KR102400204B1 - 다층막의 성막 방법 - Google Patents

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Abstract

(과제) 다층막의 각 층의 막두께를 정밀도 좋게 추정한다.
(해결 수단) 각 층의 목표 막두께값을 설정한다. 각 층이 목표 막두께값일 때의 제 1 이론 광학값을 구한다. 다층막 (6) 의 실측 광학값을 측정한다. 목표 막두께값을 각 층의 막두께의 제 1 추정 막두께값으로 한다. 실측 광학값과 제 1 이론 광학값의 차 (제 1 광학값 차) 를 구하고, 제 1 광학값 차를 미리 설정된 수속 조건과 비교한다. 제 1 광학값 차가 수속 조건을 만족시키지 못하는 경우, 제 1 광학값 차보다 작은 광학값 차가 예상되는 각 층의 제 2 추정 막두께값을 설정한다. 각 층의 막두께가 제 2 추정 막두께값일 때의 광학 특성의 이론값 (제 2 이론 광학값) 을 구한다. 실측 광학값과 제 2 이론 광학값의 차 (제 2 광학값 차) 를 구하고, 제 2 광학값 차를 수속 조건과 비교한다. 각 스텝을 반복하여, 실측 광학값과 각 스텝의 이론 광학값의 차가 수속 조건을 만족시키는 각 층의 추정 막두께값 (최확 추정 막두께값) 을 얻는다.

Description

다층막의 성막 방법
본 발명은 다층막의 성막 방법, 특히 다층막의 각 층의 막두께의 추정 방법에 관한 것이다.
다층막은 복수의 막이 적층된 막이다. 다층막을 구성하는 각 막을 각 층이라고 한다. 다층막은 기재에 각 층을 순차적으로 성막하여 제조된다. 다층막을 성막할 때, 각 층을 항상 목표의 두께로 성막할 수 있다고는 할 수 없다. 그래서 각 층의 성막 파라미터를 조정하여 각 층의 두께를 수정하면서 성막을 행한다. 예를 들어, 성막이 완료된 다층막의 광학 특성을 이용하여, 각 층의 성막 파라미터를 조정하는 수법이 특허문헌 1 (WO 2011/046050) 에 개시되어 있다.
특허문헌 1 에서는, 장척 필름 상에 제 1 투명층 (고굴절률층), 제 2 투명층 (저굴절률층), 투명 도전층의 3 개의 층을 순차적으로 성막한다. 성막이 완료된 다층막의 분광 반사율을 측정하고, 목표하는 분광 반사율과의 차가 작아지도록 제 2 투명층의 성막 조건을 변화시킨다. 이로써 제 2 투명층의 막두께를 변화시켜, 다층막의 분광 반사율을 변화시킨다. 특허문헌 1 에서 제 2 투명층의 막두께를 변화시키는 이유는, 제 2 투명층의 막두께의 조정이 가장 용이하기 때문으로 기재되어 있다.
특허문헌 1 과 같이 다층막이 3 층이면, 특정한 1 층 (제 2 투명층) 의 막두께를 변경하여, 분광 반사율의 실측값과 목표값의 차를 작게 하는 것이 가능할지도 모른다. 그러나 그 경우에도, 만일 분광 반사율의 실측값과 목표값의 차의 원인이, 다른 2 층의 막두께의 편차라면, 변경할 필요가 없는 층의 막두께를 변경하게 된다. 또한 다층막의 층수가 4 층 이상이 되면, 특정한 1 층의 막두께를 변경하는 것만으로, 분광 반사율의 실측값과 목표값의 차를 작게 하는 것은 곤란해질 우려가 있다. 따라서 특허문헌 1 의 수법을 층수가 많은 (예를 들어 4 층 이상인) 다층막에 적용하기는 어려울 것으로 생각된다.
WO 2011/046050호 공보
본 발명의 목적은, 성막된 다층막으로부터 비파괴적인 방법을 이용하여 각 층의 막두께를 정밀도 좋게 추정하는 것이다.
(1) 본 발명의 다층막의 성막 방법은 다음과 같은 스텝을 구비한 프로세스를 포함한다. 다층막의 각 층의 막두께의 목표값 (목표 막두께값) 을 설정하는 스텝. 각 층의 막두께가 목표 막두께값일 때의 광학 특성의 이론값 (제 1 이론 광학값) 을 구하는 스텝. 성막된 다층막의 광학 특성의 실측값 (실측 광학값) 을 측정하는 스텝. 목표 막두께값을, 성막된 상기 각 층의 막두께의 제 1 추정 막두께값으로 하는 스텝. 실측 광학값과 제 1 이론 광학값의 차 (제 1 광학값 차) 를 구하고, 제 1 광학값 차를 미리 설정된 수속 조건과 비교하는 스텝. 제 1 광학값 차가 수속 조건을 만족시키지 못하는 경우, 제 1 광학값 차보다 작은 광학값 차가 얻어지는 것으로 예상되는 각 층의 막두께의 제 2 추정 막두께값을 설정하는 스텝. 각 층의 막두께가 제 2 추정 막두께값일 때의 광학 특성의 이론값 (제 2 이론 광학값) 을 구하는 스텝. 실측 광학값과 제 2 이론 광학값의 차 (제 2 광학값 차) 를 구하고, 제 2 광학값 차를 수속 조건과 비교하는 스텝.
본 발명의 다층막의 성막 방법에 포함되는 프로세스에 있어서는, 상기 각 스텝을 반복하여, 실측 광학값과 각 스텝의 이론 광학값의 차가 수속 조건을 만족시키는 각 층의 추정 막두께값을 구한다.
본 발명의 다층막의 성막 방법에 있어서는, 수속 조건을 만족시키는 각 층의 추정 막두께값을, 성막된 각 층의 가장 확실한 추정 막두께값 (최확 (最確) 추정 막두께값) 으로 한다.
(2) 본 발명의 다층막의 성막 방법에 있어서는, 다층막의 광학 특성이 다층막의 분광 반사율이다.
(3) 본 발명의 다층막의 성막 방법에 있어서는, 다층막의 광학 특성이 다층막의 반사광의 색상이다.
(4) 본 발명의 다층막의 성막 방법은, 각 층의 막두께를 추정할 때, 분광 반사율 또는 반사광의 색상을 참조하여 각 층의 최적 막두께를 산출하고, 그것에 기초하여 각 층 중에서 막두께를 변경해야 할 층을 결정하는 스텝을 포함한다.
(5) 본 발명의 다층막의 성막 방법에 있어서는, 커브 피팅법을 이용하여 어느 스텝의 광학값 차보다 더 작은 광학값 차가 얻어지는 추정 막두께값을 구한다.
(6) 본 발명의 다층막의 성막 방법에 있어서는, 다층막이 다층 광학막이다.
(7) 본 발명의 다층막의 성막 방법에 있어서는, 다층막이 스퍼터법에 의해 성막된다.
본 발명에 의해 성막된 다층막으로부터 각 층의 막두께를 정밀도 좋게 추정할 수 있는 성막 방법이 실현된다. 각 층의 막두께를 정밀도 좋게 추정함으로써, 각 층의 막두께를 목표 막두께값 (목표 막두께값은, 설계 막두께값이라고도 불린다) 에 정밀도 좋게 근접시킬 수 있게 된다. 본 발명은, 특히 층수가 많은 (예를 들어 4 층 이상인) 다층막에 대해서 유용하다.
도 1 은 본 발명에 관련된 다층막의 모식도
[다층막]
도 1 에 본 발명에 관련된 다층막의 일례를 모식적으로 나타낸다. 다층막 (6) 의 층수는 한정되지 않지만, 도 1 은 5 층인 경우를 나타낸다. 도 1(a) 는 다층막 (6) 을 적층시키기 위한 기재 (7) 이다. 기재 (7) 의 재질로서, 예를 들어 유리 판, 유리 필름, 플라스틱 판, 플라스틱 필름, 금속 코일, 금속 판 등을 들 수 있다. 기재 (7) 의 재질, 두께, 형상 (평면, 곡면, 매엽 또는 장척 필름 등) 등은 한정되지 않는다.
도 1(b) 는 기재 (7) 에 제 1 층 (1) 을 성막한 상태를 나타낸다. 제 1 층 (1) 으로서, 예를 들어 투명 도전막, 광 촉매막, 가스 배리어막, 광 간섭막 등을 들 수 있지만, 막의 종류가 한정되지는 않는다. 제 1 층 (1) 의 성막 방법으로서, 예를 들어 스퍼터법, 증착법, CVD 법 등을 들 수 있지만, 성막 방법이 한정되지는 않는다.
도 1(c) 는 제 1 층 (1) 상에 제 2 층 (2) 을 성막한 상태를 나타낸다. 도 1(d) 는 제 2 층 (2) 상에 제 3 층 (3) 을 성막한 상태를 나타낸다. 도 1(e) 는 제 3 층 (3) 상에 제 4 층 (4) 을 성막한 상태를 나타낸다. 도 1(f) 는 제 4 층 (4) 상에 제 5 층 (5) 을 성막한 상태를 나타낸다. 제 2 층 (2) ∼ 제 5 층 (5) 의 막의 종류, 성막 방법은 제 1 층 (1) 과 동일하다.
제 1 층 (1) ∼ 제 5 층 (5) 의 재질, 기능, 두께, 성막 방법 등은 다층막 (6) 의 용도 등에 따라 적절히 설계된다. 다층막의 용도가 광학적인 것일 때, 다층막은 다층 광학막이라고 불린다. 다층 광학막은 반사 방지막 등에 널리 사용되고 있다. 다층막의 성막 방법으로는, 다양한 막 재료를 사용할 수 있는 점, 경도가 높은 막질이 얻어지는 점, 큰 면적이고 높은 막두께 정밀도가 얻어지는 점 등에서 스퍼터법이 사용되는 경우가 많다.
다층막을 성막할 때, 각 층의 막두께를 목표의 막두께값과 완전히 일치시키는 것은 어렵다. 예를 들어 스퍼터법의 경우, 각 층의 막두께는, 예를 들어 스퍼터 가스의 분압의 영향을 받는다. 그러나 스퍼터 가스의 유량계의 설정을 일정하게 해 두어도, 실제 스퍼터 가스의 분압은 온도나 압력에 따라 변동된다. 각 층의 막두께는 스퍼터 가스의 분압의 변동에 대응하여 변화된다. 이와 같은 변동은, 스퍼터 가스의 분압뿐만 아니라, 반응성 가스의 유량 및 분압, 캐소드 전압, 타깃 잔량, 성막 롤과 타깃의 거리, 성막 롤의 온도, 기재 필름의 주행 속도 등 다수의 성막 파라미터에 불가피적으로 발생한다. 그래서 성막 파라미터의 설정을 일정하게 하고 있어도 각 층의 막두께가 시간 경과적으로 변화되는 것은 피할 수 없다.
[다층막의 막두께 추정]
다층막의 각 층의 막두께는, 다층막의 단면을 전자 현미경으로 관찰하면, 정밀도 좋게 알 수 있다. 그러나, 특히 장척 필름에 다층막을 성막하는 경우, 장척 필름으로부터 빈번하게 샘플을 잘라내어 단면을 관찰하는 것은 현실적이지 못하다. 따라서, 비파괴적인 방법에 의해 다층막의 각 층의 막두께를 추정해야 한다. 본 발명에서는 비파괴적인 방법으로서, 성막된 다층막에 광을 조사하고, 그 반사광 또는 투과광의 광학값을 사용하여 각 층의 막두께를 추정한다. 본 발명에 있어서, 각 층의 막두께의 추정에 사용하는 광학값은, 예를 들어 분광 반사율, 반사광의 색상, 분광 투과율, 또는 투과광의 색상이다.
[막두께 추정 방법]
본 발명의 막두께 추정 방법을 다음에 설명한다. 본 발명의 막두께 추정 방법에서는, 먼저 각 층의 추정 막두께값을 가정하고, 이론 계산에 의해 그에 대한 이론 광학값을 구한다. 1 회째 이론 계산일 때에는, 각 층의 추정 막두께값을 목표 막두께값 (설계 막두께값) 으로 한다. 다음으로 이론 광학값과 실측 광학값을 비교한다. 이론 광학값과 실측 광학값을 비교하는 스텝을, 광학값 차 (실측 광학값과 이론 광학값의 차) 가 미리 설정된 수속 조건 (예를 들어, 분광 반사율의 실측값과 이론값의 차의 규격값) 을 만족시키게 될 때까지 각 층의 추정 막두께값을 변화시켜 n 회 (n＝1, 2, 3, 4, …) 반복한다. 광학값 차가 미리 설정된 수속 조건을 만족시키게 되었을 때의 각 층의 추정 막두께값을, 각 층의 가장 확실한 추정 막두께값 (「최확 추정 막두께값」) 으로 한다. 이하의 설명에서는, 일례로서 이론 광학값과 실측 광학값을 비교하는 스텝을 3 회 (n＝3) 반복한 시점에서 광학값 차가 수속 조건을 만족시킨 경우를 서술한다.
(1) 다층막의 목적에 따라 각 층의 목표 막두께값을, 이론 계산을 기본으로 하여 설정한다. 예를 들어, 다층막이 투명 도전막이면, 광의 투과율이나 전기 저항값의 규격값을 기본으로 이론 계산을 하여 각 층의 목표 막두께값을 설정한다. 다층막이 반사 방지용 광 간섭막이면, 예를 들어 반사광의 강도가 극소화되도록 각 층의 목표 막두께값을 설정한다. 각 층의 목표 막두께값은 각 층의 설계 막두께값이라고도 불린다.
(2) 이론 계산에 의해 각 층의 막두께가 목표 막두께값일 때의 다층막의 이론적인 광학값 (예를 들어 분광 반사율 또는 반사광의 색상) 을 구한다. 본 발명에서는, 각 층의 막두께가 목표 막두께값일 때의 이론적인 광학값을 「제 1 이론 광학값」이라고 한다. 이론 계산일 때, 기재의 반사율이나 투과율을 필요에 따라 고려한다.
(3) 실제로 성막된 다층막에 광을 조사하고, 그 반사광의 광학값 (예를 들어 분광 반사율 또는 반사광의 색상) 또는 투과광의 광학값 (예를 들어 분광 투과율 또는 투과광의 색상) 을 측정한다. 본 발명에서는, 실제로 성막된 다층막으로부터 측정에 의해 얻어진 광학값을 「실측 광학값」이라고 한다.
(4) 실제로 성막된 다층막의 각 층의 막두께는 알려져 있지 않지만, 막두께 추정 프로세스를 진행시키기 위해서, 어떠한 막두께를 가정해야 한다. 그래서 본 발명에서는 각 층의 막두께의 최초 추정값을 상기 목표 막두께값 (설계 막두께값) 으로 한다. 본 발명에서는 1 회째 계산을 위한 각 층의 막두께의 추정값을 「제 1 추정 막두께값」이라고 한다. 따라서 각 층의 「제 1 추정 막두께값」은 목표 막두께값이 된다. 각 층의 제 1 추정 막두께값이 목표 막두께값과 동일하기 때문에, 이에 대응하는 이론 광학값은 「제 1 이론 광학값」이 된다.
(5) 본 발명에서는, 실측 광학값과 제 1 이론 광학값의 차를 「제 1 광학값 차」라고 한다. 제 1 광학값 차는, 광학값이 분광 반사율인 경우, 분광 반사율의 실측값과 1 회째 이론값의 차이고, 광학값이 반사광의 색상인 경우, 반사광의 색상의 실측값과 1 회째 이론값의 차이다.
(6) 제 1 광학값 차가 미리 설정된 수속 조건을 만족시킨다면, 제 1 추정 막두께값을 각 층의 가장 확실한 추정 막두께값으로 하고, 막두께 추정 프로세스를 종료시킨다. 본 발명에서는 각 층의 가장 확실한 추정 막두께값을 「최확 추정 막두께값」이라고 한다. 따라서 이 때에는 제 1 추정 막두께값이 최확 추정 막두께값이 된다. 제 1 광학값 차가 미리 설정된 수속 조건을 만족시키지 못할 때에는, 막두께 추정 프로세스를 속행시킨다. 광학값이 분광 반사율인 경우, 미리 설정된 수속 조건은, 분광 반사율의 실측값과 1 회째 이론값의 차가, 미리 설정된 규격값 이하인 것이다. 광학값이 반사광의 색상인 경우, 미리 설정된 수속 조건은, 반사광의 색상의 실측값과 1 회째 이론값의 차가 미리 설정된 규격값 이하인 것이다.
(7) 제 1 광학값 차가 미리 설정된 수속 조건을 만족시키지 못할 때에는, 제 1 광학값 차보다 작은 광학값 차가 얻어지는 것으로 예상되는 각 층의 막두께의 제 2 추정 막두께값을 설정한다. 본 발명에서는, 2 회째 계산을 위한 각 층의 막두께의 추정값을 「제 2 추정 막두께값」이라고 한다. 제 2 추정 막두께값은, 1 회째 이론값과 실측값의 비교 결과를 기본으로 하여, 예를 들어 커브 피팅법을 이용하여 구할 수 있다.
(8) 이론 계산에 의해 각 층의 막두께가 제 2 추정 막두께값일 때의 이론 광학값 (예를 들어 분광 반사율 또는 반사광의 색상) 을 구한다. 본 발명에서는, 이 이론 광학값을 「제 2 이론 광학값」이라고 한다.
(9) 실측 광학값과 제 2 이론 광학값의 차를 구한다. 본 발명에서는 실측 광학값과 제 2 이론 광학값의 차를 「제 2 광학값 차」라고 한다. 제 2 광학값 차는, 광학값이 분광 반사율인 경우, 분광 반사율의 실측값과 2 회째 이론값의 차이고, 광학값이 반사광의 색상인 경우, 반사광의 색상의 실측값과 2 회째 이론값의 차이다.
(10) 제 2 광학값 차가 미리 설정된 수속 조건을 만족시킨다면, 제 2 추정 막두께값을 각 층의 최확 추정 막두께값으로 하고, 막두께 추정 프로세스를 종료시킨다. 제 2 광학값 차가 미리 설정된 수속 조건을 만족시키지 못할 때에는, 막두께 추정 프로세스를 속행시킨다. 미리 설정된 수속 조건은 제 1 광학값 차일 때와 동일하다.
(11) 제 2 광학값 차가 미리 설정된 수속 조건을 만족시키지 못할 때에는, 제 2 광학값 차보다 작은 광학값 차가 얻어지는 것으로 예상되는 각 층의 막두께의 제 3 추정 막두께값을 설정한다. 본 발명에서는, 3 회째 각 층의 막두께의 추정값을 「제 3 추정 막두께값」이라고 한다. 제 3 추정 막두께값은, 2 회째 이론값과 실측값의 비교 결과를 기본으로 하여, 예를 들어 커브 피팅법을 이용하여 구할 수 있다.
(12) 이론 계산에 의해 각 층의 막두께가 제 3 추정 막두께값일 때의 이론 광학값 (예를 들어 분광 반사율 또는 반사광의 색상) 을 구한다. 본 발명에서는, 이 이론 광학값을 「제 3 이론 광학값」이라고 한다.
(13) 실측 광학값과 제 3 이론 광학값의 차를 구한다. 본 발명에서는 실측 광학값과 제 3 이론 광학값의 차를 「제 3 광학값 차」라고 한다. 제 3 광학값 차는, 광학값이 분광 반사율인 경우, 분광 반사율의 실측값과 3 회째 이론값의 차이고, 광학값이 반사광의 색상인 경우, 반사광의 색상의 실측값과 3 회째 이론값의 차이다.
(14) 제 3 광학값 차가 미리 설정된 수속 조건을 만족시킨다면, 제 3 추정 막두께값을 각 층의 최확 추정 막두께값으로 하고, 막두께 추정 프로세스를 종료시킨다. 미리 설정된 수속 조건은 제 1 광학값 차일 때와 동일하다. 제 3 광학값 차가 미리 설정된 수속 조건을 만족시키지 못할 때에는, 막두께 추정 프로세스를 속행시킨다. 여기서는 제 3 광학값 차가 미리 설정된 수속 조건을 만족시킨 것으로 한다. 따라서, 제 3 추정 막두께값을 각 층의 최확 추정 막두께값으로 하고, 막두께 추정 프로세스를 종료시킨다.
실제로는 n 회째 (n＝1, 2, 3, 4, 5, …) 의 실측 광학값과 제 n 이론 광학값의 차 (이것을 「제 n 광학값 차」라고 한다) 가 미리 설정된 수속 조건을 만족시키게 될 때까지 상기 스텝을 반복적으로 실시하여, 최종적으로 각 층의 최확 추정 막두께값을 얻는다. 미리 설정된 수속 조건은 제 1 광학값 차일 때와 동일하다.
막두께 추정이 완료되면, 각 층의 최확 추정 막두께값과 각 층의 목표 막두께값의 차를 최소화하도록 성막 파라미터를 변경하여 각 층의 막두께를 최적화시킨다.
각 층의 막두께를 추정할 때, 분광 반사율 또는 반사광의 색상을 참조하여 각 층의 최적 막두께를 산출하고, 그것에 기초하여 각 층 중에서 막두께를 변경해야 할 층을 결정하는 스텝을 포함하도록 할 수도 있다. 이로써 성막 파라미터를 변경하는 층을 필요 최소한으로 할 수 있다.
다층막의 폭이 넓기 때문에, 폭 방향으로도 각 층의 막두께의 편차가 예상될 때에는, 폭 방향의 복수 지점에서 실측 광학값을 측정하고, 폭 방향의 복수 지점에서 각 층의 최확 추정 막두께값을 구하고, 폭 방향의 복수 지점에서 분할하여 성막 파라미터를 변경한다.
본 발명의 다층막의 성막 방법의 이용에 제한은 없지만, 특히 장척 필름에 층수가 많은 (예를 들어 4 층 이상인) 다층막을 성막할 때에 바람직하게 이용된다. 장척 필름은 단면 측정 샘플의 잘라냄이 용이하지 않기 때문에 본 발명이 특히 유용하다.
1 : 제 1 층
2 : 제 2 층
3 : 제 3 층
4 : 제 4 층
5 : 제 5 층
6 : 다층막
7 : 기재

Claims (8)

  1. 다층막의 각 층의 막두께의 목표값 (목표 막두께값) 을 설정하는 스텝과,
    상기 각 층의 막두께가 상기 목표 막두께값일 때의 광학 특성의 이론값을 구하는 스텝과,
    성막된 다층막의 광학 특성의 실측값 (실측 광학값) 을 측정하는 스텝과,
    상기 목표 막두께값을, 성막된 상기 각 층의 막두께의 추정 막두께값으로 하는 스텝과,
    상기 실측 광학값과 상기 광학 특성의 이론값의 차를 구하고, 상기 차를 미리 설정된 수속 조건과 비교하는 스텝과,
    상기 차가 상기 수속 조건을 만족시키지 못하는 경우, 상기 차보다 작은 차가 얻어지는 것으로 예상되는 상기 각 층의 막두께의 새로운 추정 막두께값을 설정하는 스텝과,
    상기 각 층의 막두께가 상기 새로운 추정 막두께값일 때의 광학 특성의 이론값을 구하는 스텝과,
    상기 실측 광학값과 새롭게 구한 광학 특성의 이론값의 차를 구하고, 그 새롭게 구한 차를 상기 수속 조건과 비교하는 스텝을 포함하고,
    상기 다층막의 광학 특성이 상기 다층막의 반사광의 색상이고,
    상기 구한 차가 수속 조건을 만족시킬 때까지, 상기 추정 막두께값을 설정하는 스텝, 광학 특성의 이론값을 구하는 스텝 및 수속 조건과 비교하는 스텝을 반복하고,
    상기 수속 조건을 만족시키는 상기 각 층의 추정 막두께값을, 성막된 상기 각 층의 가장 확실한 추정 막두께값 (최확 추정 막두께값) 으로 하고,
    상기 수속 조건은, 실측 광학값과 광학 특성의 이론값의 차가, 미리 설정된 규정값 이하인 것인, 다층막의 성막 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    커브 피팅법을 이용하여 어느 스텝의 광학값 차보다 더 작은 광학값 차가 얻어지는 추정 막두께값을 구하는 다층막의 성막 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 다층막이 다층 광학막인 다층막의 성막 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 다층막이 스퍼터법에 의해 성막되는 다층막의 성막 방법.
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