JPH10280130A

JPH10280130A - 真空蒸着方法及び真空蒸着装置

Info

Publication number: JPH10280130A
Application number: JP9098379A
Authority: JP
Inventors: Keiji Kuriyama; 桂司栗山
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-04-01
Filing date: 1997-04-01
Publication date: 1998-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】真空蒸着により成膜される薄膜の特性が、バ
ッチ間でバラツキがなく、高性能な薄膜を再現性よく形
成できるようにする。【解決手段】ドーム回転モータ３の回転数を、減速機
４により蒸着ドーム１と同じ回転数に減速してロータリ
ーエンコーダー２に伝える。エンコーダー２からの蒸着
ドームの角度信号を位置検出部１０に入力し、設定され
た角度、即ち蒸着ドーム１が特定の回転位置に来たとき
に、位置検出信号Ｂをシャッター制御手段８に出力す
る。一方、基板１２への成膜が開始できる状態になる
と、プロセス制御手段９は成膜開始信号Ｃをシャッター
制御手段８に出力し、シャッター制御手段８はシャッタ
ー開信号Ｄを出せる待機状態になる。この待機状態にな
ってから初めて位置検出信号Ｂを受けると、シャッター
制御手段８はシャッター開信号Ｄをシャッター駆動手段
７に出力し、シャッター５が開き成膜が開始する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高性能の薄膜を再
現性よく成膜できる真空蒸着方法及び真空蒸着装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の真空蒸着装置では、薄膜を形成す
るレンズ，プリズム等の光学素子や半導体ウェハなどの
基板を保持する基台となる治工具を蒸着ドームとよんで
いる。蒸着ドームの形状はドーム形状のもの以外に、平
面形状のもの等の種々な形状があるが、便宜上、平面形
状等のものも蒸着ドームと呼ばれている。蒸着ドームは
蒸発源に対向した位置に設置されていることが多いが、
蒸発源からの蒸発物質の蒸発分布は通常、真空チャンバ
ー内の空間で一様でない。このため、蒸着ドームを固定
した場合に、場所場所によって基板に形成される膜厚が
大きく異なる問題がある。これを軽減させるため、従来
は蒸着ドームを回転させる事によって、回転方向（ドー
ム円周方向）のムラを取っている。

【０００３】図４には、この種、従来の公転型の真空蒸
着装置を示す。図示のように、真空チャンバー１１内に
は蒸着ドーム１が回転自在に設けられており、蒸着ドー
ム１には基板１２が保持されている。蒸着ドーム１は回
転ギヤ１３を介してドーム回転モータ３により回転駆動
される。蒸着ドーム１下方の真空チャンバー１１内には
蒸発源６が設置され、蒸発源６には蒸発源６から蒸発さ
れる蒸発物質を遮断するシャッター５が設けられてい
る。シャッター５は、シャッター駆動手段７により開閉
される。蒸着装置には、真空チャンバー１１内の圧力等
をモニターして蒸着プロセスを管理するプロセス制御手
段９が設けられており、このプロセス制御手段９からの
信号を受けて、シャッター駆動手段７はシャッター５の
開閉動作を行うようになっている。

【０００４】また、従来の真空蒸着装置では、蒸着ドー
ムと蒸発源との間にマスク板を設置してドーム半径方向
のムラの軽減をはかったり、あるいは、自公転機構を設
けて、さらに真空チャンバー内の広い範囲に基板を自公
転運動させて、よりムラを軽減させている蒸着装置もあ
る。基板に形成される薄膜の膜厚は、薄膜の特性を決定
する大きな要因の一つであり、膜厚が蒸着ドームの各場
所で一定でない場合、その特性も異なったものになって
しまう。

【０００５】蒸着プロセスの基本的な手順をおおまかに
述べると、「基板のセット」、「チャンバー内排気」、
「基板加熱」、「蒸着試料の予備加熱」、「成膜」の順
におこなわれる。実際には、「チャンバー内排気」と
「基板加熱」とは同時に並列して進められる事が多く、
この二つのプロセスが所定の状態になった時、次の「蒸
着試料の予備加熱」に進む。「蒸着試料の予備加熱」が
終了するまでは、蒸発源のシャッターは閉じた状態にな
っており、蒸発源から蒸発した蒸発物質はシャッターで
遮断されており、基板に成膜されることはない。予備加
熱が終了すると、蒸発源のシャッターが開き、基板に蒸
発物質が達するようになり、「成膜」が開始される。蒸
着ドームの回転は、基板の加熱を均一にするため、基板
加熱が開始される前から始まり、成膜終了まですべての
プロセスで蒸着ドームは回転している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、半導
体製造装置や宇宙用光学部品などの最先端な技術分野に
おいては、光学薄膜に対する性能向上が強く求められて
いる。しかし、従来の真空蒸着装置を用いて、これらの
極めて高性能な薄膜の製造を行った場合、あるバッチで
は所定の性能の薄膜が製造できても、他の多くのバッチ
では不良になることが多く、生産上の大きな問題となっ
ている。

【０００７】本発明は、真空蒸着により成膜される薄膜
の特性が、バッチ間でバラツキがなく、高性能な薄膜を
再現性よく形成できるようにすることを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】バッチ間における薄膜の
特性のバラツキの原因を鋭意研究した結果、次の原因を
見いだした。従来の真空蒸着では、蒸着の各プロセス
は、真空チャンバー内の圧力、基板や蒸発源の温度など
が所定値になったか、あるいは所定時間が経過したかな
どにより進行するのに対し、蒸着ドームの回転は、この
蒸着プロセスとは無関係に行われている。このため、蒸
発源のシャッターが開かれて成膜が開始する時点での、
基板の回転位置は、各バッチ処理で全くランダムであ
る。従って、シャッターが開かれる成膜開始時の基板回
転位置には、最大、蒸着ドームの一回転分、または自公
転機構を有する場合には遊星子の運動の一周期分だけ、
バッチ間でずれる。このずれが、バッチ間で薄膜特性の
バラツキの発生原因となる。特に、短時間で、例えば蒸
着ドームの２，３回転で成膜が完了するような極めて薄
い薄膜層を形成する場合に、バッチ間で大きな膜厚誤差
を生じ、特性のバラツキとなって現れる。

【０００９】そこで、本発明の真空蒸着方法は、蒸発源
から蒸発物質を蒸発させて、蒸着ドームに保持されて公
転又は自公転運動する基板に成膜する真空蒸着方法であ
って、前記基板に対して成膜開始可能な状態となり、か
つ前記蒸着ドーム上の基板が所定の回転位置にきたとき
に、前記蒸発源から基板への蒸発物質を遮断するシャッ
ターを開いて、基板への成膜を開始するようにしたもの
である。

【００１０】このように、この発明では、成膜開始時点
での基板の回転位置を常に特定の回転位置になるように
調整しているので、蒸発源から放射される蒸発物質の真
空チャンバー内の蒸発分布に特有の偏りがあっても、バ
ッチ間でほぼ同一の条件で基板に成膜することができ、
常に膜厚を一定に形成できるなど、所望の特性の薄膜を
再現性よく製造できる。

【００１１】また、上記蒸着方法を実現する本発明の真
空蒸着装置は、成膜される基板を保持する蒸着ドーム
と、この蒸着ドーム上の基板を公転又は自公転させる回
転機構と、蒸発源と前記基板との間に設置されるシャッ
ターとを有する真空蒸着装置であって、前記蒸着ドーム
又は前記基板の回転位置を検出ないし測定する検出機構
と、前記基板に対して成膜開始可能な状態にあり、かつ
前記検出機構の検出により蒸着ドームの基板が所定の回
転位置にきたときに、前記シャッターを開くシャッター
開閉制御機構とを備えたものである。

【００１２】上記検出機構は、例えば、光学的に直接的
に基板回転位置を検出ないし測定する機構だけでなく、
特定の回転位置から蒸着ドームを一定の回転速度で回転
させ、蒸着ドームの回転開始からの経過時間に基づいて
基板の回転位置を間接的に検出ないし測定する機構でも
よい。また、基板に対して成膜開始可能な状態にあるか
否かの判断は、真空チャンバー内の真空度等を計測して
蒸着プロセスを制御するプロセス制御系等からの信号に
よって行えばよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面にしたがって説明する。図１は、本発明に係る真空
蒸着装置の一実施形態を示す。この実施形態の真空蒸着
装置は、公転型の真空蒸着装置である。

【００１４】図１において、１１は成膜を行う空間を真
空に保つための真空チャンバーであり、真空チャンバー
１１内の上部にはドーム形状の蒸着ドーム１が回転自在
に支持されて設置されている。蒸着ドーム１には、光学
素子や半導体ウェハ等の基板１２が複数、適宜配置に取
り付けられている。蒸着ドーム１下方の真空チャンバー
１１内には蒸発源６が設置され、加熱により蒸発源６か
ら蒸発する蒸発物質を遮断するシャッター５が設けられ
ている。シャッター５は、シャッター駆動手段７により
開閉される。蒸着ドーム１を回転駆動するドーム回転モ
ータ３の回転軸には、ギヤ１４が取り付けられており、
このギヤ１４は回転ギヤ１３を介して蒸着ドーム１下部
の外周に形成されたギヤ１５に連結されている。

【００１５】また、ドーム回転モータ３の回転軸には、
蒸着ドーム１の回転を受け持つ上記三つのギヤ１４，１
３，１５と同じ減速比を持つ減速機４が取り付けられて
おり、この減速機４により減速された回転軸１６にはロ
ータリーエンコーダー２が取り付けられている。三つの
ギヤ１４，１３，１５の減速比と減速機４の減速比とが
同じであることから、ロータリーエンコーダー２より得
られる角度信号は蒸着ドーム１の回転位置を表してい
る。ロータリーエンコーダー２より得られる角度信号は
位置検出部１０に入力され、位置検出部１０において位
置設定信号Ａと比較され、設定された角度すなわち蒸着
ドーム１が特定の回転位置に来ると、位置検出信号Ｂが
シャッター制御手段８へと出力される。従って、この位
置検出信号Ｂは蒸着ドーム１が１回転する度に、設定さ
れた回転位置でシャッター制御手段８に一回出力される
ことになる。

【００１６】一方、蒸着プロセスが開始され、蒸発源６
の蒸発物質の予備加熱が終了し、基板１２への実際の成
膜が開始できる状態になると、プロセス制御手段９より
成膜開始信号Ｃがシャッター制御手段８に出力される。
この成膜開始信号Ｃを受けると、シャッター制御手段８
はシャッター開信号Ｄを出す事ができる待機状態にな
る。この待機状態になってから初めて来た位置検出信号
Ｂを受けると、シャッター制御手段８はシャッター開信
号Ｄをシャッター駆動手段７に出力し、実際にシャッタ
ー５が開き基板１２への成膜が開始される構造となって
いる。この様な構成を取ることによって、成膜開始まで
の時間がバッチによって変わっても、特定の蒸着ドーム
の回転位置で常に成膜を開始する事ができる。

【００１７】上記の実施形態では、公転型の真空蒸着装
置への適用例を説明をしたが、自公転型の真空蒸着装置
でも、ロータリーエンコーダーに接続してある減速機の
減速比を変更すれば、容易に適用できる。即ち、自公転
運動する遊星子上の特定位置が蒸着ドーム上で同じ位置
に戻ってくる時の遊星子の公転数だけ、上記蒸着ドーム
回転の減速比に乗じた減速比にすれば、ロータリーエン
コーダーの一回転が遊星子の一周期の動きを表すことに
なるので、上述の仕組みで自公転型の真空蒸着装置に対
しても、特定の遊星子の回転位置で常に実際の成膜が開
始するようにできる。

【００１８】次に、本発明に係る真空蒸着装置の他の実
施形態として、自公転型の真空蒸着装置への適用例を図
２で説明する。本装置は、図２に示すように、平面型の
蒸着ドーム１の上を遊星子１７が自公転運動するように
なっており、遊星子１７上に薄膜形成すべき基板１２が
セットされる。図３には、平面型の蒸着ドーム１を上か
ら見た概略平面図を示すが、蒸着ドーム１には、４個の
遊星子１７が配設されており、各遊星子１７は蒸着ドー
ム１の中心の太陽歯車（図示せず）の回りを自公転す
る。各遊星子１７には３個の基板１２が設けられてい
る。そのうちの１つの遊星子１７には、遊星子貫通孔２
０が形成されている。遊星子貫通孔２０は、遊星子１７
上の基板１２よりも外周側に形成されている。

【００１９】真空チャンバー１１の上方には光源１８を
設置し、光源用窓１９を通じて真空チャンバー１１の下
部を照らしている。光源用窓１９から鉛直下方に進む光
の光軸上に、自公転運動する上記遊星子１７の遊星子貫
通孔２０が来たときに、自転する蒸着ドーム１を貫通す
るドーム貫通孔２１が来るように設定されている。さら
に、上記光軸上に位置する真空チャンバー１１の底部に
は、受光部用窓２２があり、その下に光検出器２３が設
置してある。なお、遊星子１７上に設置された基板１２
の位置を基板セット時に所定の位置に設定できるよう
に、目盛りや嵌合溝等を有する位置決め手段が蒸着ドー
ム１に設けられている。

【００２０】自公転運動が始まると、遊星子貫通孔２
０、ドーム貫通孔２１の位置がずれるので、光源１８の
光が光検出器２３に達するのを遮ることになる。そし
て、遊星子１７が特定の回転位置に戻ってくる一周期分
の自公転運動をすると、また、二つの貫通孔２０、２１
の位置が一致し、光源１８の光が光検出器２３に達する
様になり、光検出器２３が光を検出した時は常に遊星子
１７が特定の同じ回転位置にある事になる。

【００２１】光検出器２３の出力は位置検出信号変換器
２４によって位置検出信号Ｂとされ、遊星子１７が一周
期運動する度にシャッター制御手段８に一回、位置検出
信号Ｂが出力される。一方、基板１２に対して実際に成
膜が開始できる状態になると、プロセス制御手段９より
成膜開始信号Ｃがシャッター制御手段８に出力される。
この成膜開始信号Ｃを受けると、シャッター制御手段８
はシャッター開信号Ｄを出す事ができる待機状態にな
る。この待機状態になって初めて来た位置検出信号Ｂを
受けると、シャッター制御手段８はシャッター開信号Ｄ
をシャッター駆動手段７に出力し、実際にシャッター５
が開き成膜が開始される。この様な構成を取ることによ
って、遊星子１７が一定の回転位置で常に成膜を開始す
ることができる。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、蒸発源のシャッターが開となる成膜開始時点
で、蒸着ドーム上にある基板が常に同一の特定の回転位
置になるようにしたため、蒸発源から放射される蒸発物
質の真空チャンバー内の蒸発分布に特有の偏りがあって
も、バッチ間でほぼ同一の条件で基板に成膜することが
でき、常に膜厚を一定に形成できるなど、成膜される薄
膜の特性のバッチ間での再現性を高めることができ、不
良率を低減し、高性能な光学薄膜を有する光学部品等を
安価に量産できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る真空蒸発装置の一実施形態を示す
概略構成図である。

【図２】本発明に係る真空蒸発装置の他の実施形態を示
す概略構成図である。

【図３】図２の平面型の蒸着ドームを上から見た時の概
略平面図である。

【図４】従来の真空蒸着装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１蒸着ドーム２ロータリーエンコーダー３ドーム回転モータ４減速機５シャッター６蒸発源７シャッター駆動手段８シャッター制御手段９プロセス制御手段１０位置検出部１１真空チャンバー１２基板１３回転ギヤ１７遊星子１８光源１９光源用窓２０遊星子貫通孔２１ドーム貫通孔２２受光部用窓２３光検出器２４位置検出信号変換器Ａ位置設定信号Ｂ位置検出信号Ｃ成膜開始信号Ｄシャッター開信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蒸発源から蒸発物質を蒸発させて、蒸着
ドームに保持されて公転又は自公転運動する基板に成膜
する真空蒸着方法において、前記基板に対して成膜開始可能な状態となり、かつ前記
蒸着ドーム上の基板が所定の回転位置にきたときに、前
記蒸発源から基板への蒸発物質を遮断するシャッターを
開いて、基板への成膜を開始するようにしたことを特徴
とする真空蒸着方法。
【請求項２】成膜される基板を保持する蒸着ドーム
と、この蒸着ドーム上の基板を公転又は自公転させる回
転機構と、蒸発源と前記基板との間に設置されるシャッ
ターとを有する真空蒸着装置において、前記蒸着ドーム又は前記基板の回転位置を検出ないし測
定する検出機構と、前記基板に対して成膜開始可能な状
態にあり、かつ前記検出機構の検出により蒸着ドームの
基板が所定の回転位置にきたときに、前記シャッターを
開くシャッター開閉制御機構とを備えたことを特徴とす
る真空蒸着装置。