JPS5860531A - 薄膜形成装置における膜厚監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、Ｈ発源とこれに対して基体を移送させる機
構とを真空槽の中に配置して移送中の基体の表面上に真
空蒸着によって薄膜を形成できるようにした薄膜形成装
置に、光を基体上の薄膜に投射してこれで反射されま九
はこれを透過した光を受は薄膜の反射率または透過率に
対応する出力信号を発する光学監視器を付属した薄膜形
成装置における膜厚監視装置の改良に関する・従来のか
かる装置の例にりいて第１図を参照しながら略述すれば
、ＩＱは薄膜形成装置の真空槽を示し、これの内方下部
Ｋｉｔ蒸着蒸着物シムびＢをそれぞれ収容する蒸発源１
１ｍおよび１１ｂが配置される。これら蒸発源は開閉可
能のジャツメ１２＆および１２ｂをそれぞれ備える・真
空槽１０の内部上方には長尺の基体１！Ｉのための移送
機構１４が配備される。この移送機構１４において基体
１３Ｆｉ巻きロール１５から巻出され案内ロール１６お
よび１７によって案内されたのちに水平の移送路１８Ｋ
Ｇって右へ進み再び案内ロール１９および２０によって
案内されたのちＫＩＩＩＩきロール２１に巻取られ１次
ぎ（Ｆｉ上述した経路九沿って巻きロール２１から巻き
ロール１５へ向って逆に進みかくして往復移送される・
基体１ｉ１が１方向にすなわち移送路１８に沿って右方
へ移送するときには蒸発源１２ａによって蒸着物質Ａの
薄膜が基体１６０表面上に蒸着形成され、基体１３が他
方向にすなわち移送路１８に沿って左方へ移・送される
ときには蒸発源１１ｂによって蒸着物質ｌの薄膜が蒸着
形成され、かくして蒸着物質Ａと蕗の多層交互膜が形成
される。組板２２＆、２２ｂ。

２２ｅおよび２２ｄによって蒸着物質ＡおよびＢの進行
方向は破線で示されるように限定される。

上述した薄膜形成装置すなわち真空蓋％％２個（の光学
監視器２３ａおよび２５ｂを有する。この光学監視器２
３において投受光器２４（これは実際には一般に投光器
、受光器および必要に応じ付属される光を導くための半
透明鏡などからなる）から投射されて基体１３上の８Ｍ
で反射さｔた光は再び投受光器２４にはい夛、投受光器
２４から薄膜の反射率に応じて強弱する出力信号が発せ
られる。この出力信号は光学監視器用増幅器２５で増幅
されたのちに記録器２６に入力する。図示の例では移送
路１８０区域で基体１５が右へ移送されるときには右方
の光学監視器２５ｂで監視が行なわれ、この区域で基体
１６が左へ移送されるときには左方の光学監視器２３＆
が働く。

光学監視器２３ａ、２３ｂの代〕として図示のように光
学監視器２７が配置されてもよく、これにおい、てはこ
の光学監視器２７０投光器２８から投射されて基体１６
およびこれの上の薄ｌＩを透過した光が受光器２９には
いシ、受光器２９において透過率に応じて強弱する出力
信号が発せられる・上述した従来のものにおいては光学
監視器２６また／ｆｉ２７によって反射率または透過率
を前記出力信号によって監視して膜厚を制御することが
行なわれるが、そのためには一般に薄膜特に誘電体薄膜
の反射率（または透過率）Ｒが入射する光の波長の１／
２を周期としてこの波長の１７４毎に極値となる光学的
膜厚ｎｄ（ｎは薄膜の屈折幕、ｄｉ実際の厚さ）の周期
関数であることが利用される。

この点を考慮して所望の膜厚に対応する光学的膜厚ｎｄ
ｏＶＬ対して ｎｄ。＝＝　ｊλｏ／４　（ｊ＝　１．２．３−−−　
）を充すような波長λ。が監視波長として選ばれる。

シャツ！１２ｍまたは１２ｂを開くことなどによって薄
膜の厚さが０から次第Ｖこ増大するような立上シ部につ
いて監視波長λ。の光を使用してを夜を行なえば、この
際に反射４ｃ（透過率、）Ｒが増減して第ｊ番目の極値
を取ったと籾に（ｊ＝１の場合ＫＦｉＢが最初の極値を
取ったときに）光学的膜厚が所望の値ｎｄ０になる。そ
の後はこの極値を維持するように膜厚が制御される。

しかしながらかかる従来の監視方法では、監視波長λ。

が２Ｒｎ以上の赤外域まｆｃは０・４開未満の紫外域に
存する場合に／ｆｉかかる監視波長の光を得るための適
当なフィルタが見出せないのでかかる監視波長が直接使
用できないという欠点を有する。１＋別の欠点として所
望の膜厚をｄ。とし友場合に前述したように ｎｄｏ＝　ｊ　λ。／４　（ｊ　−１，２，３−−−）
を充すような技量λ。だけを通過させるフィルタをいち
いち用意しなければならない。

このような欠点を除去するために、長尺の基体１６１に
その全長に渉って製品用部分と側方の麺視帯部分とＩＣ
％　ｆｙ　、がカーる基体１６とその下方の蒸発源１１
との間に製品用部分の上鉤の第１開口と監視帯部分の第
２開口とを設け、基体の移送方向の両開口の開き度を予
定の比率に設定して製品用部分に形成される薄膜の膜厚
と監視帯部分に形成きれる薄膜の膜厚との比が所足の飯
になるようにし、監視帯部分の薄！１について膜厚を監
視するようなものが開発されている。

しかしながらこの開発されたものにおいても。

第１開口および第２開口の開き度が大きくなるとこの両
開き度の比と形成される両薄膜の膜厚の比との間に直線
関係がなくなるので監視帯部分について監視を行っても
これによって龜品用部分についての制御を達成すること
が困難になシ、多層膜では膜厚１視の精度が低くな夛、
比較的時間が掛る先付１部において製品用部分の無駄が
多く、さらに基体１６の全長に渉って製品に採用できな
い監視帯部分が存するなどの欠点が生じる。

よってこの発明の主な目的は上述したような従来の欠点
ｔ−線除去ることにある・ この目的の達成のためこの発明によれば、蒸発源と蒸発
源に対して主基体を移送させる機構および蒸発源に対し
て監視用基体を移送させる機構とを真空槽の中に配置し
て移送中の主基体および監視用基体の双方に同時に共通
の蒸発源によって真空蒸着で薄膜を形成で色不ようにし
た装−゛に、光を監視用基体上の薄膜に投射してこれで
反射されまたはこれを透過した光を受は薄膜の反射率ま
たは透過率に対応する出力信号を発する光学監視器を付
属させたことを特徴とする薄膜形成装置Ｋおける膜厚監
視装置が提供される。

以下にシいて、第２図以下の図面を参照しながらこの発
明の各種実施例について説述する。これにおいて、第１
図の従来の装置と同様の構成部分については、なるべく
は図示および説明またはそのいずれかｔ省略しまたは簡
単にし、またなるべくは同−ｔた＃１Ｉｉ１似の符号を
使用する・第２図および第３図に図示される装置におい
て。

薄１１Ｔｈ形成したのちに製品となる長尺の主基体する
よシも幅のせまい長尺の監視用基体１６ｑは移送機構１
４と同じ構成でこれの側方に配置される移送機構１４ｑ
によって移送される。主基体１３ｐと監視用基体１５ｑ
はそれらの水平な移送路１８ｐおよび１６ｑにおいて同
じ水平面内で互に平行に走るが、こ詐ら駒基体１６ｐと
１Ｓｑの送シ速度は一般には相異なる１主基体１３ｐＫ
対しては第１図の従来の場合の光学監視器２３４１に対
応し互に並列する３個の光学監視器２１＃ａｐｌ　、　
２３ａｐ２および２６　ａｐ３が配備され、ま九光学監
視器２Ｓｂに対応し互に並列する３個の光学監視器２３
ｂｐ１゜２　Ｓ　ｂｐ２および２６　ｂｐ５が配備され
る・また監視用基体１５ｑＫ対しては光学監視器２ｊＳ
ａおよび２３ｂにそれぞれ対応′する光学監視器２るＢ
ｑ　および２３　ｂｑ　が配備される・これら光学監視
器の代勺として、投光器２　ＩＩ　ｐｌ　、　２８　ｐ
２　、２８　ｐ３および受光器２９　ｐｌ　、　２９　
ｐ２　、２９　Ｐ！　　をそれぞれ有し光学監視器２７
に対応する光学監視器２７ｐｉ、２７ｐ２．２７ｐ５　
　が主基体１７５ｐに対して配備されかつ投光器２８ｑ
および受光器２９ｑを有し光学監視器２７に対応する光
学監視器２７ｑが監視用基体１６ｑに対して配備さｎて
もよい（これら光学監視器はその１部だけを図示する）
。

さらに蒸発源１１１および１１ｂは第１図と同じように
配置され、移送路１８Ｐおよび１８ｑの下方において駒
基体１５ｐおよび１５ｑの移送方向に直交するようにか
つ駒基体ＩＡＰおよびするｑの全体の幅よルも側方に突
出するように延長する。なおこれら図面では真空槽、組
板、シャッタなどの図示社省略されている。

第４図および第５図に図示さｆＬる実施例においては移
送機構１４ｐおよび１４ｑが水平の軸纏のまわりｔ−ｔ
ａ転できる冷却筒５０ｐおよび５０ｑをそれぞれ有し、
これら両冷却ｉ１１！１は側方に相離れかつこれＶ−直
角な方向にも相離れるように配置される。組板２２ｍ、
２２ｂ、２２ｃおよび２２−は図示のように配置され、
主基体１６ｐに対しては冷却１５０ｐに沿う円弧状移送
路１６ｐｒこおいて蒸発源１１ａからの蒸着物質Ａおよ
び蒸発源１１ｂからの蒸着物ｙＢからなる薄膜が形成さ
れる。

また監視用基体１５ｑに対しては冷却筒５０ｑに沿う円
弧状移送路１８ｑにおいて蒸着物質ムおよびＢからなる
薄膜が形成される・光学監視器２３Ｊ’ｐ、　２３　Ｂ
ｑ　、　　２３　ｂｐ　　および２５ｂｑ　＃ｉ図示の
ように配備される。

第６図および第７図に示される実施例によれば。

移送機構１４ｐＦｉ２個の冷却筒３０　ａｐ　　および
５０ｂｐ　　を有し、移送機構１４ｑは１個の冷却筒３
０ｑを有する。すべての冷却筒はなるべくは同じ直経を
有する。主基体１６ｐは冷却筒５０　ａＰに沿う円弧径
路１８　ａｐ　　および冷却筒３０　ｂｐ　　に沿う円
弧径路１８１）ｐ　　において蒸発源１１ｍからの蒸着
物質Ａおよび蒸発源１１ｂからのＭ着物質Ｂをそ扛ぞれ
受取る・監視用基体１５ｑは冷却筒３０ｑに沿う第１円
弧径路１　＠　ａｑ　　および第２円弧径路１８　ｂｑ
　　において蒸着物質ムおよびＢｆｔそれぞれ受ける。

第２図から第７図の実施例においては、監視用基体が主
基体の一方向すなわち移送路に直交する方向の一方に位
置しているので主基体の一方向のＷＡ厚分布と膜厚を常
時監視することができない・この点を改良した第８図お
よび第９図に図示される実施例においては監視用基体か
１６ｑ１．１５ｑ２　　および１６ｑ３　で示さ扛るよ
うＫ　３本使用され、主基体１ｔｐのための冷却筒５０
ｐと３本の監視用基体に共通の冷却筒６０ｑとは並列に
配置さｆるＯこの実施例では反射＊６１ｐ−５１ｑ−５
２ｐ、５２ｑ、３５ｐ、５５ｑおよび半透明鏡ｈ４ｐ、
３４ｑ並びに可動の光軸切換器ｇｓｐ、Ａ５ｑが設けら
れ、光学監視器２３１）１．２５ｐ２および２６ｐ３　
は、可動の鏡などの光軸切換器５５Ｐの作動によって他
の実施例」における右側の光学監視器２５　ｂｐ　　の
役ｔなし或いは反射鏡Ｓ４ｐが直線光路外に位置してい
るときには左側の光学監視器２５　＆Ｐ　　の役をなす
ように切換できる。

同様のことが光学監視器２５ｑ１．２５ｑ２ふ・よび２
６ｑ６　についても成立つ。なお図示の破線は蒸発源１
１　ｍのシャッタ１２１を開き蒸発源１１ｂのツヤツタ
１２ｂを閉じたときの蒸発物質の飛行址ないようにする
ために監視用基体のための巻きロール（し］示なし）の
スデー々がその回転軸に対し、て適正なトルクをこえる
とそれぞれ独立に辷るような張力制御装置が設けらｎる
。第６図および第９図の実施例において監視用基体とし
て主基体と同様の幅のものが１本だけ使用されてもよく
この場合には一般に張力制御装置ＩｔＩＩｉ必要でない
・また反射＃シ・どは各光学監視器毎に設けられてもよ
い。

上述のすべての実施例において、主基体１３ｐおよび監
視用基体１５ｑを任意の速さで移送できるように移送機
構１４ｐおよび１４ｑ＃′ｉ構成される。主基体１３ｐ
上に形成される薄膜の膜厚の監視および制御は監視用基
体１３ｑに対する光学監視器２５　ａｑ　　および２３
ｂｑ（または２７ｑ）によって行なわれる。なお主基体
ＩＭＰに対する光学監視器２　Ｅｒ　ａｐ　、　２５　
ａｐｌ　−３、２るｂｐ、２３ｂｐ１−　ｇ　＜または
２７　ｐｌ　−３）　　は従来の方式と同様にして主基
体１５ｐ上の薄膜の膜厚を監視し制御できるがこれは補
助的に使用さ扛るに過ぎない。

この発明によって監視用基体に対する光学監視器を使用
して主基体上に形成される薄膜の膜厚を監視し制御する
には一般的に成立つ次の関係が利用さｎる・すなわち主
基体および監視用基体につイテの薄膜の膜厚をそれぞれ
ｄ（ｐ）　　およびｄ（ｑ）また主基体および監視用基
体の移送速度をｖ（ｐ）およびマ（ｑ）　　とすると １１ ここで式ｉｌｌ　Ｆｉ第２図および１ｓ３図の実施例並
びに第６６！Ｏおよび薄７図の実施例のように両基体１
６ｐと１３ｑの移送速度が等しいときにこれに形成され
る薄膜の厚さも等しくなるような場合に成立つ。また式
１２１が成立つのＦｉ第４図および第５図の実施例のよ
うに移送速度が等しくても膜厚が等しくならないような
場合であって、ここにおいてＣ（ｐ、ｑ）は蒸発源と基
体の移送路の幾何学的配置だけで決定される係数である
。

上述の関係（２１は次のようにして証明できる・すなわ
ち、基体の移送速度を前述したようにマ（ｐ）およびｖ
（ｑ）、組板と組板の間の開口部の移送路に沿った距離
を主基体についてｔ（ｐ）　　および監視用基体につい
てｔ（ｑ）、　　開口部の基端でのｔ（ｐ）およびｔ（
Ｑ）　　′ｔ−Ｌ０（ｐ）およびＬｏ（ｑ）ま喪末端で
のＡ（ｐ）　　およびｔ（ｑ）　　をり、（ｐ）および
り、（ｑ）、また移送路に沿う薄膜の堆積速度を主基体
および監視基体についてａ（ｐ）およびａ（ｑ）とする
と、前記の膜厚ｄ（ｐ）　　およびｄ（ｑ）　　は次の
式で与えられる・しかるＫ　ｄ（ｐ）およびｄ（ｑ）　
Ｆｉ公知のように。

って問題の基体移送路の位置と蒸発源との幾何学的配備
だ秒で決定される値である。上述の（３１から（＆の式
によれば明らかに所与の関係が成立つ、すなわち 実際上Ｃ（ｐ・ｑ）會求めるためには、適当な監視波長
λ。を使用して従来の方法で移送速度を制御しながら主
基体および監視用基体についての膜厚の１ｋｍが形成さ
れるようにすると、そのときの主基体および監視用基体
の移送速度ｖ０（ｐ）およびＶ。（ｑ）から式（２１に
よって（２＋　、　（９１および（８）式からＣ（ｐ、
ｑ）　　が 輪　　　Ｃ（ｐ、ｑ）　＝マｏ　（ｐ　）　／　Ｖｏ（
ｑ　）として求めらｎる。

以上に述べた式ｉｌ＋から（９）の関係に基いてこの発
明による膜厚の監視を達成するためには次のようにす扛
ばよい、主基体に光学的膜厚 ｎｄ（ｐ）−λ（ｐ）　／　４ の薄膜を形成しようとする場合に監視に好都合な監視波
長λ（ｑ）　　を選んで従来の方法で監視用基体上に ｎｄ（ｑ）ｗλ（ｑ）　／　４ の膜厚の薄膜を形成する。そのと舞の監視用基体の移送
速度がｖ（ｐ）　　であれば主基体が式（１）ま良は（
２１に対応して（式Ｈｔ−参照して）または で与えらｔしる移送速度ｖ（ｐ）　　で移送されるとき
に所望の光学的膜厚ｎｄ（ｐ）の薄膜が主基体上に形成
さ扛る。

なお、上述したことから明らかなように、この発明では
上述したような主基体と監視用基体の間の移送速度関係
を保持できるような機構が通常は具備さｎる。

この発明は上記のように構成さｎているから、基体上に
形成すべき薄膜の膜厚にかかわ夛なしに適切な監視波長
が選択できるので従来監視制御の困難な膜厚でも簡単に
監視制御で趣、多層膜を主基体上に形成する場合に従来
ではすでに被着形成さｎた薄膜の上に別の薄膜を形成し
なければならないので膜厚の監視精度が層数と共に著し
く低下するがこの発明によｎば主基体上で前記の別の薄
ｍを形成する際にも監視用基体上に直接薄膜を形成する
ようにして監視でするので多層膜についても精度のよい
膜厚の監視および精度が達成でき、先づけ部（立上ル部
）でｉｔ監視用基体だけを使用すればよいので主基体の
無駄がなく、さらに主基体の側部を監視帯部分として使
用しないのでこの点からも無駄が少ない、また監視用基
体の幅を主基体の幅を主基体の幅とｔＸは等しくしまた
は監視用基体を主基体の幅方向に複数個分散して設ける
ことによって主基体の幅方向の膜厚分布と膜厚を常時単
層で監視できる。などの長所が得られる・

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の膜厚監視装置を備えた薄膜形成装置の線
図的立面図、第２図はこの発明の装置の鮪１実施例を示
す線図的部分側面図、第３図は第２図に示されるものの
線図的部分平面図、ｆｉ４ＷＪおよび第５図はこの発明
のｆｌ＄２実施例を示す館２図および第３図にそれぞれ
対応する図、第６図および第７図はこの発明の第３実施
゛例を示す第２図および第３６１こ七ｎそれ対応する図
＆第８図および第９図ｅユこの発明の第４実施？Ｉｌｔ
示す第２図および第３図にそ扛ぞｎ対応する図である―
図面において、１０Ｆｉ真空檜、　　１１ｍおよび１１
ｂＶｉ蒸発源１５ｐは主基体、　　　１５ｑＦｉ監視用
基体、　　１４ｐは主基体移送機構、　　１４ｑは監視
用基体移送装置ｉｌｔ、　　２３ａｑ、　　２６ｂｑ、
　　２７ｑは監視用基体に対する光学監視器を示す・第
１図 繊２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 蒸発源と蒸発源に対して主基体を移送させる機構および
   ＮＩｊｋｆｌＫ対して監−用基体を移送させる機構とを
   真空槽の中に配置して移送中の主基体シよび監視用基体
   の双方に同時に共通の蒸発源によって真空蒸着で薄膜を
   形成できるようにした装置に、光を監視用基体上の薄膜
   に投射してこれで反射されまたはこれを透過した光を受
   は薄膜の反射率または透過率に対応する出力信号を発す
   る光学監視器を付属させたことを特徴とする薄膜形成装
   置Ｋ−おける膜厚監視装置。