JP7715411B2 - Optical thin film forming apparatus and method - Google Patents
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Description
本発明は、光学薄膜形成装置および方法に関し、特に、多層光学薄膜におけるFOM制御による最適膜厚制御装置を採用した光学薄膜形成装置および方法に関する。 The present invention relates to an optical thin film forming apparatus and method, and in particular to an optical thin film forming apparatus and method that employs an optimal film thickness control device using FOM control for multilayer optical thin films.
光学機器分野において幅広く応用されている光学薄膜として、基材上に複数の光学薄膜が重ねられた積層構造の多層光学薄膜が知られている。 A type of optical thin film widely used in the field of optical equipment is a multilayer optical thin film, which has a layered structure in which multiple optical thin films are stacked on a substrate.
多層光学薄膜における成膜制御として、直視ブロードバンドモニタリング(BBM)が知られている。そして、直視ブロードバンドモニタリング(BBM)における一般的な制御方式の1つにFigure-of-Merit(FOM)制御がある。 Direct-view broadband monitoring (BBM) is known as a method for controlling the deposition of multilayer optical thin films. One of the common control methods used in direct-view broadband monitoring (BBM) is figure-of-merit (FOM) control.
そのFigure-of-Merit(FOM)制御で使用されるFOM関数は、成膜中のスペクトラム測定値と各層の設計スペクトラムの差の積分を取る評価関数である。
そして、このFOM関数が最小になる時間で成膜停止して、各層の膜厚を最適化する制御が、FOM制御となっており、この評価関数の最小値を与える膜厚構成が最適な解であるとして、このFOM関数の最小値を求めている(例えば、文献1参照)。
The FOM function used in the Figure-of-Merit (FOM) control is an evaluation function that takes the integral of the difference between the spectrum measured during film formation and the design spectrum of each layer.
The FOM control is a control that stops film formation at the time when this FOM function is minimized and optimizes the film thickness of each layer.The film thickness configuration that gives the minimum value of this evaluation function is considered to be the optimal solution, and the minimum value of this FOM function is obtained (see, for example, Reference 1).
しかしながら、上述のような従来のFOM関数が最小になる時間で成膜停止して、各層の膜厚を最適化するFOM制御では、以下のような2つの問題点があった。
すなわち、1つ目の問題点は、FOM関数が最小になる時間で成膜停止して、各層の膜厚を最適化するためには、最小点となる時間を少し行きすぎなければ、どこがFOM最小時間なのか判断出来ないことである。
従って、最小点となる時間を少し行きすぎてしまうため、最適膜厚よりも常に少しオーバーコーティングすることになり系統誤差が生じる。
However, the conventional FOM control described above, which stops film formation at the time when the FOM function is minimized and optimizes the film thickness of each layer, has the following two problems.
In other words, the first problem is that in order to stop deposition at the time when the FOM function is at its minimum and optimize the film thickness of each layer, it is necessary to go slightly past the time at which the FOM function is at its minimum, in order to determine when the FOM function is at its minimum.
Therefore, the time at which the minimum point occurs is slightly exceeded, resulting in a systematic error, as the film thickness is always slightly overcoated rather than the optimum film thickness.
2つ目の問題点は、FOM関数の計算に対する直視ブロードバンドモニタリング(BBM)光学系の測定ノイズが生じてしまい、その悪影響が無視できないことである。
すなわち、各時間点ごとにFOM関数を独立に計算するので、時間方向の情報を活用出来ず、それよって各時間の光学系の測定ノイズが直接的に偶然誤差要因になってしまい、ノイズによる偶然誤差が生じてしまう。
上記2つの問題点により、多層光学薄膜の製品を量産する場合の歩留まりが悪化してしまうものであった。
The second problem is that the measurement noise of the direct-view broadband monitoring (BBM) optical system affects the calculation of the FOM function, and its adverse effect cannot be ignored.
In other words, since the FOM function is calculated independently for each time point, information in the time direction cannot be utilized, and as a result, the measurement noise of the optical system at each time directly becomes a factor in random errors, resulting in random errors due to noise.
The above two problems result in a decrease in yield when multilayer optical thin film products are mass-produced.
本発明は前記のような従来の問題点に着目してなされたものであり、各層の膜厚を最適化するにあたり、的確なFOM最小時間を判断でき、最適膜厚を少しオーバーコーティングすることによる系統誤差の発生を防止することができる光学薄膜形成装置および方法を得ることを目的とする。
本発明の他の目的は、各時間点ごとのFOM関数の独立計算による測定ノイズによる偶然誤差の発生を防止し、多層光学薄膜の製品を量産する場合の歩留まりを向上させる光学薄膜形成装置および方法を得ることである。
The present invention has been made in response to the above-mentioned conventional problems, and aims to provide an optical thin film forming apparatus and method that can accurately determine the minimum FOM time when optimizing the film thickness of each layer, and that can prevent systematic errors caused by slightly overcoating the optimum film thickness.
Another object of the present invention is to provide an optical thin film forming apparatus and method that prevents the occurrence of accidental errors due to measurement noise caused by independent calculation of the FOM function for each time point, and improves the yield when mass-producing multilayer optical thin film products.
前記目的達成のために、本発明に係る光学薄膜形成装置は、成膜対象基板上に光学薄膜を形成する光学薄膜形成装置であって、前記成膜対象基板を透過したモニタ光を受光して得られた受光信号に応じて前記成膜対象基板上に薄膜の成膜を制御する制御部を有し、前記制御部が、成膜される光学薄膜における各波長点ごとの透過率時間変化をフィッティング(Fitting)し、前記フィッティングにより得られた各波長点のフィッティング曲線を外挿して、未来時間の各波長の透過率である未来のスペクトラム(spectrum)を予測し、前記予測により得られた未来の各時間のスペクトラム予測に対してFigure-of-Merit(FOM)関数を計算し、予測FOMが最小値を取る時間を成膜停止時間と設定し、前記設定された成膜停止時間に基づいて、前記光学薄膜の成膜制御を実行することを特徴とする。 To achieve the above objective, the optical thin film formation apparatus of the present invention is an optical thin film formation apparatus that forms an optical thin film on a substrate to be formed, and includes a control unit that controls the formation of a thin film on the substrate to be formed in response to a light reception signal obtained by receiving monitor light that has passed through the substrate to be formed. The control unit fits the time change in transmittance at each wavelength point in the optical thin film to be formed, extrapolates the fitting curve for each wavelength point obtained by the fitting to predict a future spectrum, which is the transmittance at each wavelength at a future time, calculates a figure-of-merit (FOM) function for the predicted spectrum at each future time obtained by the prediction, sets the time at which the predicted FOM takes a minimum value as the film formation stop time, and controls the formation of the optical thin film based on the set film formation stop time.
本発明の他の特徴は、光学薄膜形成装置が、成膜チャンバ内に配置された成膜材料供給部から供給される成膜材料が成膜されて薄膜の多層膜が形成される成膜対象基板にモニタ光を投光する投光部と、前記成膜対象基板を透過した前記モニタ光を受光して受光信号を出力する受光部と、成膜中の基板温度を測定する温度測定部と、前記受光信号に応じて前記成膜対象基板の光透過率を取得し、取得した光透過率情報に関連付けて薄膜の成膜を制御する制御部と、を有し、前記制御部が、成膜される光学薄膜における各波長点ごとの透過率時間変化をフィッティング(Fitting)し、前記フィッティングにより得られた各波長点のフィッティング曲線を外挿して、未来時間の各波長の透過率である未来のスペクトラム(spectrum)を予測し、前記予測により得られた未来の各時間のスペクトラム予測に対してFigure-of-Merit(FOM)関数を計算し、予測FOMが最小値を取る時間を成膜停止時間と設定し、前記設定された成膜停止時間に基づいて、前記光学薄膜の成膜制御を実行することである。 Another feature of the present invention is that the optical thin film formation apparatus comprises a light-projecting unit that projects monitor light onto a substrate to be formed, on which a multilayer thin film is formed by depositing a film material supplied from a film-forming material supply unit disposed within a film-forming chamber; a light-receiving unit that receives the monitor light that has passed through the substrate to be formed and outputs a light-receiving signal; a temperature-measuring unit that measures the substrate temperature during film formation; and a control unit that acquires the light transmittance of the substrate to be formed in response to the light-receiving signal and controls the formation of the thin film in association with the acquired light transmittance information. The control unit fits the time change in transmittance for each wavelength point in the optical thin film to be formed, extrapolates the fitting curve for each wavelength point obtained by the fitting to predict a future spectrum, which is the transmittance for each wavelength at a future time, calculates a figure-of-merit (FOM) function for the predicted spectrum for each future time obtained by the prediction, sets the time at which the predicted FOM takes a minimum value as the film-forming stop time, and performs film-forming control of the optical thin film based on the set film-forming stop time.
本発明の他の特徴は、成膜対象基板を透過したモニタ光を受光して得られた受光信号に応じて前記成膜対象基板上に薄膜の成膜を制御する制御部を有し、前記成膜対象基板上に光学薄膜を形成する光学薄膜形成装置において、前記成膜対象基板上に光学薄膜を形成する光学薄膜形成方法であって、前記制御部により、成膜される光学薄膜における各波長点ごとの透過率時間変化をフィッティング(Fitting)するステップと、前記制御部により、前記フィッティングにより得られた各波長点のフィッティング曲線を外挿して、未来時間の各波長の透過率である未来のスペクトラム(spectrum)を予測するステップと、前記制御部により、前記予測により得られた未来の各時間のスペクトラム予測に対してFOMを計算し、予測FOMが最小値を取る時間を成膜停止時間と設定するステップと、前記制御部により、前記設定された成膜停止時間に基づいて、前記光学薄膜の成膜制御を実行するステップと、を有することである。 Another feature of the present invention is an optical thin film formation method for forming an optical thin film on a substrate to be deposited, in an optical thin film formation apparatus having a control unit that controls the formation of a thin film on the substrate to be deposited in response to a light reception signal obtained by receiving monitor light transmitted through the substrate to form the optical thin film on the substrate to be deposited, the method comprising the steps of: fitting, by the control unit, the time change in transmittance for each wavelength point in the optical thin film to be deposited; extrapolating, by the control unit, the fitting curve for each wavelength point obtained by the fitting, to predict a future spectrum, which is the transmittance for each wavelength at a future time; calculating, by the control unit, the FOM for the predicted spectrum for each future time obtained by the prediction, and setting the time at which the predicted FOM takes a minimum value as the deposition stop time; and executing, by the control unit, deposition control of the optical thin film based on the set deposition stop time.
本発明の他の特徴は、成膜対象基板を透過したモニタ光を受光して得られた受光信号に応じて前記成膜対象基板上に薄膜の成膜を制御するコンピュータからなる制御部を有し、前記成膜対象基板上に光学薄膜を形成する光学薄膜形成装置において、前記コンピュータに、以下の手順を実行させるためのプログラムである。
成膜される光学薄膜における各波長点ごとの透過率時間変化をフィッティング(Fitting)する手順、
前記フィッティングにより得られた各波長点のフィッティング曲線を外挿して、未来時間の各波長の透過率である未来のスペクトラム(spectrum)を予測する手順、
前記予測により得られた未来の各時間のスペクトラム予測に対してFigure-of-Merit(FOM)関数を計算し、予測FOMが最小値を取る時間を成膜停止時間と設定する手順、
前記設定された成膜停止時間に基づいて、前記光学薄膜の成膜制御を実行するする手順。
Another feature of the present invention is an optical thin film forming apparatus that forms an optical thin film on a substrate to be film-formed, the optical thin film forming apparatus having a control unit consisting of a computer that controls the formation of a thin film on the substrate to be film-formed in response to a light reception signal obtained by receiving monitor light that has passed through the substrate to be film-formed, and a program for causing the computer to execute the following steps:
A procedure for fitting the time change in transmittance for each wavelength point in the optical thin film to be formed;
A procedure of extrapolating the fitting curves at each wavelength point obtained by the fitting to predict a future spectrum, which is the transmittance of each wavelength at a future time;
calculating a figure-of-merit (FOM) function for the spectrum prediction for each time in the future obtained by the prediction, and setting the time at which the predicted FOM takes a minimum value as the deposition stop time;
a step of controlling the deposition of the optical thin film based on the set deposition stop time.
本発明によれば、各層の膜厚を最適化するにあたり、的確なFOM最小時間を判断でき、最適膜厚を少しオーバーコーティングすることによる系統誤差の発生を防止することができる。
さらに、本発明によれば、各時間点ごとのFOM関数の独立計算による測定ノイズによる偶然誤差の発生を防止し、結果として、多層光学薄膜の製品を量産する場合の歩留まりを向上させることができる。
According to the present invention, when optimizing the film thickness of each layer, it is possible to determine an accurate minimum FOM time and prevent systematic errors caused by slightly overcoating the optimum film thickness.
Furthermore, according to the present invention, the independent calculation of the FOM function for each time point prevents the occurrence of accidental errors due to measurement noise, and as a result, the yield can be improved when multilayer optical thin film products are mass-produced.
以下に、本発明の光学膜厚制御装置を採用した光学薄膜形成装置としての真空成膜装置とそれを用いた光学薄膜形成方法である真空成膜方法の実施の形態について、図面に関連付けて説明する。 Below, an embodiment of a vacuum film deposition apparatus as an optical thin film deposition apparatus employing the optical film thickness control device of the present invention and a vacuum film deposition method as an optical thin film deposition method using the same will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る光学膜厚制御装置を採用した真空成膜装置であるイオンビームアシスト真空蒸着装置を模式的に示す構成図である。 Figure 1 is a schematic diagram showing the configuration of an ion beam assisted vacuum deposition apparatus, which is a vacuum film formation apparatus that employs an optical film thickness control device according to an embodiment of the present invention.
本実施形態の真空蒸着装置1においては、たとえば、成膜チャンバである真空チャンバ10に、図示しない排気管および真空ポンプが接続されており、内部が所定の圧力に減圧可能となっている。真空蒸着による成膜時における真空チャンバ10内の背圧は、たとえば10-2~10-5Pa程度である。 In the vacuum deposition apparatus 1 of this embodiment, for example, an exhaust pipe and vacuum pump (not shown) are connected to the vacuum chamber 10, which serves as the film-forming chamber, so that the interior can be depressurized to a predetermined pressure. The back pressure within the vacuum chamber 10 during film formation by vacuum deposition is, for example, approximately 10-2 to 10-5 Pa.
真空チャンバ10の内部下方には、成膜材料供給部20として、第1真空蒸発源21および第2真空蒸着源22が配置されている。第1真空蒸発源21の内部に第1蒸着材料211が収容されており、また、第2真空蒸発源22の内部に第2蒸着材料221が収容されている。
第1蒸着材料21はたとえばSiO2であり、第2蒸着材料23はたとえばTiO2あるいはTa2O5である。
各真空蒸着源21、22には、たとえば不図示の抵抗加熱、電子ビーム加熱、レーザービーム加熱、電子銃などの加熱手段が設けられており、真空蒸発源において蒸着材料が加熱されて気化すると蒸着材料の蒸気が噴出する。
A first vacuum evaporation source 21 and a second vacuum evaporation source 22 are arranged at the bottom inside the vacuum chamber 10 as a film forming material supply unit 20. A first evaporation material 211 is accommodated inside the first vacuum evaporation source 21, and a second evaporation material 221 is accommodated inside the second vacuum evaporation source 22.
The first deposition material 21 is, for example, SiO2, and the second deposition material 23 is, for example, TiO2 or Ta2O5.
Each vacuum evaporation source 21, 22 is provided with a heating means such as resistance heating, electron beam heating, laser beam heating, or an electron gun (not shown), and when the evaporation material is heated and vaporized in the vacuum evaporation source, the vapor of the evaporation material is ejected.
たとえば、真空チャンバ10内には、第1真空蒸発源21および第2真空蒸着源22の蒸着材料の蒸気を噴出する方向に、石英ガラスなどの光学基板である成膜対象基板30を膜形成面が成膜材料供給部20側に臨むように保持する基板ホルダ31が設けられている。
たとえば、基板ホルダ31は、真空チャンバ10の上方からホルダ支持部32により支持されている。
For example, within the vacuum chamber 10, a substrate holder 31 is provided that holds a film-forming target substrate 30, which is an optical substrate such as quartz glass, in the direction in which the vapor of the evaporation material from the first vacuum evaporation source 21 and the second vacuum evaporation source 22 is ejected, with the film-forming surface facing the film-forming material supply section 20.
For example, the substrate holder 31 is supported from above the vacuum chamber 10 by a holder support portion 32 .
なお、図1では、真空蒸着源を2つ設けて2種類の薄膜の多層膜を形成する例を示しているが、真空蒸着源を3つ設けて3種類の薄膜の多層膜を形成する等、種々の態様が可能である。
なお、本実施形態では、多層膜を形成する場合を説明しているが、多層膜ではなく、単層の場合にも本発明を実施することができる。
3つの真空蒸着源を用いる場合、たとえば第1蒸着材料はSiO2であり、第2蒸着材料はSi3N4であり、第3蒸着材料はa-SiN:Hである。
Although FIG. 1 shows an example in which two vacuum deposition sources are provided to form a multilayer film of two types of thin films, various embodiments are possible, such as providing three vacuum deposition sources to form a multilayer film of three types of thin films.
In this embodiment, a case where a multilayer film is formed is described, but the present invention can also be implemented in the case of a single layer instead of a multilayer film.
When three vacuum evaporation sources are used, for example, the first evaporation material is SiO2, the second evaporation material is Si3N4, and the third evaporation material is a-SiN:H.
図2(a)および(b)は、本第1の実施形態に係る成膜対象基板30と成膜対象基板上に成膜される薄膜の多層膜を模式的に示す図である。
図2(a)は蒸着材料として2物質を使用した場合の例を、図2(b)は蒸着材料として3物質を使用した場合の例を示している。
なお、ここでは、蒸着材料として2物質を使用した場合の例および蒸着材料として3物質を使用した場合の例を示しているが、当然これに限定されることはない。
2A and 2B are diagrams schematically showing a film-formation target substrate 30 and a multilayer film of thin films formed on the film-formation target substrate according to the first embodiment.
FIG. 2(a) shows an example in which two substances are used as deposition materials, and FIG. 2(b) shows an example in which three substances are used as deposition materials.
Although examples in which two substances are used as deposition materials and examples in which three substances are used as deposition materials are shown here, the present invention is not limited to these examples.
蒸着材料として2物質を使用した場合、図2(a)に示すように、2つの各真空蒸着源21、22から噴出された蒸着材料の蒸気が成膜対象基板30の表面に達して固化すると、成膜対象基板30の表面に蒸着材料の薄膜311、312の多層膜310が形成される。
たとえば、光学ガラス基板により形成される成膜対象基板30上にSiO2/TiO2を交互に66層積層してNBPフィルタが作製される。たとえば、透過帯の中心波長は827nmであり、帯域幅は12nm以下である。
When two substances are used as deposition materials, as shown in Figure 2(a), when the vapor of the deposition material ejected from each of the two vacuum deposition sources 21 and 22 reaches the surface of the substrate 30 to be deposited and solidifies, a multilayer film 310 of thin films 311 and 312 of the deposition material is formed on the surface of the substrate 30 to be deposited.
For example, an NBP filter is fabricated by alternately stacking 66 layers of SiO2/TiO2 on a film-forming target substrate 30 made of an optical glass substrate. For example, the center wavelength of the transmission band is 827 nm, and the bandwidth is 12 nm or less.
蒸着材料として3物質を使用した場合、図2(b)に示すように、3つの各真空蒸着源から噴出された蒸着材料の蒸気が成膜対象基板30の表面に達して固化すると、成膜対象基板30の表面に蒸着材料の薄膜321、322、323の多層膜320が形成される。
たとえば、光学ガラス基板により形成される成膜対象基板30上にSiO2/Si3N4/a-SiN:Hを交互に66層積層してBPフィルタが作製される。たとえば、透過帯の中心波長は940nmである。
When three substances are used as deposition materials, as shown in Figure 2(b), when the vapor of the deposition material ejected from each of the three vacuum deposition sources reaches the surface of the substrate 30 to be deposited and solidifies, a multilayer film 320 of thin films 321, 322, and 323 of the deposition material is formed on the surface of the substrate 30 to be deposited.
For example, a BP filter is fabricated by alternately stacking 66 layers of SiO2/Si3N4/a-SiN:H on a film-forming target substrate 30 made of an optical glass substrate. For example, the center wavelength of the transmission band is 940 nm.
また、たとえば、真空チャンバ10内に酸素イオンなどのイオンを成膜対象基板に照射するイオンソース23が設けられており、イオンビームアシスト真空蒸着を行うことができる。
イオンソース23からイオンを成膜対象基板30の膜形成面に照射することで、成膜材料供給部20から供給される蒸着物質により成膜されて膜厚が厚くなるプロセスと、既に成膜された膜の表面近傍の一部領域が、イオンソース23から照射されるイオンによりスパッタされて膜厚が薄くなるプロセスとを同時に進行させながら成膜できる。
このとき、成膜対象基板30面内において、成膜材料供給部20から供給される成膜物質の密度分布に依存して膜厚差が生じる場合には、その膜厚差を打ち消すような条件でイオンソース23から照射されるイオンによるスパッタを行うことで、均一な面内膜厚分布をもつ多層膜が得ることができる。
Furthermore, for example, an ion source 23 for irradiating ions such as oxygen ions onto a substrate on which a film is to be formed is provided in the vacuum chamber 10, and ion beam assisted vacuum deposition can be performed.
By irradiating ions from the ion source 23 onto the film formation surface of the substrate 30 to be film-formed, a film can be formed while simultaneously carrying out two processes: a process in which a film is formed using a vapor deposition material supplied from the film-forming material supply unit 20, thereby increasing the film thickness, and a process in which a portion of the surface of the already formed film is sputtered by ions irradiated from the ion source 23, thereby decreasing the film thickness.
In this case, if a difference in film thickness occurs within the surface of the substrate 30 to be film-formed due to the density distribution of the film-forming substance supplied from the film-forming material supply unit 20, a multilayer film with a uniform in-plane film thickness distribution can be obtained by performing sputtering using ions irradiated from the ion source 23 under conditions that cancel out the difference in film thickness.
本実施形態においては、基板ホルダ31に保持された成膜対象基板30にモニタ光Lを投光する投光部40が設けられている。
投光部40は、真空チャンバ10の外部に設置され、成膜対象基板30にモニタ光Lを投光する投光ヘッドとしての光源41を含んで構成されている。光源40としては、たとえばハロゲンランプを用いることができる。
In this embodiment, a light projecting unit 40 is provided that projects monitor light L onto a film-forming target substrate 30 held by a substrate holder 31 .
The light projecting unit 40 is installed outside the vacuum chamber 10 and includes a light source 41 as a light projecting head that projects monitor light L onto the film formation target substrate 30. As the light source 40, for example, a halogen lamp can be used.
成膜対象基板30および成膜中の薄膜、多層膜を透過したモニタ光Lを受光して受光信号SRを出力する受光部50が設けられている。
受光部50は、たとえば真空チャンバ10内に設けられ、成膜対象基板および成膜中の薄膜、多層膜を透過したモニタ光Lを受光する受光部の受光ヘッドとしての受光レンズ51と、受光レンズ51で受光されたモニタ光を分光する分光光度計からなる分光部52と、分光部52で分光された光を検出する光検出部53と、受光レンズ51で受光したモニタ光Lを分光部52に伝達する光ファイバなどの受光光学系54などから構成される。
A light receiving section 50 is provided which receives monitor light L transmitted through the film formation target substrate 30 and the thin film and multilayer film being formed, and outputs a light reception signal SR.
The light receiving unit 50 is provided, for example, within the vacuum chamber 10, and is composed of a light receiving lens 51 as a light receiving head of the light receiving unit that receives monitor light L that has passed through the substrate on which a film is to be formed and the thin film or multilayer film being formed, a spectroscopic unit 52 consisting of a spectrophotometer that disperses the monitor light received by the light receiving lens 51, a light detection unit 53 that detects the light dispersed by the spectroscopic unit 52, and a light receiving optical system 54 such as an optical fiber that transmits the monitor light L received by the light receiving lens 51 to the spectroscopic unit 52.
例えば、光検出部53は、受光した光を光信号に変換する受光画素がマトリクス状に配置された構成であり、光検出部53としてCCDセンサなどを用いることができる。
成膜対象基板30を透過したモニタ光Lが受光レンズ51で受光され、受光光学系54により分光部52に伝達されて分光され、分光されたモニタ光が光検出部53で検出される。
成膜対象基板30を透過したモニタ光Lを分光部52で分光し、分光された光を、受光画素がマトリクス状に配置された光検出部53で検出して受光信号SRを出力する。光検出部53はモニタ光の連続スペクトルを取得することができ、すなわち、モニタ光を多波長で検出することができる。
For example, the light detection unit 53 has a configuration in which light receiving pixels that convert received light into optical signals are arranged in a matrix, and a CCD sensor or the like can be used as the light detection unit 53 .
The monitor light L transmitted through the film-forming substrate 30 is received by the light-receiving lens 51, transmitted to the spectroscopic section 52 by the light-receiving optical system 54, and dispersed, and the dispersed monitor light is detected by the light detection section 53.
The monitor light L transmitted through the film formation target substrate 30 is dispersed by the spectroscopic unit 52, and the dispersed light is detected by the photodetector unit 53, which has light-receiving pixels arranged in a matrix, and outputs a light-receiving signal SR. The photodetector unit 53 can acquire a continuous spectrum of the monitor light, i.e., can detect the monitor light at multiple wavelengths.
光検出部53で検出された受光信号SRは、パーソナルコンピュータ(PC)等により構成される制御部60に供給される。
制御部60は、受光信号SRを信号処理して成膜対象基板30の光透過率を取得する。また、上記のようにモニタ光の連続スペクトルを取得することで、成膜対象基板30の光透過スペクトルを取得する。
制御部60は、得られた光透過率あるいは光透過スペクトルから、所望の光学特性が得られるように成膜条件を変更するように成膜途中においてフィードバックすることができる。
また、本実施形態の真空蒸着装置1においては、上記構成に加えて、さらに成膜中の基板温度を測定する温度測定部としての放射温度計70が、たとえば基板ホルダ31のホルダ支持部32内(基板ホルダ31の上方側)に設けられている。
The light receiving signal SR detected by the light detecting section 53 is supplied to a control section 60 configured by a personal computer (PC) or the like.
The control unit 60 processes the light reception signal SR to obtain the light transmittance of the film formation target substrate 30. Furthermore, by obtaining the continuous spectrum of the monitor light as described above, the control unit 60 obtains the light transmission spectrum of the film formation target substrate 30.
The control unit 60 can provide feedback during film formation based on the obtained light transmittance or light transmission spectrum so as to change the film formation conditions so as to obtain desired optical characteristics.
In addition to the above configuration, the vacuum deposition apparatus 1 of this embodiment further includes a radiation thermometer 70 as a temperature measurement unit for measuring the substrate temperature during film formation, which is provided, for example, within the holder support portion 32 of the substrate holder 31 (above the substrate holder 31).
なお、本実施形態において、基板温度とは、基板自体の温度はもとより基板と同等の温度に保持されると予測される基板周辺の温度も含まれるものとする。 In this embodiment, the substrate temperature includes not only the temperature of the substrate itself, but also the temperature around the substrate, which is expected to be maintained at the same temperature as the substrate.
本実施形態において、制御部60は、温度測定部としての放射温度計70により測定される基板温度を基に成膜制御に補正をかけることが可能に構成されている。 In this embodiment, the control unit 60 is configured to be able to make corrections to the film formation control based on the substrate temperature measured by the radiation thermometer 70 serving as the temperature measurement unit.
図3は、図1に示した制御部60の内部構成のブロック図である。
制御部60は、図3に示すように、RAM61およびROM62と表示モニタ64とキーボード65とマウス66とがCPU63に接続された構成のパーソナルコンピュータ(PC)であり、CPU63が、キーボード65およびマウス66によってオペレータにより入力された指示に基づき、ROM62に記憶された成膜制御プログラムに従って、後述する成膜制御を行うように構成される。なお、このCPU63による成膜制御は、表示モニタ64上に制御内容を表示しながら行われる。
また、上記成膜制御プログラムには、後述する光学薄膜における層の膜厚を最適化するFOM制御プログラムが含まれ、このFOM制御プログラムには、後述するFOM最小時間予測アルゴリズムが備えられている。
なお、上記FOM最小時間予測アルゴリズムが備えられFOM制御プログラムを、様々な形態の記憶媒体に記憶し、種々の光学薄膜形成装置に適用して用いるようにしても良い。
FIG. 3 is a block diagram showing the internal configuration of the control unit 60 shown in FIG.
3, the control unit 60 is a personal computer (PC) having a configuration in which a RAM 61, a ROM 62, a display monitor 64, a keyboard 65, and a mouse 66 are connected to a CPU 63, and the CPU 63 is configured to perform film formation control (described later) in accordance with a film formation control program stored in the ROM 62, based on instructions input by an operator via the keyboard 65 and the mouse 66. The film formation control by the CPU 63 is performed while the control content is displayed on the display monitor 64.
The film formation control program also includes an FOM control program for optimizing the film thickness of layers in the optical thin film, which will be described later, and this FOM control program is equipped with an FOM minimum time prediction algorithm, which will be described later.
The FOM control program equipped with the above-mentioned FOM minimum time prediction algorithm may be stored in various types of storage media and may be applied to and used in various optical thin film forming apparatuses.
本実施形態に係る制御部60は、受光信号SRに応じて成膜対象基板30の光透過率を取得し、取得した光透過率情報に関連付けて薄膜の成膜、より具体的には成膜している現在の薄膜(現在層)の膜厚を制御する成膜制御を行う。
ここで、本発明では、Figure-of-Merit(FOM)関数により、上述のようにして得られた成膜中の光透過スペクトルの測定値と、光透過スペクトルの設計値との差の積分を取り、このFOM関数が最小になる時間で成膜停止して、各層の膜厚を最適化するFOM制御を行っている。
しかしながら、従来のFOM関数が最小になる時間で成膜停止して、各層の膜厚を最適化するFOM制御では、前記発明が解決しようとする課題において記載のように、FOM関数が最小になる時間で成膜停止して、各層の膜厚を最適化するためには、最小点となる時間を少し行きすぎなければ、どこがFOM最小時間なのか判断出来ない問題点があった。
そのため、最小点となる時間を少し行きすぎるため、最適膜厚よりも常に少しオーバーコーティングすることになり系統誤差が生じてしまっていた。
The control unit 60 in this embodiment acquires the light transmittance of the substrate 30 to be film-formed in accordance with the light receiving signal SR, and performs film formation control in association with the acquired light transmittance information to form a thin film, more specifically, to control the film thickness of the current thin film (current layer) being formed.
In the present invention, the Figure-of-Merit (FOM) function is used to calculate the integral of the difference between the measured value of the light transmission spectrum during film formation obtained as described above and the design value of the light transmission spectrum, and film formation is stopped at the time when this FOM function is minimized, thereby performing FOM control to optimize the film thickness of each layer.
However, in conventional FOM control, in which film formation is stopped at the time when the FOM function is minimized and the film thickness of each layer is optimized, as described in the problem that the invention aims to solve, in order to stop film formation at the time when the FOM function is minimized and optimize the film thickness of each layer, there was a problem in that it was not possible to determine when the FOM minimum time was, unless the time at which the FOM function was minimized was slightly exceeded.
Therefore, the time at which the minimum point is reached is slightly exceeded, resulting in a slight overcoating beyond the optimum film thickness, which results in a systematic error.
そこで、本願発明では、さらに、後述する未来のFOM最小時間予測アルゴリズムにより、成膜される光学薄膜における現在時刻よりも未来のFOM曲線の変化を予測し、その予測した未来のFOM曲線における最小点となる時間を成膜停止時間に設定するようにしている。 The present invention therefore further predicts future changes in the FOM curve for the optical thin film being deposited beyond the current time using a future FOM minimum time prediction algorithm, which will be described later, and sets the time at which the predicted future FOM curve reaches its minimum point as the deposition stop time.
次に、上記未来のFOM最小時間予測アルゴリズムによる成膜制御について説明する。
この未来のFOM最小時間予測アルゴリズムにおいて使用されるFOM関数は、例えば、図4で示した数式数1で表され、ここでは、成膜中の光透過スペクトルの測定値と、光透過スペクトルの設計値との差の積分を取るようになっている。
図4は、本実施形態に係る光学膜厚制御に関連するFigure-of-Merit(FOM)関数およびそのパラメータについて説明するための図である。
Next, the film formation control using the future FOM minimum time prediction algorithm will be described.
The FOM function used in this future FOM minimum time prediction algorithm is expressed, for example, by Equation 1 shown in FIG. 4, which calculates the integral of the difference between the measured light transmittance spectrum during film formation and the design value of the light transmittance spectrum.
FIG. 4 is a diagram for explaining a figure-of-merit (FOM) function and its parameters related to optical film thickness control according to this embodiment.
次に、上述した未来のFOM最小時間予測アルゴリズムによる、現在時刻よりも未来のFOM曲線の変化の予測処理について説明する。
図5は、未来のFOM最小時間予測アルゴリズムによる、現在時刻よりも未来のFOM曲線の変化の予測処理のフローチャートである。
Next, a process for predicting changes in the FOM curve in the future beyond the current time using the above-mentioned future FOM minimum time prediction algorithm will be described.
FIG. 5 is a flowchart of a process for predicting changes in the FOM curve in the future beyond the current time using a future FOM minimum time prediction algorithm.
まず、図5のステップST1において、FOM最小時間予測アルゴリズムが起動されると、ステップST2において、成膜される光学薄膜における各波長点ごとの透過率時間変化をフィッティング(Fitting)する。
これは、1波長のみの時系列データをフィッティング(Fitting)しても、その1波長での未来透過率しか予測できないため、測定している全ての波長点において独立にフィッティング(Fitting)するようにしているものである。
なお、各波長ごとの透過率時間変化は独立であり、他波長の透過率変化と無関係となっている。
すなわち、各波長点ごとの透過率時間変化をフィッティングすると、例えば、一例として、図6に示すようなフィッティング曲線(Fitting Curve)が得られる。ここで、図6では、400nm、500nm、600nm、700nmの各波長点のおけるフィッティング曲線を示しており、各波長点のグラフにおいては、横軸が、時間(sec)となり、縦軸が、透過率(Transmittance;%)となっている。
ここで、上記各波長点ごとの透過率時間変化をフィッティング(Fitting)するためのフィッティング関数(Fitting Function)としては、以下のようなフィッティング関数を用いることできる。
すなわち、形成すべき多層膜に関して、既に成膜済みの多層膜および基板を、ある1つの膜と同一視した物を等価膜、2つの物質間の反射率の平方根(r=√R)を反射振幅として定義し、等価膜と現在層の間の(等価)反射振幅r、現在層と空気(真空)との間の(現在)反射振幅r0、および位相δに関連付けたフィッティング関数T(t)を採用する。
以下に、そのフィッティング関数T(t)を示す。
First, in step ST1 of FIG. 5, the FOM minimum time prediction algorithm is started, and then in step ST2, fitting is performed on the time change in transmittance for each wavelength point in the optical thin film to be formed.
This is because fitting the time series data of only one wavelength only allows prediction of the future transmittance at that one wavelength, so fitting is performed independently at all wavelength points being measured.
The time change in transmittance for each wavelength is independent and unrelated to the time change in transmittance for other wavelengths.
That is, by fitting the time change in transmittance for each wavelength point, for example, a fitting curve such as that shown in Fig. 6 can be obtained. Fig. 6 shows fitting curves at wavelength points of 400 nm, 500 nm, 600 nm, and 700 nm, and in the graph for each wavelength point, the horizontal axis represents time (sec) and the vertical axis represents transmittance (%).
Here, as a fitting function for fitting the time change in transmittance for each wavelength point, the following fitting function can be used.
That is, for the multilayer film to be formed, the multilayer film and the substrate that have already been formed are equated with a certain film and defined as an equivalent film, and the square root of the reflectance between the two materials (r = √R) is defined as the reflection amplitude. A fitting function T(t) is employed that relates the (equivalent) reflection amplitude r between the equivalent film and the current layer, the (current) reflection amplitude r0 between the current layer and air (vacuum), and the phase δ.
The fitting function T(t) is shown below.
パラメータrは等価膜330と現在層340の間の(等価)反射振幅を示す。
パラメータr0は現在層340と空気(真空)との間の(現在)反射振幅を示す。
パラメータωは位相情報を形成する角速度を示す。
ここで、ωt=4πnd / λ の関係がある。nは屈折率を、dは物理膜厚を、λは監視波長を表している。
パラメータφ0は初期位相、すなわち、ある層の、成膜開始時点での位相を示している。
パラメータΨは比例定数を示し、膜の吸収や透過率測定の系統誤差(それらが無ければ1になる値)を表現している。
The parameter r indicates the (equivalent) reflection amplitude between the equivalent film 330 and the current layer 340 .
The parameter r0 indicates the (current) reflection amplitude between the current layer 340 and the air (vacuum).
The parameter ω indicates the angular velocity that forms the phase information.
Here, there is a relationship of ωt=4πnd/λ, where n represents the refractive index, d represents the physical film thickness, and λ represents the monitoring wavelength.
The parameter φ0 indicates the initial phase, that is, the phase of a certain layer at the start of deposition.
The parameter Ψ represents a proportionality constant, which represents the systematic error of the absorption or transmittance measurement of the film (a value that would be 1 if they were absent).
上記の各物理パラメータr,r0,ω,Ψ,φ0のうち現在反射振幅r0は固定値であり、残りの物理パラメータr,ω,Ψ,φ0がフィッティング関数を使用したフィッティングにより決定される。
このように、上記フィッティングの過程では、各時間の測定情報を利用している。従って、ノイズ由来の偶然誤差が従来のFOM制御よりも抑制される。
すなわち、従来のFOM制御では、FOM関数の計算に対する直視ブロードバンドモニタリング(BBM)光学系の測定ノイズが生じてしまい、その影響が無視できないものであった。
より詳しく説明すると、各時間点ごとにFOM関数を独立に計算するので、時間方向の情報を活用出来ず、それよって各時間の光学系の測定ノイズが直接的に偶然誤差要因になってしまい、ノイズによる偶然誤差が生じてしまい、多層光学薄膜の製品を量産する場合の歩留まりが悪化してしまうものであった。
それに対し、本実施形態によれば、上記フィッティングの過程において、各時間の測定情報を利用しているので、ノイズ由来の偶然誤差が従来のFOM制御よりも抑制できる。
Of the above physical parameters r, r0, ω, Ψ, and φ0, the current reflection amplitude r0 is a fixed value, and the remaining physical parameters r, ω, Ψ, and φ0 are determined by fitting using a fitting function.
In this way, the fitting process utilizes measurement information at each time point, which reduces random errors caused by noise more effectively than conventional FOM control.
In other words, in conventional FOM control, measurement noise from the direct-view broadband monitoring (BBM) optical system occurs in the calculation of the FOM function, and its influence cannot be ignored.
To explain in more detail, because the FOM function is calculated independently for each time point, information in the time direction cannot be utilized, and as a result, measurement noise from the optical system at each time directly becomes a factor in random errors, causing random errors due to noise and resulting in a decrease in yield when multilayer optical thin film products are mass-produced.
In contrast, according to this embodiment, measurement information at each time is used in the fitting process, so that random errors due to noise can be suppressed more effectively than in conventional FOM control.
次に、ステップST3において、前記ステップST2において得られた各波長点のフィッティング曲線のそれぞれに対して外挿を行い、それを全ての波長点について重ね合わせる事で、未来時間の各波長の透過率、つまり未来のスペクトラム(spectrum)を予測する。
ここで、スペクトラム(spectrum)とは、各波長点の透過率を波長順に配列したものである。
以下に図6~図8を参照して、上記未来のスペクトラム(spectrum)を予測する場合の一例を説明する。
図6は、各波長点のおけるフィッティング曲線の一例を示すグラフ図である。
すなわち、図6に示す0nm~500nmまでが測定Rawデータであり、500nm~600nmが、フィッティング曲線となっており、そのフィッティング曲線のそれぞれに対して外挿を行うと図7に示すようなグラフが得られる。
図7は、各波長点のおけるフィッティング曲線を外挿した曲線の一例を示すもので、λ=400nmの場合のグラフ図である。ここでは、横軸が、時間(sec)となり、縦軸が、透過率(Transmittance;%)となっている。
そして、各波長点のおけるフィッティング曲線を外挿した曲線の全てを合せて、各時間ごとのスペクトラムが予測される。
なお、ここでは、図7と同様な曲線グラフが、λ=500nm、λ=600nm、λ=700nmの場合のそれぞれで得られる。
Next, in step ST3, extrapolation is performed on each fitting curve for each wavelength point obtained in step ST2, and the results are superimposed for all wavelength points to predict the transmittance of each wavelength at a future time, i.e., the future spectrum.
Here, the spectrum is an arrangement of transmittances at each wavelength point in order of wavelength.
An example of predicting the future spectrum will be described below with reference to FIGS.
FIG. 6 is a graph showing an example of a fitting curve at each wavelength point.
That is, the range from 0 nm to 500 nm shown in FIG. 6 is the measured raw data, and the range from 500 nm to 600 nm is the fitting curve. When each of the fitting curves is extrapolated, a graph such as that shown in FIG. 7 is obtained.
7 is a graph showing an example of a curve obtained by extrapolating the fitting curve at each wavelength point, where λ=400 nm, where the horizontal axis represents time (sec) and the vertical axis represents transmittance (%).
Then, all of the curves obtained by extrapolating the fitting curves at each wavelength point are combined to predict the spectrum for each time period.
Here, curve graphs similar to those in FIG. 7 are obtained for each of the cases where λ=500 nm, λ=600 nm, and λ=700 nm.
ここで、外挿(extrapolation)とは、ある既知の数値データを基にして、そのデータの範囲の外側で予想される数値を求めることを指す。
本実施形態では、各波長点のおけるフィッティング曲線を外挿するとは、既知の数値データである図6に示す0sec~500secまでの測定Rawデータおよび500sec~600secまでのフィッティング曲線から600sec以降のデータを予測する動作のことである。
なお、この予測方法については、種々の予測方法が考えられ、適宜採用される。
Here, extrapolation refers to the process of using known numerical data to find predicted values outside the range of that data.
In this embodiment, extrapolating the fitting curve at each wavelength point means an operation of predicting data from 600 seconds onward from known numerical data, that is, the measured raw data from 0 seconds to 500 seconds shown in FIG. 6 and the fitting curve from 500 seconds to 600 seconds.
It should be noted that various prediction methods are conceivable and are adopted as appropriate.
図7では、λ=400nmにおいて、約600secが現在時間であり、約600sec以前の曲線(実線)が、実際のフィッティング曲線となり、約600sec以降の曲線(点線)が、外挿部分となっている。
なお、上述した現在時間(約600sec)は、任意の現在時刻であり、種々の条件等の因果律により自明に決定される。
In FIG. 7, when λ=400 nm, the current time is approximately 600 seconds, the curve before approximately 600 seconds (solid line) is the actual fitting curve, and the curve after approximately 600 seconds (dotted line) is the extrapolated portion.
The current time (approximately 600 seconds) is an arbitrary current time, and is obviously determined by the causal laws of various conditions.
次に、ステップST4において、前記ステップST3において得られた未来の各時間のスペクトラム予測(図7参照)に対してFOMを計算し、予測FOMの曲線が最小値を取る時間を成膜停止時間と設定する。
すなわち、図4で示したFOM関数により、成膜中の生データを用いてFOM曲線を計算する。
ここで、FOM曲線を計算するFOM関数は、例えば、図4で示した数式数1の評価関数で表され、この評価関数により、成膜中の光透過スペクトルの測定値と、光透過スペクトルの設計値との差の積分を取るようになっている。
図8は、図4で示したFOM関数により、成膜中の生データを用いて計算したFOM曲線を示したグラフ図であり、横軸が、時間(sec)となり、縦軸が、メリット関数値となっている。
図8に示すように、このFOM曲線は、600secを少し越えた辺りの約620secでメリット関数が最小値となり、その後、メリット関数が増えるようになっている。
そこで、このメリット関数が最小値となる時間が成膜停止時間と設定される。この場合、620secが成膜停止時間と設定される。
Next, in step ST4, the FOM is calculated for the spectrum prediction (see FIG. 7) for each future time obtained in step ST3, and the time at which the curve of the predicted FOM takes the minimum value is set as the film formation stop time.
That is, the FOM curve is calculated using the raw data during film formation using the FOM function shown in FIG.
Here, the FOM function for calculating the FOM curve is expressed, for example, by the evaluation function of Equation 1 shown in FIG. 4, and this evaluation function is used to calculate the integral of the difference between the measured value of the light transmission spectrum during film formation and the design value of the light transmission spectrum.
FIG. 8 is a graph showing an FOM curve calculated using raw data during film formation by the FOM function shown in FIG. 4, with the horizontal axis representing time (sec) and the vertical axis representing the merit function value.
As shown in FIG. 8, the merit function of this FOM curve reaches a minimum value at approximately 620 seconds, slightly over 600 seconds, and then increases.
Therefore, the time when this merit function has a minimum value is set as the film formation stop time, which in this case is set to 620 seconds.
そして、ステップST5において、上記ステップST4において設定された成膜停止時間に基づく成膜制御を実行する。
このように、本実施形態によれば、未来のFOM最小時間予測アルゴリズムにより、現在時刻よりも未来のFOM曲線の変化の予測処理を行い、その予測FOMにおける最小点を成膜停止時間と設定している。
従って、その予想最小点で成膜を停止できるので、既存技術で生じる問題点である最小点となる時間を少し行きすぎなければ、どこがFOM最小時間なのか判断出来ない問題を解決することができる。
それにより、最小点となる時間を少し行きすぎてしまって最適膜厚よりも常に少しオーバーコーティングする系統誤差を無くす事が可能となる。
Then, in step ST5, film formation control is executed based on the film formation stop time set in step ST4.
As described above, according to this embodiment, a future FOM minimum time prediction algorithm is used to predict the change in the FOM curve beyond the current time, and the minimum point in the predicted FOM is set as the film formation stop time.
Therefore, since film formation can be stopped at the predicted minimum point, the problem that occurs in existing technologies, in which it is not possible to determine when the FOM minimum time is, can be solved unless the time at which the minimum point is reached is slightly exceeded.
This makes it possible to eliminate the systematic error that occurs when the time to reach the minimum point is slightly exceeded, resulting in slightly overcoating more than the optimum film thickness.
また、上述したFOM最小時間予測アルゴリズムによるFOM曲線変化の予測処理をカラーターゲットへ応用することもできる。
すなわち、膜によっては透過率spectrumそのものよりも、人間の目で見える色合いの方が重要な場合があり、このような場合、成膜中の膜厚誤差等によってspectrumに若干の誤差が生じた場合、透過率の設計との誤差(FOM)よりも、色の設計との誤差(dE)を最小化するよう制御した方がより良い。
これがカラーターゲット(Color Target)への応用の理由である。ここで、“人間の目で見える色合い”をターゲットにする場合、何らかの関数を用いて透過率spectrumから“色”を表す数値に変換する必要があり、その“色を表す数値”の一例として、CIEのL*a*b* 色空間があります。
そこで、本発明の手法で未来時間のspectrumを予測した後、FOMの代わりに未来のカラーをL*a*b*として計算し、その誤差dEを最小化するようにしている。
より具体的には、前記ステップST3において予測した未来のスペクトラムを用いると、CIEのL*a*b*などのColorも同様にターゲットとして設定可能となる。さらに、製品の要求によって、 L*, a*, b*それぞれにウエイトも任意に設定できる。
図9は、FOM最小時間予測アルゴリズムによるFOM曲線変化の予測処理をカラーターゲットへ応用する場合の説明図である。
Furthermore, the prediction process of the FOM curve change using the above-mentioned FOM minimum time prediction algorithm can also be applied to color targets.
In other words, depending on the film, the color seen by the human eye may be more important than the transmittance spectrum itself. In such cases, if a slight error occurs in the spectrum due to film thickness errors during film formation, it is better to control the spectrum to minimize the error from the color design (dE) rather than the error from the transmittance design (FOM).
This is the reason for its application to color targets. When targeting "colors visible to the human eye," some kind of function must be used to convert the transmittance spectrum into a numerical value that represents "color," and one example of such a "numerical value that represents color" is the CIE L*a*b* color space.
Therefore, after predicting the spectrum of the future time using the method of the present invention, the future color is calculated as L*a*b* instead of FOM, and the error dE is minimized.
More specifically, by using the future spectrum predicted in step ST3, it is possible to set the CIE L*a*b* and other colors as targets as well. Furthermore, weights can be set arbitrarily for each of L*, a*, and b* depending on the product requirements.
FIG. 9 is an explanatory diagram of the application of the prediction process of the FOM curve change by the FOM minimum time prediction algorithm to a color target.
また、上記ステップST2において、各波長点ごとの透過率時間変化をフィッティング(Fitting)することによって、BBM光学系の測定誤差が十分に小さい場合は、フィッティングの過程で各層の物理的特性が副産物として自然に導出される。
ここで、原理的に測定可能な物理パラメータとしては、各層の屈折率分散、初期位相、反射振幅、物理膜厚の成膜レートなどが挙げられ、これらの各層の物理的特性は、成膜制御に有用に用いることできる。
図10は、各波長点ごとの透過率時間変化のフィッティングの過程で各層の物理的特性が得られる場合の説明図である。
Furthermore, in step ST2, by fitting the time change in transmittance for each wavelength point, if the measurement error of the BBM optical system is sufficiently small, the physical properties of each layer are naturally derived as a by-product of the fitting process.
Here, physical parameters that can be measured in principle include the refractive index dispersion of each layer, the initial phase, the reflection amplitude, and the deposition rate of the physical film thickness, and these physical properties of each layer can be usefully used for controlling the deposition.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a case where the physical characteristics of each layer are obtained in the process of fitting the time change in transmittance for each wavelength point.
なお、本実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす記載及び図面は、限定するものと理解すべきでない。ここで記載していない様々な実施の形態等が含まれる。
すなわち、本実施形態では、多層膜を形成する場合について説明しているが、多層膜ではなく、単層の場合にも本発明を実施することができる。
なお、上記FOM最小時間予測アルゴリズムが備えられFOM制御プログラムを、様々な形態の記憶媒体に記憶し、種々の光学薄膜形成装置に適用して用いるようにしても良い。
Although the present embodiment has been described, the description and drawings forming part of this disclosure should not be understood as limiting, and various embodiments not described herein are included.
That is, in this embodiment, a case where a multilayer film is formed is described, but the present invention can also be implemented in the case of a single layer instead of a multilayer film.
The FOM control program equipped with the above-mentioned FOM minimum time prediction algorithm may be stored in various types of storage media and may be applied to and used in various optical thin film forming apparatuses.
10・・・真空チャンバ、20・・・成膜材料供給部、21・・・第1真空蒸着源、
211・・・第1蒸着材料、22・・・第2真空蒸着源、221・・・第2蒸着材料、
23・・・イオンソース、30、310~320・・・成膜対象基板、
31・・・基板ホルダ、32…ホルダ支持部、40・・・投光部、41・・・光源、
50・・・受光部、51・・・受光レンズ、52・・・分光部、53・・・光検出部、
54・・・受光光学系、60・・・制御部、61・・・RAM、62・・・ROM、
63・・・CPU、64・・・表示モニタ、65・・・キーボード、66・・・マウス、
70・・・放射温度計、80~87・・・表示画面、SR・・・受光信号、
ST1~ST5・・・各ステップ
10: Vacuum chamber; 20: Film forming material supply unit; 21: First vacuum evaporation source;
211: First evaporation material, 22: Second vacuum evaporation source, 221: Second evaporation material,
23: Ion source; 30, 310-320: Film formation target substrate;
31: substrate holder, 32: holder support portion, 40: light projecting portion, 41: light source,
50: Light receiving unit, 51: Light receiving lens, 52: Spectroscopic unit, 53: Light detection unit,
54: Light receiving optical system, 60: Control unit, 61: RAM, 62: ROM,
63: CPU, 64: display monitor, 65: keyboard, 66: mouse,
70... Radiation thermometer, 80-87... Display screen, SR... Light reception signal,
ST1 to ST5...each step
Claims (11)
前記成膜対象基板を透過したモニタ光を受光して得られた受光信号に応じて前記成膜対板上に薄膜の成膜を制御する制御部を有し、
前記制御部が、
成膜される光学薄膜における各波長点ごとの透過率時間変化をフィッティング(Fitting)し、
前記フィッティングにより得られた各波長点のフィッティング曲線を外挿して、未来時間の各波長の透過率である未来のスペクトラム(spectrum)を予測し、
前記予測により得られた未来の各時間のスペクトラム予測に対してFigure-of-Merit(FOM)関数を計算し、予測FOMが最小値を取る時間を成膜停止時間と設定し、
前記設定された成膜停止時間に基づいて、前記光学薄膜の成膜制御を実行する光学薄膜形成装置。 An optical thin film forming apparatus for forming an optical thin film on a film formation target substrate,
a control unit that controls the deposition of a thin film on the deposition target plate in response to a light reception signal obtained by receiving monitor light transmitted through the deposition target substrate;
The control unit
The time change in transmittance for each wavelength point in the optical thin film to be formed is fitted.
The fitting curves for each wavelength point obtained by the fitting are extrapolated to predict a future spectrum, which is the transmittance of each wavelength at a future time;
A figure-of-merit (FOM) function is calculated for the spectrum prediction for each future time obtained by the prediction, and the time at which the predicted FOM takes a minimum value is set as the deposition stop time;
The optical thin film forming apparatus controls the formation of the optical thin film based on the set film formation stop time.
前記成膜対象基板を透過した前記モニタ光を受光して受光信号を出力する受光部と、
成膜中の基板温度を測定する温度測定部と、
前記受光信号に応じて前記成膜対象基板の光透過率を取得し、取得した光透過率情報に関連付けて薄膜の成膜を制御する制御部と、を有し、
前記制御部が、
成膜される光学薄膜における各波長点ごとの透過率時間変化をフィッティング(Fitting)し、
前記フィッティングにより得られた各波長点のフィッティング曲線を外挿して、未来時間の各波長の透過率である未来のスペクトラム(spectrum)を予測し、
前記予測により得られた未来の各時間のスペクトラム予測に対してFigure-of-Merit(FOM)関数を計算し、予測FOMが最小値を取る時間を成膜停止時間と設定し、
前記設定された成膜停止時間に基づいて、前記光学薄膜の成膜制御を実行する光学薄膜形成装置。 a light projection unit that projects monitor light onto a film formation target substrate on which a thin multilayer film is formed by depositing a film formation material supplied from a film formation material supply unit disposed in the film formation chamber;
a light receiving section that receives the monitor light transmitted through the film formation target substrate and outputs a light receiving signal;
a temperature measuring unit for measuring the substrate temperature during film formation;
a control unit that acquires the light transmittance of the film formation target substrate in response to the light receiving signal and controls the formation of a thin film in association with the acquired light transmittance information,
The control unit
The time change in transmittance for each wavelength point in the optical thin film to be formed is fitted.
The fitting curves for each wavelength point obtained by the fitting are extrapolated to predict a future spectrum, which is the transmittance of each wavelength at a future time;
A figure-of-merit (FOM) function is calculated for the spectrum prediction for each future time obtained by the prediction, and the time when the predicted FOM takes a minimum value is set as the deposition stop time;
The optical thin film forming apparatus controls the formation of the optical thin film based on the set film formation stop time.
前記制御部により、成膜される光学薄膜における各波長点ごとの透過率時間変化をフィッティング(Fitting)するステップと、
前記制御部により、前記フィッティングにより得られた各波長点のフィッティング曲線を外挿して、未来時間の各波長の透過率である未来のスペクトラム(spectrum)を予測するステップと、
前記制御部により、前記予測により得られた未来の各時間のスペクトラム予測に対してFigure-of-Merit(FOM)関数を計算し、予測FOMが最小値を取る時間を成膜停止時間と設定するステップと、
前記制御部により、前記設定された成膜停止時間に基づいて、前記光学薄膜の成膜制御を実行するステップと、を有する光学薄膜形成方法。 An optical thin film forming method for forming an optical thin film on a film formation target substrate in an optical thin film forming apparatus having a control unit that controls thin film formation on the film formation target substrate in response to a light reception signal obtained by receiving monitor light that has transmitted through the film formation target substrate, the method comprising:
fitting the time change in transmittance for each wavelength point in the optical thin film to be formed by the control unit;
a step of extrapolating the fitting curves of the wavelength points obtained by the fitting by the control unit to predict a future spectrum, which is the transmittance of each wavelength at a future time;
calculating a figure-of-merit (FOM) function for the spectrum prediction for each future time obtained by the prediction, and setting the time at which the predicted FOM takes a minimum value as a film formation stop time by the control unit;
and controlling the deposition of the optical thin film by the control unit based on the set deposition stop time.
前記コンピュータに、以下の手順を実行させるためのプログラム。
成膜される光学薄膜における各波長点ごとの透過率時間変化をフィッティング(Fitting)する手順、
前記フィッティングにより得られた各波長点のフィッティング曲線を外挿して、未来時間の各波長の透過率である未来のスペクトラム(spectrum)を予測する手順、
前記予測により得られた未来の各時間のスペクトラム予測に対してFigure-of-Merit(FOM)関数を計算し、予測FOMが最小値を取る時間を成膜停止時間と設定する手順、
前記設定された成膜停止時間に基づいて、前記光学薄膜の成膜制御を実行する手順。 An optical thin film forming apparatus for forming an optical thin film on a film formation target substrate, the apparatus comprising: a control unit made of a computer that controls thin film formation on the film formation target substrate in response to a light reception signal obtained by receiving monitor light transmitted through the film formation target substrate;
A program for causing the computer to execute the following steps:
A procedure for fitting the time change in transmittance for each wavelength point in the optical thin film to be formed;
A procedure of extrapolating the fitting curves at each wavelength point obtained by the fitting to predict a future spectrum, which is the transmittance of each wavelength at a future time;
calculating a figure-of-merit (FOM) function for the spectrum prediction for each time in the future obtained by the prediction, and setting the time at which the predicted FOM takes a minimum value as the deposition stop time;
A procedure for controlling the deposition of the optical thin film based on the set deposition stop time.
A storage medium storing the program according to claim 10.
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