專(zhuān)利名稱(chēng)：濺射裝置及濺射成膜方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于光學(xué)濾光器等成膜工序的濺射裝置及濺射成膜方法，特別涉及適用于制造WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分復(fù)用)技術(shù)所用的WDM用濾光片的濺射裝置及濺射成膜方法。
背景技術(shù)：
在日本專(zhuān)利特開(kāi)平3-253568號(hào)公報(bào)中揭示了在玻璃板等基板上進(jìn)行成膜用的轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置。轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置是旋轉(zhuǎn)式間歇型的濺射裝置，具有下述的結(jié)構(gòu)，即在腔室內(nèi)配置多邊柱形的基板保持架(旋轉(zhuǎn)鼓)，同時(shí)在腔室壁內(nèi)側(cè)設(shè)置保持有矩形靶的磁控管。一面使安裝了基板的基板保持架旋轉(zhuǎn)，一面對(duì)磁控管供給功率，使得靶的上面產(chǎn)生等離子，同時(shí)向腔室內(nèi)引入規(guī)定的反應(yīng)氣體，通過(guò)這樣進(jìn)行成膜。
另外，根據(jù)日本專(zhuān)利特開(kāi)平11-241162號(hào)公報(bào)，提出了利用光學(xué)測(cè)量裝置連續(xù)監(jiān)視成膜中的膜厚進(jìn)行濺射的方法。
近來(lái)，在光纖通信的領(lǐng)域中受到關(guān)注的WDM技術(shù)所用的WDM用濾光器，是將低折射率材料的膜(例如SiO2膜)與高折射率材料的膜(例如Ta2O5膜)交替組合，層疊非常多的層(例如100層左右)而形成。在制造這樣的光學(xué)多層膜時(shí)，重要的是要按照設(shè)計(jì)值正確形成各層的膜厚，希望開(kāi)發(fā)一種高速而且高精度進(jìn)行成膜用的技術(shù)。
圖27為以往的光學(xué)多層膜成膜用濺射裝置的示意圖。在近似圓筒形腔室200內(nèi)，配置多邊筒形基板保持架202，在基板保持架202的各側(cè)面安裝基板204。在腔室壁內(nèi)側(cè)，設(shè)置低折射率膜形成用的磁控管濺射源206及高折射率膜形成用的磁控管濺射源208，前者裝有低折射率膜形成用靶(例如Si靶)210，后者裝有高折射率膜形成用靶(例如Ti靶)212。
基板保持架202以中心軸214作為旋轉(zhuǎn)中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從濺射電源216向磁控管濺射源206供給功率，通過(guò)這樣在靶210的上面附近產(chǎn)生等離子，與從未圖示的氣體引入部分供給的氣體進(jìn)行反應(yīng)，在通過(guò)靶210前的各基板204上形成低折射率膜。同樣，從濺射電源218向磁控管濺射源208供給功率，通過(guò)這樣在靶212的上面產(chǎn)生等離子，與引入的氣體進(jìn)行反應(yīng)，在各基板204上形成高折射率膜。預(yù)先調(diào)查濺射電源216及218的接通時(shí)間與成膜量的關(guān)系(成膜速度)，然后一面管理濺射時(shí)間，一面對(duì)各磁控管濺射源206及208交替供給電源，通過(guò)這樣形成所希望的多層膜。
但是，上述以往的成膜裝置存在的問(wèn)題是難以進(jìn)行高精度的膜厚管理，為了提供膜厚精度，必須相應(yīng)降低成膜速度，生產(chǎn)率顯著降低。
日本專(zhuān)利特開(kāi)昭49-115085號(hào)公報(bào)雖然沒(méi)有有關(guān)轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置的描述，但提出一種方法，它是在成膜工序中，對(duì)濺射裝置斷續(xù)地供給能源，在能源斷開(kāi)期間(停止供給期間)測(cè)量膜厚，然后將該結(jié)果反饋給能源供給系統(tǒng)。但是，該方法的缺點(diǎn)是，成膜工序與測(cè)量工序交替進(jìn)行，由于在測(cè)量中成膜中斷，因此生產(chǎn)率差。
另外，如日本專(zhuān)利特開(kāi)平3-253568號(hào)公報(bào)所述，在采用兩個(gè)陰極及對(duì)該陰極供給功率用的兩個(gè)電源的濺射裝置(方法)中，在力圖實(shí)現(xiàn)膜厚均勻的情況下，由于兩個(gè)陰極成對(duì)地成膜，因此對(duì)于影響成膜速度的主要因素(磁場(chǎng)、所加的電壓、靶表面的狀態(tài)及氣壓等)，必須減小兩個(gè)陰極之間的差別。但是，很難使兩個(gè)陰極有關(guān)的條件一致，結(jié)果不容易控制膜厚的均勻。
本發(fā)明正是鑒于這樣的情況而進(jìn)行的，目的在于提供能夠以高精度控制膜厚而且生產(chǎn)率高的濺射裝置及濺射成膜方法。另外，目的在于提供比原來(lái)能夠更簡(jiǎn)單達(dá)到膜厚均勻、而且能夠?qū)崿F(xiàn)裝置小型化及低成本的濺射裝置及濺射成膜方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了達(dá)到前述目的，本申請(qǐng)第1方面所述的轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置，所述轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置具有下述構(gòu)造，即在腔室內(nèi)設(shè)置自由旋轉(zhuǎn)的橫截面為多邊形或圓形的鼓，在該鼓的外周表面上設(shè)置基板保持架，在腔室壁的內(nèi)側(cè)配置磁控管濺射源，所述磁控管濺射源由靶及保持該靶的磁控管部分構(gòu)成，所述靶利用所述磁控管部分保持，使其與所述鼓的轉(zhuǎn)軸平行，該濺射裝置具有在成膜中測(cè)量裝在所述基板保持架的基板上形成的膜的膜厚的膜厚測(cè)量裝置、對(duì)所述靶供給濺射所需要的功率的電源單元、以及利用所述膜厚測(cè)量裝置得到的測(cè)量結(jié)果來(lái)控制影響成膜量的參數(shù)的控制裝置。
根據(jù)本發(fā)明，在轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置中，能夠在成膜中監(jiān)視膜厚，將該信息反饋至控制系統(tǒng)，然后進(jìn)行控制。作為影響成膜量的參數(shù)的控制，除了濺射電源的功率控制以外，還有基板保持架(鼓)的轉(zhuǎn)速、擋板開(kāi)度、濺射壓力等的控制。例如，在停止成膜時(shí)，要停止供給濺射電源的功率或關(guān)閉擋板等。
作為本申請(qǐng)第2方面所述的濺射裝置，包括以規(guī)定頻率交替切換相鄰配置的兩個(gè)靶的陽(yáng)極/陰極關(guān)系的AC型磁控管濺射源、以及單一磁控管部分上安裝靶的磁控管濺射源。
作為“單一磁控管部分上安裝靶的磁控管濺射源”，除了DC(直流)型磁控管濺射源以外，還有RF(高頻)型磁控管濺射源及脈沖型(以一定時(shí)間間隔加上直流電壓)型磁控管濺射源等。
AC型磁控管濺射源與單一磁控管部分上安裝靶的磁控管濺射源相比，能夠高速成膜。本發(fā)明正是同時(shí)采用這兩種濺射源，來(lái)實(shí)現(xiàn)高速而且高精度成膜。
在這種情況下，如本申請(qǐng)第3方面所述，具有下述的控制形態(tài)，即從成膜開(kāi)始利用所述AC型磁控管濺射源進(jìn)行高速成膜，在成膜達(dá)到目標(biāo)膜厚前一定量之后，則停止利用所述AC型磁控管濺射源進(jìn)行成膜，切換成僅利用所述單一磁控管部分上安裝靶的磁控管濺射源的低速成膜，進(jìn)行成膜直到所述目標(biāo)膜厚為止。通過(guò)這樣的控制，能夠進(jìn)行高精度的膜厚控制。
再有，如本申請(qǐng)第4方面所述，最好是進(jìn)行下述控制的形態(tài)，即在所述低速成膜中，利用所述膜厚測(cè)量裝置監(jiān)視膜厚，在檢測(cè)出膜厚到達(dá)所述目標(biāo)膜厚的時(shí)刻，停止利用所述單一磁控管部分上安裝靶的磁控管濺射源進(jìn)行成膜。并且，通常是在成膜中始終監(jiān)視膜厚。
在僅使用單一磁控管部分上安裝靶的磁控管濺射源進(jìn)行低速成膜期間，對(duì)膜厚進(jìn)行監(jiān)視，將其信息反饋給控制系統(tǒng)，通過(guò)這樣能夠以更高精度控制膜厚。
本申請(qǐng)第5方面所述的轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置，所述轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置具有下述構(gòu)造，即在腔室內(nèi)設(shè)置自由旋轉(zhuǎn)的橫截面為多邊形或圓形的鼓，在該鼓的外周表面上設(shè)置基板保持架，在腔室壁的內(nèi)側(cè)配置由靶及保持該靶的磁控管部分構(gòu)成的磁控管濺射源，所述靶利用所述磁控管部分保持，使其與所述鼓的轉(zhuǎn)軸平行，該濺射裝置僅具有以規(guī)定頻率相互切換相鄰配置的兩個(gè)靶的陽(yáng)極/陰極關(guān)系的AC型磁控管濺射源作為所述磁控管濺射源，同時(shí)具有膜厚測(cè)量裝置在成膜中一面使所述鼓旋轉(zhuǎn)一面測(cè)量裝在所述基板保持架的基板上形成的膜的膜厚、對(duì)所述靶供給濺射所需要的功率的電源單元、以及利用所述膜厚測(cè)量裝置得到的測(cè)量結(jié)果來(lái)控制影響成膜量的參數(shù)的控制裝置。
在形成要求膜厚誤差為1％數(shù)量級(jí)的層疊膜時(shí)，僅使用高速AC型磁控管，就能夠形成滿足要求的膜。
在將本發(fā)明用于制造WDM用濾光器所用的光學(xué)多層膜成膜裝置等那樣交替地形成低折射率膜及高折射率膜用的裝置時(shí)，如本申請(qǐng)第6方面所述，采用具有同時(shí)設(shè)置裝有低折射率膜成膜用靶的低折射率膜形成用的磁控管濺射源、以及裝有高折射率膜成膜用靶的高折射率膜形成用的磁控管濺射源的構(gòu)造的濺射裝置。
關(guān)于低折射率膜形成用的磁控管濺射源及高折射率膜形成用的磁控管濺射源的各濺射源，通過(guò)分別利用AC型磁控管濺射源及單一磁控管部分上裝有靶的磁控管濺射源組合而構(gòu)成，從而在低折射率膜的成膜工序及高折射率膜的成膜工序中，能夠?qū)崿F(xiàn)高速成膜及高精度控制成膜。
當(dāng)然，根據(jù)要求的膜厚精度，也可以是僅使用AC型磁控管進(jìn)行成膜的形態(tài)。
根據(jù)本申請(qǐng)第7方面所述的形態(tài)，所述膜厚測(cè)量裝置具有對(duì)所述基板照射測(cè)量光的投光裝置、以及接受照射所述基板的所述測(cè)量光的透射光或反射光后輸出與該受光量相應(yīng)的電信號(hào)的受光裝置，在所述的鼓旋轉(zhuǎn)中，通過(guò)從所述投光裝置向所述基板照射測(cè)量光，進(jìn)行所述膜厚的測(cè)量。
本形態(tài)有關(guān)的膜厚測(cè)量裝置不是直接測(cè)量膜厚，而是測(cè)量間接的信息。即膜厚測(cè)量裝置由投光裝置及受光裝置構(gòu)成，受光裝置輸出與接受的光量相應(yīng)的電信號(hào)。測(cè)量光采用例如550nm的單色測(cè)量光或比其波長(zhǎng)要短的549nm的單色測(cè)量光。但不限于從投光裝置照射單色測(cè)量光的形態(tài)，也有的形態(tài)是投光裝置照射白色(未選擇波長(zhǎng))測(cè)量光，在受光側(cè)形成單色光。
如本申請(qǐng)第8方面所示，從受光裝置輸出的電信號(hào)(受光信號(hào))送至運(yùn)算裝置，利用運(yùn)算裝置計(jì)算透射率信息或反射率信息。運(yùn)算裝置根據(jù)需要，可以包含在膜厚測(cè)量裝置內(nèi)，也可以包含在控制裝置內(nèi)。
根據(jù)本申請(qǐng)第9方面所述的形態(tài)，所述運(yùn)算裝置根據(jù)所述測(cè)量光的入射角為0°及包含0°附近的規(guī)定角度范圍時(shí)從所述受光裝置得到的受光信號(hào)，求得與入射角相應(yīng)的透射率或反射率，取得表示入射角與透射率或反射率的關(guān)系的數(shù)據(jù)。
在轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置中，由于基板保持架旋轉(zhuǎn)，因此在膜厚測(cè)量用的投光裝置及受光裝置固定設(shè)置在規(guī)定位置的情況下，測(cè)量光的入射角始終在變化。計(jì)算垂直入射時(shí)(入射角為0°)其前后的規(guī)定角度范圍內(nèi)的1點(diǎn)或多點(diǎn)受光信號(hào)，求得透射率或反射率相對(duì)于入射角的關(guān)系。
利用表示這樣得到的入射角與透射率或反射率的關(guān)系的外形(表示相對(duì)于入射角的透射率或反射率變化的曲線)，能夠準(zhǔn)確決定成膜的終點(diǎn)等。例如通過(guò)比較計(jì)算的外形與具有目標(biāo)光學(xué)特性的產(chǎn)品已有的外形，或利用實(shí)時(shí)跟蹤計(jì)算的外形的形狀變化等方法，能夠決定成膜的終點(diǎn)。
另外，作為本發(fā)明發(fā)其它形態(tài)，有如本申請(qǐng)第10方面所述的形態(tài)，所述膜厚測(cè)量裝置具有對(duì)所述基板能夠有選擇地照射波長(zhǎng)不同的多種測(cè)量光的投光裝置、以及接受照射所述基板的所述測(cè)量光的透射光或反射光后變換為與該受光量相應(yīng)的電信號(hào)的受光裝置，在所述鼓的旋轉(zhuǎn)中，通過(guò)從所述投光裝置向所述基板照射測(cè)量光，進(jìn)行所述膜厚的測(cè)量。例如，有選擇地切換使用550nm與549nm的測(cè)量光。
如本申請(qǐng)第11方面所述，從受光裝置輸出的電信號(hào)(受光信號(hào))送至運(yùn)算裝置，利用運(yùn)算裝置計(jì)算相對(duì)于所述波長(zhǎng)不同的多種測(cè)量光的透射率信息或反射率信息。
根據(jù)本申請(qǐng)第12方面所述的形態(tài)，所述運(yùn)算裝置根據(jù)相對(duì)于所述波長(zhǎng)不同的多種測(cè)量光，入射角分別為0°及包含0°附近的規(guī)定角度范圍時(shí)從所述受光裝置得到的受光信號(hào)，求得與入射角相應(yīng)的透射率或反射率，取得表示入射角與透射率或反射率的關(guān)系的數(shù)據(jù)。
再有，有如本申請(qǐng)第13方面所述的形態(tài)，所述運(yùn)算裝置根據(jù)所述取得的表示入射角與透射率或反射率的關(guān)系的數(shù)據(jù)，進(jìn)行近似變換，計(jì)算出光譜透射率或光譜反射率。
根據(jù)在規(guī)定角度范圍得到的透射率或反射率的數(shù)據(jù)，利用將角度變換為波長(zhǎng)而求得近似值的運(yùn)算方法，能夠求得波長(zhǎng)比該測(cè)量波長(zhǎng)要長(zhǎng)的一側(cè)的光譜透射率或光譜反射率。通過(guò)利用波長(zhǎng)不同的多種測(cè)量光測(cè)量透射率或反射率，能夠進(jìn)行精度更高的測(cè)量。
另外，在上述本發(fā)明的濺射裝置中，還有一種理想的形態(tài)，其構(gòu)成為具有根據(jù)用規(guī)定波長(zhǎng)的單色測(cè)量光在其入射角在0°及包含0°附近的規(guī)定角度范圍時(shí)從所述受光裝置得到的受光信號(hào)，求得與入射角相應(yīng)的透射率或反射率、取得表示入射角與透射率或反射率的關(guān)系的數(shù)據(jù)并將它形成曲線的第一測(cè)量功能；計(jì)算前述取得的表示入射角與透射率或反射率的關(guān)系的數(shù)據(jù)之平均值的第二測(cè)量功能；根據(jù)所述取得的表示入射角與透射率或反射率的關(guān)系的數(shù)據(jù)進(jìn)行變換、計(jì)算光譜透射率或光譜反射率的第三測(cè)量功能；以及用波長(zhǎng)比所述規(guī)定波長(zhǎng)要短的一側(cè)的測(cè)量光在其入射角在0°及包含0°附近的規(guī)定角度范圍時(shí)從所述受光裝置得到的受光信號(hào)求得與入射角相應(yīng)的透射率或反射率、取得表示相對(duì)于入射角的透射率或入射率的關(guān)系的數(shù)據(jù)，并根據(jù)該取得的表示相對(duì)于入射角的透射率或反射率的關(guān)系的數(shù)據(jù)進(jìn)行近似變換，計(jì)算光譜透射率或光譜反射率的第四測(cè)量功能，在所述第一至第四測(cè)量功能中，根據(jù)成膜工序的階段，相應(yīng)切換所利用的測(cè)量功能或其組合。
在制造光學(xué)多層膜時(shí)，由于相應(yīng)于成膜過(guò)程的階段，膜的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，因此通過(guò)采用適合于各階段的測(cè)量方法，能夠力圖提高測(cè)量精度及膜厚控制精度。
根據(jù)本申請(qǐng)第14方面所示的形態(tài)，其特征在于所述膜厚測(cè)量裝置設(shè)置在離開(kāi)所述磁控管濺射源的位置。所謂“離開(kāi)的位置”，是指“以最接近受光裝置的磁控管中心線(通過(guò)磁控管中心并與靶支持面垂直的線)與腔室外壁的交點(diǎn)作為基準(zhǔn)，沿外壁表面上的周長(zhǎng)在水平方向離開(kāi)150mm以上、特別是900mm以上的位置”。通過(guò)使測(cè)量部分離開(kāi)成膜空間，能夠減少因等離子光產(chǎn)生的干擾，能夠進(jìn)行高精度的測(cè)量。
再有，如本申請(qǐng)第15方面所示，附加包圍所述測(cè)量光的透射光或反射光通過(guò)的光路周?chē)恼诠馔?有遮光性的筒狀體)，通過(guò)這樣能夠遮住來(lái)自成膜空間的等離子散射光。在這種情況下，最好如本申請(qǐng)第16方面所示，使所述腔室與所述遮光筒電氣絕緣，形成漂游電位。另外，還最好是如本申請(qǐng)第17方面所示的形態(tài)，即在所述遮光筒的前端部安裝能減少因與所述基板之間的多重反射而引起的散射光的影響的防反射構(gòu)件。
利用這樣的形態(tài)，能夠大幅度減少因來(lái)自成膜空間的等離子光而引起的干擾，能夠進(jìn)行高精度的測(cè)量。
本申請(qǐng)第18方面有關(guān)的濺射裝置，具有以規(guī)定頻率交替切換相鄰配置的兩個(gè)靶的陽(yáng)極/陰極關(guān)系的AC型磁控管濺射源、單一磁控管部分上安裝靶的磁控管濺射源、以及控制裝置，所述控制裝置進(jìn)行控制，使得從成膜開(kāi)始利用所述AC型磁控管濺射源進(jìn)行高速成膜，在成膜達(dá)到目標(biāo)膜厚前一定量之后停止利用所述AC型磁控管濺射源進(jìn)行成膜，切換成僅利用所述在單一磁控管部分上安裝靶的磁控管濺射源的低速成膜，進(jìn)行成膜直到所述目標(biāo)膜厚為止。
本發(fā)明是同時(shí)使用AC型磁控管濺射源及在單一磁控管部分上安裝靶的磁控管濺射源來(lái)實(shí)現(xiàn)高速成膜的，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的膜厚控制，特別理想的是適用于轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置。
作為本發(fā)明的其它形態(tài)，是根據(jù)本申請(qǐng)第19方面所述的濺射裝置，所述靶現(xiàn)在處于與所述基板對(duì)向的位置關(guān)系時(shí)，所述靶面具有規(guī)定的傾斜角度，使得所述基板對(duì)面的靶面相對(duì)于基板面不平行。
所謂“對(duì)向的位置關(guān)系”，意味著基板保持架的基板支持面的中心點(diǎn)與從該基板支持面來(lái)看的磁控管部分的中心點(diǎn)之距離為最小時(shí)。另外，在AC型磁控管濺射源的情況下，將相鄰配置的兩個(gè)靶的中心點(diǎn)(將兩個(gè)靶作為一個(gè)整體看作為一個(gè)磁控管部分時(shí)的中心點(diǎn))解釋為“磁控管部分的中心點(diǎn)”。
傾斜角度是根據(jù)安裝靶的濺射裝置的構(gòu)成條件設(shè)計(jì)成最佳的角度。即，在膜厚形成均勻的角度范圍那使靶面傾斜。通過(guò)采用這樣的傾斜型靶，能夠調(diào)整濺射原子的飛濺方向，同時(shí)能夠調(diào)整旋轉(zhuǎn)的基板與靶之間的距離及角度的關(guān)系等各種條件，實(shí)現(xiàn)沿基板的運(yùn)動(dòng)方向達(dá)到膜厚均勻。當(dāng)然，也可以有一種形態(tài)是，在一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置中混合存在以往的平板型靶(常用靶)及本發(fā)明的傾斜型靶。
本申請(qǐng)第20方面所述的發(fā)明提供的是與本申請(qǐng)第1方面有關(guān)的裝置發(fā)明相對(duì)應(yīng)的方法發(fā)明。即，本申請(qǐng)第20方面有關(guān)的方法，是采用轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置進(jìn)行成膜的濺射成膜方法，所述轉(zhuǎn)盤(pán)型裝置具有下述構(gòu)造。即在腔室內(nèi)設(shè)置自由旋轉(zhuǎn)的橫截面為多邊形或圓形的鼓，在該鼓的外周表面上設(shè)置基板保持架，在腔室壁的內(nèi)側(cè)配置磁控管濺射源，所述磁控管濺射源由靶及保持該靶的磁控管部分構(gòu)成，所述靶利用所述磁控管部分保持，使其與所述鼓的轉(zhuǎn)軸平行，所述濺射成膜方法的特征在于，該方法包含在成膜中測(cè)量裝在所述基板保持架的基板上形成的膜的膜厚的膜厚測(cè)量工序、以及利用所述膜厚測(cè)量工序得到的測(cè)量結(jié)果的信息來(lái)控制影響成膜量的參數(shù)的控制工序。
本申請(qǐng)第21方面所述的發(fā)明是提供與本申請(qǐng)第18方面有關(guān)的裝置發(fā)明相對(duì)應(yīng)的方法發(fā)明。即，本申請(qǐng)第21方面的方法，是采用濺射裝置進(jìn)行成膜的濺射成膜方法，所述濺射裝置具有以規(guī)定頻率交替切換相鄰配置的2個(gè)靶的陽(yáng)極/陰極關(guān)系的AC型磁控管濺射源、以及單一磁控管部分上安裝靶的磁控管濺射源，所述濺射成膜方法的特征在于，該方法從成膜開(kāi)始利用所述AC型磁控管濺射源進(jìn)行高速成膜，在成膜達(dá)到目標(biāo)膜厚前一定量之后停止利用所述AC型磁控管濺射源進(jìn)行成膜，切換成僅利用所述在單一磁控管部分上安裝靶的磁控管濺射源的低速成膜，進(jìn)行成膜直到所述目標(biāo)膜為止。
在這種情況下，最好是如本申請(qǐng)第22方面所示的形態(tài)，即在成膜中測(cè)量膜厚，并利用所述測(cè)量中得到的信息來(lái)控制影響成膜量的參數(shù)。
本申請(qǐng)第23至32方面所述的發(fā)明是提供分別與本申請(qǐng)第5及7乃至15方面有關(guān)的裝置發(fā)明相對(duì)應(yīng)的方法發(fā)明，本申請(qǐng)第33方面所述的發(fā)明是提供與本申請(qǐng)第19方面有關(guān)的裝置發(fā)明相對(duì)應(yīng)的方法發(fā)明。


圖1所示為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)有關(guān)的光學(xué)多層膜成膜用濺射裝置構(gòu)成的平面示意圖。
圖2為圖1所示裝置中使用的基板保持架的立體圖。
圖3所示為本實(shí)施例的膜厚監(jiān)視器信號(hào)曲線圖的例子。
圖4所示為根據(jù)本實(shí)施例制成的帶通濾光器的光譜特性曲線圖。
圖5為本發(fā)明其它實(shí)施形態(tài)有關(guān)的光學(xué)多層膜成膜用濺射裝置的示意圖。
圖6表示圖5示出的濺射裝置附加防粘板的例子的示意圖。
圖7所示為各種陰極配置例子的示意圖。
圖8所示為本發(fā)明中主要使用的靶材及膜材料例子的圖表。
圖9所示為本發(fā)明中使用的基板例子的圖表。
圖10為本發(fā)明其它實(shí)施形態(tài)有關(guān)的光學(xué)多層膜成膜用濺射裝置的構(gòu)成圖。
圖11所示為利用鹵素?zé)舻哪ず癖O(jiān)視系統(tǒng)的詳細(xì)構(gòu)成方框圖。
圖12所示為利用可變波長(zhǎng)激光的膜厚監(jiān)視系統(tǒng)的詳細(xì)構(gòu)成方框圖。
圖13為說(shuō)明以往的轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置中膜厚分布不均勻性的示意圖。
圖14(a)為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)有關(guān)的靶的剖面圖，(b)為其平面圖。
圖15為說(shuō)明傾斜形靶的作用的示意圖。
圖16為比較利用圖14所示的傾斜形靶進(jìn)行成膜的膜厚分布與利用以往的平板形靶(常用靶)進(jìn)行成膜的膜厚分布的曲線圖。
圖17為適用于高速成膜用濺射源的傾斜形靶的構(gòu)成圖。
圖18為比較利用圖17所示的傾斜形靶進(jìn)行成膜的膜厚分布與利用以往的平板形靶(常用靶)進(jìn)行成膜的膜厚分布的曲線圖。
圖19為適用于高速成膜用濺射源的傾斜形靶的其它構(gòu)成例子示意圖。
圖20所示為在玻璃基板上形成TiO2膜時(shí)的波長(zhǎng)550nm的光透射率變化曲線圖。
圖21所示為形成由玻璃/(TiO292.9nm/SiO257.3nm)7/TiO2185.8nm/(SiO257.3nm/TiO292.9nm)7的膜結(jié)構(gòu)構(gòu)成的29層單腔帶通濾光器(中心波長(zhǎng)為550nm)時(shí)的波長(zhǎng)550nm測(cè)量光產(chǎn)生的透射率變化曲線圖。
圖22所示為圖21中的區(qū)間A在成膜中得到的透射率數(shù)據(jù)與角度的關(guān)系的曲線圖。
圖23所示為圖21中的第28層以后在成膜中測(cè)量的透射率與角度的關(guān)系的曲線圖。
圖24為用測(cè)量波長(zhǎng)550nm、入射角在0°±10°的范圍內(nèi)取得的透射率曲線數(shù)據(jù)經(jīng)近似變換得到的光譜透射率的曲線圖。
圖25所示為用測(cè)量波長(zhǎng)549nm、入射角在0°±10°的范圍內(nèi)取得的透射率曲線數(shù)據(jù)的曲線圖。
圖26為將圖25所示的數(shù)據(jù)進(jìn)行近似變換而得到的光譜透射率的曲線圖。
圖27所示為以往的光學(xué)多層膜成膜用濺射裝置的構(gòu)成示意圖。
圖28為基板保持架的平面圖。
圖29所示為基板保持架的其它形態(tài)的平面圖。
圖30所示為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)有關(guān)的光學(xué)多層膜成膜用濺射裝置構(gòu)成的平面示意圖。
圖31為沿圖30的31-31線的剖面圖。
圖32為遮光筒的平面圖。
圖33為遮光筒的側(cè)面圖。
圖34所示為膜結(jié)構(gòu)的概況及成膜方式的圖表。
圖35為僅采用AC方式的磁控管的成膜裝置筒圖。
圖36所示為膜特性評(píng)價(jià)結(jié)果的圖表。
圖37所示為光學(xué)多層膜要求的膜特性目標(biāo)值的一覽表。
標(biāo)號(hào)說(shuō)明10濺射裝置，12腔室，14基板保持架，14基板保持架，14A測(cè)量用孔，16中心軸(轉(zhuǎn)軸)，17鼓，18基板，18A、18B監(jiān)控對(duì)象基板，20磁控管濺射源(低折射率膜形成用磁控管濺射源)，21磁控管部分，22電源，23常用磁控管，23A中心線，24、25磁控管部分，26交流電源，27AC磁控管，27A中心線，30磁控管濺射源(高折射率膜形成用磁控管濺射源)31磁控管部分，32電源，33常用磁控管，33A中心線，34、35磁控管部分，36交流電源，37AC磁控管，37A中心線，40鹵素?zé)簦?1單色儀，42光纖，44投光頭(膜厚測(cè)量裝置)，46受光頭(膜厚測(cè)量裝置)，48受光處理單元，49控制放大器，50個(gè)人計(jì)算機(jī)(控制裝置、運(yùn)算裝置)，51CPU(控制裝置、運(yùn)算裝置)，52、53、54Ti靶，62、63、64Si靶，70濺射裝置，72、74、76、78擋板，80防粘板，82反射型監(jiān)視器的頭，84斬光器，85光電倍增器，86燈電源，87分光裝置，88光電二極管，90可變波長(zhǎng)激光器，92靶，92A、92B靶傾斜面，92C棱線，94、95、96、97靶，96A、96B、97A、97B傾斜面，100濺射裝置，120遮光筒，122支架，124支持管，126絕緣板，128絕緣套，130遮光蓋，131孔，140成膜裝置，142磁控管控制盤(pán)，151、152Ta靶，161、162Si靶，200腔室，202基板保持架，204基板，206低折射率膜形成用磁控管濺射源，208高折射率模形成用磁控管濺射源，210、212靶，214中心軸，216、218濺射電源。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)

本發(fā)明濺射裝置及濺射成膜方法的理想實(shí)施形態(tài)。
圖1所示為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)有關(guān)的光學(xué)多層膜成膜用濺射裝置構(gòu)成的平面示意圖。圖2為本裝置中使用的基板保持架的立體圖。圖1所示的濺射裝置10是具有下述結(jié)構(gòu)構(gòu)成轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置，即在高1.5m、直徑1.5m的圓筒形腔室12內(nèi)，具有鼓(圖1中未圖示，圖2中為標(biāo)號(hào)17)及在該鼓17的外周表面上設(shè)置的基板保持架14，構(gòu)成直徑1m的正十二邊形的各基板保持架14能夠以鼓17的中心軸16為旋轉(zhuǎn)中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并支承住。
成為反應(yīng)室的腔室12與未圖示的抽氣泵連接，能夠得到濺射所需要的低壓。另外，在腔室12內(nèi)還設(shè)置引入濺射所需要的氣體用的供氣裝置及裝料門(mén)，這在圖中未圖示。另外，腔室12的內(nèi)壁具有與鼓17隔開(kāi)近似規(guī)定間隔而對(duì)向的形狀(內(nèi)圓形狀)。
如圖2所示，基板保持架14安裝在圓筒形狀的鼓17的外周表面，與設(shè)置的能夠自由旋轉(zhuǎn)的鼓17一起旋轉(zhuǎn)。另外，鼓17的形狀不限于圓筒形，也可以是多邊筒形(橫截面是多邊形)等。
如圖1所示，在基板保持架14上安裝成膜用基板(例如是玻璃基板)18，基板保持架14隨著利用未圖示的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)的鼓的旋轉(zhuǎn)，以一定的轉(zhuǎn)速(例如6rpm旋轉(zhuǎn)。在腔室12的內(nèi)側(cè)分別設(shè)置低折射率膜形成用磁控管濺射源20及高折射率膜形成用磁控管濺射源30。這些磁控管濺射源20及30是高度方向的長(zhǎng)度為1.2m的矩形磁控管濺射源，使基板18通過(guò)磁控管濺射源20或30的前面，成膜。
磁控管濺射源20是利用對(duì)單一磁控管部分21連接電源(在本例中，是供給矩形波的脈沖功率的DC電源)22的以往的磁控管濺射源(下面稱(chēng)為常用磁控管)23、和對(duì)兩個(gè)磁控管部分24及25連接一個(gè)交流電源26以規(guī)定頻率交替切換陽(yáng)極/陰極關(guān)系的交流型磁控管濺射源(下面稱(chēng)為AC磁控管)27的組合而構(gòu)成。
同樣，磁控管濺射源30是利用對(duì)單一磁控管部分31連接電源32的常用磁控管33、和對(duì)兩個(gè)磁控管部分34及35連接一個(gè)交流電源36的AC磁控管37的組合而構(gòu)成。
AC磁控管27及37的動(dòng)作原理已在日本專(zhuān)利特開(kāi)平5-222530號(hào)、特開(kāi)平5-222531號(hào)、特開(kāi)平6-212421號(hào)及特開(kāi)平10-130830號(hào)的各公報(bào)中予以揭示。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，所謂AC磁控管是排列配置兩個(gè)靶，一個(gè)靶為陰極時(shí)，另一個(gè)靶為陽(yáng)極，以幾十KHZ的頻率切換陰極及陽(yáng)極的磁控管裝置，通過(guò)進(jìn)行各種控制，能夠穩(wěn)定而且高速形成氧化物膜或氮化物膜。
常用磁控管23及33與AC磁控管27及37相比，成膜速度低，但反之其優(yōu)點(diǎn)是能夠高精度控制膜厚。圖1所示的濺射裝置10，通過(guò)組合使用能夠高速成膜的AC磁控管27及37和能夠高精度控制膜厚的常用磁控管23及33，將實(shí)現(xiàn)高速成膜及高精度的膜厚控制。
另外，濺射裝置10作為成膜中測(cè)量膜厚的裝置(膜厚監(jiān)視系統(tǒng))，具有鹵素?zé)?0、單色儀41、光纖42、投光頭44、受光頭46及受光處理單元48。來(lái)自鹵素?zé)?0的光利用單色儀41進(jìn)行波長(zhǎng)選擇后，通過(guò)光纖42，引向投光頭44。投光頭44設(shè)置在基板保持架14的內(nèi)側(cè)(鼓17的內(nèi)側(cè))，從投光頭44向旋轉(zhuǎn)中的基板18照射光。如圖28所示，在基板保持架14的縱向中間部分形成沿旋轉(zhuǎn)方向較長(zhǎng)的光通過(guò)用的開(kāi)口(測(cè)量用孔)14A。測(cè)量用孔14A的縱向長(zhǎng)度形成為投射光的光點(diǎn)直徑大致相同程度的大小(在本例中為30mm)，光線通過(guò)該測(cè)量用孔14A，照射監(jiān)視對(duì)象基板18A。測(cè)量用孔14A的長(zhǎng)度方向的寬度越大，測(cè)量光的入射角范圍越寬。另外，也可以是如圖29所示的形態(tài)，即在測(cè)量用孔14A的部分安裝膜厚測(cè)量專(zhuān)用的監(jiān)視對(duì)象基板18B，來(lái)測(cè)量膜厚。
在圖1所示的腔室12的外側(cè)，設(shè)置受光頭46。在腔室12的外壁設(shè)置將光引向受光頭46的窗口(未圖示)。透過(guò)基板18的光用受光頭46接受，變換為與受光量相應(yīng)的電信號(hào)后，送至受光處理單元48。受光處理單元48對(duì)接受的信號(hào)進(jìn)行規(guī)定的信號(hào)處理，變換為計(jì)算機(jī)輸入用的測(cè)量數(shù)據(jù)。在受光處理單元48處理的測(cè)量數(shù)據(jù)50送至個(gè)人計(jì)算機(jī)。
個(gè)人計(jì)算機(jī)50具有中央處理器(CPU)，具有作為運(yùn)算處理裝置的功能，根據(jù)從受光處理單元48輸入的測(cè)量數(shù)據(jù)，還具有作為控制各濺射電源(22、26、32、36)的控制裝置的功能。另外，可以利用個(gè)人計(jì)算機(jī)50進(jìn)行鹵素?zé)?0的發(fā)光控制、基板保持架14的旋轉(zhuǎn)控制、腔室12的壓力控制、引入氣體的供給控制及擋板(圖1中未圖示，圖5中的標(biāo)號(hào)72、74、76、78)的開(kāi)閉控制等。個(gè)人計(jì)算機(jī)50中裝有各控制所需要的程度及各種數(shù)據(jù)。
在圖1中，作為膜厚測(cè)量用的光學(xué)測(cè)量裝置的光源部分是采用鹵素?zé)?0及單色儀41，但膜厚監(jiān)控系統(tǒng)所使用的光學(xué)測(cè)量裝置的光源部分不限定于圖1的構(gòu)成例子，可以根據(jù)測(cè)量對(duì)象選擇適當(dāng)?shù)墓庠?。例如在制造WDM用濾光器時(shí)，采用波長(zhǎng)1460～1580nm的可調(diào)諧激光器(可變波長(zhǎng)激光器)。另外，不限于采用單色測(cè)量光的形態(tài)，也可以是用白色測(cè)量光而在受光單元一側(cè)形成單色的形態(tài)。與利用單色測(cè)量光的形態(tài)相比，在受光單元一側(cè)形成單色的形態(tài)，具有干擾少的優(yōu)點(diǎn)。
下面說(shuō)明如上所述構(gòu)成的濺射裝置10的動(dòng)作。下述的實(shí)施例說(shuō)明的是分別利用反應(yīng)濺射形成SiO2膜作為低折射率膜及形成TiO2膜作為高折射率膜的例子。
一開(kāi)始，在高折射率膜形成用磁控管濺射源30的各磁控管部分31、34及35安裝Ti靶52、53及54，在低折射率膜形成用磁控管濺射源20各磁控管部分21、24及25安裝Si靶62、63及64。常用的靶的大小采用高1.1m、寬15cm的靶，AC用的各靶的大小采用高1.1m、寬10cm的靶。
另外，在各基板保持架14上，縱向排列安裝各9片厚1.1mm、10cm見(jiàn)方的玻璃基板。然后，利用旋轉(zhuǎn)泵將腔室12先抽至5pa后，用低溫泵抽氣達(dá)到1×10-5pa。
然后，將氬氣以100sccm的流量及氧氣以30sccm的流量通過(guò)質(zhì)量流控制器引入腔室12內(nèi)。這時(shí)的氣壓為0.4pa。另外，sccm是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(0℃，一個(gè)大氣壓)下的流量(cm3/分)。
為了形成SiO2膜，對(duì)安裝Si靶62的常用的磁控管23供給直流10KW的矩形波脈沖功率(頻率為50KHZ)對(duì)安裝Si靶63及64的AC磁控管27供給交流20KW的功率，關(guān)閉靶與基板間配置的擋板(圖1中未圖示)，進(jìn)行5分鐘的預(yù)放電，然后打開(kāi)兩者間的擋板，進(jìn)行成膜。
在成膜中，利用上述的膜厚監(jiān)視系統(tǒng)對(duì)基板保持架14上的基板18測(cè)量透射率。由于基板18的透射率與成膜的膜厚對(duì)應(yīng)變化，因此通過(guò)監(jiān)視透射率，能夠掌握膜厚。為參考起見(jiàn)，圖3所示為本實(shí)施例的膜厚監(jiān)視信號(hào)例子。
一面利用膜厚監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)視膜厚，一面進(jìn)行成膜，在成膜達(dá)到設(shè)計(jì)膜厚的90％時(shí)，停止對(duì)AC磁控管27供電，僅用常用磁控管23進(jìn)行成膜。在成膜中，用個(gè)人計(jì)算機(jī)50計(jì)算透射率的測(cè)量結(jié)果，將該測(cè)量結(jié)果的信息反饋給各電源26及22，通過(guò)這樣進(jìn)行控制，使得提高成膜沿基板18的旋轉(zhuǎn)方向的均勻性，同時(shí)使膜厚達(dá)到設(shè)計(jì)膜厚。另外，也可以控制基板保持架14的轉(zhuǎn)速或擋板的開(kāi)度(開(kāi)閉量)，來(lái)調(diào)整成膜。
然后，為了形成TiO2膜，對(duì)安裝Ti靶52的常用磁控管33供給直流15KW的功率，對(duì)安裝Ti靶53及54的AC磁控管37供給交流30KW的功率，與SiO2膜的成膜工序相同，在進(jìn)行5分鐘的預(yù)放電后，打開(kāi)兩者間的擋板進(jìn)行成膜。在TiO2膜的情況下也同樣，在成膜達(dá)到設(shè)計(jì)膜厚的90％時(shí)，停止對(duì)AC磁控管37供電，僅用常用磁控管33進(jìn)行成膜。在成膜中，將透射率的測(cè)量結(jié)果反饋給各電源36及32，以提高膜的均勻性，進(jìn)行正確的膜厚管理，這一點(diǎn)與SiO2膜的成膜工序相同，重復(fù)進(jìn)行上述的SiO2膜的成膜工序及TiO2膜的成膜工序，制成玻璃(基板)/SiO2(94.2nm)/TiO2(57.3nm)/SiO2(94.2nm)/TiO2(57.3nm)/SiO2(94.2nm)/TiO2(57.3nm)/SiO2(188.2nm)/TiO2(57.3nm)/SiO2(94.2nm)/TiO2(57.3nm)/SiO2(94.2nm)/TiO2(57.3nm)/SiO2(94.2nm)的13層帶通濾光器。另外，將這樣的膜結(jié)構(gòu)表示成玻璃/(SiO294.2nm/TiO257.3nm)3/SiO2188.2nm/(TiO257.3nm/SiO294.2nm)3。
圖4所示為該制成的帶通濾光器的光譜特性。該圖中的黑圓圈(●)是設(shè)計(jì)值，實(shí)線所示為利用本實(shí)施例制成的帶通濾光器的光譜特性測(cè)量結(jié)果。虛線所示是為了比較，是表示用沒(méi)有前述實(shí)施例的AC磁控管、沒(méi)有對(duì)電源的反饋系統(tǒng)的圖27那樣構(gòu)成的濺射裝置制成的帶通濾光器的光譜特性測(cè)量結(jié)果。根據(jù)圖4所示，采用本發(fā)明制成的帶通濾光器具有近似按照設(shè)計(jì)值的光譜特性，但用沒(méi)有對(duì)電源的反饋而制成的帶通濾光器，在與帶通濾光器的設(shè)計(jì)波長(zhǎng)(550nm)不同的波長(zhǎng)處透射率具有峰值。
通過(guò)利用本實(shí)施形態(tài)有關(guān)的濺射裝置10，能夠在基板18上高速形成多層膜，而且能夠以高精度進(jìn)行膜厚控制，能夠以高生產(chǎn)率制造WDM用濾光器及分色鏡等。
在上述實(shí)施例的情況下，達(dá)到設(shè)計(jì)膜厚的90％膜厚前，是同時(shí)使AC磁控管及常用磁控管工作，然后僅停止AC磁控管的放電，僅使常用磁控管繼續(xù)放電，但控制方式不限定該例子。例如也可以是僅用AC磁控管成膜達(dá)到90％、然后僅用常用磁控管成膜這樣的控制方法。當(dāng)然，停止AC磁控管的時(shí)刻不限定于設(shè)計(jì)膜厚的90％成膜時(shí)刻，可以適當(dāng)設(shè)定。
另外，在上述實(shí)施例中，是在對(duì)AC磁控管供電中(在到達(dá)設(shè)計(jì)膜厚的90％之前的期間)也是一面監(jiān)視膜厚一面進(jìn)行膜厚控制的，但也可以在對(duì)AC磁控管供電中雖進(jìn)行膜厚監(jiān)視，但部進(jìn)行膜厚控制，根據(jù)預(yù)先調(diào)查的供給功率及濺射時(shí)間所得到的膜厚預(yù)測(cè)值進(jìn)行時(shí)間管理，經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間后停止對(duì)AC磁控管供電。然后，也可以采用在僅用常用磁控管開(kāi)始成膜時(shí)開(kāi)始膜厚控制(例如對(duì)電源進(jìn)行反饋控制)的形態(tài)。
在基板18上測(cè)量膜厚的地方(測(cè)量點(diǎn))可以是基板18中間部分的一個(gè)地方，也可以是在沿旋轉(zhuǎn)方向的橫向(稱(chēng)為“前進(jìn)方向”)進(jìn)行多處測(cè)量，以測(cè)量橫向的膜厚分布。也可以在沿基板保持架14的轉(zhuǎn)軸的縱向配置多個(gè)膜厚測(cè)量裝置(投光頭44及受光頭46)，采用在縱向的多處進(jìn)行膜厚測(cè)量的形態(tài)。
成膜時(shí)，基板保持架14始終處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，透射率的測(cè)量是對(duì)基板保持架14的一圈進(jìn)行一或一次以上的采樣(最好是對(duì)十二邊形的各邊進(jìn)行一次采樣，共計(jì)12次)。例如，基板保持架14的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)具有每轉(zhuǎn)1圈產(chǎn)生一次信號(hào)的旋轉(zhuǎn)位置傳感器、以及基板保持架14的基板安裝面在通過(guò)圓周方向決定的規(guī)定位置時(shí)產(chǎn)生信號(hào)的基板位置傳感器，將這些位置傳感器產(chǎn)生的信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)，對(duì)各次采樣進(jìn)行測(cè)量。
另外，即使省略這些位置傳感器，由于能夠取得通過(guò)進(jìn)行連續(xù)測(cè)量而得到的周期性測(cè)量信號(hào)，因此也可以測(cè)量。但是，如上所述通過(guò)利用位置傳感器，由于能明確掌握測(cè)量信號(hào)與測(cè)量位置的關(guān)系，因此能夠進(jìn)行正確的測(cè)量。
這樣，基板旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下得到的透射率數(shù)據(jù)串成為表示膜的透射率與角度的關(guān)系的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)串理論上取以測(cè)量光的入射角為0°的透射率為中心的線成為對(duì)稱(chēng)那樣的數(shù)值。利用該對(duì)稱(chēng)性，能夠得到入射角為0°的透射率，還能夠?qū)⒔嵌汝P(guān)系近似變換為光譜特性。關(guān)于近似變換的方法，將用圖21至圖26詳細(xì)敘述。
圖1所示的濺射裝置10是在基板保持架14的內(nèi)側(cè)配置投光頭44，而受光頭46設(shè)置在腔室12的外部，但也可以采用調(diào)換投光頭44與受光頭46的配置關(guān)系的形態(tài)。
下面說(shuō)明上述實(shí)施形態(tài)的變形例。
圖5為其它實(shí)施形態(tài)有關(guān)的光學(xué)多層膜成膜用濺射裝置70的示意圖。在圖5中，與圖1相同的部分附加相同的標(biāo)號(hào)，其說(shuō)明省略。另外，在圖5中，為了簡(jiǎn)化圖形，圖中未畫(huà)出鹵素?zé)?0、單色儀41、光纖42、受光處理單元48及個(gè)人計(jì)算機(jī)50等構(gòu)成(在圖6及圖7中也相同)。
圖5所示濺射裝置70中，對(duì)于低折射率膜形成用及高折射率膜形成用的兩部分，其常用磁控管23及33和AC磁控管27及37的設(shè)置場(chǎng)所被隔開(kāi)，在各磁控管(23、33、27、37)與基板18之間分別設(shè)置可開(kāi)閉的擋板72、74、76、78。在該圖中，表示形成低折射率膜的狀態(tài)，配置在低折射率膜形成用的常用磁控管23及AC磁控管27前面的擋板72及76處于打開(kāi)狀態(tài)，而配置在高折射率膜形成用的常用磁控管33及AC磁控管37前面的擋板74及78處于關(guān)閉狀態(tài)。
該圖中，在利用反應(yīng)濺射工藝得到所希望的膜厚時(shí)刻，通過(guò)關(guān)閉擋板72及76，能夠確實(shí)使成膜反應(yīng)停止，同時(shí)通過(guò)關(guān)閉成膜不用的濺射源的擋板74及78，能夠防止靶的劣化。若低折射率膜的成膜結(jié)束，則打開(kāi)擋板74及78，進(jìn)行高折射率膜的成膜。
另外，如圖6所示，還最好采用在各磁控管(23、33、27、37)的左右兩側(cè)配置防粘板80的形態(tài)。防粘板80具有防止等離子繞進(jìn)去的作用，僅對(duì)位于磁控管部分正面的基板18有成膜作用，防止對(duì)除此以外的基板(相鄰的基板)成膜。利用防粘板80分別包圍各磁控管濺射源的左右，通過(guò)這樣能夠不受其它磁控管濺射源產(chǎn)生的等離子的影響，防止對(duì)靶粘附雜質(zhì)。
圖7所示為陰極配置的變化圖。在實(shí)施本發(fā)明時(shí)，如圖7(a)至(d)所示，對(duì)于陰極配置能夠有各種形態(tài)。該圖中的“H”標(biāo)號(hào)表示高折射率形成用的陰極(磁控管部分)，“L”表示低折射率膜形成用的陰極(磁控管部分。圖7(a)是將高折射率膜形成用的陰極與低折射率膜形成用的陰極隔開(kāi)配置的例子，如圖5說(shuō)明的那樣。圖7(b)是為了避免等離子的干擾，使高折射率膜形成用的陰極與低折射率膜形成用的陰極相鄰的例子。圖7(c)是為了避免對(duì)膜厚監(jiān)視的干擾，將監(jiān)視位置設(shè)定在離開(kāi)陰極的位置的例子。圖7(d)所示為同時(shí)采用透射型監(jiān)視及反射型監(jiān)視作為測(cè)量膜厚的裝置的例子。
透射型監(jiān)視如圖1說(shuō)明的那樣，是用投光頭44及受光頭46測(cè)量基板18的透射率的裝置。反射型監(jiān)視是從頭82向基板18照射光，再用頭82接受其反射光，通過(guò)分析受光信號(hào)來(lái)測(cè)量反射率的裝置。圖中雖未畫(huà)出，它也是用與圖1相同的鹵素?zé)?0、單色儀41及光纖42，將測(cè)量光引向反射型監(jiān)視的頭82，用頭82接收的光(反射光)通過(guò)受光信號(hào)處理裝置，送至個(gè)人計(jì)算機(jī)50。
如圖7(d)所示，在同時(shí)采用透射型監(jiān)視及反射型監(jiān)視的情況下，最好采用透射率低的區(qū)域用反射率的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行控制、而透射率高的區(qū)域采用透射率的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行控制的形態(tài)。即，預(yù)先設(shè)定成為判斷透射式/反射式的控制切換用基準(zhǔn)的透射率(判斷基準(zhǔn)值)，在透射率低于該判斷基板值時(shí)，利用反射率的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行控制，在透射率高于判斷基準(zhǔn)值時(shí)，利用透射率的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行控制。
圖8所示為本發(fā)明實(shí)施時(shí)主要使用的靶材及膜材料。作為低折射率材料，有采用前述的Si靶形成SiO2膜的形態(tài)，另外還有用SiC靶形成SiO2膜的形態(tài)，還有采用Si與Al的合金靶形成由SiO2及AL2O3構(gòu)成的氧化物膜的形態(tài)等。
關(guān)于高折射率材料也同樣，除了有用前述的Ti靶形成TiO2膜的形態(tài)，另外如圖8所示，可以通過(guò)選擇靶材形成各種膜材料。另外，靶材除了金屬(導(dǎo)電性材料)以外，還可以用能夠進(jìn)行DC濺射的氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化物等，這在圖8中未畫(huà)出。
圖9所示為本發(fā)明實(shí)施時(shí)利用的基板的例子。如該圖所示，WDM用濾光器中，使用OHARA公司生產(chǎn)的WMS(微晶玻璃)。另外，作為其它濾光器用的基板，可以根據(jù)用途使用無(wú)色透明平板玻璃、硬質(zhì)玻璃及人造晶體等圖9所示的各種玻璃。
下面說(shuō)明本發(fā)明的其它實(shí)施形態(tài)。
圖10為其它實(shí)施形態(tài)有關(guān)的光學(xué)多層膜成膜用濺射裝置100的構(gòu)成圖。在該圖中，對(duì)于與圖1及圖5所示的裝置相同或類(lèi)似的部分附加相同的標(biāo)號(hào)，其說(shuō)明省略。在圖10中，標(biāo)有“低速成膜1”的常用磁控管23及標(biāo)有“高速成膜1”的AC磁控管27是低折射率膜成膜用的濺射源。另外，標(biāo)有“低速成膜2”的常用磁控管33及標(biāo)有“高速成膜2”的AC磁控管37是高折射率膜成膜用的濺射源。
這些磁控管23、27、33、37面向旋轉(zhuǎn)中心的方向配置，使其它們的中心線23A、27A、33A及37A(是通過(guò)各磁控管中心并與靶支持面垂直的線)與基板保持架14的旋轉(zhuǎn)中心(中心軸16)相交。如圖10所示，設(shè)利用基板保持架14構(gòu)成的正十二邊形的內(nèi)切圓為15A，外切圓為15B，則基板保持架14至各磁控管23、27、33及37的距離，隨著基板保持架14的旋轉(zhuǎn)，在從內(nèi)接圓15A至外接圓15B的范圍內(nèi)變動(dòng)。在該圖中所示的狀態(tài)是基板保持架14的基板支持面的中心點(diǎn)與從該基板支持面見(jiàn)到的各磁控管23、27、33及37的中心點(diǎn)的距離為最小時(shí)的狀態(tài)(基板與靶對(duì)向的位置關(guān)系的狀態(tài))擋板72、74、76及78是這樣構(gòu)成，它分別利用輥?zhàn)?9的旋轉(zhuǎn)力進(jìn)行開(kāi)閉動(dòng)作，與濺射電源22、26、32及36的控制聯(lián)動(dòng)，控制對(duì)應(yīng)的擋板72、74、76及78的開(kāi)閉。
在采用鹵素?zé)?0作為膜厚監(jiān)視系統(tǒng)的光源時(shí)，如圖10所示，在單色儀41的輸出部分配置遮光器84。利用遮光器84周期性地遮住來(lái)自單色儀41的輸出光(單色光)，通過(guò)這樣利用受光處理單元48內(nèi)的比較器進(jìn)行除去光源干擾分量的運(yùn)算。受光處理單元48具有輸出使遮光器84動(dòng)作的調(diào)制信號(hào)、同時(shí)將輸入的受光信號(hào)的電壓值變換為數(shù)字信號(hào)后提供給CPU51的控制放大器(圖11中標(biāo)有標(biāo)號(hào)49)。
圖11所示為利用鹵素?zé)舻哪ず癖O(jiān)視系統(tǒng)的詳細(xì)構(gòu)成方框圖。鹵素?zé)?0接受來(lái)自燈電源86供給的功率而發(fā)光。由鹵素?zé)?0照射的光(白光)利用單色儀41形成單色光后，入射至遮光器84。遮光器84根據(jù)由控制放大器49提供的調(diào)制信號(hào)動(dòng)作，通過(guò)遮光器84輸出被調(diào)制的單色光。該被調(diào)制的單色光利用分光裝置(半透明反射鏡等)87一分為二。其中一部分引入成為成膜空間的腔室12內(nèi)，照射測(cè)量對(duì)象的基板18(相當(dāng)于測(cè)量用樣品)。透明基板18的光入射至光電倍增器85，變換為與透射光的光量相應(yīng)的電壓信號(hào)。由光電倍增器85輸出的電壓信號(hào)，利用控制放大器49變換為數(shù)字信號(hào)后，送至CPU51。
另外，利用分光裝置87分光的另一部分光，作為得到光源信息用的光入射至光電二極管88?？刂品糯笃?9對(duì)光電二極管88提供與遮光器84同步的調(diào)制信號(hào)，從光電二極管88輸出與單色儀41出射的光源直接光的光量相應(yīng)的電壓信號(hào)。從光電二極管88輸出的電壓信號(hào)在控制放大器49中變換為數(shù)字信號(hào)后，送至CPU51。
CPU51根據(jù)從控制放大器49輸入的透射光的數(shù)據(jù)及光源直接光的數(shù)據(jù)，進(jìn)行透射率的計(jì)算、光學(xué)膜厚的計(jì)算及成膜速率的計(jì)算等。
也可以不限于采用將鹵素?zé)?0的白光利用單色儀41形成單色光后照射基板18的形態(tài)，而是將白色測(cè)量光照射基板18，在受光側(cè)形成單色光。在這種情況下，在受光頭46的前段配置單色儀。在受光側(cè)形成單色光的形態(tài)與用單色測(cè)量光的形態(tài)相比，可以減少干擾。
也可以采用圖12所示的系統(tǒng)構(gòu)成，以代替圖11所示的系統(tǒng)構(gòu)成。在圖12中，對(duì)與圖11相同或類(lèi)似部分附加相同的標(biāo)號(hào)，其說(shuō)明省略。在圖12所示的例子中，光源部分采用可變波長(zhǎng)激光器90，利用可變波長(zhǎng)激光單元內(nèi)的光柵選擇輸出波長(zhǎng)。另外，由于可變波長(zhǎng)激光器90的輸出穩(wěn)定，因此不需要圖11中說(shuō)明的光源直接光的監(jiān)視。在圖12中使用調(diào)制的單色光，但也可以用不調(diào)制的。另外，圖12所示的分光裝置87也可以省略。
但是，轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置由于其結(jié)構(gòu)是一面使構(gòu)成正多邊形的的各基板保持架旋轉(zhuǎn)，一面進(jìn)行成膜，因此如日本專(zhuān)利特開(kāi)平3-253568號(hào)公報(bào)也指出的那樣，在位于正多邊形的邊上的部分及位于棱上的部分，其與靶的最短接近距離及相對(duì)于靶的基板面角度的關(guān)系不同。因此，濺射原子相對(duì)于基板的附著概率不同，存在膜厚分布相對(duì)于基板的旋轉(zhuǎn)方向(一面旋轉(zhuǎn)一面沿基板橫向?qū)挾确较蚯斑M(jìn)的方向，按照該意思，則稱(chēng)為“前進(jìn)方向”)不均勻的傾向。
圖13所示為其示意圖。圖13(a)所示為位于由基板保持架202構(gòu)成的正多邊形的邊周?chē)牟糠肿罱咏?10的狀態(tài)，圖13(b)所示為正多邊形的棱最接近靶210的狀態(tài)。另外，標(biāo)號(hào)220是安裝靶210的磁控管部分的襯板。濺射原子的附著概率取決于從靶210至基板204面上的各位置的距離r及其方向(稱(chēng)為“向量<r>”)及向量<r>與基板面的夾角φ。
如圖13(a)及(b)所示，由于隨著基板保持架202的旋轉(zhuǎn)，位于正多邊形的邊周?chē)牟糠旨拔挥诶庵車(chē)牟糠值南蛄?amp;lt;r>及角度φ發(fā)生變化，因此在以往的成膜方法中，如圖13(c)所示，存在基板204的周邊部分附著更多的原子、周邊部分的膜厚大于中心部分的傾向。
在本發(fā)明中，為了達(dá)到膜厚分布均勻，本實(shí)施形態(tài)有關(guān)的濺射裝置100采用圖14所示的靶。圖14(a)為剖面圖，圖14(b)為平面圖。該靶92是適用于圖10的標(biāo)號(hào)23及標(biāo)號(hào)33所示的低速成膜用的濺射源的靶，如圖14所示，靶的上表面是將中心位置(沿鼓17的轉(zhuǎn)軸方向的棱線92C)形成尖峰，然后向左右兩方向傾斜，即具有所謂屋頂形(倒V字形)的形狀。相對(duì)于水平面的傾斜角度θ取決于用基板保持架14構(gòu)成的正多邊形的邊數(shù)、直徑、基板大小、基板與靶之間的距離(設(shè)計(jì)上的平均直徑等)，為了能夠?qū)崿F(xiàn)膜厚分布均勻，要設(shè)計(jì)成最佳的角度。
以往的靶是板厚一定的平板形，在處于基板與靶對(duì)向的位置關(guān)系時(shí)，基板面與靶面處于平行狀態(tài)(參照?qǐng)D13(a))。相反，圖14所示的靶92在處于基板與靶對(duì)向的位置關(guān)系時(shí)，成為靶面相對(duì)于基板面稍微保持一些角度(傾斜角度θ)的狀態(tài)。
若采用如上所述構(gòu)成的靶92，則如圖15(a)及(b)所示，由于濺射原子從靶傾斜面92A及92B射出，因此其飛濺分布(濺射原子的密度)是沿靶傾斜面92A及92B的法線方向展開(kāi)(即成為V字形發(fā)射)。另外，很好兼顧成為原子射出面的靶傾斜面92A及92B到基板18的各位置的距離及其方向(向量<r>)、以及向量<r>與基板面的夾角φ的關(guān)系等各種條件，加以統(tǒng)盤(pán)考慮，這樣如圖15(c)所示，能夠沿基板18的前進(jìn)方向(圖中的橫向)實(shí)現(xiàn)膜厚均勻分布。
圖16為比較采用本發(fā)明的傾斜形靶92進(jìn)行成膜的膜厚分布及采用以往的平板形靶(常用靶)進(jìn)行成膜的膜厚分布的曲線圖。該圖所示的曲線是在下述實(shí)施條件下得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。即，在圖10所示的濺射裝置100中，采用構(gòu)成直徑1m的正十二邊形的各基板保持架，取基板與靶之間的距離為60mm，基板尺寸為35cm見(jiàn)方，在用標(biāo)號(hào)23(或33)所述的低速成膜用濺射源上安裝“常用靶”進(jìn)行成膜的結(jié)果及安裝傾斜形靶92(傾斜角度θ＝5°)進(jìn)行成膜的結(jié)果。另外，在基板保持架表面的每一面安裝基板保持架擴(kuò)展夾具，安裝35cm見(jiàn)方的基板。
從圖16可知，若用常用靶，則周邊部分的膜厚大于基板中心的膜厚，但在本發(fā)明的傾斜形靶92的情況下，膜厚沿前進(jìn)方向的分布變得均勻。
與上述低速成膜用的濺射源相同，對(duì)于圖10中用標(biāo)號(hào)27及37所示的高速成膜用的濺射源，可采用圖17所示的傾斜形靶94及95。圖17(a)的剖面圖及圖17(b)的平面圖所示的靶94可用作為圖10的標(biāo)號(hào)63及54所示的靶。另外，圖17(c)及(d)所示的靶95可用圖10的標(biāo)號(hào)64及53所示的作為靶。在高速成膜用濺射源(AC磁控管)中，由于使相鄰配置的兩個(gè)靶的靶面向同一方向傾斜也不能達(dá)到膜厚均勻，因此這兩個(gè)靶要以互相為線對(duì)稱(chēng)(或者近似線對(duì)稱(chēng))的關(guān)系配置。
圖17所示的各靶94及95的傾斜角度θ是取決于濺射裝置的具體條件設(shè)計(jì)成最佳角度。如圖1中也已說(shuō)明，由于高速成膜用的AC磁控管是交替切換在兩個(gè)相鄰磁控管部分安裝的靶的陽(yáng)極/陰極關(guān)系而整體上能作為一個(gè)濺射源起作用，因此如圖17所示，左右的靶94及95分別具有單一傾斜面(僅單側(cè)傾斜，即所謂楔形)，這樣在將這兩個(gè)靶94及95組合使用時(shí)，構(gòu)成與圖14中說(shuō)明的靶92相同的屋頂形靶面。關(guān)于圖17所示的靶94及95的作用，則與圖15相同。
圖18是比較采用圖17所示的傾斜形靶94及95的AC磁控管產(chǎn)生的膜厚分布與采用以往的平板形靶(常用靶)的AC磁控管產(chǎn)生的膜厚分布的曲線圖。圖18所示的曲線是在下述實(shí)施條件下得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。即，在圖10所示的濺射裝置100中，采用構(gòu)成直徑1m的正十二邊形的各基板保持架，取基板與靶之間距離為60mm，基板尺寸為35cm見(jiàn)方，在用標(biāo)號(hào)27(或37)所述的高速成膜用濺射源上安裝“常用靶”進(jìn)行成膜的結(jié)果及安裝傾斜形靶94及95(兩者的傾斜角度θ都為5°)進(jìn)行成膜的結(jié)果。另外，在基板保持架表面的每一面安裝基板保持架擴(kuò)展夾具，安裝35cm見(jiàn)方的基板。
從圖18可知，若用常用靶，則周邊部分的膜厚大于基板中心的膜厚，但在本發(fā)明的傾斜形靶的情況下，膜厚沿前進(jìn)方向的分布變得均勻。
也可以是采用圖19所示的靶96及97的形態(tài)，以代替圖17所示的靶94及95。即，用圖19(a)、(b)所示的靶96置換圖17的靶94，用圖19(c)、(d)所示的靶97置換圖17的靶95。圖19所示的靶是適用于AC磁控管的左右的靶96及97的上表面分別形成屋頂形(“A“形)的形態(tài)。在這種情況下，內(nèi)側(cè)的傾斜面96A及97A的傾斜角(θ1)和外側(cè)的傾斜面96B及97B的傾斜角(θ2)是取決于濺射裝置100的構(gòu)成條件等設(shè)計(jì)成的合適值。通過(guò)這樣，能夠?qū)崿F(xiàn)膜厚在前進(jìn)方向的分布均勻。
下面說(shuō)明有關(guān)膜厚監(jiān)視方法的其它實(shí)施形態(tài)。
對(duì)于作為目標(biāo)的光學(xué)膜厚nd(這里，n為膜的折射率，d為物理膜厚)，若采用滿足下式(1)的波長(zhǎng)λ的光作為測(cè)量光，(式1)nd＝mλ/4 ……(1)式中，m為正整數(shù)，λ為光的波長(zhǎng)使該測(cè)量光垂直射入成膜中的基板(入射角＝0°)，測(cè)量其透射率(或反射率)，則在所形成的膜的光學(xué)膜厚成為測(cè)量波長(zhǎng)λ的1/4整數(shù)倍時(shí)(即滿足上述式(1)時(shí))，透射率(或反射率)達(dá)到極值。
圖20所示為在玻璃基板上形成TiO2(n＝2.4)膜時(shí)透射率相對(duì)于測(cè)量波長(zhǎng)550nm的變化曲線圖。在該圖中，橫軸表示成膜的膜厚(幾何膜厚d)，縱軸表示透射率。如該圖所示，在光學(xué)膜厚nd為λ/4的整數(shù)倍時(shí)，透射率表現(xiàn)為極值。
利用這樣的現(xiàn)象，對(duì)作為目標(biāo)的膜厚，采用滿足上述式(1)的測(cè)量波長(zhǎng)λ的光，就能夠進(jìn)行膜厚監(jiān)視及成膜控制。
但是，在圖1或圖10中所示的轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置的情況下，由于基板保持架14在旋轉(zhuǎn)因此測(cè)量光的入射角及測(cè)量位置(監(jiān)視位置)一直在變化。在測(cè)量光的入射角變化時(shí)，若透射率的值發(fā)生很大變化，則難以進(jìn)行高精度的測(cè)量及成膜控制。實(shí)際上，在構(gòu)成的膜10層以上的情況下，由于測(cè)量光的入射角變化而引起透射率的極值位置及透射率發(fā)生變化，因此用以往的方法難以進(jìn)行膜厚測(cè)量及成膜控制。
關(guān)于解決上述問(wèn)題用的方法，下面用具體的例子進(jìn)行說(shuō)明。
圖21所示為在形成由玻璃/(TiO292.9nm/SiO257.3nm)7/TiO2185.8nm/(SiO257.3nm/TiO292.9nm)7的膜結(jié)構(gòu)構(gòu)成的29層單腔帶通濾光器(中心波長(zhǎng)550nm)時(shí)波長(zhǎng)550nm的測(cè)量光引起的透射率的變化曲線圖。
若著眼于成膜過(guò)程中各階段的膜的光學(xué)性質(zhì)，則如圖21所示，可以劃分成區(qū)間A～D的四個(gè)區(qū)間。
區(qū)間A(第一層～第12層)是透射率與膜厚有很大的關(guān)系、而與測(cè)量光的入射角基本上無(wú)關(guān)的區(qū)間。實(shí)際上，0°入射的透射率與10°入射的透射率的值基本上一致。區(qū)間B(第13層～第18層)是透射率與膜厚基本無(wú)關(guān)、又與入射角基本無(wú)關(guān)而且透射率的變化很少的區(qū)間。區(qū)間C(第19層～第29層)是即與膜厚有關(guān)、又與入射角有關(guān)的區(qū)間。0°入射的透射率與10°入射的透射率有很大不同，10°入射的透射率數(shù)值小(不到10％)。另外，區(qū)間D(第29層)是調(diào)整光學(xué)特性用的區(qū)間。
在每個(gè)區(qū)間，分別進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋O(jiān)視及成膜控制，就能夠提高監(jiān)視精度及膜的光學(xué)性質(zhì)的可控性。下面說(shuō)明各區(qū)間中的控制方法。
<區(qū)間A中的膜厚控制>
圖22所示為第一層、第二層、第三層及第九層形成的膜中得到透射率數(shù)據(jù)與角度的關(guān)系的曲線圖。在從第一層至第十二層的區(qū)間(區(qū)間A)中，如圖22所示，入射角即使變化，透射率也基本上不變。因而，將基板旋轉(zhuǎn)中連續(xù)取得的透射率數(shù)據(jù)在入射角為±5°～±15°左右的范圍內(nèi)取平均值，通過(guò)這樣能夠得到與垂直入射時(shí)的透射率基本上相同的數(shù)值。然后根據(jù)得到的垂直入射時(shí)的透射率，計(jì)算出透射率達(dá)到極值的時(shí)間，在實(shí)際上透射率的值達(dá)到成為極值的值的時(shí)刻，停止成膜，采用這樣的方法能夠控制膜厚。另外，由于成為測(cè)量對(duì)象的基板18在旋轉(zhuǎn)，因此在0°入射時(shí)，是對(duì)基板18的中心進(jìn)行測(cè)量，而入射角越大。則監(jiān)視的是越偏離基板中心的位置。但是，由于利用圖14至圖19說(shuō)明的傾斜形靶。因此沿基板前進(jìn)方向的膜厚分布均勻，若結(jié)合這一點(diǎn)來(lái)考慮，則即使監(jiān)視位置變動(dòng)，也能夠正確測(cè)量膜厚。
<區(qū)間B中的成膜方法>
在第13層至第18層的區(qū)間中，由于透射率的值小，相對(duì)于膜厚增加而引起的透射率的變化小，因此難以進(jìn)行高精度的膜厚控制。因而，在該區(qū)間B中，透射率僅作為參考數(shù)據(jù)而采集數(shù)據(jù)，主要根據(jù)第一層至第十二層的成膜工序中的透射率變化量與成膜時(shí)間的關(guān)系，計(jì)算當(dāng)前的成膜速率，一到能夠得到所希望膜厚的時(shí)間，則停止成膜，采用這樣的方法以成膜時(shí)間來(lái)控制膜厚。
<區(qū)間C中的成膜方法>
圖23所示為第28層以后的透射率與角度的關(guān)系的曲線圖。在從第19層至第29的區(qū)間(區(qū)間C)中，如圖23所示，由于透射率的值取決于角度而變化，因此難以采用區(qū)間A那樣的控制方法。但是，如圖23所示，由于表示入射角為0°時(shí)的透射率的點(diǎn)成為利用測(cè)量取得的透射率曲線與線對(duì)稱(chēng)的對(duì)稱(chēng)軸相交的點(diǎn)，因此即使沒(méi)有表示入射角為0°的時(shí)刻的嚴(yán)格觸發(fā)功能，也能夠通過(guò)對(duì)利用測(cè)量取得的透射率數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，求得垂直入射時(shí)(入射角為0°)的透射率。另外，能夠根據(jù)利用測(cè)量得到的透射率曲線峰值位置、相對(duì)于角度的變化率或面積(即曲線形狀)，判斷取得極值的膜厚。再有，通過(guò)對(duì)角度變化而得到的透射率曲線進(jìn)行近似變換，如圖24所示，能夠得到測(cè)量波長(zhǎng)λ的長(zhǎng)波長(zhǎng)一側(cè)的光譜透射率。
圖24所示為對(duì)入射角為0°±10°的范圍內(nèi)取得的透射率曲線的數(shù)據(jù)進(jìn)行近似變換而得到的光譜透射率的曲線圖。通過(guò)利用±10°范圍的數(shù)據(jù)，能夠預(yù)測(cè)測(cè)量波長(zhǎng)(＝550nm)的長(zhǎng)波長(zhǎng)一側(cè)即550nm≤λ≤552.35nm的光譜透射率。該預(yù)測(cè)值如圖24所示，與實(shí)際的光譜透射率(通過(guò)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)的光譜透射率)以極高的精度一致。
<區(qū)間D中的成膜方法>
在從第一層起依次不斷成膜的過(guò)程中，有時(shí)由于實(shí)際的膜厚相對(duì)于目標(biāo)膜厚會(huì)產(chǎn)生誤差，因此不能得到所希望的光學(xué)特性。在這樣的情況下，在成膜過(guò)程中設(shè)置進(jìn)行光學(xué)特性修正的層。在本例中，將第29層作為該修正用的層(最后層)，將它作為區(qū)間D。
在該區(qū)間D中，利用從滿足式(1)那樣的測(cè)量波長(zhǎng)(λ＝550nm)稍微向短波長(zhǎng)一側(cè)偏離的波長(zhǎng)的測(cè)量光，進(jìn)行透射率的測(cè)量。在本例中，利用波長(zhǎng)λ＝549nm的測(cè)量光進(jìn)行測(cè)量，得到圖25所示的信號(hào)。利用這樣得到的測(cè)量數(shù)據(jù)，與前述區(qū)間C相同，通過(guò)進(jìn)行近似變換，如圖26所示，能夠求得測(cè)量波長(zhǎng)λ＝549nm的長(zhǎng)波長(zhǎng)一側(cè)即549nm≤λ≤551.35nm的光譜透射率。
這樣求得的光譜透射率與實(shí)際的光譜透射率一致，而且一致的程度達(dá)到極高的精度。在成膜工序中，得到圖26所示的光譜透射率的變化曲線，通過(guò)這樣對(duì)于帶通濾光器的光學(xué)性能的“中心波長(zhǎng)”、“特定波長(zhǎng)的透射率”及“帶寬”等全都能夠看到。因而，能夠一面確認(rèn)使其滿足作為目標(biāo)的性能，一面補(bǔ)償膜厚(即光學(xué)特性)，這樣能夠提高產(chǎn)品的合格率(正品率)。在上述的例子中，是采用λ＝549nm的光作為從測(cè)量波長(zhǎng)λ＝550nm稍微向短波長(zhǎng)一側(cè)偏離的測(cè)量光，但測(cè)量使用的光的波長(zhǎng)可以根據(jù)想要測(cè)量的膜的種類(lèi)及層數(shù)進(jìn)行更換。
在上述實(shí)施形態(tài)中，所述的是計(jì)算透射率的例子，但在本發(fā)明實(shí)施時(shí)，也可以計(jì)算反射率，以代替透射率，或者與透射率一起計(jì)算。
圖10所示的濺射裝置100是在裝置內(nèi)的全部磁控管部分安裝了傾斜形靶，但在本發(fā)明實(shí)施時(shí)，也可以采用在一個(gè)裝置內(nèi)混合裝有常用靶及傾斜形靶的形態(tài)。
〔提高膜厚監(jiān)視精度的技術(shù)〕下面說(shuō)明提高膜厚測(cè)量精度的方法。
在成膜中測(cè)量透射率或反射率的光學(xué)特性時(shí)，存在的問(wèn)題是，受光單元會(huì)檢測(cè)到來(lái)自投光單元以外的光(主要是在磁控管部分周邊的成膜空間產(chǎn)生的等離子光)，難以進(jìn)行高精度的光譜測(cè)量。對(duì)于該問(wèn)題，采用與遮光頻率同步的同步放大器，就能夠減少干擾。
但是，由于濺射成膜中的等離子發(fā)光強(qiáng)度在時(shí)間上是不穩(wěn)定的，因此難以完全去除該干擾。特別是在測(cè)量光的強(qiáng)度在比較弱的條件下進(jìn)行測(cè)量時(shí)，存在因等離子散射而引起干擾的問(wèn)題。
為了解決這樣的問(wèn)題，在本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)中，將測(cè)量部分(受光單元及投光單元)相對(duì)于成膜空間沿基板保持架旋轉(zhuǎn)的圓周方向偏離配置，以減少等離子光的影響。在圖30所示的例子中，在從磁控管(23、27、33、37)配置的位置沿圓周方向最遠(yuǎn)離的位置處，配置測(cè)量部分。另外，在圖30中，對(duì)于與圖1相同的部分附加相同的標(biāo)號(hào)，其說(shuō)明省略。如圖30所示，使檢測(cè)位置離開(kāi)成膜空間，通過(guò)這樣能夠提高S/N比，進(jìn)行高精度的監(jiān)視。
成膜空間與監(jiān)視位置的離開(kāi)量(距離)可以根據(jù)實(shí)際的裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行各種設(shè)計(jì)，但以最接近受光單元的磁控管的中心線與腔室外壁交點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，較好的是取沿外壁面上的周長(zhǎng)在水平方向離開(kāi)150mm以上的位置，最好是取離開(kāi)900mm以上的位置。
再有，最好在受光頭46與投光頭44之間，即在腔室壁面形成的測(cè)量用窗口與基板保持架之間配置長(zhǎng)度近似等于腔室12與基板保持架14間隔的遮光筒120，以覆蓋測(cè)量光的光路。另外，使該遮光筒120與腔室12電氣絕緣，處于浮空狀態(tài)，通過(guò)這樣能夠大大地遮斷來(lái)自成膜空間的等離子散射光。
圖31是沿圖30的31-31線的剖面圖。如圖31所示，受光頭46通過(guò)支架122安裝在腔室12的外壁。遮光筒120安裝在腔室12的內(nèi)壁，使其遮蓋測(cè)量光的光路。另外，標(biāo)號(hào)124是支持光纖42的支持管。
圖32為遮光筒120的平面圖，圖33為遮光筒120的側(cè)面圖。遮光筒120的本體用SUS304等金屬材料形成，該遮光筒120通過(guò)絕緣板126中介安裝在腔室12上。安裝時(shí)使用絕緣套128，利用未圖示的螺絲固定。另外，作為絕緣板126及絕緣套128的材料，最好是例如含氟樹(shù)脂的特氟綸(聚四氟乙烯的商標(biāo)名)。當(dāng)然，也可以是用特氟綸及其它絕緣材料形成遮光筒120的本體的形態(tài)。
在遮光筒120的前端部設(shè)置遮光蓋130。遮光蓋130利用帶黑色的特氟綸形成，在遮光蓋130的中心形成與投射光的光點(diǎn)直徑近似相同大小的孔131。另外，在遮光筒120本體處于漂游狀態(tài)時(shí)，作為遮光蓋130的材料雖也可以使用SUS304那樣的導(dǎo)體，但在本例中，為了抑制因基板18與遮光蓋130之間的多重反射而產(chǎn)生的散射光的影響，從防止多重反射的觀點(diǎn)出發(fā)，使用黑特氟綸。
利用上述方法，能夠大幅度減少因等離子光而引起的干擾，即使在遮光頻率為270HZ左右的較低的情況下，也能夠進(jìn)行高精度的測(cè)量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知，通過(guò)設(shè)置漂移電位的遮光筒120，S/N比提高了200倍。圖30至圖33中說(shuō)明方法，能夠適用于圖1至圖26中說(shuō)明的各實(shí)施形態(tài)。
〔僅使用AC磁控管的實(shí)施形態(tài)〕在上述的實(shí)施形態(tài)中所述的例子是，在同時(shí)設(shè)置AC方式的磁控管及常用型的磁控管的轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置中進(jìn)行成膜，另外通過(guò)連續(xù)進(jìn)行膜的光學(xué)特性(透射率或反射率)的測(cè)量，在目標(biāo)膜厚與成膜中的膜厚之差較大時(shí)，同時(shí)使高速側(cè)磁控管(AC磁控管)及低速測(cè)磁控管(常用磁控管)放電，進(jìn)行成膜，若與目標(biāo)膜厚之差減小，則僅用低速側(cè)磁控管進(jìn)行成膜，通過(guò)這樣進(jìn)行精密的膜厚控制，能夠得到具有所希望的光學(xué)特性的層疊膜。這樣的形態(tài)構(gòu)成的裝置是為了形成通信用帶通濾光器那樣的膜厚誤差為0.01％以下的膜厚精度高的膜所需要。
與上不同的是，如圖34所示，對(duì)于顯示器、投影儀、照明器具、各種照相機(jī)鏡頭用的零部件等用途使用的低反射膜、流線式濾光器(edge filter)(紅外線反射濾光器、紫外線反射濾光器、紅外紫外線反射濾光器、可見(jiàn)光反射濾光器等)及偏振濾光器等，這些膜厚誤差只要求1～5％左右的膜結(jié)構(gòu)的情況下，用沒(méi)有低速成膜用磁控管的裝置構(gòu)成就能夠滿足要求。
作為形成膜厚誤差只要求1％左右數(shù)量級(jí)的這樣規(guī)格的層疊膜的裝置，是不使用低速成膜用磁控管，而僅用高速成膜用磁控管成膜，下面說(shuō)明這樣的方法及裝置的形態(tài)。
圖35所示為僅用AC方式的磁控管的成膜裝置的示意圖。在該圖中，對(duì)于與圖1的例子相同或類(lèi)似的部分附加相同的標(biāo)號(hào)，其說(shuō)明省略。該成膜裝置140是轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置，具有下述構(gòu)成，它是在高1.5m、直徑1.5m的圓筒形腔室12內(nèi)，構(gòu)成直徑1m的正十二邊形的各基板保持架14能夠以中心軸16作為旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)并支承住，在腔室壁的內(nèi)側(cè)配置將兩個(gè)長(zhǎng)1m的矩形靶作為一組的AC磁控管27及37。使載有基板18的基板保持架14以30rpm的速度旋轉(zhuǎn)，基板18通過(guò)AC磁控管27及37的前面，而成膜。本例的成膜裝置140分別設(shè)置低折射率膜形成用及高折射率膜形成用的AC磁控管27及37。
本成膜裝置140將來(lái)自鹵素?zé)?0的光通過(guò)單色儀41、遮光器84及光纖42，引向投光頭44，對(duì)旋轉(zhuǎn)中的基板從投光頭44照射測(cè)量用的光。透射過(guò)基板18的光通過(guò)基板保持架14與測(cè)量用窗口之間的遮光筒120，在受光頭46的積分球及光電二極管上接受光。這樣，一面進(jìn)行成膜，一面測(cè)量基板18及形成的膜的透射率。
用個(gè)人計(jì)算機(jī)50計(jì)算該測(cè)量結(jié)果，再反饋給磁控管控制盤(pán)142，使得達(dá)到所希望的膜厚。另外，磁控管控制盤(pán)142是控制對(duì)AC磁控管27及37供電的電源等的控制部分。如上所述，AC磁控管是將兩個(gè)磁控管陰極并排配置，在一個(gè)磁控管為陰極時(shí)，另一個(gè)磁控管成為陽(yáng)極，是以幾十KHZ的高頻交換陰極與陽(yáng)極的磁控管，通過(guò)控制成膜參數(shù)，使得在反應(yīng)濺射的移動(dòng)區(qū)域保持成膜條件，這樣能夠穩(wěn)定而且高速形成氧化物或氮化物等的薄膜。
當(dāng)然，作為靶的形態(tài)，也可以采用圖17或圖19說(shuō)明的傾斜形靶。
下面說(shuō)明使用圖35所示的成膜裝置的成膜順序。
首先，在高折射率膜形成用的AC磁控管37上安裝Ta靶151及152，同時(shí)在低折射率膜形成用的AC磁控管27上安裝Si靶161及162，將厚1.1mm、10cm見(jiàn)方的玻璃基板18安裝在基板保持架14上。然后，用未圖示的旋轉(zhuǎn)泵將真空腔室12先抽至5pa后，再用渦輪分子泵抽氣至2×10-4pa。
抽氣后，從高折射率膜形成側(cè)的氣體引入口引入370sccm的氬氣及180sccm的氧氣，開(kāi)始放電。對(duì)于高折射率膜形成用的AC磁控管37，控制功率或氣體流量等，使得在移動(dòng)區(qū)域或其附近保持成膜狀態(tài)，以基板保持架14每一圈約0.4nm的成膜速度進(jìn)行成膜。這時(shí)，一面進(jìn)行成膜，一面每一圈進(jìn)行變化透射率的測(cè)量在腔室12上形成的測(cè)量用窗口與基板保持架14之間配置遮光筒120。如圖32及圖33中所述，遮光筒120具有與投光頭44照射的光束直徑近似相同大小的孔131，形成與基板保持架14和所述窗口之間的距離近似相同的長(zhǎng)度。遮光筒120在電氣上處于漂游電位狀態(tài)，能夠抑制在受光部分附近散開(kāi)的等離子的影響。利用該方法，即使在遮光頻率比較低的情況下，也能夠進(jìn)行高精度的測(cè)量，能夠進(jìn)行高精度、測(cè)量速度快的膜厚監(jiān)視。
根據(jù)這樣得到的透射率數(shù)據(jù)，相對(duì)于所希望膜厚計(jì)算現(xiàn)在的成膜膜厚，將該結(jié)果對(duì)磁控管控制盤(pán)142進(jìn)行反饋。若到達(dá)目標(biāo)膜厚，則停止對(duì)AC磁控管37的供電，或者在接近目標(biāo)膜厚的階段，以低速關(guān)閉擋板(到擋板關(guān)閉為止基板保持器還旋轉(zhuǎn)幾圈～幾十圈以這樣的速度關(guān)閉)，通過(guò)這樣進(jìn)行控制，使得旋轉(zhuǎn)方向上膜厚均勻同時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)值。
另外，在上述的反饋控制中，也可以考慮到目標(biāo)膜厚與現(xiàn)在膜厚之差，通過(guò)改變成膜參數(shù)，以分階段地控制成膜速度，提高膜厚精度，縮短成膜時(shí)間。
然后，為了進(jìn)行低折射率膜即SiO2的成膜，引入250sccm的氬氣及140sccm的氧氣，開(kāi)始放電。對(duì)于AC磁控管27，控制電壓，使得在移動(dòng)區(qū)域或其附近保持成膜狀態(tài)，以基板保持架14每一圈約0.4nm的成膜速度進(jìn)行成膜。這時(shí)，用與高折射率膜形成時(shí)相同的方法，每一圈測(cè)量透射率，控制AC磁控管27，以得到所希望的膜厚。
這樣交替反復(fù)形成高折射率膜及低折射率膜，制成可見(jiàn)光反射濾光器。
另外，根據(jù)與上述相同的方法，在直徑10cm的硅晶片上形成基板/Ta2O5(200nm)/SiO2(200nm)/Ta2O5(200nm)/SiO2(200nm)/Ta2O5(200nm)/SiO2(200nm)/Ta2O5(200nm)/SiO2(200nm)/Ta2O5(200nm)/SiO2(200nm)的10層層疊膜。
在該成膜前后，對(duì)硅晶片的表面使用Tencor Instruments公司的FLX THINFILMS STRESS MEASUREMENT SYSTEM(FLX薄膜應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)))的FleXus F2320，測(cè)量曲率半徑，根據(jù)該測(cè)量值之差，求出層疊膜的應(yīng)力是壓縮應(yīng)力，為17Mpa。
圖36所示為膜特性的評(píng)價(jià)結(jié)果。另外，在該圖表中，為了比較起見(jiàn)，同時(shí)記入僅使用DC方式磁控管成膜的26層3.0μm層疊膜的評(píng)價(jià)結(jié)果、以及蒸鍍產(chǎn)品的34層4μm層疊膜的評(píng)價(jià)結(jié)果。各項(xiàng)目的測(cè)量方法如下所述。
·膜應(yīng)力使用Tencor Instruments公司的FLX THIN FILMS STRESSMEASUREMENT SYSTEM的FleXus F2320，測(cè)量成膜前及成膜后的直徑10cm硅基板翹曲(曲率半徑)，通過(guò)這樣求得。
·折射率及衰減系數(shù)使用J.A，Woollam Co.Inc.的光譜偏振光橢圓儀WVASE32求得。
·混濁值使用有限會(huì)社東京電色的混濁儀TC-HIII求得。
·光滑性使用精工儀器株式會(huì)社的多功能裝置SPA-400求得。
·波長(zhǎng)偏移的求得方法如下所述。1、使用日本分光株式會(huì)社的自動(dòng)光學(xué)元件測(cè)量裝置ART-25GT，測(cè)量樣品的光譜透射率。2、將樣品放入Tabyspec株式會(huì)社的小型環(huán)境試驗(yàn)機(jī)SH-220，在60℃、90％RH的設(shè)定條件下放置120小時(shí)。3、將樣品從小型環(huán)境試驗(yàn)機(jī)SH-220中取出，使用自動(dòng)光學(xué)元件測(cè)量裝置ART-25GT，測(cè)量光譜透射率。4、將上述的1～3的測(cè)量結(jié)果之差作為波長(zhǎng)偏移。
圖37所示為作為參考的光學(xué)多層膜所要求的膜特性目標(biāo)值一覽表。
如圖35至圖36所示，若僅使用AC磁控管進(jìn)行成膜，則在膜應(yīng)力、折射率、衰減系數(shù)?；鞚嶂?、光滑性、耐久性(波長(zhǎng)偏移)等方面，能得到優(yōu)異的結(jié)果。另外，在約4μm以下的膜厚中得到的結(jié)果是用DC濺射及蒸鍍法，隨著膜厚增加，其表面粗糙度(Ra)增大，但用AC濺射法，則與膜厚無(wú)關(guān)，表面粗糙度顯示出約0.5nm左右較小的數(shù)值。
工業(yè)上的實(shí)用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置中，由于在成膜中監(jiān)視膜厚，并利用該信息控制影響成膜量的參數(shù)，因此能夠正確控制膜厚，能夠以高生產(chǎn)率形成所希望膜厚的膜。
根據(jù)本發(fā)明的其它形態(tài)，由于同時(shí)使用AC型磁控管濺射源及在單一磁控管部分上安裝靶的磁控管濺射源，在達(dá)到設(shè)計(jì)膜厚(目標(biāo)膜厚)之前的一定量，使用AC型磁控管濺射源進(jìn)行高速成膜，在得到一定量的成膜后，停止利用AC磁控管濺射源進(jìn)行成膜，僅使用在單一磁控管部分上安裝靶的磁控管濺射源，因此能夠高精度地控制膜厚，能夠以高生產(chǎn)率成膜。
再有，作為膜厚測(cè)量手法，是利用表示測(cè)量光的入射角與透射率或反射率的關(guān)系的變化曲線，通過(guò)這樣能夠準(zhǔn)確決定成膜的終點(diǎn)等。
根據(jù)本發(fā)明的別的其它形態(tài)，是根據(jù)透射率或反射率與入射角的關(guān)系進(jìn)行近似變換，能夠?qū)崟r(shí)掌握光譜透射率或光譜反射率的外形曲線，將它們反饋給膜厚控制，通過(guò)這樣能夠?qū)⒆罱K產(chǎn)品的外形精加工成所希望的(所希望的光學(xué)性能的產(chǎn)品)。通過(guò)這樣，能夠大幅度提高產(chǎn)品的正品率。
另外，根據(jù)本發(fā)明的別的其它形態(tài)，在轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置中，采用傾斜形靶代替以往的平板形靶，或者與其同時(shí)使用，通過(guò)這樣在基板的前進(jìn)方向上能夠容易實(shí)現(xiàn)膜厚均勻。如特開(kāi)平3-253568號(hào)所揭示的那樣，在采用兩個(gè)陰極及對(duì)該陰極提供功率用的兩個(gè)電源的濺射方法(裝置)中，在要力圖實(shí)現(xiàn)膜厚均勻時(shí)，必須使兩個(gè)陰極的成膜速度相等，但實(shí)際上在陰極之間很難減小影響成膜的主要因素之差別。根據(jù)本發(fā)明的方法及裝置，由于力圖使膜厚均勻的陰極電源系統(tǒng)可以是只具有一個(gè)電源而構(gòu)成的，因此其優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)前述主要因素的影響小，能更簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)膜厚均勻，同時(shí)與以往相比，裝置的構(gòu)成也緊湊而且價(jià)格低。
根據(jù)所要求的膜厚精度，也可以不使用DC型磁控管，僅使用AC型磁控管進(jìn)行成膜。通過(guò)使用AC型磁控管進(jìn)行成膜，能夠得到特性優(yōu)異的多層膜。
另外，在本發(fā)明中，作為提高膜厚測(cè)量精度的裝置，是使測(cè)量部分的位置遠(yuǎn)離成膜空間，通過(guò)這樣能夠減少測(cè)量中等離子光的影響。再利用遮光筒包圍測(cè)量光通過(guò)的光路的周?chē)瑢⒃撜诠馔才c腔室絕緣，在電氣上處于漂游狀態(tài)，這樣能夠大幅度遮斷來(lái)自成膜空間的等離子散射光。
權(quán)利要求
1.一種濺射裝置，是轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置，所述轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置具有下述構(gòu)造，即在腔室內(nèi)設(shè)置自由旋轉(zhuǎn)的橫截面為多邊形或圓形的鼓，在該鼓的外周表面上設(shè)置基板保持架，在腔室壁的內(nèi)側(cè)配置磁控管濺射源，所述磁控管濺射源由靶及保持該靶的磁控管部分構(gòu)成，所述靶利用所述磁控管部分保持，使其與所述鼓的轉(zhuǎn)軸平行，其特征在于，包括在成膜中測(cè)量裝在所述基板保持架的基板上形成的膜的膜厚的膜厚測(cè)量裝置，對(duì)所述靶供給濺射所需要的功率的電源單元，以及利用所述膜厚測(cè)量裝置得到的測(cè)量結(jié)果來(lái)控制影響成膜量的參數(shù)的控制裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的濺射裝置，其特征在于，所述濺射裝置具有以規(guī)定頻率交替切換相鄰配置的兩個(gè)靶的陽(yáng)極/陰極的關(guān)系的AC型磁控管濺射源，以及單一磁控管部分上安裝靶的磁控管濺射源。
3.如權(quán)利要求2所述的濺射裝置，其特征在于，所述控制裝置進(jìn)行控制，使得從成膜開(kāi)始利用所述AC型磁控管濺射源進(jìn)行高速成膜，在成膜達(dá)到目標(biāo)膜厚前一定量之后，則停止利用所述AC型磁控管濺射源進(jìn)行成膜，切換成僅利用所述單一磁控管部分上安裝靶的磁控管濺射源的低速成膜，進(jìn)行成膜直到所述目標(biāo)膜厚為止。
4.如權(quán)利要求3所述的濺射裝置，其特征在于，所述控制裝置進(jìn)行下述控制，即在所述低速成膜中，利用所述膜厚測(cè)量裝置監(jiān)視膜厚，在檢測(cè)出膜厚到達(dá)所述目標(biāo)膜厚的時(shí)刻，停止利用所述單一磁控管部分上安裝靶的磁控管濺射源進(jìn)行成膜。
5.一種濺射裝置，是轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置，所述轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置具有下述構(gòu)造，即在腔室內(nèi)設(shè)置自由旋轉(zhuǎn)的橫截面為多邊形或圓形的鼓，在該鼓的外周表面上設(shè)置基板保持架，在腔室壁的內(nèi)側(cè)配置由靶及保持該靶的磁控管部分構(gòu)成的磁控管濺射源，所述靶利用所述磁控管部分保持，使其與所述鼓的轉(zhuǎn)軸平行，其特征在于，包括以規(guī)定頻率相互切換相鄰配置的兩個(gè)靶的陽(yáng)極/陰極關(guān)系的AC型磁控管濺射源作為所述磁控管濺射源，同時(shí)具有在成膜中一面使所述鼓旋轉(zhuǎn)一面測(cè)量裝在所述基板保持架的基板上形成的膜的膜厚的膜厚測(cè)量裝置，對(duì)所述靶供給濺射所需要的功率的電源單元，以及利用所述膜厚測(cè)量裝置得到的測(cè)量結(jié)果來(lái)控制影響成膜量的參數(shù)的控制裝置。
6.如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的濺射裝置，其特征在于，所述濺射裝置同時(shí)設(shè)置裝有低折射率膜成膜用靶的低折射率膜形成用的磁控管濺射源，以及裝有高折射率膜成膜用靶的高折射率膜形成用的磁控管濺射源。
7.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的濺射裝置，其特征在于，所述膜厚測(cè)量裝置具有對(duì)所述基板照射測(cè)量光的投光裝置，以及接受照射所述基板的所述測(cè)量光的透射光或反射光后輸出與該受光量相應(yīng)的電信號(hào)的受光裝置，在所述鼓旋轉(zhuǎn)中，通過(guò)從所述投光裝置向所述基板照射測(cè)量光，進(jìn)行所述的膜厚測(cè)量。
8.如權(quán)利要求7所述的濺射裝置，其特征在于，包括根據(jù)從所述受光裝置輸出的受光信號(hào)，計(jì)算透射率信息或反射率信息的運(yùn)算裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的濺射裝置，其特征在于，所述運(yùn)算裝置根據(jù)所述測(cè)量光的入射角為0°及包含0°附近的規(guī)定角度范圍時(shí)從所述受光裝置得到的受光信號(hào)，求得與入射角相應(yīng)的透射率或反射率，取得表示入射角與透射率或反射率的關(guān)系的數(shù)據(jù)。
10.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的濺射裝置，其特征在于，所述膜厚測(cè)量裝置具有對(duì)所述基板能夠有選擇地照射波長(zhǎng)不同的多種測(cè)量光的投光裝置，以及接受照射所述基板的所述測(cè)量光的透射光或反射光后變換為與該受光量相應(yīng)的電信號(hào)的受光裝置，通過(guò)在所述鼓旋轉(zhuǎn)中，從所述投光裝置向所述基板照射測(cè)量光，從而測(cè)量所述膜厚。
11.如權(quán)利要求10所述的濺射裝置，其特征在于，還包括根據(jù)從受光裝置輸出的受光信號(hào)，計(jì)算相對(duì)于所述波長(zhǎng)不同的多種測(cè)量光的透射率信息或反射率信息的運(yùn)算裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的濺射裝置，其特征在于，所述運(yùn)算裝置根據(jù)相對(duì)于所述波長(zhǎng)不同的多種測(cè)量光的入射角，分別為0°及包含0°附近的規(guī)定角度范圍時(shí)從所述受光裝置得到的受光信號(hào)，求得與入射角相應(yīng)的透射率或反射率，取得表示入射角與透射率或反射率的關(guān)系的數(shù)據(jù)。
13.如權(quán)利要求9或12所述的濺射裝置，其特征在于，所述運(yùn)算裝置根據(jù)所述取得的表示入射角與透射率或反射率的關(guān)系的數(shù)據(jù)，進(jìn)行近似變換，計(jì)算出光譜透射率或光譜反射率。
14.如權(quán)利要求7至13任一項(xiàng)所述的濺射裝置，其特征在于，所述膜厚測(cè)量裝置設(shè)置在離開(kāi)所述磁控管濺射源的位置。
15.如權(quán)利要求7至14任一項(xiàng)所述的濺射裝置，其特征在于，在所述腔室的內(nèi)壁與所述基板保持架之間設(shè)置包圍所述測(cè)量光的透射光或反射光通過(guò)的光路周?chē)恼诠馔病?br> 16.如權(quán)利要求15所述的濺射裝置，其特征在于，所述遮光筒與所述腔室電氣絕緣。
17.如權(quán)利要求15或16所述的濺射裝置，其特征在于，在所述遮光筒的前端部安裝減少與所述基板之間的多重反射的防反射構(gòu)件。
18.一種濺射裝置，其特征在于，包括以規(guī)定頻率交替切換相鄰配置的兩個(gè)靶的陽(yáng)極/陰極的關(guān)系的AC型磁控管濺射源，單一磁控管部分上安裝靶的磁控管濺射源，以及控制裝置，所述控制裝置進(jìn)行控制，使得從成膜開(kāi)始利用所述AC型磁控管濺射源進(jìn)行高速成膜，在成膜達(dá)到目標(biāo)膜厚前一定量之后停止利用所述AC型磁控管濺射源進(jìn)行成膜，切換成僅利用所述在單一磁控管部分上安裝靶的磁控管濺射源的低速成膜，進(jìn)行成膜直到所述目標(biāo)膜厚為止。
19.如權(quán)利要求1至18任一項(xiàng)所述的濺射裝置，其特征在于，所述靶在處于與所述基板對(duì)向的位置關(guān)系時(shí)，所述靶面具有規(guī)定的傾斜角度，使得所述基板對(duì)面的靶面相對(duì)于基板面不平行。
20.一種濺射成膜方法，是采用轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置進(jìn)行成膜的濺射成膜方法，所述轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置具有下述構(gòu)造，即在腔室內(nèi)設(shè)置自由旋轉(zhuǎn)的橫截面為多邊形或圓形的鼓，在該鼓的外周表面上設(shè)置基板保持架，在室腔壁的內(nèi)側(cè)配置磁控管濺射源，所述磁控管濺射源由靶及保持該靶的磁控管部分構(gòu)成，所述靶利用所述磁控管部分保持，使其與所述鼓的轉(zhuǎn)軸平行，其特征在于，包括下述工序在成膜中測(cè)量裝在所述基板保持架的基板上形成的膜的膜厚的膜厚測(cè)量工序，以及利用所述膜厚測(cè)量工序得到的測(cè)量結(jié)果的信息來(lái)控制影響成膜量的參數(shù)的控制工序。
21.一種濺射成膜方法，是采用濺射裝置進(jìn)行成膜的濺射成膜方法，所述濺射裝置具有以規(guī)定頻率交替切換相鄰配置的兩個(gè)靶的陽(yáng)極/陰極關(guān)系的AC型磁控管濺射源，以及單一磁控管部分上安裝靶的磁控管濺射源，其特征在于，包括從成膜開(kāi)始利用所述AC型磁控管濺射源進(jìn)行高速成膜，在成膜達(dá)到目標(biāo)膜厚前一定量之后停止利用所述AC型磁控管濺射源進(jìn)行成膜，切換成僅利用所述在單一磁控管部分上安裝靶的磁控管濺射源的低速成膜，進(jìn)行成膜直到所述目標(biāo)膜厚為止。
22.如權(quán)利要求21所述的濺射成膜方法，其特征在于，包括下述工序在成膜中測(cè)量膜厚的膜厚測(cè)量工序，以及利用所述測(cè)量中得到的信息來(lái)控制影響成膜量的參數(shù)的控制工序。
23.一種濺射成膜方法，是采用轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置進(jìn)行成膜的濺射成膜方法，所述轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置具有下述構(gòu)造，即在腔室內(nèi)設(shè)置自由旋轉(zhuǎn)的橫截面為多邊形或圓形的鼓，在該鼓的外周表面上設(shè)置基板保持架，在腔室壁的內(nèi)側(cè)配置由靶及保持該靶的磁控管部分構(gòu)成的磁控管濺射源，所述靶利用所述磁控管部分保持，使其與所述鼓的轉(zhuǎn)軸平行，其特征在于，包括下述工序作為所述磁控管濺射源僅利用以規(guī)定頻率交替切換相鄰配置的兩個(gè)靶的陽(yáng)極/陰極的關(guān)系的AC型磁控管濺射源，一面使所述鼓旋轉(zhuǎn)一面在所述基板保持架上安裝的基板上形成的膜的成膜工序，在所述成膜工序的所述鼓旋轉(zhuǎn)中測(cè)量所述基板上形成的膜的膜厚的膜厚測(cè)量工序，以及利用所述膜厚測(cè)量工序中得到的測(cè)量結(jié)果的信息來(lái)控制影響成膜量的參數(shù)的控制工序。
24.如權(quán)利要求20，22或23所述的濺射成膜方法，其特征在于，所述膜厚測(cè)量工序包含一面使所述鼓旋轉(zhuǎn)一面對(duì)所述基板照射測(cè)量光的投光工序，以及接收照射所述基板的所述測(cè)量光的透射光或反射光后輸出與該受光量相應(yīng)的電信號(hào)的受光工序。
25.如權(quán)利要求24所述的濺射成膜方法，其特征在于，包括根據(jù)利用所述受光工序輸出的受光信號(hào)計(jì)算透射率信息或反射率信息的運(yùn)算工序。
26.如權(quán)利要求25所述的濺射成膜方法，其特征在于，所述運(yùn)算工序根據(jù)所述測(cè)量光的入射角為0°及包含0°附近的規(guī)定角度范圍時(shí)從所述受光工序得到的受光信號(hào)，求得與入射角相應(yīng)的透射率或反射率，取得表示入射角與透射率或反射率的關(guān)系的數(shù)據(jù)。
27.如權(quán)利要求20，22或23所述的濺射成膜方法，其特征在于，所述膜厚測(cè)量工序具有一面使所述鼓旋轉(zhuǎn)，一面對(duì)所述基板能夠有選擇地照射波長(zhǎng)不同的多種測(cè)量光的投光工序，以及接受照射所述基板的所述測(cè)量光的透射光或反射光后變換為與該受光量相應(yīng)的電信號(hào)的受光工序，
28.如權(quán)利要求27所述的濺射成膜方法，其特征在于，包括根據(jù)所述的工序得到受光信號(hào)計(jì)算相對(duì)于所述波長(zhǎng)不同的多種測(cè)量光的透射率信息或反射率信息的運(yùn)算工序。
29.如權(quán)利要求28所述的濺射成膜方法，其特征在于，所述運(yùn)算工序根據(jù)相對(duì)于所述波長(zhǎng)不同多種測(cè)量光、入射角分別為0°及包含0°附近的規(guī)定角度范圍時(shí)從所述受光工序得到的受光信號(hào)，求得與入射角相應(yīng)的透射率或反射率，取得表示入射角與透射率或反射率的關(guān)系的數(shù)據(jù)。
30.如權(quán)利要求26或29所述的濺射成膜方法，其特征在于，所述運(yùn)算工序根據(jù)該所述取得的表示入射角與透射率或反射率的關(guān)系的數(shù)據(jù)，進(jìn)行近似變換，計(jì)算出光譜透射率或光譜反射率。
31.如權(quán)利要求20及22至30任一項(xiàng)所述的濺射成膜方法，其特征在于，在所述膜厚的測(cè)量中，為了減小所述磁控管部分產(chǎn)生的等離子光的影響，所述膜厚測(cè)量在離開(kāi)所述磁控管部分的地方進(jìn)行。
32.如權(quán)利要求24至31任一項(xiàng)所述的濺射成膜方法，其特征在于，利用遮光筒包圍所述測(cè)量光的透射光或反射光通過(guò)的光路周?chē)?，以減少來(lái)自外部的不需要的光的影響，減少干擾。
33.如權(quán)利要求20至32任一項(xiàng)所述的濺射成膜方法，其特征在于，在所述靶處于與所述基板對(duì)向的位置關(guān)系時(shí)，采用所述靶面是傾斜面而構(gòu)成的靶，使得與所述基板對(duì)面的靶面與基板面不平行。
全文摘要
本發(fā)明的濺射裝置及濺射成膜方法，是在腔室內(nèi)設(shè)置基板保持架的轉(zhuǎn)盤(pán)型濺射裝置中，對(duì)于形成低折射率膜的應(yīng)用及形成高折射率膜的應(yīng)用可分別同時(shí)設(shè)置常用磁控管及AC磁控管，用AC磁控管成膜達(dá)到設(shè)計(jì)膜厚的90％，然后僅用常用的磁控管成膜，這樣能夠進(jìn)行高精度的膜厚控制，生產(chǎn)率高。
文檔編號(hào)H01J37/34GK1491293SQ02804597
公開(kāi)日2004年4月21日 申請(qǐng)日期2002年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月7日
發(fā)明者志堂寺榮治, 安藤英一, 山田朋廣, 真下尚洋, 一, 廣, 洋 申請(qǐng)人:旭硝子株式會(huì)社