KR20040074093A - 성막 장치 및 광학 부재의 제조 방법 - Google Patents

성막 장치 및 광학 부재의 제조 방법 Download PDF

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KR20040074093A
KR20040074093A KR10-2004-7009502A KR20047009502A KR20040074093A KR 20040074093 A KR20040074093 A KR 20040074093A KR 20047009502 A KR20047009502 A KR 20047009502A KR 20040074093 A KR20040074093 A KR 20040074093A
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Abstract

적외선 영역의 실용 파장 영역에서 사용되는 광학 부재는 기판(11)과, 기판(11) 상에 성막된 복수의 층으로 이루어진 광학 박막을 갖는다. 성막 장치는 가시 영역 내의 소정 파장 영역의 분광 특성을 측정하는 광학 모니터(4)와, 적외선 영역 내의 소정 파장 영역의 분광 특성을 측정하는 광학 모니터(5)와, 상기 실용 파장 영역의 분광 특성을 측정하는 실용 파장 영역 광학 모니터를 구비한다. 모니터(4, 5) 중 어느 하나로 측정된 분광 특성에 기초하여 성막된 각 층의 막 두께를 결정하고, 그 막 두께에 기초하여 성막되지 않은 층의 막 두께 설정치를 조정한다. 실용 파장 영역 광학 모니터로 측정된 광학 박막의 성막 도중 및 성막 종료후의 분광 특성을, 다음 기판(11) 상에 다음 광학 박막을 성막할 때에 반영시킨다.

Description

성막 장치 및 광학 부재의 제조 방법 {FILM FORMING DEVICE, AND PRODUCTION METHOD FOR OPTICAL MEMBER}
광학 필터나 렌즈나 반사경 등의 광학 부재에는, 파장마다 투과율이나 반사율을 소정의 특성으로 하거나, 파장마다 위상 특성을 소정의 특성으로 하거나, 반사 방지를 행하거나 하기 위해서, 그 표면에 복수의 층으로 이루어진 광학 박막이 성막되는 경우가 많다. 이 막의 층수는 수십 층에 달하는 것이 있고, 광학 박막을 구성하는 각 층의 두께를 제어함으로써, 소정의 광학 특성을 얻도록 되어 있다. 이러한 광학 박막이나 기타 막의 성막에는 스퍼터 장치나 진공 증착 장치 등의 성막 장치가 이용되고 있다.
종래의 성막 장치에서는 성막된 층에 의한 가시 영역 내의 파장 영역의 분광 특성을 측정하는 가시 영역 광학 모니터가 탑재되고, 이 가시 영역 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성에 기초하여 성막된 각 층의 막 두께를 구하며, 도중의 층까지 성막된 단계의 각 층의 막 두께를 그 후에 성막되는 층의 막 두께에 반영시킴으로써, 정확히 재현된 원하는 특성을 갖는 막을 얻고자 하였다. 이러한 기술은 예를 들면 일본 특허 공개 제2001-174226호 공보에 기재되어 있다.
그러나, 상기 종래의 성막 장치에서는 성막된 층에 의한 분광 특성을 측정하는 광학 모니터로서, 가시 영역 광학 모니터만이 탑재되어 있었기 때문에, 이하에 설명하는 여러 가지 문제점이 발생하였다. 이하의 설명에서는, 광학 박막을 성막하는 경우를 예를 들어 설명하지만, 광학 박막 이외의 막에 대해서도 마찬가지이다.
예컨대, 광 통신용 광학 부재 등과 같이 적외선 영역의 소정 파장 영역에서 사용되는 광학 부재에 있어서는, 사용 파장이 길어지는 관계로부터 광학 박막을 구성하는 각 층의 막 두께가 두꺼워진다. 이러한 광학 박막의 각 층을 순차 성막해 나가고, 성막된 총 막 두께가 두꺼워지면, 가시 영역에서의 분광 특성(예컨대, 분광 투과율 특성)은 파장의 변화에 대하여 크고 또한 급격한 반복 변화가 나타나게 된다. 이 이유는 단파장 영역에 있어서 각 층의 경계에서의 반사광이 중첩되어 고차의 간섭을 일으키기 때문이며, 이 간섭의 결과로서 생기는 분광 특성은 일반적으로 파장 의존성이 급격하게 상승하기 때문이다.
한편, 가시 영역 광학 모니터의 분해능은 주로 분광기의 분해능으로 결정되며, 다음과 같은 감도 분포를 갖고 있다. 즉, 어떤 파장의 수광량으로서 검출되는 것은 그 파장의 광뿐만 아니라, 그 파장을 중심으로 하는 어떤 대역의 파장의 광이다. 그 때문에, 이상적인 δ함수형의 파장 특성을 갖는 광이 수광기에 입사된 경우라도, 관측되는 분광 특성은 δ함수형이 되지 않고, 완만해지게 된다.
따라서, 성막된 총 막 두께가 두꺼워지면, 파장의 변화에 대하여 크고 또한급격한 반복 변화가 나타난 가시 영역의 분광 특성이 그대로 측정되어야 하는 데, 가시 영역 광학 모니터에서 실제로 얻어지는 분광 특성은 파장 변화에 대한 변화가 그다지 나타나지 않는 완만한 특성이 되어 버린다. 이와 같이, 성막된 총 막 두께가 두꺼워지면, 가시 영역 광학 모니터의 측정 정밀도가 저하한다. 이 때문에, 상기 종래의 성막 장치에서는, 성막된 총 막 두께가 두꺼워지면, 정밀도가 좋게 막 두께를 구할 수 없고, 더 나아가서 정확히 재현된 원하는 광학 특성을 갖는 광학 박막을 얻기가 곤란하였다.
그래서, 상기 종래의 성막 장치에서는, 실제로는 제작하고자 하는 광학 부재의 기판 외에, 막 두께 측정용 더미의 기판으로서의 모니터 기판(예컨대, 유리 기판)에도 동일하게 각 층을 성막해 두고, 가시 영역 광학 모니터로 모니터 기판의 분광 특성을 측정하며, 성막 도중에 모니터 기판 상의 층의 총 막 두께 또는 층수가 소정 이상이 되었을 때에, 모니터 기판을 새로운 것으로 교환하였다. 이 경우에는, 본래의 기판 상에 성막되는 광학 박막의 총 막 두께 및 층수가 많아도 각 모니터 기판 상의 층두께 및 층수가 소정 이하로 한정되기 때문에, 각 층의 막 두께를 정밀도 좋게 구할 수 있다. 그러나, 이 경우에는 모니터 기판의 교환에 시간이 필요하기 때문에 생산성이 저하되고 있었다.
또한, 상기 종래의 성막 장치에서는 가시 영역 광학 모니터만이 탑재되어 있기 때문에 광통신용 광학 부재 등과 같이 적외선 영역의 소정 파장 영역에서 사용되는 광학 부재를 제조하는 경우에는, 상기 소정 파장 영역(상기 광학 부재의 실용 파장 영역)에서의 광학 특성을 얻을 수 없었다. 이 때문에, 상기 종래의 성막 장치에서는 현재의 배치시(현재의 기판 상으로의 현재의 광학 박막의 성막시)에 얻어진 정보에 기초하여 다음 배치시(다음 기판 상으로의 다음 광학 박막의 성막시)에 이용하는 각 층의 막 두께 설정치나 성막 조건을 결정함으로써, 다음 배치에서 보다 정밀도 좋게 원하는 광학 특성을 갖는 광학 박막을 얻고자 하는 경우, 상기 정보로서, 현재의 배치시에 얻어진 각 층의 막 두께를 이용할 수 있는 것에 그치고, 그 광학 부재의 실용 파장 영역에서의 광학 특성을 이용할 수 없었다. 따라서, 상기 종래의 성막 장치에 따르면, 이 점으로부터도 정확히 재현된 원하는 광학 특성을 갖는 광학 박막을 얻기가 곤란하였다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 상기 종래의 성막 장치에서 발생하였던 전술한 여러 가지의 문제점 중 적어도 하나를 해소할 수 있는 성막 장치 및 광학 부재의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 제1 발명은, 기판 상에 복수의 층으로 이루어진 막을 성막하는 성막 장치로서, 성막된 층에 의한 제1 파장 영역의 분광 특성을 측정하는 제1 광학 모니터와, 성막된 층에 의한 제2 파장 영역의 분광 특성을 측정하는 제2 광학 모니터를 구비한 것을 특징으로 하는 성막 장치이다.
상기 목적을 달성하기 위한 제2 발명은, 상기 제1 발명으로서, 상기 제1 파장 영역은 가시 영역 내의 파장 영역이고, 상기 제2 파장 영역은 적외선 영역 내의 파장 영역인 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 제3 발명은, 상기 제1 발명으로서, 상기 제1 및 제2 파장 영역은 적외선 영역 내의 파장 영역이고, 상기 제2 파장 영역은 상기 제1파장 영역 내의 일부 파장 영역인 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 제4 발명은, 상기 제2 또는 제3 발명으로서, 상기 제2 파장 영역은 상기 막이 사용되는 소정 파장 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 제5 발명은, 상기 제1 내지 제4 중 어느 하나의 발명으로서, 상기 제1 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성 및 상기 제2 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성 중 적어도 한쪽에 기초하여 성막된 각 층의 막 두께를 구하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 제6 발명은, 상기 제1 내지 제4 중 어느 하나의 발명으로서, 상기 제1 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성에 기초하여 성막된 각 층의 막 두께를 구하는 수단과, 상기 막을 구성하는 모든 층이 성막된 상태로 상기 제2 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성 중 적어도 일부 파장 영역의 분광 특성을 나타내는 데이터를 기억하는 기억 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 제7 발명은, 상기 제6 발명으로서, 상기 막을 구성하는 층 중 일부의 층만이 성막된 상태로 상기 제2 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성 중 적어도 일부 파장 영역의 분광 특성을 나타내는 데이터를 기억하는 기억 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 제8 발명은, 상기 제2 발명으로서, 매층 성막 후에, 상기 제1 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성 및 상기 제2 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성 중 어느 한쪽에만 기초하여 최상으로 성막된 층의 막 두께를구하는 수단을 구비하고, 상기 막 두께를 구하는 수단은, 성막된 층의 전체 두께 또는 층수가 소정 두께 이하이거나 또는 소정 층수 이하인 경우에는 상기 제1 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성에만 기초하여 상기 최상으로 성막된 층의 막 두께를 구하고, 성막된 층의 전체 두께 또는 층수가 소정 두께보다 두껍거나 또는 소정 층수보다 많은 경우에는 상기 제2 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성에만 기초하여 상기 최상으로 성막된 층의 막 두께를 구하는 것을 특징으로 하는 것이다.
이 제8 발명에 있어서, 성막된 층의 전체 두께(총 막 두께)로 경우에 따라 분류할 때에는, 상기 소정 두께를 1 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위 내의 소정치(보다 바람직하게는 6 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위 내의 소정치)로 하는 것이 바람직하다. 이것은 이하에 설명하는 이유에 따른다.
매층 성막 후에, 가시 영역 내의 파장 영역의 분광 특성을 측정하는 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성에만 기초하여 최상으로 성막된 층의 막 두께를 구하면, 총 막 두께가 약 10 ㎛를 초과하는 경우에, 특히 막 두께 측정 정밀도가 나빠지는 것이 발견되었다. 이것은 총 막 두께가 두꺼워지면, 막 두께의 측정에 사용되는 분광 투과율 또는 분광 반사율의 파장에 의한 변화가 매우 심해지고, 아주 약간의 파장의 변화에 대해서도 크게 변화하도록 되기 때문이라고 생각된다. 한편, 일반적으로 사용되고 있는 분광기의 파장 분해능은 0.5 ㎚ 정도이며, 막 두께가 10 ㎛ 정도를 초과하는 영역에서 ±0.1 ㎚ 정도의 정밀도로 막 두께를 측정하고자 하면, 0.5 ㎚ 정도의 파장 분해능의 분광기에서는 측정 정밀도가 불충분해지는 것이다.
그러나, 실제로 사용되고 있는 광학 소자에 있어서는, 설계치와 실제치의 차를 ±0.02% 정도로 하지 않으면 안되는 경우가 많고, 또한 통상 얻어지는 분광 투과율계 또는 분광 반사율계의 파장 분해능은 0.5 ㎚ 정도이다. 이것으로부터 생각하여 실제상 필요로 되는 두께 측정 정밀도인 ±O.1 ㎚을 확보하기 위해서는 실험에 의하면, 가시 영역 내의 파장 영역의 분광 특성을 측정하는 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성에만 기초하여 막 두께 측정을 행하는 경우, 적어도 총 막 두께를 10 ㎛ 이하로 억제할 필요가 있다.
한편, 가시 영역 내의 파장 영역의 분광 특성을 측정하는 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성에만 기초하여 막 두께 측정을 행하는 경우, 총 막 두께가 1 ㎛ 미만에서는 ±O.1 ㎚의 측정 정밀도가 충분히 확보되고, 총 막 두께가 1 ㎛ 이상 6 ㎛ 미만에서도 측정 정밀도는 그다지 저하되지 않는다.
따라서, 경우의 기준으로 하는 상기 소정 두께를 1 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위 내의 소정치로 하는 것이 바람직하고, 6 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위 내의 소정치로 하는 것이 보다 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 제9 발명은, 상기 제2 발명으로서, (a) 매층 성막 후에, 상기 제1 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성 및 상기 제2 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성의 양쪽을 합한 전체의 분광 특성에 기초하여 최상으로 성막된 층의 막 두께를 구하는 수단을 구비하고,
(b) 상기 막 두께를 구하는 수단은, 상기 전체의 분광 특성에 의해 상기 최상으로 성막된 층의 두께를 다양하게 가정하여 계산된 대응하는 분광 특성을 피팅시킴으로써, 상기 최상으로 성막된 층의 막 두께를 구하고,
(c) 상기 막 두께를 구하는 수단은, 성막된 층의 전체 두께 또는 층수가 소정 두께 이하이거나 또는 소정 층수 이하인 경우에는 상기 제1 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성을 상기 제2 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성에 비하여 중시하여 상기 피팅을 행하고, 성막된 층의 전체 두께 또는 층수가 소정 두께보다 두껍거나 또는 소정 층수보다 많은 경우에는 상기 제2 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성을 상기 제1 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성에 비하여 중시하여 상기 피팅을 행하는 것을 특징으로 하는 것이다.
이 제9 발명에 있어서, 성막된 층의 전체 두께(총 막 두께)로 경우에 따라 분류할 때에는, 상기 소정 두께를 1 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위 내의 소정치(보다 바람직하게는 6 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위 내의 소정치)로 하는 것이 바람직하다. 이것은, 상기 제8 발명과 관련하여 설명한 이유와 동일한 이유에 따른다.
상기 목적을 달성하기 위한 제10 발명은, 상기 제8 또는 제9 발명으로서, 상기 제2 파장 영역은 상기 막이 사용되는 상기 소정 파장 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 제11 발명은, 상기 제5 내지 제10 중 어느 하나의 발명으로서, 상기 막을 구성하는 층 중 적어도 하나의 층에 대해서 그 층이 최상으로 성막된 상태로 상기 막 두께를 구하는 수단에 의해 구해진 막 두께에 기초하여 그 층 이후에 성막되는 층의 막 두께 설정치를 조정하는 조정 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 제12 발명은, 상기 제1 발명으로서, 상기 제2 파장 영역은 상기 막이 사용되는 소정 파장 영역을 포함하고, 성막된 각 층의 막 두께를 구하는 수단과, 상기 막을 구성하는 층 중 일부의 층만이 성막된 상태로 상기 제2 광학 모니터에 의해 측정된 상기 소정 파장 영역의 분광 특성과 상기 막 두께를 구하는 수단에 의해 구해진 상기 일부 층의 각 층의 막 두께에 기초하여 계산된 분광 특성과의 격차 평가치가 소정의 허용 범위내인지 여부를 판정하는 판정 수단과, 상기 판정 수단에 의해 상기 평가치가 상기 소정의 허용 범위가 아니라고 판정된 경우에 상기 일부 층 이후의 층의 성막을 중지하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 제13 발명은, 기판과, 이 기판 상에 성막된 복수의 층으로 이루어진 광학 박막을 갖는 광학 부재의 제조 방법으로서, 상기 광학 박막을 구성하는 각 층의 막 두께 설정치에 기초하여 상기 각 층을 순차 성막하는 단계와, 성막된 층에 의한 제1 파장 영역의 분광 특성을 측정하는 제1 광학 모니터 및 성막된 층에 의한 제2 파장 영역의 분광 특성을 측정하는 제2 광학 모니터 중 적어도 한쪽의 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성에 기초하여 성막된 각 층의 막 두께를 구하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 제14 발명은, 기판과, 이 기판 상에 성막된 복수의 층으로 이루어진 광학 박막을 갖는 광학 부재의 제조 방법으로서, 상기 광학 박막을 구성하는 각 층의 막 두께 설정치에 기초하여 상기 각 층을 순차 성막하는 단계와, 성막된 층에 의한 제1 파장 영역의 분광 특성을 측정하는 제1 광학 모니터에의해 측정된 분광 특성에 기초하여 성막된 각 층의 막 두께를 구하는 단계와, 상기 광학 박막을 구성하는 모든 층이 성막된 상태로 성막된 층에 의한 상기 제1 파장 영역과 상이한 제2 파장 영역의 분광 특성을 측정하는 제2 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성 중 적어도 일부의 파장 영역의 분광 특성에 기초하여 다음 기판 상에 다음 광학 박막을 형성하기 위해서 이용하는 그 다음 광학 박막을 구성하는 각 층의 상기 막 두께 설정치 또는 성막 조건을 구하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 제15 발명은, 기판과, 이 기판 상에 성막된 복수의 층으로 이루어진 광학 박막을 갖는 광학 부재의 제조 방법으로서, 상기 광학 박막을 구성하는 각 층의 막 두께 설정치에 기초하여 상기 각 층을 순차 성막하는 단계와, 성막된 층에 의한 제1 파장 영역의 분광 특성을 측정하는 제1 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성에 기초하여 성막된 각 층의 막 두께를 구하는 단계와, 상기 광학 박막을 구성하는 층 중 일부의 층만이 성막된 상태 및 상기 광학 박막을 구성하는 모든 층이 성막된 상태로 성막된 층에 의한 상기 제1 파장 영역과 상이한 제2 파장 영역의 분광 특성을 측정하는 제2 광학 모니터에 의해 측정된 각 분광 특성 중 적어도 일부의 파장 영역의 각 분광 특성에 기초하여 다음 기판 상에 다음 광학 박막을 형성하기 위해서 이용하는 그 다음 광학 박막을 구성하는 각 층의 상기 막 두께 설정치 또는 성막 조건을 구하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 제16 발명은, 상기 제13 내지 제15 중 어느 하나의 발명으로서, 상기 광학 박막을 구성하는 층 중 적어도 하나의 층에 대해서, 그층이 최상으로 성막된 상태로 상기 막 두께를 구하는 단계에서 구해진 막 두께에 기초하여 그 층 이후에 성막되는 층의 막 두께 설정치를 조정하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 제17 발명은, 상기 제13 내지 제16 중 어느 하나의 발명으로서, 상기 제1 파장 영역은 가시 영역 내의 파장 영역이고, 상기 제2 파장 영역은 적외선 영역 내의 파장 영역인 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 제18 발명은, 상기 제13 내지 제16 중 어느 하나의 발명으로서, 상기 제1 및 제2 파장 영역은 적외선 영역 내의 파장 영역이고, 상기 제2 파장 영역은 상기 제1 파장 영역 내의 일부 파장 영역인 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 제19 발명은, 상기 제17 또는 제18 발명으로서, 상기 광학 박막은 적외선 영역 내의 소정 파장 영역에서 사용되는 것이고, 상기 제2 파장 영역은 상기 광학 박막이 사용되는 소정 파장 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 제20 발명은, 기판과, 그 기판 상에 성막된 복수의 층으로 이루어진 광학 박막을 갖는 광학 부재의 제조 방법으로서, 상기 제1 내지 제12 중 어느 하나의 발명인 성막 장치를 이용하여 상기 기판 상에 상기 광학 박막을 성막하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명은 기판(substrate) 상에 복수의 층으로 이루어진 막을 성막하는 성막 장치(film forming device) 및 기판과 그 기판 상에 성막된 복수의 층으로 이루어진 광학 박막을 갖는 광학 부재의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 각 실시예인 성막 장치의 회전 테이블을 아래에서 본 상태를 모식적으로 도시한 도면.
도 2는 도 1 중의 A-A'선에 따른 본 발명의 각 실시예인 성막 장치의 주요부를 모식적으로 도시한 개략 단면도.
도 3은 도 1 중의 B-B'선에 따른 본 발명의 각 실시예인 성막 장치의 주요부를 모식적으로 도시한 개략 단면도.
도 4는 본 발명의 각 실시예인 성막 장치를 이용하여 제조되는 광학 부재의 일례를 모식적으로 도시한 개략 단면도.
도 5는 본 발명의 각 실시예인 성막 장치의 제어 계통의 주요부를 도시한 개략 블록도.
도 6은 본 발명의 제1 실시예인 성막 장치의 동작의 일례를 도시한 개략 흐름도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예인 성막 장치의 동작을 도시한 개략 흐름도.
도 8은 본 발명의 제2 실시예인 성막 장치의 동작을 도시한 다른 개략 흐름도.
도 9는 측정 분광 투과율과 계산 분광 투과율의 예를 도시한 도면.
도 10은 1번째 층의 허용 오차 설정의 예를 도시한 도면.
도 11은 15번째 층의 허용 오차 설정의 예를 도시한 도면.
도 12는 40번째 층의 허용 오차 설정의 예를 도시한 도면.
도 13은 파장 550 ㎚의 허용 오차 설정의 예를 도시한 도면.
도 14는 파장 1600 ㎚의 허용 오차 설정의 예를 도시한 도면.
도 15는 허용 오차 설정의 예를 3차원 표기한 도면.
이하, 본 발명에 의한 성막 장치 및 광학 부재의 제조 방법의 실시예 중 최량이라고 생각되는 것에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
[제1 실시예]
도 1은 본 발명의 제1 실시예인 성막 장치의 회전 테이블을 아래에서 본 상태를 모식적으로 도시한 도면이다. 도 2는 도 1 중의 A-A'선에 따른 본 실시예인 성막 장치의 주요부를 모식적으로 도시한 개략 단면도이다. 도 3은 도 1 중의 B-B'선에 따른 본 실시예인 성막 장치의 주요부를 모식적으로 도시한 개략 단면도이다. 도 4는 본 실시예인 성막 장치를 이용하여 제조되는 광학 부재(10)의 일례를 모식적으로 도시한 개략 단면도이다. 도 5는 본 실시예인 성막 장치의 제어 계통의 주요부를 도시한 개략 블록도이다.
본 실시예에 의한 성막 장치의 설명에 앞서, 이 성막 장치를 이용하여 제조되는 광학 부재(10)의 일례에 대해서 설명한다. 본 예에서, 광학 부재(10)는 광통신용이나 우주용이나 위성용 광학 부재 등과 같이 적외선 영역의 소정 파장 영역(실용 파장 영역)에서 사용되는 광학 부재이다. 광학 부재(10)의 실용 파장 영역은 예컨대 1520 ㎚ 내지 1570 ㎚(소위 C 밴드)이다.
이 광학 부재(10)는 예컨대 간섭 필터로서 구성되고, 기판으로서의 유리 등으로 이루어진 투명의 평판인 기판(11)과, 기판(11) 상에 성막된 복수의 층(M1∼Mn; n은 2 이상의 정수)으로 이루어진 광학 박막(12)으로 구성되어 있다. 단, 광학 부재(10)는 간섭 필터에 한정되는 것이 아니라, 렌즈나 프리즘이나 미러등이어도 좋다. 예컨대, 렌즈의 경우에는 기판으로서, 기판(11) 대신에 곡면을 갖는 유리 부재 등이 이용된다.
본 예에서, 층(M1∼Mn)은 고굴절률 물질의 층(예컨대, Nb2O5)과 저굴절률 물질(예컨대, SiO2)과의 교대층으로 되어 있고, 광학 박막(12)은 2 종류의 물질의 교대 층으로 구성되어 있다. 단, 광학 박막(12)은 3 종류 이상의 물질의 층으로 구성하여도 좋다.
광학 부재(10)는 각 층(M1∼Mn)의 재질, 층수(n), 두께를 적절하게 정함으로써, 원하는 광학 특성(이하의 설명에서는, 분광 투과율 특성인 것으로 하지만, 이것에 한정되는 것이 아니라 분광 반사율 특성이나 위상 특성 등이어도 좋음)을 얻을 수 있도록 되어 있다.
본 실시예에 의한 성막 장치는 스퍼터 장치로서 구성되고, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 성막실로서의 진공 챔버(1)와, 진공 챔버(1) 내에 설치된 회전 테이블(2)과, 2개의 스퍼터원(3)(도면에서는 하나만을 도시하고 있음)과, 3개의 광학 모니터(4, 5, 6)를 구비하고 있다.
회전 테이블(2)은 도시하지 않은 모터 등의 액츄에이터에 의해 회전축(7)의 주위에 회전할 수 있도록 되어 있다. 회전 테이블(2)의 하면에는 도시하지 않은 홀더를 통해 광학 부재(10)를 구성해야 할 기판(11) 및 모니터 기판(21)이 회전축(7)을 중심으로 한 동심원 상의 각 위치에 부착되도록 되어 있다. 도 1 내지 도 3에 도시하는 예에서는, 7개의 기판(11)과 1개의 모니터 기판(21)이 회전 테이블(2)에부착되어 있다.
2개의 스퍼터원(3)은 진공 챔버(1)의 하부에 있어서, 회전 테이블(2)의 회전에 따라 기판(11, 21)과 대향할 수 있는 2 지점의 위치에 각각 배치되어 있다. 본 실시예에서, 2개의 스퍼터원(3)은 거기에서 층을 구성하는 성분의 입자가 돌출하여 기판(11) 및 모니터 기판(21)의 표면에 맞닿아 층을 형성한다. 본 실시예에서, 2개의 스퍼터원(3)은 서로 타겟의 재질이 다르며, 전술한 고굴절률 물질 및 저굴절률 물질의 입자가 돌출하도록 되어 있다.
모니터 기판(21)은 예컨대 유리 기판 등의 투명한 평판으로 이루어진다. 전술한 바와 같이 광학 부재(10)의 기판으로서 평판의 기판이 이용되고 있기 때문에, 기판(11) 및 모니터 기판(21)으로서 동일한 기판이 이용되고 있다. 모니터 기판(21)은 막 두께 측정용 더미의 기판(즉, 최종적으로 광학 부재(10)가 되지 않는 기판)이며, 그 위에 성막된 막의 두께를 측정함으로써, 그것과 동일한 조건으로 성막되는 기판(11) 상의 막 두께를 간접적으로 측정하는 것이다. 모니터 기판(21)은 경우에 따라서는 반드시 이용할 필요는 없다. 단, 광학 부재(10)가 렌즈인 경우와 같이, 그 표면이 곡면인 경우에는 그 표면 상의 막 두께를 정확히 측정하는 것이 곤란하기 때문에, 모니터 기판(21)을 이용하는 것이 바람직하다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 진공 챔버(1)의 상면에는 3개의 창(14b, 15b, 16b)이 설치되고, 진공 챔버(1)의 하면에는 3개의 창(14a, 15a, 16a)이 설치된다. 한 쌍의 창(14a, 14b)은 회전 테이블(2)의 회전에 따라 기판(11, 21)이 통과하는 소정의 위치를 사이에 두도록 배치되어 있다. 다른 한 쌍의 창(15a, 15b) 및또 다른 한 쌍의 창(16a, 16b)도 마찬가지로 배치되어 있다.
광학 모니터(4)는 투광기(4a)와, 투광기(4a)로부터 조사되어 창(14a), 기판(11) 또는 모니터 기판(21) 및 창(14b)을 투과한 광을 분광하여 수광하는 수광기(4b)로 구성되고, 기판(11) 또는 모니터 기판(21) 상에 성막된 막에 의한 분광 투과율을 측정할 수 있도록 되어 있다. 마찬가지로, 광학 모니터(5)는 투광기(5a)와, 투광기(5a)로부터 조사되어 창(15a), 기판(11) 또는 모니터 기판(21) 및 창(15b)을 투과한 광을 분광하여 수광하는 수광기(5b)로 구성되고, 기판(11) 또는 모니터 기판(21) 상에 성막된 막에 의한 분광 투과율을 측정할 수 있도록 되어 있다. 마찬가지로, 광학 모니터(6)는 투광기(6a)와, 투광기(6a)로부터 조사되어 창(16a), 기판(11) 또는 모니터 기판(21) 및 창(16b)을 투과한 광을 분광하여 수광하는 수광기(6b)로 구성되고, 기판(11) 또는 모니터 기판(21) 상에 성막된 막에 의한 분광 투과율을 측정할 수 있도록 되어 있다.
광학 모니터(4)는 가시 영역 내의 소정 파장 영역, 예컨대 400 ㎚∼850 ㎚의 분광 투과율을 측정하도록 구성되어 있다. 광학 모니터(5)는 적외선 영역 내의 소정 파장 영역, 예컨대 1000 ㎚ 내지 1700 ㎚의 분광 투과율을 측정하도록 구성되어 있다. 광학 모니터(6)는 광학 부재(10)의 실용 파장 영역(「청구 범위」 및 「발명의 상세한 설명」 란에서 「막이 사용되는 소정 파장 영역」이라고 기재되어 있는 파장 영역에 해당함), 예컨대 1520 ㎚ 내지 1570 ㎚의 분광 투과율을 측정하도록 구성되어 있다. 각 광학 모니터(4∼6)는 각 측정 파장 영역으로 특화하여 구성되어 있다.
본 실시예에서는, 광학 모니터(5)의 측정 파장 영역이 광학 모니터(6)의 측정 파장 영역인 광학 부재(10)의 실용 파장 영역을 포함하고 있기 때문에, 광학 모니터(5)에 의해 광학 부재(10)의 실용 파장 영역을 측정하는 것도 가능하다. 따라서, 광학 모니터(6)를 설치하지 않고서, 광학 모니터(5)에 광학 모니터(6)의 기능도 겸용시키는 것이 가능하다. 그러나, 본 실시예와 같이 광학 모니터(5, 6)를 별개로 구성하면, 광학 모니터(5)의 측정 파장 영역보다 광학 모니터(6)의 측정 파장 영역쪽이 좁기 때문에, 광학 모니터(5)의 분해능에 비하여 광학 모니터(6)의 분해능을 높일 수 있다. 이 때문에, 실용 파장 영역의 분광 투과율을 높은 분해능으로 측정할 수 있어 유리하다. 각 층의 막 두께 결정을 위해 광학 부재(10)의 실용 파장 영역의 분광 투과율을 이용할 수 있는 경우에는, 반대로 광학 모니터(5)를 설치하지 않고서 광학 모니터(6)를 막 두께 모니터용으로서도 이용할 수 있다.
이하의 설명에서는, 편의상 광학 모니터(4)를 가시 영역 광학 모니터, 광학 모니터(5)를 막 두께 측정용 적외선 모니터, 광학 모니터(6)를 실용 파장 영역 적외선 모니터라고 부른다.
본 실시예에 의한 성막 장치는, 도 5에 도시한 바와 같이 후술하는 동작을 실현하기 위해서 장치 전체를 제어하는 동시에 소정의 연산 등을 행하는 예컨대 컴퓨터 등으로 구성되는 제어 ·연산 처리부(17)와, 사용자가 지령이나 데이터 등을 제어 ·연산 처리부(17)에 입력하기 위한 조작부(18)와, CRT 등의 표시부(19)를 구비하고 있다. 제어 ·연산 처리부(17)는 그 내부에 메모리(20)를 갖고 있다. 물론, 내부 메모리(20) 대신에 외부 메모리를 이용하여도 좋다. 또한, 본 실시예에 의한성막 장치는 주지의 성막 장치와 마찬가지로 진공 챔버(1) 내를 진공으로 빼기 위한 펌프나, 진공 챔버(1) 내에 소정의 가스를 공급하는 가스 공급부 등도 구비하고 있지만, 그 설명은 생략한다.
다음에, 본 실시예인 성막 장치의 동작의 일례에 대해서, 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6은 본 실시예인 성막 장치의 동작의 일례를 도시하는 개략 흐름도이다.
회전 테이블(2)에 성막되지 않은 기판(11) 및 모니터 기판(21)을 부착한 상태로 성막을 시작한다.
우선, 사용자가 조작부(18)를 조작하여 초기 설정을 행한다(단계 S1). 이 초기 설정에서는 후술하는 단계 S4의 막 두께 모니터용 광학 측정의 측정 모드를, 가시 영역 측정 모드(막 두께 모니터용 광학 측정을 가시 영역 광학 모니터(4)에 의해 행하는 모드) 및 적외선 영역 측정 모드(막 두께 모니터용 광학 측정을 막 두께 측정용 적외선 모니터(5)에 의해 행하는 모드) 중 어느 것으로 할지의 설정 정보를 입력한다. 또한, 이 초기 설정에서는 사전 설계 등에 따라 미리 구한 광학 부재(10)의 원하는 광학 특성을 얻을 수 있는 각 층(M1∼Mn)의 막 두께 설정치, 재질, 층수 n, 성막 조건 등을 입력한다.
또한, 제어 ·연산 처리부(17)에 광학 박막(12)의 설계 기능을 갖게 하고, 사용자가 원하는 광학 특성을 입력하면, 제어 ·연산 처리부(17)가 그 설계 기능에 의해 각 층(M1∼Mn)의 막 두께 설정치, 재질, 층수 n, 성막 조건 등을 자동적으로 구하도록 하는 것도 가능하다. 또한, 이 초기 설정에서는 어느 층까지 성막되었을때에 후술하는 단계 S6의 실용 파장 영역의 광학 측정을 행할지의 설정 정보 등도 입력해 둔다.
이 층의 선택은 예컨대 전 층(M1∼Mn)으로 하여도 좋고, 최상층(Mn)만으로 하여도 좋으며, 최상층(Mn)과 다른 임의의 하나 이상의 층(예컨대, 소정수 간격의 층)으로 하여도 좋다. 어느 층도 선택하지 않고서, 어느 층에 대해서도 단계 S6의 실용 파장 영역의 광학 측정을 행하지 않는 설정으로 하여도 좋지만, 최저한 최상층(Mn)을 선택하는 것이 바람직하다.
다음에, 제어 ·연산 처리부(17)는 현재의 층이 기판(11)측에서부터 세어 몇 번째 층인지를 나타내는 카운트치 m을 1로 세트한다(단계 S2).
계속해서, 제어 ·연산 처리부(17)의 제어 하에서, m 번째 층의 성막을 그 층에 대하여 설정되어 있는 막 두께 설정치 및 성막 조건 등에 기초하여 예컨대 시간 관리로 행한다(단계 S3). 첫 번째 층(M1)의 경우, 단계 S1에서 설정된 막 두께 설정치에 기초하여 성막되지만, 2번째 이후의 층의 경우, 후술하는 단계 S9에서 막 두께 설정치가 조정되어 있으면 최신으로 조정된 막 두께 설정치에 기초하여 성막된다. 성막 중에는 회전 테이블(2)을 회전시켜, m 번째 층의 재질에 대응하는 스퍼터원(3)에 대응하여 설치된 셔터(도시하지 않음)만을 개방하고, 그 스퍼터원(3)으로부터 입자가 기판(11) 및 모니터 기판(21) 상에 퇴적되도록 한다. m 번째 층의 성막이 종료되면, 상기 셔터가 폐쇄된다.
그 후, 제어 ·연산 처리부(17)의 제어 하에서, 단계 S1에서 설정된 측정 모드로 막 두께 모니터용 광학 측정이 행해진다(단계 S4).
단계 S1에서 가시 영역 측정 모드가 설정된 경우에는, 단계 S4에 있어서, 가시 영역 광학 모니터(4)에 의해 모니터 기판(21) 또는 기판(11)의 전술한 가시 영역 내의 소정 파장 영역의 분광 투과율이 측정되고, 그 데이터가 현재의 카운트치 m과 관련되어 메모리(20)에 기억된다. 가시 영역 광학 모니터(4)에 의한 측정은 회전 테이블(2)이 회전하고 있는 상태로 모니터 기판(21) 또는 기판(11)이 투광기(4a)와 수광기(4b) 사이에 위치하고 있을 때에, 혹은 모니터 기판(21) 또는 기판(11)이 투광기(4a)와 수광기(4b) 사이에 위치한 상태로 회전 테이블(2)을 정지시켜 행해진다.
한편, 단계 S1에서 적외선 영역 측정 모드가 설정된 경우에는, 단계 S4에 있어서, 막 두께 측정용 적외선 모니터(5)에 의해 모니터 기판(21) 또는 기판(11)의 전술한 적외선 영역 내의 소정 파장 영역의 분광 투과율이 측정되고, 그 데이터가 현재의 카운트치 m과 관련되어 메모리(20)에 기억된다. 막 두께 측정용 적외선 모니터(5)에 의한 측정은 회전 테이블(2)이 회전하고 있는 상태로 모니터 기판(21) 또는 기판(11)이 투광기(5a)와 수광기(5b) 사이에 위치하고 있을 때에, 혹은 모니터 기판(21) 또는 기판(11)이 투광기(5a)와 수광기(5b) 사이에 위치한 상태로 회전 테이블(2)을 정지시켜 행해진다.
단계 S4에서는 어느 측정 모드라도 기본적으로 모니터 기판(21) 및 기판(11)의 어느 분광 투과율 특성을 측정하여도 좋다.
또한, 사용자가 각 층마다 임의로 모니터 기판(21) 및 기판(11) 중 어느 하나의 분광 투과율 특성을 측정하는지를 미리 설정할 수 있도록 하여도 좋다.
단계 S4의 막 두께 모니터용 광학 측정이 종료되면, 제어 ·연산 처리부(17)는 단계 S1에서 설정된 설정 정보에 기초하여 현재의 m 번째 층까지 성막되었을 때에(즉, m 번째 층이 최상으로 성막된 상태로), 단계 S6의 실용 파장 영역의 광학 측정을 행하는지 여부를 판정한다(단계 S5). 실용 파장 영역의 광학 측정을 행하지 않는다고 판정하면 단계 S7로 직접 이행하고, 실용 파장 영역의 광학 측정을 행한다고 판정되면, 단계 S6을 거친 후에 단계 S7로 이행한다.
단계 S6에서는, 실용 파장 영역 적외선 모니터(6)에 의해 모니터 기판(21) 또는 기판(11)의 전술한 실용 파장 영역의 분광 투과율이 측정되고, 그 데이터가 메모리(20)에 기억된다. 실용 파장 영역 적외선 모니터(6)에 의한 측정은 회전 테이블(2)이 회전하고 있는 상태로 기판(11)이 투광기(6a)와 수광기(6b) 사이에 위치하고 있을 때에, 혹은 기판(11)이 투광기(6a)와 수광기(6b) 사이에 위치한 상태로 회전 테이블(2)을 정지시켜 행해진다.
단계 S7에 있어서, 제어 ·연산 처리부(17)는 단계 S6에서 측정된 분광 투과율 특성에 기초하여 현재의 m 번째 층의 막 두께를 결정한다. 분광 투과율 특성으로부터 막 두께를 구하는 수법 자체는 공지의 여러 가지 수법이나 후술하는 도 7 중의 단계 S30, S31과 동일한 피팅을 채용할 수 있다.
계속해서, 제어 ·연산 처리부(17)는 m=n인지, 즉 최종층(Mn)까지 성막이 종료되었는지 여부를 판정한다(단계 S8). 종료되어 있지 않으면, m 번째까지의 층의 각 층마다 단계 S6에서 구한 각 막 두께에 기초하여 m+1번째 이후의 층(성막되지 않은 층)의 막 두께 설정치를 최종적으로 얻어지는 광학 부재(10)의 광학 특성이원하는 광학 특성이 되도록 최적화하여 조정한다(단계 S9). 이러한 최적화는 예컨대 공지의 여러 가지 수법에 따라 행할 수 있다. 이 단계 S9에서 조정된 m+1번째 이후의 층의 막 두께 설정치가 m+1번째 이후의 층의 성막시의 단계 S3에 있어서 이용된다. 단계 S9의 조정 후, 층수의 카운트치 m을 1만큼 카운트업하고(단계 S10), 단계 S3으로 되돌아간다.
한편, 단계 S8에 있어서 최종층(Mn)까지 성막이 종료되었다고 판정되면, 메모리(20)에 기억되어 있는 각 단계 S6에서 측정된 실용 파장 영역의 분광 투과율 특성 및 각 단계 S7에서 결정된 각 층의 막 두께가 관련되어 있는 카운트치 m(어느 층이 최상으로 성막될 때의 데이터인지를 나타내는 정보)과 함께, 표시부(19)에 표시되고, 또한 필요에 따라 외부의 퍼스널 컴퓨터 등으로 출력되며(단계 S11), 그 기판(11)에 대한 광학 박막(12)의 성막을 종료한다.
이와 같이 하여 광학 부재(10)를 제조할 수 있다.
그리고, 사용자는 단계 S11에서 표시나 출력된 각 층의 막 두께 및 실용 파장 영역의 분광 투과율 특성에 기초하여 이들과 당초의 각 층의 막 두께 설정치나 광학 부재(10)의 원하는 광학 특성과의 비교 등으로부터 다음 기판(11) 상에 다음 광학 박막(12)을 성막했을 때에 보다 원하는 광학 특성에 가까운 광학 특성을 얻을 수 있도록 다음 기판(11) 상에 다음 광학 박막(12)을 성막할 때에 단계 S1에서 설정하는 각 층의 막 두께 설정치 및 성막 조건을 구한다. 다음 기판(11) 상에 다음 광학 박막(12)을 성막할 때에는, 이와 같이 하여 구한 각 층의 막 두께 설정치 및 성막 조건을 단계 S1에서 설정한다.
이와 같이, 본 실시예에서는, 이번 기판(11) 상에 광학 박막(12)을 성막했을 때에 얻은 정보를 다음 기판(11) 상에 광학 박막(12)을 성막할 때에 단계 S1에서 설정하는 각 층의 막 두께 설정치 및 성막 조건으로 반영시키는 피드백을 사용자가 개재함으로써 행하고 있다.
그러나, 이러한 피드백 기능을 제어 ·연산 처리부(17)에 갖게 해둠으로써, 그 처리의 자동화를 도모하는 것도 가능하다. 이 경우, 예컨대 이번 기판(11) 상에 광학 박막(12)을 성막했을 때에 얻은 정보와, 다음 기판(11) 상에 광학 박막(12)을 성막할 때에 초기적으로 설정해야 할 각 층의 막 두께 설정치 및 성막 조건과의 대응 관계를 나타내는 룩업 테이블 등을 미리 구축해 두고, 제어 ·연산 처리부(17)는 이 룩업 테이블 등을 참조함으로써 전술한 피드백을 행하도록 하면 좋다.
본 실시예에 따르면, 이하에 설명하는 여러 가지 이점을 얻을 수 있다.
첫 번째 이점에 대해서 설명하면, 본 실시예에서는 단계 S4의 막 두께 모니터용 광학 측정의 측정 모드를 어느 측정 모드로 설정한 경우라도 단계 S6에서 적외선 영역 내의 실용 파장 영역의 광학 특성을 행하는 타이밍을 결정하는 층을 단계 S1에서 최상층(Mn)으로 설정해 두면, 최종적으로 광학 박막(12)이 전부 성막된 광학 부재(10)의 적외선 영역 내의 실용 파장 영역의 분광 투과율 특성이 단계 S6에서 측정되기 때문에, 이 정보를 다음 기판(11) 상의 다음 광학 박막(12)의 성막에 반영시키는 피드백을 행하는 것이 가능해진다. 따라서, 보다 정확히 재현된 원하는 광학 특성을 갖는 광학 박막(12)을 얻을 수 있다. 특히, 실용 파장 영역의 광학 특성을 행하는 타이밍을 결정하는 층을 최상층(Mn) 뿐만 아니라 다른 하나 이상의 층으로도 설정해 두면, 도중의 층까지 성막된 단계에서의 실용 파장 영역의 분광 투과율 특성도 측정되고, 이 정보도 다음 기판(11) 상의 다음 광학 박막(12)의 성막에 반영시키는 피드백을 행하는 것이 가능해진다.
이 경우, 한층 더 정확히 재현된 원하는 광학 특성을 갖는 광학 박막(12)을 얻을 수 있다. 더욱이, 본 실시예에서는, 막 두께 측정용 적외선 모니터(5)와는 별개로 실용 파장 영역 적외선 모니터(6)가 설치되기 때문에 실용 파장 영역의 특성을 매우 높은 분해능으로 측정할 수 있다. 따라서, 이 점으로부터도 한층 더 정확히 재현된 원하는 광학 특성을 갖는 광학 박막(12)을 얻는 데에 있어서 유리하다.
이것에 대하여, 종래의 성막 장치에서는 가시 영역 광학 특성밖에 탑재되어 있지 않기 때문에, 광학 부재(10)의 적외선 영역 내의 실용 파장 영역의 광학 특성을 측정할 수 없고, 전술한 바와 같은 실용 파장 영역에서의 정보를 피드백하는 것은 전혀 불가능하였다.
두 번째로, 본 실시예에서는, 단계 S4의 막 두께 모니터용 광학 측정의 측정 모드를 적외선 영역 측정 모드로 설정하면, 전술한 바와 같이 막 두께 모니터용 광학 측정이 막 두께 모니터용 적외선 모니터(5)에 의해 행해지고, 이 측정에 의해 얻어진 적외선 영역의 분광 특성으로부터 각 층의 막 두께가 결정된다. 적외선 영역의 파장은 가시 영역의 파장에 비하여 길기 때문에, 성막된 총 막 두께나 층수가 많아져도 적외선 영역에서는 가시 영역에 비하여 파장 변화에 대하여 크고 또한 급격한 반복 변화가 쉽게 나타나지 않는다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 적외선 영역 측정 모드로 설정하면, 성막된 총막 두께나 층수가 많아져도 종래의 성막 장치와 같이 가시 영역의 분광 특성으로부터 각 층의 막 두께를 구하는 경우에 비하여 보다 정밀하게 각 층의 막 두께를 구할 수 있고, 더 나아가서 정확히 재현된 원하는 광학 특성을 갖는 광학 박막(12)을 얻을 수 있다. 이와 같이, 적외선 영역 측정 모드로 설정한 경우, 성막된 총 막 두께나 층수가 많아져도 각 층의 막 두께를 정밀하게 측정할 수 있기 때문에, 광학 박막(12)의 총 막 두께가 두꺼워도 성막 도중에 모니터 기판(21)을 전혀 교환할 필요가 없게 되거나 혹은 그 교환의 빈도를 저감할 수 있고, 나아가서는 생산성이 대폭 향상된다.
모니터 기판(21)을 전혀 교환할 필요가 없게 되는 경우에는, 예컨대 광학 부재(10)를 구성하는 기판(11)이 평판이라면, 막 두께 모니터용 적외선 모니터(5)에 의해 기판(11)의 분광 특성을 측정하여도 좋다. 이 경우, 모니터 기판(21)을 이용할 필요가 없기 때문에, 보다 생산성을 높일 수 있다.
세 번째로, 본 실시예에서는 단계 S4의 막 두께 모니터용 광학 측정의 측정 모드를 가시 영역 측정 모드로 설정하면, 전술한 바와 같이 막 두께 모니터용 광학 측정이 가시 영역 모니터(4)에 의해 행해지고, 이 측정에 의해 얻어진 가시 영역의 분광 특성으로부터 각 층의 막 두께가 결정된다. 따라서, 광학 박막(12)의 총 막 두께나 층수가 많은 경우, 각 층의 막 두께를 정밀도 좋게 얻기 위해서는 종래의 성막 장치와 마찬가지로 모니터 기판(21)을 성막 도중에 교환할 필요가 있고, 생산성면에서 종래의 성막 장치와 동등하다. 그러나, 가시 영역의 파장은 적외선 영역의 파장보다 짧기 때문에, 성막된 총 막 두께나 층수가 적은 경우에는 가시 영역의분광 특성은 적외선 영역의 분광 특성에 비하여 감도 좋게 측정할 수 있다.
따라서, 가시 영역 측정 모드로 설정하면, 적외선 영역 측정 모드로 설정한 경우에 비하여 광학 박막(12)의 총 막 두께나 층수가 많은 경우에는 생산성은 뒤떨어지지만, 보다 정밀하게 각 층의 막 두께를 얻을 수 있고, 더 나아가서 보다 정확하게 재현된 원하는 광학 특성을 갖는 광학 박막(12)을 얻을 수 있다. 물론, 가시 영역 측정 모드로 설정한 경우에 얻어지는 이점은 상기 종래의 성막 장치에 있어서도 얻어지는 이점이지만, 본 실시예에서의 가시 영역 측정 모드에서는 전술한 첫 번째 이점을 얻을 수 있는 동시에 이 이점을 얻을 수 있는 점에서 그 기술적 의의는 매우 높다.
[제2 실시예]
도 7 및 도 8은 본 발명의 제2 실시예인 성막 장치의 동작을 도시하는 개략 흐름도이다.
본 실시예인 성막 장치가 상기 제1 실시예인 성막 장치와 다른 부분은 상기 제1 실시예에서는 제어 ·연산 처리부(17)가 전술한 도 6에 도시하는 동작을 실현하도록 구성되어 있는 데 반하여 본 실시예에서는 제어 ·연산 처리부(17)가 도 7 및 도 8에 도시하는 동작을 실현하도록 구성되어 있는 점 뿐이며, 다른 점은 상기 제1 실시예와 동일하다. 따라서, 여기서는 도 7 및 도 8에 도시하는 동작에 대해서 설명하고, 다른 설명은 중복하므로 생략한다.
회전 테이블(2)에 성막되지 않은 기판(11) 및 모니터 기판(21)을 부착한 상태로 성막을 시작한다.
우선, 사용자가 조작부(18)를 조작하여, 초기 설정을 행한다(단계 S21). 이 초기 설정에서는 막 두께 결정 모드를 한쪽 파장 영역 사용 모드 및 양쪽 파장 영역 사용 모드 중 어느 것으로 할지의 설정 정보를 입력한다. 여기서, 막 두께 결정 모드란 그 시점에서 최상으로 성막되어 있는 층의 막 두께를 결정하는 방식을 말한다. 또한, 한쪽 파장 영역 사용 모드란 측정 데이터로서, 가시 영역 광학 모니터(4)에 의해 측정된 분광 투과율 및 막 두께 측정용 적외선 모니터(5)에 의해 측정된 분광 투과율 중 어느 한쪽 분광 투과율만을 선택적으로 이용하여 그 층의 막 두께를 결정하는 방식을 말한다. 더욱이, 양쪽 파장 영역 사용 모드란 측정 데이터로서, 가시 영역 광학 모니터(4)에 의해 측정된 분광 투과율 및 막 두께 측정용 적외선 모니터(5)에 의해 측정된 분광 투과율의 양쪽을 이용하여 그 층의 막 두께를 결정하는 방식을 말한다. 또한, 모든 층(M1∼Mn)에 대해서 동일한 막 두께 결정 모드가 적용된다.
또한, 단계 S21의 초기 설정에서는 양쪽 파장 영역 사용 모드에 있어서 이용되는 층 번호 m의 각각에 대응하는 허용 오차 Ti를 설정한다. 이 점에 대해서는 나중에 상세히 설명한다.
더욱이, 단계 S21의 초기 설정에서는, 사전 설계 등에 따라 미리 구한 광학 부재(10)의 원하는 광학 특성을 얻을 수 있는 각 층(M1∼Mn)의 막 두께 설정치, 재질, 층수 n, 성막 조건 등을 입력한다. 또한, 제어 ·연산 처리부(17)에 광학 박막(12)의 설계 기능을 갖게 하여, 사용자가 원하는 광학 특성을 입력하면 제어 ·연산 처리부(17)가 그 설계 기능에 의해 각 층(M1∼Mn)의 막 두께 설정치, 재질,층수 n, 성막 조건 등을 자동적으로 구하도록 하는 것도 가능하다.
게다가, 단계 S21의 초기 설정에서는, 어느 층까지 성막되었을 때에 후술하는 단계 S27의 실용 파장 영역의 광학 측정을 행할지의 설정 정보 등도 입력해 둔다. 이 층의 선택은 예컨대 최상층(Mn) 이외의 임의의 하나 이상의 층(예컨대, 소정수 간격의 층)으로 하여도 좋고, 최상층(Mn)과 다른 임의의 하나 이상의 층으로 하여도 좋으며, 전 층(M1∼Mn)으로 하여도 좋다. 또한, 최상층(Mn)만으로 하여도 좋고, 어느 층도 선택하지 않고, 어느 층에 대해서도 단계 S27의 실용 파장 영역의 광학 측정을 행하지 않는 설정으로 하여도 좋지만, 최저한 최상층(Mn) 이외의 하나의 층을 선택하는 것이 바람직하다.
다음에, 제어 ·연산 처리부(17)는 현재의 층이 기판(11)측에서부터 세어서 몇 번째 층인지(즉, 층 번호)를 나타내는 카운트치 m을 1로 세트한다(단계 S22).
계속해서, 제어 ·연산 처리부(17)의 제어 하에서, m 번째 층의 성막을 그 층에 대하여 설정되어 있는 막 두께 설정치 및 성막 조건 등에 기초하여 예컨대 시간 관리로 행한다(단계 S23). 첫 번째 층 M1의 경우, 단계 S21에서 설정된 막 두께 설정치에 기초하여 성막되지만, 2번째 이후 층의 경우, 후술하는 단계 S39에서 막 두께 설정치가 조정되어 있으면 최신으로 조정된 막 두께 설정치에 기초하여 성막된다. 성막 중에는 회전 테이블(2)을 회전시키고, m 번째 층의 재질에 대응하는 스퍼터원(3)에 대응하여 설치된 셔터(도시하지 않음)만을 개방하여, 그 스퍼터원(3)으로부터의 입자가 기판(11) 및 모니터 기판(21) 상에 퇴적되도록 한다. m번째 층의 성막이 종료되면, 상기 셔터가 폐쇄된다.
그 후, 제어 ·연산 처리부(17)의 제어 하에서, 가시 영역 광학 모니터(4)에 의해 모니터 기판(21) 또는 기판(11)의 전술한 가시 영역 내의 소정 파장 영역의 분광 투과율이 측정되고, 그 데이터가 현재의 카운트치 m과 관련되어 메모리(20)에 기억된다(단계 S24). 가시 영역 광학 모니터(4)에 의한 측정은 회전 테이블(2)이 회전하고 있는 상태로 모니터 기판(21) 또는 기판(11)이 투광기(4a)와 수광기(4b) 사이에 위치하고 있을 때에, 혹은 모니터 기판(21) 또는 기판(11)이 투광기(4a)와 수광기(4b) 사이에 위치한 상태로 회전 테이블(2)을 정지시켜 행해진다.
다음에, 제어 ·연산 처리부(17)의 제어 하에서 막 두께 측정용 적외선 모니터(5)에 의해 모니터 기판(21) 또는 기판(11)의 전술한 적외선 영역 내의 소정 파장 영역의 분광 투과율이 측정되고, 그 데이터가 현재의 카운트치 m과 관련되어 메모리(20)에 기억된다(단계 S25). 막 두께 측정용 적외선 모니터(5)에 의한 측정은 회전 테이블(2)이 회전하고 있는 상태로 모니터 기판(21) 또는 기판(11)이 투광기(5a)와 수광기(5b) 사이에 위치하고 있을 때에, 혹은 모니터 기판(21) 또는 기판(11)이 투광기(5a)와 수광기(5b) 사이에 위치한 상태로 회전 테이블(2)을 정지시켜 행해진다.
계속해서, 제어 ·연산 처리부(17)는 단계 S21에서 설정된 설정 정보에 기초하여 현재의 m 번째 층까지 성막되었을 때에(즉, m 번째 층이 최상으로 성막된 상태로), 단계 S27의 실용 파장 영역의 광학 측정을 행하는지 여부를 판정한다(단계 S26). 실용 파장 영역의 광학 측정을 행하지 않는 것으로 판정되면 단계 S28로 직접 이행하고, 실용 파장 영역의 광학 측정을 행한다고 판정되면, 단계 S27을 거친후에 단계 S28로 이행한다.
단계 S27에서는, 실용 파장 영역 적외선 모니터(6)에 의해 모니터 기판(21) 또는 기판(11)의 전술한 실용 파장 영역의 분광 투과율이 측정되고, 그 데이터가 메모리(20)에 기억된다. 실용 파장 영역 적외선 모니터(6)에 의한 측정은 회전 테이블(2)이 회전하고 있는 상태로 기판(11)이 투광기(6a)와 수광기(6b) 사이에 위치하고 있을 때에, 혹은 기판(11)이 투광기(6a)와 수광기(6b) 사이에 위치한 상태로 회전 테이블(2)을 정지시켜 행해진다.
단계 S28에 있어서, 제어 ·연산 처리부(17)는 단계 S21에서 설정된 막 두께결정 모드가 한쪽 파장 영역 사용 모드인지 양쪽 파장 영역 사용 모드인지를 판정한다. 한쪽 파장 영역 사용 모드라면 단계 S29로 이행하고, 양쪽 파장 영역 사용 모드라면 단계 S32로 이행한다.
단계 S29에 있어서, 제어 ·연산 처리부(17)는 첫 번째에서부터 m 번째까지 층의 총 막 두께가 10 ㎛ 미만인지 여부를 판정한다. 단, 이 시점에서는 m 번째 층의 막 두께는 아직 결정되어 있지 않기 때문에, 이미 단계 S30 또는 단계 S31에 의해 결정된 첫 번째에서부터 m-1 번째까지 층의 각 막 두께와, m 번째 층의 막 두께 설정치의 총 합을 첫 번째에서부터 m 번째까지 층의 총 막 두께로 하여 단계 S29의 판정을 행한다.
단계 S29의 판정 기준치는 10 ㎛로 한정되지 않고, 1 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위 내의 소정치로 하면 바람직하며, 특히 6 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위 내의 소정치로 하면 보다 바람직하다. 이들 값의 근거는 이미 설명한 바와 같다. 단계 S29에서 총 막 두께를 판정하는 대신에 현재까지 성막된 층수(즉, 카운트치)를 판정하여도 좋다. 층수로 판정할 때에는 1층에 대한 막 두께는 그다지 큰 변동을 갖고 있지 않기 때문에, 층수로부터 대략의 총 막 두께는 산출할 수 있다.
따라서, 소정수의 총 막 두께가 되는 층수를 산출하여 층수를 기초로 단계 S29의 판정 기준치를 설정하는 것도 본원 발명의 범위이다. 총 막 두께가 10 ㎛ 미만이면 단계 S30으로 이행하고, 총 막 두께가 10 ㎛ 이상이면 단계 S31로 이행한다.
단계 S30에 있어서, 제어 ·연산 처리부(17)는 단계 S25에서 측정된 적외선 영역의 분광 투과율을 이용하지 않고, 단계 S24에서 측정된 가시 영역의 분광 투과율만을 사용하며, 이 측정된 가시 영역의 분광 투과율에 m 번째 층의 두께를 다양하게 가정하여 계산된 대응하는 분광 투과율을 피팅시킴으로써, m 번째 층의 막 두께를 결정한다.
여기서, 대응하는 분광 투과율은 첫 번째에서부터 m 번째까지 층으로 이루어지는 다층막 모델(박막 모델)의 분광 투과율이다. 이 다층막 모델의 분광 투과율의 계산에 있어서는, 첫 번째에서부터 m-1번째까지 층의 각 막 두께는 이미 단계 S30또는 단계 S31에 의해 결정된 막 두께를 이용한다. 단계 S30이 종료되면, 단계 S34로 이행한다.
여기서, 단계 S25에서 측정된 적외선 영역의 분광 투과율의 일례를 도 9 중에 측정 투과율로서 나타낸다. 또한, 이 측정 투과율에 대응하여 최상층의 막 두께를 어떤 두께로 가정하여 계산한 분광 투과율을 도 9 중에 계산 투과율로서 나타낸다. 도 9에 도시하는 예에서는 가정된 막 두께가 실제의 막 두께에서 상당히 벗어나 있기 때문에, 측정된 분광 투과율과 계산된 분광 투과율이 상당히 벗어나 있다.
측정된 분광 투과율에 대한 계산된 분광 투과율의 피팅에 있어서는, 양자의 격차(반대로 말하면, 피팅 정도)를 평가하는 평가치가 산출된다. 이 평가치는 m 번째 층의 막 두께를 다양하게 가정하여 각 막 두께마다 산출된다. 그리고, 이 평가치 중 가장 격차가 적은 것을 나타내는 평가치(후술하는 메리트치(MF)의 경우에는 최소치)를 산출했을 때에 가정된 막 두께를, m 번째 층의 막 두께라고 결정한다. 이것이 피팅 처리의 구체적인 내용이다.
본 실시예에서는, 단계 S30의 피팅에서 이용하는 평가치로서, 메리트 함수에 의한 메리트치(MF)가 이용되고 있다. 단, 사용할 수 있는 평가치는 메리트치(MF)에 한정되는 것이 아닌 것은 물론이다. 이하의 수학식 1에 메리트치(MF)의 정의를 나타낸다.
이 수학식 1에 있어서, N은 타겟의 총수(측정 투과율 특성 중에서 각 파장의 투과율치의 총수)이다. i는 파장과 1:1로 대응하는 번호로, 어떤 파장에 관한 양에 붙이는 번호이며, 1에서 N까지 중 어느 하나의 값이 될 수 있다. Qtarget은 측정 투과율 특성 중의 투과율치이다. Qcalc는 계산 투과율 특성 중의 투과율치이다. T는 허용오차(이 역수를 일반적으로 무게 요인이라고 부름)이다.
단계 30에서 수학식 1을 적용할 때, 이 수학식 1 중의 Qtarget 1∼Qtarget N은 단계 S24에서 측정된 가시 영역의 분광 투과율 중의 투과율치가 된다. 또한, 본 실시예에서는, 단계 S30에서 메리트치(MF)를 이용하는 경우, 허용 오차 Ti(i는 1∼N)는 전부 1이 되고, 각 투과율치의 데이터는 모두 가중되어 있지 않으며, 이들 데이터는 평등하게 취급된다.
다시 도 7을 참조하면, 단계 S31에 있어서, 제어 ·연산 처리부(17)는 단계 S24에서 측정된 가시 영역의 분광 투과율을 이용하지 않고, 단계 S25에서 측정된 적외선 영역의 분광 투과율만을 사용하며, 이 측정된 적외선 영역의 분광 투과율에, m 번째 층의 두께를 다양하게 가정하여 계산된 대응하는 분광 투과율을 피팅시킴으로써, m 번째 층의 막 두께를 결정한다. 본 실시예에서는, 단계 S31의 처리는 단계 S24에서 측정된 가시 영역의 분광 투과율 대신에 단계 S25에서 측정된 적외선 영역의 분광 투과율을 이용하는 점을 제외하고, 단계 S30의 처리와 같은 처리이다. 단계 31에서 수학식 1을 적용할 때, 이 수학식 1 중의 Qtarget 1∼Qtarget N은 단계 S25에서 측정된 적외선 영역의 분광 투과율 중의 투과율치가 된다. 단계 S31이 종료되면 단계 S34로 이행한다.
단계 S21에서 설정된 막 두께 결정 모드가 양쪽 파장 영역 사용 모드의 경우에는 단계 S32에 있어서 제어 ·연산 처리부(17)는 단계 S21에서 설정된 허용 오차중으로부터 현재의 층 번호 m(이 층 번호 m은 현재 성막되어 있는 층수를 나타내게 됨)에 따른 허용 오차 Ti를 결정한다.
그 후, 단계 S33에 있어서, 제어 ·연산 처리부(17)는 단계 S24에서 측정된 가시 영역의 분광 투과율 및 단계 S25에서 측정된 적외선 영역의 분광 투과율의 양쪽을 합한 전체의 분광 투과율을 사용하고, 이 측정된 전체의 분광 투과율에 m 번째 층의 두께를 다양하게 가정하여 계산된 대응하는 분광 투과율을 피팅시킴으로써, m 번째 층의 막 두께를 결정한다. 단계 S33이 종료되면, 단계 S34로 이행한다.
본 실시예에서는, 단계 S33의 피팅에 있어서도 평가치로서 메리트치(MF)가 이용된다. 단계 33에서 수학식 1을 적용할 때, 이 수학식 1 중의 Qtarget 1∼Qtarget N은 단계 S24에서 측정된 가시 영역의 분광 투과율 중의 투과율치 및 단계 S25에서 측정된 적외선 영역의 분광 투과율 중의 투과율치가 된다.
단계 S30 및 S31에서, 허용 오차 Ti(i는 1∼N)은 전부 1이 되고, 각 투과율치의 데이터는 모두 가중되고 있지 않았다. 이것에 대하여, 단계 S33에서는 단계 S32에서 결정된 허용 오차 Ti가 이용되고, 단계 S21에서 층 번호 m의 각각에 대한 허용 오차 Ti를 적절하게 설정해 둠으로써, 각 투과율치의 데이터에 가중이 이루어지고 있다. 본 실시예에서 현재 성막되어 있는 층수 m이 소정 층수 이하인 경우에는, 단계 S24에서 측정된 가시 영역의 분광 투과율을 단계 S25에서 측정된 적외선 영역의 분광 투과율에 비하여 중시하여 피팅이 단계 S33에서 행해지도록 또한 현재 성막되어 있는 층수 m이 소정 층수보다 많은 경우에는 단계 S25에서 측정된 적외선영역의 분광 투과율을 단계 S24에서 측정된 가시 영역의 분광 투과율에 비하여 중시하여 피팅이 단계 S33에서 행해지도록 단계 S21에서 층수 m의 각각에 대한 허용 오차 Ti가 설정되어 있다. 여기서, 중시한다라고 하는 것은 상기 평가치에 대한 그 데이터의 무게를 무겁게 하는 것이고, 평가치가 메리트치(MF)인 경우에는 허용 오차를 상대적으로 작게 하는 것이다.
여기서, 단계 S21에서의 층수 m의 각각에 대한 허용 오차 Ti의 설정의 구체예에 대해서 허용 오차 설정의 의의에 대한 설명을 개입시키면서 설명한다.
이하에 설명하는 구체예에서는 가시 영역 광학 모니터(4)와 막 두께 측정용 적외선 모니터(5)로 얻는 전체의 투과율 특성의 파장 범위는 400 ㎚에서 1750 ㎚이다. 얻어진 투과율 특성에 피팅하여 막 두께를 결정할 때에 사용하는 메리트 함수(수학식 1) 중의 허용 오차를 적극적으로 제어한다. 허용 오차는 각 파장마다 투과율 특성치에 대하여 설정할 수 있기 때문에, 허용 오차를 상대적으로 작게 하는 것은 그 파장에서의 투과율 측정치로의 피팅 정도를 높이고 싶다고 하는 것을 의미한다. 그 반대로, 허용 오차를 상대적으로 크게 하는 것은 그 파장에서의 투과율 측정치로의 피팅 정도가 다소 나빠도 좋다는 것을 의미한다.
예컨대, 모니터 기판(21) 또는 기판(11) 상의 다층막의 총 막 두께가 그다지 두껍지 않을 때에는 가시 영역 광학 모니터(4)로 얻은 가시 영역 투과율 특성을 중시하기 때문에, 가시 영역의 허용 오차를 적외선 영역의 허용 오차보다도 작게 한다. 모니터 기판(21) 또는 기판(11) 상의 다층막의 총 막 두께가 두꺼워짐에 따라 가시 영역의 허용 오차를 크게 해 나가고, 적외선 영역의 허용 오차를 작게 해 나간다. 이와 같이 해 나감으로써, 주로 광학 모니터의 분해능에 기인하는 오차를 억제할 수 있고, 막 두께 결정 정밀도를 떨어뜨리지 않고서 성막을 계속할 수 있다.
실제로 모니터 기판(21) 상에 각 층의 두께가 전부 거의 동일한 정도의 41층막(층막 두께는 약 15 마이크론)을 성막하는 경우의 허용 오차 설정치는 파장에 대하여 선형으로 변화되는 것을 이용하였다. 1층째, 15층째, 40층째의 허용 오차 설정을 도 10, 도 11 및 도 12에 나타낸다. 또한, 파장 550 ㎚에서의 층 번호에 대한 허용 오차 설정을 도 13에 나타내고, 파장 1600 ㎚에서의 층 번호에 대한 허용 오차 설정을 도 14에 나타낸다.
도 15는 이들 허용 오차 설정을 종합적으로 3차원 표기한 도면이다. 층이 진행함에 따라 허용 오차대 파장의 1차식의 기울기를 변경함으로써, 모니터 기판(21) 상의 다층막의 총 막 두께가 두꺼워짐에 따라 막 두께 결정에 있어서 가시 영역 투과율 특성 중시로부터 적외선 영역 투과율 특성 중시로 변화시킬 수 있다. 여기서 나타낸 허용 오차를 선형으로 변화시키는 것은 하나의 예에 불과하고, 변화시키는 방법은 다층막의 막 구성이나 광학 모니터의 형편 등에 따라 가장 알맞은 형태로 변화시키는 것은 물론이다.
다시 흐름도의 설명으로 되돌아가면, 단계 S34에 있어서, 제어 ·연산 처리부(17)는 현재의 m 번째 층까지 성막되었을 때에(즉, m 번째 층이 최상으로 성막된 상태로), 이미 단계 S27의 실용 파장 영역의 광학 측정을 행했는지 여부를 판정한다. 실용 파장 영역의 광학 측정을 행한 경우에는 단계 S35로 이행하고, 실용 파장 영역의 광학 측정을 행하고 있지 않은 경우에는 단계 S38로 이행한다.
단계 S35에 있어서, 제어 ·연산 처리부(17)는 단계 S27에서 측정된 실용 파장 영역의 분광 투과율과 계산된 대응하는 분광 투과율과의 격차의 평가치를 산출한다. 여기서, 대응하는 분광 투과율은 첫 번째에서부터 m 번째까지 층으로 이루어지는 다층막 모델(박막 모델)의 분광 투과율이다. 이 다층막 모델의 분광 투과율의 계산에 있어서는, 첫 번째에서부터 m 번째까지 층의 각 막 두께로서, 이미 단계 S30, S31 또는 S33에 의해 결정된 막 두께를 이용한다.
단계 S35에 있어서 산출하는 평가치로서는, 예컨대 메리트치(MF)로 할 수 있다. 평가치를 메리트치(MF)로 하는 경우, 가중시키는 의의는 특별히 없기 때문에, 허용 오차 Ti(i는 1∼N)는 전부 1로 하면 좋다. 단계 34에서 수학식 1을 적용할 때, 이 수학식 1 중의 Qtarget 1∼Qtarget N은 단계 S27에서 측정된 실용 파장 영역의 분광 투과율 중의 투과율치가 된다.
그 후, 제어 ·연산 처리부(17)는 단계 S35에서 산출된 평가치가 허용 범위 이내인지 여부를 판정한다(단계 S36). 허용 범위 이내라면, 단계 S38로 이행한다. 한편, 허용 범위 이내가 아니면, 메모리(20)에 기억되어 있는 각 단계 S27에서 측정된 실용 파장 영역의 분광 투과율 특성 및 각 단계 S30, S31, S33에서 결정된 각 층의 막 두께가 관련되어 있는 카운트치 m(어느 층이 최상으로 성막되었을 때의 데이터인지를 나타내는 정보)과 함께 표시부(19)에 표시되고, 또한 필요에 따라 외부의 퍼스널 컴퓨터 등으로 출력되며(단계 S37), 성막이 중지된다. 따라서, m 번째 층이 도중의 층이라도 m+1번째 이후의 성막은 행해지지 않는다.
이와 같이 성막이 도중에서 중지된 경우, 사용자는 예컨대 단계 S30, S31, S33에서 계산하는 다층막 모델의 조건의 하나인 굴절률 분산 데이터를 적절하게 조정하고, 다음 기판(11) 상에 다음 광학 박막(12)을 성막한다.
단계 S38에 있어서, 제어 ·연산 처리부(17)는 m=n인지, 즉 최종층(Mn)까지 성막이 종료되었는지 여부를 판정한다. 종료되어 있지 않으면, m 번째까지 층의 각 층마다 단계 S30, S31 또는 S33에서 구해진 각 막 두께에 기초하여 m+1번째 이후의 층(성막되지 않은 층)의 막 두께 설정치를 최종적으로 얻어지는 광학 부재(10)의 광학 특성이 원하는 광학 특성이 되도록 최적화하여 조정한다(단계 S39). 이러한 최적화는 예컨대 공지의 여러 가지 수법에 따라 행할 수 있다. 이 단계 S39에서 조정된 m+1번째 이후의 층의 막 두께 설정치가 m+1번째 이후의 층의 성막시의 단계 S23에 있어서 이용된다. 단계 S39의 조정 후, 층수의 카운트치 m을 1만큼 카운트업하고(단계 S40), 단계 S23으로 되돌아간다.
한편, 단계 S38에 있어서 최종층(Mn)까지 성막이 종료되었다고 판정되면, 단계 S41에 있어서 단계 S37과 동일한 처리가 행해진 후, 그 기판(11)에 대한 광학 박막(12)의 성막을 종료한다.
이와 같이 하여 광학 부재(10)를 제조할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 제1 실시예와 동일한 이점을 얻을 수 있는 것 외에, 다음의 이점도 얻을 수 있다.
본 실시예에 따르면, 한쪽 파장 영역 사용 모드의 경우, 총 막 두께가 10 ㎛ 미만일 때에는, 가시 영역 광학 모니터(4)로 측정된 가시 영역의 분광 투과율에 기초하여 각 층의 막 두께가 결정되는 한편, 총 막 두께가 10 ㎛ 이상일 때에는, 막 두께 측정용 적외선 모니터(5)로 측정된 적외선 영역의 분광 투과율에 기초하여 각 층의 막 두께가 결정된다. 적외선 영역의 파장은 가시 영역의 파장에 비하여 길기 때문에, 성막된 총 막 두께나 층수가 많아져도 적외선 영역에서는 가시 영역에 비하여 파장의 변화에 대하여 크고 또한 급격한 반복 변화가 쉽게 나타나지 않는다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 적외선 영역 측정 모드로 설정하면, 성막된 총 막 두께나 층수가 많아져도 종래의 성막 장치와 같이 가시 영역의 분광 특성으로부터 각 층의 막 두께를 구하는 경우에 비하여 보다 정밀하게 각 층의 막 두께를 구할 수 있고, 더 나아가서 정확히 재현된 원하는 광학 특성을 갖는 광학 박막(12)을 얻을 수 있다. 이와 같이, 성막된 총 막 두께나 층수가 많아져도 각 층의 막 두께를 정밀하게 측정할 수 있기 때문에, 광학 박막(12)의 총 막 두께가 두꺼워도 성막 도중에 모니터 기판(21)을 전혀 교환할 필요가 없게 되거나 혹은 그 교환의 빈도를 저감할 수 있고, 더 나아가서 생산성이 대폭 향상된다. 모니터 기판(21)을 전혀 교환할 필요가 없게 되는 경우에는, 예컨대 광학 부재(10)를 구성하는 기판(11)이 평판이라면, 막 두께 모니터용 적외선 모니터(5)에 의해 기판(11)의 분광 특성을 측정하여도 좋다. 이 경우, 모니터 기판(21)을 이용할 필요가 없기 때문에, 보다 생산성을 높일 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 양쪽 파장 영역 사용 모드의 경우, 성막된 층수가 소정 층수 이하인 경우에는, 가시 영역 광학 모니터(4)로 측정된 가시 영역의 분광 투과율을 막 두께 측정용 적외선 모니터(5)에 의해 측정된 분광 투과율에 비하여중시하여 피팅을 행하고, 성막된 층수가 소정의 층수보다 많은 경우에는 막 두께 측정용 적외선 모니터(5)에 의해 측정된 분광 투과율을 가시 영역 광학 모니터(4)에 의해 측정된 분광 투과율에 비하여 중시하여 피팅을 행한다.
이 때문에, 양쪽 파장 영역 사용 모드의 경우에도, 한쪽 파장 영역 사용 모드의 경우와 기본적으로 동일한 이점을 얻을 수 있다. 양쪽 파장 영역 사용 모드의 경우에는, 한쪽 파장 영역 사용 모드의 경우와 달리, 가시 영역의 분광 투과율의 사용과 적외선 영역의 분광 투과율의 사용을 완전히 전환하는 것이 아니라, 양자의 기여 정도를 허용 오차를 적절하게 설정함으로써 자유롭게 바꿀 수 있다. 따라서, 양쪽 파장 영역 사용 모드의 경우의 쪽이 한쪽 파장 영역 사용 모드의 경우에 비하여 보다 높은 정밀도로 막 두께를 결정할 수 있다.
더욱이, 본 실시예에서는, 단계 S35, S36의 처리를 행하여, 실용 파장 영역의 분광 투과율과 계산된 대응하는 분광 투과율과의 격차의 평가치가 허용 범위를 초과하고 있는 경우에는, 도중의 층까지 성막한 것만으로 나머지 층의 성막이 중지된다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 다층막을 성막해 나가는 도중의 단계에서 최종적으로 얻어지는 광학 다층막의 성능이 요구를 만족할 가능성이 없는 것인지를 체크할 수 있어, 가능성이 없는 경우에 쓸데없이 나머지 층을 최후까지 성막해 버린다고 하는 사태를 회피할 수 있다. 이 때문에, 본 발명에 따르면, 생산 효율이 대폭 향상된다.
이상, 본 발명의 각 실시예에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
예컨대, 상기 적외선 영역 측정 모드만을 항상 행하도록, 상기 제1 실시예를 변형하여도 좋다. 이 경우, 가시 영역 광학 모니터(4)를 제거할 수 있다.
또한, 상기 가시 영역 측정 모드만을 항상 행하도록 상기 제1 실시예를 변형하여도 좋다. 이 경우, 막 두께 모니터용 적외선 모니터(5)를 제거할 수 있다.
더욱이, 한쪽 파장 영역 사용 모드 및 양쪽 파장 영역 사용 모드 중 어느 한쪽만을 항상 행하도록 상기 제2 실시예를 변형하여도 좋다.
또한, 상기 제2 실시예에 있어서, 도 7 중의 단계 S21에서 허용 오차 Ti를 각 총 막 두께에 대하여 설정해 두고, 단계 S32에서 총 막 두께에 따른 허용 오차 Ti를 결정하도록 하여도 좋다.
더욱이, 상기 제1 및 제2 실시예에서, 광학 모니터(4∼6)는 전부 분광 투과율을 측정하는 것이었지만, 광학 모니터(4∼6) 중 적어도 하나는 분광 반사율을 측정하는 것이어도 좋다.
게다가, 상기 제1 및 제2 실시예는 스퍼터 장치의 예를 설명하였지만, 본 발명은 진공 증착 장치 등의 다른 성막 장치에도 적용할 수 있다.
본 발명의 성막 장치는 광학 박막 등의 성막에 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 광학 부재의 제조 방법은 광학 박막을 갖는 광학 부재를 제조하기 위해서 이용할 수 있다.

Claims (33)

  1. 기판 상에 복수의 층으로 이루어진 막을 성막하는 성막 장치로서,
    성막된 층에 의한 제1 파장 영역의 분광 특성을 측정하는 제1 광학 모니터와;
    성막된 층에 의한 제2 파장 영역의 분광 특성을 측정하는 제2 광학 모니터
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 파장 영역은 가시 영역 내의 파장 영역이고, 상기 제2 파장 영역은 적외선 영역 내의 파장 영역인 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 파장 영역은 상기 막이 사용되는 소정 파장 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 파장 영역은 적외선 영역 내의 파장 영역이고, 상기 제2 파장 영역은 상기 제1 파장 영역 내의 일부의 파장 영역인 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 파장 영역은 상기 막이 사용되는 소정 파장 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성 및 상기 제2 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성 중 적어도 한쪽에 기초하여 성막된 각 층의 막 두께를 구하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성에 기초하여 성막된 각 층의 막 두께를 구하는 수단과, 상기 막을 구성하는 모든 층이 성막된 상태로 상기 제2 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성 중 적어도 일부의 파장 영역의 분광 특성을 나타내는 데이터를 기억하는 기억 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 막을 구성하는 층 중 일부의 층만이 성막된 상태로 상기 제2 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성 중 적어도 일부의 파장 영역의 분광 특성을 나타내는 데이터를 기억하는 기억 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  9. 제2항에 있어서, 매층 성막 후에, 상기 제1 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성 및 상기 제2 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성 중 어느 한쪽에만 기초하여 최상으로 성막된 층의 막 두께를 구하는 수단을 구비하고,
    상기 막 두께를 구하는 수단은, 성막된 층의 전체 두께 또는 층수가 소정 두께 이하이거나 또는 소정 층수 이하인 경우에는 상기 제1 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성에만 기초하여 상기 최상으로 성막된 층의 막 두께를 구하며, 성막된 층의 전체 두께 또는 층수가 소정 두께보다 두껍거나 또는 소정 층수보다 많은 경우에는 상기 제2 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성에만 기초하여 상기 최상으로 성막된 층의 막 두께를 구하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 파장 영역은 상기 막이 사용되는 소정 파장 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  11. 제2항에 있어서, 매층 성막 후에, 상기 제1 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성 및 상기 제2 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성의 양쪽을 합한 전체의 분광 특성에 기초하여 최상으로 성막된 층의 막 두께를 구하는 수단을 구비하고,
    상기 막 두께를 구하는 수단은, 상기 전체의 분광 특성에 의해 상기 최상으로 성막된 층의 두께를 다양하게 가정하여 계산된 대응하는 분광 특성을 피팅시킴으로써 상기 최상으로 성막된 층의 막 두께를 구하며, 상기 막 두께를 구하는 수단은 성막된 층의 전체 두께 또는 층수가 소정 두께 이하이거나 또는 소정 층수 이하인 경우에는 상기 제1 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성을 상기 제2 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성에 비하여 중시하여 상기 피팅을 행하고, 성막된 층의 전체 두께 또는 층수가 소정 두께보다 두껍거나 또는 소정 층수보다 많은 경우에는 상기 제2 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성을 상기 제1 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성에 비하여 중시하여 상기 피팅을 행하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2 파장 영역은 상기 막이 사용되는 소정 파장 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  13. 제6항에 있어서, 상기 막을 구성하는 층 중 적어도 하나의 층에 대해서, 그 층이 최상으로 성막된 상태로 상기 막 두께를 구하는 수단에 의해 구한 막 두께에 기초하여 그 층 이후에 성막되는 층의 막 두께 설정치를 조정하는 조정 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제2 파장 영역은 상기 막이 사용되는 소정 파장 영역을 포함하고, 성막된 각 층의 막 두께를 구하는 수단과, 상기 막을 구성하는 층 중 일부의 층만이 성막된 상태로 상기 제2 광학 모니터에 의해 측정된 상기 소정 파장 영역의 분광 특성과 상기 막 두께를 구하는 수단에 의해 구한 상기 일부의 층의 각 층의 막 두께에 기초하여 계산된 분광 특성과의 격차의 평가치가 소정의 허용 범위 이내인지의 여부를 판정하는 판정 수단과, 상기 판정 수단에 의해 상기 평가치가 상기 소정의 허용 범위 이내가 아니라고 판정된 경우에 상기 일부의 층 이후의 층의 성막을 중지하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  15. 기판과, 이 기판 상에 성막된 복수의 층으로 이루어진 광학 박막을 갖는 광학 부재의 제조 방법으로서,
    상기 광학 박막을 구성하는 각 층의 막 두께 설정치에 기초하여 상기 각 층을 순차 성막하는 단계와;
    성막된 층에 의한 제1 파장 영역의 분광 특성을 측정하는 제1 광학 모니터 및 성막된 층에 의한 제2 파장 영역의 분광 특성을 측정하는 제2 광학 모니터 중 적어도 한쪽의 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성에 기초하여 성막된 각 층의 막 두께를 구하는 단계
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 부재의 제조 방법.
  16. 기판과, 이 기판 상에 성막된 복수의 층으로 이루어진 광학 박막을 갖는 광학 부재의 제조 방법으로서,
    상기 광학 박막을 구성하는 각 층의 막 두께 설정치에 기초하여 상기 각 층을 순차 성막하는 단계와;
    성막된 층에 의한 제1 파장 영역의 분광 특성을 측정하는 제1 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성에 기초하여 성막된 각 층의 막 두께를 구하는 단계와;
    상기 광학 박막을 구성하는 모든 층이 성막된 상태로 성막된 층에 의한 상기 제1 파장 영역과 상이한 제2 파장 영역의 분광 특성을 측정하는 제2 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성 중 적어도 일부의 파장 영역의 분광 특성에 기초하여 다음 기판 상에 다음 광학 박막을 형성하기 위해서 이용하는 그 다음 광학 박막을 구성하는 각 층의 상기 막 두께 설정치 또는 성막 조건을 구하는 단계
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 부재의 제조 방법.
  17. 기판과, 이 기판 상에 성막된 복수의 층으로 이루어진 광학 박막을 갖는 광학 부재의 제조 방법으로서,
    상기 광학 박막을 구성하는 각 층의 막 두께 설정치에 기초하여 상기 각 층을 순차 성막하는 단계와;
    성막된 층에 의한 제1 파장 영역의 분광 특성을 측정하는 제1 광학 모니터에 의해 측정된 분광 특성에 기초하여 성막된 각 층의 막 두께를 구하는 단계와;
    상기 광학 박막을 구성하는 층 중 일부의 층만이 성막된 상태 및 상기 광학 박막을 구성하는 모든 층이 성막된 상태로 성막된 층에 의한 상기 제1 파장 영역과 상이한 제2 파장 영역의 분광 특성을 측정하는 제2 광학 모니터에 의해 측정된 각 분광 특성 중 적어도 일부의 파장 영역의 각 분광 특성에 기초하여 다음 기판 상에 다음 광학 박막을 형성하기 위해서 이용하는 그 다음 광학 박막을 구성하는 각 층의 상기 막 두께 설정치 또는 성막 조건을 구하는 단계
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 부재의 제조 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 광학 박막을 구성하는 층 중 적어도 하나의 층에 대해서 그 층이 최상으로 성막된 상태로 상기 막 두께를 구하는 단계에서 구해진 막 두께에 기초하여 그 층 이후에 성막되는 층의 막 두께 설정치를 조정하는 단계를구비하는 것을 특징으로 하는 광학 부재의 제조 방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 제1 파장 영역은 가시 영역 내의 파장 영역이고, 상기 제2 파장 영역은 적외선 영역 내의 파장 영역인 것을 특징으로 하는 광학 부재의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 광학 박막은 적외선 영역 내의 소정 파장 영역에서 사용되는 것이고, 상기 제2 파장 영역은 상기 광학 박막이 사용되는 소정 파장 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 부재의 제조 방법.
  21. 제15항에 있어서, 상기 제1 및 제2 파장 영역은 적외선 영역 내의 파장 영역이고, 상기 제2 파장 영역은 상기 제1 파장 영역 내의 일부 파장 영역인 것을 특징으로 하는 광학 부재의 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 광학 박막은 적외선 영역 내의 소정 파장 영역에서 사용되는 것이고, 상기 제2 파장 영역은 상기 광학 박막이 사용되는 소정 파장 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 부재의 제조 방법.
  23. 제16항에 있어서, 상기 광학 박막을 구성하는 층 중 적어도 하나의 층에 대해서 그 층이 최상으로 성막된 상태로 상기 막 두께를 구하는 단계에서 구해진 막두께에 기초하여 그 층 이후에 성막되는 층의 막 두께 설정치를 조정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 부재의 제조 방법.
  24. 제16항에 있어서, 상기 제1 파장 영역은 가시 영역 내의 파장 영역이고, 상기 제2 파장 영역은 적외선 영역 내의 파장 영역인 것을 특징으로 하는 광학 부재의 제조 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 광학 박막은 적외선 영역 내의 소정 파장 영역에서 사용되는 것이고, 상기 제2 파장 영역은 상기 광학 박막이 사용되는 소정 파장 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 부재의 제조 방법.
  26. 제16항에 있어서, 상기 제1 및 제2 파장 영역은 적외선 영역 내의 파장 영역이고, 상기 제2 파장 영역은 상기 제1 파장 영역 내의 일부 파장 영역인 것을 특징으로 하는 광학 부재의 제조 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 광학 박막은 적외선 영역 내의 소정 파장 영역에서 사용되는 것이고, 상기 제2 파장 영역은 상기 광학 박막이 사용되는 소정 파장 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 부재의 제조 방법.
  28. 제17항에 있어서, 상기 광학 박막을 구성하는 층 중 적어도 하나의 층에 대해서 그 층이 최상으로 성막된 상태로 상기 막 두께를 구하는 단계에서 구해진 막 두께에 기초하여 그 층 이후에 성막되는 층의 막 두께 설정치를 조정하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 광학 부재의 제조 방법.
  29. 제17항에 있어서, 상기 제1 파장 영역은 가시 영역 내의 파장 영역이고, 상기 제2 파장 영역은 적외선 영역 내의 파장 영역인 것을 특징으로 하는 광학 부재의 제조 방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 광학 박막은 적외선 영역 내의 소정 파장 영역에서 사용되는 것이고, 상기 제2 파장 영역은 상기 광학 박막이 사용되는 소정 파장 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 부재의 제조 방법.
  31. 제17항에 있어서, 상기 제1 및 제2 파장 영역은 적외선 영역 내의 파장 영역이고, 상기 제2 파장 영역은 상기 제1 파장 영역 내의 일부 파장 영역인 것을 특징으로 하는 광학 부재의 제조 방법.
  32. 제31항에 있어서, 상기 광학 박막은 적외선 영역 내의 소정 파장 영역에서 사용되는 것이고, 상기 제2 파장 영역은 상기 광학 박막이 사용되는 소정 파장 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 부재의 제조 방법.
  33. 기판과, 이 기판 상에 성막된 복수의 층으로 이루어진 광학 박막을 갖는 광학 부재의 제조 방법으로서, 청구항 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 성막 장치를 이용하여 상기 기판 상에 상기 광학 박막을 성막하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 부재의 제조 방법.
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