專利名稱：薄膜形成方法和薄膜形成裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及薄膜形成方法和薄膜形成裝置。
背景技術：
一直以來，使用通過濺射使膜原料物質附著在基板表面的薄膜形成裝置，在基板表面形成光學薄膜，制造干涉濾光片、例如防反射濾光片、半透鏡、各種帶通濾波片、二向色濾光片等光學制品(專利文獻I)?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻
專利文獻I :日本特開2001-133228號公報

發(fā)明內容
發(fā)明要解決的問題在使用這種薄膜形成裝置而制造光學制品的現(xiàn)有方法中，經(jīng)過以下工序進行。首先，進行測試成膜。具體地說，將作為成膜對象的基板設置于真空容器(腔室)內，以設計時的條件(目標膜厚T、暫定成膜速率S、暫定成膜時間t。T(納米)=S(納米/秒)Xt(秒))將光學薄膜成膜于基板上。接著，將成膜后的基板從腔室取出，確認其所形成的光學薄膜的實際分光特性。具體地說，使用分光光度計等對在基板上成膜的光學薄膜進行測光，確認是否形成了可獲得目標光學特性這樣的期望膜厚。接著，計算出(模擬)由實際的分光特性與設計時的分光特性之差所得到的速率差，通過考慮了該速率差的成膜速率來進行正式成膜。這樣在現(xiàn)有方法中，進行數(shù)批的測試成膜，待成膜條件穩(wěn)定之后，再進行正式成膜。特別是在光學薄膜由多層膜構成的情況下，必須分別對每一個單層膜進行測試成膜和上述模擬后，才可以進行正式成膜。因此，到進行正式成膜為止需要大量的時間和勞力，從而導致整體成膜效率降低。本發(fā)明的方面之一為提供一種薄膜形成方法和裝置，其能夠省去測試成膜所導致的成膜浪費，能夠提高成膜效率。用于解決問題的方案本發(fā)明通過下述解決方案來實現(xiàn)上述一個方面。需要說明的是，在下述解決方案中，在示出發(fā)明的實施方式的附圖上標上對應的符號以進行說明，但是該符號僅用于便于發(fā)明的理解，并不限定發(fā)明。本發(fā)明的薄膜形成方法為下述方法濺射靶材(29a、29b、49a、49b)，在保持于基體保持機構(13)且旋轉的基體(S、S0)上以目標膜厚(Tl、T2、T3)形成第I薄膜(A膜、B膜、C膜)后，進一步濺射用于第I薄膜(A膜、B膜、C膜)形成的靶材(29a、29b、49a、49b)，以目標膜厚(T3、T4、T5)形成與第I薄膜(Α膜、B膜、C膜)相同組成的其它薄膜即第2薄膜(C膜、D膜、E膜)，該方法具有膜厚監(jiān)視工序、停止工序、實際時間取得工序、實際速度計算工序和必要時間計算工序。膜厚監(jiān)視工序中，向基體(S、S0)供給膜原料，一邊形成第I薄膜(A膜、B膜、C膜)(S4、S14、S24)，一邊監(jiān)視第 I 薄膜(A 膜、B 膜、C 膜)的膜厚(TO) (S5、S15、S25)。停止工序(S7、S17、S27)中，在第I薄膜(A膜、B膜、C膜)的膜厚(TO)達到目標膜厚(T1、T2、T3)的時刻，停止膜原料的供給。實際時間取得工序(S8、S18、S28)中，取得從膜原料的供給開始至停止為止所需要的實際成膜時間即實際成膜時間(tl+tl’、t2+t2’、t3+t3’)的信息。
實際速度計算工序(S9、S19、S29)中，基于實際成膜時間(tl+tl’、t2+t2’、t3+t3’)計算出形成第I薄膜(A膜、B膜、C膜)的實際成膜速度即實際成膜速度(Sbl、Sb2、Sb3)。必要時間計算工序(S24、S34、S44)中，基于實際成膜速度(Sbl、Sb2、Sb3)計算出以目標膜厚(T3、T4、T5)形成第2薄膜(C膜、D膜、E膜)所需要的成膜時間即必要時間(t3、t4、t5)。并且，在以目標膜厚(T3、T4、T5)形成第2薄膜(C膜、D膜、E膜)時，以實際成膜速度(Sbl、Sb2、Sb3)開始成膜，直至經(jīng)過必要時間(t3、t4、t5)為止，向基體(S、S0)供給膜原料。本發(fā)明的薄膜形成裝置(I)為下述裝置濺射靶材(29a、29b、49a、49b)而以目標膜厚(T1、T2、T3)在基體(S、S0)上形成第I薄膜(A膜、B膜、C膜)后，進一步濺射用于第I薄膜(A膜、B膜、C膜)的形成的靶材，用于以目標膜厚(T3、T4、T5)形成與第I薄膜(Α膜、B膜、C膜)相同組成的其它薄膜即第2薄膜(C膜、D膜、E膜)，該裝置具有基體保持機構、派射機構、膜厚監(jiān)視機構和控制機構。基體保持機構(13)設置于真空容器(11)的內部，形成于以軸線(Z)為中心可旋轉的旋轉機構(13)的旋轉方向側面，用于保持基體(S、S0)。濺射機構使用相同的靶材(29a、29b、49a、49b)，分別以目標膜厚(Tl、T2、T3、T4、T5)形成第I薄膜(A膜、B膜、C膜)和第2薄膜(C膜、D膜、E膜)。膜厚監(jiān)視機構(200)監(jiān)視第I薄膜(A膜、B膜、C膜)的膜厚(TO)?？刂茩C構(300)在利用濺射機構形成第I薄膜(A膜、B膜、C膜)時，取得從膜原料的供給開始至停止為止所需要的實際成膜時間即實際成膜時間(tl+tl’、t2+t2’、t3+t3’ )的信息，基于實際成膜時間(tl+tl’、t2+t2’、t3+t3’ )計算出以目標膜厚(Tl、T2、T3)形成第I薄膜(A膜、B膜、C膜)的實際成膜速度即實際成膜速度(Sbl、Sb2、Sb3)，基于實際成膜速度(Sbl、Sb2、Sb3)計算出以目標膜厚(T3、T4、T5)形成第2薄膜(C膜、D膜、E膜)所需要的成膜時間即必要時間(t3、t4、t5)，調整第2薄膜(C膜、D膜、E膜)的成膜條件。此外，控制機構(300)在以目標膜厚(T3、T4、T5)形成第2薄膜(C膜、D膜、E膜)時以下述方式進行控制以實際成膜速度(Sbl、Sb2、Sb3)開始成膜，至經(jīng)過必要時間(t3、t4、t5)為止向基體(S、S0)供給膜原料。發(fā)明效果使用了本發(fā)明的薄膜形成裝置的薄膜形成方法涉及下述方法首先，濺射靶材，在保持于基體保持機構且旋轉的基體上以目標膜厚形成第I薄膜后，根據(jù)需要夾入作為與第I薄膜不同組成的薄膜的第3薄膜(即，在第I薄膜上層積第3薄膜)，其后，進一步濺射第I薄膜形成中使用的靶材，以目標膜厚形成與第I薄膜相同組成的作為其它薄膜的第2薄膜。即，涉及下述方法以2個以上的批次使用相同靶材，通過將其濺射而在保持于基體保持機構且旋轉的基體上形成第I薄膜和第2薄膜(均為相同組成的薄膜)。本發(fā)明方法中所用的靶材為硅(Si)或鈮(Nb)等金屬靶材的情況下，若超過成膜時間(詳細地說，應處理的批次數(shù)增加)，則靶材表面具有慢慢地逐漸下陷的傾向。由于該靶材的下陷，靶材表面與作為成膜對象的基體之間的距離(下文中簡稱為“T-S”。)增大(參照圖9)。在不希望的濺射電力降低或濺射氣體的供給流量降低的情況下也一樣，因T-S的增大，也會導致預定對目標膜厚(例如Tl)以預定時間(例如時間tl)成膜的成膜速率(例如暫定速率Sal)的降低。靶材的下陷程度越大則該成膜速率的降低越多，即T-S越增大，該成膜速率越降低，其結果，等待預定時間(tl)的經(jīng)過而關閉成膜電源，在測定該薄膜的分光特性的情況下，由于該薄膜未達到目標膜厚(Tl)，從而無法得到目標分光特性。因此，本發(fā)明中，在以2個以上的批次使用相同靶材的情況下，通過計算出最初形成的薄膜(第I薄膜)的實際成膜速率(實際速率)，將該速率作為預計速率，以預定時間將與第I薄膜相同組成的其它薄膜(第2薄膜)成膜，由此能夠省略測試成膜而進行正式 成膜，能夠提高整體的成膜效率。本發(fā)明方法優(yōu)選為，例如在形成將由各不同材質構成的兩種單層薄膜(例如SiO2膜和Nb2O5膜)交替層積多層(例如數(shù)十層)的光學多層膜時，盡可能計算出初期階段的薄膜形成時(例如，對于各個單層薄膜，從形成第I層至第3層左右的薄膜時)的實際速率，使該實際速率反映到后續(xù)的薄膜形成的成膜速率。在初期階段的薄膜形成時計算出其實際速率，并將該實際速率反映到后續(xù)的薄膜形成上，由此可以期待進一步有助于成膜效率的提聞。但是，本發(fā)明中，并不排除下述情況從薄膜形成開始經(jīng)過一段時間后，例如計算出在各個單層薄膜上從第3層左右以后的薄膜形成時的實際速率，使該實際速率反映到后續(xù)的薄膜形成的成膜速率中。


圖I是從上方觀察本實施方式的濺射裝置的部分橫剖面圖。圖2是沿著圖I的II-II線的部分縱剖面圖。圖3是示出用于圖I的薄膜形成裝置的膜厚監(jiān)視裝置的構成例的功能框圖。圖4是示出本實施方式的薄膜形成處理(第I層)的流程的流程圖。圖5是示出進行圖4的S6的判定時的光量變化曲線的參考例的圖。圖6是示出本實施方式的薄膜形成處理(第2層)的流程的流程圖。圖7是示出本實施方式的薄膜形成處理(第3層)的流程的流程圖。圖8是示出本實施方式的薄膜形成處理(第4層和第5層)的流程的流程圖。圖9是對因靶材的下陷(掘>9込A )而形成的靶材與成膜對象之間的距離關系進行說明的參考圖。符號說明I…濺射裝置(薄膜形成裝置)、11…真空容器、12、14、16···間隔壁、13···旋轉筒(旋轉機構、基體保持機構)、132…定時檢測用反射板、17···馬達、S…基板、SO…監(jiān)視基板、
20、40…成膜處理區(qū)域、濺射源(21a、21b、41a、41b…磁控濺射電極、23、43…交流電源、24、44…變壓器、29a、29b、49a、49b…靶材)、濺射用氣體供給機構(26、46…反應性氣體儲瓶、28、48…惰性氣體儲瓶、25、27、45、47…質量流量控制器)、60…反應處理區(qū)域、80…等離子體源(81…殼體、83…介質板、85a、85b…天線、87…匹配箱、89…高頻電源)、反應處理用氣體供給機構(66…反應性氣體儲瓶、68···惰性氣體儲瓶、65、67…質量流量控制器)、20(l···膜厚監(jiān)視裝置(膜厚監(jiān)視機構)、202…復合光纖集束體、204…投光側光纖集束體、206···受光側光纖集束體、208···光源、210···光電轉換兀件、212···控制器、214…聚光透鏡、220…正時傳感器、300…控制裝置(控制機構)
具體實施例方式以下，基于附圖對上述發(fā)明的實施方式進行說明。本實施方式中，使用了濺射裝置1，該裝置進行作為濺射的一例的磁控濺射，但不限定于此，也可以使用進行不采用磁控放電的二極濺射等其他公知的濺射的濺射裝置。本實施方式的濺射裝置I通過重復進行濺射處理和等離子體處理，從而在基板上層積多層的目標膜厚的單層薄膜，用以形成多層膜。本實施方式中，當旋轉筒旋轉一次時，進行I次濺射處理和等離子體處理，由此在基板上形成具有平均O. 01納米 I. 5納米左右的膜厚的超薄膜(薄膜形成處理)。通過每次旋轉筒的旋轉來重復該薄膜形成處理，從而在超薄膜上堆積下一層超薄膜，在基板上形成具有數(shù)納米 數(shù)百納米左右的目標膜厚的單層薄膜。將該單層薄膜層積多層，形成多層膜?！侗∧ば纬裳b置》如圖I和圖2所示，作為薄膜形成裝置的一例的本實施方式的濺射裝置I具有作為大致長方體狀的中空體的真空容器11。真空容器11連接有排氣用的配管15a，該配管連接有用于容器11內排氣的真空泵15。真空泵15例如由旋轉泵或渦輪分子泵(TMP)等構成。在真空容器11內配置有旋轉筒13。旋轉筒13 (基體保持機構的一例)的外周面由能夠在真空容器11內保持作為成膜對象的基板S的筒狀部件構成。本實施方式的旋轉筒13以沿著筒方向的旋轉軸線Z朝向真空容器11的垂直方向(Y方向)的方式配置于真空容器11內。旋轉筒13通過驅動馬達17而以軸線Z為中心旋轉。需要說明的是，在旋轉筒13的上方側端部安裝有定時檢測用反射板132，通過正時傳感器220而檢測出其通過與否。本實施方式中，在真空容器11內的旋轉筒13的周圍，配置有2個濺射源和I個等離子體源80。其中，濺射源也可以為I個。本實施方式的各濺射源由具備2個磁控濺射電極21a、21b (或41a、41b)的雙陰極型所構成。成膜時，在各電極21a、21b (或41a、41b)的一端側表面，分別裝卸自如地保持有由金屬等膜原料物質構成的靶材29a、29b (或49a、49b)。其構成為經(jīng)由作為調整電能的電力控制機構的變壓器24 (或44)，在各電極21a、21b (或41a、41b)的另一端側連接有作為電力供給機構的交流電源23 (或43)，將例如Ik IOOkHz左右的交流電壓施加到各電極21a、21b (或 41a,41b)。各濺射源連接有濺射用氣體供給機構。本實施方式的濺射用氣體供給機構包括反應性氣體儲瓶26 (或46)，其儲藏作為濺射用氣體的一例的反應性氣體；質量流量控制器25 (或45)，其調整由反應性氣體儲瓶26 (或46)供給的反應性氣體的流量；惰性氣體儲瓶28 (或48)，其儲藏作為濺射用氣體的一例的惰性氣體；質量流量控制器27 (或47)，其調整由惰性氣體儲瓶28 (或48)供給的惰性氣體的流量。濺射用氣體通過配管而分別被導入至成膜處理區(qū)域20 (或40)。質量流量控制器25、27(或45、47)是調節(jié)濺射用氣體的流量的裝置。來自儲瓶26、28 (或46、48)的濺射用氣體通過質量流量控制器25、27(或45、47)而調節(jié)了流量，被導入至成膜處理區(qū)域20 (或40)。本實施方式的等離子體源80具有以封閉形成于真空容器11的壁面的開口的方式被固定的殼體81 ;和固定于該殼體81的介質板83。并且,通過將介質板83固定于殼體 81，從而構成為在由殼體81和介質板83所包圍的區(qū)域形成有天線容納室。天線容納室經(jīng)由配管15a而與真空泵15連通，通過用真空泵15抽真空，能夠對天線容納室內部進行排氣而形成真空狀態(tài)。并且，除了殼體81和介質板83以外，等離子體源80還包含天線85a、85b。天線85a、85b經(jīng)由容納匹配電路的匹配箱87而與高頻電源89連接。天線85a、85b接收來自高頻電源89的電力的供給，在真空容器11的內部(反應處理區(qū)域60)產(chǎn)生誘導電場，使反應處理區(qū)域60產(chǎn)生等離子體。本實施方式中，以下述方式構成由高頻電源89向天線85a、85b施加頻率為IMHz 27MHz的交流電壓，使反應處理區(qū)域60產(chǎn)生反應性氣體的等離子體。匹配箱87內設置有可變電容器，能夠變更由高頻電源89向天線85a、85b供給的電力。等離子體源80連接有反應處理用氣體供給機構。本實施方式的反應處理用氣體供給機構包括反應性氣體儲瓶66，其儲藏作為反應處理用氣體的一例的反應性氣體；質量流量控制器65，其調整由反應性氣體儲瓶66供給的反應性氣體的流量；惰性氣體儲瓶68，其儲藏作為反應處理用氣體的一例的惰性氣體；質量流量控制器67，其調整由惰性氣體儲瓶68供給的惰性氣體的流量。反應處理用氣體通過配管而被導入至反應處理區(qū)域60。質量流量控制器65、67是調節(jié)反應處理用氣體的流量的裝置。來自儲瓶66、68的反應處理用氣體通過質量流量控制器65、67而調節(jié)了流量，被導入至反應處理區(qū)域60。需要說明的是，反應性氣體儲瓶66和惰性氣體儲瓶68可以設定成與成膜處理區(qū)域20、40的反應性氣體儲瓶26、46和惰性氣體儲瓶28、48同樣的裝置，或者也可以兼用。另夕卜，關于質量流量控制器65和質量流量控制器67，也可以設定成與成膜處理區(qū)域20、40的質量流量控制器25、27(或45、47)同樣的裝置，或者也可以兼用。在本實施方式的各濺射源的前面分別形成有成膜處理區(qū)域20、40。各區(qū)域20、40被間隔壁12、14而包圍了四周，以各自能夠在真空容器11的內部確保獨立的空間的方式被劃分，其中，間隔壁12、14從真空容器11的內壁面向旋轉筒13突出。同樣地，在等離子體源80的前面形成有反應處理區(qū)域60。該區(qū)域60也與區(qū)域20、40同樣地被從真空容器11的內壁面向旋轉筒13突出的間隔壁16包圍了四周，由此，對于區(qū)域60，也在真空容器11的內部確保獨立于區(qū)域20、40的空間。因此，當利用馬達17的驅動而使旋轉筒13以軸線Z為中心進行旋轉時，保持于旋轉筒13的外周面的基板S以作為旋轉筒13的自轉軸的軸線Z為中心而公轉，反復地在面向成膜處理區(qū)域20、40的位置和面向反應處理區(qū)域60的位置之間移動。并且，依次重復在區(qū)域20、40的任一者進行的濺射處理和在區(qū)域60進行的等離子體處理，在基板S的表面形成預定膜厚的最終薄膜。濺射處理例如如下進行。當經(jīng)由質量流量控制器25、27(或45、47)從儲藏反應性氣體的反應性氣體儲瓶26 (或46)或儲藏惰性氣體的惰性氣體儲瓶28 (或48)向成膜處理區(qū)域20(或40)導入預定流量的濺射用氣體時，靶材29a、29b(或49a、49b)的周邊形成預定氣體氣氛。在該狀態(tài)下，由交流電源23(或43)經(jīng)由變壓器22(或42)對各電極21a、21b(或41a、41b)施加交流電壓，從而對靶材29a、29b (或49a、49b)施加交變電場。由此，在某個時刻，靶材29a(或49a)成為陰極(負極)，此時靶材29b (或49b)必定成為陽極(正極)。若在下一時刻交流的流向變化，則這次靶材29b (或49b)成為陰極(負極)，靶材29a(或 49a)成為陽極(正極)。這樣，通過使一對靶材29a、29b (或49a、49b)交替地成為陽極和陰極，各靶材29a、29b (或49a、49b)周邊的濺射用氣體的一部分放出電子而離子化。利用配置于各電極21a、21b (或41a、41b)的磁石，在各靶材29a、29b (或49a、49b)的表面形成了漏磁場，因此，該電子在各祀材29a、29b (或49a、49b)的表面附近產(chǎn)生的磁場中，一邊描繪環(huán)形曲線一邊轉圈。沿著該電子的軌道產(chǎn)生強等離子體，該等離子體中的濺射用氣體的離子向負電位狀態(tài)(陰極側)的靶材進行加速，通過與各靶材29a、29b (或49a、49b)碰撞而轟出(濺射)各靶材29a、29b (或49a、49b)表面的原子或粒子(靶材29a、29b為Si的情況下，為Si原子或Si粒子,祀材49a、49b為Nb的情況下，為Nb原子或Nb顆粒。)。該原子或粒子是薄膜原料——膜原料物質，附著于基板S的表面而形成中間薄膜。需要說明的是，在進行濺射的過程中，在陽極上可能會附著非導電性或者導電性低的不完全氧化物等，但該陽極通過交變電場而轉換為陰極時，這些不完全氧化物等被濺射,靶材表面形成原本干凈的狀態(tài)。并且,通過使一對靶材29a、29b反復地交替成為陽極和陰極，可以時常得到穩(wěn)定的陽極電位狀態(tài)，防止等離子體電位(通常與陽極電位大致相等)的變化，在基板S的表面穩(wěn)定地形成中間薄膜。本實施方式中，基板S在旋轉筒13的外周面沿著旋轉筒13的旋轉方向(橫向)斷續(xù)地排列兩個以上，并且沿著與旋轉筒13的軸線Z平行的方向(Y方向、縱向)斷續(xù)地排列兩個以上。本實施方式中，在這些兩個以上的基板S的一部分中包含作為監(jiān)視對象的監(jiān)視基板SO。作為成膜對象的基板S除了可以由二氧化硅(SiO2)形成的玻璃材料(例如石英玻璃、鈉鈣玻璃、硼硅酸玻璃等)構成之外，還可以由塑料材料、陶瓷材料或金屬等構成。作為監(jiān)視對象的監(jiān)視基板SO可以由下述材質構成該材質由于與所形成的薄膜的折射率的差異、薄膜所產(chǎn)生的吸收等，使監(jiān)視基板SO的光學特性發(fā)生變化，在該變化與作為成膜對象的基板S之間取得相關性。靶材29a、29b (或49a、49b)為將膜原料物質形成為平板狀的物質，本實施方式中，與旋轉筒13的外周面相對的方向的形狀、即俯視時的形狀形成為方形。只是不限定于該形狀，也可以形成為正圓狀、橢圓狀、多邊形狀等其他形狀。
各靶材29a、29b (或49a、49b)以其平面方向的面朝向旋轉筒13的軸線Z的垂直方向的方式，分別可裝卸地保持于各電極21a、21b(或41a、41b)的上述一端側表面。作為各靶材29a、29b (或49a、49b)的材質，可以使用例如Si、Nb、Al、Ti、Zr、Sn、Cr、Ta、Te、Fe、Mg、Hf、Ni-Cr> In-Sn等各種金屬。另外，不限定于單一種類的金屬，也可以將兩種以上的金屬作為靶材使用。并且，還可以使用這些金屬的化合物、例如A1203、TiO2,Zr02、Ta2O5、HfO2 等。等離子體處理例如如下進行。當經(jīng)由質量流量控制器65、67從儲藏反應性氣體的反應性氣體儲瓶66、儲藏惰性氣體的惰性氣體儲瓶68向反應處理區(qū)域60導入預定流量的反應處理用氣體時，天線85a、85b的周邊形成預定氣體氣氛。在該狀態(tài)下，若由高頻電源89對天線85a、85b施加頻率IMHz 27MHz的電壓，則反應處理區(qū)域60內的面向天線85a、85b的區(qū)域中產(chǎn)生等離子體。由此，在成膜處理區(qū)域20、40中形成于基板S的表面的中間薄膜被等離子體處理，轉換成膜原料物質的完全反應物或不完全反應物，形成超薄膜。本實施方式中，作為惰性氣體，可以考慮例如氬、氦等。作為反應性氣體，可以考慮 例如氧氣、氮氣、氟氣、臭氧氣體等。本實施方式中，在上述濺射處理中于基板S的表面形成中間薄膜，利用其后的上述等離子體處理該中間薄膜進行膜轉換，形成具有平均O. 01納米 I. 5納米左右的膜厚的超薄膜。并且，通過反復進行濺射處理和等離子體處理，在超薄膜上堆積下一層的超薄膜，直至形成具有數(shù)納米 數(shù)百納米左右的目標膜厚的最終薄膜(單層薄膜)為止，反復進行該操作。需要說明的是，所謂“中間薄膜”，在本實施方式中，是指由構成靶材29a、29b (或49a、49b)的金屬或其不完全氧化物組成、在區(qū)域20 (或40)所形成的薄膜。所謂“超薄膜”是指，由于通過多次堆積超薄膜而形成最終薄膜(目標膜厚的薄膜)，因此該術語用于防止與該最終的“薄膜”混淆，其含義為比最終的“薄膜”更薄的薄膜。《膜厚監(jiān)視裝置》如圖3所示，本實施方式的濺射裝置I具有光反射式的膜厚監(jiān)視裝置200。膜厚監(jiān)視裝置200相當于本發(fā)明的“膜厚監(jiān)視機構”。需要說明的是，不限定于光反射式的膜厚監(jiān)視裝置，還可以使用光透過式的膜厚監(jiān)視裝置。本實施方式的膜厚監(jiān)視裝置200將光(波長λ )照射至保持于旋轉筒13且旋轉的監(jiān)視基板S0，通過檢測來自該監(jiān)視基板SO的反射光的光強度，檢測出逐漸形成于監(jiān)視基板SO上的薄膜的光學膜厚nd(n為膜原料的折射率、d為幾何學的膜厚)，并對其進行監(jiān)視。隨著利用濺射裝置I進行成膜，在監(jiān)視基板SO上形成的薄膜的光學膜厚增加。與之相伴，來自監(jiān)視基板SO的反射光的光強度增加或減少，當形成測定波長λ的1/4的光學膜厚的薄膜時，來自監(jiān)視基板SO的反射光的光強度示出極值(極大值、極小值)。本實施方式的膜厚監(jiān)視裝置200具有復合光纖集束體202。該復合光纖集束體202在設置于真空容器11的外部的一端側202a將投光側光纖集束體204和受光側光纖集束體206 —體化，在另一端側202b，投光側光纖集束體204與受光側光纖集束體206的另一端側形成分叉。投光側光纖集束體204和受光側光纖集束體206分別將2個以上的光纖(省略圖示)集束而被一體化。在投光側光纖集束體204的另一端側具備發(fā)光的光源208等，在受光側光纖206的另一端側，經(jīng)由僅透過預定波長的分散光學系統(tǒng)(例如分光器或光學干涉濾光片等。省略圖示)而具備光電轉換元件210、控制器212等。在真空容器11的內部且在復合光纖集束體202的一端側202a與監(jiān)視基板SO之間還可以配置聚光透鏡214。由此，由一端側202a射出的測定光在被聚光透鏡214所會聚后，向監(jiān)視基板SO照射。需要說明的是，圖3中的正時傳感器220例如由光電傳感器等構成，旋轉筒13繞著軸線Z旋轉一周，透過被密封于真空容器11的上方側端部的真空玻璃窗112，每次檢測出安裝于旋轉筒13的上方側端部的定時檢測用反射板132的通過時(換言之，在旋轉筒13的旋轉中，每次監(jiān)視基板SO移動至上述測定位置時)，對控制裝置300輸出膜厚檢測監(jiān)視信號。需要說明的是，監(jiān)視基板SO是膜厚監(jiān)視用的監(jiān)視對象，與其它基板S同樣地在成膜處理區(qū)域20、40中在其表面?zhèn)?即，照射測定光的面)形成薄膜，且在反應處理區(qū)域60進行膜組成的轉換。由于形成于該監(jiān)視基板SO的薄膜的膜厚與形成于作為成膜對象的基 板S上的薄膜的膜厚顯示出一定的相關性，因此能夠由前者檢測出后者。由光源208所發(fā)出的光束通過例如截光器(省略圖示)調制，并且被引導至投光側光纖集束體204，在構成投光側光纖集束體204的各個光纖內前進，從復合光纖集束體202的一端側202a射出。從一端側202a射出的測定光經(jīng)由被密封于一端側202a的延長線上的真空容器11的側壁部分的真空玻璃窗111和聚光透鏡214，投光(照射)至真空容器11內部的通過膜原料物質堆積而正在形成薄膜的監(jiān)視基板S0。照射至監(jiān)視基板SO的測定光由監(jiān)視基板SO的表面?zhèn)?即，薄膜形成側)射入，其一部分透過薄膜和監(jiān)視基板S0，但剩余部分則在薄膜面(多層膜的情況下，包括各膜的界面。以下相同。)與監(jiān)視基板SO面反射。來自薄膜面的反射光與來自監(jiān)視基板SO面的反射光因兩者的相位差而產(chǎn)生干涉。來自監(jiān)視基板SO面的反射光射入復合光纖集束體202的一端側202a的前端面，該反射光帶有堆積于監(jiān)視基板SO的薄膜的膜厚信息作為反射光量信號。由于投光側光纖集束體204與受光側光纖集束體206的兩個一端在復合光纖集束體202的一端側202a露出，因而反射光量的一部分(例如一半)射入受光側光纖集束體206,該射入的反射光量經(jīng)由上述說明的分散光學系統(tǒng)(省略圖示)而射入光電轉換元件210。射入到光電轉換元件210的反射光量被轉換成電信號，通過控制器212而在記錄器(省略圖示)中顯示出反射光量變化的推移。本實施方式的控制器212與濺射裝置I的控制裝置300電連接，通過接口部(省略圖示)向該控制裝置300送出預定的膜厚監(jiān)視數(shù)據(jù)(反射光量的變化)。《控制裝置》如圖3所示，本實施方式的濺射裝置I具有控制裝置300?？刂蒲b置300相當于本發(fā)明的“控制機構”。本實施方式的控制裝置300是進行濺射的開始或停止、成膜時間或成膜速率的調整等濺射裝置I的所有控制的裝置，除此之外，基于由膜厚監(jiān)視裝置200的控制器212輸入的膜厚監(jiān)視數(shù)據(jù)，實施預定的處理。其詳細內容如后所述?？刂蒲b置300具備例如CPU、存儲器(ROM、RAM)、硬盤、輸入端子和輸出端子等?？刂蒲b置300的存儲器或硬盤等存儲有預先成膜所需要的成膜條件數(shù)據(jù)。
在成膜條件數(shù)據(jù)中包括例如實際速率演算程序和必要時間演算程序等，在實際速率演算程序中，根據(jù)作為各膜原料的薄膜的目標幾何學膜厚的目標膜厚(例如Tl、T2、T3、T4、T5)、相對于各目標膜厚的暫定成膜速度(暫定速率。例如，對于厚度Tl設為Sal，對于厚度T2設為Sa2)與暫定成膜時間(暫定時間。例如，將目標膜厚Tl除以暫定速率Sal而得到的時間tl、將目標膜厚T2除以暫定速率Sa2而得到的時間t2)、以及從控制器212輸入的膜厚監(jiān)視數(shù)據(jù)(即，現(xiàn)在的光學膜厚nd)與形成該光學膜厚nd所需的成膜時間(通常與上述暫定時間相等。)，演算出形成現(xiàn)在的薄膜的實際成膜速度(實際速率。例如，形成厚度Tl的薄膜的實際速率Sbl，形成厚度T2的薄膜的實際速率Sb2等)；在必要時間演算程序中，利用該實際速率計算出以目標膜厚(T3、T4、T5)形成下一層薄膜(第2薄膜。本實施方式中，對于A膜(第I薄膜)為C膜,對于B膜(第I薄膜)為D膜,對于C膜(第I薄膜)為E膜)所需要的成膜時間(必要時間。t3、t4、t5)。《薄膜形成方法》接著，參照流程圖(圖4、圖6 圖8)，對使用濺射裝置I制造薄膜的濺射處理進行說明。本實施方式中，以下述光學多層膜為例進行說明，所述光學多層膜在保持于旋轉筒13的2個以上的基板S上交替地層積了 3層和2層的氧化硅(SiO2)和氧化鈮(Nb2O5)的薄膜，即形成SiO2-Nb2O5-SiO2-Nb2O5-SiO2這5層結構的多層膜成膜。需要說明的是，例示出以下情況將形成于第1、3、5層的各SiO2膜分別稱為A膜、C膜、E膜，將形成于第2、4層的各Nb2O5膜分別稱為B膜、D膜。并且，將作為SiO2薄膜的第I層的A膜和作為Nb2O5薄膜的第I層的B膜分別設為“第I薄膜”，將作為SiO2薄膜的第2層的C膜和作為Nb2O5薄膜的第2層的D膜設為“第2薄膜”，進而將作為SiO2薄膜的第2層的C膜設為“第I薄膜”，將作為SiO2薄膜的第3層的E膜設為“第2薄膜”。其中，關于SiO2薄膜，也可以不將A膜設為第I薄膜，而僅將C膜設為第I薄膜。各薄膜的形成依次以進行成膜準備的工序、成膜的工序、結束成膜的工序進行。在成膜的工序中，例示出下述情況將硅(Si)用作靶材29a、29b，將鈮(Nb)用作靶材49a、49b，將氬氣用作導入至成膜處理區(qū)域20、40的濺射用氣體，將氧氣用作導入至反應處理區(qū)域60的反應性氣體?！禨I》首先，設定目標值(成膜的準備)。具體地說，如圖4所示，在步驟(下文中簡稱為“S”。)1中，設定作為各A E膜的目標的幾何學膜厚(以下簡稱為“目標膜厚”。)T1 T5，同時設定能夠以膜厚Tl將A膜成膜的暫定速率Sal和暫定時間tl，所述A膜以硅原料成膜為第I層(總數(shù)上也是第I層)。同樣地，設定能夠以膜厚T2將B膜成膜的暫定速率Sa2和暫定時間t2，所述B膜以鈮原料成膜為第I層(總數(shù)上是第2層)。這些各條件由操作員通過例如鍵盤(省略圖示)向控制裝置300 (參照圖3)輸入、設定?！禨2》接著，進行裝置的準備(成膜的準備)。具體地說，如圖I 圖4所示，在S2中，首先使靶材29a、29b (或49a、49b)保持于磁控濺射電極21a、21b (或41a、41b)。本實施方式中，使用硅(Si)作為靶材29a、29b的材料，使用鈮(Nb)作為靶材49a、49b的材料。在密閉真空容器11的狀態(tài)下運轉真空泵15進行排氣，使真空容器11內部為10_2Pa IOPa左右的真空狀態(tài)。此時，開放閥(省略圖示)，等離子體源80的天線容納室內也同時進行排氣。
其后，于加載互鎖室(省略圖示)的位置將旋轉筒13鎖定，在此狀態(tài)下，將2個以上的基板S(包含作為單一的監(jiān)視對象的監(jiān)視基板S0。以下相同。)安裝至旋轉筒13。接著，關閉加載互鎖室的門(省略圖示)，運轉真空泵15而將加載互鎖室內排氣后，開啟加載互鎖室與真空容器11之間的門(省略圖示)，使旋轉筒13向真空容器11移動。在使旋轉筒13向真空容器11移動后，關閉加載互鎖室之間的門，將真空容器11的內部、天線容納室的內部減壓至上述預定的壓力。其后，在真空容器11的內部、天線容納室的內部的壓力穩(wěn)定后，將成膜處理區(qū)域20的壓力調整為O. IPa I. 3Pa?！禨3》接著，在S3中，在真空容器11內開始旋轉筒13的旋轉。操作員按下設置于濺射裝置I的操作面板(省略圖示)的鼓旋轉開關(省略圖示)，旋轉筒13開始旋轉。當按下鼓旋轉開關時，馬達17運轉，從而旋轉筒13旋轉。當旋轉筒13的旋轉速度一定時，向S4
、產(chǎn).、rr.
目U進。本實施方式的濺射裝置I中，在成膜處理區(qū)域20 (或40)在基板S上形成薄膜，接著在反應處理區(qū)域60進行該薄膜的氧化處理，從而在基板S的表面形成中間薄膜。因此，當旋轉筒13的旋轉慢時，在成膜處理區(qū)域20 (或40)形成的薄膜變厚，導致在反應處理區(qū)域60難以將其完全氧化，具有會形成混入雜質的不均勻薄膜的不良情況。另外，在反應處理區(qū)域60中進行的氧化工序中，由于薄膜的氧化反應而引起薄膜的膨脹現(xiàn)象。這種體積的增加使薄膜內部產(chǎn)生壓縮應力。當成膜處理區(qū)域20 (或40)中形成的薄膜的膜厚較厚時，所生成的薄膜的薄膜間的縫隙結構少，形成氧化硅(或氧化鈮)密集凝聚的薄膜結構。對于這樣的薄膜而言，反應處理區(qū)域60中的氧化反應所引起的體積膨脹的影響大。另一方面，當成膜處理區(qū)域20 (或40)中形成的薄膜的膜厚較薄時，所生成的薄膜具有較多的在薄膜間生成的縫隙結構。在這樣的薄膜中體積膨脹時，由于增加的體積被縫隙結構所吸收，因而在薄膜內部難以產(chǎn)生壓縮應力。此外，當旋轉筒13低速旋轉時，旋轉的晃動大，難以進行精確的膜厚測定和薄膜形成處理的控制。另一方面，當旋轉筒13的旋轉速度大時，在旋轉軸的旋轉部分產(chǎn)生的離心力大,可以獲得晃動少的穩(wěn)定的旋轉。這樣，當旋轉筒13的旋轉速度小時，會產(chǎn)生各種問題。因此，在薄膜形成處理中，優(yōu)選旋轉筒13的旋轉速度快，特別優(yōu)選為20rpm以上?！禨4》第I層接著，在S4中開始第I層(A膜、第I薄膜)的成膜。本實施方式中，該處理在成膜處理區(qū)域20和反應處理區(qū)域60進行。在成膜處理區(qū)域20中，對于靶材29a、29b進行濺射，在基板S的表面形成由硅或硅的不完全反應物構成的薄膜(A膜)。在接下來的反應處理區(qū)域60中，對在成膜處理區(qū)域20形成的薄膜進行氧化處理，從而形成以硅的完全反應物為主的中間薄膜。當由控制裝置300給予成膜處理區(qū)域20中的濺射開始指示時，成膜處理開始?？刂蒲b置300對交流電源23和高頻電源89分別發(fā)出將交流電壓施加至變壓器24和匹配箱87的指示。根據(jù)該濺射開始指示，第I層的濺射開始。本實施方式中，由于以目標膜厚Tl將A膜成膜，因此在以SI設定的Sal的暫定速率在暫定時間tl之間成膜。因此，控制裝置300適當?shù)乜刂乒┙o至磁控濺射電極21a、21b的電能和供給至靶材29a、29b的濺射氣體的量等，以使成膜速率達到Sal。需要說明的是，預先設置遮蔽部件(校正板)，其配置于靶材29a、29b與基板S之間，遮蔽靶材29a、29b的前面，其可以以下述方式構成在給予濺射開始指示時，將該遮蔽部件從靶材29a、29b的前面進行移動，使膜原料物質能夠由靶材29a、29b到達基板S。若通過濺射開始指示而對靶材29a、29b施加交變電場，則靶材29a、29b交替地成為陽極和陰極，在成膜處理區(qū)域20形成等離子體。通過該等離子體對陰極上的靶材29a、29b進行濺射(以暫定速率Sal)。接著，隨著旋轉筒13的旋轉，基板S由面向成膜處理區(qū)域20的位置被傳送至面向反應處理區(qū)域60的位置。從反應性氣體儲瓶66向反應處理區(qū)域60導入氧氣作為反應性氣體。 在反應處理區(qū)域60中，對天線85a、85b施加13. 56MHz的高頻電壓,利用等離子體源80在反應處理區(qū)域60中產(chǎn)生等離子體。反應處理區(qū)域60的壓力優(yōu)選維持為O. 07Pa I. OPa0另外，至少在反應處理區(qū)域60中產(chǎn)生等離子體時，天線容納室的內部的壓力保持為10 2Pa以下。并且，當旋轉筒13旋轉，形成有由硅或不完全氧化硅(SiOxl (xl〈2))構成的中間薄膜的基板S被傳送至面向反應處理區(qū)域60的位置時，在反應處理區(qū)域60中，進行利用等離子體處理使構成中間薄膜的硅或不完全氧化硅發(fā)生氧化反應的工序。即，通過等離子體源80在反應處理區(qū)域60產(chǎn)生氧氣的等離子體，利用該等離子體使硅或不完全氧化硅發(fā)生氧化反應，轉換成所期望的組成的不完全氧化硅(SiOx2 (xl〈x2〈2))或氧化硅(SiO2)。本實施方式中，使在成膜處理區(qū)域20形成的薄膜之中的硅或硅不完全氧化物在反應處理區(qū)域60發(fā)生氧化反應，轉換成不完全氧化硅或氧化硅，從而形成僅由硅的完全氧化物構成的中間薄膜或者形成以所期望的比例具有硅或硅的不完全氧化物的中間薄膜。在該反應處理區(qū)域60中的膜組成轉換工序中，相比于在成膜處理區(qū)域20形成的薄膜的膜厚，在反應處理區(qū)域60經(jīng)膜組成轉換而得到的中間薄膜的膜厚更厚。即，通過將在構成在成膜處理區(qū)域20形成的薄膜的膜原料物質之中的硅或硅的不完全氧化物轉換成硅的不完全氧化物或硅的完全氧化物，從而引起薄膜的膨脹，膜厚變厚。以下，通過每次進行旋轉筒13的旋轉，重復在成膜處理區(qū)域20的濺射處理和在反應處理區(qū)域60的氧化處理。通過在預定的暫定時間tl之間反復進行上述動作，中間薄膜被多次層積在基板S的表面，形成理論上具有目標膜厚Tl的薄膜(相當于第I層的A膜)?！禨5》伴隨著上述S4的成膜開始，在S5中開始膜厚監(jiān)視裝置200的運轉。本實施方式中，通過旋轉筒13的旋轉，若正時傳感器220檢測出安裝于旋轉筒13的上方側端部的定時檢測用反射板132的通過，則其位置檢測信號被輸入控制裝置300。當位置檢測信號從正時傳感器220被輸入后，控制裝置300等待預定時間的經(jīng)過而使膜厚監(jiān)視裝置200運轉。具體地說，在投光側光纖集束體204內傳送由光源208發(fā)出的測定光，從復合光纖集束體202的一端側202a照射至真空容器11的內部。在該時刻，若使由光源208常時發(fā)出的測定光照射至真空容器11內，則該測定光被照射至監(jiān)視基板S0。照射至監(jiān)視基板SO的測定光從監(jiān)視基板SO的表面?zhèn)?即，薄膜形成側)射入，其一部分透過薄膜和監(jiān)視基板SO，但其剩余部分在薄膜面和監(jiān)視基板SO面被反射。來自薄膜面的反射光與來自監(jiān)視基板SO面的反射光因兩者的相位差而產(chǎn)生干涉。在監(jiān)視基板SO面被反射的反射光指向復合光纖集束體202的一端側202a。向復合光纖集束體202的一端側202a入射的反射光傳送受光側光纖集束體206，并經(jīng)由上述說明的分散光學系統(tǒng)(省略圖示)被導入至光電轉換元件210。在光電轉換元件210中，根據(jù)在所射入的反射光之中透過上述說明的分散光學系統(tǒng)的光的強度而產(chǎn)生電流，接下來將該電流作為用模擬電路放大的電壓信號而輸出?？刂破?12接收來自光電轉換元件210的輸出，控制器212基于輸入至光電轉換元件210的電壓信號(反射光的強度信號)，依次取得來自監(jiān)視基板SO的反射光量，向控制裝置300輸出，向S6前進?！禨6》接著，在S6，控制裝置300依次繪制陸續(xù)取得的反射光量的信息即檢測值，在獲得預定波長下的光量變化曲線(橫軸為時間、縱軸為反射光量的曲線圖)的同時，監(jiān)視該曲線 的變動狀況，當判定目前與實際膜厚TO對應的光學膜厚ndO達到與目標膜厚Tl對應的光學膜厚ndl時，向S7前進。當判定未達到時，繼續(xù)進行監(jiān)視。例如，如圖5所示，當成膜開始后，在經(jīng)過第一個極值(峰)附近的X點(反射光量為a)為與目標膜厚Tl對應的光學膜厚ndl的情況下，目前的光學膜厚ndO位于Y點(反射光量為a+α)時，判定尚未達到。另一方面，當目前的光學膜厚ndO為Z點(反射光量為a)時,判定已經(jīng)達到。需要說明的是，通常，在使用未產(chǎn)生下陷的新靶材材料進行第I層的成膜時，如圖5所示，雖然沒有產(chǎn)生光量變化曲線的差異，但是在少數(shù)情況下，由于不期望的濺射電力的降低或濺射氣體的供給流量的降低等，會產(chǎn)生這樣的波長曲線的差異。將A膜作為本發(fā)明的“第I薄膜”時，S5和S6的工序相當于本發(fā)明的“膜厚監(jiān)視
工序”。《S7》回到圖I 圖4。在S7中，控制裝置300使向電極21a、21b的電力供給或濺射氣體的流入停止。由此，在結束第I層的成膜的同時，在使旋轉筒13的旋轉繼續(xù)的狀態(tài)下向S8前進。需要說明的是，在將A膜作為本發(fā)明的“第I薄膜”時，S7的工序相當于本發(fā)明的“停止工序”?！禨8》在S8中，控制裝置300取得從S4的成膜開始至S7的成膜結束為止所需要的實際成膜時間(實際成膜時間)的信息，向S9前進。本實施方式中，旋轉筒13的旋轉速度是已知的，其結果，由膜厚監(jiān)視裝置200的光源208發(fā)出測定光，獲知從控制器212向控制裝置300輸入的膜厚監(jiān)視數(shù)據(jù)(反射光量的信息)的取得間隔(時間)，因此，控制裝置300判斷由S4的成膜開始(即，第一個膜厚監(jiān)視數(shù)據(jù)的取得)至S7的成膜停止(最后的膜厚監(jiān)視數(shù)據(jù)的取得)為止的時間，為該薄膜的實際成膜時間。例如，參照圖5可知，(tl+tl’)為實際成膜時間。以下，將A膜的實際成膜時間設為(tl+tl’)而進行說明。需要說明的是，在將A膜作為本發(fā)明的“第I薄膜”時，S8的工序相當于本發(fā)明的“實際時間取得工序”。
《S9》回到圖I 圖4。在S9中，控制裝置300基于該時刻的薄膜的膜厚(與目標膜厚Tl相等)和在S8中取得的實際成膜時間(tl+tl’)，計算出形成目前的薄膜(A膜)的實際成膜速率(實際速率Sbl)，將其作為暫定速率Sa3而存儲，向S14前進，其中暫定速率Sa3在將與A膜相同組成的其它薄膜——C膜成膜于后述的B膜上時使用。實際速率Sbl的計算通過將該時刻的A膜的膜厚(=目標膜厚Tl)除以在S8中取得的實際成膜時間(tl+tl’)而算出。需要說明的是，在將A膜作為本發(fā)明的“第I薄膜”時，S9的工序相當于本發(fā)明的“實際速度計算工序”。例如，參照圖5，在基板S上形成作為第I層的80納米(目標膜厚Tl)的SiO2薄膜時，將暫定速率Sal設定為O. 4納米/秒的情況下，若在暫定時間tl=200秒之間成膜，理論上應當形成目標膜厚Tl——80納米的SiO2薄膜(A膜)(理論上的波長曲線。X點)。 但是，通過利用膜厚監(jiān)視裝置200監(jiān)視膜厚可發(fā)現(xiàn)，該時刻(實際上的波長曲線。Y點)的實際膜厚TO為76納米時，實際速率Sbl為(76/200)=0. 38納米/秒。由于相對于80納米缺少4納米，因此剩余時間tl’為(4/0. 38)=約10. 5秒，必須以實際速率Sbl繼續(xù)剩下的
10.5秒的成膜。由此，才在基板S上形成80納米的SiO2薄膜(Z點)?！禨14》第2層如圖I 圖3和圖6所示，在S14中，開始第2層的成膜(B膜、第I薄膜)。本實施方式中，該處理在成膜處理區(qū)域40和反應處理區(qū)域60中進行。在成膜處理區(qū)域40中，對靶材49a、49b進行濺射，在基板S上的A膜的表面形成由鈮或鈮的不完全反應物構成的薄膜(B膜)。在接下來的反應處理區(qū)域60中，對在成膜處理區(qū)域40形成的薄膜進行氧化處理，從而形成以鈮的完全反應物為主的中間薄膜。當由控制裝置300給予成膜處理區(qū)域40中的濺射開始指示時，薄膜形成處理開始?？刂蒲b置300對交流電源43和高頻電源89分別發(fā)出將交流電壓施加至變壓器44和匹配箱87的指示。根據(jù)該濺射開始指示，第2層的濺射開始。本實施方式中，由于以目標膜厚T2將B膜成膜，因此在以SI設定的Sa2的暫定速率在暫定時間t2之間成膜。因此，控制裝置300適當?shù)乜刂乒┙o至磁控濺射電極41a、41b的電能和供給至靶材49a、49b的濺射氣體的量等，以使成膜速率達到Sa2。需要說明的是，預先設置遮蔽部件(校正板)，其配置于靶材49a、49b與基板S之間，遮蔽靶材49a、49b的前面，其可以以下述方式構成在給予濺射開始指示時，將該遮蔽部件從靶材49a、49b的前面進行移動，使膜原料物質能夠由靶材49a、49b到達基板S。若通過濺射開始指示而對靶材49a、49b施加交變電場，則靶材49a、49b交替地成為陽極和陰極，在成膜處理區(qū)域40形成等離子體。通過該等離子體對陰極上的靶材49a、49b進行濺射(以暫定速率Sa2)。接著，隨著旋轉筒13的旋轉，基板S由面向成膜處理區(qū)域40的位置被傳送至面向反應處理區(qū)域60的位置。與第I層同樣地，從反應性氣體儲瓶66向反應處理區(qū)域60導入氧氣作為反應性氣體，而且對天線85a、85b施加13. 56MHz的高頻電壓，由等離子體源80產(chǎn)生等離子體。并且，當旋轉筒13旋轉，形成有由鈮或不完全氧化鈮(Nb2Oxl (xl〈5))構成的中間薄膜的基板S被傳送至面向反應處理區(qū)域60的位置時，在反應處理區(qū)域60中，進行利用等離子體處理使構成中間薄膜的鈮或不完全氧化鈮發(fā)生氧化反應的工序。即，通過等離子體源80在反應處理區(qū)域60產(chǎn)生的氧氣的等離子體，利用該等離子體使鈮或不完全氧化鈮發(fā)生氧化反應，轉換成所期望的組成的不完全氧化鈮(Nb2Ox2(xl〈x2〈5))或氧化鈮(Nb2O5)15本實施方式中，使在成膜處理區(qū)域40形成的薄膜之中的鈮或鈮不完全氧化物在反應處理區(qū)域60發(fā)生氧化反應，轉換成不完全氧化鈮或氧化硅，從而形成僅由硅的完全氧化物構成的中間薄膜或者形成以所期望的比例具有硅或硅的不完全氧化物的中間薄膜。在該反應處理區(qū)域60中的膜組成轉換工序中，相比于在成膜處理區(qū)域40形成的薄膜的膜厚，在反應處理區(qū)域60經(jīng)膜組成轉換而得到的中間薄膜的膜厚更厚。即，通過將在構成在成膜處理區(qū)域40形成的薄膜的膜原料物質之中的鈮或鈮的不完全氧化物轉換成鈮的不完全氧化物或鈮的完全氧化物，從而引起薄膜的膨脹，膜厚變厚。以下，通過每次進行旋轉筒13的旋轉，重復在成膜處理區(qū)域40的濺射處理和在反 應處理區(qū)域60的氧化處理。通過在預定的暫定時間t2之間反復進行上述動作，中間薄膜被多次層積在基板S上的A膜的表面，形成理論上具有目標膜厚T2的薄膜(相當于第2層的B膜)。《S15》接著，與S5同樣地，伴隨著S14的成膜開始，在S15中開始膜厚監(jiān)視裝置200的運轉，向S16前進?！禨 16》接著，與S6同樣地，在S16中，控制裝置300依次繪制陸續(xù)取得的反射光量的信息，在獲得預定波長下的光量變化曲線的同時，監(jiān)視該曲線的變動狀況，當判定目前與實際膜厚TO對應的光學膜厚ndO達到與目標膜厚T2對應的光學膜厚nd2時，向S17前進。當判定未達到時，繼續(xù)進行監(jiān)視。需要說明的是，在將B膜作為本發(fā)明的“第I薄膜”時，S15和S16的工序相當于本發(fā)明的“膜厚監(jiān)視工序”?！禨17》在S17中，控制裝置300使向電極41a、41b的電力供給或濺射氣體的流入停止。由此，在結束第2層的成膜的同時，在使旋轉筒13的旋轉繼續(xù)的狀態(tài)下向S18前進。需要說明的是，在將B膜作為本發(fā)明的“第I薄膜”時，S17的工序相當于本發(fā)明的“停止工序”?！禨 18》在S18中，控制裝置300取得從S14的成膜開始至S17的成膜結束為止所需要的實際成膜時間(實際成膜時間)的信息，向S19前進。本實施方式中，與S8同樣地,旋轉筒13的旋轉速度是已知的，其結果，由膜厚監(jiān)視裝置200的光源208發(fā)出測定光，獲知從控制器212向控制裝置300輸入的膜厚監(jiān)視數(shù)據(jù)(反射光量的信息)的取得間隔(時間)，因此，控制裝置300判斷由S14的成膜開始(S卩，第一個膜厚監(jiān)視數(shù)據(jù)的取得)至S17的成膜停止(最后的膜厚監(jiān)視數(shù)據(jù)的取得)為止的時間，為該薄膜的實際成膜時間。以下，將B膜的實際成膜時間設為(t2+t2’ )而進行說明。需要說明的是，在將B膜作為本發(fā)明的“第I薄膜”時，S18的工序相當于本發(fā)明的“實際時間取得工序”?！禨 19》在S19中，控制裝置300基于該時刻的薄膜的膜厚(與目標膜厚T2相等)和在S18中取得的實際成膜時間(t2+t2’)，計算出形成目前的薄膜(B膜)的實際成膜速率(實際速率Sb2)，將其作為暫定速率而存儲，向S14前進，其中暫定速率在將與B膜相同組成的其它薄膜——D膜成膜于后述的C膜上時使用。實際速率Sb2的計算通過將該時刻的B膜的膜厚(=目標膜厚T2)除以在S18中取得的實際成膜時間(t2+t2’ )而算出。需要說明的是，在將B膜作為本發(fā)明的“第I薄膜”時，S19的工序相當于本發(fā)明的“實際速度計算工序”。例如，在A膜上形成作為第2層的80納米(目標膜厚T2)的Nb2O5薄膜時，將暫定速率Sa2設定為O. 4納米/秒的情況下，若在暫定時間t2=200秒之間成膜，理論上應當形成 目標膜厚T2——80納米的Nb2O5薄膜(B膜)。但是，通過利用膜厚監(jiān)視裝置200監(jiān)視膜厚可發(fā)現(xiàn)，該時刻的實際膜厚TO為76納米時，實際速率Sb2為(76/200)=0. 38納米/秒。由于相對于80納米缺少4納米，因此剩余時間t2’為(4/0. 38)=約10. 5秒，必須以實際速率Sb2繼續(xù)剩下的10. 5秒的成膜。由此，才在基板S上的A膜上形成80納米的Nb2O5薄膜?！禨24》第3層如圖I 圖3和圖7所示，在S24中，開始第3層的成膜(C膜。對于A膜為第2薄膜)。該處理與S4同樣地在成膜處理區(qū)域20和反應處理區(qū)域60中進行。所使用的靶材29a、29b在第I層的成膜中產(chǎn)生下陷。當由控制裝置300給予成膜處理區(qū)域20中的濺射開始指示時，成膜處理開始。控制裝置300對交流電源23和高頻電源89分別發(fā)出將交流電壓施加至變壓器24和匹配箱87的指示。根據(jù)該濺射開始指示，第3層的濺射開始。本實施方式中，雖然以目標膜厚T3將C膜成膜，但所使用的靶材29a、29b產(chǎn)生下陷，由此即便使濺射電極側的輸出功率一定，可以預測相對于下陷前的成膜速率(暫定速率Sal)仍然會使成膜速率降低。因此，本實施方式中，將在S9所存儲的A膜成膜時的實際成膜速率(實際速率Sbl)設為暫定速率Sa3，計算出以該速率形成目標膜厚T3的膜所需要的時間t3，控制在該時間之間成膜。該t3的計算相當于將A膜作為“第I薄膜”、將C膜作為“第2薄膜”時的本發(fā)明的“必要時間計算工序”。因此，控制裝置300進行控制，使得在C膜的成膜時以暫定速率Sa3(與在S9所存儲的A膜的實際速率Sbl相同。)且僅以t3的時間進行成膜，并向S25前進。其結果，通過每次進行旋轉筒13的旋轉，重復在成膜處理區(qū)域20的濺射處理和在反應處理區(qū)域60的氧化處理。通過在預定的暫定時間t3之間反復進行上述動作，中間薄膜被多次層積在基板S上的B膜的表面，形成理論上具有目標膜厚T3的薄膜(相當于第3層的C膜)?！禨25》接著，與S5、S15同樣地，伴隨著S24的成膜開始，在S25中開始膜厚監(jiān)視裝置200的運轉，向S26前進?！禨26》接著，與S6、S16同樣地，在S26中，控制裝置300依次繪制陸續(xù)取得的反射光量的信息(橫軸為時間、縱軸為反射光量)，在獲得預定波形的分光波形曲線的同時，監(jiān)視該曲線的變動狀況，當判定目前的光學膜厚ndO達到與目標膜厚T3對應的光學膜厚nd3時，向S7前進。當判定未達到時，繼續(xù)進行監(jiān)視?！禨27》在S27中，控制裝置300使向電極21a、21b的電力供給或濺射氣體的流入停止。由此，在結束第3層的成膜的同時，在使旋轉筒13的旋轉繼續(xù)的狀態(tài)下向S28前進。需要說明的是，本實施方式中將C膜作為A膜(第I薄膜)的第2薄膜，但在將該C膜作為本發(fā)明的“第I薄膜”時，S27的工序相當于本發(fā)明的“停止工序”?！禨28》在S28中，控制裝置300取得從S24的成膜開始至S27的成膜結束為止所需要的實際成膜時間(實際成膜時間)的信息，向S29前進。以下，將C膜的實際成膜時間設為 (t3+t3’ )而進行說明。需要說明的是，本實施方式中將C膜作為A膜(第I薄膜)的第2薄膜，但在將該C膜作為本發(fā)明的“第I薄膜”時，S28的工序相當于本發(fā)明的“實際時間取得工序”?！禨29》在S29中，控制裝置300基于該時刻的薄膜的膜厚(與目標膜厚T3相等)和在S28中取得的實際成膜時間(t3+t3’)，計算出形成目前的薄膜(C膜)的實際成膜速率(實際速率Sb3)，將其作為暫定速率而存儲，向S34前進，其中暫定速率在將與C膜相同組成的其它薄膜——E膜成膜于后述的D膜上時使用。實際速率Sb3的計算通過將該時刻的C膜的膜厚(=目標膜厚T3)除以在S28中取得的實際成膜時間(t3+t3’ )而算出。需要說明的是，本實施方式中將C膜作為A膜(第I薄膜)的第2薄膜，但在將該C膜作為本發(fā)明的“第I薄膜”時，S29的工序相當于本發(fā)明的“實際速度計算工序”。例如，在B膜上形成作為第3層的80納米(目標膜厚T3)的SiO2薄膜的情況下，將暫定速率Sa3設定為在S9中計算出的A膜的實際速率Sbl即O. 38納米/秒。該情況下，若在暫定時間t3=210. 5秒之間成膜，理論上應當形成目標膜厚T3——80納米的SiO2薄膜(C膜)。但是，通過利用膜厚監(jiān)視裝置200監(jiān)視膜厚可發(fā)現(xiàn)，該時刻的實際膜厚TO為76納米時，實際速率Sb3為(76/210. 5)=0. 36納米/秒。由于相對于80納米缺少4納米，因此剩余時間tl’為(4/0. 36)=約11. I秒，必須以實際速率Sb3繼續(xù)剩下的11. I秒的成膜。由此，才在B膜上形成80納米的SiO2薄膜?！禨34》第4層如圖I 圖3和圖8所示，在S34中，開始第4層的成膜(D膜、第2薄膜)。該處理與S14同樣地在成膜處理區(qū)域40和反應處理區(qū)域60中進行。所使用的靶材49a、49b在第2層的成膜中產(chǎn)生下陷。當由控制裝置300給予成膜處理區(qū)域40中的濺射開始指示時，成膜處理開始?？刂蒲b置300對交流電源43和高頻電源89分別發(fā)出將交流電壓施加至變壓器44和匹配箱87的指示。根據(jù)該濺射開始指示，第4層的濺射開始。本實施方式中，雖然以目標膜厚T4將D膜成膜，但所使用的靶材49a、49b產(chǎn)生下陷，由此即便使濺射電極側的輸出功率一定，可以預測相對于下陷前的成膜速率(暫定速率Sa2)仍然會使成膜速率降低。因此，本實施方式中，將在S19所存儲的B膜成膜時的實際成膜速率(實際速率Sb2)設為暫定速率Sa4，計算出以該速率形成目標膜厚T4的膜所需要的時間t4，控制在該時間之間成膜。該t4的計算相當于將B膜作為“第I薄膜”、將D膜作為“第2薄膜”時的本發(fā)明的“必要時間計算工序”。t4可以通過將T4除以Sb2而算出。因此，控制裝置300進行控制，使得在D膜的成膜時以暫定速率Sa4(與在S19所存儲的B膜的實際速率Sb2相同。)且僅以t4的時間進行成膜，并向S37前進。其結果，通過每次進行旋轉筒13的旋轉，重復在成膜處理區(qū)域40的濺射處理和在反應處理區(qū)域60的氧化處理。通過在預定的成膜時間t4之間反復進行上述動作，中間薄膜被多次層積在基板S上的C膜的表面，形成理論上具有目標膜厚T4的薄膜(相當于第4層的D膜)?！禨37》
在S37中，控制裝置300使向電極41a、41b的電力供給或濺射氣體的流入停止。由此，在結束第4層的成膜的同時，在使旋轉筒13的旋轉繼續(xù)的狀態(tài)下向S44前進。例如，在C膜上形成作為第4層的80納米(目標膜厚T4)的Nb2O5薄膜的情況下，將暫定速率Sa4設定為在S19中計算出的B膜的實際速率Sb2即O. 38納米/秒。該情況下，若在暫定時間t4=210. 5秒之間成膜，理論上應當形成目標膜厚T4—80納米的Nb2O5薄膜(D膜)。但是，通過利用膜厚監(jiān)視裝置200監(jiān)視膜厚可發(fā)現(xiàn)，該時刻的實際膜厚TO為76納米時，實際速率Sb4為(76/210. 5)=0. 36納米/秒。由于相對于80納米缺少4納米，因此剩余時間t4’為(4/0. 36) =約11. I秒，必須以實際速率Sb4繼續(xù)剩下的11. I秒的成膜。由此，才在C膜上形成80納米的Nb2O5薄膜?！禨44》第5層在S44中，開始第5層的成膜(E膜。將C膜作為第I薄膜時的第2薄膜)。該處理與S4、S24同樣地在成膜處理區(qū)域20和反應處理區(qū)域60中進行。所使用的靶材29a、29b在第I層、第3層的各成膜中進一步產(chǎn)生下陷。當由控制裝置300給予成膜處理區(qū)域20中的濺射開始指示時，成膜處理開始。控制裝置300對交流電源23和高頻電源89分別發(fā)出將交流電壓施加至變壓器24和匹配箱87的指示。根據(jù)該濺射開始指示，第3層的濺射開始。本實施方式中，雖然以目標膜厚T5將E膜成膜，但與C膜的成膜時相比所使用的靶材29a、29b產(chǎn)生了進一步的下陷，由此即便使濺射電極側的輸出功率一定，可以預測相對于下陷前的成膜速率(暫定速率Sa3。與A膜的實際速率Sbl相等。)仍然會使成膜速率降低。因此，本實施方式中，將在S28所存儲的C膜成膜時的實際成膜速率(實際速率Sb3)設為暫定速率Sa5，計算出以該速率形成目標膜厚T5的膜所需要的時間t5，控制在該時間之間成膜。該t5的計算相當于將C膜作為“第I薄膜”、將E膜作為“第2薄膜”時的本發(fā)明的“必要時間計算工序”。t5可以通過將T5除以Sb3而算出。因此，控制裝置300進行控制，使得在E膜的成膜時以暫定速率Sa5(與在S29所存儲的C膜的實際速率Sb3相同。)且僅以t5的時間進行成膜，并向S47前進。其結果，通過每次進行旋轉筒13的旋轉，重復在成膜處理區(qū)域20的濺射處理和在反應處理區(qū)域60的氧化處理。通過在預定的成膜時間t5之間反復進行上述動作，中間薄膜被多次層積在基板S上的D膜的表面，形成理論上具有目標膜厚T5的薄膜(相當于第5層的E膜)。
《S47》在S47中，控制裝置300使向電極21a、21b的電力供給或濺射氣體的流入停止。由此，結束第5層的成膜，結束所有的成膜。例如，在D膜上形成作為第5層的80納米(目標膜厚T5)的SiO2薄膜的情況下，將暫定速率Sa5設定為在S29中計算出的C膜的實際速率Sb3即O. 36納米/秒。該情況下，若在暫定時間t3=221. 6秒之間成膜，理論上應當形成目標膜厚T5——80納米的SiO2薄膜(E膜)。但是，通過利用膜厚監(jiān)視裝置200監(jiān)視膜厚可發(fā)現(xiàn)，該時刻的實際膜厚TO為76納米時，實際速率Sb5為(76/221. 6)=0. 34納米/秒。由于相對于80納米缺少4納米，因此剩余時間t5’為(4/0. 34) =約11. 8秒，必須以實際速率Sb5繼續(xù)剩下的11. 8秒的成膜。由此，才在D膜上形成80納米的SiO2薄膜。如上述說明那樣，根據(jù)本實施方式，將以目標膜厚Tl形成第I層的A膜的實際速率Sbl設定為形成于B膜上的C膜形成的暫定速率Sa3，基于該暫定速率和C膜的目標膜厚 T3，計算出C膜形成時所需要的成膜時間t3，在該時間t3之間進行C膜的成膜。另外，將以目標膜厚T2形成第2層的B膜的實際速率Sb2設定為形成于C膜上的D膜形成的暫定速率Sa4，基于該暫定速率和D膜的目標膜厚T4，計算出D膜形成時所需要的成膜時間t4，在該時間t4之間進行D膜的成膜。此外，將以目標膜厚T3形成第3層的C膜的實際速率Sb3設定為形成于D膜上的E膜形成的暫定速率Sa5，基于該暫定速率和E膜的目標膜厚T5，計算出E膜形成時所需要的成膜時間t5，在該時間t5之間進行E膜的成膜。因此，能夠省去測試成膜所導致的成膜浪費，能夠提高成膜效率。如前所述，通常若產(chǎn)生靶材的下陷，則無法獲得所預定的成膜速率，該成膜速率降低。本實施方式中，由薄膜形成的初期階段(SiO2膜與Nb2O5膜的成膜的第I層、第2層)計算出實際速率Sbl、Sb2，將其反映到后續(xù)(第3層、第4層的SiO2膜與Nb2O5膜、以及第5層的5102膜)的薄膜形成的成膜速率中，也可以由薄膜形成的第2層以后(例如，對A膜而言為C膜以后)開始實際速率的計算，使其反映到后續(xù)的薄膜形成的成膜速率中。
權利要求
1.一種薄膜形成方法，在該薄膜形成方法中，濺射靶材，在保持于基體保持機構且旋轉的基體上以目標膜厚形成第I薄膜之后，再濺射第I薄膜的形成中使用的靶材，以目標膜厚形成與第I薄膜相同組成的作為其它薄膜的第2薄膜， 所述薄膜形成方法的特征在于， 所述薄膜形成方法包括以下工序 膜厚監(jiān)視工序，該工序中，向所述基體供給膜原料，一邊形成第I薄膜，一邊監(jiān)視該第I薄膜的膜厚； 停止工序，該工序中，在所述第I薄膜的膜厚達到目標膜厚的時刻停止所述膜原料的供給； 實際時間取得工序，該工序中，取得實際成膜時間的信息，該實際成膜時間的信息為從所述膜原料的供給開始至停止為止所需要的實際的成膜時間； 實際速度計算工序，該工序中，基于所述實際成膜時間計算出實際成膜速度，該實際成膜速度為形成第I薄膜的實際的成膜速度；和 必要時間計算工序，該工序中，基于所述實際成膜速度計算出必要時間，該必要時間為以目標膜厚形成第2薄膜所需要的成膜時間； 在以目標膜厚形成第2薄膜時，以所述實際成膜速度開始成膜，并且直至經(jīng)過所述必要時間為止，向所述基體供給膜原料。
2.如權利要求I所述的薄膜形成方法，其特征在于，在所述膜厚監(jiān)視工序中，監(jiān)視所述第I薄膜的光學膜厚。
3.如權利要求2所述的薄膜形成方法，其特征在于，使用光反射式的膜厚監(jiān)視裝置。
4.一種薄膜形成裝置，所述薄膜形成裝置用于濺射靶材，在基體上以目標膜厚形成第I薄膜后，再濺射第I薄膜的形成中使用的靶材，以目標膜厚形成與第I薄膜相同組成的作為其它薄膜的第2薄膜， 該薄膜形成裝置的特征在于， 所述薄膜形成裝置具有以下機構 基體保持機構，其設置于真空容器的內部，形成于以軸線為中心可旋轉的旋轉機構的旋轉方向側面，并保持所述基體； 濺射機構，該機構使用相同的靶材，分別以目標膜厚形成所述第I薄膜和所述第2薄膜； 膜厚監(jiān)視機構，該機構監(jiān)視所述第I薄膜的膜厚；和 控制機構，該機構在利用所述濺射機構形成第I薄膜時，取得實際成膜時間的信息，該實際成膜時間的信息為從膜原料的供給開始至停止為止所需要的實際的成膜時間，基于該實際成膜時間計算出實際成膜速度，該實際成膜速度為以目標膜厚形成第I薄膜的實際的成膜速度，基于該實際成膜速度計算出必要時間，該必要時間為以目標膜厚形成第2薄膜所需要的成膜時間，調整第2薄膜的成膜條件， 所述控制機構在以目標膜厚形成第2薄膜時進行控制，以使得以所述實際成膜速度開始成膜，并且直到經(jīng)過所述必要時間為止向所述基體供給膜原料。
全文摘要
本發(fā)明的課題在于提供一種薄膜形成方法，其能夠省去測試成膜所導致的成膜浪費，能夠提高成膜效率。所述薄膜形成方法為濺射靶材(29a、29b)，在保持于旋轉筒(13)且旋轉的基板(S)和監(jiān)視基板(S0)上以目標膜厚T1形成作為第1薄膜的A膜后，再濺射用于A膜的形成的靶材(29a、29b)，用于以目標膜厚T3形成作為與A膜相同組成的其它薄膜的第2薄膜即C膜，所述薄膜形成方法具有膜厚監(jiān)視工序S4、S5、停止工序S7、實際時間取得工序S8、實際速度計算工序S9和必要時間計算工序S24。
文檔編號G02B5/28GK102892918SQ20118002426
公開日2013年1月23日 申請日期2011年6月13日 優(yōu)先權日2010年10月8日
發(fā)明者日向陽平, 佐井旭陽, 大瀧芳幸, 鹽野一郎, 姜友松 申請人:株式會社新柯隆