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JP2004052088A - Physical vapor deposition film deposition apparatus - Google Patents

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JP2004052088A
JP2004052088A JP2002214898A JP2002214898A JP2004052088A JP 2004052088 A JP2004052088 A JP 2004052088A JP 2002214898 A JP2002214898 A JP 2002214898A JP 2002214898 A JP2002214898 A JP 2002214898A JP 2004052088 A JP2004052088 A JP 2004052088A
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JP
Japan
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optical
vacuum chamber
physical vapor
vapor deposition
deposition apparatus
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JP2002214898A
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Kenji Kono
河野 健司
Norihiko Nakamura
中村 則彦
Tomoji Hirayama
平山 智士
Kazuhiko Ito
伊藤 和彦
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Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a physical vapor deposition film deposition apparatus having an optical transmission type film thickness gauge having resistance to disturbance to film thickness measurement and high degree of freedom in the film deposition apparatus. <P>SOLUTION: The physical vapor deposition film deposition apparatus has a vacuum chamber 100 and an optical transmission type film thickness gauge attached to the vacuum chamber 100. An optical window 10 for light incidence where the optical axis of the optical transmission type film thickness gauge is made incident from the outside of the vacuum chamber 100 on the inside, and an optical window 10 for routing which routes the the optical axis from the inside of the vacuum chamber 100 to the outside are formed on any one wall face among wall faces composing the vacuum chamber 100. Further, an optical path 14 introducing the propagation direction of the optical axis incident from the optical window 10 for incidence into the optical window 10 for routing so as to be turned over is fixed on the inside of the vacuum chamber 100 in the wall face. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、物理的蒸着成膜装置に関し、特に、基板回転ホルダーの回転、真空チェンバーに具備される真空ポンプの動作に起因する振動その他の膜厚測定に対する外乱に強く、且つ、成膜装置内における自由度の高い光学式透過型膜厚計を有する物理的蒸着成膜装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
物理的蒸着成膜装置の一種であるイオンビームスパッタ装置の従来例を図3を参照して説明する。
図3において、1はイオン源、2はターゲット、3はイオンビーム、4はスパッタ粒子、7は基板、8は基板回転ホルダ、9はガス導入管、10は光学窓、11は光軸、12は回転測定対象を示す。100は真空チェンバーである。
真空チェンバー100には、その側壁にイオン源1が取り付け収容され、ターゲット2が底壁に取り付け収容されている。ガス導入管9は側壁にこれを貫通して導入固定されている。真空チェンバー100には、更に、光学窓10、図示されない真空ポンプも取り付けられている。イオン源1は真空チェンバー100の側壁内面に取り付け固定されており、そのイオン放射端部に高電圧が印加されるイオン引き出しグリッドが設置されている。ターゲット2は図示されないターゲットホルダを介して真空チェンバー100の底壁に固定されている。基板回転ホルダ8は真空チェンバー100の上壁に気密に貫通挿入される回転駆動軸81により回転支持されている。この基板基板ホルダ8は回転駆動軸81を介して外部から回転駆動される。そして、基板回転ホルダ8の下面には薄膜が成膜されるべき成膜用の基板7が取り付けられる。測定対象回転板12は回転軸121を介して上壁に取り付けられている。
【0003】
真空チェンバー100を図示されない真空ポンプにより排気し、次いで、ガス導入管9を介して真空チェンバー100内に不活性ガスを導入する。ここで、イオン源1からイオンビーム3を発生させる。イオン源1から発生せしめられたイオンビーム3は、高電圧を印加されたイオン引き出しグリッドにより高速に加速されてイオンビームとして引き出し放射される。このビームはターゲット2に衝突し、ターゲット2を構成する物質をスパッタリングする。ターゲット2の材料として、金属材料、絶縁材料その他多種多様な種類の材料を使用することができる。ターゲット2からスパッタリングされたターゲット構成物質のスパッタ粒子4は基板回転ホルダ8に保持される薄膜を成膜されるべき基板7の表面に付着し、ここにターゲット構成物質の薄膜が成膜されることになる。スパッタリングされたターゲット構成物質のスパッタ粒子4は、基板回転ホルダ8の近傍に位置決め固定された測定対象回転板12の表面にも同時に成膜形成される。この薄膜を形成している時、基板回転ホルダ8は回転軸81により回転されており、これにより形成される薄膜の膜厚を均一にすることができる。
【0004】
ところで、イオンビームスパッタ装置には膜厚計を付設し、膜厚計により膜厚測定しながら薄膜成膜を実施している。この膜厚計として水晶振動子式のものを使用することができるが、高精度の膜厚測定を実施するには、一般に、光学式膜厚計を付設して膜厚測定を実施している。この光学式膜厚計は、特定波長の光を光軸11に沿って光学窓10を介して測定対象回転板12の表面に成膜形成された薄膜に照射し、この特定波長の光の透過率或いは反射率の変化を測定することにより膜厚をモニタする。
【0005】
特に、透過率測定による光学式透過型膜厚計を付設したイオンビームスパッタ装置の従来例においては、光学式透過型膜厚計の光経路は通常その構成を単純にするために、そして、この光経路によりターゲット2から飛来するスパッタ粒子4が遮られるの阻止するために、光学窓10は、図示される如く、成膜される基板7が取り付けられる基板回転ホルダ8が取り付けられる真空チェンバー100壁面に対向する壁面に取り付けられ、これを介して光を導入する構成とされている。即ち、光学窓10を介して導入される光軸11の光路中に測定対象回転板12以外の一切の光学素子を配置せず、測定対象回転板12に直接に入射する配置をしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
以上の従来例において、光学式透過型膜厚計は、真空チェンバー100の上壁に取り付けられた基板回転ホルダー8駆動用のモータの振動、真空ポンプの動作に起因する振動、およびこれらの振動に起因する真空チェンバー100自体の歪みの影響を蒙る。即ち、ガラスその他の透明材料で構成される光学窓10が、先の振動に起因して測定対象回転板12に形成される成膜サンプルの透過率と関わりなく振動し、真空チェンバー100外部にある光源から光検出部に到る光軸11の結合効率自体に影響を及ぼし、成膜サンプルの膜厚測定における光電変換信号に重畳される雑音となる。
【0007】
そして、図3の従来例は、光の入射側である真空チェンバー100の底壁に光学窓10を固定し、測定対象回転板12はこの底壁とは異なる対向する上壁に固定しているので、光学窓10と測定対象回転板12とは互いに相を異にする上壁、底壁別々の振動に曝される。このことから、測定対象回転板12は入射光の光軸11に対して相対的に雑振動するに到る。透過率その他の膜の光学特性は一般に光の入射角に依存するので、この際、特に測定対象回転板12の薄膜面と光軸11の角度が変化することが膜厚測定の更なる擾乱となる。
【0008】
数百層にも及ぶ光学多層膜の成膜において、上述した擾乱が発生する光学式透過型膜厚計を使用して膜厚測定を実施すると、各膜厚測定の測定誤差が累積して最終的には大きな誤差を含む光学多層膜製品が製造されることになる。この製品に高精度の光学性能を保証することはできない。一例として、狭帯域多層膜光フィルタを製造するに際して、必要な薄膜の膜厚を各膜厚の相対膜厚誤差を0.01%以下に抑えるという精度要求に対して充分に精度良く薄膜を形成することは極めて困難である。
【0009】
ここで、従来例は、そもそも、光学窓10と測定対象回転板12とは各別の上壁および底壁に別々に取り付け固定されて相互に独立して振動するところから、真空チェンバー100全体の剛性を高めて以上の振動による歪みを抑制しようとしても、これは事実上殆んど効果を奏さない。そして、光軸11を光学窓10を介して直接に測定対象回転板12に入射せしめる構成の場合、この光学窓10と測定対象回転板12との間の光経路中にスパッタ装置を構成する何らの部材も介在させてはならないという制約を課されて、成膜サンプルが形成される測定対象回転板12の設計、取り付け位置を自由に設定することができない。
【0010】
この発明は、イオンビームスパッタ装置その他の成膜装置において、基板回転ホルダーの回転、真空チェンバーに具備される真空ポンプの動作に起因する振動その他の膜厚測定に対する外乱に強く、且つ、成膜装置内における自由度の高い光学的膜厚測定装置の設計をすることができる物理的蒸着成膜装置を提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1:真空チェンバー100と、真空チェンバー100に付設される光学式透過型膜厚計とを有する物理的蒸着成膜装置において、真空チェンバー100を構成する壁面の内の何れか一つの壁面に、光学式透過型膜厚計の光軸を真空チェンバー100の外部から内部へ入射する入射用の光学窓10および真空チェンバー100の内部から外部へ導出する導出用の光学窓10を形成すると共に、当該壁面の真空チェンバー100内側には入射用の光学窓10から入射される光軸の伝播方向を折り返して導出用の光学窓10に導く光経路14を取り付け固定した物理的蒸着成膜装置を構成した。
【0012】
そして、請求項2:請求項1に記載される物理的蒸着成膜装置において、2個の光学窓10および光経路14を取り付け固定した真空チェンバーの壁面には真空チェンバー内側に、更に薄膜を成膜されるべき基板7を保持する基板回転ホルダ8を回転駆動軸81を介して結合した物理的蒸着成膜装置を構成した。
また、請求項3:請求項1および請求項2の内の何れかに記載される物理的蒸着成膜装置において、光軸を入射用の光学窓10を介して入射せしめる入射部131と信号光を導出用の光学窓10を介して受光して光電変換する受光部132より成る入射受光部13を具備し、光軸の素となる光を発生する光源15を具備し、光電変換された電気信号を受信する透過光検出制御部16を具備する物理的蒸着成膜装置を構成した。
【0013】
更に、請求項4、請求項1ないし請求項3の内の何れかに記載される物理的蒸着成膜装置において、測定対象薄膜が成膜形成される測定対象板12’を基板回転ホルダ8に固定保持させた物理的蒸着成膜装置を構成した。
【0014】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図1の実施例を参照して説明する。実施例において、従来例における部材と共通する部材には共通する参照符号を付与している。
基板回転ホルダー8は回転軸81を介して真空チェンバー100の上壁に取り付けられ、この回転軸81に結合する駆動用のモータにより回転駆動される。
測定対象回転板12は、回転する構成を採用してスパッタ粒子4の全体がイオンビームスパッタ装置を構成する光経路14の如き部材により遮られる恐れを少なくしている。光経路14の如き受動的光学素子、図示されない変調器の如き能動的光学素子を使用して光軸11を自由な方向に屈曲させたり、光軸11の光学的性質を変化させる光経路14を構成している。この光経路14を使用して測定対象回転板を12に形成されるスパッタ粒子により形成される薄膜サンプルを測定する。
【0015】
光経路14は、第1のミラー141および第2のミラー142より成る複数のミラーとこれらを繋ぐアーム140とにより構成され、光軸11を所望のコの字形状に屈曲させている。この光経路14は、真空チェンバー100の上壁に取り付け固定されている。図1の実施例においては、測定の光軸11は、真空チェンバー100に光学窓10を介して入射後、光経路14を経由して測定対象である測定対象回転板12に形成された薄膜を透過してから光学窓10を介して取り出される構成とされている。光軸11は、また、真空チェンバー100に入射してから先ず測定対象回転板12に形成された薄膜を透過してから光経路14を経由して真空チェンバー100の外部に取り出す構成を採用することができる。この2個の光学窓10も、光経路14が取り付け固定されている上壁に取り付け固定される。光経路14は、本来的にコンパクトに構成することができる部材であるところから、振動耐性の必要程度に応じて容易にその剛性を高めることができる。
【0016】
上述した通り、2個の光学窓10、第1のミラー141および第2のミラー142より成る複数のミラーとこれらを繋ぐアーム140とにより構成される光経路14、および薄膜を成膜されるべき基板7を保持して回転軸81を介してモータにより回転駆動される基板回転ホルダ8の3者は、共通の真空チェンバー100の上壁に取り付けられている。
図2を参照しての他の実施例を説明する。図2の実施例において、図1の実施例における部材と共通する部材には共通する参照符号を付与している。
【0017】
真空チェンバー100の真空引きに使用されるポンプについて、実施例においては大気圧から或る程度の真空度まで吸引することができるロータリーポンプより成る第2の真空ポンプ62と、超高真空状態に吸引するクライオポンプより成る第1の真空ポンプ61が具備されている。実際は、第1の真空ポンプ61を構成するクライオポンプは或る程度真空度を高めてからでないと使用することができないので、第2の真空ポンプ62であるロータリーポンプにより或る程度真空引きを実施してから使用するという2段階の真空引きを行っている。 イオンビームスパッタ装置の筐体に相当する真空チェンバー100は、表扉101および裏扉102を有する板厚30mm、容積1000mm3 程度のステンレス製の容器であり、これらの扉を閉め、第1の真空ポンプ61と第2の真空ポンプ62を使用して容器内を超高真空状態にすることができる。このクライオポンプは一種の冷凍機であるので、コンプレッサーから振動を発生し、これが真空チェンバー5に振動を与える。スパッタ粒子4は、イオン源1から発生放射したイオンビーム3がターゲット2に衝突して生成するが、これに際して必要なガスはガス導入管9を介して追加導入される。
【0018】
図2の実施例において、図1の実施例と特に異なるところは、測定対象薄膜が成膜形成される測定対象板12’も薄膜を成膜されるべき基板7と共に基板回転ホルダ8に固定保持されているところであり、両板はスパッタ装置の動作中にモータ5により回転駆動される。この場合、薄膜サンプルが成膜される測定対象板12’と薄膜を成膜されるべき基板7とを区別なしに同様に構成し、選択された適宜の1枚を測定対象板12’として取り扱う。
薄膜を成膜されるべき基板7を保持する基板回転ホルダ8は、回転軸81を介して真空チェンバー100の表扉101に取り付けられ、モータ5により回転駆動されるが、これによっても振動は発生しており、この振動も真空チェンバー100の表扉101に対して振動を与えている。
【0019】
真空チェンバー100の表扉101には、図示されない定盤を介して入射受光部13が取り付け固定されている。光軸の素となる光を発生する光源15から光ファイバ130に送り込まれた光が入射受光部13の入射部131のレンズを介して出射し、光軸11が形成される。真空チェンバー100の表扉101には、更に、第1のミラー141および第2のミラー142より成る複数のミラーとこれらを繋ぐアーム140とにより構成される光経路14と、光学窓10も取り付け固定されている。この実施例も、先の実施例と同様に、2個の光学窓10と、光経路14と、基板回転ホルダ8の3者は共に真空チェンバー100の表扉101に共通的に取り付けられている。
【0020】
入射受光部13の入射部131のレンズを介して入射、形成され光軸11は、第1のミラー141および第2のミラー142を反射して薄膜サンプルの成膜された測定対象板12’を透過し、他方の光学窓10を透過して入射受光部13の受光部132のレンズを介して受光部132を構成するフォトダイオードに集光されて光電変換し、この変換された電気信号は同軸ケーブル133を介して透過光検出制御部16に送信される。透過光検出制御部16においては、薄膜サンプルの成膜された測定対象板12’を透過した光を光電変換した電気信号を受信して、これをイオンビームスパッタ装置の動作制御の用に供する。この実施例において、光学式透過型膜厚計は光源15、入射受光部13、光学窓10、光経路14、透過光検出制御部16により構成されている。
【0021】
以上のこの発明によれば、光学窓10が、真空チェンバー100の振動に起因して測定対象回転板12に形成される成膜サンプルの透過率と関わりなく振動し、光源15から受光部132に到る光軸11の結合効率自体に影響を及ぼし、成膜サンプルの膜厚測定における光電変換信号に与える悪影響を、光学式透過型膜厚計の構成の内の光軸11透過部分をほぼ同相で同一の周波数成分で振動する構成とすることにより抑圧することができる。
そして、光学式透過型膜厚計の構成の内の光軸11透過部分をほぼ同相で同一の周波数成分で振動する構成として、2個の光学窓10と光経路14と基板回転ホルダ8の3者を真空チェンバー100の表扉101に共通に取り付る構成とし、これらを共通の壁である表扉101に集約したので、必要に応じてそれらの構成部分の剛性を集中的に向上させることが設計上容易となり、振動その他の外力により誘起される光学式透過型膜厚計の光学部分の歪みを容易に低減することができる。また、光学部分の構成の自由度が拡大するので、膜厚測定ポイントを変更したい場合に光経路14形状寸法を変更して取り代えることにより成膜装置全体に影響することなくこれを容易に実施することができる。
【0022】
更に、基板回転ホルダ8に飛来するスパッタ粒子4の一部は光経路14により遮蔽されるが、この遮蔽による影響は、基板回転ホルダ8に飛来するスパッタ粒子4の分布を調整する膜厚補正板を設計付加することにより容易に解消することができる。
ここで、測定対象板12’を薄膜を成膜されるべき基板7と共に基板回転ホルダ8に固定保持し、測定対象板12’と薄膜を成膜されるべき基板7とを区別なしに同様に構成し、選択された適宜の1枚を測定対象板12’として取り扱うことにより、基板7に成膜されるべき薄膜そのものを測定対象とすることになり、これは測定精度の向上につながる。
【0023】
以上の実施例に依れば、一例として狭帯域光フィルタを製造する際に、必要な薄膜の膜厚を各膜厚の相対膜厚誤差を0.01%以下に抑える制御要求に対応することができ、薄膜を形成する際の歩留まりを向上することができる。
以上においては、イオンビームスパッタ装置を例に採って説明したが、この発明はイオンビームスパッタ装置以外の物理蒸着による成膜装置にも適用することができる。
【0024】
【発明の効果】
以上の通りであって、この発明によれば、基板回転ホルダーの回転、真空チェンバーに具備される真空ポンプの動作に起因する振動その他の膜厚測定に対する外乱に強く、且つ、成膜装置内における自由度の高い光学的透過型膜厚計を有する物理的蒸着成膜装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例を説明する図。
【図2】他の実施例を説明する図。
【図3】従来例を説明する図。
【符号の説明】
1 イオン源           2 ターゲット
3 イオンビーム         4 スパッタ粒子
5 モータ            6 真空ポンプ
61 第1の真空ポンプ      62 第2の真空ポンプ
7 基板             8 基板回転ホルダ
81 回転駆動軸          9 ガス導入管
10 光学窓           11 光軸
12 測定対象回転板       12’測定対象板
121 回転軸           13 入射受光部
130 光ファイバ        131 入射部
132 受光部          133 同軸ケーブル
14 光経路          140 アーム
141 第1のミラー       142 第2のミラー
15 光源            16 透過光検出制御部
100 真空チェンバー      101 表扉
102 裏扉
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a physical vapor deposition film forming apparatus, and in particular, is resistant to vibration and other disturbances caused by the rotation of a substrate rotation holder, the operation of a vacuum pump provided in a vacuum chamber, and other film thickness measurements, and the inside of the film forming apparatus. The present invention relates to a physical vapor deposition apparatus having an optical transmission type film thickness meter having a high degree of freedom.
[0002]
[Prior art]
A conventional example of an ion beam sputtering apparatus, which is a kind of physical vapor deposition apparatus, will be described with reference to FIG.
In FIG. 3, 1 is an ion source, 2 is a target, 3 is an ion beam, 4 is a sputtered particle, 7 is a substrate, 8 is a substrate rotating holder, 9 is a gas introduction tube, 10 is an optical window, 11 is an optical axis, and 12 Indicates a rotation measurement target. 100 is a vacuum chamber.
In the vacuum chamber 100, the ion source 1 is attached and accommodated on the side wall, and the target 2 is attached and accommodated on the bottom wall. The gas introduction pipe 9 is introduced and fixed to the side wall through the gas introduction pipe 9. The optical chamber 10 and a vacuum pump (not shown) are further attached to the vacuum chamber 100. The ion source 1 is attached and fixed to the inner surface of the side wall of the vacuum chamber 100, and an ion extraction grid to which a high voltage is applied is installed at the ion emission end. The target 2 is fixed to the bottom wall of the vacuum chamber 100 via a target holder (not shown). The substrate rotation holder 8 is rotatably supported by a rotation drive shaft 81 which is inserted through the upper wall of the vacuum chamber 100 in an airtight manner. This substrate substrate holder 8 is rotationally driven from the outside via a rotational drive shaft 81. Then, a film forming substrate 7 on which a thin film is to be formed is attached to the lower surface of the substrate rotating holder 8. The rotation plate 12 to be measured is attached to the upper wall via a rotation shaft 121.
[0003]
The vacuum chamber 100 is evacuated by a vacuum pump (not shown), and then an inert gas is introduced into the vacuum chamber 100 via the gas introduction pipe 9. Here, an ion beam 3 is generated from the ion source 1. The ion beam 3 generated from the ion source 1 is accelerated at high speed by an ion extraction grid to which a high voltage is applied, and is extracted and emitted as an ion beam. This beam collides with the target 2 and sputters the material constituting the target 2. As the material of the target 2, various kinds of materials such as a metal material, an insulating material, and the like can be used. The sputtered particles 4 of the target constituent material sputtered from the target 2 adhere to the surface of the substrate 7 on which the thin film held by the substrate rotating holder 8 is to be formed, and the thin film of the target constituent material is formed here. become. The sputtered sputtered particles 4 of the target constituent material are simultaneously formed on the surface of the rotating plate 12 to be measured which is positioned and fixed in the vicinity of the substrate rotating holder 8. When this thin film is being formed, the substrate rotation holder 8 is rotated by the rotation shaft 81, so that the thickness of the thin film formed can be made uniform.
[0004]
Incidentally, a film thickness gauge is attached to the ion beam sputtering apparatus, and a thin film is formed while measuring the film thickness with the film thickness meter. Although a quartz crystal type can be used as the film thickness meter, an optical film thickness meter is generally provided to measure the film thickness in order to perform a highly accurate film thickness measurement. . This optical film thickness meter irradiates light having a specific wavelength along an optical axis 11 onto a thin film formed on the surface of a rotating plate 12 to be measured through an optical window 10, and transmits the light having a specific wavelength. The film thickness is monitored by measuring the change in reflectance or reflectance.
[0005]
In particular, in a conventional example of an ion beam sputtering apparatus provided with an optical transmission type film thickness meter based on transmittance measurement, the optical path of the optical transmission type film thickness meter is usually used to simplify the configuration, and In order to prevent the sputtered particles 4 flying from the target 2 from being blocked by the optical path, as shown in the figure, an optical window 10 is provided on the wall of a vacuum chamber 100 on which a substrate rotating holder 8 on which a substrate 7 to be formed is mounted is mounted. , And is configured to introduce light through the wall. That is, no optical element other than the rotation plate 12 to be measured is arranged in the optical path of the optical axis 11 introduced through the optical window 10, and the light is directly incident on the rotation plate 12 to be measured.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional example, the optical transmission type film thickness meter measures the vibration of the motor for driving the substrate rotation holder 8 attached to the upper wall of the vacuum chamber 100, the vibration caused by the operation of the vacuum pump, and these vibrations. It is affected by the distortion of the vacuum chamber 100 itself. That is, the optical window 10 made of glass or another transparent material vibrates irrespective of the transmittance of the film-forming sample formed on the rotating plate 12 to be measured due to the previous vibration, and is outside the vacuum chamber 100. This affects the coupling efficiency of the optical axis 11 from the light source to the light detection unit itself, and becomes noise superimposed on the photoelectric conversion signal in measuring the film thickness of the film-formed sample.
[0007]
In the conventional example shown in FIG. 3, the optical window 10 is fixed to the bottom wall of the vacuum chamber 100 on the light incident side, and the rotating plate 12 to be measured is fixed to the upper wall opposite to the bottom wall. Therefore, the optical window 10 and the rotating plate 12 to be measured are exposed to different vibrations of the upper wall and the bottom wall having different phases. From this, the rotation plate 12 to be measured vibrates relatively with respect to the optical axis 11 of the incident light. Since the transmittance and other optical properties of the film generally depend on the incident angle of light, in this case, in particular, a change in the angle between the thin film surface of the rotating plate 12 to be measured and the optical axis 11 causes further disturbance in the film thickness measurement. Become.
[0008]
In the formation of an optical multi-layer film of several hundred layers, when the film thickness is measured using the optical transmission type film thickness meter in which the above-described disturbance occurs, measurement errors of each film thickness measurement are accumulated and the final measurement is performed. Optically, an optical multilayer product containing a large error is produced. High precision optical performance cannot be guaranteed for this product. As an example, when manufacturing a narrow-band multilayer optical filter, a thin film is formed with sufficient accuracy to meet the accuracy requirement that the relative thickness error of each required thin film be suppressed to 0.01% or less. It is extremely difficult to do.
[0009]
Here, in the conventional example, since the optical window 10 and the rotating plate 12 to be measured are separately attached and fixed to the respective upper and bottom walls and vibrate independently of each other, the entirety of the vacuum chamber 100 is Even if an attempt is made to increase the rigidity to suppress the distortion due to the above-mentioned vibration, this has almost no effect. In the case where the optical axis 11 is made to directly enter the rotation plate 12 to be measured via the optical window 10, there is no sputtering device in the optical path between the optical window 10 and the rotation plate 12 to be measured. Therefore, the design and mounting position of the rotating plate 12 to be measured on which the film-forming sample is formed cannot be freely set.
[0010]
The present invention relates to an ion beam sputtering apparatus and other film forming apparatuses, which are resistant to vibration and other disturbances caused by the operation of a vacuum pump provided in a vacuum chamber due to rotation of a substrate rotation holder and other film thickness measurements. It is intended to provide a physical vapor deposition apparatus capable of designing an optical film thickness measuring apparatus having a high degree of freedom within the apparatus.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
Claim 1: In a physical vapor deposition apparatus having a vacuum chamber 100 and an optical transmission type film thickness meter attached to the vacuum chamber 100, any one of the wall surfaces constituting the vacuum chamber 100 An optical window 10 for inputting the optical axis of the optical transmission type film thickness meter from the outside to the inside of the vacuum chamber 100 and an optical window 10 for leading out from the inside of the vacuum chamber 100 to the outside; Inside the vacuum chamber 100 on the wall surface, a physical vapor deposition apparatus in which an optical path 14 for turning the propagation direction of the optical axis incident from the optical window 10 for incidence and leading to the optical window 10 for derivation is attached and fixed is configured. did.
[0012]
Claim 2: In the physical vapor deposition apparatus according to claim 1, a thin film is further formed inside the vacuum chamber on the wall surface of the vacuum chamber to which the two optical windows 10 and the optical path 14 are attached and fixed. A physical vapor deposition apparatus was constructed in which a substrate rotating holder 8 holding a substrate 7 to be formed was connected via a rotation drive shaft 81.
Claim 3: In the physical vapor deposition film forming apparatus according to any one of Claims 1 and 2, the signal light and the incident portion 131 for making the optical axis enter through the optical window 10 for incidence. An incident light receiving unit 13 including a light receiving unit 132 that receives light through an optical window 10 for deriving and photoelectrically converts the light, and a light source 15 that generates light serving as an element of an optical axis. A physical vapor deposition apparatus having a transmitted light detection controller 16 for receiving a signal was configured.
[0013]
Further, in the physical vapor deposition apparatus according to any one of claims 4, 1 to 3, a measurement target plate 12 'on which a measurement target thin film is formed is attached to the substrate rotating holder 8. A fixed physical vapor deposition apparatus was constructed.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the embodiment of FIG. In the embodiments, members common to members in the conventional example are denoted by common reference numerals.
The substrate rotation holder 8 is attached to the upper wall of the vacuum chamber 100 via a rotation shaft 81, and is rotationally driven by a driving motor coupled to the rotation shaft 81.
The rotating plate 12 to be measured adopts a rotating configuration so that the whole of the sputtered particles 4 is less likely to be blocked by a member such as the optical path 14 constituting the ion beam sputtering apparatus. The optical path 11 that bends the optical axis 11 in a free direction or changes the optical properties of the optical axis 11 using a passive optical element such as the optical path 14 or an active optical element such as a modulator (not shown) is used. Make up. Using this optical path 14, a thin film sample formed by sputter particles formed on the rotating plate 12 to be measured is measured.
[0015]
The optical path 14 includes a plurality of mirrors including a first mirror 141 and a second mirror 142 and an arm 140 connecting the mirrors, and bends the optical axis 11 into a desired U-shape. The optical path 14 is attached and fixed to the upper wall of the vacuum chamber 100. In the embodiment shown in FIG. 1, the optical axis 11 of the measurement is incident on the vacuum chamber 100 via the optical window 10 and then the thin film formed on the rotary plate 12 to be measured via the optical path 14 is measured. After being transmitted, it is taken out through the optical window 10. The optical axis 11 also adopts a configuration in which after entering the vacuum chamber 100, the optical axis 11 first passes through a thin film formed on the rotating plate 12 to be measured, and then is taken out of the vacuum chamber 100 via the optical path 14. Can be. The two optical windows 10 are also fixed to the upper wall to which the optical path 14 is fixed. Since the optical path 14 is a member that can be configured to be compact in nature, its rigidity can be easily increased according to the required degree of vibration resistance.
[0016]
As described above, the optical path 14 including the two optical windows 10, the plurality of mirrors including the first mirror 141 and the second mirror 142, and the arm 140 connecting them, and the thin film should be formed. The three substrate rotation holders 8 that hold the substrate 7 and are rotationally driven by a motor via a rotation shaft 81 are attached to the upper wall of a common vacuum chamber 100.
Another embodiment will be described with reference to FIG. In the embodiment of FIG. 2, members common to those in the embodiment of FIG. 1 are given the same reference numerals.
[0017]
In the embodiment, a pump used for evacuation of the vacuum chamber 100 is a second vacuum pump 62 composed of a rotary pump capable of sucking from atmospheric pressure to a certain degree of vacuum, and an ultrahigh vacuum state. A first vacuum pump 61 composed of a cryopump is provided. Actually, the cryopump constituting the first vacuum pump 61 cannot be used until the degree of vacuum is increased to a certain degree. A two-stage evacuation is performed after use. The vacuum chamber 100 corresponding to the housing of the ion beam sputtering apparatus is a stainless steel container having a front door 101 and a back door 102 and having a thickness of about 30 mm and a volume of about 1000 mm 3. By using the pump 61 and the second vacuum pump 62, the inside of the container can be brought into an ultra-high vacuum state. Since this cryopump is a kind of refrigerator, vibration is generated from the compressor, and this gives vibration to the vacuum chamber 5. The sputtered particles 4 are generated when the ion beam 3 emitted from the ion source 1 collides with the target 2. At this time, a necessary gas is additionally introduced through a gas introduction pipe 9.
[0018]
The embodiment of FIG. 2 is different from the embodiment of FIG. 1 in that the measurement target plate 12 ′ on which the measurement target thin film is formed is also fixedly held on the substrate rotating holder 8 together with the substrate 7 on which the thin film is to be formed. The two plates are rotated by the motor 5 during the operation of the sputtering apparatus. In this case, the measurement target plate 12 'on which the thin film sample is to be formed and the substrate 7 on which the thin film is to be formed are similarly configured without distinction, and an appropriate one selected is treated as the measurement target plate 12'. .
A substrate rotating holder 8 for holding a substrate 7 on which a thin film is to be formed is attached to a front door 101 of a vacuum chamber 100 via a rotating shaft 81 and is driven to rotate by a motor 5, which also causes vibration. This vibration also gives vibration to the front door 101 of the vacuum chamber 100.
[0019]
The incident light receiving section 13 is attached and fixed to the front door 101 of the vacuum chamber 100 via a surface plate (not shown). Light sent to the optical fiber 130 from the light source 15 that generates light serving as the element of the optical axis exits through the lens of the incident part 131 of the incident light receiving part 13, and the optical axis 11 is formed. On the front door 101 of the vacuum chamber 100, an optical path 14 including a plurality of mirrors including a first mirror 141 and a second mirror 142 and an arm 140 connecting these mirrors, and an optical window 10 are also fixed. Have been. In this embodiment, as in the previous embodiment, the two optical windows 10, the optical path 14, and the substrate rotating holder 8 are all commonly mounted on the front door 101 of the vacuum chamber 100. .
[0020]
The optical axis 11 that is incident and formed through the lens of the incident part 131 of the incident light receiving part 13 reflects the first mirror 141 and the second mirror 142 to move the measurement target plate 12 ′ on which the thin film sample is formed. The light passes through the other optical window 10, passes through the lens of the light receiving unit 132 of the incident light receiving unit 13, is condensed on a photodiode constituting the light receiving unit 132, and is photoelectrically converted. This converted electric signal is coaxial. The transmitted light is transmitted to the transmitted light detection controller 16 via the cable 133. The transmitted light detection controller 16 receives an electric signal obtained by photoelectrically converting the light transmitted through the measurement target plate 12 ′ on which the thin film sample is formed, and uses the electric signal for controlling the operation of the ion beam sputtering apparatus. In this embodiment, the optical transmission type film thickness meter includes a light source 15, an incident light receiving unit 13, an optical window 10, an optical path 14, and a transmitted light detection control unit 16.
[0021]
According to the invention described above, the optical window 10 vibrates regardless of the transmittance of the film-forming sample formed on the rotating plate 12 to be measured due to the vibration of the vacuum chamber 100, and Influence on the coupling efficiency itself of the optical axis 11 and the adverse effect on the photoelectric conversion signal in measuring the film thickness of the film-formed sample is caused by the fact that the transmission part of the optical axis 11 in the configuration of the optical transmission type film thickness meter is substantially in phase. Therefore, it is possible to suppress the vibration by using a configuration that vibrates with the same frequency component.
In the configuration of the optical transmission type film thickness meter, the optical axis 11 transmitting portion is vibrated at substantially the same phase and with the same frequency component. The structure is such that the user is commonly attached to the front door 101 of the vacuum chamber 100, and these are concentrated on the front door 101, which is a common wall, so that the rigidity of those components can be intensively improved as necessary. Can be easily designed, and distortion of the optical portion of the optical transmission type thickness gauge induced by vibration or other external force can be easily reduced. In addition, since the degree of freedom of the configuration of the optical portion is increased, when it is desired to change the film thickness measurement point, the shape can be easily changed without changing the film forming apparatus by changing the shape of the optical path 14 and replacing it. can do.
[0022]
Further, a part of the sputtered particles 4 flying to the substrate rotating holder 8 is shielded by the optical path 14. The effect of this shielding is caused by a film thickness compensating plate for adjusting the distribution of the sputtered particles 4 flying to the substrate rotating holder 8. Can be easily eliminated by adding the design.
Here, the measurement target plate 12 'is fixedly held on the substrate rotating holder 8 together with the substrate 7 on which the thin film is to be formed, and the measurement target plate 12' and the substrate 7 on which the thin film is to be formed are similarly distinguished. By configuring and handling the selected one as the measurement target plate 12 ', the thin film to be formed on the substrate 7 itself is to be measured, which leads to improvement in measurement accuracy.
[0023]
According to the above-described embodiment, for example, when manufacturing a narrow band optical filter, it is necessary to control a required thickness of a thin film to control a relative thickness error of each thickness to 0.01% or less. Thus, the yield in forming a thin film can be improved.
In the above, an ion beam sputtering apparatus has been described as an example, but the present invention can be applied to a film forming apparatus by physical vapor deposition other than the ion beam sputtering apparatus.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the rotation of the substrate rotation holder, the disturbance to vibration and other film thickness measurement caused by the operation of the vacuum pump provided in the vacuum chamber, and, in the film forming apparatus A physical vapor deposition apparatus having an optical transmission type film thickness meter having a high degree of freedom can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 illustrates an embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating another embodiment.
FIG. 3 illustrates a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ion source 2 Target 3 Ion beam 4 Sputtered particle 5 Motor 6 Vacuum pump 61 1st vacuum pump 62 2nd vacuum pump 7 Substrate 8 Substrate rotation holder 81 Rotation drive shaft 9 Gas introduction pipe 10 Optical window 11 Optical axis 12 Measurement Target rotating plate 12 ′ Measurement target plate 121 Rotation axis 13 Incident light receiving unit 130 Optical fiber 131 Incident unit 132 Light receiving unit 133 Coaxial cable 14 Optical path 140 Arm 141 First mirror 142 Second mirror 15 Light source 16 Transmitted light detection control unit 100 vacuum chamber 101 front door 102 back door

Claims (4)

真空チェンバーと、真空チェンバーに付設される光学式透過型膜厚計とを有する物理的蒸着成膜装置において、
真空チェンバーを構成する壁面の内の何れか一つの壁面に、光学式透過型膜厚計の光軸を真空チェンバーの外部から内部へ入射する入射用の光学窓および真空チェンバーの内部から外部へ導出する導出用の光学窓を形成すると共に、当該壁面の真空チェンバー内側には入射用の光学窓から入射される光軸の伝播方向を折り返して導出用の光学窓に導く光経路を取り付け固定したことを特徴とする物理的蒸着成膜装置。
In a physical vapor deposition apparatus having a vacuum chamber and an optical transmission type film thickness meter attached to the vacuum chamber,
On one of the walls constituting the vacuum chamber, the optical axis of the optical transmission type thickness gauge is guided from the outside of the vacuum chamber to the inside, and the optical axis for incidence is introduced from the inside of the vacuum chamber to the outside. In addition to forming an optical window for output, an optical path for turning the propagation direction of the optical axis incident from the optical window for incidence and leading to the optical window for output is attached and fixed inside the vacuum chamber on the wall. A physical vapor deposition apparatus.
請求項1に記載される物理的蒸着成膜装置において、
2個の光学窓および光経路を取り付け固定した真空チェンバーの壁面には真空チェンバー内側に、更に薄膜を成膜されるべき基板を保持する基板回転ホルダを回転駆動軸を介して結合したことを特徴とする物理的蒸着成膜装置。
The physical vapor deposition apparatus according to claim 1,
A substrate rotation holder for holding a substrate on which a thin film is to be further formed is connected to a wall of the vacuum chamber to which two optical windows and an optical path are attached and fixed via a rotation drive shaft. Physical vapor deposition film forming apparatus.
請求項1および請求項2の内の何れかに記載される物理的蒸着成膜装置において、
光軸を入射用の光学窓を介して入射せしめる入射部と信号光を導出用の光学窓を介して受光して光電変換する受光部より成る入射受光部を具備し、
光軸の素となる光を発生する光源を具備し、
光電変換された電気信号を受信する透過光検出制御部を具備することを特徴とする物理的蒸着成膜装置。
A physical vapor deposition apparatus according to any one of claims 1 and 2,
Includes an incident light receiving unit consisting of a light receiving unit that makes the optical axis incident through an optical window for incidence and a light receiving unit that photoelectrically converts and receives signal light through an optical window for derivation,
A light source that generates light that is the element of the optical axis,
A physical vapor deposition apparatus comprising a transmitted light detection control unit that receives a photoelectrically converted electric signal.
請求項1ないし請求項3の内の何れかに記載される物理的蒸着成膜装置において、
測定対象薄膜が成膜形成される測定対象板を基板回転ホルダに固定保持させたことを特徴とする物理的蒸着成膜装置。
A physical vapor deposition apparatus according to any one of claims 1 to 3,
A physical vapor deposition apparatus wherein a measurement target plate on which a measurement target thin film is formed is fixedly held on a substrate rotating holder.
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