JP4854098B1 - Film forming method and film forming apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
【課題】
光学薄膜の成膜において、膜厚、屈折率が設計値からずれた場合でも、最終的に得られる光学性能が目的とする光学性能に近づけることができる技術を提供する。
【解決手段】
光学的膜厚がλ/4以上の層で光量の極値が判明した時点で、それ以前に成膜した光学的膜厚がλ/4以下の薄い層の屈折率と膜厚を推定し、最適化手法を用いて成膜中の層および成膜中の層以降の層の膜厚を補正することによって目的とする光学性能を得る。
【選択図】なし【Task】
In the formation of an optical thin film, there is provided a technique capable of bringing the optical performance finally obtained closer to the target optical performance even when the film thickness and refractive index deviate from the design values.
[Solution]
When the extreme value of the light amount is found in a layer having an optical film thickness of λ / 4 or more, the refractive index and film thickness of a thin layer having an optical film thickness of λ / 4 or less previously formed are estimated, The target optical performance is obtained by correcting the film thickness of the layer during film formation and the layers after the layer during film formation using an optimization method.
[Selection figure] None
Description
本発明は、蒸着やスパッタリングなどによる光学薄膜の成膜の過程を制御する成膜方法および成膜装置に関するものである。 The present invention relates to a film forming method and a film forming apparatus for controlling a process of forming an optical thin film by vapor deposition or sputtering.
薄膜の光学性能は屈折率と膜厚によって決定されるため、成膜中に屈折率と膜厚を測定および制御することは所望の光学性能を持つ薄膜を得るために重要である。また、光学薄膜における膜厚は、物理的膜厚よりも光学的膜厚(屈折率と物理的膜厚との積)のほうが有用な情報である。そのため、精密な膜厚制御を必要とする光学薄膜の成膜においては、屈折率と光学的膜厚の情報が得られる光学式膜厚制御法が広く用いられている。光学式膜厚制御法には、単色測光法、二色測光法、多色測光法などの方法がある。 Since the optical performance of the thin film is determined by the refractive index and the film thickness, measuring and controlling the refractive index and the film thickness during film formation is important for obtaining a thin film having desired optical performance. In addition, as for the film thickness in the optical thin film, the optical film thickness (product of the refractive index and the physical film thickness) is more useful information than the physical film thickness. Therefore, in the formation of an optical thin film that requires precise film thickness control, an optical film thickness control method that can obtain information on the refractive index and the optical film thickness is widely used. Examples of the optical film thickness control method include monochromatic photometry, two-color photometry, and multicolor photometry.
単色測光法は最も簡便な方法であり、光学的膜厚がλ/4(λは測光波長)増加するごとに繰り返し現れる反射率または透過率の極大値および極小値を利用するものである。この方法を用いた例が特公昭57−24485号広報に開示されている。 Monochromatic photometry is the simplest method, and uses the maximum and minimum values of reflectance or transmittance that appear repeatedly as the optical film thickness increases by λ / 4 (λ is the photometry wavelength). An example using this method is disclosed in Japanese Patent Publication No. 57-24485.
また、単色測光法では光学的膜厚がλ/4以下の場合は極値が現れないため、λ/4以下の膜厚制御を正確におこなうことができないという問題があるが、透過率または反射率の変化をモデル式に当てはめて制御をおこなうことでλ/4以下の膜厚でもより正確な膜厚制御を可能にする例が、特開2010−138463号広報に開示されている。 In addition, in monochromatic photometry, an extreme value does not appear when the optical film thickness is λ / 4 or less, and thus there is a problem that film thickness control of λ / 4 or less cannot be performed accurately. An example of enabling more accurate film thickness control even with a film thickness of λ / 4 or less by applying a change in rate to a model formula and performing control is disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2010-138463.
また、膜の屈折率は、成膜中の物質の蒸発速度、蒸発分布、成膜中の圧力、基板の温度等の諸条件の変動によって設計値と異なってしまう場合がある。単色測光法において蒸発速度を制御することによって屈折率のずれを防止する例が特開2005−2462号広報に開示されている。 Further, the refractive index of the film may differ from the design value due to fluctuations in various conditions such as the evaporation rate of the substance during film formation, the evaporation distribution, the pressure during film formation, the temperature of the substrate, and the like. An example of preventing refractive index deviation by controlling the evaporation rate in monochromatic photometry is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-2462.
多色測光法は分光光度計などを用いて成膜中の分光反射特性または分光透過特性を測定して膜厚制御する方法である。この方法を用いた例が特開平5−255850広報、特許第3754874号広報に開示されている。 Multicolor photometry is a method of controlling film thickness by measuring spectral reflection characteristics or spectral transmission characteristics during film formation using a spectrophotometer or the like. An example using this method is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-255850 and Japanese Patent No. 3754874.
しかしながら、成膜中の物質の蒸発速度、蒸発分布、成膜中の圧力、基板の温度等の諸条件は変動するため、単色測光法において光学的膜厚がλ/4以下の薄い層の膜厚制御をおこなう場合、たとえ特許文献2記載の方法を用いたとしてもモデル式通りに成膜が進行するとは限らず、実際の膜の屈折率とモデル式で推定した膜の屈折率に差が生じてしまい、正確な膜厚制御がおこなえない場合があるという問題を有している。
However, since various conditions such as the evaporation rate, evaporation distribution, pressure during film formation, and substrate temperature during the film formation fluctuate, a thin layer film having an optical film thickness of λ / 4 or less in monochromatic photometry When thickness control is performed, even if the method described in
また、所望の光学的膜厚が得られたとしても屈折率が設計値と異なってしまった場合には、設計通りの光学性能を有する光学薄膜が得られないという問題を有している。 Further, even if a desired optical film thickness is obtained, when the refractive index is different from the design value, there is a problem that an optical thin film having optical performance as designed cannot be obtained.
また、設計値通りの屈折率を得るために蒸発速度の制御をおこなったとしても蒸発分布、成膜中の圧力、基板温度等の条件が異なっている場合には必ずしも設計値通りの屈折率を得ることができないという問題を有している。 Even if the evaporation rate is controlled to obtain the refractive index as designed, if the conditions such as evaporation distribution, pressure during film formation, substrate temperature, etc. are different, the refractive index as designed is not necessarily changed. It has the problem that it cannot be obtained.
また、多色測光法は分光光度計など複雑な装置が必要なためにコスト面で採用が難しいという問題を有している。 In addition, the multicolor photometry method has a problem that it is difficult to adopt in terms of cost because a complicated apparatus such as a spectrophotometer is required.
そこで本発明は、光学薄膜の成膜において、膜厚、屈折率が設計値からずれた場合でも、光学薄膜の光学性能を目標に近づけることができる技術を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a technique capable of bringing the optical performance of an optical thin film closer to the target even when the film thickness and refractive index deviate from the design values in the formation of the optical thin film.
本発明は、光学多層膜の各層の膜厚をモニター光を用いてモニター基板上で成膜中に計測することによって制御する膜厚制御工程と、
成膜中の層の該モニター基板上での光学的膜厚がλ/4(λは該モニター光の計測波長)以上の厚さの場合に、該膜厚制御工程で計測された光学的膜厚がλ/4の奇数倍の位置における反射率または透過率の極大値または極小値に基づいて、当該層および光学的膜厚がλ/4未満の当該層以前の層の屈折率を推定する屈折率推定工程と、
該膜厚制御工程で得られた計測結果と、該屈折率推定工程で推定された屈折率から、光学的膜厚がλ/4未満の当該層以前の層の膜厚を推定する膜厚推定工程と、
該屈折率推定工程と該膜厚推定工程で推定された各層の屈折率と膜厚とを用いて、当該層および当該層以降の層の目標膜厚を補正する膜厚補正工程を有することを特徴とする。
The present invention includes a film thickness control step for controlling the film thickness of each layer of the optical multilayer film by measuring during film formation on the monitor substrate using monitor light;
The optical film measured in the film thickness control step when the optical film thickness of the layer being formed on the monitor substrate is greater than or equal to λ / 4 (λ is the measurement wavelength of the monitor light) Based on the maximum or minimum value of reflectance or transmittance at a position where the thickness is an odd multiple of λ / 4 , the refractive index of the layer and the layer before the layer whose optical film thickness is less than λ / 4 is estimated. Refractive index estimation step;
Film thickness estimation for estimating the film thickness of the layer before the layer whose optical film thickness is less than λ / 4 from the measurement result obtained in the film thickness control process and the refractive index estimated in the refractive index estimation process Process,
Using the refractive index estimation step and the refractive index and film thickness of each layer estimated in the film thickness estimation step, and having a film thickness correction step of correcting the target film thickness of the layer and the subsequent layers. Features.
また、膜厚補正工程における膜厚補正方法は、成膜中の層および成膜中の層以降の層の膜厚をパラメーターとして、目標とする分光特性と、前記屈折率推定工程と前記膜厚推定工程で推定された屈折率と膜厚の推定値を用いて計算した分光特性との差の二乗和が最小となるようにパラメーターを最適化する方法を用いることが好ましい。 Further, the film thickness correction method in the film thickness correction step includes the target spectral characteristics, the refractive index estimation step, and the film thickness with the film thicknesses of the layer being formed and the layers after the layer being formed as parameters. It is preferable to use a method of optimizing parameters so that the sum of squares of the difference between the refractive index estimated in the estimation step and the spectral characteristic calculated using the estimated value of the film thickness is minimized.
ここで、最適化方法としては、シンプレックス法、最急降下法、ニュートン法、準ニュートン法、ガウス・ニュートン法、勾配法、共役勾配法、レーベンバーグ・マーカート法等を利用した最小二乗法や、焼きなまし法(シミュレーテッド・アニーリング)、遺伝的アルゴリズム、タブーサーチ、ニューロネットワークを利用した方法があげられるが、これに限定されず、適切な最適化方法を選択すればよい。 Here, the optimization methods include simplex method, steepest descent method, Newton method, quasi-Newton method, Gauss-Newton method, gradient method, conjugate gradient method, Levenberg-Marcate method, etc., and annealing. Methods (simulated annealing), genetic algorithms, tabu search, and methods using a neuronetwork are included, but the method is not limited to this, and an appropriate optimization method may be selected.
また、膜厚制御工程における膜厚計測方法は単一波長の光量を計測するものであることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the film thickness measuring method in a film thickness control process measures the light quantity of a single wavelength.
本発明の成膜方法は、真空蒸着法またはスパッタリング法であることが好ましい。 The film forming method of the present invention is preferably a vacuum evaporation method or a sputtering method.
本発明によれば、成膜中に膜厚や屈折率に設計値からのずれが生じた場合でも、成膜中の層およびそれ以降の層の膜厚を補正することによって、目標とする光学性能を得ることができる。 According to the present invention, even when a film thickness or a refractive index deviates from a design value during film formation, the target optical can be obtained by correcting the film thickness of the layer being formed and the subsequent layers. Performance can be obtained.
光学的膜厚がλ/4未満の薄い層が含まれる光学多層膜では、屈折率が設計値からずれることによって膜厚のずれが生じ、目標とする光学性能が得られなくなるという問題が多く発生するが、本発明によれば光学的膜厚がλ/4以上の層だけでなく光学的膜厚がλ/4未満の層の屈折率と膜厚も推定することができるため、ずれが生じた層以降の層の膜厚を補正することによってこのような問題を防ぐことができる。
In optical multilayer films that include thin layers with an optical film thickness of less than λ / 4, the film thickness shifts due to the refractive index deviating from the design value, and the target optical performance cannot be obtained. However, according to the present invention , not only a layer having an optical film thickness of λ / 4 or more but also a refractive index and a film thickness of a layer having an optical film thickness of less than λ / 4 can be estimated. Such a problem can be prevented by correcting the film thickness of the layers after the first layer.
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to this.
図1は、本発明の成膜装置の一例を示す概略模式図である。真空槽11内の下部に蒸発源12が設けられ、その上方に製品基板保持用のドーム13と、ドーム13の中心部に膜厚制御モニター基板ホルダー14が、基板ホルダー14下部にモニター基板マスク15が設けられ、基板ホルダー14の内部にモニター基板16が配置されている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a film forming apparatus of the present invention. An
膜厚制御工程は、成膜中の膜の厚さを光学的に計測しておこなうもので、基板ホルダー14、モニター基板マスク15、モニター基板16、投受光部17、演算・制御部18によって構成され、投受光部17から発したモニター光がモニター基板16に照射され、モニター基板16の上面と膜が成膜されつつあるモニター基板16の下面とで反射された反射光が投受光部17で受光される。受光された光量は演算・制御部18に取り込まれ、演算・制御部18では膜の屈折率と厚さの演算、膜厚が目標値に到達した時の成膜終了処理、および計測値の記憶がおこなわれる。
The film thickness control step is performed by optically measuring the thickness of the film being formed, and includes a
図2は、基板ホルダー14下部に設けられたモニター基板マスク15の形状を上から見た模式図である。開口部21の部分に穴が開いておりモニター基板16には開口部21の部分にだけ成膜される。層毎に基板ホルダー14を一定角度回転させることによって各層の膜厚を個別に計測することができるようになっている。前記モニター光は開口部21のエリア内に照射される。
FIG. 2 is a schematic view of the shape of the
次に、本発明を4層反射防止コートに適用する場合の成膜方法について示す。 Next, a film forming method when the present invention is applied to a four-layer antireflection coating will be described.
4層反射防止コートの一設計例を表1に示す。 Table 1 shows one design example of the four-layer antireflection coating.
この設計例では製品基板、モニター基板ともSCHOTT製BK−7を使用する。 In this design example, BK-7 manufactured by SCHOTT is used for both the product substrate and the monitor substrate.
表1において、層数は基板側からの層の順番を表わし、製品基板上の光学膜厚は該当層の製品基板上における光学的膜厚、λは設計の基準波長(ここではλ=500nm)、物質は該当層の物質名、膜厚比はいわゆるツーリングファクターと呼ばれるもので製品基板上の層の物理的膜厚とモニター基板上の層の物理的膜厚の比率(膜厚比=製品基板上の層の物理的膜厚÷モニター基板上の層の物理的膜厚)、真空中Δnは大気中での層の屈折率に対する真空中でのモニター基板上の層の屈折率の差分(真空中でのモニター基板上の層の屈折率=大気中での層の屈折率+真空中Δn)、計測波長は光学式膜厚制御で計測する光線の波長(単位nm)、開始光量は成膜開始前の膜が付いていない状態のモニター基板の反射光量値、モニター基板上の光学膜厚は該当層の真空中でのモニター基板上における光学的膜厚を表わす。 In Table 1, the number of layers represents the order of layers from the substrate side , the optical film thickness on the product substrate is the optical film thickness of the corresponding layer on the product substrate , and λ is the design reference wavelength (here, λ = 500 nm). The substance is the name of the substance in the corresponding layer, and the film thickness ratio is the so-called tooling factor. The ratio of the physical film thickness of the layer on the product substrate to the physical film thickness of the layer on the monitor substrate (film thickness ratio = product substrate The physical thickness of the upper layer ÷ the physical thickness of the layer on the monitor substrate), Δn in vacuum is the difference between the refractive index of the layer on the monitor substrate in vacuum and the refractive index of the layer in vacuum (vacuum) The refractive index of the layer on the monitor substrate in the layer = the refractive index of the layer in the atmosphere + Δn in vacuum), the measurement wavelength is the wavelength of the light beam measured in optical film thickness control (unit: nm), and the starting light quantity is film formation Reflected light amount of monitor board without film before start , light on monitor board The academic film thickness represents the optical film thickness of the corresponding layer on the monitor substrate in vacuum .
膜厚比はあらかじめ層毎に成膜した製品基板とモニター基板の膜厚を測定して求めておく。 The film thickness ratio is obtained in advance by measuring the film thickness of the product substrate and the monitor substrate that are formed for each layer.
真空中Δnは、モニター基板上に光学的膜厚λ/4成膜されたときの計測光量から求めておく。 Δn in vacuum is obtained from the amount of light measured when the optical film thickness λ / 4 is formed on the monitor substrate.
基板および膜物質の屈折率は一般的に波長毎に異なる屈折率を持つ。本実施形態では数1に示すコーシーの分散式によって波長毎の屈折率を計算する。 The refractive index of the substrate and the film material generally has a different refractive index for each wavelength. In this embodiment, the refractive index for each wavelength is calculated by the Cauchy dispersion formula shown in Equation 1.
上記の数式において、λは波長で単位はμmである。A0、A1、A2は分散式の係数であり基板、物質毎に次の表の値を用いる。 In the above formula, λ is a wavelength and its unit is μm. A 0 , A 1 , and A 2 are coefficients of the dispersion formula, and the values in the following table are used for each substrate and substance.
なお、分散式や係数は使用する基板や物質あるいは成膜条件によって適宜最適なものを使用すればよい。 Note that the optimum dispersion formula and coefficient may be used as appropriate depending on the substrate, the material, and the film forming conditions to be used.
この設計値から計算した4層反射防止コートの分光反射特性を図3に示す。計算には周知のマトリックス法を用いた。 The spectral reflection characteristics of the four-layer antireflection coating calculated from the design values are shown in FIG. A well-known matrix method was used for the calculation.
本実施形態の4層反射防止コートが屈折率、膜厚とも設計値通りに理想的に成膜されたときの膜厚制御工程での光量変化を図に表わしたもの(膜厚制御チャート)を図4に示す。このときの各層の光量値を表3に示す。 FIG. 4 is a diagram (film thickness control chart) showing a change in light amount in a film thickness control step when the four-layer antireflection coating of this embodiment is ideally formed according to design values for both refractive index and film thickness. As shown in FIG. Table 3 shows the light amount values of the respective layers at this time.
ピーク光量はモニター基板上の光学的膜厚がλ/4の地点での光量、停止光量は成膜終了時の光量、停止光量(%)は(ピーク光量−停止光量)÷(ピーク光量−開始光量)×100である。
第1層および第2層のピーク光量、停止光量(%)は、モニター基板上の光学的膜厚がλ/4に達しないため不明である。
The peak light intensity is the light intensity at the point where the optical film thickness on the monitor substrate is λ / 4, the stop light intensity is the light intensity at the end of film formation, and the stop light intensity (%) is (peak light intensity−stop light intensity) ÷ (peak light intensity−starting). Light amount) × 100.
The peak light amount and stop light amount (%) of the first layer and the second layer are unknown because the optical film thickness on the monitor substrate does not reach λ / 4.
図3の理想的な膜厚制御チャートの曲線は次の理論式によって導き出すことができる。 The curve of the ideal film thickness control chart of FIG. 3 can be derived by the following theoretical formula.
上記の各数式において、R1はモニター基板の成膜面側の反射率、nは膜の真空中の屈折率、nmはモニター基板の屈折率、λはモニター光の計測波長(単位nm)、dは膜の物理的膜厚(単位nm)、R0はモニター基板の膜が付かない面の反射率、Rmesは成膜中のモニター基板の両面合計反射率、Riniは両面に膜が付いていない状態のモニター基板の両面合計反射率、Rは得られる光量値である。nおよびnmは前記分散式によって求めた値を使用し、nには真空中Δnを加算する。また、dは設計値としての製品基板上の物理的膜厚を膜厚比で割った値を使用する。 In each of the above formulas, R 1 is the reflectance on the film formation surface side of the monitor substrate, n is the refractive index of the film in vacuum, nm is the refractive index of the monitor substrate, and λ is the measurement wavelength of monitor light (unit: nm) , D is the physical film thickness (unit: nm), R 0 is the reflectance of the surface of the monitor substrate where no film is attached, R mes is the total reflectance of both surfaces of the monitor substrate being deposited, and R ini is the film on both surfaces The total reflectance on both sides of the monitor substrate in a state where no mark is attached, R is a light quantity value to be obtained. n and n m uses the value obtained by the dispersion formula, the n adds the vacuum [Delta] n. Further, d is a design value obtained by dividing the physical film thickness on the product substrate by the film thickness ratio.
図4のような理想的な膜厚制御がおこなわれた場合は、図3に示す設計値通りの分光反射特性が得られる。 When the ideal film thickness control as shown in FIG. 4 is performed, the spectral reflection characteristic as the design value shown in FIG. 3 is obtained.
しかしながら、実際の成膜ではこのように理想的に成膜されることは少なく、膜の屈折率が成膜中の物質の蒸発速度、成膜中の圧力、基板の温度等の諸条件の変動によって設計値と異なってしまう。さらに光学的膜厚がλ/4以下の薄い層(この例では第1層と第2層)では屈折率が異なる結果として膜厚も設計値と異なってしまう。 However, in actual film formation, such an ideal film is rarely formed, and the refractive index of the film varies depending on various conditions such as the evaporation rate of the substance during film formation, the pressure during film formation, and the temperature of the substrate. Depending on the design value. Further, the thin layer (the first layer and the second layer in this example) having an optical film thickness of λ / 4 or less has a different refractive index. As a result, the film thickness also differs from the design value.
例えば第3層ZrO2の屈折率(真空中2.022(λ=450nm))が0.02高くなってしまった場合、ピーク光量は理想的な値71.06から73.06に増加する。図5は、実線51が理想的な屈折率の場合、点線52が屈折率が0.02高くなってしまった場合の第3層の膜厚制御チャートである。
For example, when the refractive index of the third layer ZrO 2 (2.022 in vacuum (λ = 450 nm)) has increased by 0.02, the peak light amount increases from the ideal value of 71.06 to 73.06. FIG. 5 is a film thickness control chart of the third layer when the
一般的に、成膜中の物質の蒸発速度が一定に制御されている場合、屈折率変動の主な要因は成膜中の圧力の変動や基板温度の変動である。そして成膜中の圧力、基板の温度は一連の成膜工程の中ではばらつきは少ない。従ってこの例のように第3層ZrO2の屈折率が高くなった場合は、第1層のZrO2の屈折率も高くなっていると推測できる。 In general, when the evaporation rate of a substance during film formation is controlled to be constant, the main factors of refractive index fluctuation are fluctuations in pressure during film formation and fluctuations in substrate temperature. The pressure during deposition and the temperature of the substrate are less varied in a series of deposition processes. Therefore, when the refractive index of the third layer ZrO 2 is increased as in this example, it can be estimated that the refractive index of the first layer ZrO 2 is also increased.
本発明の屈折率推定工程では、このように理想的なピーク光量と実際のピーク光量とのずれが判明した時点で次のように実際の屈折率を推定する。 In the refractive index estimation step of the present invention, when the deviation between the ideal peak light amount and the actual peak light amount is found in this way, the actual refractive index is estimated as follows.
第3層の実際の屈折率は、ピーク光量の値を用いて次の式によって求まる。 The actual refractive index of the third layer is obtained by the following equation using the peak light quantity value.
上記の数式において、Rsは該当層の初期光量、Rpは該当層のピーク光量、Roは基板の反射率、R’は該当層のピークでの反射率である。
すなわち第3層のピークでの反射率は、第3層の初期光量Rs、第3層のピーク光量Rp、基板の反射率Roを用いて求めることができる。
In the above formula, Rs is the initial light amount of the relevant layer , Rp is the peak light amount of the relevant layer , Ro is the reflectance of the substrate, and R ′ is the reflectance at the peak of the relevant layer .
That is, the reflectance at the peak of the third layer can be obtained by using the initial light amount Rs of the third layer, the peak light amount Rp of the third layer, and the reflectance Ro of the substrate.
上記の数式において、nmは基板の屈折率、nは真空中の膜の屈折率である。 In the above formula, nm represents the refractive index of the substrate, and n represents the refractive index of the film in vacuum.
上式に従って計算すると、第3層の真空中の屈折率はn=2.042(λ=450nm)となる(増加分0.020)。大気中の屈折率も0.020増加すると推定する。 When calculated according to the above equation, the refractive index in vacuum of the third layer is n = 2.042 (λ = 450 nm) (increase 0.020). The refractive index in the atmosphere is also estimated to increase by 0.020.
次に第1層ZrO2の屈折率を推定する。
最初に数10の補正式を用いて第3層のピーク光量から第1層がλ/4以上の膜厚であったと仮定した場合のピーク光量を推定する。
Next, the refractive index of the first layer ZrO 2 is estimated.
First, the peak light quantity when the first layer is assumed to have a film thickness of λ / 4 or more is estimated from the peak light quantity of the third layer by using the correction formula of tens.
上記の数式において、P’は推定する層(第1層)のピーク光量、Pはピークがある層(第3層)のピーク光量、Aは各層毎に定める補正係数である。 In the above formula, P ′ is the peak light amount of the estimated layer (first layer), P is the peak light amount of the layer having the peak (third layer), and A is a correction coefficient determined for each layer.
なお、この補正式は成膜が進行するにつれて真空槽内の圧力が低下したり蒸発源からの輻射熱によって基板温度が上昇したりすることによって後の層ほど屈折率が高くなるなどの影響を考慮したもので、これに限らず適宜最適な補正式を採用すればよい。
ここでは第1層の補正係数を−0.01とする。
第1層の推定ピーク光量は、P’=73.06+73.06×−0.01=72.33となる。
Note that this correction formula takes into account the effect that the refractive index of the later layer increases as the pressure in the vacuum chamber decreases as the film formation progresses or the substrate temperature increases due to radiant heat from the evaporation source. However, the present invention is not limited to this, and an optimal correction formula may be adopted as appropriate.
Here, the correction coefficient of the first layer is -0.01.
The estimated peak light amount of the first layer is P ′ = 73.06 + 73.06 × −0.01 = 72.33.
数8、数9を用いて第1層の真空中の推定屈折率は2.035(λ=450nm)となる(増加分0.013)。大気中の屈折率も0.013増加すると推定する。 Using Equations 8 and 9, the estimated refractive index in vacuum of the first layer is 2.035 (λ = 450 nm) (increase 0.013). The refractive index in the atmosphere is also estimated to increase by 0.013.
以上で第3層のピーク光量から、第1層および第3層の屈折率が推定できた。 From the above, the refractive indexes of the first layer and the third layer can be estimated from the peak light amount of the third layer.
次に膜厚推定工程により第1層の膜厚を推定する。 Next, the film thickness of the first layer is estimated by the film thickness estimation step.
図6は第1層の膜厚制御チャートである。実線61は理想的に成膜された場合の曲線である。表3に示したように停止光量69.62で停止している。点線62は停止光量で停止せずに成膜を続けたと仮定した場合の曲線である。ピーク光量は71.06である。
FIG. 6 is a film thickness control chart of the first layer. A
実線63は屈折率が高くなってしまった場合の曲線である。停止光量は理想的に成膜された場合と同じく69.62である。なぜならピーク光量が理想的になると想定して成膜が実行されたためである。
A
点線65は実線63の曲線が停止光量で停止せずに成膜を続けたと仮定した場合の曲線である。ピーク光量は前記推定値72.33である。第1層が設計値通りの光学的膜厚となるためには理想的なピーク光量71.06と推定ピーク光量72.33の違いを考慮して本来であれば太い実線64の終点光量70.86で成膜を停止する必要があった。
A dotted
なぜなら、理想的な光量変化幅に対する停止光量の比率は、(69.62−25.00)÷(71.06−25.00)=0.969であるので、実際の光量変化幅において停止光量が同じ比率になるには、(71.06−25.00)×0.969+25.00=70.86となる必要があるからである。 This is because the ratio of the stop light amount to the ideal light amount change width is (69.62-25.00) ÷ (71.06-25.00) = 0.969, and therefore the stop light amount in the actual light amount change width. This is because (71.06-25.00) × 0.969 + 25.00 = 70.86 is necessary to achieve the same ratio.
この太い実線64に相当する膜厚分だけ第1層が薄くなってしまっている。
The first layer is thinned by the thickness corresponding to the thick
第1層の実際に成膜されたモニター基板上の膜厚は、推定屈折率を用いて数2〜数7を逆算することにより、光学的膜厚0.2119λ(λ=450nm)=95.355nm、物理的膜厚95.355÷2.035=46.86nmと推定できる。
The film thickness on the monitor substrate on which the first layer is actually formed is calculated by calculating back the
製品基板上の膜厚は、得られたモニター基板上の物理的膜厚に表1の膜厚比を掛けることによって得られる。
製品基板上の物理的膜厚=46.86×0.75=35.15nm、光学的膜厚=35.15×(2.050+0.013)=72.51=0.145λ(λ=500nm)。(2.050は分散式を用いて計算した波長500nmでのZrO2の屈折率。)
The film thickness on the product substrate is obtained by multiplying the physical film thickness on the obtained monitor substrate by the film thickness ratio shown in Table 1.
Physical film thickness on product substrate = 46.86 × 0.75 = 35.15 nm, optical film thickness = 35.15 × (2.050 + 0.013) = 72.51 = 0.145λ (λ = 500 nm) . (2.050 is the refractive index of ZrO 2 at a wavelength of 500 nm calculated using the dispersion formula.)
以上で第1層の膜厚が推定できた。 Thus, the film thickness of the first layer was estimated.
次に膜厚補正工程により第3層および第4層の膜厚を補正する。 Next, the thicknesses of the third layer and the fourth layer are corrected by the thickness correction step.
膜厚補正工程では、第1層の屈折率と膜厚は前記屈折率推定工程と膜厚推定工程で推定した屈折率と膜厚を用い、第2層の屈折率と膜厚は設計値を用い、第3層の屈折率はピーク光量から計算した屈折率を用い、第3層の膜厚は設計値を用い、第4層以降の屈折率と膜厚は設計値を用いる。これらの屈折率と膜厚を初期値として、第3層および第4層の膜厚をパラメーターとして、図3に示した分光反射特性に近づくように最適化をおこなう。 In the film thickness correction process, the refractive index and film thickness of the first layer are used as the refractive index and film thickness estimated in the refractive index estimation process and film thickness estimation process, and the refractive index and film thickness of the second layer are designed values. The refractive index of the third layer is the refractive index calculated from the peak light amount, the design value is used for the film thickness of the third layer, and the design value is used for the refractive index and film thickness of the fourth and subsequent layers. Using these refractive index and film thickness as initial values, and using the film thicknesses of the third and fourth layers as parameters, optimization is performed so as to approach the spectral reflection characteristics shown in FIG.
最適化方法としては、シンプレックス法、最急降下法、ニュートン法、準ニュートン法、ガウス・ニュートン法、勾配法、共役勾配法、レーベンバーグ・マーカート法等を利用した最小二乗法や、焼きなまし法(シミュレーテッド・アニーリング)、遺伝的アルゴリズム、タブーサーチ、ニューロネットワークを利用した方法があげられるが、これに限定されず、適切な最適化方法を選択すればよい。 Optimization methods include simplex method, steepest descent method, Newton method, quasi-Newton method, Gauss-Newton method, gradient method, conjugate gradient method, Levenberg-Markert method, annealing method (simulation) Ted Annealing), genetic algorithm, tabu search, and a method using a neuro network are not limited to this, and an appropriate optimization method may be selected.
例えばレーベンバーグ・マーカート法を利用する場合は、William H. Press他「NUMERICAL RECIPES in C」
第14章4項P.505 Levenberg-Marquardt法,
日本, 株式会社技術評論社,
平成18年5月5日初版第13刷, ISBN4-87408-560-1、に記載のコードを用いることができる。
For example, when using the Levenberg-Marcate method, William H. Press et al. “NUMERICAL RECIPES in C”
Japan, Technical criticism company,
The codes described in May 13, 2006, first edition, 13th edition, ISBN4-87408-560-1, can be used.
例としてここではレーベンバーグ・マーカート法を用いて最適化をおこない、表4のように第3層および第4層の膜厚が補正され、停止光量が修正された。
第3層と第4層の停止光量を表3の値に修正して成膜をおこなえば、修正しなかった場合と比較してより設計値に近い分光特性を持つ製品を得ることができる。 If film formation is performed by correcting the stop light amounts of the third layer and the fourth layer to the values shown in Table 3, a product having spectral characteristics closer to the design values can be obtained as compared with the case where correction is not performed.
図7は製品基板の分光反射特性を示す図であり、細い実線71は設計値、太い実線72は第3層と第4層の停止光量を表3の値に補正した場合の分光反射特性、点線73は補正をおこなわずにそのまま成膜した場合の分光反射特性である。この図から補正の効果は明らかであり、補正をおこなわなかった場合と比較して補正をおこなった場合の分光反射特性はより設計値に近づいている。
FIG. 7 is a diagram showing the spectral reflection characteristics of the product substrate. A thin
また、第4層においてピークがずれた場合にも同様の方法で屈折率を求め、第2層の屈折率および膜厚を推定し、第4層の停止光量を補正すればよい。 Further, when the peak shifts in the fourth layer, the refractive index is obtained by the same method, the refractive index and the film thickness of the second layer are estimated, and the stop light amount of the fourth layer is corrected.
また、本実施形態では同一物質の層について屈折率および膜厚の推定をおこなったが、ピーク光量の挙動が同じ傾向を示す物質であれば異物質であってもかまわない。 In this embodiment, the refractive index and the film thickness are estimated for the same material layer. However, different materials may be used as long as the materials exhibit the same tendency in peak light intensity.
また、薄い層が無く全ての層がピーク光量を得られる膜構成であっても本発明を適用することによって屈折率のずれを膜厚の補正によって修正することができる。 Further, even if the film configuration is such that there is no thin layer and all layers can obtain the peak light amount, the refractive index shift can be corrected by correcting the film thickness by applying the present invention.
また、本実施形態では設計値の分光特性に近づけるように最適化をおこなったが、例えば反射防止コートにおいてより低い反射率が望まれる場合には設計値よりも反射率が低いデーターをターゲットとして最適化をおこなっても良い。 Further, in this embodiment, optimization is performed so as to approach the spectral characteristics of the design value. However, for example, when a lower reflectance is desired in the antireflection coating, data having a reflectance lower than the design value is optimized as a target. You may do.
11 真空チャンバー
12 蒸発源
13 製品基板配置用ドーム
14 モニター基板ホルダー
15 モニター基板マスク
16 モニター基板
17 投受光部
18 演算および制御部
21 モニター基板マスク開口部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
成膜中の層の該モニター基板上での光学的膜厚がλ/4(λは該モニター光の計測波長)以上の厚さの場合に、該膜厚制御工程で計測された光学的膜厚がλ/4の奇数倍の位置における反射率または透過率の極大値または極小値に基づいて、当該層および光学的膜厚がλ/4未満の当該層以前の層の屈折率を推定する屈折率推定工程と、
該膜厚制御工程で得られた計測結果と、該屈折率推定工程で推定された屈折率から、光学的膜厚がλ/4未満の当該層以前の層の膜厚を推定する膜厚推定工程と、
該屈折率推定工程と該膜厚推定工程で推定された各層の屈折率と膜厚とを用いて、当該層および当該層以降の層の目標膜厚を補正する膜厚補正工程を有することを特徴とする成膜方法。 A film thickness control step for controlling the film thickness of each layer of the optical multilayer film by measuring the film thickness on the monitor substrate using monitor light;
The optical film measured in the film thickness control step when the optical film thickness of the layer being formed on the monitor substrate is greater than or equal to λ / 4 (λ is the measurement wavelength of the monitor light) Based on the maximum or minimum value of reflectance or transmittance at a position where the thickness is an odd multiple of λ / 4 , the refractive index of the layer and the layer before the layer whose optical film thickness is less than λ / 4 is estimated. Refractive index estimation step;
Film thickness estimation for estimating the film thickness of the layer before the layer whose optical film thickness is less than λ / 4 from the measurement result obtained in the film thickness control process and the refractive index estimated in the refractive index estimation process Process,
Using the refractive index estimation step and the refractive index and film thickness of each layer estimated in the film thickness estimation step, and having a film thickness correction step of correcting the target film thickness of the layer and the subsequent layers. A characteristic film forming method.
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