(57)【要約】  基板上の薄膜成膜プロセスをその場監視する方法であって、ａ）所望のスペクトルＴを定義する段階１０であって、所望のスペクトルがある波長範囲内で定義された透過または反射スペクトルである、段階と、ｂ）ｂ１）少なくとも波長範囲内の光を放出する光源によって基板を照射する段階２１、ｂ２）基板から反射した、または基板を透過した光を受け取る段階２２、及びｂ３）波長範囲内の受け取った光から、透過及び反射スペクトルのうち少なくとも１つを決定する段階２３、を少なくとも１回行う段階と、ｃ）段階ｂ３）において決定された少なくとも１つのスペクトルの依存性においてスペクトルまたはスペクトルの組合せを現在のスペクトルＣとして定義する段階と、ｄ）少なくとも現在のスペクトルＣの関数として重みづけスペクトルＷを決定する段階３０と、ｅ）現在のスペクトルＣ、所望のスペクトルＴ及び重みづけスペクトルＷの関数として実数Ｋを計算する段階４０と、ｆ）所望のスペクトルＴから現在のスペクトルＣの偏差についての指標として、実数Ｋを利用する段階４５と、を含む方法に関する。
2019522725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の薄膜成膜プロセスをその場監視する方法であって、
ａ）所望のスペクトル（Ｔ）を定義する段階（１０）であって、前記所望のスペクトルがある波長範囲内で定義された透過または反射スペクトルである、段階と、
ｂ）
ｂ１）少なくとも前記波長範囲内の光を放出する光源によって前記基板を照射する段階（２１）、
ｂ２）前記基板から反射した、または前記基板を透過した光を受け取る段階（２２）、及び
ｂ３）前記波長範囲内の受け取った前記光から、透過及び反射スペクトルのうち少なくとも１つを決定する段階（２３）、
を少なくとも１回行う段階と、
ｃ）前記段階ｂ３）において決定された前記少なくとも１つのスペクトルの依存性においてスペクトルまたはスペクトルの組合せを現在のスペクトル（Ｃ）として定義する段階と、
ｄ）少なくとも前記現在のスペクトル（Ｃ）の関数として重みづけスペクトル（Ｗ）を決定する段階（３０）と、
ｅ）前記現在のスペクトル（Ｃ）、前記所望のスペクトル（Ｔ）及び前記重みづけスペクトル（Ｗ）の関数として実数（Ｋ）を計算する段階（４０）と、
ｆ）前記所望のスペクトル（Ｔ）から前記現在のスペクトル（Ｃ）の偏差についての指標として、前記実数（Ｋ）を利用する段階（４５）と、
を含む方法。
【請求項２】
前記段階ｂ）が、少なくとも以前のスペクトル及び前記現在のスペクトルを測定するために少なくとも２回繰り返され、
前記段階ｄ）において、
−信号スペクトルＳ及びノイズスペクトルＮが、少なくとも１つの前記以前のスペクトル及び前記現在のスペクトルの関数として計算され、
前記重みづけスペクトルＷが、前記信号スペクトルＳ及び前記ノイズスペクトルＮの関数として、特に前記信号スペクトルＳ及び前記ノイズスペクトルＮの比として計算される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記実数Ｋが、
【数１】
2019522725.tif 000004
として計算され、
Ｃが前記現在のスペクトルであり、Ｔが前記所望のスペクトルであり、Ｗが前記重みづけスペクトルであり、λｉが前記スペクトルが定義される波長であり、ｎがある数字であり、特にｎ＝１またはｎ＝２である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記光源が、重水素−ハロゲン光源またはレーザー駆動光源である、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
基板上の薄膜成膜プロセスを制御する方法であって、
−薄膜成膜プロセスを開始する段階と、
−一連の時間ステップにおいて、各時間ステップについて前記実数Ｋを生成し、それによって一連の数値的基準を生成するために、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法を適用する段階と、
−一連の数値的基準があらかじめ定義された条件を満たすとすぐに前記薄膜成膜プロセスを終了する段階と、を含む、方法。
【請求項６】
前記あらかじめ定義された条件が、一連の通過が最小値を通るものである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
基板上の多層薄膜の製造を制御する方法であって、
−前記多層薄膜の少なくとも１つの層について、所望のスペクトルを提供する段階と、
−前記少なくとも１つの層について、及び／または一連の層の成膜について、薄膜成膜プロセスを制御するために請求項５または６に記載の方法を適用する段階と、を含む、方法。
【請求項８】
前記層の上に成膜されることとなる層について、層の厚さ及び層の組成を再計算する追加的な段階を含み、前記再計算が、前記層が完成した瞬間における前記現在のスペクトル及び／または前記実数の値に基づく、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記層並びに、再計算された層厚さ及び層組成に基づく少なくとも１つのさらなる層を含む積層について所望のスペクトルを計算する段階をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書において取り扱われる発明は、基板上の薄膜成膜プロセスをその場監視するための方法に関する。さらなる態様において、本発明は、薄膜成膜プロセスを制御する方法及び多層薄膜の製造を制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
より具体的には、本発明は、薄膜成膜の間、基板を照射する光源及び基板から反射した、または基板を透過した光を測定するためのデバイスを有する光学監視装置を使用する薄膜成膜プロセスの光学監視に関する。単色光学監視では、成膜プロセスの間の層の成長を監視するために、ただ１つの波長の透過及び反射が分析される。これは、分散ブラッグ反射器、狭帯域バンドパスフィルタ、広帯域バンドパスフィルタ、または複バンドパスフィルタなどの広帯域反射器やフィルタとして使用される精密な光学コーティングの製造における成膜プロセスを監視するには十分でないことがありうる。拡張された波長範囲にわたって画定された所定の反射または透過特性を有する必要がある光学コーティングの製造のために、広帯域光学監視を適用することが知られている。この目的のために、広帯域光源が、光を成膜チャンバー内に、例えば基板を通過し、チャンバーを出て受光器に入る平行光ビームとして送るように構成される。そこで、光はアレイ検出器を有する分光計に送られ、これは強度のスペクトル分布を測定する。事前に記録された較正スペクトルを考慮に入れて、現在の透過スペクトルが決定される。代替的に、光が基板から反射され、現在の反射スペクトルが決定される。反射スペクトルも、事前に記録された較正スペクトルを考慮に入れて決定されうる。薄膜の形成の間、透過スペクトルまたは反射スペクトルは、成膜される層の厚さに応じて連続的に変化している。
【０００３】
ここで、発明者らは、波長の関数であるいずれかの量についてスペクトルという用語を使用する。スペクトルは例えば波長λｉのリストとして点ごとに定義されてもよく、ｉはインデックスである。
【０００４】
光学監視に関する１つの問題は、光学監視の光以外に、成膜チャンバー内に、例えばｅビーム源、スパッタ源、プラズマ／イオン源、またはヒーターなどのその他の強い光源が存在しうることである。これらの光源からの光は、特定の波長で非常に強い場合がありうる。これらの光源からの光はまた時間とともに変動しうる。そのような妨害光が受光器に入ると、現在の透過または反射スペクトルを変化させる。そのため、成膜プロセスの監視は妨害され、例えば現在の層の成膜を停止するための正しい瞬間の正確な検出が失敗しうる。
【０００５】
特許文献１には、光学監視光を使用しない妨害光の周期的な測定（背景測定）及びそれに続く測定信号からの背景測定の減算を使用する光学監視方法が開示されている。しかし、この方法は、相対的にゆっくり変化する妨害光に限られ、光ビームを遮断する手段（例えばチョッパー）及び測定信号に適用される追加的な処理ステップを必要とする。
【０００６】
さらに、光源自体が経時的に変動するスペクトル特性を有しうる。そのような変動は、背景測定では観察できないが、スペクトルの適切な解釈を妨げうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許第０２５７２２９号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、基板上の薄膜成膜プロセスをその場監視する代替的な方法を提供することである。
【０００９】
この目的は、請求項１に記載の発明によって達せられる。
【００１０】
本発明に従う方法は、基板上の薄膜成膜プロセスをその場監視する方法である。本方法は、
ａ）所望のスペクトルを定義する段階であって、所望のスペクトルがある波長範囲内で定義された透過または反射スペクトルである、段階と、
ｂ）
ｂ１）少なくとも波長範囲内の光を放出する光源によって基板を照射する段階、
ｂ２）基板から反射した、または基板を透過した光を受け取る段階、及び
ｂ３）波長範囲内の受け取った光から、透過及び反射スペクトルのうち少なくとも１つを決定する段階、
を少なくとも１回行う段階と、
ｃ）段階ｂ３）において決定された少なくとも１つのスペクトルの依存性においてスペクトルまたはスペクトルの組合せを現在のスペクトルとして定義する段階と、
ｄ）少なくとも現在のスペクトルの関数として重みづけスペクトルを決定する段階と、
ｅ）現在のスペクトル、所望のスペクトル及び重みづけスペクトルの関数として実数を計算する段階と、
ｆ）所望のスペクトルから現在のスペクトルの偏差についての指標として、実数を利用する段階と、
を含む。
【００１１】
重みづけスペクトルを適用することにより、本発明に従う方法は、かく乱を示す波長範囲の他の領域からの、現在のスペクトル及び所望のスペクトルの偏差についての信頼できる情報を与える波長の範囲における領域を識別することが可能である。発明者らは、かく乱として観察される薄膜の光学特性とは異なる原因を有するスペクトルに対する効果を考慮する。そのためかく乱を示す波長の範囲における領域は、適切な重みづけスペクトルを適用することによってより低い重みづけを与えられることが可能である。言及されるかく乱は、薄膜成膜システム内の様々な光源または検出器のノイズに起因しうる。そのため、本発明に従う方法は、基板上の薄膜成膜プロセスを広帯域で光学監視する方法を提供し、本方法は様々な光源からの時間依存するかく乱に対する影響を受けにくくなる。
【００１２】
重みづけスペクトルは、現在のスペクトルを考慮に入れて定義され、そのため重みづけ関数は変化する照射状況にリアルタイムに適合可能であり、現在のスペクトルで取得される情報で更新される。本発明によれば、重みづけ関数は動的に計算され、そのため本方法が、それ自体を異なるプロセス及び動的に変化する照射条件に適合させることを可能にする。現在のスペクトル、例えば所望のスペクトルに加えて、重みづけスペクトルを定義する際にあらかじめ定義された初期重みづけスペクトルまたは以前に使用された重みづけスペクトルが考慮に入れられうる。
【００１３】
受け取った光の透過または反射スペクトルを決定する段階は、以前に記録された較正スペクトルを考慮に入れた透過率のパーセンテージまたは反射率のパーセンテージの決定を伴いうる。異なる波長領域、例えば重複する波長領域におけるいくつかのスペクトルが取得され、より大きな波長範囲を覆う１つのスペクトルに結合されうる。
【００１４】
実数の計算は、現在のスペクトル及び所望のスペクトルのスペクトル差の絶対値を計算し、結果を重みづけスペクトルと乗じ、波長範囲にわたって和または積分をとることによって実行されうる。
【００１５】
本方法によれば、実数は現在のスペクトルの所望のスペクトルからの偏差に関する指標として利用され、そのためこれは「目標スペクトル」とみることができる。現在のスペクトルの所望のスペクトルからの偏差に関する指標として実数を利用する段階は、層成膜プロセスの閉ループ制御において、本発明に従う方法を適用することを可能にする。本発明に従う方法は、幅広いスペクトル範囲にわたって、例えば３８０ｎｍから１０００ｎｍの波長にわたって広帯域光学監視を可能にし、同時に生成された監視信号、すなわち実数のノイズを、「動的ノイズ抑制」を適用するアルゴリズムに起因して低く維持することができる。
【００１６】
本方法は、薄膜成膜及び光学監視に関する構成の設計の柔軟性が向上するというさらなる利点を有する。本発明に従う方法を適用する場合、かく乱光の取りうる経路から光学監視経路を分離する必要性が顕著に緩和され、そのため薄膜成膜チャンバーの新たな設計が可能になる。本発明に従う方法の適用は、プロセスパラメータを選択する自由度をさらに向上させる。発生するかく乱光が多すぎるため、周知の監視方法では可能とならないプロセスパラメータは、本発明に従う方法を適用することによって適切になる。そのようなプロセスパラメータの例は、より高い出力の印加、成膜時の加熱、または代替的なコーティング材料の使用である。
【００１７】
矛盾がなければ後述される実施形態のいずれかと組み合わされ得る本発明に従う方法の１つの実施形態において、段階ｂ）が、少なくとも以前のスペクトル及び現在のスペクトルを測定するために少なくとも２回繰り返され、
段階ｄ）において、
−信号スペクトル及びノイズスペクトルが、少なくとも１つの以前のスペクトル及び現在のスペクトルの関数として計算され、
重みづけスペクトルが、信号スペクトル及びノイズスペクトルの関数として、特に信号スペクトル及びノイズスペクトルの比として計算される。
信号スペクトルは、スペクトルのゆっくりと変化する部分を反映する。これは、例えば同じ種類のいくつかのスペクトルにわたって平均スペクトルとして計算されうる。移動平均の計算は、波長ごとに別個にスペクトルの値に適用されうる。
【００１８】
ノイズスペクトルは、スペクトルの時間的な不安定性またはスペクトルの高速に変化する部分を反映する。これは、例えば点ごとの標準偏差またはいくつかのスペクトルにわたって最大値と最小値との間の点ごとの差として計算されうる。
【００１９】
重みづけスペクトルは、信号スペクトルが大きな強度を有する波長については重みが高く、信号スペクトルが低い強度を有する場合は重みが低いように計算されうる。このように、結果的に得られる数値的基準の役割を果たす実数は、かく乱光の偶然の小さな変動によって弱く影響を受けるのみである。重みづけスペクトルは、ノイズスペクトルが低い強度を有する波長について重みが高いように計算されうる。このように、かく乱の小さなスペクトルにおける領域は、数値的基準として使用される実数に対し大きな寄与を有する。重みづけスペクトルは、ノイズスペクトルが高い強度を有する波長について重みが低いように計算されうる。このように、大きな時間的不安定性を示すスペクトルの領域は、数値的基準として使用される実数への影響を抑制される。信号スペクトル及びノイズスペクトルを少なくともいくつかの上記列挙された条件において示す重みづけスペクトルに結合するのに、多数の数学的関数が考えられる。上述の列挙された条件を満たす単純な方法は、重みづけスペクトルとして信号スペクトルとノイズスペクトルとの比を使用することである。定数が、ゼロまたは非常に小さい値による除算を避けるために、比をとる前にノイズスペクトルに加えられうる。
【００２０】
例えば現在のスペクトルの前の最後の５から２０のスペクトルなどの多数の以前のスペクトルが、ノイズスペクトル及び信号スペクトルを決定するために評価されうる。
【００２１】
本方法のこの実施形態を適用することにより、信号対雑音比が低い場所では数値的基準として使用される実数への影響が限られるため、低信号レベルを有する領域に延在する波長範囲は、薄膜成膜プロセスを監視するための波長範囲内に安全に含めることが可能である。そのため、例えば、ハロゲン光源を使用する場合、３９０ｎｍより短い波長が、監視信号の安定性に悪影響を及ぼすことなく監視波長範囲に含められうる。
【００２２】
矛盾がなければ前述の実施形態のいずれか及び後述される実施形態のいずれかと組み合わされ得る本発明に従う本発明の１つの実施形態において、実数Ｋが、
【００２３】
【数１】
2019522725.tif 000003
【００２４】
として計算され、
Ｃが現在のスペクトルであり、Ｔが所望のスペクトルであり、Ｗが重みづけスペクトルであり、λｉが、スペクトルが定義される波長であり、ｎがある数字であり、特にｎ＝１またはｎ＝２である。
【００２５】
この実施形態によれば、数値的基準として使用される実数の計算は、現在のスペクトル及び所望のスペクトルのスペクトル差の絶対値を計算し、スペクトル差をｎ乗し、結果を重みづけスペクトルと乗じ、波長の範囲にわたって和または積分をとることによって実行される。このように、現在のスペクトル及び所望のスペクトルが完全に整合している場合、数値的基準の結果は０の値を有することとなる。数値的基準として使用される実数は、現在のスペクトルと所望のスペクトルとの間の大きな偏差について大きな値を有することとなる。スペクトル差を１乗より高い累乗、例えば２乗とすることにより、大きな局所的偏差が、数値的基準において、比例増加より大きくなる。代替的に、特定の波長における現在のスペクトルと所望のスペクトルとの局所的な偏差の影響が、この波長における重みづけスペクトルに依存するのみであるように、スペクトル差は、スペクトル差をより高い累乗で計算することなく、すなわちｎ＝１を選択して重みづけスペクトルと直接乗算されうる。
【００２６】
矛盾がなければ、前述の実施形態のいずれか及び後述の実施形態のいずれかと組み合わされ得る本発明に従う方法の１つの実施形態において、光源が、重水素−ハロゲン光源またはレーザー駆動光源である。
【００２７】
この実施形態により、特定の波長において不安定な信号を示し、そのため従来の監視方法に適用した場合には不安定な監視信号を発生させる傾向のある高性能光源の適用が可能になる。
【００２８】
重水素−ハロゲン光源は、特定の波長、例えば４８６ｎｍ及び６５６ｎｍにおける重水素ピークにおいて不安定な信号を示す。しかし、本発明に従う方法において光源として使用される場合、安定な監視信号が広帯域スペクトルから得られ、そのため重水素−ハロゲン光源によって利用可能な幅広いスペクトル範囲を完全に使用できるようになる。
【００２９】
同様に、レーザー駆動光源（ＬＤＬＳ）は、８００ｎｍよりも長い特定の波長において不安定な信号を示しうる。本発明に従う方法において光源として使用する場合、安定した監視信号が、これらの不安定な信号の代わりに生成されうる。そのため、本方法はレーザー駆動光源の魅力的な特性、すなわち幅広い波長範囲にわたる高い輝度及び光源の長い寿命を利用することができる。
【００３０】
本発明の範囲において、さらに、基板上の薄膜成膜プロセスを制御する方法であって、
−薄膜成膜プロセスを開始する段階と、
−一連の時間ステップにおいて、各時間ステップについて実数を生成し、それによって一連の数値的基準を生成するために、本発明に従う薄膜成膜プロセスをその場監視する方法を適用する段階と、
−一連の数値的基準があらかじめ定義された条件を満たすとすぐに薄膜成膜プロセスを終了する段階と、を含む、方法が存在する。
【００３１】
この方法は、所定の層の薄膜成膜プロセスの終了の瞬間を正確に決定することができる。本発明に従う薄膜成膜プロセスをその場監視する方法によって生成された監視信号は非常に信頼性が高い、すなわちほとんどノイズやかく乱を含まないため、あらかじめ定義された条件が、偶然に、早すぎる段階において満たされることはない。本方法は、成膜プロセスがあまりに長すぎることになり、基板を廃棄しなければならないような、あらかじめ定義された条件の達成を完全に妨げうるようなスペクトルのかく乱がある状態も防ぐ。あらかじめ定義された条件は、例えば、一連の実数のうち最後の実数が、所与の限界未満の値を有することでありうる。あらかじめ定義された条件は、一連の数値的基準のうちいくつかの評価、特に一連の数値的基準のうち最後のいくつかの評価にも基づきうる。例えば、多項式が一連の数値的基準のうち最後のいくつかを通してフィッティングされ、あらかじめ定義された条件は、最後の時間ステップに対応する時間における多項式の導関数に適用される条件でありうる。例として、あらかじめ定義された基準は、１次導関数がこのときに正であることでありうる。あらかじめ定義された基準はさらに、薄膜成膜プロセスが最小回数の時間ステップだけ既に実行していることを必要としうる。
【００３２】
矛盾しなければ、前述の実施形態のいずれか及び後述の実施形態のいずれかと組み合わせられうる本発明に従う方法の１つの実施形態において、あらかじめ定義された条件が、一連の通過が最小値を通るものである。
【００３３】
本発明のこの実施形態で、所望のスペクトルに対する現在のスペクトルの最も近い近時の瞬間が、非常に正確に検出可能である。通過が検出されたときには最小値の通過がすでに発生したものであるという事実は、例えば意図する層厚さが達成される前の３つの時間ステップで所望のスペクトルが達成されるように所望のスペクトルが計算されうるため、問題とならない。この場合、層の終了のあらかじめ定義された条件は、一連の時間ステップの最後から３番目において最小値の通過が存在することとなる。最小値の通過は、数値的基準として使用される実数について、最小値に続いて増加する値の数、例えば２つだけ続くものとして識別されうる。最小値の通過の検出は、一連の実数の最後のいくつかを通る多項式フィッティングに基づきうる。
【００３４】
本発明はさらに、基板上の多層薄膜の製造を制御する方法であって、
−多層薄膜の少なくとも１つの層について、所望のスペクトルを提供する段階と、
−少なくとも１つの層について、及び／または一連の層の成膜について、薄膜成膜プロセスを制御するために本発明に従う薄膜成膜プロセスを制御する方法を適用する段階と、を含む、方法に関する。
【００３５】
本方法は、最終的な多層薄膜の性能を、元の設計に確実にできる限り近いものとする。この方法は、基板上の多層薄膜の製造を制御するのに適しており、完成した多層薄膜は、所定の光学特性を有する必要がある。本方法は、任意の中間積層について成膜プロセスを正確に停止することが可能である。
【００３６】
少なくとも１つの層について所望のスペクトルは下の、及び議論する層を含む多層薄膜の積層体の各層について屈折率を定義する所定の層厚さ及び層組成から計算されうる。
【００３７】
矛盾がなければ、前述の実施形態のいずれかまたは後述の実施形態のいずれかと組み合わせられうる本方法の１つの実施形態において、本方法が、層の上に成膜されることとなる層について、層の厚さ及び層の組成を再計算する追加的な段階を含み、再計算が、層が完成した瞬間における現在のスペクトル及び／または実数の値に基づく。
【００３８】
本方法のこの実施形態は、その場再最適化、すなわち製造プロセスを妨げることなく元の設計からの小さな偏差の修正を可能にする。本方法のこの実施形態は、多層薄膜の製造における顕著な収率の改善及びコスト低減につながりうる。最終的な透過または反射スペクトルのより厳しい許容範囲が、本方法で達成されうる。現在のスペクトルにおいて観察可能な偏差につながる、層の成膜速度または組成の小さな変動は、最終的な多層薄膜についての所望の反射または透過スペクトルを達成するように、残りのコーティングレシピを新しく必要な層厚さ及び組成に調整することによって修正されうる。
【００３９】
本発明の１つの実施形態は、層並びに、再計算された層厚さ及び層組成に基づく少なくとも１つのさらなる層を含む積層について所望のスペクトルを計算する段階をさらに含む。
【００４０】
本発明のこの実施形態は、再最適化された層の成膜の正確な終了が可能になるという利点を有する。所望のスペクトルは、議論される層を終了するとともに完了する中間積層体の後に製造されることとなる、調整され、または再最適化される積層について計算される。このように、再最適プロセスにおいて決定される新しい層厚さ及び層組成は、所望のスペクトルを提供する際に考慮される。
【００４１】
本発明に従う方法、すなわち、基板上の薄膜成膜プロセスをその場監視する方法、薄膜成膜プロセスを制御する方法、及び基板上の多層薄膜の製造を制御する方法は、蒸着器またはマグネトロンスパッタ装置を動作する際に適用されうる。本方法はまた、イオンプレーティング、イオンビームスパッタリング及び原子層成膜にも適用されうる。これらは特に、光学薄膜の製造について有用である。
【００４２】
本発明を、これから図面を補助としてさらに例示することとする。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に従う方法の概略的なフロー図である。
【図２】薄膜成膜プロセスに関する装置の断面である。
【図３】図３ａ）からｃ）はスペクトル及びそれらの相互関係の例である。
【図４】本発明に従う方法の実施形態の概略的なフロー図である。
【図５】本発明に従う薄膜成膜プロセスを制御する方法によって製造される際の一連の数値的な基準である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１は、基板上の薄膜成膜プロセスのその場監視の方法の概略的なフロー図を示している。所望のスペクトルＴを提供する段階１０が存在する。スペクトルは２０において３つの段階、すなわち少なくともある範囲の波長で光を放出する光源によって基板を照射する段階２１、基板から反射した光または基板を透過した光を受け取る段階２２、及び波長範囲にわたって受け取った光の透過または反射スペクトルを決定する段階２３によって測定される。測定されたスペクトルは、現在のスペクトルＣであるとして定義される。現在のスペクトルＣは、本方法の２つの段階で使用される。まず、現在のスペクトルＣは実数Ｋを計算する段階４０で使用される。第２に、重みづけスペクトルＷが、現在のスペクトルＣを考慮に入れることによって段階３０で決定される。実数Ｋの計算４０は、現在のスペクトルＣ、所望のスペクトルＴ及び重みづけスペクトルＷを入力としてとり、入力の関数における出力として実数Ｋを生成する。最後の段階４５として、実数Ｋは現在のスペクトルＣの所望のスペクトルＴからの偏差についての指標として利用される。そのため、実数Ｋは段階１０によって提供される所望のスペクトルＴからの現在のスペクトルＣの偏差についての測定結果であり、すなわち数値的基準として使用される。任意選択的に、重みづけスペクトルＷを決定する段階３０は、現在のスペクトルＣに加えて、初期重みづけスペクトルＷ０を考慮に入れる。そのような初期重みづけスペクトルは、使用する光源の特性、所望のスペクトル及び／または前回の薄膜成膜プロセス中に決定された重みづけスペクトルから得られうる。初期重みづけスペクトルＷ０の任意選択的な使用は、破線の箱及び破線の矢印によって示されている。
【００４５】
図２は、薄膜成膜プロセスについての装置の断面を示している。本装置は、本発明に従う基板上の薄膜成膜プロセスをその場監視する方法を実行するための手段を含む。基板２００は、蒸着器チャンバー２０１内に配置される。帽子状構造２０２が基板２００を搬送する。受光器２０３は、入射光を集め、アレイ検出器を有する分光計によって光を分析する。２つの可能性のある種類の光経路が示されている。反射測定に関して、光送信器２０５からの光は、破線で示された光経路２０４を辿る。この場合、光は基板２００上の薄膜から反射される。透過測定に関して、光送信器２０７からの光は、一点鎖線で示された光経路２０６を辿る。この場合、光は基板及びその上の薄膜を透過する。光源は、光送信器２０５、２０７に組み込まれうる。分光計は受光器２０３内に組み込まれ得る。代替的に、光送信器２０５、２０７及び受光器２０３は例えば光ファイバーによって光源及び分光計にそれぞれ接続された送信器／受光器ヘッドであってもよく、光源及び分光計は例えば制御カビネット内に配置される。蒸着源２０８、典型的にはｅビーム蒸着源は、蒸着器チャンバーの底部に配置される。これらのｅビーム蒸着源は、少なくとも間接的に受光器２０３へたどり着き、測定されるスペクトルに寄与しうる光を生成しうる。別の種類の薄膜成膜の装置において、光を妨げる源は、スパッタ源、プラズマ／イオン源、またはヒーターでもありうる。
【００４６】
図３ａ）及び３ｂ）は、反射スペクトルの例を示している。反射率Ｒは波長λの依存性で示されている。スペクトルは幅広い範囲のスペクトル、例えば３８０ｎｍから１０００ｎｍの範囲を覆う。どちらの図面においても、同じ所望のスペクトルＴが破線で示されている。図３ａ）では、成膜プロセスの間、先に測定された以前のスペクトルＰが示されている。図３ｂ）は、測定された現在のスペクトルＣを示しており、これは以前のスペクトルＰとわずかに異なっているだけである。反射率％で示す測定されたスペクトルＰ及びＣは、事前に記録された較正スペクトルを考慮に入れて決定されている。一般に、現在のスペクトルＣは既に所望のスペクトルＴに少し近いが、現在のスペクトルＣのピーク３０３は以前のスペクトルＰよりも顕著に高い強度を有する。もし例えば現在のスペクトルＣまたは以前のスペクトルＰそれぞれと、所望のスペクトルＴとの間の面積を、２つのスペクトルの偏差の測定としてとるならば、ピーク３０３の強度の増大は、以前のスペクトルから現在のスペクトルへ行われる所望のスペクトルへの接近の一部を隠すこととなる。ピーク３０３は、経時的に変動する光源からの典型的なかく乱である。
【００４７】
図３ｃ）は、可能な重みづけスペクトルＷを概略的に示している。波長範囲における２つの領域３０１及び３０２は、かく乱光によって影響を受ける。これらの領域において、重みづけスペクトルは波長範囲の残りの部分と比較して低くされている。低くされた重みづけのこれらの領域は、図３ａ）及び図３ｂ）で測定されたスペクトルのピークのクラスターに対応する。本発明に従う方法は、重みづけ関数Ｗを動的に更新する。そのような更新は、重みづけスペクトル内のくぼみ３０４であり、これは局所的に重みづけをほぼゼロまで減少させる。くぼみ３０４は、ピーク３０３に対応する波長において、経時的に高速な変化に起因して導入されたものである。このように、この波長においてノイズ及び高速な変動は、数値的基準として使用される実数Ｋにほとんど全く影響を有さず、領域３０１及び３０２は実数Ｋに対する影響は減少し、その一方安定し、信頼性のある情報を提供する３０１と３０２との間の領域は実数Ｋに対し大きな重みづけを有して寄与する。
【００４８】
図４は、本方法の１つの実施形態の概略的なフロー図を示している。この実施形態において、一連の基板の照射２１、光の受光２２、及び透過または反射スペクトルの決定２３は、数回実行され、以前のスペクトルＰ、Ｐ’をもたらし、最後に測定されたスペクトルが現在のスペクトルＣであるとして定義される。段階５０において、信号スペクトルＳ及びノイズスペクトルＮが以前のスペクトルＰ、Ｐ’及び現在のスペクトルＣの関数として計算される。重みづけスペクトルＷを決定する段階３０は、重みづけスペクトルＷを信号スペクトルＳとノイズスペクトルＮとの比であるとして定義することによって実行される。この重みづけスペクトルＷは、段階１０で提供される現在のスペクトルＣ及び所望のスペクトルＴとともに、実数Ｋの計算４０のために入力される。本方法のこの実施形態において、実数Ｋは現在のスペクトルＣと所望のスペクトルＴとの差の２乗を、重みづけスペクトルＷに乗じ、その結果を波長にわたって合計することによって計算される。最後の段階４５において、実数Ｋは現在のスペクトルＣの所望のスペクトルＴからの偏差についての指標として利用される。
【００４９】
図５は、本発明に従う薄膜成膜プロセスを制御する方法によって製造される際の一連の数値的基準を示している。数値的基準Ｋは、基板上の薄膜成膜プロセスを監視する方法によって決定されたものである。数値的基準として使用される実数Ｋの値が数桁にわたって変化するため、これらは対数スケールでプロットされている。時間軸ｔの左端は、既に２つの薄膜層が存在する基板２００上の薄膜成膜プロセスの開始に対応する。左から右に向かって、基板の異なるスタジア５０１、５０２、５０３で示されるように、薄膜５００が所望の厚さまで成長する。各時間ステップについて、点が図にプロットされる。１つの時間ステップは、例えば蒸着チャンバー内の基板を搬送する帽子状構造の回転周期に対応し、典型的には０．５秒から５秒でありうる。薄膜成膜は、一連の数値的基準の右端に示された最後の点において終了した。あらかじめ定義された条件がこの時点で満たされた。この場合、あらかじめ定義された条件は、一連の数値的基準のうち増大する値の２つの連続する数値的基準が存在することであった。一連の数値的基準は、最後から三番目の時間ステップにおいて最小値を有する。数値的基準として使用される実数Ｋを計算するために提供された所望のスペクトルは、成長率の２つの時間ステップ分よりもわずかに多い分だけ薄い層厚さについて計算されたものでありうる。このように、最小値の通過が、数値的基準として使用される実数Ｋの２つの連続的な増加によって適切に示された場合、意図された層厚さがほぼ達成される。次いで、層の完成のための残りの時間が、意図する層厚さに正確に到達するために計算されうる。薄膜成膜を終了するためのあらかじめ定義された条件は、（ｔ−Ｋ）図内の最後の数点を通る多項式フィッティング、例えば最後の１０点を通る３次多項式フィッティングを伴いうる。最後の時間ステップにおける多項式の一次導関数は、上昇勾配を検出するために使用されうる。最小の発生および時間軸におけるその位置は、生データの点からよりも、そのような多項式フィットからの方がより安定的に示されうる。最小値の時間軸における位置も、成膜の終了の理想的な瞬間も、測定の時間ステップと一致する必要はない。最小値を特定した後、層を完成させるために必要な残りの時間を計算することができる。この残りの時間は時間ステップの分数でありうる。まとめると、薄膜成膜プロセスを制御するこの方法は、幅広いスペクトル範囲を覆う光学スペクトルの評価に基づいて、正確な層の終了を可能にする。
【符号の説明】
【００５０】
１０  所望のスペクトルを提供する段階
２０  スペクトルを測定する段階
２１  基板を照射する段階
２２  光を受光する段階
２３  透過または反射スペクトルを決定する段階
３０  重みづけスペクトルを決定する段階
４０  実数Ｋを計算する段階
４５  実数ＫをスペクトルＴからのスペクトルＣの偏差に関する指標として利用する段階
５０  信号スペクトル及びノイズスペクトルを計算する段階
２００  基板
２０１  蒸着器チャンバー
２０２  基板を搬送する帽子状構造
２０３  受光器
２０４  光経路（反射における）
２０５  光送信器（反射における）
２０６  光経路（透過における）
２０７  光送信器（透過における）
２０８  蒸着源
３０１、３０２  波長範囲内の領域
３０３  現在のスペクトルのピーク
３０４  重みづけスペクトル内のくぼみ
５００  薄膜
５０１、５０２、５０３  薄膜成膜プロセスの様々なスタディアにおける薄膜を有する基板
Ｃ  現在のスペクトル
Ｋ  数値的基準
Ｎ  ノイズスペクトル
Ｐ、Ｐ’  以前のスペクトル
Ｒ  反射率
Ｓ  信号スペクトル
Ｔ  所望のスペクトル
ｔ  時間
Ｗ  重みづけスペクトル
Ｗ０  初期重みづけスペクトル
λ  波長
【図１】
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【図２】
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【図３．ａ）】
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【図３．ｂ）】
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【図３．ｃ）】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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