JP2012219281A - Film deposition apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜の成膜装置に関し、特に光学式膜厚モニターを有する成膜装置に関する。 The present invention relates to a thin film forming apparatus, and more particularly to a film forming apparatus having an optical film thickness monitor.
レンズやミラー等の光学部品には、その透過率や反射率を向上させたり、時には偏光を制御したりするため、表面に光学薄膜が設けられる。このような光学薄膜の例として、眼鏡レンズのARコートが挙げられる。
光学薄膜が設けられた光学部品の特性は、光学薄膜の膜厚が大きく影響するので、光学薄膜形成時に、その膜厚を所望の厚さに制御することが重要であり、膜厚制御には、成膜時の膜厚の計測が不可欠である。
Optical parts such as lenses and mirrors are provided with an optical thin film on the surface in order to improve the transmittance and reflectance and sometimes control the polarization. An example of such an optical thin film is an AR coat of a spectacle lens.
Since the thickness of the optical thin film greatly affects the characteristics of the optical component provided with the optical thin film, it is important to control the film thickness to a desired thickness when forming the optical thin film. Measurement of the film thickness during film formation is indispensable.
光学薄膜の成膜手段の1つとして真空蒸着があり、真空蒸着装置による成膜における膜厚計測手段には、様々なものが提案されている。
例えば、真空蒸着装置内に膜厚監視用基板(モニターガラス)を設置し、成膜時に膜厚監視用基板に形成される蒸着膜の膜厚増加に伴う、膜厚監視用基板の反射率もしくは透過率の変化から膜厚を計測する手段がある。
As one of the means for forming an optical thin film, there is vacuum deposition, and various film thickness measuring means for forming a film by a vacuum deposition apparatus have been proposed.
For example, when a film thickness monitoring substrate (monitor glass) is installed in a vacuum vapor deposition apparatus, the reflectivity of the film thickness monitoring substrate accompanying the increase in the film thickness of the vapor deposition film formed on the film thickness monitoring substrate during film formation or There is a means for measuring the film thickness from the change in transmittance.
この膜厚計測手段は、膜厚監視用基板に形成される薄膜の光学厚みの増加に対応して、膜厚監視用基板の反射率もしくは透過率が、計測に用いられる光(計測光と記す)の波長λの1/4、すなわちλ/4の整数倍の光学厚みの位置において極限値を持った周期性の曲線を画くことを利用したものであり、反射率もしくは透過率の極限値Aと、所定の膜厚の反射率もしくは透過率と極限値Aとの差B、との比B/Aから求めるものである(例えば、特許文献1参照)。 This film thickness measuring means is adapted to increase the optical thickness of the thin film formed on the film thickness monitoring substrate so that the reflectance or transmittance of the film thickness monitoring substrate is the light used for measurement (referred to as measurement light). ) Of wavelength λ, that is, a periodic curve having a limit value at a position of an optical thickness that is an integral multiple of λ / 4, and the limit value A of reflectance or transmittance. And the ratio B / A between the reflectance or transmittance of a predetermined film thickness and the difference B between the limit value A (see, for example, Patent Document 1).
しかし、特許文献1に記載の膜厚計測手段では、計測光の波長に対して、膜厚監視用基板の屈折率と形成する光学薄膜との屈折率が近い場合、反射率もしくは透過率の周期変化に対応して、検出される反射光もしくは透過光の強弱変化の振幅が小さくなり、膜厚の計測が困難になるとの問題があった。
このような問題を解決する膜厚計測手段として、あらかじめ金属膜が設けられ複素屈折率を、光学薄膜の屈折率より、相当大きくしたガラス基板を膜厚監視用基板に用いた光学式膜厚モニターがある(例えば、特許文献2参照)。
However, in the film thickness measurement means described in
As a film thickness measuring means for solving such problems, an optical film thickness monitor using a glass substrate provided with a metal film in advance and having a complex refractive index substantially larger than the refractive index of the optical thin film as the film thickness monitoring substrate. (See, for example, Patent Document 2).
膜厚監視用基板を用いて形成される光学薄膜の厚みを計測するには、計測光が光学薄膜を透過または反射する必要がある。
特許文献2に記載の光学式膜厚モニターの膜厚監視用基板では、計測光は、ガラス基板に設けられた金属膜を通過した後、成膜対象である光学薄膜を透過または反射する。
一般に、金属に電磁波である光が入ると、金属中に振動電界が生じ、自由電子の移動を生じる。そうすると、金属中に電気分極が発生し、金属中に進入しようとする光は光自身の持つ電界とは逆向きの電界により遮蔽されることになる。
In order to measure the thickness of the optical thin film formed using the film thickness monitoring substrate, the measurement light needs to be transmitted or reflected through the optical thin film.
In the film thickness monitoring substrate of the optical film thickness monitor described in
In general, when light, which is an electromagnetic wave, enters a metal, an oscillating electric field is generated in the metal and free electrons move. As a result, electric polarization occurs in the metal, and the light entering the metal is shielded by an electric field opposite to the electric field of the light itself.
そのため、特許文献2に記載の金属膜が設けられたガラス基板でなる膜厚監視用基板では、金属膜により計測光が遮蔽され、光学薄膜を透過または反射した計測光の強度が低下する。特に、必要な複素屈折率を得る厚みの金属膜を設けた膜厚監視用基板では、膜厚計測手段である光学式膜厚モニターに一般的に使用されているハロゲンランプの光を、ほぼ100%(>99.9%)吸収し、透過性が失われる。
すなわち、特許文献2に記載の膜厚監視用基板を用いた光学式膜厚モニターでは、光量を高めた特殊な光源や感度の高い特殊な検出器を用いる必要があるとの問題があった。
Therefore, in the film thickness monitoring substrate formed of the glass substrate provided with the metal film described in
That is, in the optical film thickness monitor using the film thickness monitoring substrate described in
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、光量を高めた特殊な光源や感度の高い特殊な検出器を用いることなく、成膜される光学薄膜の膜厚を、高い精度で計測する光学式膜厚モニターを備えた成膜装置を得ることである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to form an optical thin film without using a special light source with high light intensity or a special detector with high sensitivity. It is to obtain a film forming apparatus equipped with an optical film thickness monitor that measures the film thickness of the film with high accuracy.
本発明に係わる第1の成膜装置は、真空チャンバー内における被成膜部材の設置部の近傍に配設したモニター基板と、真空チャンバーの外に設置され、真空チャンバーに設けられた透明窓を介してモニター基板にモニター光を投射する発光手段と、モニター基板から反射され、且つ透明窓を介して真空チャンバーの外に導出されるモニター光を受光する受光手段と、受光手段で計測したモニター光の強度変化から、被成膜部材に形成される薄膜の膜厚を算出する手段とを有する光学式膜厚モニターを備えた成膜装置であって、モニター基板が、少なくとも一方の平面に、半導体でなる膜厚が100nm未満の第1の薄膜を備えているものである。 A first film forming apparatus according to the present invention includes a monitor substrate disposed in the vicinity of an installation portion of a film forming member in a vacuum chamber, and a transparent window disposed outside the vacuum chamber and provided in the vacuum chamber. A light emitting means for projecting monitor light onto the monitor substrate, a light receiving means for receiving the monitor light reflected from the monitor substrate and led out of the vacuum chamber through the transparent window, and the monitor light measured by the light receiving means A film forming apparatus having an optical film thickness monitor having means for calculating a film thickness of a thin film formed on a film forming member from a change in strength of the semiconductor substrate, wherein the monitor substrate is placed on at least one plane on the semiconductor The first thin film having a thickness of less than 100 nm is provided.
本発明に係わる第2の成膜装置は、真空チャンバー内における被成膜部材の設置部の近傍に配設したモニター基板と、真空チャンバーの外に設置され、真空チャンバーに設けられた一方の透明窓を介してモニター基板にモニター光を投射する発光手段と、モニター基板を透過し、且つ真空チャンバーに設けられた他方の透明窓を介して真空チャンバーの外に導出されるモニター光を受光する受光手段と、受光手段で計測したモニター光の強度変化から、被成膜部材に形成される薄膜の膜厚を算出する手段とを有する光学式膜厚モニターを備えた成膜装置であって、モニター基板が、少なくとも一方の平面に、半導体でなる膜厚が100nm未満の第1の薄膜を備えているものである。 A second film forming apparatus according to the present invention includes a monitor substrate disposed in the vicinity of a deposition portion of a film forming member in a vacuum chamber, and one transparent film disposed outside the vacuum chamber and disposed in the vacuum chamber. Light emitting means for projecting monitor light to the monitor substrate through the window, and light reception for receiving the monitor light transmitted through the monitor substrate and led out of the vacuum chamber through the other transparent window provided in the vacuum chamber A film forming apparatus comprising: an optical film thickness monitor having means for calculating a film thickness of a thin film formed on a film forming member from a change in intensity of monitor light measured by the light receiving means; The substrate is provided with a first thin film having a thickness of less than 100 nm made of a semiconductor on at least one plane.
本発明に係わる第1の成膜装置は、真空チャンバー内における被成膜部材の設置部の近傍に配設したモニター基板と、真空チャンバーの外に設置され、真空チャンバーに設けられた透明窓を介してモニター基板にモニター光を投射する発光手段と、モニター基板から反射され、且つ透明窓を介して真空チャンバーの外に導出されるモニター光を受光する受光手段と、受光手段で計測したモニター光の強度変化から、被成膜部材に形成される薄膜の膜厚を算出する手段とを有する光学式膜厚モニターを備えた成膜装置であって、モニター基板が、少なくとも一方の平面に、半導体でなる膜厚が100nm未満の第1の薄膜を備えているものであり、モニター基板の、反射率の変化が大きく、モニター光の減衰も小さいので、光量を高めた特殊な光源や感度の高い特殊な検出器を用いることなく、成膜される光学薄膜の膜厚を、高い精度で計測でき制御できる。 A first film forming apparatus according to the present invention includes a monitor substrate disposed in the vicinity of an installation portion of a film forming member in a vacuum chamber, and a transparent window disposed outside the vacuum chamber and provided in the vacuum chamber. A light emitting means for projecting monitor light onto the monitor substrate, a light receiving means for receiving the monitor light reflected from the monitor substrate and led out of the vacuum chamber through the transparent window, and the monitor light measured by the light receiving means A film forming apparatus having an optical film thickness monitor having means for calculating a film thickness of a thin film formed on a film forming member from a change in strength of the semiconductor substrate, wherein the monitor substrate is placed on at least one plane on the semiconductor The first thin film with a thickness of less than 100 nm is provided, and the change in reflectance of the monitor substrate is large and the attenuation of the monitor light is small. Without using a source and sensitive special detector, the thickness of the optical thin film formed can be controlled can be measured with high accuracy.
本発明に係わる第2の成膜装置は、真空チャンバー内における被成膜部材の設置部の近傍に配設したモニター基板と、真空チャンバーの外に設置され、真空チャンバーに設けられた一方の透明窓を介してモニター基板にモニター光を投射する発光手段と、モニター基板を透過し、且つ真空チャンバーに設けられた他方の透明窓を介して真空チャンバーの外に導出されるモニター光を受光する受光手段と、受光手段で計測したモニター光の強度変化から、被成膜部材に形成される薄膜の膜厚を算出する手段とを有する光学式膜厚モニターを備えた成膜装置であって、モニター基板が、少なくとも一方の平面に、半導体でなる膜厚が100nm未満の第1の薄膜を備えているものであり、モニター基板の、透過率の変化が大きく、モニター光の減衰も小さいので、光量を高めた特殊な光源や感度の高い特殊な検出器を用いることなく、成膜される光学薄膜の膜厚を、高い精度で計測でき制御できる。 A second film forming apparatus according to the present invention includes a monitor substrate disposed in the vicinity of a deposition portion of a film forming member in a vacuum chamber, and one transparent film disposed outside the vacuum chamber and disposed in the vacuum chamber. Light emitting means for projecting monitor light to the monitor substrate through the window, and light reception for receiving the monitor light transmitted through the monitor substrate and led out of the vacuum chamber through the other transparent window provided in the vacuum chamber A film forming apparatus comprising: an optical film thickness monitor having means for calculating a film thickness of a thin film formed on a film forming member from a change in intensity of monitor light measured by the light receiving means; The substrate is provided with the first thin film made of a semiconductor having a film thickness of less than 100 nm on at least one plane, and the monitor substrate has a large change in transmittance, which reduces monitor light. Since even small, without using a high specific detector of special light source and sensitivity enhanced light intensity, a thickness of the optical thin film formed can be controlled can be measured with high accuracy.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係わる成膜装置の構成を示す模式図である。
図1に示す本実施の形態の成膜装置100は、光学薄膜作成に最も一般的に用いられる真空蒸着装置をベースとした構成例である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a film forming apparatus according to
A
図1に示すように、本実施の形態の成膜装置100は、真空槽(真空チャンバーと記す)1を備えており、真空チャンバー1内の下方には、蒸着材料を入れるハースライナー(坩堝と記す)3が設置され、坩堝3の近傍には、電子ビーム16を放出する電子銃(EB銃と記す)2が配設され、坩堝3の一方の横には、EB銃2から放出される電子ビーム16を遮蔽するシャッターが配設されている。シャッターは、電子ビーム16を遮蔽するシャッター本体5と、シャッター本体5を保持し、且つ真空チャンバー1の底部に回転可能に設置されたシャッター軸4とで形成されている。
As shown in FIG. 1, a
また、真空チャンバー1内の上方には、基板等の光学薄膜が成膜される部材(被成膜部材と記す)7を保持する基板ドーム6が、坩堝3に対向して設置され、基板ドーム6の略中心の位置には、形成される薄膜の膜厚を求めるのに用いられるモニター基板10が配設されている。
また、モニター基板10は、モニター基板保持具9で保持され、モニター基板保持具9のモニター基板10を保持する端部の反対側の端部が、モニター基板保持具回転機構8と結合している。
また、真空チャンバー1におけるモニター基板10の直上の天井部には、透明窓11が設けられている。
In addition, a
The
A
また、真空チャンバー1外における透明窓11の上部に、反射ミラー15が設置されており、モニター光18を一方の反射ミラー15aに投射できる位置に発光手段12が設置され、他方の反射ミラー15bで反射されたモニター光18を受光できる位置に受光手段13が配置されている。
すなわち、モニター基板10と発光手段12と反射ミラー15と透明窓11と受光手段13とで、反射型光学式膜厚モニターが形成されている。
また、受光手段13で検出した膜厚信号を入力し、シャッターを制御する膜厚制御手段14も、設けられている。
In addition, a
That is, the
Further, a film thickness control means 14 for inputting a film thickness signal detected by the
図2は、本発明の実施の形態1に係わる成膜装置に用いられるモニター基板の側面断面模式図である。
図2に示すように、本実施の形態のモニター基板10は、モニター基板本体21とモニター基板本体21の平面に形成された膜厚100nm未満の膜(第1の薄膜と記す)22とで形成されている。
本実施の形態では、第1の薄膜は半導体で形成されており、半導体には、例えば、Ge、Si等の単独元素の半導体、ZnSe、ZnS等の化合物半導体、あるいは、これらの半導体の内の少なくとも2種類からなる複合物が用いられる。
FIG. 2 is a schematic side sectional view of a monitor substrate used in the film forming apparatus according to
As shown in FIG. 2, the
In the present embodiment, the first thin film is formed of a semiconductor. Examples of the semiconductor include a single element semiconductor such as Ge and Si, a compound semiconductor such as ZnSe and ZnS, or a combination of these semiconductors. A composite composed of at least two types is used.
本実施の形態の成膜装置100で光学薄膜を形成する工程について説明する。
まず、真空チャンバー1の内部にセットした坩堝3に、所定の蒸着材料を供給するとともに、基板ドーム6の坩堝3と対向する面に、被成膜部材7(例えば成膜前のレンズやミラー)をセットする。
次に、真空チャンバー1を、真空ポンプ(図示せず)によって真空排気し、所定の真空度に到達した後、EB銃2の電源(図示せず)をONにして電子ビーム16を放出する。
A process of forming an optical thin film with the
First, a predetermined vapor deposition material is supplied to the
Next, the
次に、電子ビーム16を、偏向コイル(図示せず)によって180度もしくは270度偏向させ、坩堝3へと導き、坩堝3にセットされた蒸着材料を電子ビーム16により加熱することにより溶融状態にして、蒸発させる。
このような工程で、蒸発する蒸着物質17は坩堝上方へと飛び出し、基板ドーム6にセットされた被成膜部材7の表面に蒸着され、光学薄膜となる。
Next, the
In such a process, the
次に、本実施の形態の成膜装置100における、蒸着された光学薄膜の膜厚を計測する機構と、計測された膜厚データに基づき光学薄膜の膜厚を制御する機構について説明する。
本実施の形態の成膜装置100では、蒸着工程において、蒸着物質17は、被成膜部材7の表面に蒸着され光学薄膜を形成するだけでなく、基板ドーム6の略中心の位置に設置されたモニター基板10の表面にも蒸着され、薄膜(第2の薄膜と記す)が形成される。
Next, a mechanism for measuring the film thickness of the deposited optical thin film and a mechanism for controlling the film thickness of the optical thin film based on the measured film thickness data in the
In the
また、モニター基板10には、真空チャンバー1の外部に設けられた発光手段12から放射されたモニター光18が、第1の反射ミラー15aと透明窓11とを介して、照射され、モニター基板10から反射された光が、透明窓11と第2の反射ミラー15bを介して受光手段13に入射される。
受光手段13に入射されるモニター光18の強度は、蒸着によりモニター基板10に第2の膜が形成され、その膜厚が増加すると、モニター基板10の反射率が変化するので、変化する。
Further, the
The intensity of the
モニター光18が入射された受光手段13は、モニター光18の強度変化を計測するとともに、内装された、モニター光の強度変化信号から膜厚を求める手段で膜厚を求め、膜厚データ信号を膜厚制御手段14に入力する。膜厚制御手段14は、受光手段からの膜厚データ信号により、シャッター4を制御して、被成膜部材7に形成される光学薄膜の膜厚を制御する。
また、受光手段13が、モニター光18の強度変化を計測するとともに、強度変化信号を膜厚制御手段14に入力し、膜厚制御手段14が、受光手段からの強度変化信号により、蒸着された光学薄膜の膜厚を求めるとともに、膜厚データからシャッター4を制御して、被成膜部材7に形成される光学薄膜の膜厚を制御しても良い。
The light receiving means 13 to which the
The light receiving means 13 measures the intensity change of the
次に、第2の膜の膜厚増加によるモニター基板10の反射率の変化に対応した、受光手段13で計測されたモニター光18の強度変化信号から、第2の膜の膜厚を求める手段について、説明する。
図3は、透明基板に形成される光学薄膜の膜厚と、光学薄膜が形成された透明基板の反射率との関係を示す模式図である。
図3において、横軸は光学薄膜の物理的厚さdと屈折率nとの積である光学膜厚ndであり、縦軸は光学薄膜が形成された透明基板の反射率Rである。
Next, means for obtaining the film thickness of the second film from the intensity change signal of the
FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between the thickness of the optical thin film formed on the transparent substrate and the reflectance of the transparent substrate on which the optical thin film is formed.
In FIG. 3, the horizontal axis represents the optical film thickness nd which is the product of the physical thickness d of the optical thin film and the refractive index n, and the vertical axis represents the reflectance R of the transparent substrate on which the optical thin film is formed.
図3に示すように、光学薄膜が形成された透明基板の反射率Rは、光学膜厚ndが、投射される光の波長λの1/4、すなわち、λ/4の周期で、極小となる谷(極小反射率Rminと記す)と極大となる山(極大反射率Rmaxと記す)とが交互に繰り返され、この透明基板からの反射光の強度が同様な周期で変化する。 As shown in FIG. 3, the reflectance R of the transparent substrate on which the optical thin film is formed is such that the optical film thickness nd is minimal at a quarter of the wavelength λ of the projected light, that is, a period of λ / 4. The valleys (denoted as the minimum reflectance Rmin) and the peaks (denoted as the maximum reflectance Rmax) are alternately repeated, and the intensity of the reflected light from the transparent substrate changes in a similar cycle.
本実施の形態の光学式膜厚モニターの膜厚を算出する手段は、上記原理から、まず、受光手段13で、モニター光強度の繰返し数Cを求める。また。受光手段13で、モニター基板10の、極大反射率Rmaxと極小反射率Rminとの反射率の差Aに対応したモニター光強度の差信号(第1の差信号と記す)Saと、所定の膜厚Xの光学薄膜が形成されたモニター基板10の反射率Rxと極小反射率Rminとの反射率の差Bに対応したモニター光強度の差信号(第2の差信号と記す)Sbを求める。
そして、モニター光の波長λと、モニター光強度の繰返し数Cと、第2の差信号Saと第1の差信号Saとの比Sb/Saとから、光学膜厚ndを算出するものである。
The means for calculating the film thickness of the optical film thickness monitor of the present embodiment first obtains the monitoring light intensity repetition number C by the light receiving means 13 from the above principle. Also. In the light receiving means 13, a monitor light intensity difference signal (referred to as a first difference signal) Sa corresponding to the reflectance difference A between the maximum reflectance Rmax and the minimum reflectance Rmin of the
Then, the optical film thickness nd is calculated from the wavelength λ of the monitor light, the repetition number C of the monitor light intensity, and the ratio Sb / Sa of the second difference signal Sa and the first difference signal Sa. .
本実施の形態の反射型光学式膜厚モニターでは、モニター基板10から反射されたモニター光18を計測して、光学薄膜の膜厚を求めている。
しかし、モニター光の光路に蒸着物質が存在するので検出感度が多少低下するが、真空チャンバー1における、モニター基板10の直下の床部に、透明窓を設け、透明窓の外に受光手段を配置してモニター基板10を透過したモニター光を計測する、透過型光学式膜厚モニターであっても良い。
この場合は、図3に示す反射率と同様な変化をする、モニター基板10の透過率の変化から、光学薄膜の膜厚を求める。
In the reflective optical film thickness monitor of the present embodiment, the
However, since the vapor deposition substance is present in the optical path of the monitor light, the detection sensitivity is somewhat lowered. However, a transparent window is provided on the floor portion of the
In this case, the film thickness of the optical thin film is obtained from the change in the transmittance of the
形成される蒸着物質膜の厚さ増加にともなう、モニター基板の反射率または透過率の変化によるモニター光の強度変化を計測して、形成される光学薄膜の厚さを求める光学式膜厚モニターを備えた成膜装置では、蒸着物質膜の形成によるモニター基板の、反射率または透過率の変化が小さいと、モニター基板による膜厚計測が困難となる。
しかし、本実施の形態の成膜装置の光学式膜厚モニターは、モニター基板に、第1の薄膜として膜厚100nm未満の半導体膜が前もって形成された基板が用いられており、モニター基板の複素屈折率と形成される光学薄膜の屈折率との差が大きく、蒸着物質膜の形成によるモニター基板の、反射率または透過率の変化が大きく、モニター光の減衰も小さいので、光量を高めた特殊な光源や感度の高い特殊な検出器を用いることなく、成膜される光学薄膜の膜厚を、高い精度で計測でき制御できる。
An optical film thickness monitor that determines the thickness of the optical thin film to be measured by measuring the change in the intensity of the monitor light due to the change in the reflectance or transmittance of the monitor substrate as the thickness of the deposited material film increases. In the film forming apparatus provided, if the change in reflectance or transmittance of the monitor substrate due to the formation of the vapor deposition material film is small, it becomes difficult to measure the film thickness using the monitor substrate.
However, the optical film thickness monitor of the film forming apparatus of the present embodiment uses a substrate in which a semiconductor film having a film thickness of less than 100 nm is previously formed as the first thin film on the monitor substrate. The difference between the refractive index and the refractive index of the optical thin film to be formed is large, the change in the reflectivity or transmittance of the monitor substrate due to the formation of the vapor deposition material film is large, and the attenuation of the monitor light is also small. The thickness of the optical thin film to be formed can be measured and controlled with high accuracy without using a special light source or a highly sensitive special detector.
すなわち、本実施の形態の成膜装置は、高精度で高感度な光学式膜厚モニターを備え、高度な膜厚制御を可能にする成膜装置である。
次に、本実施の形態の成膜装置の効果を、実施例と比較例とで説明する。
That is, the film forming apparatus of the present embodiment is a film forming apparatus that includes an optical film thickness monitor with high accuracy and high sensitivity, and enables advanced film thickness control.
Next, the effects of the film forming apparatus of this embodiment will be described with reference to examples and comparative examples.
比較例1.
比較例1は、モニター基板にガラス基板を用いた場合である。
表1に、ガラス基板と主な物質との屈折率およびガラス基板と主な物質との屈折率差を示す。
Comparative Example 1
Comparative Example 1 is a case where a glass substrate is used as the monitor substrate.
Table 1 shows the refractive index between the glass substrate and the main substance and the difference in refractive index between the glass substrate and the main substance.
各物質の屈折率は、波長に対して異なる、いわゆる波長分散特性を有しており、ガラス基板と成膜物質との屈折率差も波長により異なる。
表2に示すように、BaF2、HfF4、YF3、YbF3等のフッ化物は、ガラス基板との屈折率差が、特に小さく、これらの物質の成膜では、モニター基板の反射率または透過率の変化が小さく、正確な膜厚の計測ができない。
さらに、YbF3では、モニター光の波長が600nmの場合と1000nmの場合で、屈折率差の正負が逆転しており、波長600nm〜1000nmの間おいて、ガラス基板との屈折率差がゼロになる部分があることを示している。このような場合では。モニター基板からの反射光もしくは透過光の強度変化がゼロになるため、膜厚の計測ができなくなる。
The refractive index of each material has a so-called wavelength dispersion characteristic that differs with respect to the wavelength, and the difference in refractive index between the glass substrate and the film forming material also varies depending on the wavelength.
As shown in Table 2, fluorides such as BaF 2 , HfF 4 , YF 3 , and YbF 3 have a particularly small difference in refractive index from the glass substrate. In the film formation of these substances, the reflectance of the monitor substrate or The change in transmittance is small and the film thickness cannot be measured accurately.
Furthermore, in YbF 3, in the case of 1000nm and when the wavelength of the monitor light is 600 nm, is reversed positive and negative refractive index difference, in advance between the wavelength 600Nm~1000nm, the refractive index difference between the glass substrate is zero It shows that there is a part. In such a case. Since the intensity change of reflected light or transmitted light from the monitor substrate becomes zero, the film thickness cannot be measured.
表1に示した各種物質の屈折率は一例であり、薄膜の場合、成膜条件や成膜装置に依存して屈折率が変動することが知られている。その理由は充填率と呼ばれる膜密度が成膜条件や成膜装置に依存して変動するためである。通常、薄膜はバルクの素材に比して、何らかの空隙を有し、充填率は100%以下であるが、この空隙には大気もしくは水分が入り込むため、その分、屈折率が変わることになる。 The refractive indexes of various substances shown in Table 1 are examples. In the case of a thin film, it is known that the refractive index varies depending on the film forming conditions and the film forming apparatus. This is because the film density called the filling rate varies depending on the film forming conditions and the film forming apparatus. Usually, the thin film has some voids as compared with the bulk material and the filling rate is 100% or less. However, since the air or moisture enters the voids, the refractive index changes accordingly.
真空蒸着を始めとする物理成膜においては膜密着性や結晶性の向上を目的として基板加熱が行われるが、物質によっては比較的低い温度で膜特性が大きく変わるものが存在する。例えば、基板加熱温度100℃〜200℃において、屈折率の波長分散特性等が大きく変化する物質がある。 In physical film formation such as vacuum deposition, substrate heating is performed for the purpose of improving film adhesion and crystallinity. However, depending on the substance, there is a material whose film characteristics change greatly at a relatively low temperature. For example, there is a substance in which the wavelength dispersion characteristic of the refractive index changes greatly at a substrate heating temperature of 100 ° C. to 200 ° C.
図4は、YF3膜を基板加熱なしで成膜した場合の、比較例1のモニター基板を用いた反射型光学式膜厚モニターでの測定例を示す図である。
図5は、YF3膜を基板温度125℃で成膜した場合の、比較例1のモニター基板を用いた反射型光学式膜厚モニターでの測定例を示す図である。
図4と図5とに示した測定例で用いられたモニター光の波長は1000nmである。
図4には、基板加熱なしで成膜した場合のモニター光の反射光量変化曲線31を示し、図5には、基板温度125℃で成膜した場合のモニター光の反射光量変化曲線32を示している。
図4と図5に示した反射光量の変化は、モニター基板の反射率の変化に対応している。
FIG. 4 is a diagram showing a measurement example with a reflective optical film thickness monitor using the monitor substrate of Comparative Example 1 when the YF 3 film is formed without heating the substrate.
FIG. 5 is a diagram showing a measurement example with a reflective optical film thickness monitor using the monitor substrate of Comparative Example 1 when the YF 3 film is formed at a substrate temperature of 125 ° C.
The wavelength of the monitor light used in the measurement examples shown in FIGS. 4 and 5 is 1000 nm.
FIG. 4 shows a reflected light
The change in the amount of reflected light shown in FIGS. 4 and 5 corresponds to the change in the reflectance of the monitor substrate.
図4に示す反射光量変化曲線31では、山ピークと谷ピークで20%程度の差異が認められた。
しかし、図5に示す反射光量変化曲線32では、山ピークと谷ピークで最大5%程度の差異は認められるが、成膜初期では反射光量の差異が2%程度しか得られておらず、モニター基板の反射率特性が非常に不安定であることを示している。
In the reflected light
However, in the reflected light
図6は、YbF3膜を基板加熱なしで成膜した場合の、比較例1のモニター基板を用いた反射型光学式膜厚モニターでの測定例を示す図である。
図7は、YbF3膜を基板温度125℃で成膜した場合の、比較例1のモニター基板を用いた反射型光学式膜厚モニターでの測定例を示す図である。
図6と図7とに示した測定例で用いられたモニター光の波長は1800nmである。
図6には、基板加熱なしで成膜した場合のモニター光の反射光量変化曲線33を示し、図7には、基板温度125℃で成膜した場合のモニター光の反射光量変化曲線34を示している。
図6と図7に示した反射光量の変化は、モニター基板の反射率の変化に対応している。
FIG. 6 is a diagram illustrating a measurement example using a reflective optical film thickness monitor using the monitor substrate of Comparative Example 1 when the YbF 3 film is formed without heating the substrate.
FIG. 7 is a diagram showing a measurement example with a reflective optical film thickness monitor using the monitor substrate of Comparative Example 1 when a YbF 3 film is formed at a substrate temperature of 125 ° C.
The wavelength of the monitor light used in the measurement examples shown in FIGS. 6 and 7 is 1800 nm.
FIG. 6 shows a reflected light
The change in the amount of reflected light shown in FIGS. 6 and 7 corresponds to the change in the reflectance of the monitor substrate.
図6に示す反射光量変化曲線33では、山ピークと谷ピークで20%程度の差異が認められている。
しかし、図7に示す反射光量変化曲線34では、山ピークと谷ピークで最大1%程度の差異しか認められず、成膜初期では反射光量の増加が認められるなど、モニター基板の反射率特性が、非常に不安定であることを示している。
また、YbF3膜の成膜において、基板加熱なしの場合は、反射光量変化曲線33から明らかなように、表1に示したガラス基板よりも屈折率が小さい状態が維持されているが、YbF3膜の成膜において、基板温度が125℃の場合は、反射光量変化曲線34から明らかなように、成膜の初期においてはガラス基板よりも屈折率が大きくなっている。
In the reflected light
However, in the reflected light
In addition, when the substrate is not heated in the formation of the YbF 3 film, as is apparent from the reflected light
すなわち、本比較例のように、ガラス基板単体をモニター基板に用いた光学式膜厚モニターの場合は、ガラス基板と屈折率差が小さい物質の成膜では、モニター基板の反射率変化が小さく、且つ不安定であり、正確な膜厚を計測できず、安定した成膜制御を行うことは困難である。 That is, as in this comparative example, in the case of an optical film thickness monitor using a glass substrate alone as a monitor substrate, the change in reflectance of the monitor substrate is small in the film formation of a substance having a small refractive index difference from the glass substrate, In addition, the film thickness is unstable, an accurate film thickness cannot be measured, and it is difficult to perform stable film formation control.
比較例2.
比較例2は、モニター基板に、第1の薄膜として金属膜を形成した、ガラス基板を用いる場合である。
図8は、第1の薄膜として膜厚が200nmの金属膜を形成したガラス基板の反射率と透過率との特性を示す図である。
図8において、左側の縦軸は反射率Rであり、右側の縦軸は透過率Tであり、横軸は波長λである。
本比較例の、膜厚が200nmの金属膜を形成したガラス基板の透過率は、反射型光学式膜厚モニターのモニターガラスに膜厚が100nmの金属膜を形成した場合の透過率に相当する。
図8には、ガラス基板にAg膜を形成した場合の、反射率の変化曲線41と透過率の変化曲線43、および、ガラス基板にAl膜を形成した場合の、反射率の変化曲線42と透過率の変化曲線44、を示している。
Comparative Example 2
Comparative Example 2 is a case where a glass substrate in which a metal film is formed as a first thin film on a monitor substrate is used.
FIG. 8 is a diagram illustrating the characteristics of reflectance and transmittance of a glass substrate on which a metal film having a thickness of 200 nm is formed as the first thin film.
In FIG. 8, the left vertical axis represents the reflectance R, the right vertical axis represents the transmittance T, and the horizontal axis represents the wavelength λ.
In this comparative example, the transmittance of the glass substrate on which the metal film having a thickness of 200 nm is formed corresponds to the transmittance when the metal film having a thickness of 100 nm is formed on the monitor glass of the reflective optical film thickness monitor. .
FIG. 8 shows a
図8から明らかなように、反射型光学式膜厚モニターにおけるモニターガラス上に100nm以上の膜厚を有する金属膜を設けると、通常、光学薄膜のモニター光として用いられる400nm〜2000nmの範囲の全ての波長において透過率は0.1%以下になる。
すなわち、比較例2のモニター基板において、100nm以上の膜厚を有する金属膜を設けると、通常の光源では光が遮断されるので、特殊な高輝度ランプを用いたり、感度の高い特殊な検出器を用いる必要があり、装置が高価になる。
また、通常、高輝度ランプを用いても、波長700nm以上では透過光量はほぼゼロであり、モニター光量の変化は検知不可能である。
As is apparent from FIG. 8, when a metal film having a film thickness of 100 nm or more is provided on the monitor glass in the reflective optical film thickness monitor, the entire range of 400 nm to 2000 nm that is usually used as monitor light for the optical thin film is used. The transmittance is 0.1% or less at a wavelength of.
That is, if a metal film having a film thickness of 100 nm or more is provided on the monitor substrate of Comparative Example 2, light is blocked by a normal light source, so a special high-intensity lamp is used or a special detector with high sensitivity And the device becomes expensive.
In general, even when a high-intensity lamp is used, the amount of transmitted light is almost zero at a wavelength of 700 nm or more, and a change in the amount of monitor light cannot be detected.
また、モニター基板の裏面ガラス面から、波長400〜2000nmの全範囲に渡って、ほぼ4%の反射光が生じており、モニター光の受光手段には常時4%の反射されたモニター光が入射する事になる。従って、モニター光のS/N比は<1/40であり、高輝度な光源を用いても反射光量の変化を正確にモニターすることは困難である。 Also, almost 4% of reflected light is generated from the back glass surface of the monitor substrate over the entire wavelength range of 400 to 2000 nm, and 4% of the reflected monitor light is always incident on the monitor light receiving means. Will do. Accordingly, the S / N ratio of the monitor light is <1/40, and it is difficult to accurately monitor the change in the amount of reflected light even when a high-luminance light source is used.
実施例1.
実施例1は、モニター基板に、第1の薄膜として単独元素の半導体膜を形成した、ガラス基板を用いる場合である。
図9は、第1の薄膜としてGe膜を形成した白板ガラス基板の透過率特性を示す図である。
図9において、縦軸は透過率Tであり、横軸は波長λである。
図9では、白板ガラス基板に、膜厚が1nm、3nm、5nm、10nm、20nm、40nm、100nm、200nmの、各Ge膜を設けた場合の透過率の変化曲線51,52,53,54,55,56,57,58を示している。
Example 1.
Example 1 is a case where a glass substrate in which a single element semiconductor film is formed as a first thin film on a monitor substrate is used.
FIG. 9 is a diagram showing the transmittance characteristics of a white glass substrate on which a Ge film is formed as the first thin film.
In FIG. 9, the vertical axis represents the transmittance T, and the horizontal axis represents the wavelength λ.
In FIG. 9, transmittance change curves 51, 52, 53, 54 when the respective Ge films having a film thickness of 1 nm, 3 nm, 5 nm, 10 nm, 20 nm, 40 nm, 100 nm, and 200 nm are provided on a white glass substrate. 55, 56, 57, 58 are shown.
図9から明らかなように、Ge膜を形成した白板ガラス基板をモニター基板に用いる場合、吸収を考慮して、100nm未満の膜厚のGe薄膜が設けられたものが使用可能であり、40nm未満の膜厚Ge薄膜が設けられたものは、モニター光の光量として、400nm以上の全波長でほぼ5%以上の透過率が確保されるので、好適である。
また、モニター光の波長1000nmと2000nmとにおけるGeの屈折率は、各々2.720、3.565であり、同波長のガラスの屈折率は、1.508、1.494であり、Geとガラスとの屈折率の差が大きいので、成膜時における、モニター基板としての反射率あるいは透過率の変化幅が大きく、正確に膜厚の計測ができ、蒸着膜の安定した制御を行うことができる。
As is apparent from FIG. 9, when a white glass substrate on which a Ge film is formed is used as a monitor substrate, it is possible to use a substrate provided with a Ge thin film having a thickness of less than 100 nm in consideration of absorption. The film having the Ge thin film is suitable because the transmittance of the monitor light is ensured to be approximately 5% or more at all wavelengths of 400 nm or more.
Further, the refractive indexes of Ge at the monitor light wavelengths of 1000 nm and 2000 nm are 2.720 and 3.565, respectively, and the refractive indexes of the glass of the same wavelength are 1.508 and 1.494, respectively. Since the difference in refractive index between the film and the film is large, the change in reflectance or transmittance as a monitor substrate during film formation is large, the film thickness can be accurately measured, and the deposition film can be controlled stably. .
図10は、第1の薄膜としてSi膜を形成した白板ガラス基板の透過率特性を示す図である。
図10において、縦軸は透過率Tであり、横軸は波長λである。
図10では、白板ガラス基板に、膜厚が1nm、3nm、5nm、10nm、20nm、40nm、100nm、200nmの、各Si膜を設けた場合の透過率の変化曲線61,62,63,64,65,66,67,68を示している。
FIG. 10 is a diagram showing the transmittance characteristics of a white glass substrate on which a Si film is formed as the first thin film.
In FIG. 10, the vertical axis represents the transmittance T, and the horizontal axis represents the wavelength λ.
In FIG. 10, transmittance change curves 61, 62, 63, 64, when each Si film having a film thickness of 1 nm, 3 nm, 5 nm, 10 nm, 20 nm, 40 nm, 100 nm, and 200 nm is provided on a white glass substrate. 65, 66, 67 and 68 are shown.
図10から明らかなように、Si膜を形成した白板ガラス基板をモニター基板に用いる場合、吸収を考慮して、200nm未満の膜厚のSi薄膜が設けられたものが使用可能であり、100nm未満の膜厚Si薄膜が設けられたものは、モニター光の光量として400nm以上全波長でほぼ5%以上の透過率が確保されるので、好適である。
また、モニター光の波長1000nmと2000nmとにおけるSieの屈折率は、各々3.887、4.139であり、同波長のガラスの屈折率は、1.508、1.494であり、Siとガラスとの屈折率の差が大きいので、成膜時における、モニター基板としての反射率あるいは透過率の変化幅が大きく、正確に膜厚の計測ができ、蒸着膜の安定した制御を行うことができる。
As is apparent from FIG. 10, when a white glass substrate on which a Si film is formed is used as a monitor substrate, it is possible to use a substrate provided with a Si thin film having a thickness of less than 200 nm in consideration of absorption. A film provided with a Si thin film of this thickness is suitable because the transmittance of the monitor light is ensured to be approximately 5% or more at all wavelengths of 400 nm or more.
Moreover, the refractive indexes of Sie at wavelengths of 1000 nm and 2000 nm of the monitor light are 3.887 and 4.139, respectively, and the refractive indexes of the glass of the same wavelength are 1.508 and 1.494, and Si and glass Since the difference in refractive index between the film and the film is large, the change in reflectance or transmittance as a monitor substrate during film formation is large, the film thickness can be accurately measured, and the deposition film can be controlled stably. .
実施例2.
実施例2は、モニター基板に、第1の薄膜として化合物半導体膜が形成された、ガラス基板を用いる場合である。
図11は、第1の薄膜として膜厚が200nmの化合物半導体膜を形成したガラス基板における、反射率特性と透過率特性とを示す図である。
図11において、左側の縦軸は反射率Rであり、右側の縦軸は透過率Tであり、横軸は波長λである。
本実施例の、膜厚が200nmの化合物半導体膜を形成したガラス基板の透過率は、反射型光学式膜厚モニターのモニターガラスに膜厚が100nmの化合物半導体膜を形成した場合の透過率に相当する。
Example 2
Example 2 is a case where a glass substrate in which a compound semiconductor film is formed as a first thin film on a monitor substrate is used.
FIG. 11 is a diagram showing reflectance characteristics and transmittance characteristics in a glass substrate on which a compound semiconductor film having a thickness of 200 nm is formed as the first thin film.
In FIG. 11, the vertical axis on the left is the reflectance R, the vertical axis on the right is the transmittance T, and the horizontal axis is the wavelength λ.
In this example, the transmittance of the glass substrate on which the compound semiconductor film having a thickness of 200 nm is formed is the transmittance when the compound semiconductor film having a thickness of 100 nm is formed on the monitor glass of the reflective optical film thickness monitor. Equivalent to.
図11には、ガラス基板にZnSe膜を形成した場合の、反射率の変化曲線71と透過率の変化曲線73、および、ガラス基板にZnS膜を形成した場合の、反射率の変化曲線72と透過率の変化曲線74、を示している。
FIG. 11 shows a
図11から明らかなように、反射型光学式膜厚モニターにおけるモニターガラス上に設けられた、ZnSe膜もしくはZnS膜の膜厚が100nm未満であると、光学薄膜のモニター光に用いられる400nm〜2000nmの範囲の全ての波長において概ね5%以上の透過率が得られる。
すなわち、反射型光学式膜厚モニターのモニターガラスに膜厚100nm未満の膜厚を有する化合物半導体であるZnSeもしくはZnSを形成した基板では、特殊な高輝度ランプや感度の高い特殊な検出器を用いることなく、安定的にモニター光量を得ることができ、精度の高い光学式膜厚モニターが安価に実現できる。
As is apparent from FIG. 11, when the film thickness of the ZnSe film or ZnS film provided on the monitor glass in the reflective optical film thickness monitor is less than 100 nm, 400 nm to 2000 nm used for the monitor light of the optical thin film. A transmittance of approximately 5% or more can be obtained at all wavelengths in the range.
That is, a special high-intensity lamp or a special detector with high sensitivity is used for a substrate in which ZnSe or ZnS, which is a compound semiconductor having a film thickness of less than 100 nm, is formed on the monitor glass of a reflective optical film thickness monitor. Therefore, the amount of monitor light can be stably obtained, and a highly accurate optical film thickness monitor can be realized at low cost.
実施例3.
図12は、実施例1の、第1の薄膜として膜厚が50nmのGe膜を形成したモニターガラスをモニター基板に用いた反射型光学式膜厚モニターでの測定例を示す図である。
図12には、第2の薄膜であるYbF3膜を基板温度125℃で成膜した場合のモニター光の反射光量変化曲線81を示している。
図12に示した測定例で用いられたモニター光の波長は1000nmである。
図12に示した反射光量の変化は、モニター基板の反射率の変化に対応している。
図12から明らかなように、本実施例に用いたモニター基板は、ピークtoピークにて50%以上の反射率の差が得られ、本実施例のモニター基板を用いた光学式膜厚モニターは、光学薄膜の膜厚を正確に計測でき、蒸着される光学薄膜の安定した膜厚制御が可能となる。
Example 3
FIG. 12 is a diagram showing a measurement example of the reflective optical film thickness monitor using the monitor glass in which a Ge film having a film thickness of 50 nm is formed as the first thin film of Example 1 as a monitor substrate.
FIG. 12 shows a reflected light
The wavelength of the monitor light used in the measurement example shown in FIG. 12 is 1000 nm.
The change in the amount of reflected light shown in FIG. 12 corresponds to the change in the reflectance of the monitor substrate.
As is apparent from FIG. 12, the monitor substrate used in this example has a reflectance difference of 50% or more at the peak-to-peak, and the optical film thickness monitor using the monitor substrate of this example is The film thickness of the optical thin film can be accurately measured, and stable film thickness control of the deposited optical thin film becomes possible.
実施例4.
次に、ガラス基板との屈折率差が小さい物質の光学薄膜形成において、実施例1と実施例2と比較例2とにあるモニター基板、すなわち、異なる材料の第1の薄膜が形成された各ガラス基板が、光学式膜厚モニターで使用できるかどうかを検証した。
用いられるモニター基板は、第1の薄膜として、金属であるAg、Al、Cu、単独元素の半導体であるGe、Si、化合物半導体であるZnSe、ZnSの、いずれかの薄膜がガラス基板に形成されたものである。
検証に用いた、モニター光の波長は、波長400nm〜600nmの中間にある500nmと、波長600nm〜800nmの中間にある700nmと、波長800nm〜1000nmの中間にある900nmと、波長1000nm〜1200nmの中間にある1100nmと、波長1200nm〜2500nmの中間にある1800nmとの各波長である。
Example 4
Next, in the formation of an optical thin film of a substance having a small refractive index difference from the glass substrate, each of the monitor substrates in Example 1, Example 2 and Comparative Example 2, that is, the first thin films of different materials were formed. It was verified whether the glass substrate can be used in an optical film thickness monitor.
As the first thin film, the monitor substrate used is formed by forming a thin film of Ag, Al, Cu, which is a metal, Ge, Si, which is a single element semiconductor, ZnSe, ZnS, which is a compound semiconductor, on a glass substrate. It is a thing.
The wavelength of the monitor light used for the verification is 500 nm in the middle of the
表2に、膜厚300nmの第1の薄膜を形成した場合を示し、表3に、膜厚200nmの第1の薄膜を形成した場合を示し、表4に、膜厚150nmの第1の薄膜を形成した場合を示し、表5に、膜厚100nmの第1の薄膜を形成した場合を示し、表6に、膜厚50nmの第1の薄膜を形成した場合を示した。
各表において、○は安定に膜厚モニター可能であることを、△は膜厚モニター可能であるがやや不安定ではあることを、×は反射光がないか少ないために膜厚モニターが不可能であることを示している。
Table 2 shows a case where a first thin film having a thickness of 300 nm is formed, Table 3 shows a case where a first thin film having a thickness of 200 nm is formed, and Table 4 shows a first thin film having a thickness of 150 nm. Table 5 shows the case where a first thin film having a thickness of 100 nm is formed, and Table 6 shows the case where a first thin film having a thickness of 50 nm is formed.
In each table, ○ indicates that the film thickness can be monitored stably, △ indicates that the film thickness can be monitored but is somewhat unstable, and × indicates that the film thickness cannot be monitored because there is little or no reflected light. It is shown that.
表2〜表6に示すように、ガラス基板上に第1の薄膜として、100nm以上の金属膜を形成したモニター基板の場合は、膜による光吸収により、モニター基板からの反射光量にほとんど変化がなく、膜厚のモニターは不可能であった。
また、金属膜を形成したモニター基板の場合は、金属膜が50nm以下であっても、一部の波長域で何とか使用可能なレベルでしかない。
As shown in Tables 2 to 6, in the case of a monitor substrate in which a metal film of 100 nm or more is formed as a first thin film on a glass substrate, there is almost no change in the amount of light reflected from the monitor substrate due to light absorption by the film. No film thickness monitoring was possible.
In the case of a monitor substrate on which a metal film is formed, even if the metal film is 50 nm or less, it is only at a level that can be used in some wavelength regions.
また、表2〜表6に示すように、ガラス基板上に第1の薄膜として、単独元素の半導体であるGe、Siあるいは、化合物半導体であるZnSe、ZnSの、いずれかの薄膜を形成したモニター基板の場合は、第1の薄膜の膜厚が、200nmであると、GeやSiを第1の薄膜に用いたモニター基板は、一部波長域において適用不可となり、150nmであると、Geを第1の薄膜に用いたモニター基板は、一部波長域において適用不可となるが、かなりの波長域ではモニター可能である。
特に、単独元素の半導体あるいは化合物半導体でなる第1の薄膜の膜厚が100nm以下であるモニター基板は、検証に用いたモニター光の全ての波長域においてモニターが可能である。
Further, as shown in Tables 2 to 6, a monitor in which a thin film of either Ge or Si as a single element semiconductor or ZnSe or ZnS as a compound semiconductor is formed as a first thin film on a glass substrate. In the case of a substrate, if the thickness of the first thin film is 200 nm, a monitor substrate using Ge or Si for the first thin film is not applicable in a part of the wavelength range. The monitor substrate used for the first thin film is not applicable in a part of the wavelength range, but can be monitored in a considerable wavelength range.
In particular, a monitor substrate in which the first thin film made of a single element semiconductor or a compound semiconductor has a thickness of 100 nm or less can be monitored in all wavelength ranges of monitor light used for verification.
本発明にかかる光学式膜厚モニターを有する成膜装置は、光学式膜厚モニターに用いられたモニター基板が、ガラス基板に、膜厚100nm未満の、単独元素の半導体あるいは化合物半導体の薄膜が、第1の薄膜として形成されたものであり、ガラス基板と屈折率差の小さい物質の成膜においても、従来のモニター光源および検出器を用いることができ、成膜装置のコストを低減できる。なお、物理成膜装置である真空蒸着装置で制御可能な最小膜厚は電子銃上方のシャッター開閉動作にて決まり、発明者らの装置ではほぼ5nmであり、これが上記単独元素の半導体あるいは化合物半導体の薄膜の膜厚の下限と言える。
また、ガラス基板の有する屈折率に制限されることなく、様々な材料に対し、高精度な膜厚計測が可能であり、安定した膜厚制御を実現できる。
In the film forming apparatus having the optical film thickness monitor according to the present invention, the monitor substrate used in the optical film thickness monitor is a glass substrate, a single element semiconductor or compound semiconductor thin film having a film thickness of less than 100 nm, A conventional monitor light source and detector can be used even in the film formation of a substance having a small refractive index difference from the glass substrate, which is formed as the first thin film, and the cost of the film forming apparatus can be reduced. Note that the minimum film thickness that can be controlled by a vacuum deposition apparatus, which is a physical film formation apparatus, is determined by the shutter opening / closing operation above the electron gun, and is about 5 nm in the inventors' apparatus, which is the above-described single element semiconductor or compound semiconductor. This is the lower limit of the thickness of the thin film.
In addition, the film thickness can be measured with high accuracy for various materials without being limited by the refractive index of the glass substrate, and stable film thickness control can be realized.
本発明に係わる成膜装置は、光学式膜厚モニターが、ガラス基板と屈折率差の小さい物質の成膜においても、膜厚を高精度に検出できるので、光学薄膜を高精度で低コストに製造する場合に用いられる。 In the film forming apparatus according to the present invention, the optical film thickness monitor can detect the film thickness with high accuracy even in the film formation of a substance having a small refractive index difference from the glass substrate. Used when manufacturing.
1 真空チャンバー、2 EB銃、3 坩堝、4 シャッター軸、
5 シャッター本体、6 基板ドーム、7 被成膜部材、
8 モニター基板保持具回転機構、9 モニター基板保持具、10 モニター基板、
11 透明窓、12 発光手段、13 受光手段、14 膜厚制御手段、
15 反射ミラー、15a 一方の反射ミラー、15b 他方の反射ミラー、
16 電子ビーム、17 蒸着物質、18 モニター光、21 モニター基板本体、
22 第1の薄膜、100 成膜装置。
1 vacuum chamber, 2 EB gun, 3 crucible, 4 shutter shaft,
5 Shutter body, 6 Substrate dome, 7 Film deposition member,
8 Monitor board holder rotation mechanism, 9 Monitor board holder, 10 Monitor board,
11 transparent window, 12 light emitting means, 13 light receiving means, 14 film thickness controlling means,
15 reflection mirror, 15a one reflection mirror, 15b the other reflection mirror,
16 Electron beam, 17 Vapor deposition material, 18 Monitor light, 21 Monitor substrate body,
22 First thin film, 100 Deposition apparatus.
Claims (4)
上記モニター基板が、少なくとも一方の平面に、半導体でなる膜厚が100nm未満の第1の薄膜を備えている成膜装置。 Monitor light is projected onto the monitor substrate via a monitor substrate disposed in the vacuum chamber in the vicinity of the part where the film-forming member is placed and a transparent window provided outside the vacuum chamber and provided in the vacuum chamber. Light receiving means for receiving monitor light reflected from the monitor substrate and led out of the vacuum chamber through the transparent window, and intensity change of the monitor light measured by the light receiving means. A film forming apparatus comprising an optical film thickness monitor having means for calculating a film thickness of a thin film formed on the film forming member,
The film forming apparatus, wherein the monitor substrate includes a first thin film having a thickness of less than 100 nm made of a semiconductor on at least one plane.
上記モニター基板が、少なくとも一方の平面に、半導体でなる膜厚が100nm未満の第1の薄膜を備えている成膜装置。 Monitor light is placed on the monitor substrate through a transparent substrate provided outside the vacuum chamber and provided in the vacuum chamber, in the vicinity of the installation portion of the film forming member in the vacuum chamber. A light emitting means for projecting light, a light receiving means for receiving monitor light that is transmitted through the monitor substrate and led out of the vacuum chamber through the other transparent window provided in the vacuum chamber, and the light receiving means A film forming apparatus comprising an optical film thickness monitor having means for calculating the film thickness of the thin film formed on the film forming member from the intensity change of the monitor light measured in
The film forming apparatus, wherein the monitor substrate includes a first thin film having a thickness of less than 100 nm made of a semiconductor on at least one plane.
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