film is formed; a light projecting unit for projecting monitor light onto the film formation target substrate; a temperature measuring unit that measures the temperature of the substrate during film formation; and acquires the light transmittance of the film formation target substrate according to the light reception signal, and associates the acquired light transmittance information with the thin film with respect to the multilayer film to be formed, the controller equates an already-formed multilayer film and a substrate with a certain film as an equivalent film, A fitting function that defines the square root of the reflectance between two materials as the reflection amplitude and relates it to the equivalent reflection amplitude r between the equivalent film and the current layer, the current reflection amplitude r between the current layer and air, and the phase δ. T is employed, the measured value of transmittance time change during film formation is correlated with the fitting function, and the physical parameter of at least one of phase δ and equivalent reflection amplitude r during film formation is determined, and determined The substrate temperature measured by the temperature measurement unit is capable of determining the stop time of the current layer so as to match the physical parameter obtained and the theoretical value set in advance, and stopping the film formation at the stop time. Based on this, it is possible to correct the film formation control.

上記の本発明の光学膜厚制御装置または薄膜形成装置は、好適には、前記制御部は、前記温度測定部により測定される基板温度を基に成膜時の成膜物質の物性の温度変化に対して補正を行い、補正した成膜物質の物性に関連付けて前記物理パラメータの再計算を行って成膜停止時間を修正する。 Preferably, in the optical film thickness control apparatus or the thin film forming apparatus of the present invention, the control section measures the temperature change of the physical properties of the film forming material during the film formation based on the substrate temperature measured by the temperature measuring section. is corrected, and the physical parameters are recalculated in association with the corrected physical properties of the film-forming material to correct the film-forming stop time.

好適には、前記成膜物質の物性は屈折率を含む。 Preferably, the physical properties of the deposition material include refractive index.

好適には、前記制御部は、成膜物質ごとに設定した温度係数を基に、成膜中の屈折率を求め、膜設計上の物理膜厚と求めた成膜中の屈折率の値を用いて、多層膜の光学特性を再計算し、制御に用いる設計上の少なくとも反射振幅、位相、光学膜厚のうちの少なくとも一つを再計算して成膜停止時間を修正する。 Preferably, the control unit obtains the refractive index during film formation based on the temperature coefficient set for each film forming material, and calculates the value of the physical film thickness in film design and the obtained refractive index value during film formation. is used to recalculate the optical characteristics of the multilayer film, and recalculate at least one of at least the reflection amplitude, phase, and optical film thickness used for control, and correct the deposition stop time.

上記の本発明の光学膜厚制御装置または薄膜形成装置は、好適には、前記制御部は、多層膜の膜設計に基づき、各層の停止時点での理論位相δ_designがあらかじめ与えられ、成膜中に前記受光信号に応じて透過率の時間変化を前記フィッティング関数に関連付けてフィッティングし、前記位相δの角速度ωと初期位相φ0を決定し、決定した成膜中の位相δ=ωt+φ0が、前記あらかじめ与えられた理論位相δ_designと一致する時間で成膜を停止する。 Preferably, in the optical film thickness control apparatus or thin film forming apparatus of the present invention, the control unit is given in advance a theoretical phase δ_design at the time of stopping each layer based on the film design of the multilayer film. to determine the angular velocity ω of the phase δ and the initial phase φ0. Film formation is stopped at a time that matches the given theoretical phase δ_design.

また、好適には、前記制御部は、多層膜の膜設計に基づき、各層の停止時点での理論等価反射振幅があらかじめ与えられ、成膜中に前記受光信号に応じて透過率の時間変化を前記フィッティング関数に関連付けてフィッティングし、次層の成膜時における現在層の等価反射振幅を決定し、決定した次層の成膜時における現在層の等価反射振幅の絶対値が前記理論等価反射振幅と一致するように現在層の停止時間を決定し、当該停止時間で成膜を停止する。 Preferably, the control unit is given a theoretical equivalent reflection amplitude at the time point when each layer is stopped based on the film design of the multilayer film, and changes the transmittance with time according to the light receiving signal during film formation. Fitting is performed in association with the fitting function to determine the equivalent reflection amplitude of the current layer during deposition of the next layer, and the absolute value of the determined equivalent reflection amplitude of the current layer during deposition of the next layer is the theoretical equivalent reflection amplitude. The stop time of the current layer is determined so as to match with , and film formation is stopped at this stop time.

また、好適には、成膜中の前記成膜対象基板の温度を測定する温度測定部を有し、前記制御部は、成膜物質ごとに設定した温度係数を基に、成膜中の屈折率を求め、膜設計上の物理膜厚と求めた成膜中の屈折率の値を用いて、多層膜の光学特性を再計算し、制御に用いる設計上の少なくとも反射振幅、位相、光学膜厚のうちの少なくとも一つを再計算して成膜停止時間を修正する。 Preferably, a temperature measurement unit is provided for measuring the temperature of the film formation target substrate during film formation, and the control unit measures the refractive index during film formation based on a temperature coefficient set for each film formation substance. The optical properties of the multilayer film are recalculated using the physical thickness of the film design and the value of the refractive index during film formation, and at least the design reflection amplitude, phase, and optical film used for control are calculated. At least one of the thicknesses is recalculated to correct the deposition stop time.

また、好適には、前記成膜チャンバ内に設けられ、複数枚の成膜対象基板を膜形成面が前記成膜材料供給部側に臨むように保持し、ホルダ中心を回転中心として回転される基板ホルダと、回転される前記基板ホルダの外周部に円状に保持された複数枚の前記成膜対象基板にモニタ光をトレースするように投光する前記投光部と、前記成膜対象基板を透過した前記モニタ光を受光して前記モニタ光を多波長で検出し、前記各成膜対象基板の多波長での光透過率が反映された受光信号を出力する前記受光部と、前記基板ホルダの回転に同期した回転する前記基板ホルダの位置を特定するためのトリガー信号を出力するトリガー信号出力部と、前記受光信号と前記トリガー信号が入力され、前記受光信号と前記トリガー信号を信号処理して成膜対象基板毎の光透過率を取得し、取得した光透過率情報に関連付けて成膜対象基板毎の薄膜の成膜を制御する前記制御部と、を有し、前記制御部は、前記基板ホルダの回転に同期した前記トリガー信号から、回転する前記基板ホルダの位置を特定することで、各成膜対象基板の光透過率が間欠的に反映された受光信号のどの部分がいずれの成膜対象基板に対する光透過率であるか特定し、前記受光信号のどの部分がいずれの成膜対象基板に対する光透過率であるか特定する。 Preferably, the substrate is provided in the film formation chamber, holds a plurality of film formation target substrates so that the film formation surfaces thereof face the film formation material supply unit, and rotates around the center of the holder as the center of rotation. a substrate holder; the light projecting unit that projects monitor light so as to trace a plurality of film formation target substrates circularly held on the outer periphery of the rotated substrate holder; and the film formation target substrates. the light-receiving unit for receiving the monitor light transmitted through the substrate, detecting the monitor light at multiple wavelengths, and outputting a light-receiving signal reflecting the light transmittance at the multiple wavelengths of each film-forming target substrate; a trigger signal output unit that outputs a trigger signal for identifying the position of the substrate holder that rotates in synchronization with the rotation of the holder; and the control unit that acquires the light transmittance of each film formation target substrate by using the above method, and controls the thin film formation of each film formation target substrate in association with the acquired light transmittance information, wherein the control unit By specifying the position of the rotating substrate holder from the trigger signal synchronized with the rotation of the substrate holder, it is possible to determine which portion of the received light signal intermittently reflects the light transmittance of each film formation target substrate. is the light transmittance for each film formation target substrate, and which part of the received light signal is the light transmittance for which film formation target substrate is specified.

本発明の第3の観点の光学膜厚制御方法は、成膜チャンバ内に配置された成膜材料供給部から供給される成膜材料が成膜されて薄膜の多層膜が形成される成膜対象基板にモニタ光を投光する投光ステップと、前記成膜対象基板を透過した前記モニタ光を受光して受光信号を取得する受光ステップと、成膜中の基板温度を測定する温度測定ステップと、前記受光信号に応じて前記成膜対象基板の光透過率を取得し、取得した光透過率情報に関連付けて薄膜の成膜を制御する制御ステップと、を有し、前記制御ステップにおいては、形成すべき多層膜に関して、既に成膜済みの多層膜および基板を、ある1つの膜と同一視した物を等価膜、2つの物質間の反射率の平方根を反射振幅として定義し、等価膜と現在層の間の等価反射振幅r、現在層と空気との間の現在反射振幅r0、および位相δに関連付けたフィッティング関数Tを採用し、成膜中に透過率時間変化の測定値を前記フィッティング関数に関連付けてフィッティングし、成膜時の位相δおよび等価反射振幅rのうちの少なくとも一方の物理パラメータを決定し、決定した物理パラメータとあらかじめ設定された理論値と一致するように現在層の停止時間を決定し、当該停止時間に成膜を停止する成膜制御を行い、前記温度測定ステップより測定される基板温度を基に前記成膜制御に補正をかける。 In the optical film thickness control method according to the third aspect of the present invention, a film forming material supplied from a film forming material supply unit arranged in a film forming chamber is deposited to form a thin multi-layer film. A light projecting step of projecting monitor light onto a target substrate, a light receiving step of receiving the monitor light transmitted through the film formation target substrate to acquire a light reception signal, and a temperature measurement step of measuring a substrate temperature during film formation. and a control step of acquiring the light transmittance of the film formation target substrate according to the light reception signal, and controlling the film formation of the thin film in association with the acquired light transmittance information, wherein the control step comprises , with respect to the multilayer film to be formed, the equivalent film is defined by equating the already formed multilayer film and the substrate with one film, and the square root of the reflectance between the two substances is defined as the reflection amplitude. and the current layer, the current reflection amplitude r between the current layer and air, and the fitting function T associated with the phase δ, and the measured transmittance time variation during deposition is Fitting is performed in association with the fitting function to determine at least one physical parameter of the phase δ and the equivalent reflection amplitude r during film formation, and the current layer is adjusted so as to match the determined physical parameter with a preset theoretical value. A stop time is determined, film formation control is performed to stop film formation at the stop time, and the film formation control is corrected based on the substrate temperature measured in the temperature measurement step.

本発明の第4の観点の薄膜形成方法は、成膜チャンバ内に配置された成膜材料供給部から成膜材料を供給して成膜対象基板上に薄膜の多層膜を成膜する成膜ステップと、前記成膜対象基板にモニタ光を投光する投光ステップと、前記成膜対象基板を透過した前記モニタ光を受光して受光信号を取得する受光ステップと、成膜中の基板温度を測定する温度測定ステップと、前記受光信号に応じて前記成膜対象基板の光透過率を取得し、取得した光透過率情報に関連付けて薄膜の成膜を制御する制御ステップと、を有し、前記制御ステップにおいては、形成すべき多層膜に関して、既に成膜済みの多層膜および基板を、ある1つの膜と同一視した物を等価膜、2つの物質間の反射率の平方根を反射振幅として定義し、等価膜と現在層の間の等価反射振幅r、現在層と空気との間の現在反射振幅r0、および位相δに関連付けたフィッティング関数Tを採用し、成膜中に透過率時間変化の測定値を前記フィッティング関数に関連付けてフィッティングし、成膜時の位相δおよび等価反射振幅rのうちの少なくとも一方の物理パラメータを決定し、決定した物理パラメータとあらかじめ設定された理論値と一致するように現在層の停止時間を決定し、当該停止時間に成膜を停止する成膜制御を行い、前記温度測定ステップより測定される基板温度を基に前記成膜制御に補正をかける。 A thin film forming method according to a fourth aspect of the present invention is a method for forming a multi-layered thin film on a substrate to be film-formed by supplying a film-forming material from a film-forming material supply section arranged in a film-forming chamber. a light projecting step of projecting monitor light onto the film formation target substrate; a light receiving step of receiving the monitor light transmitted through the film formation target substrate and obtaining a received light signal; and a substrate temperature during film formation. and a control step of acquiring the light transmittance of the film formation target substrate according to the light reception signal and controlling the film formation of the thin film in association with the acquired light transmittance information. , In the control step, regarding the multilayer film to be formed, the multilayer film and the substrate that have already been formed are regarded as a single film, which is the equivalent film, and the square root of the reflectance between the two substances is the reflection amplitude. , and adopting the equivalent reflection amplitude r between the equivalent film and the current layer, the current reflection amplitude r between the current layer and air, and the fitting function T related to the phase δ, the transmittance time during deposition Fitting the measured value of the change in association with the fitting function, determining at least one physical parameter of the phase δ and the equivalent reflection amplitude r during film formation, and matching the determined physical parameter with a preset theoretical value The stop time of the current layer is determined so that the current layer is stopped, film formation is controlled to stop film formation at the stop time, and the film formation control is corrected based on the substrate temperature measured in the temperature measurement step.

本発明によれば、膜厚制御における誤差要因を取り除くことができ、膜厚誤差を抑止することができ、成膜の途中の層で生じる膜厚の誤差を補正可能で、しかも、成膜時の成膜物質の物性の温度変化に対しても高精度な光学膜厚制御を実現することが可能で、ひいては、任意の多層膜形成に対する光学制御の精度向上を図ることが可能となる。 According to the present invention, error factors in film thickness control can be removed, film thickness errors can be suppressed, film thickness errors occurring in layers during film formation can be corrected, and moreover, film thickness errors can be corrected during film formation. It is possible to achieve highly accurate optical film thickness control even with respect to temperature changes in the physical properties of the film-forming material, and furthermore, it is possible to improve the accuracy of optical control for arbitrary multilayer film formation.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る光学膜厚制御装置を採用した真空成膜装置であるイオンビームアシスト真空蒸着装置を模式的に示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing an ion beam assisted vacuum deposition apparatus, which is a vacuum film forming apparatus employing an optical film thickness control apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図2は、本第1の実施形態に係る成膜対象基板と成膜対象基板上に成膜される薄膜の多層膜を模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing a film formation target substrate and a multilayer film of thin films formed on the film formation target substrate according to the first embodiment. 図3は、本実施形態に係る光学膜厚制御に関連する等価膜、反射振幅等の用語とフィッティング関数のパラメータについて説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining terms such as an equivalent film and reflection amplitude related to optical film thickness control according to the present embodiment, and parameters of a fitting function. 図4は、本実施形態に係るフィッティング関数によるフィッティング曲線と透過率変化の測定値データとの関係の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the fitting curve obtained by the fitting function and the measured value data of the transmittance change according to the present embodiment. 図5は、a-siサンプル(試料)の温度依存性としての屈折率特性を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing refractive index characteristics as temperature dependence of an a-si sample (specimen). 図6は、a-siサンプル(試料)の温度依存性としての吸収(消衰)係数特性を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing absorption (extinction) coefficient characteristics as temperature dependence of an a-si sample (specimen). 図7は、本第1の実施形態に係るフィッティング関数によるフィッティング曲線と透過率変化の測定値データと次層の予測曲線との関係の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of the relationship between the fitting curve obtained by the fitting function according to the first embodiment, the measured value data of the transmittance change, and the predicted curve of the next layer. 図8、本第1の実施形態に係る真空蒸着装置における制御部の光学膜厚制御動作について説明するためのフローチャートである。FIG. 8 is a flow chart for explaining the optical film thickness control operation of the controller in the vacuum deposition apparatus according to the first embodiment. 図9は、トータル位相補償制御(TPC)と比較例としての時間制御と設計における3物質を使用した所定の中心波長を持つバンドパスフィルタ(BPF)の成膜例の波長と透過率との関係を示す特性図である。FIG. 9 shows the relationship between the wavelength and the transmittance of a film formation example of a bandpass filter (BPF) having a predetermined center wavelength using three substances in total phase compensation control (TPC) and time control and design as a comparative example. It is a characteristic diagram showing . 図10は、本第1の実施形態に係る真空蒸着装置の制御部における光学膜厚制御の成膜物質の屈折率の温度変化に対する補正処理のシミュレーション動作について説明するためのフローチャートである。FIG. 10 is a flow chart for explaining the simulation operation of the correction process for the temperature change of the refractive index of the film forming material for optical film thickness control in the control unit of the vacuum deposition apparatus according to the first embodiment. 図11は、温度補正処理の有無に応じた、中心波長940nmのQW設計BPFのシミュレーション結果を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing simulation results of a QW design BPF with a center wavelength of 940 nm, depending on the presence or absence of temperature correction processing. 図12は、本発明の第1の実施形態に係る温度補正処理機能による再現性確認を行った結果を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing results of reproducibility confirmation by the temperature correction processing function according to the first embodiment of the present invention. 図13は、中心波長940nmのnon-QW設計BPFによる設計、温度補正処理無しTPC、温度補正処理有りTPCの成膜結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing film formation results of a design by a non-QW design BPF with a center wavelength of 940 nm, a TPC without temperature correction processing, and a TPC with temperature correction processing. 図14は、本発明の第2の実施形態に係る光学膜厚制御装置を採用した真空成膜装置であるイオンビームアシスト真空蒸着装置を模式的に示す構成図である。FIG. 14 is a configuration diagram schematically showing an ion beam assisted vacuum vapor deposition apparatus, which is a vacuum film forming apparatus employing the optical film thickness control apparatus according to the second embodiment of the present invention. 図15は、図14の真空蒸着装置の回転される基板ホルダの外周部に円状に保持された複数枚の成膜対象基板にモニタ光Lをトレースするように投光する様子、および、図14の真空蒸着装置の回転される基板ホルダの外周部に円状に保持された複数枚の成膜対象基板の配置例の様子を模式的に示す図である。FIG. 15 shows how monitor light L is projected so as to trace onto a plurality of film-forming target substrates circularly held on the outer periphery of a substrate holder that rotates in the vacuum deposition apparatus of FIG. 14 is a diagram schematically showing an arrangement example of a plurality of film-forming target substrates circularly held on the outer peripheral portion of a rotated substrate holder of the vacuum deposition apparatus No. 14. FIG. 図16は、本第2の実施形態に係る真空蒸着装置におけるいずれの成膜対象基板に対する光透過率であるか特定する信号処理を示す説明するための図である。FIG. 16 is a diagram for explaining signal processing for specifying the light transmittance for which film formation target substrate in the vacuum vapor deposition apparatus according to the second embodiment. 図17は、本第2の実施形態に係る真空蒸着装置における制御部の光学膜厚制御動作について説明するためのフローチャートである。FIG. 17 is a flow chart for explaining the optical film thickness control operation of the controller in the vacuum vapor deposition apparatus according to the second embodiment. 図18は、本第2の実施形態に係る真空蒸着装置の制御部における光学膜厚制御の成膜物質の屈折率の温度変化に対する補正処理のシミュレーション動作について説明するためのフローチャートである。FIG. 18 is a flow chart for explaining the simulation operation of the correction process for the temperature change of the refractive index of the film forming material for optical film thickness control in the control unit of the vacuum deposition apparatus according to the second embodiment. 図19は、本第3の実施形態に係るフィッティング関数によるフィッティング曲線と透過率変化の測定値データと次層の予測曲線との関係の一例を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing an example of the relationship between a fitting curve obtained by a fitting function according to the third embodiment, measured value data of transmittance change, and a prediction curve for the next layer. 図20は、本第3の実施形態に係る真空蒸着装置における制御部の光学膜厚制御動作について説明するためのフローチャートである。FIG. 20 is a flow chart for explaining the optical film thickness control operation of the controller in the vacuum deposition apparatus according to the third embodiment.

以下に、本発明の光学膜厚制御装置を採用した薄膜形成装置としての真空成膜装置とそれを用いた薄膜形成方法である真空成膜方法の実施の形態について、図面に関連付けて説明する。 Embodiments of a vacuum film forming apparatus as a thin film forming apparatus employing the optical film thickness control apparatus of the present invention and a vacuum film forming method as a thin film forming method using the vacuum film forming apparatus will be described below with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
[真空成膜装置の構成]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る光学膜厚制御装置を採用した真空成膜装置であるイオンビームアシスト真空蒸着装置を模式的に示す構成図である。
(First embodiment)
[Configuration of Vacuum Film Forming Apparatus]
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing an ion beam assisted vacuum deposition apparatus, which is a vacuum film forming apparatus employing an optical film thickness control apparatus according to a first embodiment of the present invention.

本第1の実施形態の真空蒸着装置1においては、たとえば、成膜チャンバである真空チャンバ10に、図示しない排気管および真空ポンプが接続されており、内部が所定の圧力に減圧可能となっている。真空蒸着による成膜時における真空チャンバ10内の背圧は、たとえば10-2~10-5Pa程度である。 In the vacuum deposition apparatus 1 of the first embodiment, for example, an exhaust pipe and a vacuum pump (not shown) are connected to a vacuum chamber 10, which is a film forming chamber, so that the inside can be reduced to a predetermined pressure. there is The back pressure in the vacuum chamber 10 during film formation by vacuum deposition is, for example, about 10 -2 to 10 -5 Pa.

真空チャンバ10の内部下方には、成膜材料供給部20として、第1真空蒸発源21および第2真空蒸着源22が配置されている。第1真空蒸発源21の内部に第1蒸着材料211が収容されており、また、第2真空蒸発源22の内部に第2蒸着材料221が収容されている。
第1蒸着材料21はたとえばSiOであり、第2蒸着材料23はたとえばTiOあるいはTaである。
各真空蒸着源21,22には、たとえば不図示の抵抗加熱、電子ビーム加熱、レーザービーム加熱、電子銃などの加熱手段が設けられており、真空蒸発源において蒸着材料が加熱されて気化すると蒸着材料の蒸気が噴出する。
A first vacuum evaporation source 21 and a second vacuum evaporation source 22 are arranged as a film-forming material supply unit 20 in the lower part of the vacuum chamber 10 . A first vapor deposition material 211 is accommodated inside the first vacuum evaporation source 21 , and a second vapor deposition material 221 is accommodated inside the second vacuum evaporation source 22 .
The first vapor deposition material 21 is eg SiO 2 and the second vapor deposition material 23 is eg TiO 2 or Ta 2 O 5 .
Each of the vacuum evaporation sources 21 and 22 is provided with heating means such as resistance heating, electron beam heating, laser beam heating, and electron gun (not shown). Vapor of material shoots out.

たとえば、真空チャンバ10内には、第1真空蒸発源21および第2真空蒸着源22の蒸着材料の蒸気を噴出する方向に、石英ガラスなどの光学基板である成膜対象基板30を膜形成面が成膜材料供給部20側に臨むように保持する基板ホルダ31が設けられている。
たとえば、基板ホルダ31は、真空チャンバ10の上方からホルダ支持部32により支持されている。
For example, in the vacuum chamber 10, a film formation target substrate 30, which is an optical substrate such as quartz glass, is placed in a direction in which the vapor of the vapor deposition materials of the first vacuum evaporation source 21 and the second vacuum evaporation source 22 is ejected. A substrate holder 31 is provided so as to face the film forming material supply unit 20 side.
For example, the substrate holder 31 is supported by a holder support 32 from above the vacuum chamber 10 .

なお、図1では、真空蒸着源を2つ設けて2種類の薄膜の多層膜を形成する例を示しているが、真空蒸着源を3つ設けて3種類の薄膜の多層膜を形成する等、種々の態様が可能である。
3つの真空蒸着源を用いる場合、たとえば第1蒸着材料はSiOであり、第2蒸着材料はSiであり、第3蒸着材料はa-SiN:Hである。
Although FIG. 1 shows an example in which two vacuum deposition sources are provided to form a multilayer film of two types of thin films, a multilayer film of three types of thin films may be formed by providing three vacuum deposition sources. , various embodiments are possible.
When using three vacuum deposition sources, for example, the first deposition material is SiO 2 , the second deposition material is Si 3 N 4 and the third deposition material is a-SiN:H.

図2(A)および(B)は、本第1の実施形態に係る成膜対象基板30と成膜対象基板上に成膜される薄膜の多層膜を模式的に示す図である。
図2(A)は蒸着材料として2物質を使用した場合の例を、図2(B)は蒸着材料を3物質を使用した場合の例を示している。
FIGS. 2A and 2B are diagrams schematically showing a film formation target substrate 30 according to the first embodiment and a multi-layer film of thin films formed on the film formation target substrate.
FIG. 2A shows an example of using two vapor deposition materials, and FIG. 2B shows an example of using three vapor deposition materials.

蒸着材料として2物質を使用した場合、図2(A)に示すように、2つの各真空蒸着源21,22から噴出された蒸着材料の蒸気が成膜対象基板30の表面に達して固化すると、成膜対象基板30の表面に蒸着材料の薄膜311,312の多層膜310が形成される。
たとえば、光学ガラス基板により形成される成膜対象基板30上にSiO/TiOを交互に66層積層してNBPフィルタが作製される。たとえば、透過帯の中心波長は827nmであり、帯域幅は12nm以下である。
When two substances are used as vapor deposition materials, as shown in FIG. 2A, when the vapor of the vapor deposition materials ejected from the two vacuum vapor deposition sources 21 and 22 reaches the surface of the film formation target substrate 30 and solidifies. , a multilayer film 310 of thin films 311 and 312 of vapor deposition materials is formed on the surface of the substrate 30 to be film-formed.
For example, the NBP filter is produced by alternately laminating 66 layers of SiO 2 /TiO 2 on the film formation target substrate 30 formed of an optical glass substrate. For example, the transmission band has a center wavelength of 827 nm and a bandwidth of 12 nm or less.

蒸着材料として3物質を使用した場合、図2(B)に示すように、3つの各真空蒸着源から噴出された蒸着材料の蒸気が成膜対象基板30の表面に達して固化すると、成膜対象基板30の表面に蒸着材料の薄膜321,322,323の多層膜320が形成される。
たとえば、光学ガラス基板により形成される成膜対象基板30上にSiO/Si/a-SiN:Hを交互に66層積層してBPフィルタが作製される。たとえば、透過帯の中心波長は940nmである。
When three substances are used as vapor deposition materials, as shown in FIG. 2B, when the vapor of the vapor deposition materials jetted from each of the three vacuum vapor deposition sources reaches the surface of the film formation target substrate 30 and solidifies, the film is formed. A multilayer film 320 of thin films 321 , 322 , 323 of vapor deposition materials is formed on the surface of the target substrate 30 .
For example, a BP filter is produced by alternately laminating 66 layers of SiO 2 /Si 3 N 4 /a-SiN:H on a film-forming target substrate 30 formed of an optical glass substrate. For example, the center wavelength of the transmission band is 940 nm.

また、たとえば、真空チャンバ10内に酸素イオンなどのイオンを成膜対象基板に照射するイオンソース23が設けられており、イオンビームアシスト真空蒸着を行うことができる。
イオンソース23からイオンを成膜対象基板30の膜形成面に照射することで、成膜材料供給部20から供給される蒸着物質により成膜されて膜厚が厚くなるプロセスと、既に成膜された膜の表面近傍の一部領域が、イオンソース23から照射されるイオンによりスパッタされて膜厚が薄くなるプロセスとを同時に進行させながら成膜できる。
このとき、成膜対象基板30面内において、成膜材料供給部20から供給される成膜物質の密度分布に依存して膜厚差が生じる場合には、その膜厚差を打ち消すような条件でイオンソース23から照射されるイオンによるスパッタを行うことで、均一な面内膜厚分布をもつ多層膜が得ることができる。
Further, for example, an ion source 23 for irradiating a film-forming target substrate with ions such as oxygen ions is provided in the vacuum chamber 10, and ion beam assisted vacuum deposition can be performed.
By irradiating the film formation surface of the film formation target substrate 30 with ions from the ion source 23, a film is formed by the vapor deposition material supplied from the film formation material supply unit 20 and the film thickness is increased. A part of the film near the surface is sputtered by ions irradiated from the ion source 23 to thin the film, and the film can be formed while proceeding simultaneously.
At this time, if a film thickness difference occurs depending on the density distribution of the film-forming material supplied from the film-forming material supply unit 20 in the film-forming target substrate 30, conditions are set to cancel the film thickness difference. By performing sputtering with ions irradiated from the ion source 23, a multilayer film having a uniform in-plane film thickness distribution can be obtained.

本第1の実施形態においては、基板ホルダ31に保持された成膜対象基板30にモニタ光Lを投光する投光部40が設けられている。
投光部40は、真空チャンバ10の外部に設置され、成膜対象基板30にモニタ光Lを投光する投光ヘッドとしての光源41を含んで構成されている。光源40としては、たとえばハロゲンランプを用いることができる。
In the first embodiment, a light projecting unit 40 for projecting monitor light L onto the film formation target substrate 30 held by the substrate holder 31 is provided.
The light projecting unit 40 is installed outside the vacuum chamber 10 and includes a light source 41 as a light projecting head that projects the monitor light L onto the film formation target substrate 30 . A halogen lamp, for example, can be used as the light source 40 .

成膜対象基板30および成膜中の薄膜、多層膜を透過したモニタ光Lを受光して受光信号Sを出力する受光部50が設けられている。
受光部50は、たとえば真空チャンバ10内に設けられ、成膜対象基板および成膜中の薄膜、多層膜を透過したモニタ光Lを受光する受光部の受光ヘッドとしての受光レンズ51と、受光レンズ51で受光されたモニタ光を分光する分光光度計からなる分光部52と、分光部52で分光された光を検出する光検出部53と、受光レンズ51で受光したモニタ光Lを分光部52に伝達する光ファイバなどの受光光学系54などから構成される。
A light-receiving unit 50 is provided for receiving the monitor light L transmitted through the film-forming target substrate 30 and the thin film and multilayer film being formed and outputting a light-receiving signal SR .
The light-receiving unit 50 is provided, for example, in the vacuum chamber 10, and includes a light-receiving lens 51 as a light-receiving head of the light-receiving unit that receives the monitor light L transmitted through the film-forming target substrate, the thin film being formed, and the multilayer film, and a light-receiving lens. A spectrophotometer 52 configured to disperse the monitor light received by 51 , a photodetector 53 detecting the light split by the spectrophotometer 52 , and a monitor light L received by the light receiving lens 51 to the spectrophotometer 52 . It is composed of a light receiving optical system 54 such as an optical fiber that transmits the light to the light source.

たとえば、光検出部53は、受光した光を光信号に変換する受光画素がマトリクス状に配置された構成であり、光検出部53としてCCDセンサなどを用いることができる。
成膜対象基板30を透過したモニタ光Lが受光レンズ51で受光され、受光光学系54により分光部52に伝達されて分光され、分光されたモニタ光が光検出部53で検出される。
成膜対象基板30を透過したモニタ光Lを分光部52で分光し、分光された光を、受光画素がマトリクス状に配置された光検出部53で検出して受光信号Sを出力する。光検出部53はモニタ光の連続スペクトルを取得することができ、すなわち、モニタ光を多波長で検出することができる。
For example, the photodetector 53 has a configuration in which light-receiving pixels that convert received light into optical signals are arranged in a matrix, and a CCD sensor or the like can be used as the photodetector 53 .
The monitor light L transmitted through the film formation target substrate 30 is received by the light receiving lens 51 , transmitted to the spectroscopic unit 52 by the light receiving optical system 54 , and spectroscopically separated.
The monitor light L transmitted through the film formation target substrate 30 is separated by the spectroscopic section 52, the separated light is detected by the photodetector section 53 in which light receiving pixels are arranged in a matrix, and the received light signal SR is output. The photodetector 53 can acquire a continuous spectrum of the monitor light, that is, detect the monitor light at multiple wavelengths.

光検出部53で検出された受光信号Sは、パーソナルコンピュータ(PC)等により構成される制御部60に供給される。
制御部60は、受光信号Sを信号処理して成膜対象基板30の光透過率を取得する。また、上記のようにモニタ光の連続スペクトルを取得することで、成膜対象基板30の光透過スペクトルを取得する。
制御部60は、得られた光透過率あるいは光透過スペクトルから、所望の光学特性が得られるように成膜条件を変更するように成膜途中においてフィードバックすることができる。
A light reception signal SR detected by the light detection section 53 is supplied to a control section 60 constituted by a personal computer (PC) or the like.
The control unit 60 processes the received light signal SR to obtain the light transmittance of the film formation target substrate 30 . Further, by obtaining the continuous spectrum of the monitor light as described above, the light transmission spectrum of the film-forming target substrate 30 is obtained.
The control unit 60 can feed back during film formation so as to change the film formation conditions so as to obtain desired optical characteristics from the obtained light transmittance or light transmission spectrum.

このように、本第1の実施形態に係る制御部60は、受光信号Sに応じて成膜対象基板30の光透過率を取得し、取得した光透過率情報に関連付けて薄膜の成膜、より具体的には成膜している現在の薄膜(現在層)の膜厚を制御する成膜制御を行う。 As described above, the control unit 60 according to the first embodiment acquires the light transmittance of the film-forming target substrate 30 according to the received light signal SR , and performs thin film deposition in association with the acquired light transmittance information. More specifically, film formation control is performed to control the film thickness of the currently formed thin film (current layer).

本第1の実施形態の真空蒸着装置1においては、上記構成に加えて、さらに成膜中の基板温度を測定する温度測定部としての放射温度計70が、たとえば基板ホルダ31のホルダ支持部32内(基板ホルダ31の上方側)に設けられている。 In the vacuum deposition apparatus 1 of the first embodiment, in addition to the above configuration, a radiation thermometer 70 as a temperature measurement unit for measuring the substrate temperature during film formation is provided, for example, in the holder support portion 32 of the substrate holder 31. provided inside (on the upper side of the substrate holder 31).

なお、本実施形態において、基板温度とは、基板自体の温度はもとより基板と同等の温度に保持されると予測される基板周辺の温度も含まれるものとする。 In this embodiment, the substrate temperature includes not only the temperature of the substrate itself but also the temperature around the substrate which is expected to be kept at the same temperature as the substrate.

本第1の実施形態において、制御部60は、温度測定部としての放射温度計70により測定される基板温度を基に成膜制御に補正をかけることが可能に構成されている。 In the first embodiment, the control unit 60 is configured to be able to correct the film formation control based on the substrate temperature measured by the radiation thermometer 70 as the temperature measurement unit.

以下、本第1の実施形態に係る制御部60における光学膜厚制御について詳述する。
図3は、本実施形態に係る光学膜厚制御に関連する等価膜、反射振幅等の用語とフィッティング関数のパラメータについて説明するための図である。
The optical film thickness control in the controller 60 according to the first embodiment will be described in detail below.
FIG. 3 is a diagram for explaining terms such as an equivalent film and reflection amplitude related to optical film thickness control according to the present embodiment, and parameters of a fitting function.

制御部60は、次式で示す、形成すべき多層膜に関して、既に成膜済みの多層膜および基板を、ある1つの膜と同一視した物を等価膜330、2つの物質間の反射率の平方根(r=√R)を反射振幅として定義し、等価膜330と現在層340の間の(等価)反射振幅r、現在層と空気(真空)との間の(現在)反射振幅r0、および位相δに関連付けたフィッティング関数T(t)を採用する。 With respect to the multilayer film to be formed, the control unit 60 uses the equivalent film 330, which equates the already formed multilayer film and the substrate with one film, and the reflectance between the two substances, as shown in the following equation. Define the square root (r=√R) as the reflection amplitude, the (equivalent) reflection amplitude r between the equivalent film 330 and the current layer 340, the (current) reflection amplitude r between the current layer and air (vacuum), and A fitting function T(t) associated with the phase δ is employed.

Figure 0007303701000001
Figure 0007303701000001

このフィッティング関数T(t)の物理パラメータは次の通りである。
パラメータrは等価膜330と現在層340の間の(等価)反射振幅を示す。
パラメータr0は現在層340と空気(真空)との間の(現在)反射振幅を示す。
The physical parameters of this fitting function T(t) are as follows.
The parameter r indicates the (equivalent) reflection amplitude between equivalent film 330 and current layer 340 .
The parameter r0 indicates the (current) reflection amplitude between the current layer 340 and air (vacuum).

パラメータωは位相情報を形成する角速度を示す。
ここで、ωt=4πnd / λ の関係がある。nは屈折率を、dは物理膜厚を、λは監視波長を表している。
The parameter ω indicates the angular velocity forming the phase information.
Here, there is a relationship of ωt=4πnd/λ. n represents the refractive index, d the physical thickness, and λ the monitoring wavelength.

パラメータφ0は初期位相、すなわち、ある層の、成膜開始時点での位相を示している。
パラメータΨは比例定数を示し、膜の吸収や透過率測定の系統誤差(それらが無ければ1になる値)を表現している。
The parameter φ0 indicates the initial phase, that is, the phase of a certain layer at the start of film formation.
The parameter Ψ indicates the constant of proportionality and expresses the systematic error of membrane absorption and transmittance measurements (the value would be 1 without them).

上記の各物理パラメータr,r0,ω,Ψ,φ0のうち現在反射振幅r0は固定値であり、残りの物理パラメータr,ω,Ψ,φ0がフィッティング関数を使用したフィッティングにより決定される。 Among the above physical parameters r, r0, ω, ψ, φ0, the current reflection amplitude r0 is a fixed value, and the remaining physical parameters r, ω, ψ, φ0 are determined by fitting using fitting functions.

図4は、本実施形態に係るフィッティング関数によるフィッティング曲線と透過率変化の測定値データとの関係の一例を示す図である。
図4において、縦軸が透過率を、横軸が時間を表している。
また、図4において、FCが現在層のフィッティング関数によるフィッティング曲線を示し、MFが透過率変化の測定値データを示している。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the fitting curve obtained by the fitting function and the measured value data of the transmittance change according to the present embodiment.
In FIG. 4, the vertical axis represents transmittance and the horizontal axis represents time.
In FIG. 4, FC indicates a fitting curve by the fitting function of the current layer, and MF indicates measured value data of transmittance change.

本第1の実施形態において、制御部60は、成膜中に透過率時間変化の測定値(データ)をフィッティング関数T(t)に関連付けてフィッティングし、成膜の途中の層で膜厚の誤差が生じた際、その誤差を補正するように次層以上の膜厚にフィードバックをかけるように制御する。 In the first embodiment, the control unit 60 performs fitting by associating the measured value (data) of the change in transmittance with time during film formation with the fitting function T(t), and the thickness of the layer in the middle of the film formation. When an error occurs, it is controlled so as to apply feedback to the film thicknesses of the next and higher layers so as to correct the error.

本第1の実施形態において、制御部60は、成膜中に透過率時間変化の測定値(データ)をフィッティング関数T(t)に関連付けてフィッティングし、成膜時の位相および等価反射振幅を含む物理パラメータr,ω,Ψ,φ0を決定し、決定した物理パラメータr,ω,Ψ,φ0を次の制御に利用する。
すなわち、制御部60は、決定した物理パラメータr,ω,Ψ,φ0とあらかじめ設定された理論値(目標値、設計値)と一致するように現在層の停止時間を決定し、停止時間に成膜を停止する。
In the first embodiment, the control unit 60 performs fitting by associating the measured value (data) of the transmittance time change during film formation with the fitting function T(t), and determines the phase and equivalent reflection amplitude during film formation. The physical parameters r, ω, Ψ, and φ0 are determined, and the determined physical parameters r, ω, Ψ, and φ0 are used for the next control.
That is, the control unit 60 determines the stop time of the current layer so that the determined physical parameters r, ω, Ψ, φ0 match the preset theoretical values (target values, design values), and reaches the stop time. Stop the membrane.

制御部60は、多層膜の膜設計に基づき、各層の停止時点での理論位相δ_designがあらかじめ与えられ、成膜中に受光信号Sに応じて透過率の時間変化をフィッティング関数に関連付けてフィッティングし、位相δの角速度ωと初期位相φ0を決定し、決定した成膜中の位相δ=ωt+φ0が、あらかじめ与えられた理論位相δ_designと一致する時間t_stopで成膜を停止する。 Based on the film design of the multilayer film, the control unit 60 is given in advance the theoretical phase δ_design at the time point when each layer stops, and performs fitting in association with the time change of the transmittance according to the light receiving signal SR during film formation with a fitting function. Then, the angular velocity ω of the phase δ and the initial phase φ0 are determined, and the film formation is stopped at the time t_stop at which the determined phase δ=ωt+φ0 during film formation coincides with the theoretical phase δ_design given in advance.

制御部60は、フィッティング関数T(t)の位相情報項の位相δ=ωt+φ0を成膜中の層の成膜停止時間t_stopの決定に直接使用する。 The control unit 60 directly uses the phase δ=ωt+φ0 of the phase information term of the fitting function T(t) to determine the deposition stop time t_stop of the layer being deposited.

成膜停止時間t_stopは次式で与えられる。 The film formation stop time t_stop is given by the following equation.

Figure 0007303701000002
Figure 0007303701000002

ここで、φ fitはフィッティング関数によるフィッティングで決定された初期位相を示し、ωfitはフィッティング関数によるフィッティングで決定された角速度を示している。 Here, φ 0 fit indicates the initial phase determined by fitting using the fitting function, and ω fit indicates the angular velocity determined by fitting using the fitting function.

さらに、本第1の実施形態において、制御部60は、温度測定部としての放射温度計70により測定される基板温度を基に成膜時の成膜物質の物性の温度変化に対して補正を行い、補正した成膜物質の物性に関連付けて前記物理パラメータの再計算を行って成膜停止時間t_stopを修正する。
なお、本実施形態において、成膜物質の物性は屈折率n(またはN)を含む。
Furthermore, in the first embodiment, the control unit 60 corrects temperature changes in the physical properties of the film formation material during film formation based on the substrate temperature measured by the radiation thermometer 70 as the temperature measurement unit. Then, the physical parameters are recalculated in association with the corrected physical properties of the film-forming substance, and the film-forming stop time t_stop is corrected.
In addition, in this embodiment, the physical properties of the film-forming substance include the refractive index n (or N).

制御部60は、成膜物質ごとに設定した温度係数を基に、成膜中の屈折率を求め、膜設計上の物理膜厚と求めた成膜中の屈折率の値を用いて、多層膜の光学特性を再計算する。
具体的には、既に成膜した層までの特性マトリクスを再計算している。
そして、制御部60は、上記から、制御に用いる設計上の少なくとも反射振幅r,r0、位相δ、光学膜厚ndのうちの少なくとも一つを再計算して成膜停止時間t_stopを修正する。
Based on the temperature coefficient set for each film forming substance, the control unit 60 obtains the refractive index during film formation, and uses the physical film thickness in film design and the calculated refractive index value during film formation to form a multi-layer film. Recalculate the optical properties of the film.
Specifically, the characteristic matrix is recalculated up to the layers that have already been deposited.
Then, the control unit 60 recalculates at least one of the design reflection amplitudes r and r0, the phase δ, and the optical film thickness nd used for control from the above, and corrects the film formation stop time t_stop.

ここで、本第1の実施形態の光学膜厚制御において、本第1の実施形態で説明するTPC、あるいは、後述の第3の実施形態で説明したCROにより任意の多層膜設計に対する光学制御の精度向上を図るのみならず、成膜中の基板温度を測定し、その結果を用いて光学制御に補正をかけるようにした理由について説明する。 Here, in the optical film thickness control of the first embodiment, TPC described in the first embodiment or CRO described in the third embodiment described later is used to perform optical control for an arbitrary multilayer film design. The reason for not only improving the accuracy but also measuring the substrate temperature during film formation and using the result to correct the optical control will be explained.

図5は、a-siサンプル(試料)の温度依存性としての屈折率特性を示す図である。
図5において、縦軸が屈折率を表し、横軸が温度を表している。図5において、Aで示す曲線が波長λが632.8nm時の屈折率特性を、Bで示す曲線が波長λが752.0nm時の屈折率特性を示している。
図6は、a-siサンプルの温度依存性としての吸収(消衰)係数特性を示す図である。図6において、縦軸が吸収(消衰)係数を、横軸が温度を表している。図6において、Cで示す曲線が波長λが632.8nm時の吸収(消衰)特性を、Dで示す曲線が波長λが752.0nm時の吸収(消衰)特性を示している。
FIG. 5 is a diagram showing refractive index characteristics as temperature dependence of an a-si sample (specimen).
In FIG. 5, the vertical axis represents refractive index, and the horizontal axis represents temperature. In FIG. 5, the curve A indicates the refractive index characteristics when the wavelength λ is 632.8 nm, and the curve B indicates the refractive index characteristics when the wavelength λ is 752.0 nm.
FIG. 6 is a diagram showing absorption (extinction) coefficient characteristics as temperature dependence of an a-si sample. In FIG. 6, the vertical axis represents the absorption (extinction) coefficient, and the horizontal axis represents the temperature. In FIG. 6, the curve C indicates the absorption (extinction) characteristics when the wavelength λ is 632.8 nm, and the curve D indicates the absorption (extinction) characteristics when the wavelength λ is 752.0 nm.

参考文献 : Oguz Yavas, Nhan Do, Andrew C. Tam, P. T. Leung, Wing P. Leung, Hee K. Park, Costas P. Grigoropoulos, Johannes Boneberg, and Paul Leiderer,
"Temperature dependence of optical properties for amorphous silicon at wavelengths of 632.8 and 752 nm," Opt. Lett. 18, 540-542 (1993)
References: Oguz Yavas, Nhan Do, Andrew C. Tam, PT Leung, Wing P. Leung, Hee K. Park, Costas P. Grigoropoulos, Johannes Boneberg, and Paul Leiderer,
"Temperature dependence of optical properties for amorphous silicon at wavelengths of 632.8 and 752 nm," Opt. Lett. 18, 540-542 (1993)

波長λが632.8nm時の屈折率係数n(T)は、温度計数Tを用いて、
n(T)=4.19-1.43×10-4
で表すことができる。
波長λが632.8nm時の吸収係数k(T)は、温度計数Tを用いて、
k(T)=0.24+4.85×10-4
で表すことができる。
Using the temperature coefficient T, the refractive index coefficient n(T) at a wavelength λ of 632.8 nm is
n(T)=4.19−1.43×10 −4 T
can be expressed as
The absorption coefficient k(T) when the wavelength λ is 632.8 nm, using the temperature coefficient T, is
k(T)=0.24+4.85×10 −4 T
can be expressed as

波長λが752.0nm時の屈折率係数n(T)は、温度計数Tを用いて、
n(T)=3.92+2.71×10-4
で表すことができる。
波長λが632.8nm時の吸収係数k(T)は、温度計数Tを用いて、
k(T)=2.59×10-2+2.25×10-4
で表すことができる。
Using the temperature coefficient T, the refractive index coefficient n(T) at a wavelength λ of 752.0 nm is
n(T)=3.92+2.71×10 −4 T
can be expressed as
The absorption coefficient k(T) when the wavelength λ is 632.8 nm, using the temperature coefficient T, is
k(T)=2.59×10 −2 +2.25×10 −4 T
can be expressed as

a-Siやa-Si:H等の半導体物質の屈折率の温度変化は典型的に10-4 [1/K]程度である。
これに対して、本実施形態の真空蒸着装置1における成膜中の温度およびそのバラツキは典型的に数十°C~数百°Cである。
つまり、成膜時の屈折率の温度変化が10-2程度あり、光学制御上や製品の再現性確保にとって無視することができない。
そこで、本第1の実施形態においては、成膜中の基板温度を放射温度計70で測定し、制御部60がその結果を用いて成膜制御の光学制御に補正を掛ける構成を採用した。
The temperature change of the refractive index of semiconductor materials such as a-Si and a-Si:H is typically about 10 −4 [1/K].
On the other hand, the temperature during film formation in the vacuum deposition apparatus 1 of the present embodiment and its variation are typically several tens of degrees Celsius to several hundreds of degrees Celsius.
In other words, the temperature change of the refractive index during film formation is about 10 −2 , which cannot be ignored in terms of optical control and product reproducibility.
Therefore, in the first embodiment, the substrate temperature during film formation is measured by the radiation thermometer 70, and the controller 60 uses the result to correct the optical control of the film formation control.

次に、本第1の実施形態に係る真空蒸着装置1における制御部60の光学膜厚制御動作について、図7および図8に関連付けて説明する。
図7は、本第1の実施形態に係るフィッティング関数によるフィッティング曲線と透過率変化の測定値データと次層の予測曲線との関係の一例を示す図である。
図7において、縦軸が透過率を、横軸が時間を表している。
また、図7において、FCが現在層のフィッティング関数によるフィッティング曲線を示し、MFが透過率変化の測定値データを示し、NPが次層の予測曲線を示している。
図8は、本第1の実施形態に係る真空蒸着装置1における制御部60の光学膜厚制御動作について説明するためのフローチャートである。
Next, the optical film thickness control operation of the controller 60 in the vacuum deposition apparatus 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG.
FIG. 7 is a diagram showing an example of the relationship between the fitting curve obtained by the fitting function according to the first embodiment, the measured value data of the transmittance change, and the predicted curve of the next layer.
In FIG. 7, the vertical axis represents transmittance and the horizontal axis represents time.
In FIG. 7, FC indicates a fitting curve by the fitting function of the current layer, MF indicates measured value data of transmittance change, and NP indicates a prediction curve of the next layer.
FIG. 8 is a flow chart for explaining the optical film thickness control operation of the controller 60 in the vacuum deposition apparatus 1 according to the first embodiment.

図8で採用されているパラメータについて説明すると、iは現在塗布(コーティング)されている層番号を示し、t_currentはi層目の塗布(コーティング)開始から現在までの時間を示し、t_stopはi層目のコーティングの最適停止時間を算出したものを示している。
そして、utはi層目の塗布開始から現在までの時間t_currentにある程度の許容時間を与えるための単位時間を示している。たとえば1回の投光時間(または測定時間)が単位時間utとして採用される。
δ_designが最適停止位相を示し、これは光学理論による膜設計から計算される。
To explain the parameters employed in FIG. 8, i indicates the number of the currently applied (coated) layer, t_current indicates the time from the start of the i-th coating (coating) to the present, and t_stop indicates the i layer. Calculations of the optimal stop time for eye coating are shown.
ut indicates a unit time for giving a certain amount of allowable time to the time t_current from the start of coating of the i-th layer to the present. For example, one light projection time (or measurement time) is adopted as the unit time ut.
δ_design indicates the optimum stopping phase, which is calculated from the film design by optical theory.

まず、本第1の実施形態に係る真空成膜装置1により所定の成膜対象基板30に所望の成膜材料の薄膜の多層膜を形成するに当たって、まず、多層膜の膜設計に基づき、各層の停止時点での位相δ_designを事前に理論計算する(ステップST1)。 First, in forming a multilayer film of a thin film of a desired film-forming material on a predetermined film-forming target substrate 30 using the vacuum film-forming apparatus 1 according to the first embodiment, each layer is first based on the film design of the multilayer film. is theoretically calculated in advance for the phase δ_design at the time of stopping (step ST1).

そして、たとえば、内部に成膜材料供給部20と真空チャンバ10の基板ホルダ31に、成膜対象基板30を保持する。ここで、成膜対象基板30の膜形成面が成膜材料供給部20側に臨むように保持する。 Then, for example, the film-forming target substrate 30 is held by the film-forming material supply unit 20 inside and the substrate holder 31 of the vacuum chamber 10 . Here, the film formation surface of the film formation target substrate 30 is held so as to face the film formation material supply unit 20 side.

次に、たとえば、成膜材料供給部20から成膜材料を供給して成膜対象基板30上に成膜材料の薄膜を形成する。すなわち、i層の膜薄形成を(レイヤーコーティング)を開始する(ステップST2)。 Next, for example, a film-forming material is supplied from the film-forming material supply unit 20 to form a thin film of the film-forming material on the film-forming target substrate 30 . That is, the thin film formation of the i-layer (layer coating) is started (step ST2).

次に、基板ホルダ31に保持された成膜対象基板30にモニタ光Lを投光する。
次に、たとえば、成膜対象基板30を透過したモニタ光Lを受光して受光信号Sを取得する。
制御部60は、受光信号Sを信号処理して成膜中の成膜対象基板30の光透過率を取得する。
制御部60は、i層の膜形成開始から時間t currentを経過すると(ステップST3)、分光器52で測定した透過率の新しいデータポイントを追加する(ステップST4)。
Next, monitor light L is projected onto the film formation target substrate 30 held by the substrate holder 31 .
Next, for example, the monitor light L transmitted through the film-forming target substrate 30 is received, and the received light signal SR.to get
The control unit 60 controls the received light signal SR.is signal-processed to acquire the light transmittance of the film-forming target substrate 30 during film-forming.
The control unit 60 controls the time t from the start of film formation of the i-layer. When current passes (step ST3), a new data point of the transmittance measured by the spectroscope 52 is added (step ST4).

本第1の実施形態に係る光学膜厚制御において、ステップST3にてi層目の塗布開始から現在までの時間t_currentに許容時間の単位時間utを加算した時間をi層目の塗布開始から現在までの時間t_currentとして、この時間経過後に、ステップST4の分光器52で測定した透過率の新しいデータポイントを追加する処理を行う。 In the optical film thickness control according to the first embodiment, in step ST3, the time obtained by adding the unit time ut of the allowable time to the time t_current from the start of coating of the i-th layer to the present is After the elapse of this time, the process of adding a new data point of the transmittance measured by the spectroscope 52 in step ST4 is performed.

そして、制御部60は、すべての透過率データを当てはめるフィッティングを行う(ステップST5)。
具体的には、制御部60は、図7に示すように、実際の成膜中に透過率時間変化を逐次フィッティング(Fitting)を行い、角速度ωと初期位相φ0を決定する。実際は、物理パラメータr,ω,Ψ,φ0を決定し、更新する(ステップST5)。
Then, the control unit 60 performs fitting to apply all transmittance data (step ST5).
Specifically, as shown in FIG. 7, the control unit 60 successively fits the change in transmittance with time during actual film formation to determine the angular velocity ω and the initial phase φ0. Actually, the physical parameters r, ω, ψ, φ0 are determined and updated (step ST5).

制御部60は、決定した物理パラメータr,ω,Ψ,φ0とあらかじめ設定された理論値(目標値、設計値)と一致するように現在層の停止時間t stopを計算(決定)し、停止時間t stopに成膜を停止する(ステップST6、ST7)。
具体的には、制御部60は、多層膜の膜設計に基づき、各層の停止時点での理論位相δ_designがあらかじめ与えられ、成膜中に受光信号Sに応じて透過率の時間変化をフィッティング関数に関連付けてフィッティングし、位相δの角速度ωと初期位相φ0を決定し、決定した成膜中の位相δ=ωt+φ0が、あらかじめ与えられた理論位相δ_designと一致する時間t stopで成膜を停止する。
The control unit 60 adjusts the stop time t of the current layer so that the determined physical parameters r, ω, ψ, φ0 and the preset theoretical values (target values, design values) match. Calculate (determine) stop and stop time t Film formation is stopped at stop (steps ST6 and ST7).
Specifically, based on the film design of the multilayer film, the control unit 60 is given in advance the theoretical phase δ_design at the time point when each layer is stopped, and the received light signal SR.The change in transmittance over time is fitted in association with the fitting function, the angular velocity ω of the phase δ and the initial phase φ0 are determined, and the determined phase δ=ωt+φ0 during film formation is the theoretical phase δ_design given in advance. matching time t The film formation is stopped with stop.

本第1の実施形態に係る光学膜厚制御において、ステップST7にてi層目のコーティングの最適停止時間t_stopから時間t_currentを減じた時間が、許容時間の単位時間utの半分(0.5)より短くなったら、i層の成膜を終了する(ステップST8)。 In the optical film thickness control according to the first embodiment, the time obtained by subtracting the time t_current from the optimum stop time t_stop for the i-th layer coating in step ST7 is half the unit time ut of the allowable time (0.5). If it becomes shorter, the film formation of the i-layer is completed (step ST8).

このようにしてi層の成膜が終了すると(ステップST8)、制御部60は、iが成膜すべき総レイヤー数であるか否かを判断する(ステップST9)。
ステップST9において、iが成膜すべき総レイヤー数であると判断した場合には、成膜処理を終了する。
ステップST9において、iが成膜すべき総レイヤー数でないと判断した場合には、iに+1してステップST1の処理から繰り返す。
When the film formation of the i layers is completed in this manner (step ST8), the controller 60 determines whether or not i is the total number of layers to be formed (step ST9).
If it is determined in step ST9 that i is the total number of layers to be deposited, the deposition process is terminated.
If it is determined in step ST9 that i is not the total number of layers to be formed, i is incremented by 1 and the processing is repeated from step ST1.

以上の光学膜厚制御方法を、トータル位相補償制御(Total Phase Compensation:TPC)ということもできる。 The above optical film thickness control method can also be called total phase compensation control (Total Phase Compensation: TPC).

ここで、TPC制御と従来の時間制御とを比較した実測例の効果について説明する。
図9は、トータル位相補償制御(TPC)と比較例としての時間制御と設計における3物質を使用した所定の中心波長を持つバンドパスフィルタ(BPF)の成膜例の波長と透過率との関係を示す特性図である。
図9は、a-Si:H/Si/SiOの3物質を使用した940nmのnon-QW設計のバンドパスフィルタ(Band Pass Filter)の成膜例の特性図を示している。
図9において、縦軸が透過率を、横軸が波長を表している。
また、図9において、AがTPC制御による特性曲線を示し、Bが時間制御による特性曲線を示し、Cが設計による特性曲線を示している。
Here, the effect of the actual measurement comparing the TPC control and the conventional time control will be described.
FIG. 9 shows the relationship between the wavelength and the transmittance of a film formation example of a bandpass filter (BPF) having a predetermined center wavelength using three substances in total phase compensation control (TPC) and time control and design as a comparative example. It is a characteristic diagram showing .
FIG. 9 shows a characteristic diagram of an example of deposition of a 940 nm non-QW design band pass filter using three substances of a-Si:H/ Si3N4 / SiO2 .
In FIG. 9, the vertical axis represents transmittance and the horizontal axis represents wavelength.
In FIG. 9, A indicates a characteristic curve by TPC control, B indicates a characteristic curve by time control, and C indicates a characteristic curve by design.

図9によりTPCと時間制御の比較を行った結果、TPCは以下利点を持つことがわかった。
屈折率等に何の調整も行わずにTPCで制御した結果、第1バッチ(1st batch)から既に設計に近い分布と中心波長を持つ。
残る中心波長シフトは蒸着物質の1つであるa-Si:Hの屈折率温度変化によるもので、中心波長のシフト幅は理論予想とほぼ一致する。
後述する温度補正機能を用いると、中心波長の設計値との一致はさらに改善する。
このように、TPCを適用することにより、細かな調整を必要とせず、設計に近いスペクトル(Spectrum)の成膜結果を得られることが実証できた。
As a result of comparing TPC and time control with reference to FIG. 9, it was found that TPC has the following advantages.
As a result of TPC control without adjusting the refractive index or the like, the 1st batch already has a distribution and center wavelength close to the design.
The remaining central wavelength shift is due to the refractive index temperature change of a-Si:H, which is one of the vapor deposition materials, and the shift width of the central wavelength substantially agrees with the theoretical prediction.
Using a temperature correction function, which will be described later, further improves the agreement of the center wavelength with the design value.
As described above, it was verified that the application of TPC can obtain film deposition results with a spectrum close to the design without the need for fine adjustment.

ここで、本第1の実施形態に係る光学膜厚制御の成膜物質の物性、本実施形態では屈折率の温度変化に対する補正処理について図10に関連付けて説明する。
図10は、本第1の実施形態に係る真空蒸着装置の制御部における光学膜厚制御の成膜物質の屈折率の温度変化に対する補正処理のシミュレーション動作について説明するためのフローチャートである。
Here, the physical properties of the film forming material for controlling the optical film thickness according to the first embodiment, and in the present embodiment, correction processing for the temperature change of the refractive index will be described with reference to FIG. 10 .
FIG. 10 is a flow chart for explaining the simulation operation of the correction process for the temperature change of the refractive index of the film forming material for optical film thickness control in the control unit of the vacuum deposition apparatus according to the first embodiment.

まず、基板ホルダ31の成膜対象基板30へのモニタ光Lの投光は行っておらず(ut→0)、レイヤー番号は1とする(ステップST21)。
レイヤー番号が最終のレイヤーのものでなければ(ステップST22)、モニタ光の投光時間を長くし(ステップST23)、基板温度を取得する(ステップST24)。ステップST24においては、成膜毎のダミー現在温度の計算を行う。
次に、温度に応じて屈折率Nを設定する(ステップST25)。
次に、堆積による最後の厚さの追加を行う(ステップST26)。
そして、特性マトリクスを再計算することによって透過率を計算する(ステップST27)。
次いで、入力透過率のためのSWM制御プロセスを行う(ステップST28)。
これらステップST27,ST28において、制御部60は、成膜物質ごとに設定した温度係数を基に、成膜中の屈折率を求め、膜設計上の物理膜厚と求めた成膜中の屈折率の値を用いて、多層膜の光学特性を再計算する。
そして、制御部60は、上記から、制御に用いる設計上の少なくとも反射振幅r,r0、位相δ、光学膜厚ndのうちの少なくとも一つを再計算して成膜停止時間t_stopを修正する。
First, the monitor light L is not projected onto the film formation target substrate 30 of the substrate holder 31 (ut→0), and the layer number is set to 1 (step ST21).
If the layer number is not that of the last layer (step ST22), the projection time of the monitor light is lengthened (step ST23), and the substrate temperature is obtained (step ST24). In step ST24, a dummy current temperature is calculated for each film formation.
Next, the refractive index N is set according to the temperature (step ST25).
Next, the final thickness is added by deposition (step ST26).
Then, the transmittance is calculated by recalculating the characteristic matrix (step ST27).
Next, an SWM control process for input transmittance is performed (step ST28).
In steps ST27 and ST28, the control unit 60 obtains the refractive index during film formation based on the temperature coefficient set for each film forming material, and determines the physical film thickness in film design and the obtained refractive index during film formation. is used to recalculate the optical properties of the multilayer film.
Then, the control unit 60 recalculates at least one of the design reflection amplitudes r and r0, the phase δ, and the optical film thickness nd used for control from the above, and corrects the film formation stop time t_stop.

次に、SWMからレイヤフラグを変更する(ステップST29)。
レイヤー番号を増加させ(ステップST30)、Temp(温度)をTemp_in_SWMとする(ステップST31)。実際のコーティングの場合、「Temp_in_SWM」は放射温度計からの値に置き換えられる。
そして、Temp_in_SWMを使用してSWMでデザインを変更し(ステップST32)、ステップST22の処理に移行する。
Next, the SWM changes the layer flag (step ST29).
The layer number is increased (step ST30), and Temp (temperature) is set to Temp_in_SWM (step ST31). For actual coatings, "Temp_in_SWM" is replaced with the value from the radiation thermometer.
Then, using Temp_in_SWM, the design is changed by SWM (step ST32), and the process proceeds to step ST22.

なお、ステップST29において、フラグを変更しない場合も、ステップST30の処理に移行することなく、ステップST22の処理に移行する。
そして、ステップST22において、最終レイヤーと判断した場合に、シミュレーションを終了する。
Even if the flag is not changed in step ST29, the process proceeds to step ST22 without proceeding to the process of step ST30.
Then, in step ST22, when it is determined that the layer is the last layer, the simulation ends.

図11(A)および(B)は、温度補正処理(後述する図12及び図13ではTemperature Correctionの略である「TC」を用いている。)の有無に応じた、中心波長940nmのQW設計BPFのシミュレーション結果を示す図である。
図11において、縦軸が透過率を、横軸が波長を表している。
図11(A)が温度補正処理がない場合のシミュレーション結果を示し、図11(B)が温度補正処理がある場合のシミュレーション結果を示している。
図中、Aで示す曲線が設計による特性曲線を、Bで示す曲線がシミュレーション結果の特性曲線を表している。
FIGS. 11A and 11B show QW design with a center wavelength of 940 nm depending on the presence or absence of temperature correction processing ("TC", which is an abbreviation for Temperature Correction, is used in FIGS. 12 and 13 described later). It is a figure which shows the simulation result of BPF.
In FIG. 11, the vertical axis represents transmittance and the horizontal axis represents wavelength.
FIG. 11A shows the simulation results without the temperature correction process, and FIG. 11B shows the simulation results with the temperature correction process.
In the figure, the curve indicated by A is the characteristic curve by design, and the curve indicated by B is the characteristic curve of the simulation results.

このように、成膜制御シミュレーションによると、屈折率温度変化を考慮せずに制御すると、成膜結果のスペクトル(Spectrum)がターゲットスペクトル(Target Spectrum)より短波長側にシフトし、設計の特性曲線Aからずれる。
これに対して、屈折率温度変化を考慮して制御すると、成膜結果のスペクトル(Spectrum)がターゲットスペクトル(Target Spectrum)より短波長側にシフトすることなく、設計の特性曲線Aと一致しい、正しく補正されていることがわかる。
In this way, according to the deposition control simulation, if the control is performed without considering the refractive index temperature change, the spectrum of the deposition results shifts to the shorter wavelength side than the target spectrum, and the design characteristic curve deviate from A.
On the other hand, when controlled in consideration of the refractive index temperature change, the spectrum of the film formation result matches the design characteristic curve A without shifting to the shorter wavelength side than the target spectrum. It can be seen that the correction is correct.

図12は、本発明の第1の実施形態に係る温度補正処理機能による再現性確認を行った結果を示す図である。
図12は、3つのサンプルの中心波長940nmのnon-QW設計BPFによるTPCの再現性のシミュレーション結果を示す図である。
図12において、縦軸が透過率を、横軸が波長を表している。
第1サンプルは中心波長が940.11nmで成膜温度が55~65°C、第2サンプルは中心波長が940.64nmで成膜温度が80°C前後、第3サンプルは中心波長が940.67nmで成膜温度が55~65°Cである。
図12中、Aで示す曲線が第1サンプルによる特性曲線を、Bで示す曲線が第2サンプルによる特性曲線を、Cで示す曲線が第3サンプルによる特性曲線をそれぞれ示している。
FIG. 12 is a diagram showing results of reproducibility confirmation by the temperature correction processing function according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 12 shows simulation results of TPC reproducibility with non-QW designed BPFs with a central wavelength of 940 nm for three samples.
In FIG. 12, the vertical axis represents transmittance and the horizontal axis represents wavelength.
The first sample has a central wavelength of 940.11 nm and a film forming temperature of 55 to 65° C. The second sample has a central wavelength of 940.64 nm and a film forming temperature of about 80° C. The third sample has a central wavelength of 940.0° C. At 67 nm, the film formation temperature is 55 to 65°C.
In FIG. 12, the curve indicated by A is the characteristic curve of the first sample, the curve indicated by B is the characteristic curve of the second sample, and the curve indicated by C is the characteristic curve of the third sample.

図12に示すように、温度補正処理機能による再現性確認を行った結果、成膜温度が違っても、良好な再現性を確認することができる。 As shown in FIG. 12, as a result of confirming the reproducibility by the temperature correction processing function, good reproducibility can be confirmed even if the film formation temperature is different.

図13は、中心波長940nmのnon-QW設計BPFによる設計、温度補正処理無しTPC、温度補正処理有りTPCの成膜結果を示す図である。
図13において、縦軸が透過率を、横軸が波長を表している。
図13中、Aで示す曲線が設計による特性曲線を、Bで示す曲線が温度補正処理のないTPCによる特性曲線を、Cで示す曲線が温度補正処理を伴うTPCによる特性曲線をそれぞれ示している。
FIG. 13 is a diagram showing film formation results of a design by a non-QW design BPF with a center wavelength of 940 nm, a TPC without temperature correction processing, and a TPC with temperature correction processing.
In FIG. 13, the vertical axis represents transmittance and the horizontal axis represents wavelength.
In FIG. 13, the curve indicated by A is the characteristic curve by design, the curve indicated by B is the characteristic curve by TPC without temperature correction processing, and the curve indicated by C is the characteristic curve by TPC with temperature correction processing. .

図13からわかるように、温度補正の効果で、中心波長は設計に近づいた。
また、温度補正処理を伴うTPCによる光学膜厚制御を行うことにより、入力屈折率値を微調整する必要がなく、厚み誤差に対する自己補正を行うことが可能となる。
測定された透過率の系統誤差に対してロバストとなる。
また、SiH(TC)の屈折率の熱光学依存性の補正はたとえば次のようになる。
SiH:dn/dT=~3 x 10-4[1 / K]
As can be seen from FIG. 13, due to the effect of temperature correction, the center wavelength approaches the design.
Further, by performing optical film thickness control by TPC accompanied by temperature correction processing, it is possible to perform self-correction for thickness errors without the need to finely adjust the input refractive index value.
Robust against systematic errors in measured transmittance.
Further, the thermo-optical dependence of the refractive index of SiH(TC) is corrected as follows.
SiH: dn/dT = ~3 x 10-4 [1/K]

以上説明したように、本第1の実施形態によれば、制御部60は、数1式で示す、形成すべき多層膜に関して、既に成膜済みの多層膜および基板を、ある1つの膜と同一視した物を等価膜330、2つの物質間の反射率の平方根(r=√R)を反射振幅として定義し、等価膜330と現在層340の間の(等価)反射振幅r、現在層と空気(真空)との間の(現在)反射振幅r0、および位相δに関連付けたフィッティング関数T(t)を採用する。
本第1の実施形態において、制御部60は、成膜中に透過率時間変化の測定値(データ)をフィッティング関数Tに関連付けてフィッティングし、成膜の途中の層で膜厚の誤差が生じた際、その誤差を補正するように次層以上の膜厚にフィードバックをかけるように制御する。
本第1の実施形態において、制御部60は、成膜中に透過率時間変化の測定値(データ)をフィッティング関数T(t)に関連付けてフィッティングし、成膜時の位相および等価反射振幅を含む物理パラメータr,ω,Ψ,φ0を決定し、決定した物理パラメータr,ω,Ψ,φ0を次の制御に利用する。
すなわち、制御部60は、決定した物理パラメータr,ω,Ψ,φ0とあらかじめ設定された目標値(設計値)と一致するように現在層の停止時間を決定し、停止時間に成膜を停止する。
すなわち、制御部60は、多層膜の膜設計に基づき、各層の停止時点での理論位相δ_designがあらかじめ与えられ、成膜中に受光信号Sに応じて透過率の時間変化をフィッティング関数T(t)に関連付けてフィッティングし、位相δの角速度ωと初期位相φ0を決定し、決定した成膜中の位相δ=ωt+φ0が、あらかじめ与えられた理論位相δ_designと一致する時間t stopで成膜を停止する。
As described above, according to the first embodiment, the controller 60 combines the multilayer film and the substrate that have already been formed into a certain film and The equated object is defined as the equivalent film 330, the square root of the reflectance between the two substances (r=√R) is defined as the reflection amplitude, and the (equivalent) reflection amplitude r between the equivalent film 330 and the current layer 340 is defined as the current layer and air (vacuum), and a fitting function T(t) that relates the amplitude r0 and the phase δ.
In the first embodiment, the control unit 60 performs fitting by associating the measured value (data) of the transmittance time change during film formation with the fitting function T, and a film thickness error occurs in the layer during film formation. When the error is corrected, control is performed so as to apply feedback to the film thicknesses of the next and higher layers.
In the first embodiment, the control unit 60 performs fitting by associating the measured value (data) of the transmittance time change during film formation with the fitting function T(t), and determines the phase and equivalent reflection amplitude during film formation. The physical parameters r, ω, Ψ, and φ0 are determined, and the determined physical parameters r, ω, Ψ, and φ0 are used for the next control.
That is, the control unit 60 determines the stopping time of the current layer so that the determined physical parameters r, ω, Ψ, φ0 match the preset target values (design values), and stops the film formation at the stopping time. do.
That is, based on the film design of the multilayer film, the control unit 60 is given in advance the theoretical phase δ_design at the time point when each layer is stopped, and the received light signal SR.The change in transmittance over time is associated with the fitting function T(t) according to the , and the angular velocity ω of the phase δ and the initial phase φ0 are determined. Time t matching the theoretical phase δ_design The film formation is stopped with stop.

したがって、本第1の実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
位相情報のみ使用して振幅情報を使用しないため、透過率測定の系統誤差や膜の吸収、基板反り等の悪影響を抑制可能である。
前の層の膜厚誤差が存在しても、その悪影響を打ち消す方向に現在の膜厚が自動補正される。
設計上の屈折率に誤差があっても、光学膜厚ndは設計に一致する方向に膜厚が自動補正される(ωt=4πnd/λの関係より)。
従来の比例制御と異なり、任意の停止位置、監視波長で制御可能である。換言すると、ファイナルスウィング (Final Swing)等の制約を受けない。
レート変動があっても、フィッティング範囲を自動修正することで現在位相の決定精度を保つことが可能となり、レート変動への高い耐性を保持することが可能となる。
Therefore, according to the first embodiment, the following effects can be obtained.
Since only phase information is used and amplitude information is not used, adverse effects such as systematic errors in transmittance measurement, film absorption, and substrate warping can be suppressed.
Even if there is a film thickness error in the previous layer, the current film thickness is automatically corrected in the direction of canceling out the adverse effect.
Even if there is an error in the design refractive index, the optical film thickness nd is automatically corrected in the direction matching the design (from the relationship ωt=4πnd/λ).
Unlike conventional proportional control, control is possible at any stop position and monitoring wavelength. In other words, it is not subject to restrictions such as Final Swing.
Even if there is rate fluctuation, it is possible to maintain the determination accuracy of the current phase by automatically correcting the fitting range, and it is possible to maintain high resistance to rate fluctuation.

換言すると、本第1の実施形態によれば、膜厚制御における誤差要因を取り除くことができ、膜厚誤差を抑止することができ、成膜の途中の層で生じる膜厚の誤差を補正可能で、しかも、成膜時の成膜物質の物性の温度変化に対しても高精度な光学膜厚制御を実現することが可能で、ひいては、任意の多層膜形成に対する光学制御の精度向上を図ることが可能となる。 In other words, according to the first embodiment, error factors in film thickness control can be removed, film thickness errors can be suppressed, and film thickness errors occurring in layers during film formation can be corrected. In addition, it is possible to realize highly accurate optical film thickness control against temperature changes in the physical properties of the film deposition material during film formation, and by extension, improve the accuracy of optical control for arbitrary multilayer film formation. becomes possible.

そして、本第1の実施形態によれば、成膜中の基板温度を放射温度計70で測定し、制御部60がその結果を用いて光学制御に補正を掛けることから、成膜温度が違っても、良好な再現性を確認することができる。
より具体的には、成膜時の成膜物質の物性(たとえば屈折率)の温度変化に対しても高精度な光学膜厚制御を実現することが可能となる。
According to the first embodiment, the substrate temperature during film formation is measured by the radiation thermometer 70, and the control unit 60 uses the result to correct the optical control. However, good reproducibility can be confirmed.
More specifically, it is possible to achieve highly accurate optical film thickness control even with respect to temperature changes in the physical properties (for example, refractive index) of the film-forming material during film formation.

(第2の実施形態)
図14は、本発明の第2の実施形態に係る光学膜厚制御装置を採用した真空成膜装置であるイオンビームアシスト真空蒸着装置を模式的に示す構成図である。
(Second embodiment)
FIG. 14 is a configuration diagram schematically showing an ion beam assisted vacuum vapor deposition apparatus, which is a vacuum film forming apparatus employing the optical film thickness control apparatus according to the second embodiment of the present invention.

本第2の実施形態に係る真空蒸着装置1Aが第1の実施形態に係る真空蒸着装置1と異なる点は以下の通りである。
本第2の実施形態に係る真空蒸着装置1Aにおいては、真空チャンバ10A内に、成膜材料供給部20Aの複数の蒸着源を含む真空蒸発源21Aの蒸着材料の蒸気を噴出する方向に、複数枚の成膜対象基板30を膜形成面が成膜材料供給部側に臨むように保持し、平面円板形状またはドーム状の形状を有して平面円板の中心またはドームの頂部を回転中心として回転される基板ホルダ31Aが設けられている。
たとえば、基板ホルダ31Aは、ホルダ支持部32Aにより回転可能に支持されており、回転機構を構成するエンコーダ331を有するモータ33の駆動により回転駆動される。
The difference of the vacuum deposition apparatus 1A according to the second embodiment from the vacuum deposition apparatus 1 according to the first embodiment is as follows.
In the vacuum deposition apparatus 1A according to the second embodiment, in the vacuum chamber 10A, a plurality of vapor deposition materials of the vacuum evaporation sources 21A including the plurality of deposition sources of the film-forming material supply section 20A are ejected in a direction in which the vapor of the deposition material is ejected. A sheet of film-forming target substrate 30 is held so that the film-forming surface faces the film-forming material supply unit side, and has a flat disk shape or a dome shape, and the center of the flat disk or the top of the dome is the center of rotation. A substrate holder 31A that rotates as a
For example, the substrate holder 31A is rotatably supported by the holder supporting portion 32A, and is rotationally driven by driving a motor 33 having an encoder 331 that constitutes a rotating mechanism.

本第2の実施形態に係る真空蒸着装置1Aにおいて、投光部40Aは、回転される基板ホルダ31Aの外周部に円状に保持された複数枚の成膜対象基板30にモニタ光Lをトレースするように投光する。
受光部50の受光レンズ51は、成膜対象基板30を透過したモニタ光Lを受光し、分光器52でモニタ光Lを多波長で検出し、光検出部44により各成膜対象基板の多波長での光透過率が反映された受光信号Sをデータプロセッサ61に出力する。
In the vacuum vapor deposition apparatus 1A according to the second embodiment, the light projecting part 40A traces the monitor light L to the plurality of film formation target substrates 30 circularly held on the outer periphery of the rotated substrate holder 31A. illuminate as if
The light-receiving lens 51 of the light-receiving unit 50 receives the monitor light L transmitted through the film-forming target substrate 30 , the monitor light L is detected at multiple wavelengths by the spectroscope 52 , and the light-detecting unit 44 detects multiple wavelengths of each film-forming target substrate. A received light signal SR reflecting the light transmittance at the wavelength is output to the data processor 61 .

なお、受光レンズ51は、受光レンズ支持部55により支持されている。
たとえば、受光レンズ51を支持する受光レンズ支持部55は、基板ホルダ31Aおよびホルダ支持部32Aの回転駆動を妨げないように設けられている。
Note that the light receiving lens 51 is supported by a light receiving lens supporting portion 55 .
For example, the light-receiving lens supporting portion 55 that supports the light-receiving lens 51 is provided so as not to hinder the rotational driving of the substrate holder 31A and the holder supporting portion 32A.

また、トリガー信号出力部としてのエンコーダ331は、基板ホルダ31Aの回転に同期した回転する基板ホルダの位置を特定するための同期信号としてのトリガー信号Sをデータプロセッサ61に出力する。 Further, the encoder 331 as a trigger signal output unit outputs to the data processor 61 a trigger signal ST as a synchronizing signal for specifying the position of the rotating substrate holder synchronized with the rotation of the substrate holder 31A.

データプロセッサ61は、受光信号Sとトリガー信号Sを制御部60Aに供給し、制御部60Aは、受光信号Sとトリガー信号Sを信号処理して成膜対象基板毎の光透過率を取得する。また、モニタ光の連続スペクトルを取得することで、成膜対象基板毎の光透過スペクトルを取得する。
得られた光透過率あるいは光透過スペクトルから、所望の光学特性が得られるように成膜条件を変更するように成膜途中においてフィードバックすることができる。
The data processor 61 supplies the received light signal SR and the trigger signal ST to the controller 60A, and the controller 60A performs signal processing on the received light signal SR and the trigger signal ST to determine the light transmittance of each film-forming target substrate. to get Further, by obtaining the continuous spectrum of the monitor light, the light transmission spectrum for each film formation target substrate is obtained.
From the obtained light transmittance or light transmission spectrum, it is possible to feed back during the film formation so as to change the film formation conditions so as to obtain the desired optical characteristics.

すなわち、制御部60Aは受光信号Sとトリガー信号Sが入力され、受光信号Sとトリガー信号Sを信号処理して成膜対象基板毎の光透過率を取得し、取得した光透過率情報に関連付けて成膜対象基板毎の薄膜の成膜を制御する。
より具体的には、制御部60Aは、基板ホルダ31Aの回転に同期したトリガー信号Sから、回転する基板ホルダ31Aの位置を特定することで、各成膜対象基板の光透過率が間欠的に反映された受光信号Sのどの部分がいずれの成膜対象基板に対する光透過率であるか特定し、受光信号Sのどの部分がいずれの成膜対象基板に対する光透過率であるか特定する。
That is, the control unit 60A receives the received light signal SR and the trigger signal ST , processes the received light signal SR and the trigger signal ST , obtains the light transmittance of each film formation target substrate, and obtains the obtained light transmittance. The thin film formation is controlled for each film formation target substrate in association with the rate information.
More specifically, the control unit 60A specifies the position of the rotating substrate holder 31A from the trigger signal ST synchronized with the rotation of the substrate holder 31A, thereby intermittently changing the light transmittance of each film-forming target substrate. It is specified which part of the light reception signal SR reflected in SR is the light transmittance for which film formation target substrate, and which part of the light reception signal SR is the light transmittance for which film formation target substrate. do.

ここで、回転する基板ホルダ31Aの位置を特定することで、各成膜対象基板の光透過率が間欠的に反映された受光信号Sのどの部分がいずれの成膜対象基板に対する光透過率であるか特定し、受光信号Sのどの部分がいずれの成膜対象基板に対する光透過率であるか特定する処理の一例を説明する。 Here, by specifying the position of the rotating substrate holder 31A, which part of the received light signal SR intermittently reflecting the light transmittance of each film formation target substrate corresponds to the light transmittance of which film formation target substrate. An example of processing for identifying which part of the received light signal SR is the light transmittance for which film formation target substrate will be described.

図15(A)は、図14の真空蒸着装置の回転される基板ホルダ31Aの外周部に円状に保持された複数枚の成膜対象基板30にモニタ光Lをトレースするように投光する様子を模式的に示す図である。
図15(B)は,図14の真空蒸着装置の回転される基板ホルダ31Aの外周部に円状に保持された複数枚の成膜対象基板30の配置例の様子を模式的に示す図である。
In FIG. 15A, monitor light L is projected so as to trace a plurality of film formation target substrates 30 circularly held on the outer periphery of a rotated substrate holder 31A of the vacuum deposition apparatus of FIG. It is a figure which shows a state typically.
FIG. 15B is a diagram schematically showing an arrangement example of a plurality of film formation target substrates 30 circularly held on the outer periphery of a rotated substrate holder 31A of the vacuum deposition apparatus of FIG. be.

図15の例では、ドーム状の形状を有してドームの頂部を回転中心として回転される基板ホルダ31Aに、膜形成面が成膜材料供給部側に臨むように複数枚の成膜対象基板30が保持されている、
不図示の投光部から成膜対象基板30に対してモニタ光Lが投光され、成膜対象基板30を通過したモニタ光Lが受光レンズ51で受光される。
In the example of FIG. 15, a substrate holder 31A having a dome shape and rotated around the top of the dome is provided with a plurality of film-forming target substrates so that the film-forming surface faces the film-forming material supply unit side. 30 is held,
Monitor light L is projected onto the film formation target substrate 30 from a light projection unit (not shown), and the monitor light L that has passed through the film formation target substrate 30 is received by the light receiving lens 51 .

図15(B)において、モニタ光Lの投光スポットSPは、基板ホルダ31Aの外周部に配置された成膜対象基板30上を通過するように配置される。投光スポットSPがトレースする領域Rの近傍が良品分布領域となる。 In FIG. 15B, the projection spot SPL of the monitor light L is arranged so as to pass over the film-forming target substrate 30 arranged in the outer peripheral portion of the substrate holder 31A. The vicinity of the area R traced by the projected light spot SPL becomes the non-defective product distribution area.

図16は、本第2の実施形態に係る真空蒸着装置におけるいずれの成膜対象基板に対する光透過率であるか特定する信号処理を示す説明するための図である。 FIG. 16 is a diagram for explaining signal processing for specifying the light transmittance for which film formation target substrate in the vacuum vapor deposition apparatus according to the second embodiment.

モニタ光Lの投光スポットSPは、基板ホルダ31Aが回転することにより、基板ホルダ31の外周部に配置された複数枚の成膜対象基板(30,30,30・・・30)上を通過する。
移動する成膜対象基板(30,30,30・・・30)を透過したモニタ光Lを受光することで、各成膜対象基板(30,30,30・・・30)の光透過率が間欠的に反映された受光信号Sが取得される。
ここで、基板ホルダ31Aの回転に同期したトリガー信号Sから、回転する基板ホルダ31の位置を特定することで、各成膜対象基板の光透過率が間欠的に反映された受光信号Sのどの部分がいずれの成膜対象基板に対する光透過率であるか特定することができる。トリガー信号Sは、基板ホルダ31Aの回転1周期に1回の出力、あるいは多数回の出力とする。
上記の受光信号Sのどの部分がいずれの成膜対象基板に対する光透過率であるか特定することで、受光信号Sから、成膜対象基板30に対する受光信号S、成膜対象基板30に対する受光信号S、成膜対象基板30に対する受光信号S、・・・成膜対象基板30に対する受光信号Sを取得することができる。
A plurality of film -forming target substrates (30 1 , 30 2 , 30 3 . . . n ) pass over.
By receiving the monitor light L transmitted through the moving film formation target substrates (30 1 , 30 2 , 30 3 . . . 30 n ), each film formation target substrate (30 1 , 30 2 , 30 3 . 30 n ) intermittently reflecting the light transmittance of the received light signal SR .
Here, by specifying the position of the rotating substrate holder 31 from the trigger signal ST synchronized with the rotation of the substrate holder 31A, the light-receiving signal SR intermittently reflecting the light transmittance of each film-forming target substrate is obtained. It is possible to specify which part of the light transmittance is for which film formation target substrate. The trigger signal ST is output once or many times in one rotation period of the substrate holder 31A.
By specifying which part of the light reception signal SR is the light transmittance for which film formation target substrate, the light reception signal S 1 for the film formation target substrate 301 and the film formation target substrate are obtained from the light reception signal SR. It is possible to obtain a light reception signal S2 for the film formation target substrate 302 , a light reception signal S3 for the film formation target substrate 303 , .

たとえば、基板ホルダの外周部に位置する成膜対象基板の中心の起動半径を450mm、成膜対象基板の直径を30mm、基板ホルダの回転数を30rpmとしたとき、モニタ光を点光源として取り扱うと、成膜対象基板1枚あたり、基板ホルダ1回転あたりのモニタ時間は21msとなる。モニタ光のスポット径はある程度の大きさがあるので、モニタ時間はさらに短くなる。この限られた時間内で高い膜厚制御性を確保するためには、高い光検出感度が求められる。 For example, when the starting radius of the center of the substrate to be film-formed located at the outer periphery of the substrate holder is 450 mm, the diameter of the substrate to be film-formed is 30 mm, and the rotation speed of the substrate holder is 30 rpm, the monitor light is treated as a point light source. , the monitor time per rotation of the substrate holder per film formation target substrate is 21 ms. Since the spot diameter of the monitor light has a certain size, the monitor time is further shortened. In order to ensure high film thickness controllability within this limited time, high photodetection sensitivity is required.

たとえば、光検出部53としてCCDセンサなどを用いることで、多波長での光透過率の情報を得ることで得られる情報量を増加させることができ、光透過率の精度を高め、S/N比を向上できる。 For example, by using a CCD sensor or the like as the light detection unit 53, it is possible to increase the amount of information obtained by obtaining information on the light transmittance at multiple wavelengths, improve the accuracy of the light transmittance, and improve the S/N ratio. ratio can be improved.

[第2の実施形態の光学膜厚制御]
ここで、本第2の実施形態に係る真空蒸着装置1Aにおける制御部60Aの光学膜厚制御動作について説明する。
[Optical film thickness control of the second embodiment]
Here, the optical film thickness control operation of the controller 60A in the vacuum vapor deposition apparatus 1A according to the second embodiment will be described.

図17は、本第2の実施形態に係る真空蒸着装置1Aにおける制御部60Aの光学膜厚制御動作について説明するためのフローチャートである。
本第2の実施形態に係る光学膜厚制御は、基本的に、上述した図8の第1の実施形態に係る光学膜厚制御と同様であるが、ステップST3とステップST7の処理が多少異なる。
FIG. 17 is a flow chart for explaining the optical film thickness control operation of the controller 60A in the vacuum vapor deposition apparatus 1A according to the second embodiment.
The optical film thickness control according to the second embodiment is basically the same as the optical film thickness control according to the first embodiment shown in FIG. .

図17において、図8と共通するパラメータも含めて説明すると、iは現在塗布(コーティング)されている層番号を示し、t_currentはi層目の塗布(コーティング)開始から現在までの時間を示し、t_stopはi層目のコーティングの最適停止時間を算出したものを示している。
そして、dtは基板ホルダ31Aのドーム回転の単位時間を示している。
δ_designが最適停止位相を示し、これは光学理論による膜設計から計算される。
In FIG. 17, when explaining including the parameters common to FIG. 8, i indicates the layer number currently being applied (coated), t_current indicates the time from the start of the i-th coating (coating) to the present, t_stop indicates the calculated optimum stop time for the i-th coating.
dt indicates the unit time of dome rotation of the substrate holder 31A.
δ_design indicates the optimum stopping phase, which is calculated from the film design by optical theory.

本第2の実施形態に係る光学膜厚制御において、図17のステップST3Aにてi層目の塗布開始から現在までの時間t_currentにドーム回転の単位時間dtを加算した時間をi層目の塗布開始から現在までの時間t_currentとして、この時間経過後に、ステップST4の分光器52で測定した透過率の新しいデータポイントを追加する処理を行う。 In the optical film thickness control according to the second embodiment, in step ST3A in FIG. Assuming that the time from the start to the present is t_current, after this time elapses, a process of adding a new data point of the transmittance measured by the spectroscope 52 in step ST4 is performed.

また、本第2の実施形態に係る光学膜厚制御において、図17のステップST7Aにてi層目のコーティングの最適停止時間t_stopから時間t_currentを減じた時間が、ドーム回転の単位時間dtの半分(0.5)より短くなったら、i層の成膜を終了する(ステップST8)。 Further, in the optical film thickness control according to the second embodiment, the time obtained by subtracting the time t_current from the optimum stop time t_stop of the i-th coating in step ST7A of FIG. 17 is half the unit time dt of the dome rotation. When it becomes shorter than (0.5), the film formation of the i-layer is finished (step ST8).

次に、本第2の実施形態に係る光学膜厚制御の成膜物質の物性、本実施形態では屈折率の温度変化に対する補正処理について図18に関連付けて説明する。
図18は、本第2の実施形態に係る真空蒸着装置の制御部における光学膜厚制御の成膜物質の屈折率の温度変化に対する補正処理のシミュレーション動作について説明するためのフローチャートである。
Next, the physical properties of the film forming material for controlling the optical film thickness according to the second embodiment, in this embodiment, correction processing for the temperature change of the refractive index will be described with reference to FIG. 18 .
FIG. 18 is a flow chart for explaining the simulation operation of the correction process for the temperature change of the refractive index of the film forming material for optical film thickness control in the control unit of the vacuum deposition apparatus according to the second embodiment.

本第2の実施形態に係る光学膜厚制御の補正処理は、基本的に、上述した図10の第1の実施形態に係る光学膜厚制御と同様であるが、ステップST21Aと、ステップST23Aと、ステップST24Aの処理が多少異なる。 The correction processing of the optical film thickness control according to the second embodiment is basically the same as the optical film thickness control according to the first embodiment shown in FIG. , the processing of step ST24A is slightly different.

図18において、dtは基板ホルダ31Aのドーム回転の単位時間を示している。 In FIG. 18, dt indicates the unit time of dome rotation of the substrate holder 31A.

本第2の実施形態に係る光学膜厚制御において、まず、基板ホルダ31Aのドームは回転しておらず(回転→0)、レイヤー番号は1とする(ステップST21A)。
レイヤー番号が最終のレイヤーのものでなければ(ステップST22)、ドームの回転数を上げ(ステップST23A)、基板温度を取得する(ステップST24A)。ステップST24においては、1回転毎のダミー現在温度の計算を行う。
次に、温度に応じて屈折率Nを設定する(ステップST25)。
次に、堆積による最後の厚さの追加を行う(ステップST26)。
そして、特性マトリクスを再計算することによって透過率を計算する(ステップST27)。
次いで、入力透過率のためのSWM制御プロセスを行う(ステップST28)。
これらステップST27,ST28において、制御部60Cは、成膜物質ごとに設定した温度係数を基に、成膜中の屈折率を求め、膜設計上の物理膜厚と求めた成膜中の屈折率の値を用いて、多層膜の光学特性を再計算する。
そして、制御部60Cは、上記から、制御に用いる設計上の少なくとも反射振幅r,r0、位相δ、光学膜厚ndのうちの少なくとも一つを再計算して成膜停止時間t_stopを修正する。
In the optical film thickness control according to the second embodiment, first, the dome of the substrate holder 31A is not rotated (rotation→0), and the layer number is set to 1 (step ST21A).
If the layer number is not the final layer (step ST22), the rotation speed of the dome is increased (step ST23A), and the substrate temperature is obtained (step ST24A). At step ST24, a dummy current temperature is calculated for each rotation.
Next, the refractive index N is set according to the temperature (step ST25).
Next, the final thickness is added by deposition (step ST26).
Then, the transmittance is calculated by recalculating the characteristic matrix (step ST27).
Next, an SWM control process for input transmittance is performed (step ST28).
In steps ST27 and ST28, the control unit 60C obtains the refractive index during film formation based on the temperature coefficient set for each film forming substance, and determines the physical film thickness in film design and the obtained refractive index during film formation. is used to recalculate the optical properties of the multilayer film.
Then, the control unit 60C recalculates at least one of the design reflection amplitudes r and r0, the phase δ, and the optical film thickness nd used for control from the above, and corrects the film formation stop time t_stop.

次に、SWMからレイヤフラグを変更する(ステップST29)。
レイヤー番号を増加させ(ステップST30)、Temp(温度)をTemp_in_SWMとする(ステップST31)。実際のコーティングの場合、「Temp_in_SWM」は放射温度計からの値に置き換えられる。
そして、Temp_in_SWMを使用してSWMでデザインを変更し(ステップST32)、ステップST22の処理に移行する。
Next, the SWM changes the layer flag (step ST29).
The layer number is increased (step ST30), and Temp (temperature) is set to Temp_in_SWM (step ST31). For actual coatings, "Temp_in_SWM" is replaced with the value from the radiation thermometer.
Then, using Temp_in_SWM, the design is changed by SWM (step ST32), and the process proceeds to step ST22.

なお、ステップST29において、フラグを変更しない場合も、ステップST30の処理に移行することなく、ステップST22の処理に移行する。
そして、ステップST22において、最終レイヤーと判断した場合に、シミュレーションを終了する。
Even if the flag is not changed in step ST29, the process proceeds to step ST22 without proceeding to the process of step ST30.
Then, in step ST22, when it is determined that the layer is the last layer, the simulation ends.

本第2の実施形態によれば、上述した第1の実施形態の効果と同様の効果を得られることができる。
本第2の実施形態によれば、位相情報のみ使用して振幅情報を使用しないため、透過率測定の系統誤差や膜の吸収、基板反り等の悪影響を抑制可能である。
前の層の膜厚誤差が存在しても、その悪影響を打ち消す方向に現在の膜厚が自動補正される。
設計上の屈折率に誤差があっても、光学膜厚ndは設計に一致する方向に膜厚が自動補正される(ωt=4πnd/λの関係より)。
従来の比例制御と異なり、任意の停止位置、監視波長で制御可能である。換言すると、ファイナルスウィング (Final Swing)等の制約を受けない。
レート変動があっても、フィッティング範囲を自動修正することで現在位相の決定精度を保つことが可能となり、レート変動への高い耐性を保持することが可能となる。
According to the second embodiment, it is possible to obtain the same effects as those of the first embodiment described above.
According to the second embodiment, since only phase information is used and amplitude information is not used, adverse effects such as systematic errors in transmittance measurement, film absorption, and substrate warping can be suppressed.
Even if there is a film thickness error in the previous layer, the current film thickness is automatically corrected in the direction of canceling out the adverse effect.
Even if there is an error in the design refractive index, the optical film thickness nd is automatically corrected in the direction matching the design (from the relationship ωt=4πnd/λ).
Unlike conventional proportional control, control is possible at any stop position and monitoring wavelength. In other words, it is not subject to restrictions such as Final Swing.
Even if there is rate fluctuation, it is possible to maintain the determination accuracy of the current phase by automatically correcting the fitting range, and it is possible to maintain high resistance to rate fluctuation.

そして、本第2の実施形態によれば、成膜中の基板温度を放射温度計70で測定し、制御部60がその結果を用いて光学制御に補正を掛けることから、成膜温度が違っても、良好な再現性を確認することができる。
より具体的には、成膜時の成膜物質の物性(たとえば屈折率)の温度変化に対しても高精度な光学膜厚制御を実現することが可能となる。
According to the second embodiment, the substrate temperature during film formation is measured by the radiation thermometer 70, and the control unit 60 uses the result to correct the optical control. However, good reproducibility can be confirmed.
More specifically, it is possible to achieve highly accurate optical film thickness control even with respect to temperature changes in the physical properties (for example, refractive index) of the film-forming material during film formation.

さらに、本第2の実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
すなわち、本第2の実施形態によれば、複数枚の成膜対象基板が基板ホルダに保持され、基板ホルダの外周部に保持された成膜対象基板にモニタ光を投光し、これを透過したモニタ光を受光して成膜対象基板毎の光透過率を取得するものであり、光学フィルタを製造する真空成膜プロセスにおいて、量産化に対応しながら歩留まりを向上させることができる。
Furthermore, according to the second embodiment, the following effects can be obtained.
That is, according to the second embodiment, a plurality of film formation target substrates are held by the substrate holder, and the monitor light is projected onto the film formation target substrates held in the outer periphery of the substrate holder, and transmitted through the monitor light. The monitor light is received to obtain the light transmittance of each film-forming target substrate, and in the vacuum film-forming process for manufacturing the optical filter, the yield can be improved while coping with mass production.

(第3の実施形態)
図19は、本第3の実施形態に係るフィッティング関数によるフィッティング曲線と透過率変化の測定値データと次層の予測曲線との関係の一例を示す図である。
図19において、縦軸が透過率を、横軸が時間を表している。
また、図19において、FC2が現在層のフィッティング関数によるフィッティング曲線を示し、MF2が透過率変化の測定値データを示し、NP2が次層の予測曲線を示している。
図20は、本第3の実施形態に係る真空蒸着装置における制御部の光学膜厚制御動作について説明するためのフローチャートである。
(Third embodiment)
FIG. 19 is a diagram showing an example of the relationship between a fitting curve obtained by a fitting function according to the third embodiment, measured value data of transmittance change, and a prediction curve for the next layer.
In FIG. 19, the vertical axis represents transmittance and the horizontal axis represents time.
In FIG. 19, FC2 indicates a fitting curve by the fitting function of the current layer, MF2 indicates measured value data of transmittance change, and NP2 indicates a prediction curve of the next layer.
FIG. 20 is a flow chart for explaining the optical film thickness control operation of the controller in the vacuum deposition apparatus according to the third embodiment.

本第3の実施形態に係る光学膜厚制御は、基本的に、上述した図8の第1の実施形態に係る光学膜厚制御および図17の第2の実施形態に係る光学膜厚制御と、ステップST6Bの処理が異なる。 The optical film thickness control according to the third embodiment is basically the same as the optical film thickness control according to the first embodiment shown in FIG. 8 and the optical film thickness control according to the second embodiment shown in FIG. , the processing of step ST6B is different.

第1および第2の実施形態の光学膜厚制御においては、制御部60は、決定した物理パラメータr,ω,Ψ,φ0とあらかじめ設定された目標値(設計値)と一致するように現在層の停止時間t stopを計算(決定)し、停止時間t stopに成膜を停止する(ステップST6、ST7)。
具体的には、制御部60は、多層膜の膜設計に基づき、各層の停止時点での理論位相δ_designがあらかじめ与えられ、成膜中に受光信号Sに応じて透過率Tの時間変化をフィッティング関数に関連付けてフィッティングし、位相δの角速度ωと初期位相φ0を決定し、決定した成膜中の位相δ=ωt+φ0が、あらかじめ与えられた理論位相δ_designと一致する時間t stopで成膜を停止する。
In the optical film thickness control of the first and second embodiments, the controller 60 controls the current layer so that the determined physical parameters r, ω, ψ, and φ0 match preset target values (design values). stop time t Calculate (determine) stop and stop time t Film formation is stopped at stop (steps ST6 and ST7).
Specifically, based on the film design of the multilayer film, the control unit 60 is given in advance the theoretical phase δ_design at the time point when each layer is stopped, and the received light signal SR.The time change of the transmittance T is fitted in association with the fitting function, the angular velocity ω of the phase δ and the initial phase φ0 are determined, and the determined phase δ = ωt + φ0 during film formation is the theoretical phase δ_design given in advance time t coincides with The film formation is stopped with stop.

これに対して、本第3の実施形態の光学膜厚制御においては、(i + 1)番目の層のコーティングにおける等価層の予想反射振幅としてt_stopを計算することは、r_design(i + 1)に等しい(ステップST6B)。
換言すれば、次の層のピーク(Peak)予想値が設計と一致するように現在の層の成膜停止時間を決める。
物理的には、次層の成膜時における現在層の等価反射振幅の絶対値が設計値と一致するように現在層の停止時間を決定することと同値である。
In contrast, in the optical film thickness control of the third embodiment, calculating t_stop as the expected reflection amplitude of the equivalent layer in the coating of the (i + 1)th layer is r_design(i + 1) is equal to (step ST6B).
In other words, the deposition stop time of the current layer is determined so that the peak expected value of the next layer matches the design.
Physically, this is equivalent to determining the stop time of the current layer so that the absolute value of the equivalent reflection amplitude of the current layer when forming the next layer matches the design value.

すなわち、本第3の実施形態の光学膜厚制御において、制御部60Bは、図19に示すように、多層膜の膜設計に基づき、各層の停止時点での理論等価反射振幅lrがあらかじめ与えられ、成膜中に受光信号Sに応じて透過率Tの時間変化をフィッティング関数に関連付けてフィッティングし、次層の成膜時における現在層340の等価反射振幅rを決定する。
そして、制御部60Bは、決定した次層の成膜時における現在層340の等価反射振r幅の絶対値が理論等価反射振幅lrと一致するように現在層340の停止時間を決定し、この停止時間で成膜を停止する。
That is, in the optical film thickness control of the third embodiment, as shown in FIG. 19, the controller 60B is given in advance the theoretical equivalent reflection amplitude lr at the stop point of each layer based on the film design of the multilayer film. During film formation, the change in transmittance T with respect to time according to the light reception signal SR is fitted to the fitting function to determine the equivalent reflection amplitude r of the current layer 340 during the film formation of the next layer.
Then, the control unit 60B determines the stop time of the current layer 340 so that the absolute value of the equivalent reflection amplitude r width of the current layer 340 at the time of film formation of the determined next layer coincides with the theoretical equivalent reflection amplitude lr. Film formation is stopped at the stop time.

本第3の実施形態によれば、前の層の膜厚誤差が存在しても、その悪影響を打ち消す方向に現在の膜厚が自動補正される。
設計上の屈折率に誤差があっても、光学膜厚ndは設計に一致する方向に膜厚が自動補正される(ωt=4πnd/λの関係より)。
従来の比例制御と異なり、任意の停止位置、監視波長で制御可能である。換言すると、ファイナルスウィング (Final Swing)等の制約を受けない。
レート変動があっても、フィッティング範囲を自動修正することで現在位相の決定精度を保つことが可能となり、レート変動への高い耐性を保持することが可能となる。
また、本第2の実施形態によれば、光学フィルタを製造する真空成膜プロセスにおいて、量産化に対応しながら歩留まりを向上させることができる。
According to the third embodiment, even if there is a film thickness error in the previous layer, the current film thickness is automatically corrected in such a way as to cancel out the adverse effect.
Even if there is an error in the design refractive index, the optical film thickness nd is automatically corrected in the direction matching the design (from the relationship ωt=4πnd/λ).
Unlike conventional proportional control, control is possible at any stop position and monitoring wavelength. In other words, it is not subject to restrictions such as Final Swing.
Even if there is rate fluctuation, it is possible to maintain the determination accuracy of the current phase by automatically correcting the fitting range, and it is possible to maintain high resistance to rate fluctuation.
Further, according to the second embodiment, in the vacuum film forming process for manufacturing the optical filter, it is possible to improve the yield while coping with mass production.

本発明は上記の説明に限定されない。
たとえば、イオンビームアシスト真空蒸着装置および方法に限らず、その他の真空成膜装置および方法に適用可能である。さらに、真空成膜以外にスパッタリングによる成膜あるいはCVD(化学気相成長)による成膜など、その他の薄膜形成装置および方法にも適用可能である。
トリガー信号の出力は、基板ホルダの回転の1周期に1回の出力でも多数回の出力でもよい。
また、上記の実施形態における、投光部、受光部、トリガー信号出力部、および信号処理部等の制御部は、成膜対象基板毎の光透過率を取得して成膜対象基板に形成された薄膜の光学膜厚をモニタする装置を構成する。光学膜厚モニタ装置として、上記の真空成膜装置から取り外し、他の薄膜形成装置に取り付けて成膜対象基板に形成された薄膜の光学膜厚をモニタすることもできる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
The invention is not limited to the above description.
For example, it is applicable not only to the ion beam assisted vacuum deposition apparatus and method, but also to other vacuum deposition apparatuses and methods. In addition to vacuum film formation, the present invention can also be applied to other thin film formation apparatuses and methods such as film formation by sputtering or film formation by CVD (chemical vapor deposition).
The trigger signal may be output once or many times in one cycle of rotation of the substrate holder.
Further, the control units such as the light emitting unit, the light receiving unit, the trigger signal output unit, and the signal processing unit in the above embodiments acquire the light transmittance of each film formation target substrate and are formed on the film formation target substrate. A device for monitoring the optical film thickness of the thin film is constructed. As an optical film thickness monitor device, the optical film thickness of a thin film formed on a substrate to be film-formed can be monitored by removing it from the vacuum film-forming device and attaching it to another thin film-forming device.
In addition, various modifications are possible without departing from the gist of the present invention.

10,10A,10B・・・真空チャンバ、20,20A・・・成膜材料供給部、21,21A・・・第1真空蒸着源、211・・・第1蒸着材料、22・・・第2真空蒸着源
221・・・第2蒸着材料、23・・・イオンソース、30,30~30・・・成膜対象基板、31,31A・・・基板ホルダ、32,32A…ホルダ支持部、33・・・モータ、331・・・エンコーダ、40・・・投光部、41・・・光源、50・・・受光部、51・・・受光レンズ、52・・・分光部、53・・・光検出部、54・・・受光光学系、55・・・受光ヘッド支持部、60,60A,60B・・・制御部、70・・・放射温度計、L・・・モニタ光、S~S…受光信号、S…受光信号、S…トリガー信号、SP…投光スポット。
10, 10A, 10B... vacuum chamber, 20, 20A... film forming material supply unit, 21, 21A... first vacuum deposition source, 211... first deposition material, 22... second Vacuum deposition source 221 Second deposition material 23 Ion source 30, 30 1 to 30 Film formation target substrate 31, 31A Substrate holder 32, 32A Holder support portion 33... Motor, 331... Encoder, 40... Light projecting unit, 41... Light source, 50... Light receiving unit, 51... Light receiving lens, 52... Spectroscopic unit, 53... Photodetector 54 Light-receiving optical system 55 Light-receiving head support 60, 60A, 60B Control unit 70 Radiation thermometer L Monitor light S1 ˜S n . . . light receiving signal, SR .

Claims (16)

成膜チャンバ内に配置された成膜材料供給部から供給される成膜材料が成膜されて薄膜の多層膜が形成される成膜対象基板にモニタ光を投光する投光部と、
前記成膜対象基板を透過した前記モニタ光を受光して受光信号を出力する受光部と、
成膜中の基板温度を測定する温度測定部と、
前記受光信号に応じて前記成膜対象基板の光透過率を取得し、取得した光透過率情報に関連付けて薄膜の成膜を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
形成すべき多層膜に関して、既に成膜済みの多層膜および基板を、ある1つの膜と同一視した物を等価膜、2つの物質間の反射率の平方根を反射振幅として定義し、等価膜と現在層の間の等価反射振幅r、現在層と空気との間の現在反射振幅r0、および位相δに関連付けたフィッティング関数Tを採用し、
成膜中に透過率時間変化の測定値を前記フィッティング関数に関連付けてフィッティングし、成膜時の位相δおよび等価反射振幅rのうちの少なくとも一方の物理パラメータを決定し、決定した物理パラメータとあらかじめ設定された理論値と一致するように現在層の停止時間を決定し、当該停止時間に成膜を停止する成膜制御が可能で、
前記温度測定部により測定される基板温度を基に前記成膜制御に補正をかけることが可能である
光学膜厚制御装置。
a light projecting unit for projecting monitor light onto a film-forming target substrate on which a film-forming material supplied from a film-forming material supply unit arranged in the film-forming chamber is formed to form a thin multi-layer film;
a light receiving unit that receives the monitor light transmitted through the film formation target substrate and outputs a light reception signal;
a temperature measuring unit that measures the substrate temperature during film formation;
a control unit that acquires the light transmittance of the film formation target substrate according to the light reception signal, and controls thin film formation in association with the acquired light transmittance information;
The control unit
With respect to the multilayer film to be formed, the multilayer film and the substrate that have already been formed are defined as one film as an equivalent film, and the square root of the reflectance between the two substances is defined as the reflection amplitude. Employing a fitting function T related to the equivalent reflected amplitude r between the current layer, the current reflected amplitude r between the current layer and air, and the phase δ,
During film formation, the measured value of the transmittance time change is associated with the fitting function and fitted to determine a physical parameter of at least one of the phase δ and the equivalent reflection amplitude r during film formation, and the determined physical parameter and the preliminarily It is possible to determine the stop time of the current layer so that it matches the set theoretical value, and to perform film formation control to stop film formation at that stop time.
An optical film thickness control apparatus capable of correcting the film formation control based on the substrate temperature measured by the temperature measurement unit.
前記制御部は、
前記温度測定部により測定される基板温度を基に成膜時の成膜物質の物性の温度変化に対して補正を行い、補正した成膜物質の物性に関連付けて前記物理パラメータの再計算を行って成膜停止時間を修正する
請求項1記載の光学膜厚制御装置。
The control unit
Based on the substrate temperature measured by the temperature measuring unit, the temperature change in the physical properties of the film forming material during film formation is corrected, and the physical parameters are recalculated in association with the corrected physical properties of the film forming material. 2. The optical film thickness control device according to claim 1, wherein the film formation stop time is corrected by
前記成膜物質の物性は屈折率を含む
請求項2記載の光学膜厚制御装置。
3. The optical film thickness control device according to claim 2, wherein the physical properties of the film-forming substance include a refractive index.
前記制御部は、
成膜物質ごとに設定した温度係数を基に、成膜中の屈折率を求め、
膜設計上の物理膜厚と求めた成膜中の屈折率の値を用いて、多層膜の光学特性を再計算し、
制御に用いる設計上の少なくとも反射振幅、位相、光学膜厚のうちの少なくとも一つを再計算して成膜停止時間を修正する
請求項3記載の光学膜厚制御装置。
The control unit
Based on the temperature coefficient set for each film-forming substance, the refractive index during film-forming is obtained,
Recalculate the optical properties of the multilayer film using the physical film thickness in the film design and the value of the refractive index obtained during film formation,
4. The optical film thickness control device according to claim 3, wherein at least one of the reflection amplitude, phase, and optical film thickness in design used for control is recalculated to correct the film formation stop time.
前記制御部は、
多層膜の膜設計に基づき、各層の停止時点での理論位相δ_designがあらかじめ与えられ、
成膜中に前記受光信号に応じて透過率の時間変化を前記フィッティング関数に関連付けてフィッティングし、前記位相δの角速度ωと初期位相φ0を決定し、
決定した成膜中の位相δ=ωt+φ0が、前記あらかじめ与えられた理論位相δ_designと一致する時間で成膜を停止する
請求項1から4のいずれか一に記載の光学膜厚制御装置。
The control unit
Based on the film design of the multilayer film, the theoretical phase δ_design at the stop point of each layer is given in advance,
Fitting the change in transmittance over time according to the light reception signal during film formation in association with the fitting function to determine the angular velocity ω of the phase δ and the initial phase φ0,
5. The optical film thickness control apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the film formation is stopped at a time when the determined phase δ=ωt+φ0 during film formation coincides with the theoretical phase δ_design given in advance.
前記制御部は、
多層膜の膜設計に基づき、各層の停止時点での理論等価反射振幅があらかじめ与えられ、
成膜中に前記受光信号に応じて透過率の時間変化を前記フィッティング関数に関連付けてフィッティングし、次層の成膜時における現在層の等価反射振幅を決定し、
決定した次層の成膜時における現在層の等価反射振幅の絶対値が前記理論等価反射振幅と一致するように現在層の停止時間を決定し、当該停止時間で成膜を停止する
請求項1から4のいずれか一に記載の光学膜厚制御装置。
The control unit
Based on the film design of the multilayer film, the theoretical equivalent reflection amplitude at the stop point of each layer is given in advance,
Fitting the change in transmittance over time according to the light reception signal during film formation in association with the fitting function to determine the equivalent reflection amplitude of the current layer during film formation of the next layer,
1. A stop time for the current layer is determined so that the absolute value of the equivalent reflection amplitude of the current layer at the time of film formation of the determined next layer coincides with the theoretical equivalent reflection amplitude, and the film formation is stopped at the stop time. 5. The optical film thickness control device according to any one of 4 to 4.
前記成膜チャンバ内に設けられ、複数枚の成膜対象基板を膜形成面が前記成膜材料供給部側に臨むように保持し、ホルダ中心を回転中心として回転される基板ホルダと、
回転される前記基板ホルダの外周部に円状に保持された複数枚の前記成膜対象基板にモニタ光をトレースするように投光する前記投光部と、
前記成膜対象基板を透過した前記モニタ光を受光して前記モニタ光を多波長で検出し、前記各成膜対象基板の多波長での光透過率が反映された受光信号を出力する前記受光部と、
前記基板ホルダの回転に同期した回転する前記基板ホルダの位置を特定するためのトリガー信号を出力するトリガー信号出力部と、
前記受光信号と前記トリガー信号が入力され、前記受光信号と前記トリガー信号を信号処理して成膜対象基板毎の光透過率を取得し、取得した光透過率情報に関連付けて成膜対象基板毎の薄膜の成膜を制御する前記制御部と、を有し
前記制御部は、
前記基板ホルダの回転に同期した前記トリガー信号から、回転する前記基板ホルダの位置を特定することで、各成膜対象基板の光透過率が間欠的に反映された受光信号のどの部分がいずれの成膜対象基板に対する光透過率であるか特定し、前記受光信号のどの部分がいずれの成膜対象基板に対する光透過率であるか特定する
請求項1から6のいずれか一に記載の光学膜厚制御装置。
a substrate holder that is provided in the film formation chamber, holds a plurality of film formation target substrates so that the film formation surfaces face the film formation material supply unit, and rotates around the center of the holder;
the light projecting unit that projects monitor light so as to trace the plurality of film formation target substrates circularly held on the outer periphery of the rotated substrate holder;
The light receiving for receiving the monitor light transmitted through the film formation target substrate, detecting the monitor light at multiple wavelengths, and outputting a light reception signal reflecting the light transmittance of each film formation target substrate at multiple wavelengths. Department and
a trigger signal output unit that outputs a trigger signal for identifying the position of the rotating substrate holder synchronized with the rotation of the substrate holder;
The light-receiving signal and the trigger signal are input, the light-receiving signal and the trigger signal are processed, the light transmittance of each film formation target substrate is obtained, and the obtained light transmittance information is associated with each film formation target substrate. and the control unit that controls the film formation of the thin film of
The control unit
By specifying the position of the rotating substrate holder from the trigger signal synchronized with the rotation of the substrate holder, which part of the light receiving signal intermittently reflecting the light transmittance of each film formation target substrate corresponds to which part. 7. The optical film according to any one of claims 1 to 6, wherein the light transmittance for each film formation target substrate is specified, and which part of the received light signal is the light transmittance for which film formation target substrate is specified. Thickness controller.
成膜チャンバと、
前記成膜チャンバ内に配置された成膜材料供給部と、
前記成膜材料供給部から供給される成膜材料が成膜されて薄膜の多層膜が形成される成膜対象基板と、
前記成膜対象基板にモニタ光を投光する投光部と、
前記成膜対象基板を透過した前記モニタ光を受光して受光信号を出力する受光部と、
成膜中の基板温度を測定する温度測定部と、
前記受光信号に応じて前記成膜対象基板の光透過率を取得し、取得した光透過率情報に関連付けて薄膜の成膜を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
形成すべき多層膜に関して、既に成膜済みの多層膜および基板を、ある1つの膜と同一視した物を等価膜、2つの物質間の反射率の平方根を反射振幅として定義し、等価膜と現在層の間の等価反射振幅r、現在層と空気との間の現在反射振幅r0、および位相δに関連付けたフィッティング関数Tを採用し、
成膜中に透過率時間変化の測定値を前記フィッティング関数に関連付けてフィッティングし、成膜時の位相δおよび等価反射振幅rのうちの少なくとも一方の物理パラメータを決定し、決定した物理パラメータとあらかじめ設定された理論値と一致するように現在層の停止時間を決定し、当該停止時間に成膜を停止する成膜制御が可能で、
前記温度測定部により測定される基板温度を基に前記成膜制御に補正をかけることが可能である
薄膜形成装置。
a deposition chamber;
a film forming material supply unit arranged in the film forming chamber;
a film-forming target substrate on which a film-forming material supplied from the film-forming material supply unit is formed to form a thin multi-layer film;
a light projecting unit that projects monitor light onto the film formation target substrate;
a light receiving unit that receives the monitor light transmitted through the film formation target substrate and outputs a light reception signal;
a temperature measuring unit that measures the substrate temperature during film formation;
a control unit that acquires the light transmittance of the film formation target substrate according to the light reception signal, and controls thin film formation in association with the acquired light transmittance information;
The control unit
With respect to the multilayer film to be formed, the multilayer film and the substrate that have already been formed are defined as one film as an equivalent film, and the square root of the reflectance between the two substances is defined as the reflection amplitude. Employing a fitting function T related to the equivalent reflected amplitude r between the current layer, the current reflected amplitude r between the current layer and air, and the phase δ,
During film formation, the measured value of the transmittance time change is associated with the fitting function and fitted to determine a physical parameter of at least one of the phase δ and the equivalent reflection amplitude r during film formation, and the determined physical parameter and the preliminarily It is possible to determine the stop time of the current layer so that it matches the set theoretical value, and to perform film formation control to stop film formation at that stop time.
A thin film forming apparatus capable of correcting the film forming control based on the substrate temperature measured by the temperature measuring unit.
前記制御部は、
前記温度測定部により測定される基板温度を基に成膜時の成膜物質の物性の温度変化に対して補正を行い、補正した成膜物質の物性に関連付けて前記物理パラメータの再計算を行って成膜停止時間を修正する
請求項8記載の薄膜形成装置。
The control unit
Based on the substrate temperature measured by the temperature measuring unit, the temperature change in the physical properties of the film forming material during film formation is corrected, and the physical parameters are recalculated in association with the corrected physical properties of the film forming material. 9. The thin film forming apparatus according to claim 8, wherein the film forming stop time is corrected by
前記成膜物質の物性は屈折率を含む
請求項9記載の薄膜形成装置。
10. The thin film forming apparatus according to claim 9, wherein the physical properties of said film forming substance include a refractive index.
前記制御部は、
成膜物質ごとに設定した温度係数を基に、成膜中の屈折率を求め、
膜設計上の物理膜厚と求めた成膜中の屈折率の値を用いて、多層膜の光学特性を再計算し、
制御に用いる設計上の少なくとも反射振幅、位相、光学膜厚のうちの少なくとも一つを再計算して成膜停止時間を修正する
請求項10記載の薄膜形成装置。
The control unit
Based on the temperature coefficient set for each film-forming substance, the refractive index during film-forming is obtained,
Recalculate the optical properties of the multilayer film using the physical film thickness in the film design and the value of the refractive index obtained during film formation,
11. The thin film forming apparatus according to claim 10, wherein at least one of the designed reflection amplitude, phase, and optical film thickness used for control is recalculated to correct the film formation stop time.
前記制御部は、
多層膜の膜設計に基づき、各層の停止時点での理論位相δ_designがあらかじめ与えられ、
成膜中に前記受光信号に応じて透過率の時間変化を前記フィッティング関数に関連付けてフィッティングし、前記位相δの角速度ωと初期位相φ0を決定し、
決定した成膜中の位相δ=ωt+φ0が、前記あらかじめ与えられた理論位相δ_designと一致する時間で成膜を停止する
請求項8から11のいずれか一に記載の薄膜形成装置。
The control unit
Based on the film design of the multilayer film, the theoretical phase δ_design at the stop point of each layer is given in advance,
Fitting the change in transmittance over time according to the light reception signal during film formation in association with the fitting function to determine the angular velocity ω of the phase δ and the initial phase φ0,
12. The thin film forming apparatus according to any one of claims 8 to 11, wherein the film formation is stopped at a time at which the determined phase δ=ωt+φ0 during film formation coincides with the theoretical phase δ_design given in advance.
前記制御部は、
多層膜の膜設計に基づき、各層の停止時点での理論等価反射振幅があらかじめ与えられ、
成膜中に前記受光信号に応じて透過率の時間変化を前記フィッティング関数に関連付けてフィッティングし、次層の成膜時における現在層の等価反射振幅を決定し、
決定した次層の成膜時における現在層の等価反射振幅の絶対値が前記理論等価反射振幅と一致するように現在層の停止時間を決定し、当該停止時間で成膜を停止する
請求項8から11のいずれか一に記載の薄膜形成装置。
The control unit
Based on the film design of the multilayer film, the theoretical equivalent reflection amplitude at the stop point of each layer is given in advance,
Fitting the change in transmittance over time according to the light reception signal during film formation in association with the fitting function to determine the equivalent reflection amplitude of the current layer during film formation of the next layer,
8. A stop time for the current layer is determined so that the absolute value of the equivalent reflection amplitude of the current layer at the time of film formation of the determined next layer coincides with the theoretical equivalent reflection amplitude, and the film formation is stopped at the stop time. 12. The thin film forming apparatus according to any one of 11 to 11.
前記成膜チャンバ内に設けられ、複数枚の成膜対象基板を膜形成面が前記成膜材料供給部側に臨むように保持し、ホルダ中心を回転中心として回転される基板ホルダと、
回転される前記基板ホルダの外周部に円状に保持された複数枚の前記成膜対象基板にモニタ光をトレースするように投光する前記投光部と、
前記成膜対象基板を透過した前記モニタ光を受光して前記モニタ光を多波長で検出し、前記各成膜対象基板の多波長での光透過率が反映された受光信号を出力する前記受光部と、
前記基板ホルダの回転に同期した回転する前記基板ホルダの位置を特定するためのトリガー信号を出力するトリガー信号出力部と、
前記受光信号と前記トリガー信号が入力され、前記受光信号と前記トリガー信号を信号処理して成膜対象基板毎の光透過率を取得し、取得した光透過率情報に関連付けて成膜対象基板毎の薄膜の成膜を制御する前記制御部と、を有し
前記制御部は、
前記基板ホルダの回転に同期した前記トリガー信号から、回転する前記基板ホルダの位置を特定することで、各成膜対象基板の光透過率が間欠的に反映された受光信号のどの部分がいずれの成膜対象基板に対する光透過率であるか特定し、前記受光信号のどの部分がいずれの成膜対象基板に対する光透過率であるか特定する
請求項8から13のいずれか一に記載の薄膜形成装置。
a substrate holder that is provided in the film formation chamber, holds a plurality of film formation target substrates so that the film formation surfaces face the film formation material supply unit, and rotates around the center of the holder;
the light projecting unit that projects monitor light so as to trace the plurality of film formation target substrates circularly held on the outer periphery of the rotated substrate holder;
The light receiving for receiving the monitor light transmitted through the film formation target substrate, detecting the monitor light at multiple wavelengths, and outputting a light reception signal reflecting the light transmittance of each film formation target substrate at multiple wavelengths. Department and
a trigger signal output unit that outputs a trigger signal for identifying the position of the rotating substrate holder synchronized with the rotation of the substrate holder;
The light-receiving signal and the trigger signal are input, the light-receiving signal and the trigger signal are processed, the light transmittance of each film formation target substrate is obtained, and the obtained light transmittance information is associated with each film formation target substrate. and the control unit that controls the film formation of the thin film of
The control unit
By specifying the position of the rotating substrate holder from the trigger signal synchronized with the rotation of the substrate holder, which part of the light receiving signal intermittently reflecting the light transmittance of each film formation target substrate corresponds to which part. 14. The thin film formation method according to any one of claims 8 to 13, wherein the light transmittance for each film formation target substrate is specified, and which part of the received light signal is the light transmittance for which film formation target substrate is specified. Device.
成膜チャンバ内に配置された成膜材料供給部から供給される成膜材料が成膜されて薄膜の多層膜が形成される成膜対象基板にモニタ光を投光する投光ステップと、
前記成膜対象基板を透過した前記モニタ光を受光して受光信号を取得する受光ステップと、
成膜中の基板温度を測定する温度測定ステップと、
前記受光信号に応じて前記成膜対象基板の光透過率を取得し、取得した光透過率情報に関連付けて薄膜の成膜を制御する制御ステップと、を有し、
前記制御ステップにおいては、
形成すべき多層膜に関して、既に成膜済みの多層膜および基板を、ある1つの膜と同一視した物を等価膜、2つの物質間の反射率の平方根を反射振幅として定義し、等価膜と現在層の間の等価反射振幅r、現在層と空気との間の現在反射振幅r0、および位相δに関連付けたフィッティング関数Tを採用し、
成膜中に透過率時間変化の測定値を前記フィッティング関数に関連付けてフィッティングし、成膜時の位相δおよび等価反射振幅rのうちの少なくとも一方の物理パラメータを決定し、決定した物理パラメータとあらかじめ設定された理論値と一致するように現在層の停止時間を決定し、当該停止時間に成膜を停止する成膜制御を行い、
前記温度測定ステップより測定される基板温度を基に前記成膜制御に補正をかける
光学膜厚制御方法。
a light projecting step of projecting monitor light onto a film-forming target substrate on which a film-forming material supplied from a film-forming material supply unit arranged in the film-forming chamber is formed to form a thin multi-layer film;
a light receiving step of receiving the monitor light transmitted through the film formation target substrate and acquiring a light receiving signal;
a temperature measurement step of measuring the substrate temperature during film formation;
a control step of acquiring the light transmittance of the film formation target substrate according to the light reception signal, and controlling the film formation of the thin film in association with the acquired light transmittance information;
In the control step,
With respect to the multilayer film to be formed, the multilayer film and the substrate that have already been formed are defined as one film as an equivalent film, and the square root of the reflectance between the two substances is defined as the reflection amplitude. Employing a fitting function T related to the equivalent reflected amplitude r between the current layer, the current reflected amplitude r between the current layer and air, and the phase δ,
During film formation, the measured value of the transmittance time change is associated with the fitting function and fitted to determine a physical parameter of at least one of the phase δ and the equivalent reflection amplitude r during film formation, and the determined physical parameter and the preliminarily Determine the stop time of the current layer so that it matches the set theoretical value, and perform film formation control to stop film formation at the stop time,
The optical film thickness control method, wherein the film formation control is corrected based on the substrate temperature measured in the temperature measurement step.
成膜チャンバ内に配置された成膜材料供給部から成膜材料を供給して成膜対象基板上に薄膜の多層膜を成膜する成膜ステップと、
前記成膜対象基板にモニタ光を投光する投光ステップと、
前記成膜対象基板を透過した前記モニタ光を受光して受光信号を取得する受光ステップと、
成膜中の基板温度を測定する温度測定ステップと、
前記受光信号に応じて前記成膜対象基板の光透過率を取得し、取得した光透過率情報に関連付けて薄膜の成膜を制御する制御ステップと、を有し、
前記制御ステップにおいては、
形成すべき多層膜に関して、既に成膜済みの多層膜および基板を、ある1つの膜と同一視した物を等価膜、2つの物質間の反射率の平方根を反射振幅として定義し、等価膜と現在層の間の等価反射振幅r、現在層と空気との間の現在反射振幅r0、および位相δに関連付けたフィッティング関数Tを採用し、
成膜中に透過率時間変化の測定値を前記フィッティング関数に関連付けてフィッティングし、成膜時の位相δおよび等価反射振幅rのうちの少なくとも一方の物理パラメータを決定し、決定した物理パラメータとあらかじめ設定された理論値と一致するように現在層の停止時間を決定し、当該停止時間に成膜を停止する成膜制御を行い、
前記温度測定ステップより測定される基板温度を基に前記成膜制御に補正をかける
薄膜形成方法。
a deposition step of supplying a deposition material from a deposition material supply unit arranged in a deposition chamber to form a thin multilayer film on a substrate to be deposited;
a projecting step of projecting monitor light onto the film formation target substrate;
a light receiving step of receiving the monitor light transmitted through the film formation target substrate and acquiring a light receiving signal;
a temperature measurement step of measuring the substrate temperature during film formation;
a control step of acquiring the light transmittance of the film formation target substrate according to the light reception signal, and controlling the film formation of the thin film in association with the acquired light transmittance information;
In the control step,
With respect to the multilayer film to be formed, the multilayer film and the substrate that have already been formed are defined as one film as an equivalent film, and the square root of the reflectance between the two substances is defined as the reflection amplitude. Employing a fitting function T related to the equivalent reflected amplitude r between the current layer, the current reflected amplitude r between the current layer and air, and the phase δ,
During film formation, the measured value of the transmittance time change is associated with the fitting function and fitted to determine a physical parameter of at least one of the phase δ and the equivalent reflection amplitude r during film formation, and the determined physical parameter and the preliminarily Determine the stop time of the current layer so that it matches the set theoretical value, and perform film formation control to stop film formation at the stop time,
A method of forming a thin film, wherein the film forming control is corrected based on the substrate temperature measured in the temperature measuring step.
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