JPH10330934A - コーティングを基板上に堆積する堆積方法および堆積装置 - Google Patents
コーティングを基板上に堆積する堆積方法および堆積装置Info
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
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- C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
- C23C14/568—Transferring the substrates through a series of coating stations
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 比較的に高速で作動することができる自動堆
積システムを提供すること。 【解決手段】 コーティングは少なくとも２つの材料の
タイプの複数層から成る。層は、反応性堆積、好ましく
は、スパッタリングによって堆積室内で順に堆積され
る。堆積層の厚さは、堆積層の光学的な測定によって層
の堆積の間に１回またはそれ以上の回数決定され、堆積
層から引き出された理論的値を前記測定から得られた対
応する実際の値に適合する。処理変数は、前記理論的な
モデルから有効な厚さが決定されるように堆積層の均質
性を保証するように連続的に制御される。
積システムを提供すること。 【解決手段】 コーティングは少なくとも２つの材料の
タイプの複数層から成る。層は、反応性堆積、好ましく
は、スパッタリングによって堆積室内で順に堆積され
る。堆積層の厚さは、堆積層の光学的な測定によって層
の堆積の間に１回またはそれ以上の回数決定され、堆積
層から引き出された理論的値を前記測定から得られた対
応する実際の値に適合する。処理変数は、前記理論的な
モデルから有効な厚さが決定されるように堆積層の均質
性を保証するように連続的に制御される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学的な複合的な
複数層コーティングを基板に堆積する方法および装置に
関する。
複数層コーティングを基板に堆積する方法および装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】通信、科学的な器具、光学機械等のよう
な異なる多数の分野において、進歩した用途の要求に合
致するようにさらに複合的な光学的な薄いフィルムコー
ティングのニーズがある。過去において、設計技術、堆
積装置および厚さ監視機器の制限によって、所望のフィ
ルタ仕様を達成することは不可能であった。しかしなが
ら、これらの３つの分野における最近の進歩によって、
さらに複合的なコーティングを設計および製造すること
が可能になった。
な異なる多数の分野において、進歩した用途の要求に合
致するようにさらに複合的な光学的な薄いフィルムコー
ティングのニーズがある。過去において、設計技術、堆
積装置および厚さ監視機器の制限によって、所望のフィ
ルタ仕様を達成することは不可能であった。しかしなが
ら、これらの３つの分野における最近の進歩によって、
さらに複合的なコーティングを設計および製造すること
が可能になった。
【０００３】例えば、光学的な薄いフィルムの設計の領
域において、所定の材料の組に対して設計を開始するこ
となくコーティングを設計する能力においてここ数年に
劇的な改良がなされた。薄いフィルムの設計の技術の状
態は、すべてに合致するが、最も厳しいフィルタの要求
にも合致する非常に複合的なコーティングが現れる点ま
で進歩した。
域において、所定の材料の組に対して設計を開始するこ
となくコーティングを設計する能力においてここ数年に
劇的な改良がなされた。薄いフィルムの設計の技術の状
態は、すべてに合致するが、最も厳しいフィルタの要求
にも合致する非常に複合的なコーティングが現れる点ま
で進歩した。
【０００４】第２の進歩は、過去２０年にわたって薄い
フィルム製造の分野を劇的に変化した有効な堆積方法に
ある。従来は、大部分の光学的なコーティングがｅ−ビ
ーム蒸着または熱蒸着を用いて広範に製造されていた。
しかしながら、これらの方法によって堆積された材料
は、通常非常に多孔性であり、それらが特別に保護され
ない限り、湿気および温度上不安定なフィルタが形成さ
れる。イオン補助蒸着、反応性イオンめっきおよび電磁
スパッタリングのような新しい効果的な堆積方法は、大
きい特徴を有するフィルムを形成し、この特徴は、温度
および湿度の良好な安定性を有するフィルタを形成す
る。さらに重要なのは、これらの効果的な技術によって
堆積された材料は、作動上非常に再現性がある光定数を
有する。大きい材料および光定数再現性によって、それ
は、ルーチンベースで複合的な光学的なコーティングを
製造することがさらに容易に実行できる。
フィルム製造の分野を劇的に変化した有効な堆積方法に
ある。従来は、大部分の光学的なコーティングがｅ−ビ
ーム蒸着または熱蒸着を用いて広範に製造されていた。
しかしながら、これらの方法によって堆積された材料
は、通常非常に多孔性であり、それらが特別に保護され
ない限り、湿気および温度上不安定なフィルタが形成さ
れる。イオン補助蒸着、反応性イオンめっきおよび電磁
スパッタリングのような新しい効果的な堆積方法は、大
きい特徴を有するフィルムを形成し、この特徴は、温度
および湿度の良好な安定性を有するフィルタを形成す
る。さらに重要なのは、これらの効果的な技術によって
堆積された材料は、作動上非常に再現性がある光定数を
有する。大きい材料および光定数再現性によって、それ
は、ルーチンベースで複合的な光学的なコーティングを
製造することがさらに容易に実行できる。
【０００５】第３の進歩は、堆積中にフィルムの厚さを
制御し監視するために使用される方法である。特に、光
学的な監視技術は、ここ１０年において非常に改良され
た。現在、精巧で廉価な可視領域の広帯域のモニタが容
易に利用することができ、赤外線フォトダイオードアレ
イがさらに普及した。これらの広帯域のモニタによっ
て、堆積層の厚さを正確に決定することが可能である。
制御し監視するために使用される方法である。特に、光
学的な監視技術は、ここ１０年において非常に改良され
た。現在、精巧で廉価な可視領域の広帯域のモニタが容
易に利用することができ、赤外線フォトダイオードアレ
イがさらに普及した。これらの広帯域のモニタによっ
て、堆積層の厚さを正確に決定することが可能である。
【０００６】過去において、フィルタの量が制限されて
いる場合において、たとえ、このような普及型またはプ
ロトタイプのコーティングについて大きな市場がある場
合であっても、少量の複合的で薄いフィルムのフィルタ
を設計および製造することは経済的ではなかった。この
理由の一部は、コーティングを設計するためにかかる時
間であり、フィルタをうまく製造する前に、行わなけれ
ばならない試行的な堆積作業の回数である。さらに、堆
積装置がコーティングを正確に堆積することを保証する
ために作業者が常に介入することを必要とすれば、その
コストはさらに増大する。
いる場合において、たとえ、このような普及型またはプ
ロトタイプのコーティングについて大きな市場がある場
合であっても、少量の複合的で薄いフィルムのフィルタ
を設計および製造することは経済的ではなかった。この
理由の一部は、コーティングを設計するためにかかる時
間であり、フィルタをうまく製造する前に、行わなけれ
ばならない試行的な堆積作業の回数である。さらに、堆
積装置がコーティングを正確に堆積することを保証する
ために作業者が常に介入することを必要とすれば、その
コストはさらに増大する。
【０００７】１９９１年に、堆積処理中に作業者の介入
を必要とすることなく、複合的な光学的なコーティング
を機械的に自動的に日常的に製造する自動堆積システム
（ＡＤＳ）を開発するためにカナダのナショナルリサー
チ会議で１つのプロジェクトが開始された。
を必要とすることなく、複合的な光学的なコーティング
を機械的に自動的に日常的に製造する自動堆積システム
（ＡＤＳ）を開発するためにカナダのナショナルリサー
チ会議で１つのプロジェクトが開始された。
【０００８】ＮＲＣＣでの元のｒｆＡＤＳは、回転可能
な基板を有するクライオポンプ室と、３つのｒｆ−スパ
ッタリング・ターゲットと、以下に詳細に説明する広帯
域光モニタとを有する。ターゲットおよび室は、コロナ
真空コータによって設計され製造された。ＡＤＳにおい
て、スパッタリング・ターゲットおよび基板は、垂直方
向に取り付けられる。ターゲットは、システムが絶縁層
においてｒｆ反応性スパッタリングを使用するように金
属または半導体である。ｒｆスパッタリングを用いたＮ
ｂ2 Ｏ5 およびＳｉＯ2 のような材料の通常の堆積速度
は、〜１２ｃｍの標的から基板の距離、〜３ｍトールの
全体圧力および〜１．０の酸素対アルゴンの流れ比の場
合において、〜０．１ｎｍ／ｓである。この基板は、種
々のターゲット位置に基板を揺動するために用いられる
ステップモータによって制御される。この堆積装置は、
（Brook Automation 社（カナダ）のＰＡＬ６８０００
コントローラとして知られている）テクウエアシステム
によって制御される。オペレータは室を真空にし、堆積
作業を開始し、室を換気する多数の異なるシーケンスを
自動的に開始する。
な基板を有するクライオポンプ室と、３つのｒｆ−スパ
ッタリング・ターゲットと、以下に詳細に説明する広帯
域光モニタとを有する。ターゲットおよび室は、コロナ
真空コータによって設計され製造された。ＡＤＳにおい
て、スパッタリング・ターゲットおよび基板は、垂直方
向に取り付けられる。ターゲットは、システムが絶縁層
においてｒｆ反応性スパッタリングを使用するように金
属または半導体である。ｒｆスパッタリングを用いたＮ
ｂ2 Ｏ5 およびＳｉＯ2 のような材料の通常の堆積速度
は、〜１２ｃｍの標的から基板の距離、〜３ｍトールの
全体圧力および〜１．０の酸素対アルゴンの流れ比の場
合において、〜０．１ｎｍ／ｓである。この基板は、種
々のターゲット位置に基板を揺動するために用いられる
ステップモータによって制御される。この堆積装置は、
（Brook Automation 社（カナダ）のＰＡＬ６８０００
コントローラとして知られている）テクウエアシステム
によって制御される。オペレータは室を真空にし、堆積
作業を開始し、室を換気する多数の異なるシーケンスを
自動的に開始する。
【０００９】リアルタイムの処理制御アルゴリズムは、
低速の堆積、すなわち、０．１ｎｍ／ｓの堆積速度にお
いてフィルムの堆積厚さを正確に制御する。この技術
は、十分に広いスペクトル範囲で正確で確かな透過率の
値を得ることができる広帯域の光モニタを必要とする。
また、ターゲットと基板の距離が小さい場合、スパッタ
システムにおける層の堆積を連続的に監視することが困
難なので、この方法は、層の堆積の最後で１つまたは２
つの透過率の測定を行う。
低速の堆積、すなわち、０．１ｎｍ／ｓの堆積速度にお
いてフィルムの堆積厚さを正確に制御する。この技術
は、十分に広いスペクトル範囲で正確で確かな透過率の
値を得ることができる広帯域の光モニタを必要とする。
また、ターゲットと基板の距離が小さい場合、スパッタ
システムにおける層の堆積を連続的に監視することが困
難なので、この方法は、層の堆積の最後で１つまたは２
つの透過率の測定を行う。
【００１０】光学モニタは、水晶ハロゲンランプ源と、
光分配光学装置、広帯域検出器とを有する。光源から平
行にされた光は、室を貫通し、シャッタを通る光を光フ
ァイバの束の円形の開口に集束する無色レンズによって
集められる。束の他の端部において、ファイバは、モノ
クロメータへの入口にスリットを形成するように配置さ
れる。この光は、５１２エレメントのＨａｍａｍａｔｓ
ｕフォトダイオード配列に分散される。光モニタが３８
０ｎｍから８６０ｎｍのスペクトル範囲で測定するよう
に格子が選択される。絶対透過率の測定を行うために、
光モニタの光路の内外に基板を回転することが可能であ
る。これは、基板を有する場合でも、有しない場合にお
いても強度の測定を可能にすることができる。背景を引
いた後に基板の絶対透過率を提供するためにこれらの測
定値は正規化される。この測定方法は完全に自動化され
る。
光分配光学装置、広帯域検出器とを有する。光源から平
行にされた光は、室を貫通し、シャッタを通る光を光フ
ァイバの束の円形の開口に集束する無色レンズによって
集められる。束の他の端部において、ファイバは、モノ
クロメータへの入口にスリットを形成するように配置さ
れる。この光は、５１２エレメントのＨａｍａｍａｔｓ
ｕフォトダイオード配列に分散される。光モニタが３８
０ｎｍから８６０ｎｍのスペクトル範囲で測定するよう
に格子が選択される。絶対透過率の測定を行うために、
光モニタの光路の内外に基板を回転することが可能であ
る。これは、基板を有する場合でも、有しない場合にお
いても強度の測定を可能にすることができる。背景を引
いた後に基板の絶対透過率を提供するためにこれらの測
定値は正規化される。この測定方法は完全に自動化され
る。
【００１１】ＡＤＳシステムの最後のキーエレメント
は、統合された薄いフィルムプログラムであり、このプ
ログラムは、ＡＤＳによって堆積された材料の光定数に
基づいて、まず、複合的な複数層のコーティングを構成
するために使用することができ、次にコーティングの製
造を管理するために使用することができる。このプログ
ラムは、光学モニタの絶対透過率の測定から現在または
前の層の厚さを決定することができる。さらに、このプ
ログラムは、所望のフィルタ仕様を達成するために堆積
中の任意の時間に複数層システムの他の層を再び最適化
することができる。
は、統合された薄いフィルムプログラムであり、このプ
ログラムは、ＡＤＳによって堆積された材料の光定数に
基づいて、まず、複合的な複数層のコーティングを構成
するために使用することができ、次にコーティングの製
造を管理するために使用することができる。このプログ
ラムは、光学モニタの絶対透過率の測定から現在または
前の層の厚さを決定することができる。さらに、このプ
ログラムは、所望のフィルタ仕様を達成するために堆積
中の任意の時間に複数層システムの他の層を再び最適化
することができる。
【００１２】このプログラムは、実際の堆積装置に関す
る詳細を知る必要のない方法で堆積コントローラと統合
される。それが堆積すべき特別の層を必要とするとき、
それは層の材料、所望の厚さおよび処理名を出力するの
に十分である。このコントローラソフトウエアは、基板
が向くように回転される標的、基板が標的の前にある時
間の長さ、および堆積中に使用される堆積パラメータを
決定するために情報を解釈する。薄いフィルムコントロ
ールアルゴリズムとこの方法における堆積システムを分
離することによって、薄いフィルムプログラムに影響を
与えることなく堆積システムおよび方法を完全に変化さ
せることができる。
る詳細を知る必要のない方法で堆積コントローラと統合
される。それが堆積すべき特別の層を必要とするとき、
それは層の材料、所望の厚さおよび処理名を出力するの
に十分である。このコントローラソフトウエアは、基板
が向くように回転される標的、基板が標的の前にある時
間の長さ、および堆積中に使用される堆積パラメータを
決定するために情報を解釈する。薄いフィルムコントロ
ールアルゴリズムとこの方法における堆積システムを分
離することによって、薄いフィルムプログラムに影響を
与えることなく堆積システムおよび方法を完全に変化さ
せることができる。
【００１３】堆積中の所定の層において、厚さプロセス
制御アルゴリズムは、基本的に三段階の動作を有する。 Ｉ． 層堆積の終結 ＩＩ. 堆積される層の厚さの決定 ＩＩＩ. 他の層の厚さの最適合化
制御アルゴリズムは、基本的に三段階の動作を有する。 Ｉ． 層堆積の終結 ＩＩ. 堆積される層の厚さの決定 ＩＩＩ. 他の層の厚さの最適合化
【００１４】ＡＤＳに関しては、段階Ｉ．およびＩＩ．
が一緒に組み合わされる。層の堆積の終結に関連する第
１の段階は、スパッタ堆積がこのシステムで使用される
ので時間のみをベースにすることができる。堆積の不確
定性は、合理的によく制御された処理において、通常
は、１−３％台であり、これは、所望の層の厚さの度を
越さないことを強制し、最初に特定された標的の厚さ
は、所望の厚さの約９５％乃至９７％である。このサブ
層が一旦堆積されると、実際に堆積される層の厚さ、す
なわち、段階ＩＩ．を決定する必要がある。上述したよ
うに、これは、問題の基板またはウイットネススライド
で直接測定した広帯域のモニタ測定を実行することによ
って達成される。薄いフィルムプログラムは、堆積され
た現在の層の厚さを決定するためにこの情報を使用す
る。層の厚さが、所望の厚さに関して特定の厚さの公差
内にない場合、段階Ｉ．およびＩＩ．を繰り返すことが
できる。他の層の厚さは、通常非常に薄い、すなわち、
５ｎｍ未満なので、堆積速度の不確実性は、第２のサブ
層についてあまり重要ではない。また決定された層の厚
さは、必要なサブ層の数を最小限にするために現在の堆
積速度を更新するためにこの情報を使用するコントロー
ラに戻される。最終的な段階は、一旦層が完成すると、
他の層の厚さを再び最適化することに関連する。いくつ
かのフィルタについて、この段階は必要ではないが、他
のフィルタに関しては、もし所望のフィルタの仕様が合
致する場合にはこの再適合化は、重要である。
が一緒に組み合わされる。層の堆積の終結に関連する第
１の段階は、スパッタ堆積がこのシステムで使用される
ので時間のみをベースにすることができる。堆積の不確
定性は、合理的によく制御された処理において、通常
は、１−３％台であり、これは、所望の層の厚さの度を
越さないことを強制し、最初に特定された標的の厚さ
は、所望の厚さの約９５％乃至９７％である。このサブ
層が一旦堆積されると、実際に堆積される層の厚さ、す
なわち、段階ＩＩ．を決定する必要がある。上述したよ
うに、これは、問題の基板またはウイットネススライド
で直接測定した広帯域のモニタ測定を実行することによ
って達成される。薄いフィルムプログラムは、堆積され
た現在の層の厚さを決定するためにこの情報を使用す
る。層の厚さが、所望の厚さに関して特定の厚さの公差
内にない場合、段階Ｉ．およびＩＩ．を繰り返すことが
できる。他の層の厚さは、通常非常に薄い、すなわち、
５ｎｍ未満なので、堆積速度の不確実性は、第２のサブ
層についてあまり重要ではない。また決定された層の厚
さは、必要なサブ層の数を最小限にするために現在の堆
積速度を更新するためにこの情報を使用するコントロー
ラに戻される。最終的な段階は、一旦層が完成すると、
他の層の厚さを再び最適化することに関連する。いくつ
かのフィルタについて、この段階は必要ではないが、他
のフィルタに関しては、もし所望のフィルタの仕様が合
致する場合にはこの再適合化は、重要である。
【００１５】ＡＤＳの良好な性能でフィルタを製造する
上で重大なのは、堆積されたフィルタを正確に成形する
ことができるという前提である。これは、経験的な透過
率データに基づいて層の厚さを正確に決定することを可
能にする。もしこれが達成されない場合には、複数層の
製造を正確に制御することは不可能である。有利なこと
には、材料の光学的な定数は、よく特徴付けされる場合
には、層の決定に関する問題は、通常は、層の決定方法
を変更するか、複数層の分解を調整することによって処
理される。薄いフィルムプログラムを用いて、コーティ
ングを製造する前にＡＤＳで堆積処理をシミュレート
し、層の決定計画を受け入れることができるかどうかを
見ることが可能である。
上で重大なのは、堆積されたフィルタを正確に成形する
ことができるという前提である。これは、経験的な透過
率データに基づいて層の厚さを正確に決定することを可
能にする。もしこれが達成されない場合には、複数層の
製造を正確に制御することは不可能である。有利なこと
には、材料の光学的な定数は、よく特徴付けされる場合
には、層の決定に関する問題は、通常は、層の決定方法
を変更するか、複数層の分解を調整することによって処
理される。薄いフィルムプログラムを用いて、コーティ
ングを製造する前にＡＤＳで堆積処理をシミュレート
し、層の決定計画を受け入れることができるかどうかを
見ることが可能である。
【００１６】層の決定処理を設定する際に、製造される
フィルタの性質に依存する多数の要因を考慮することが
必要になる。例えば、層が堆積した後、フィルタの透過
率にの変化が検出可能であるように、層の厚さが最小限
であることが要求される。もし、複数層が製造され、そ
の結果のフィルタ性能が仕様内にない場合には、堆積処
理の間に行われるすべての透過率の測定が省かれるの
で、再生モードに入ることが可能である。この特徴によ
って、オペレータは、複数層の堆積を迅速に検証し、問
題の層がある場合には正確に指摘することができる。ま
た、さらによい解決法が得られるかどうかを見るために
再生モードでいくつかの層の決定パラメータを再調整す
ることができる。例えば、所定の層の厚さを正確に決定
することは、複数層のシステムに依存しているので困難
である。この場合、時間のみによって現在の層を堆積
し、次の層を堆積した後、透過率の測定を使用し、双方
の層の厚さを正確に決定することが最もよい。他の層を
再び最適化することは、これらの層において厚さのエラ
ーを計算に入れるために使用することができる。
フィルタの性質に依存する多数の要因を考慮することが
必要になる。例えば、層が堆積した後、フィルタの透過
率にの変化が検出可能であるように、層の厚さが最小限
であることが要求される。もし、複数層が製造され、そ
の結果のフィルタ性能が仕様内にない場合には、堆積処
理の間に行われるすべての透過率の測定が省かれるの
で、再生モードに入ることが可能である。この特徴によ
って、オペレータは、複数層の堆積を迅速に検証し、問
題の層がある場合には正確に指摘することができる。ま
た、さらによい解決法が得られるかどうかを見るために
再生モードでいくつかの層の決定パラメータを再調整す
ることができる。例えば、所定の層の厚さを正確に決定
することは、複数層のシステムに依存しているので困難
である。この場合、時間のみによって現在の層を堆積
し、次の層を堆積した後、透過率の測定を使用し、双方
の層の厚さを正確に決定することが最もよい。他の層を
再び最適化することは、これらの層において厚さのエラ
ーを計算に入れるために使用することができる。
【００１７】多数の異なるタイプのフィルタは、過去何
年かにわたってｒｆ−ＡＤで製造された。これらは、エ
ッジフィルタ、狭い帯域の透過率フィルタ、ノッチフィ
ルタ、色度測定、非反射フィルタ、カスタムバンドパス
フィルタ、並びに金属／誘電コーティングのような全誘
電コーティングを含む。
年かにわたってｒｆ−ＡＤで製造された。これらは、エ
ッジフィルタ、狭い帯域の透過率フィルタ、ノッチフィ
ルタ、色度測定、非反射フィルタ、カスタムバンドパス
フィルタ、並びに金属／誘電コーティングのような全誘
電コーティングを含む。
【００１８】ｒｆ−ＡＤＳは、複合的な光学フィルタを
自動的に製造することができることが証明された。しか
しながら、生産堆積システムとして使用を阻害するこの
システムに対するいくつかの制限、すなわち、低堆積速
度、およびいくぶん制限される厚さの均一性がある。い
くつかのフィルタの設計は、堆積するのに２１時間かか
る。よって、堆積速度を非常に増大すると同時に厚さの
均一性を増加することが非常に有利である。
自動的に製造することができることが証明された。しか
しながら、生産堆積システムとして使用を阻害するこの
システムに対するいくつかの制限、すなわち、低堆積速
度、およびいくぶん制限される厚さの均一性がある。い
くつかのフィルタの設計は、堆積するのに２１時間かか
る。よって、堆積速度を非常に増大すると同時に厚さの
均一性を増加することが非常に有利である。
【００１９】近年、０．７ｎｍ／ｓ台の速度でフィルム
を堆積することができる高速スパッタ源が利用できるよ
うになった。都合のよくないことに、このようなスパッ
タ源を使用するとき、フィルムの厚さを必要な程度の精
度で決定することができないことが分かった。その結
果、低速で作動するＡＤＳシステムは、低速ではよく作
動するが、市販される速度では自動的に複合的なフィル
ムを堆積するために使用することができない。
を堆積することができる高速スパッタ源が利用できるよ
うになった。都合のよくないことに、このようなスパッ
タ源を使用するとき、フィルムの厚さを必要な程度の精
度で決定することができないことが分かった。その結
果、低速で作動するＡＤＳシステムは、低速ではよく作
動するが、市販される速度では自動的に複合的なフィル
ムを堆積するために使用することができない。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、比較
的高速で作動することができる自動堆積システムを提供
することである。
的高速で作動することができる自動堆積システムを提供
することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】従って、本発明の１つの
側面によれば、堆積室で層の少なくとも一部を高速の反
応性堆積で順に堆積し、前記堆積層の光学的な測定を行
うことによって層の堆積中に１回またはそれ以上の回数
で堆積層の厚さを決定し、堆積層のモデルから得られた
理論的な値を前記測定から得られた対応する実際の値に
適合し、堆積層の均質性を保証するために処理変数を制
御して前記理論的モデルから有効な厚さの決定を行う少
なくとも２つの材料のタイプの複数層から成る複合的な
複数層コーティングを基板上に堆積する堆積方法が提供
される。
側面によれば、堆積室で層の少なくとも一部を高速の反
応性堆積で順に堆積し、前記堆積層の光学的な測定を行
うことによって層の堆積中に１回またはそれ以上の回数
で堆積層の厚さを決定し、堆積層のモデルから得られた
理論的な値を前記測定から得られた対応する実際の値に
適合し、堆積層の均質性を保証するために処理変数を制
御して前記理論的モデルから有効な厚さの決定を行う少
なくとも２つの材料のタイプの複数層から成る複合的な
複数層コーティングを基板上に堆積する堆積方法が提供
される。
【００２２】例えば、測定される光学的な測定の特性
は、１つまたはそれ以上の波長の透過率、屈折率または
偏光解析値である。理論的な値は、モデルの計算された
データを測定データに適合するために理論的なモデルに
堆積層の１つまたはそれ以上の層を調節することによっ
て得ることができる。
は、１つまたはそれ以上の波長の透過率、屈折率または
偏光解析値である。理論的な値は、モデルの計算された
データを測定データに適合するために理論的なモデルに
堆積層の１つまたはそれ以上の層を調節することによっ
て得ることができる。
【００２３】堆積速度を増大するために、二つのａｃ−
マグネトロン源を使用する。これらのマグネトロン源に
よって０．７ｎｍ／秒台の高速を得ることができる。こ
の仕様において、高速は、通常、０．５ｎｍ／ｓ台以上
の堆積速度を言い、低速は、０．１ｎｍ／ｓ台の堆積速
度を言う。しかしながら、上述したように高速源が使用
されるとき、堆積層の厚さを正確に決定することができ
ないことが分かった。
マグネトロン源を使用する。これらのマグネトロン源に
よって０．７ｎｍ／秒台の高速を得ることができる。こ
の仕様において、高速は、通常、０．５ｎｍ／ｓ台以上
の堆積速度を言い、低速は、０．１ｎｍ／ｓ台の堆積速
度を言う。しかしながら、上述したように高速源が使用
されるとき、堆積層の厚さを正確に決定することができ
ないことが分かった。
【００２４】発明者は、これが、高速源を使用するとき
の堆積される非均一な性質によるものであることを知得
した。この性質は、堆積電力が変化したとき、処理変数
がうまく制御されないことによって化学量論的な喪失か
ら生じるものである。例えば、Ｎｂ2 Ｏ5 の反応性スパ
ッタ堆積の場合、層は、酸素およびアルゴンが存在する
スパッタリング室のニオビウム（Ｎｂ）ターゲットを射
突することによって正規に堆積される。ＮｂおよびＯの
原子は、ターゲット面から放出され、基板の表面で化合
してＮｂ2 Ｏ5 を生成する。さらに、プラズマからの酸
素原子は、基板の表面で成長するフィルムと相互に作用
する。また酸素は、室の壁に堆積した余分のニオビウム
によって取り除かれる。もし、Ｎｂ標的に適用される電
力が変化する場合には、これは、Ｎｂ原子の堆積速度を
変化させ、これは、酸素のゲタリングに非常に影響を与
える。これは、もし酸素流が一定に維持される場合に
は、室内の酸素の低圧および高圧の部分圧を生じる。も
し堆積電力が変化し、一定の酸素部分圧を維持するため
に酸素流を迅速に調整しないならば、成長フィルムの化
学量論に影響を与える。低電力である間に、流速の調整
を十分に迅速に調整することができるが、これは高電力
では真実ではない。これは厚さ方向に堆積フィルムの異
質性を生じる。同種のフィルムが堆積されることが仮定
されるので、これらの異質性は、ＡＤＳ厚さ決定アルゴ
リズムに影響を与える。
の堆積される非均一な性質によるものであることを知得
した。この性質は、堆積電力が変化したとき、処理変数
がうまく制御されないことによって化学量論的な喪失か
ら生じるものである。例えば、Ｎｂ2 Ｏ5 の反応性スパ
ッタ堆積の場合、層は、酸素およびアルゴンが存在する
スパッタリング室のニオビウム（Ｎｂ）ターゲットを射
突することによって正規に堆積される。ＮｂおよびＯの
原子は、ターゲット面から放出され、基板の表面で化合
してＮｂ2 Ｏ5 を生成する。さらに、プラズマからの酸
素原子は、基板の表面で成長するフィルムと相互に作用
する。また酸素は、室の壁に堆積した余分のニオビウム
によって取り除かれる。もし、Ｎｂ標的に適用される電
力が変化する場合には、これは、Ｎｂ原子の堆積速度を
変化させ、これは、酸素のゲタリングに非常に影響を与
える。これは、もし酸素流が一定に維持される場合に
は、室内の酸素の低圧および高圧の部分圧を生じる。も
し堆積電力が変化し、一定の酸素部分圧を維持するため
に酸素流を迅速に調整しないならば、成長フィルムの化
学量論に影響を与える。低電力である間に、流速の調整
を十分に迅速に調整することができるが、これは高電力
では真実ではない。これは厚さ方向に堆積フィルムの異
質性を生じる。同種のフィルムが堆積されることが仮定
されるので、これらの異質性は、ＡＤＳ厚さ決定アルゴ
リズムに影響を与える。
【００２５】好ましい実施例において、フィルムの同質
性は、ガスの一定の部分圧を維持するように反応ガス、
通常酸素の流量を変化することによって達成される。
性は、ガスの一定の部分圧を維持するように反応ガス、
通常酸素の流量を変化することによって達成される。
【００２６】最初に高速で層を堆積し、測定された透過
率と、層が同質であるという仮定の下に計算された透過
率とを比較することによって透過率測定値から厚さを決
定することが好ましい。次に残りの厚さが低速で堆積さ
れる。通常、所望の層の厚さの９５−９７％が高速で堆
積される。もし、厚さの測定値が、適当な厚さを越えて
いることを示すならば、残りの層について補償調整が行
われる。
率と、層が同質であるという仮定の下に計算された透過
率とを比較することによって透過率測定値から厚さを決
定することが好ましい。次に残りの厚さが低速で堆積さ
れる。通常、所望の層の厚さの９５−９７％が高速で堆
積される。もし、厚さの測定値が、適当な厚さを越えて
いることを示すならば、残りの層について補償調整が行
われる。
【００２７】他の側面によれば、本発明は、堆積処理を
監視し、リアルタイムで少なくとも１つの処理変数を制
御しながら、反応性堆積室で前記層を順に堆積して可変
電力設定を可能にし、各層に所望の特徴を与え、同じ電
力設定の同じ材料のタイプの前の層の堆積の最終段階の
最後の処理変数の値に合致するようにその材料のタイプ
の第１の層を除いて各層の堆積の始めの少なくとも１つ
の処理変数を設定する少なくとも２つの材料のタイプの
複数層から成る複合的な複数層のコーティングを基板上
に堆積する堆積方法を提供する。
監視し、リアルタイムで少なくとも１つの処理変数を制
御しながら、反応性堆積室で前記層を順に堆積して可変
電力設定を可能にし、各層に所望の特徴を与え、同じ電
力設定の同じ材料のタイプの前の層の堆積の最終段階の
最後の処理変数の値に合致するようにその材料のタイプ
の第１の層を除いて各層の堆積の始めの少なくとも１つ
の処理変数を設定する少なくとも２つの材料のタイプの
複数層から成る複合的な複数層のコーティングを基板上
に堆積する堆積方法を提供する。
【００２８】上述した処理変数は、通常、反応性ガス、
例えば酸素の流量である。
例えば酸素の流量である。
【００２９】さらに本発明は、反応性堆積によって堆積
される少なくとも２つの材料源を有する堆積室と、前記
堆積層の光学的な特性を測定する前記室内の測定装置
と、堆積層のモデルから得られた理論的な値を前記光学
的な特性の測定から得られた対応する実際の値に適合す
る装置と、前記有効な厚さの決定が前記理論的なモデル
から行われるように堆積層の均質性を保証するために連
続的に処理変数を制御する装置とを有する少なくとも２
つの材料のタイプの複数層から成る複合的な複数層のコ
ーティングを基板上に堆積する装置を提供する。
される少なくとも２つの材料源を有する堆積室と、前記
堆積層の光学的な特性を測定する前記室内の測定装置
と、堆積層のモデルから得られた理論的な値を前記光学
的な特性の測定から得られた対応する実際の値に適合す
る装置と、前記有効な厚さの決定が前記理論的なモデル
から行われるように堆積層の均質性を保証するために連
続的に処理変数を制御する装置とを有する少なくとも２
つの材料のタイプの複数層から成る複合的な複数層のコ
ーティングを基板上に堆積する装置を提供する。
【００３０】
【発明の実施の形態】本発明の一実施例を添付図面を参
照してさらに詳細に説明する。
照してさらに詳細に説明する。
【００３１】図１に示すように、円筒形スパッタリング
室は、クライオポンプ２と、２つのスパッタ源３と、基
板５を支持するケージ４とを有する。このケージ４は、
ステップモータ６を有する垂直軸線の周りで回転するこ
とができる。
室は、クライオポンプ２と、２つのスパッタ源３と、基
板５を支持するケージ４とを有する。このケージ４は、
ステップモータ６を有する垂直軸線の周りで回転するこ
とができる。
【００３２】基板５は、２つの垂直方向の、金属または
半導体ターゲットの前方に配置される。酸素の層を得る
ために、マグネトロン源は、Ａｒおよび酸素ガスで充填
された室内で作動される。
半導体ターゲットの前方に配置される。酸素の層を得る
ために、マグネトロン源は、Ａｒおよび酸素ガスで充填
された室内で作動される。
【００３３】また室は、光源６を有し、基板が光ビーム
８内にあるようにケージを回転することによって光透過
率の測定を行うことができるように光源６の反対側に格
子およびＰＤＡ（フォトダイオード配列）７がある。光
モニタシステムは、４００乃至８００ｎｍスペクトル領
域で基板の透過率を測定することができる。入口９は、
アルゴンおよび酸素混合物を入れ、圧力センサ１０は、
正規には約３ｍトールである室内の全体圧を測定する。
８内にあるようにケージを回転することによって光透過
率の測定を行うことができるように光源６の反対側に格
子およびＰＤＡ（フォトダイオード配列）７がある。光
モニタシステムは、４００乃至８００ｎｍスペクトル領
域で基板の透過率を測定することができる。入口９は、
アルゴンおよび酸素混合物を入れ、圧力センサ１０は、
正規には約３ｍトールである室内の全体圧を測定する。
【００３４】スパッタ源３は、４０ｋＨｚ、１０ｋＷア
ドバンスエネルギー電力供給源に接続された２つのデュ
アルＡＣマグネトロン源（〜８×４０ｃｍ）から成る。
２つのデュアルＡＣマグネトロン源および室は、日本の
東京のシンクロン社によって製造されている。このシス
テムは、ブルックオートメーション（カナダ）によって
製造されたＴｅｃｗａｒｅ ＋コントローラである処理
コントロールコンピュータ１２によって制御される。他
のコンピュータ１３は複合的な複数層のシステムの堆積
用のリアルタイム処理コントロールアルゴリズムでプロ
グラムを実行する。この光学モニタは、HamamatsuPMA-5
0 の光学モニタである。
ドバンスエネルギー電力供給源に接続された２つのデュ
アルＡＣマグネトロン源（〜８×４０ｃｍ）から成る。
２つのデュアルＡＣマグネトロン源および室は、日本の
東京のシンクロン社によって製造されている。このシス
テムは、ブルックオートメーション（カナダ）によって
製造されたＴｅｃｗａｒｅ ＋コントローラである処理
コントロールコンピュータ１２によって制御される。他
のコンピュータ１３は複合的な複数層のシステムの堆積
用のリアルタイム処理コントロールアルゴリズムでプロ
グラムを実行する。この光学モニタは、HamamatsuPMA-5
0 の光学モニタである。
【００３５】基本的な制御システムは第２図に示され
る。このシステムは、一方がプロセス制御、他方が厚さ
決定処理用の２つのコンピュータ１２，１３を使用する
が、それは２つの処理のために共通のコンピュータを使
用することができる。それはこの技術分野の当業者によ
って理解されるであろう。各コンピュータは、各メモリ
１６，１７と関連する。
る。このシステムは、一方がプロセス制御、他方が厚さ
決定処理用の２つのコンピュータ１２，１３を使用する
が、それは２つの処理のために共通のコンピュータを使
用することができる。それはこの技術分野の当業者によ
って理解されるであろう。各コンピュータは、各メモリ
１６，１７と関連する。
【００３６】コンピュータ１２は、厚さ決定コンピュー
タ１３および圧力センサ１０からの入力を受け、室内の
全圧を測定する。これは酸素の部分圧に比例する。なぜ
ならば、アルゴンは十分には変化しないからである。コ
ンピュータ１２は、制御ユニット１１で酸素流量を変化
させることによって、酸素の部分圧を維持する。コンピ
ュータ１２は電力制御ユニット１４で源３に適用される
電力水準を制御することによって堆積速度を制御する。
タ１３および圧力センサ１０からの入力を受け、室内の
全圧を測定する。これは酸素の部分圧に比例する。なぜ
ならば、アルゴンは十分には変化しないからである。コ
ンピュータ１２は、制御ユニット１１で酸素流量を変化
させることによって、酸素の部分圧を維持する。コンピ
ュータ１２は電力制御ユニット１４で源３に適用される
電力水準を制御することによって堆積速度を制御する。
【００３７】堆積が始まる前に、所望のフィルタ構成が
コンピュータ１３にダウンロードされる。基板が堆積室
に配置され、ＡＤＳの圧力が自動的に低下され、それ
は、所定の時間すなわち、ベース圧力が承認できる水準
に達するまで待機する。この時点で、室内でプラズマが
点火され、スパッタリングターゲットが予めクリーンに
される。堆積システムが準備されたとき、コントローラ
は、薄いプログラムからの第１の層に関する情報を要求
する。
コンピュータ１３にダウンロードされる。基板が堆積室
に配置され、ＡＤＳの圧力が自動的に低下され、それ
は、所定の時間すなわち、ベース圧力が承認できる水準
に達するまで待機する。この時点で、室内でプラズマが
点火され、スパッタリングターゲットが予めクリーンに
される。堆積システムが準備されたとき、コントローラ
は、薄いプログラムからの第１の層に関する情報を要求
する。
【００３８】図３に示すように、プログラムは、まず現
在の層を細別し、次に所望の厚さおよび層（Ｂ）の処理
名と共に現在の層の材料名を送る。コントローラは、特
定の層の堆積のスパッタリング時間を計算し、堆積パラ
メータを変更した後、所望の時間適当なターゲットに基
板を回転する。層を高速、すなわち、通常は０．７ｎｍ
／秒で堆積した後、コントローラは、薄いフィルムプロ
グラムを実行し、これは、３８０乃至８６０ｎｍのスペ
クトル領域上で基板の広帯域光学モニタ透過率測定を開
始する（Ｄ）。
在の層を細別し、次に所望の厚さおよび層（Ｂ）の処理
名と共に現在の層の材料名を送る。コントローラは、特
定の層の堆積のスパッタリング時間を計算し、堆積パラ
メータを変更した後、所望の時間適当なターゲットに基
板を回転する。層を高速、すなわち、通常は０．７ｎｍ
／秒で堆積した後、コントローラは、薄いフィルムプロ
グラムを実行し、これは、３８０乃至８６０ｎｍのスペ
クトル領域上で基板の広帯域光学モニタ透過率測定を開
始する（Ｄ）。
【００３９】薄いフィルムプログラムは、このデータを
使用し、計算された透過率データと最もよい適合を見つ
けることによって堆積される実際の層の厚さを決定する
（Ｅ）。これは、測定データと最良の合致が得られるま
で、理論的なモデルで層の厚さを調整することによって
達成される。
使用し、計算された透過率データと最もよい適合を見つ
けることによって堆積される実際の層の厚さを決定する
（Ｅ）。これは、測定データと最良の合致が得られるま
で、理論的なモデルで層の厚さを調整することによって
達成される。
【００４０】もし、堆積による厚さが十分ではない場合
には（Ｆ）、ステップ（Ｂ）乃至（Ｅ）は、厚さが所望
の厚さの特定の公差内になるまで、低速で通常０．１ｎ
ｍ／ｓで繰り返される。堆積された厚さが厚すぎると
き、または予測されるフィルタ性能が承認できない場合
には、次の層が堆積される前に（Ｈ）、残りの層の厚さ
を最適化することができる（Ｇ）。この処理は、すべて
の層が堆積されるまで繰り返される。しばしば、堆積中
に再最適化は必要ではなくなる。なぜならば、層の厚さ
の制御は、１ｎｍ以内またはそれ以上に正確に行われる
からである。
には（Ｆ）、ステップ（Ｂ）乃至（Ｅ）は、厚さが所望
の厚さの特定の公差内になるまで、低速で通常０．１ｎ
ｍ／ｓで繰り返される。堆積された厚さが厚すぎると
き、または予測されるフィルタ性能が承認できない場合
には、次の層が堆積される前に（Ｈ）、残りの層の厚さ
を最適化することができる（Ｇ）。この処理は、すべて
の層が堆積されるまで繰り返される。しばしば、堆積中
に再最適化は必要ではなくなる。なぜならば、層の厚さ
の制御は、１ｎｍ以内またはそれ以上に正確に行われる
からである。
【００４１】反応性スパッタリングにおいて、（酸素ま
たは窒素のような）反応性ガスは、アルゴンと共に堆積
室内に導入される。ガス流が十分に早いときに、誘電
（絶縁）層がターゲット表面に形成される。この方法
は、ポイソンターゲットモード・スパッタリングとして
知られており、それは、ほとんどまたは全く吸収のない
最良の品質を生じる。正のＡｒイオンは、基板をコート
する金属および酸素原子の双方を放出する。さらに、プ
ラズマ内の酸素原子は、基板上の成長絶縁フィルムと反
応する。ＤＣ電圧がターゲットに適用されるとき、絶縁
層はすぐに充電され、プラズマが消え、スパッタリング
が停止する。これを避けるために、ＡＣ電圧のｒｆがタ
ーゲットに適用される。これによって、ターゲット上に
負の電圧が維持され、スパッタリング処理が維持され
る。
たは窒素のような）反応性ガスは、アルゴンと共に堆積
室内に導入される。ガス流が十分に早いときに、誘電
（絶縁）層がターゲット表面に形成される。この方法
は、ポイソンターゲットモード・スパッタリングとして
知られており、それは、ほとんどまたは全く吸収のない
最良の品質を生じる。正のＡｒイオンは、基板をコート
する金属および酸素原子の双方を放出する。さらに、プ
ラズマ内の酸素原子は、基板上の成長絶縁フィルムと反
応する。ＤＣ電圧がターゲットに適用されるとき、絶縁
層はすぐに充電され、プラズマが消え、スパッタリング
が停止する。これを避けるために、ＡＣ電圧のｒｆがタ
ーゲットに適用される。これによって、ターゲット上に
負の電圧が維持され、スパッタリング処理が維持され
る。
【００４２】反応性マグネトロンスパッタリングによっ
て生じたフィルムが正しい組成分（化学量論的に）を有
することが重要である。室内の酸素（反応性）ガス金属
ターゲットからの酸素層の堆積を考慮する。もし、室内
の酸素があまりにも多い場合、または余りにも少ない場
合には、フィルムの屈折率が変化することが経験的に分
かっている。また、化学量論的な欠如は、フィルムの吸
収の増大につながる。例えば、その圧力以下で金属フィ
ルムの近くでカバーされない金属モードでスパッタリン
グが起こる、酸素の部分圧がある（図４参照）。この酸
素の部分圧以上で、ターゲット表面は、一部または全体
が酸化され、ほとんどまたは全く吸収のない酸化フィル
ムを生じる。この理由によって、通常、動作酸素部分圧
は、この遷移酸素部分圧以上の安全値になるように選択
される。
て生じたフィルムが正しい組成分（化学量論的に）を有
することが重要である。室内の酸素（反応性）ガス金属
ターゲットからの酸素層の堆積を考慮する。もし、室内
の酸素があまりにも多い場合、または余りにも少ない場
合には、フィルムの屈折率が変化することが経験的に分
かっている。また、化学量論的な欠如は、フィルムの吸
収の増大につながる。例えば、その圧力以下で金属フィ
ルムの近くでカバーされない金属モードでスパッタリン
グが起こる、酸素の部分圧がある（図４参照）。この酸
素の部分圧以上で、ターゲット表面は、一部または全体
が酸化され、ほとんどまたは全く吸収のない酸化フィル
ムを生じる。この理由によって、通常、動作酸素部分圧
は、この遷移酸素部分圧以上の安全値になるように選択
される。
【００４３】反応性スパッタリング処理の間に、アルゴ
ン流が一定であると仮定すれば、酸素流は、室内でアル
ゴンおよび酸素の一定の全体圧を維持するように調節さ
れる。スパッタリングが生じるようにマグネトロンター
ゲットに十分に高い電力が加えられる。基板上におよび
室の壁に堆積された金属は、室内の酸素ガスと反応し、
化合物を生成する。その結果、第１の室内の自由酸素の
量は、減少する。（酸素の選択的な供給と同様のこの処
理は、“ゲッタリング”として知られている。）しかし
ながら、この方法は、アルゴンの流れを一定に維持しな
がら、アルゴンおよび酸素の全体の一定圧を維持するの
で、酸素の流れは増加する。やがて、安定した状態が再
び確立される。この安定した状態を得るために必要な時
間は、マグネトロンに加えられる電力量および酸素流を
制御するＰＩＤパラメータに依存する。
ン流が一定であると仮定すれば、酸素流は、室内でアル
ゴンおよび酸素の一定の全体圧を維持するように調節さ
れる。スパッタリングが生じるようにマグネトロンター
ゲットに十分に高い電力が加えられる。基板上におよび
室の壁に堆積された金属は、室内の酸素ガスと反応し、
化合物を生成する。その結果、第１の室内の自由酸素の
量は、減少する。（酸素の選択的な供給と同様のこの処
理は、“ゲッタリング”として知られている。）しかし
ながら、この方法は、アルゴンの流れを一定に維持しな
がら、アルゴンおよび酸素の全体の一定圧を維持するの
で、酸素の流れは増加する。やがて、安定した状態が再
び確立される。この安定した状態を得るために必要な時
間は、マグネトロンに加えられる電力量および酸素流を
制御するＰＩＤパラメータに依存する。
【００４４】図５の概略図から分かるように、低電力に
おいて、酸素流量は小さく、薄いフィルムの堆積に必要
な時間に回復が迅速で酸素流は比較的に安定している。
高電力スパッタリングの間に、ゲッタリングは非常に大
きく、所定のフィルムの厚さを堆積するために必要な時
間は、低速の堆積に比較してさらに短い。その結果、酸
素流量は、層の形成の間に非常に顕著に変化する。酸素
流量の変化は、酸素の部分圧の変化を生じる（図６）。
これは、層内の屈折率の変化を生じる。図７の概略図
は、低速で堆積される大部分のフィルム上で屈折率が一
定であることを示す。しかしながら、高速において、ガ
ス使用法を使用することによって、コーティングの屈折
率は、コーティングにわたって変化する。室内の酸素部
分圧の変化は、ガススキャッタリングを通るフィルムの
品質に大きな影響を与える。これは、フィルムの微小構
造および屈折率に影響を与える。これらの影響は、層の
低速の堆積において余り重要ではないが、高速の堆積に
おいて屈折率の異質性によっていくつかの問題を生じ
る。
おいて、酸素流量は小さく、薄いフィルムの堆積に必要
な時間に回復が迅速で酸素流は比較的に安定している。
高電力スパッタリングの間に、ゲッタリングは非常に大
きく、所定のフィルムの厚さを堆積するために必要な時
間は、低速の堆積に比較してさらに短い。その結果、酸
素流量は、層の形成の間に非常に顕著に変化する。酸素
流量の変化は、酸素の部分圧の変化を生じる（図６）。
これは、層内の屈折率の変化を生じる。図７の概略図
は、低速で堆積される大部分のフィルム上で屈折率が一
定であることを示す。しかしながら、高速において、ガ
ス使用法を使用することによって、コーティングの屈折
率は、コーティングにわたって変化する。室内の酸素部
分圧の変化は、ガススキャッタリングを通るフィルムの
品質に大きな影響を与える。これは、フィルムの微小構
造および屈折率に影響を与える。これらの影響は、層の
低速の堆積において余り重要ではないが、高速の堆積に
おいて屈折率の異質性によっていくつかの問題を生じ
る。
【００４５】低速では、同じ材料の各層の堆積において
同じ最初の（固定）酸素ガスを割り当てながら、一定の
全体のガス圧およびアルゴンの一定流を維持することが
できる。電力が変化するときに、フィルムの吸収を避け
るために、最初の固定値は、安定した状態のスパッタリ
ングの間に必要とされるもの以上の過剰な酸素流を提供
する。よって酸素流は、この場合において低下する。ガ
ス制御アルゴリズムは、ガス圧全体を一定に維持するた
めに酸素ガス流を自動的に調整する。ＰＩＤ酸素流制御
パラメータは、全体のガス圧の変化を避けるために選択
される。このアルゴリズムは、堆積電力が変化したと
き、または、ガス送り速度がゆっくりと変化する場合
に、自動的に酸素ガス流を調整する。上述した方法は低
速では満足のゆくものであるが、高速では全く不適当で
ある。
同じ最初の（固定）酸素ガスを割り当てながら、一定の
全体のガス圧およびアルゴンの一定流を維持することが
できる。電力が変化するときに、フィルムの吸収を避け
るために、最初の固定値は、安定した状態のスパッタリ
ングの間に必要とされるもの以上の過剰な酸素流を提供
する。よって酸素流は、この場合において低下する。ガ
ス制御アルゴリズムは、ガス圧全体を一定に維持するた
めに酸素ガス流を自動的に調整する。ＰＩＤ酸素流制御
パラメータは、全体のガス圧の変化を避けるために選択
される。このアルゴリズムは、堆積電力が変化したと
き、または、ガス送り速度がゆっくりと変化する場合
に、自動的に酸素ガス流を調整する。上述した方法は低
速では満足のゆくものであるが、高速では全く不適当で
ある。
【００４６】図８は、大きな定数の動力がニオビウムの
高速のａｃマグネトロンの源に加えられた後に、時間の
関数として、経験的に測定された酸素流を示す。旧式の
ガス制御方法は、４つの別になったＮｂ2 Ｏ5 を堆積す
るために使用される。（Ｎｂ2 Ｏ5 層の間においては、
ＳｉＯ2 層も堆積される。）同じ最初の酸素流量が各層
の始めに使用される。この量は、吸収問題を避けるため
に十分に高い。酸素流は、全体のアルゴンおよび酸素圧
を一定に維持するために調整される。酸素圧において大
きな低下があることが分かる。供給速度における変動は
酸素圧が４つの層において安定化される異なる水準に要
因がある。
高速のａｃマグネトロンの源に加えられた後に、時間の
関数として、経験的に測定された酸素流を示す。旧式の
ガス制御方法は、４つの別になったＮｂ2 Ｏ5 を堆積す
るために使用される。（Ｎｂ2 Ｏ5 層の間においては、
ＳｉＯ2 層も堆積される。）同じ最初の酸素流量が各層
の始めに使用される。この量は、吸収問題を避けるため
に十分に高い。酸素流は、全体のアルゴンおよび酸素圧
を一定に維持するために調整される。酸素圧において大
きな低下があることが分かる。供給速度における変動は
酸素圧が４つの層において安定化される異なる水準に要
因がある。
【００４７】図９は、酸素流の変化から生じる対応する
ニオビウムターゲット電圧を示す。ターゲット電圧は、
堆積状態が安定位置するとき、およびフィルムの屈折率
が一定であるとき、良好に指示される。これらの曲線の
間の合意はさらによいが、各層の堆積の始めにおいては
大きい変化がある。４つの層が著しい屈折率の非均質性
を有することは確かである。
ニオビウムターゲット電圧を示す。ターゲット電圧は、
堆積状態が安定位置するとき、およびフィルムの屈折率
が一定であるとき、良好に指示される。これらの曲線の
間の合意はさらによいが、各層の堆積の始めにおいては
大きい変化がある。４つの層が著しい屈折率の非均質性
を有することは確かである。
【００４８】層の屈折率の非均質性は、厚さ制御方法の
精度に大きな影響を与える。ＡＤＳに複合的な複数層フ
ィルタを堆積する上で重要な点は、透過率の値に基づい
て層の厚さを正確に決定することである。厚さを決定す
る本方法は、すべての層が均質であるモデルを仮定す
る。このモデルは、もし、層の屈折率に非均質性がある
場合には、もはや、有効ではない。非均質性を計算に入
れるためにモデルを変形することは実際的ではない。こ
れは、分析を非常に複雑にし、これらの非均質性が層に
よって、またプログラムの実行によって変化するという
事実において使用することを可能にするためには非常に
複雑なモデルを使用しなければならない。また、大きな
非均質性の存在が無視される場合には、その後、厚さを
決定するソフトウエアが正しくない厚さに対応するよう
に起動される。これが起こると、所望のフィルタを正確
に堆積することは全く不可能になる。
精度に大きな影響を与える。ＡＤＳに複合的な複数層フ
ィルタを堆積する上で重要な点は、透過率の値に基づい
て層の厚さを正確に決定することである。厚さを決定す
る本方法は、すべての層が均質であるモデルを仮定す
る。このモデルは、もし、層の屈折率に非均質性がある
場合には、もはや、有効ではない。非均質性を計算に入
れるためにモデルを変形することは実際的ではない。こ
れは、分析を非常に複雑にし、これらの非均質性が層に
よって、またプログラムの実行によって変化するという
事実において使用することを可能にするためには非常に
複雑なモデルを使用しなければならない。また、大きな
非均質性の存在が無視される場合には、その後、厚さを
決定するソフトウエアが正しくない厚さに対応するよう
に起動される。これが起こると、所望のフィルタを正確
に堆積することは全く不可能になる。
【００４９】図１０はこの一例を示す。図１０は、Ｎｂ
2 Ｏ5 およびＳｉＯ2 に基づいて、上述したガス制御ア
ルゴリズムで図３に概略的に示された処理制御を使用し
て高速ａｃマグネトロンスパッタリングによって生じた
３つの３５層の２つのピーク干渉フィルタの測定された
透過率曲線を示す。このフィルタの屈折率プロフィール
を図１１に示す。所望の層の厚さの最初の９５−９７％
が高速で堆積されるが（これは市販されている装置のた
めに必要である。）、残りの３−５％は、所望の全体層
の厚さを正確に得るために低速で堆積される。動作にお
いて繰り返し性がよくないことおよびフィルタが、通常
有すると仮定される矩形のバンドパス形状を有しないこ
とに留意すべきである。これらの問題は、システム内の
個々の層の屈折率の非均質性から生じる厚さ決定の問題
に直接影響する場合がある。
2 Ｏ5 およびＳｉＯ2 に基づいて、上述したガス制御ア
ルゴリズムで図３に概略的に示された処理制御を使用し
て高速ａｃマグネトロンスパッタリングによって生じた
３つの３５層の２つのピーク干渉フィルタの測定された
透過率曲線を示す。このフィルタの屈折率プロフィール
を図１１に示す。所望の層の厚さの最初の９５−９７％
が高速で堆積されるが（これは市販されている装置のた
めに必要である。）、残りの３−５％は、所望の全体層
の厚さを正確に得るために低速で堆積される。動作にお
いて繰り返し性がよくないことおよびフィルタが、通常
有すると仮定される矩形のバンドパス形状を有しないこ
とに留意すべきである。これらの問題は、システム内の
個々の層の屈折率の非均質性から生じる厚さ決定の問題
に直接影響する場合がある。
【００５０】この問題をなくする上で重要な要因は、再
び安定化する時間、従って、低速および高速の反応性ス
パッタリングの双方によって堆積された層の非均質性を
低減することである。最初のガス流は、低電力および高
電力設定の双方によって各層の同じ（固定された）最初
の酸素ガスによるよりも、同じ電力条件の下で堆積され
た最後の層において同じターゲットの酸素ガス流に基づ
いている。すなわち、もし酸素ガス流が高速で堆積され
たＮｂ2 Ｏ5 の最後の近傍で１０．０ｓｃｃｍである場
合には、同じ高速でのＮｂ2 Ｏ5 の次の堆積における最
初の酸素ガス流は、１０．０ｓｃｃｍの値に指定され
る。これにより、さらに迅速に安定化することができ、
フィルムに存在する非均質性を低減する。
び安定化する時間、従って、低速および高速の反応性ス
パッタリングの双方によって堆積された層の非均質性を
低減することである。最初のガス流は、低電力および高
電力設定の双方によって各層の同じ（固定された）最初
の酸素ガスによるよりも、同じ電力条件の下で堆積され
た最後の層において同じターゲットの酸素ガス流に基づ
いている。すなわち、もし酸素ガス流が高速で堆積され
たＮｂ2 Ｏ5 の最後の近傍で１０．０ｓｃｃｍである場
合には、同じ高速でのＮｂ2 Ｏ5 の次の堆積における最
初の酸素ガス流は、１０．０ｓｃｃｍの値に指定され
る。これにより、さらに迅速に安定化することができ、
フィルムに存在する非均質性を低減する。
【００５１】図１２は、層の堆積方法を表すフローチャ
ートである。図３に示す反応性ｒｆスパッタ堆積方法の
プロセス制御のフローチャートのステップＢ−Ｅは、図
１３に示されるステップと置換することができる。層と
処理（高速、低速）情報が与えられ（Ａ）、プロセスコ
ントローラが同じ処理条件、すなわち、同じ電力水準で
スパッタ処理される同じ材料の前の堆積の最後の酸素流
量を検索する（Ｂ）。層が堆積され（Ｃ）、層の堆積が
終結する直前の酸素流量が同じ材料の次の層が堆積する
間に記憶される（Ｄ）。層のシステムの透過率は広帯域
の光学モニタで測定され（Ｅ）、層の厚さが決定される
（Ｆ）。
ートである。図３に示す反応性ｒｆスパッタ堆積方法の
プロセス制御のフローチャートのステップＢ−Ｅは、図
１３に示されるステップと置換することができる。層と
処理（高速、低速）情報が与えられ（Ａ）、プロセスコ
ントローラが同じ処理条件、すなわち、同じ電力水準で
スパッタ処理される同じ材料の前の堆積の最後の酸素流
量を検索する（Ｂ）。層が堆積され（Ｃ）、層の堆積が
終結する直前の酸素流量が同じ材料の次の層が堆積する
間に記憶される（Ｄ）。層のシステムの透過率は広帯域
の光学モニタで測定され（Ｅ）、層の厚さが決定される
（Ｆ）。
【００５２】プロセス制御を組み込んだ完全なフローチ
ャートは、図１３に示される。各コーティング材料ａ，
ｂ，ｃの異なるブランチがあり、ボックス（Ｄ）および
（Ｅ）が各高速および低速の堆積に対応する。これらの
ボックスの各々は、図１２に示すステップのすべてから
成り、それらは、流量が異なり、従って、メモリ１６の
異なる場所に記憶され、検索される。
ャートは、図１３に示される。各コーティング材料ａ，
ｂ，ｃの異なるブランチがあり、ボックス（Ｄ）および
（Ｅ）が各高速および低速の堆積に対応する。これらの
ボックスの各々は、図１２に示すステップのすべてから
成り、それらは、流量が異なり、従って、メモリ１６の
異なる場所に記憶され、検索される。
【００５３】新しいガスプロセス制御法が適用される時
間を除いて上述した実験が繰り返される。図１４は、５
つの異なるＮｂ2 Ｏ5 の反応性堆積の間にａｃマグネト
ロン源に一定の高電力が加えられた後、時間の関数とし
て示された酸素流を示す。（Ｎｂ2 Ｏ5 の間に、ＳｉＯ
2 層が堆積された。）このとき、同じ高電力で堆積され
た各Ｎｂ2 Ｏ5 の最初の酸素流量は、同じ高電力で堆積
された最後の各Ｎｂ2Ｏ5 の堆積の最後の流量の値に等
しく設定される。繰り返すと、アルゴン流は、一定であ
り、酸素流は、全体の圧力（Ａｒ＋Ｏ2 ）を一定に維持
されるように調整される。酸素流はこの新しいガス圧力
制御によって迅速に安定化されることがこの図面から分
かる。図１５は、図１４に示す酸素流の変化から生じ
る、時間による経験的に測定されたターゲット電圧の変
化を示す。またターゲット電圧は、非常に迅速に安定化
され、さらに繰り返し可能であることを示すことが分か
る。ターゲット電圧は、堆積状態が安定しているとき、
よって堆積層の屈折率が一定であるとき、良好に示され
ている。
間を除いて上述した実験が繰り返される。図１４は、５
つの異なるＮｂ2 Ｏ5 の反応性堆積の間にａｃマグネト
ロン源に一定の高電力が加えられた後、時間の関数とし
て示された酸素流を示す。（Ｎｂ2 Ｏ5 の間に、ＳｉＯ
2 層が堆積された。）このとき、同じ高電力で堆積され
た各Ｎｂ2 Ｏ5 の最初の酸素流量は、同じ高電力で堆積
された最後の各Ｎｂ2Ｏ5 の堆積の最後の流量の値に等
しく設定される。繰り返すと、アルゴン流は、一定であ
り、酸素流は、全体の圧力（Ａｒ＋Ｏ2 ）を一定に維持
されるように調整される。酸素流はこの新しいガス圧力
制御によって迅速に安定化されることがこの図面から分
かる。図１５は、図１４に示す酸素流の変化から生じ
る、時間による経験的に測定されたターゲット電圧の変
化を示す。またターゲット電圧は、非常に迅速に安定化
され、さらに繰り返し可能であることを示すことが分か
る。ターゲット電圧は、堆積状態が安定しているとき、
よって堆積層の屈折率が一定であるとき、良好に示され
ている。
【００５４】図１６は、図１２および図１３に概略的に
示されたプロセス制御システムを使用して５つの別の堆
積動作においてつくられる、経験的に測定された２つの
ピークの干渉フィルタの透過率の曲線を示す。フィルタ
の形状がすぐれており、非常に良好な作動上の再現性が
あることが分かる。ピークの位置は設計波長の仕様の
０．２ｎｍ以内である。図１７で分かるように、対象と
なるスペクトルの範囲が４２０と５８０ｎｍの間にのみ
ある場合であっても、４００乃至９００ｎｍの空間的な
範囲上では非常に良好である。前述したＡＤＳの厚さ制
御アルゴリズム、高速ａｃマグネトロン堆積源および新
しいＡＤＳガスプロセス制御は、前にかかった時間の１
／５乃至１／１０で複合的なフィルタの自動的な有効な
堆積を可能にする。これは、本ＡＤＳシステムを市販す
ることを可能にする。
示されたプロセス制御システムを使用して５つの別の堆
積動作においてつくられる、経験的に測定された２つの
ピークの干渉フィルタの透過率の曲線を示す。フィルタ
の形状がすぐれており、非常に良好な作動上の再現性が
あることが分かる。ピークの位置は設計波長の仕様の
０．２ｎｍ以内である。図１７で分かるように、対象と
なるスペクトルの範囲が４２０と５８０ｎｍの間にのみ
ある場合であっても、４００乃至９００ｎｍの空間的な
範囲上では非常に良好である。前述したＡＤＳの厚さ制
御アルゴリズム、高速ａｃマグネトロン堆積源および新
しいＡＤＳガスプロセス制御は、前にかかった時間の１
／５乃至１／１０で複合的なフィルタの自動的な有効な
堆積を可能にする。これは、本ＡＤＳシステムを市販す
ることを可能にする。
【００５５】Ｎｂ2 Ｏ5 ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 および
ＺｒＯ2 を含む材料の数がこのシステム上で堆積され
る。特に、Ｎｂ2 Ｏ5 ，ＳｉＯ2 の速度は、〜０．７ｎ
ｍ／ｓであった。これは、堆積するのに２１時間かかっ
たものがわずか堆積に３時間かかるフィルタを意味す
る。静止した基板において、厚さの均質性は、７０×７
０ｍｍの面積で±２．５％および１１０×１４０ｍｍの
面積で±２．５％である。他の一連のフィルタ構成は、
前のｒｆシステムの反復性と合致する作動上の良好な反
復性を示すように堆積される。
ＺｒＯ2 を含む材料の数がこのシステム上で堆積され
る。特に、Ｎｂ2 Ｏ5 ，ＳｉＯ2 の速度は、〜０．７ｎ
ｍ／ｓであった。これは、堆積するのに２１時間かかっ
たものがわずか堆積に３時間かかるフィルタを意味す
る。静止した基板において、厚さの均質性は、７０×７
０ｍｍの面積で±２．５％および１１０×１４０ｍｍの
面積で±２．５％である。他の一連のフィルタ構成は、
前のｒｆシステムの反復性と合致する作動上の良好な反
復性を示すように堆積される。
【００５６】１つのこのような代表的なフィルタはエッ
ジフィルタである。この５８層のコーティングの屈折率
のプロフィールを図２０に示す。同じ波長でエッジフィ
ルタを正確に配置するために、５つの分離した配置作業
が実行され、フィルタの正規の入射透過率の値が図１８
に示されている。前述したシステムは、すぐれた再現性
を有することがこの図面から明らかである。ＡＤＳ−Ｉ
の精度は、エッジ波長が５つの堆積作業上で０．３ｎｍ
以上は変化しないことを示す図９に示されている。
ジフィルタである。この５８層のコーティングの屈折率
のプロフィールを図２０に示す。同じ波長でエッジフィ
ルタを正確に配置するために、５つの分離した配置作業
が実行され、フィルタの正規の入射透過率の値が図１８
に示されている。前述したシステムは、すぐれた再現性
を有することがこの図面から明らかである。ＡＤＳ−Ｉ
の精度は、エッジ波長が５つの堆積作業上で０．３ｎｍ
以上は変化しないことを示す図９に示されている。
【００５７】上述した結果によって、要求仕様に合致す
るために複合的なフィルタを構成することが可能なだけ
ではなく、それらを実際に自動的に、ルーチンベースで
製造することが可能であることを確認することができ
る。さらに、高速の堆積および良好な厚さの均質性でこ
れらのコーティングをつくることが可能である。薄いフ
ィルムの設計における進歩および製造技術における進歩
によって、作業者が詳細なフィルタ使用をフィルタを自
動的に設計し製造するシステムに入れることができる薄
いフィルム設計および堆積装置を有することが近い将来
に可能になる。
るために複合的なフィルタを構成することが可能なだけ
ではなく、それらを実際に自動的に、ルーチンベースで
製造することが可能であることを確認することができ
る。さらに、高速の堆積および良好な厚さの均質性でこ
れらのコーティングをつくることが可能である。薄いフ
ィルムの設計における進歩および製造技術における進歩
によって、作業者が詳細なフィルタ使用をフィルタを自
動的に設計し製造するシステムに入れることができる薄
いフィルム設計および堆積装置を有することが近い将来
に可能になる。
【００５８】本発明をスパッタリングに関して説明した
が、反応性イオンスパッタリング、反応性イオンめっ
き、またはイオン補助堆積のような他の形態の反応性堆
積にも適用できることは理解できよう。
が、反応性イオンスパッタリング、反応性イオンめっ
き、またはイオン補助堆積のような他の形態の反応性堆
積にも適用できることは理解できよう。
【図１】高速の堆積を行うことができるスパッタリング
システムの概略図である。
システムの概略図である。
【図２】制御システムのブロック図である。
【図３】本発明に適用することができる処理制御システ
ムを示すフローチャートである。
ムを示すフローチャートである。
【図４】Ｎｂ2 Ｏ5 の層の酸素部分圧の関数として屈折
率の変数を示す。
率の変数を示す。
【図５】低速および高速の堆積の時間の関数として酸素
流を示すグラフである。
流を示すグラフである。
【図６】低または高電力をマグネトロン源に適用した
後、時間の関数としての酸素の部分圧を示す。
後、時間の関数としての酸素の部分圧を示す。
【図７】高電力および低電力で堆積された層の屈折率の
異質性を示すグラフである。
異質性を示すグラフである。
【図８】連続的なＮｂ2 Ｏ5 層を堆積したとき、各層の
時間の関数として酸素ガス流量を示すグラフである。
時間の関数として酸素ガス流量を示すグラフである。
【図９】連続的なＮｂ2 Ｏ5 層を堆積したとき、各層の
時間の関数としてのターゲット電圧を示すグラフであ
る。
時間の関数としてのターゲット電圧を示すグラフであ
る。
【図１０】同じ電力水準で前の層の最終工程の最後の値
に堆積の始めの酸素流量を設定することなくつくられた
２つのピークの干渉フィルタの透過率曲線を示すグラフ
である。
に堆積の始めの酸素流量を設定することなくつくられた
２つのピークの干渉フィルタの透過率曲線を示すグラフ
である。
【図１１】図１０の２つのピークの３５層の干渉フィル
タの屈折率プロフィールを示すグラフである。
タの屈折率プロフィールを示すグラフである。
【図１２】高電力および低電力で使用するのに適した本
発明の二段階の堆積方法の一部を示すフローチャートで
ある。
発明の二段階の堆積方法の一部を示すフローチャートで
ある。
【図１３】完全な二段階の堆積方法を示すフローチャー
トである。
トである。
【図１４】同じ電力水準で前の層の最終工程の最後の値
に堆積の始めの酸素流量を設定することによって堆積さ
れるいくつかの層において時間の関数としての酸素流量
を示すグラフである。
に堆積の始めの酸素流量を設定することによって堆積さ
れるいくつかの層において時間の関数としての酸素流量
を示すグラフである。
【図１５】第１４図によってつくられたシステムのいく
つかの層において時間の関数としてターゲットの電圧を
示す。
つかの層において時間の関数としてターゲットの電圧を
示す。
【図１６】本発明の方法によってつくられる２つのピー
クの干渉フィルタの透過率を示すグラフである。
クの干渉フィルタの透過率を示すグラフである。
【図１７】ボーダスペクトル領域の第１６図の２つのピ
ーク干渉フィルタの透過率を示すグラフである。
ーク干渉フィルタの透過率を示すグラフである。
【図１８】本発明によって製造された複数層のエッジフ
ィルタの５つの異なる作動の繰り返しテストの結果を示
すグラフである。
ィルタの５つの異なる作動の繰り返しテストの結果を示
すグラフである。
【図１９】本発明によって製造された複数層のエッジフ
ィルタの５つの異なる作動の繰り返しテストの結果を示
すグラフである。
ィルタの５つの異なる作動の繰り返しテストの結果を示
すグラフである。
【図２０】図１８に示したエッジフィルタの屈折率を示
す図である。
す図である。
１ 真空室 ２ クライオポンプ ３ スパッタ源 ４ ケージ ５ 支持基板 ６ ステップモータ ７ ＰＤＡ ８ 光ビーム ９ 入口 １０ 圧力センサ １１ 酸素流制御 １２ プロセス制御コンピュータ １６，１７ メモリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェイ．エー．ドブロウオルスキー カナダ・オンタリオ ケー１ブイ ８ビー ６・オタワ・トラヴァース ドライブ 2691 (72)発明者 グレン エー．クラーク カナダ・オンタリオ ケー１アール ５エ ス３・オタワ・アパートメント ＃１・フ ローラ ストリート 284 (72)発明者 秋山 貴之 神奈川県相模原市麻溝台１−10−１ 株式 会社ニコン相模原技術開発部内 (72)発明者 伊東 孝 東京都品川区南大井３−２−６ 株式会社 シンクロン内
Claims (34)
- 【請求項１】 堆積室で層の少なくとも一部を高速の反
応性堆積で順に堆積し、前記堆積層の光学的な測定を行
うことによって層の堆積中に１回またはそれ以上の回数
で堆積層の厚さを決定し、堆積層のモデルから得られた
理論的な値を前記測定から得られた対応する実際の値に
適合させ、堆積層の均質性を保証するために処理変数を
制御して前記理論的モデルから有効な厚さの決定を行う
少なくとも２つの材料のタイプの複数層から成る複合的
なコーティングを基板上に堆積する堆積方法。 - 【請求項２】 前記処理変数は、反応性ガス成分の流量
である請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記流量は、全体の圧力をほぼ一定に維
持するように制御可能である請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 前記反応性ガス成分は、酸素である請求
項２に記載の方法。 - 【請求項５】 前記層は反応性スパッタリングによって
堆積される請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】 各層は最初高速で堆積され、厚さの決定
が行われ、残りの必要な厚さが低速で堆積される請求項
１に記載の方法。 - 【請求項７】 前記材料の少なくとも１つは、Ｎｂ2 Ｏ
5 である請求項１に記載の方法。 - 【請求項８】 前記材料の少なくとも１つは、ＳｉＯ2
である請求項１に記載の方法。 - 【請求項９】 堆積室で層を高速の反応性堆積で順に堆
積し、前記堆積層の光学的な測定を行うことによって層
の堆積中に１回またはそれ以上の回数で堆積層の厚さを
決定し、前記堆積層のモデルから得られた理論的な値を
前記測定から得られた対応する実際の値に適合し、堆積
層の均質性を保証するために反応性ガスの流れを連続的
に制御し、前記理論的モデルから有効な厚さの決定を行
う少なくとも２つの材料のタイプの複数層から成る複合
的なコーティングを基板上に堆積する堆積方法。 - 【請求項１０】 前記反応性ガスの流れは、堆積処理の
間に堆積室の全体圧をほぼ一定に維持するように制御さ
れる請求項９に記載の方法。 - 【請求項１１】 各層は最初高速で堆積され、厚さの決
定が行われ、残りの必要な厚さが低速で堆積される請求
項９に記載の方法。 - 【請求項１２】 所定の電力水準で１つの層の堆積の各
段階の最後に反応性ガスの流速が記憶され、前記値は、
同じ堆積条件および電力水準を有する次の層の対応する
段階の開始値として使用される請求項９に記載の方法。 - 【請求項１３】 堆積処理を監視し、リアルタイムで少
なくとも１つの処理変数を制御しながら、反応性堆積室
で前記層を順に堆積して各層に所望の特徴を与え、同じ
材料のタイプの前の層の堆積の対応する段階の最後の処
理変数の値に合致するようにその材料のタイプの第１の
層を除いて各層の堆積の始めに少なくとも１つの処理変
数を設定する少なくとも２つの材料のタイプの複数層か
ら成る複合的なコーティングを基板上に堆積する堆積方
法。 - 【請求項１４】 各層の主な部分は、高速で堆積され、
各層の必要な残りの部分は比較的低速で堆積される請求
項１３に記載の方法。 - 【請求項１５】 前記層は反応性スパッタリング方法を
使用して堆積され、前記処理変数は、堆積室の所望な圧
力を維持するために必要な反応性ガスの流量である請求
項１３に記載の方法。 - 【請求項１６】 各層の特徴は、各層の堆積中に監視さ
れ、所望の特徴を達成するために処理変数が調整される
請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１７】 前記材料の少なくとも１つは、Ｎｂ2
Ｏ5 であり、プロセス制御変数は酸素の流量である請求
項１３に記載の方法。 - 【請求項１８】 前記材料の少なくとも１つは、ＳｉＯ
2 であり、プロセス制御変数は酸素の流量である請求項
１３に記載の方法。 - 【請求項１９】 前記基板を反応性堆積室に配置し、堆
積処理を監視し、少なくとも１つの処理変数を制御しな
がら、各層に所望の特徴を与え、最初の期間の各層の堆
積速度は、高速であり、最終的な期間は低速である少な
くとも２つの材料のタイプの複数層から成る複合的なコ
ーティングを基板上に堆積する堆積方法。 - 【請求項２０】 前記堆積室に印加される電力水準は、
堆積速度を比較的に低水準に低減するために前記最終的
な期間に実質的に減少される請求項１９に記載の方法。 - 【請求項２１】 各層の特徴は、各層の堆積中に監視さ
れ、所望の特徴を有する層を達成するためにプロセス制
御が調整される請求項１９に記載の方法。 - 【請求項２２】 各層の堆積中に、計画された特徴が達
成されたとき堆積処理が停止され、層の特徴が決定さ
れ、もし、決定された特徴が所望の特徴と合致しない場
合には、所望の特徴を達成するために必要な低速でスパ
ッタリングが実行される請求項２１に記載の方法。 - 【請求項２３】 反応性堆積によって堆積される少なく
とも２つの材料源を有する堆積室と、 前記堆積層の光学的な特性を測定する前記室内の測定装
置と、 堆積層のモデルから得られた理論的な値を前記光学的な
特性の測定から得られた対応する実際の値に適合する装
置と、 前記有効な厚さの決定が前記理論的なモデルから行われ
るように堆積層の均質性を保証するために連続的に処理
変数を制御する装置とを有する少なくとも２つの材料の
タイプの複数層から成る複合的なコーティングを基板上
に堆積する装置。 - 【請求項２４】 前記制御装置は、反応性ガス成分の流
量を制御する請求項２３に記載の装置。 - 【請求項２５】 前記制御装置は、前記室内の全圧をほ
ぼ一定に維持するように前記反応性ガス成分の流量を制
御するようにプログラムされている請求項２３に記載の
装置。 - 【請求項２６】 前記反応性ガスは、酸素である請求項
２３に記載の装置。 - 【請求項２７】 前記室はスパッタリング室であり、前
記少なくとも１つの源はスパッタリング源である請求項
２３に記載の装置。 - 【請求項２８】 前記少なくとも１つのスパッタリング
源は高速スパッタリング源である請求項２７に記載の装
置。 - 【請求項２９】 前記スパッタリング速度を制御する装
置を有する請求項２３に記載の装置。 - 【請求項３０】 同じ材料のタイプの次の層の対応する
段階の最初に使用する各層の堆積の各段階の最後のガス
の流量を記憶するメモリを有する請求項２９に記載の装
置。 - 【請求項３１】 前記基板を受けるスパッタリング室
と、 スパッタリング処理を監視し、各層に所望の特徴を与え
るようにリアルタイムで少なくとも１つの処理変数を制
御する装置と、 所望の特徴を備えた層を達成するために記憶データによ
って少なくとも１つのプロセス制御を設定する設定装置
とを有し、前記設定装置は、同じ材料のタイプの前の層
の堆積の対応する段階の最後の処理変数の値に合致する
ようにその材料のタイプの第１の層を除いて各層の堆積
の各段階の始めに少なくとも１つの前記処理変数を設定
する少なくとも２つの材料のタイプの複数層から成る複
合的なコーティングを基板上に堆積する装置。 - 【請求項３２】 前記処理制御変数はスパッタリングに
より形成された層の反応性成分の流量であり、前記監視
装置は、前記スパッタリング室の所望の圧力を維持する
ために前記流量を制御する請求項３１に記載の装置。 - 【請求項３３】 堆積の各段階は所定の電力に対応する
請求項３１に記載の装置。 - 【請求項３４】 前記基板を受けるスパッタリング室
と、 スパッタリング処理を監視し、各層に所望の特徴を与え
るようにリアルタイムで少なくとも１つの処理変数を制
御する装置と、 各層の堆積速度を制御する速度制御装置とを有し、前記
速度制御装置は、最初の期間は高速で最終的な期間は低
速で各層を堆積するようにプログラムされている少なく
とも２つの材料のタイプの複数層から成る複合的なコー
ティングを基板上に堆積する装置。
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