(57)【要約】  本発明は、堆積工程中に基板 (72)に形成された薄膜被覆の選択された光学的特性を光学的に監視し、それに応答した堆積工程を制御する方法及び装置に関する。一面では、本システムは、基板搬送器(70)、監視点(71)、検出器、逆反射したビームの選択された特性が測定される前に基板及び薄膜被覆を通じて薄膜被覆と基板によって送り返される電磁気ビーム(75)を反射する為の逆反射体(50)を包含している。本システム及び方法は、測定されたビームのノイズ特性に対する信号を改善する。本発明は、被覆、或いは、基板のアレー用のシステムに使用されてもよいし、また、特に堆積工程に適している。堆積工程では、基板は、堆積する材料の源を通り過ぎて変形し、そこでは、基板上の監視ビームの入射角は、基板がビーム源を通り過ぎて変形するように変化する。【選択図】  ８図
2007522342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗工部と監視部とを有するスパッタ室と、
前記塗工部の前記室内に配置されたスパッタターゲットと、
前記室内に配置され軸の周りに回転可能な基板搬送器と、
前記塗工部と前記監視部を過ぎて前記搬送器によって搬送され、各基板が塗工すべき露出面を有する基板のアレーと、
前記監視部に配置された電磁波ビーム光源であって、前記ビームが前記監視部を通過する基板の露出表面に入射するように配置された前記光源と、
前記搬送器によって搬送される１個または複数の反射器であって、前記反射器の各々が、基板を透過したビームを反射して基板を通して戻すために、露出面から離れた基板側の異なる基板に隣接して配置された反射器と、
前記１個または複数の反射器によって反射されたビームを測定するための前記監視部に配置された検出器とを含むスパッタ塗工システム。
【請求項２】
前記１個または複数の反射器が逆反射体を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記逆反射体が、プリズムの長軸が前記搬送器の回転軸に実質上平行になるように配置された細長い直角プリズムを含む請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記逆反射体が、前記直角プリズムの斜辺を形成する平面に隣接して配置された平凸レンズをさらに含む請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記光源と監視器の軸を含む面が前記搬送器の回転軸に実質上垂直である請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記光源と前記監視器が前記室の外側に配置される請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記搬送器が円板またはドラムを含む請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
塗工部と監視部とを有するスパッタ室と、
前記塗工部の前記室内に配置されたスパッタターゲットと、
前記室内に配置された全体的に平坦な面を有し、前記全体的に平坦な表面に実質上垂直な軸の周りを回転可能な円板と、
前記塗工部と前記監視部を過ぎて前記全体的に平坦な面上に前記円板によって搬送され、各基板が塗工すべき露出面を有する基板のアレーと、
前記監視部に配置された電磁波ビーム光源であって、前記ビームが前記監視部を通過する基板の露出表面に入射するように配置された前記光源と、
前記円板によって搬送される１個または複数の反射器であって、前記反射器の各々が、基板を透過したビームを反射して基板を通して戻すために、露出面から離れた基板側の異なる基板に隣接して配置された反射器と、
前記１個または複数の反射器によって反射されたビームを測定するための前記監視部に配置された検出器とを含むスパッタ塗工システム。
【請求項９】
薄膜塗工部と光学監視部とを有するスパッタ室と、
前記塗工部の前記室内に配置された１個または複数の塗工材料源と、
前記塗工部および前記光学監視部を過ぎて１個または複数の基板を搬送するための基板搭載および移動手段と、
前記基板搭載および移動手段に搭載された１個または複数の基板と、
前記光源によって提供される電磁波ビームが、前記監視部を過ぎて搬送される各基板上に入射するように前記光学監視部に配置された電磁波ビーム光源と、
前記基板を通る入射ビームの透過または前記基板からの入射ビームの反射である監視ビームを測定するために、前記塗工部に配置された監視器とを含む装置。
【請求項１０】
前記監視器が前記基板を通る電磁波ビームの透過率を測定する請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記基板を通って透過した電磁波ビームを前記監視器へ基板を通して戻すために、前記光源から離れた基板側に配置された反射器をさらに含む請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記反射器が逆反射体を含む請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記監視ビームの測定に応答して基板上の塗工材料の堆積を停止する手段をさらに含む請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
前記手段が、塗工材料源から基板を遮蔽するシャッターを含む請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記搭載および移動手段が円板またはドラムを含む請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
１個または複数の基板上の被覆の選択された光学特性を監視することによって基板アレー上の被覆の堆積を制御するシステムであって、システムが電磁波ビーム源と、１個または複数の基板上の被覆を通るビームの透過率を測定する検出器を有し、改善が、１個または複数の基板上の被覆を透過したビームを反射して基板と被覆を通して前記検出器へ戻す反射器を含むシステム。
【請求項１７】
前記反射器が逆反射体を含む請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記反射器の位置が、監視されている基板上の被覆に対して固定されている請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
基板上に形成された被覆の選択された光学特性を監視するシステムであって、前記システムが、前記基板の同じ側に配置された電磁波ビーム源と検出器、および前記光源と前記検出器から離れた基板側に配置された反射器を含むシステム。
【請求項２０】
前記被覆が前記基板の一方の側に形成され、前記光源と前記検出器が前記基板の塗工された側に配置される請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記反射器の位置が前記基板に対して固定される請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
電磁波ビーム源を過ぎて移動する基板上に形成された被覆の選択された光学特性を監視するシステムであって、前記ビームの前記被覆上への入射角が前記移動中に変化し、前記システムが、前記電磁波ビーム源と、前記被覆と基板を透過したビームを反射するように配置された逆反射体と、前記反射されたビームを測定するために配置された検出器とを含むシステム。
【請求項２３】
前記逆反射体が細長い直角プリズムを含み、前記光源と前記検出器の軸が、実質上同一平面上にあり、交差する垂直な面で形成される前記プリズムの縁部に平行である請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記反射器の位置が前記基板に対して固定される請求項２２に記載のシステム。
【請求項２５】
前記基板が、前記直角プリズムの斜辺を形成する面に隣接して配置される請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記プリズムと前記基板の間に配置された平凸レンズをさらに含む請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
１個または複数の塗工材料源を過ぎて移動する基板上に形成された被覆の選択された光学特性を監視するシステムであって、前記システムが、前記１個または複数の塗工材料源に対して固定された位置を有する電磁波ビーム源と、前記光源に対して固定された位置を有する検出器と、前記基板に対して固定された位置を有する反射器とを含み、前記反射器が、前記被覆と基板を透過したビームを、前記被覆と基板を通して前記検出器へ反射するシステム。
【請求項２８】
前記反射器が、前記プリズムの長軸が前記移動する基板の速度に実質上垂直であるように配置された細長い直角プリズムを含む請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
その軸の周りに回転可能なドラムをさらに含み、前記基板と前記反射器が前記ドラムによって搬送され、前記プリズムの長軸が前記ドラムの軸に実質上平行となるように前記反射器が配置される請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
全体的に平坦な表面を有し、前記全体的に平坦な表面に実質上垂直な軸の周りに回転可能な円板をさらに含み、前記基板と前記反射器が前記円板によって搬送され、前記プリズムの長軸が前記円板の半径に実質上平行となるように前記反射器が配置される請求項２８に記載のシステム。
【請求項３１】
スパッタ堆積工程において１個または複数の基板上の被覆の選択された光学特性を光学的に監視する方法であって、前記方法は、
１個または複数の基板を監視部を過ぎて移動するステップと、
前記基板が監視部を通過する際に、１個または複数の基板上に形成された被覆を通して電磁波ビームを導くステップと、
前記被覆と基板を透過したビームを反射して被覆と基板を通して戻すステップと、
前記反射されたビームの選択された特性を測定するステップと、
前記被覆の選択された光学特性を求めるステップとを含む方法。
【請求項３２】
前記選択された光学特性の測定に応答して、１個または複数の堆積因子を制御するステップをさらに含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
１個または複数の基板上に形成された被覆の選択された光学特性を光学的に監視する方法であって、
ビームが被覆上に入射するように電磁波ビームを導くステップと、
前記被覆を透過した、または前記被覆から反射したビームの選択された特性を測定するステップと、
前記被覆の選択された光学特性を求めるステップとを含む方法。
【請求項３４】
前記被覆を透過したビームを逆反射するステップを含む請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
１個または複数の基板上の被覆の選択された光学特性を監視する方法であって、
前記被覆と基板を通して電磁波ビームを導くステップと、
前記被覆と基板を透過したビームを逆反射するステップと、
前記逆反射されたビームの選択された光学特性を測定するステップとを含む方法。
【請求項３６】
前記電磁波ビームを過ぎて前記基板を移動するステップをさらに含む請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記被覆上のビームの入射角が、前記ビームを過ぎて前記基板を移動する間に変化する請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記逆反射のステップが二次元の逆反射を含む請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
前記基板を前記電磁波ビームを過ぎて移動するステップをさらに含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記移動する基板の速度が、前記入射ビームと前記反射ビームを含む面に実質上垂直である請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
電磁波ビーム源を過ぎて移動する基板上に形成された被覆の選択された光学特性を監視する方法であって、前記被覆上への前記ビームの入射角が移動中に変化し、前記方法が、
前記基板が前記光源を過ぎて移動する際に、前記被覆を通してビームを導くステップと、
前記被覆を透過したビームを逆反射するステップと、
前記逆反射されたビームの選択された特性を測定するステップとを含む方法。
【請求項４２】
前記逆反射体の位置を前記基板に対して固定するステップを含む請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記被覆を通して電磁波ビームを導き、前記透過したビームの選択された光学特性を測定することによって、基板上に形成された被覆の選択された光学特性を監視する工程において、ビームの測定前に透過したビームを反射して被覆を通して戻すステップを含む、測定されたビームの信号対ノイズ比を改善する方法。
【請求項４４】
前記透過したビームを、逆反射されたビームの選択された光学特性を測定するために検出器に逆反射するステップを含む請求項４３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２００４年１月１５日出願の米国特許仮出願第６０／５３６，５００号の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本明細書に組み込まれている。
【０００２】
本発明は、全体的に薄膜被覆に関する。さらに詳細には、本発明は、堆積工程中に薄膜被覆の選択された特性を監視し、それに応答して堆積工程を制御する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
薄膜、特に多層膜を含む光学フィルターは多くの商業的な用途を有する。例えば、精密光学フィルターは、高密度波長分割多重送信（「ＤＷＤＭ」）におけるファイバー光通信産業に広い用途が見出された。多層薄膜被覆は、多層被覆を形成する個別の層の厚さを正確に制御することによって向上できることはよく知られている。
【０００４】
ＤＷＤＭフィルターの実施例において、フィルターは、対応する波長帯域内の実質上全ての光を透過し、チャンネル外側の実質上全ての光を反射するように形成される。対応する波長帯内の実質上全ての光を透過し、帯域外側の実質上全ての光を反射する望ましい特性を満足する光学フィルターは、厚い空洞層を挿入した一連の四分の一波スタック（「ＱＷＳ」）から形成できることは周知である。ＱＷＳフィルターは異なる屈折率を有する材料の交互層を堆積することによって形成することができる。典型的に、シリカなどの１種の材料（Ｌ）は比較的低い屈折率を有し、四酸化タンタルなどの他の材料（Ｈ）は比較的高い屈折率を有する。ＱＷＳはＨ材料を堆積し、次いでＬ材料の層、次いでＨ材料の層等、フィルターが望ましい光学特性に達するまで堆積することによって形成される。
【０００５】
多層薄膜被覆を形成するとき、被覆の光学的性能は個々の層の厚さを正確に制御することによって大きく改善することができる。交互層の望ましい厚さを数学的に計算することが可能であり、したがって、各層の「中断（ｃｕｔ−ｏｆｆ）」点を各材料の既知の堆積速度から求めることができる。しかし、薄膜堆積の既知の方法は、完全に数学的計算に依存して堆積工程を制御するほど十分正確ではない。有用な被覆を得るために堆積工程の不正確さを克服するひとつの既知の方法は、堆積された被覆の光学的特性の関数として堆積工程を制御することである。
【０００６】
例えば、正確な光学フィルターを作るひとつの既知の方法は、イオン銃を援用したｅ−ビーム蒸着工程で薄膜被覆を形成することによる。図１を参照すれば、堆積室１０はＨ材料およびＬ材料の点源１２、１４と、塗工すべき基板１６を収容する。典型的に、基板１６は直径約３インチの円であり、基板表面の被覆の均一性を改善するために約１０００ｒｐｍで回転させることができる。材料は、材料源の起動を交互に行うことによって交互層に堆積することができる。各層の厚さは、光源２０から対象波長（λｃ）の光１８のビームを導き、検出器２２で光ビーム１８の強度を測定することによって、塗工された基板１６の波長λｃでの透過率を監視することによって制御することができる。堆積している材料の厚さが「中断」点に達したことを監視器が示すとき、各材料の堆積を「中断」することができる。典型的にｅ−ビーム蒸着工程における堆積工程は各層あたり約５分間かかる。
【０００７】
しかし、図示したように、それらの光学的監視システムは基板の光源に対する位置が固定されているシステム（基板をその軸の周りに回転させることができるが）において見出される。アレーを形成する多数の基板が堆積すべき材料源を過ぎて移動する「バッチ」工程において、薄膜被覆を形成することがしばしば望まれる。それらのバッチ工程において、静止状態の参考基板を光学的に監視することが知られている。しかし、堆積室内の塗工フラックスの空間的変動のため、塗工している基板のアレーはアレー中の他の基板および参考基板とは異なる塗工フラックスに露出され、従ってアレー中の異なる基板には異なる速度で被覆が形成される。これは基板のアレー中の被覆の変動を招く。基板アレー内の被覆の均一性は基板を室全体に動かすことによって改善することができるが、参考基板は静止状態に留まる。塗工材料源を過ぎて移動する基板を光学的に監視し、アレー中の複数の基板を光学的に監視する方法および装置が必要である。さらに、基板がビーム源を過ぎて移動する際に監視ビームの入射角が変化する場合、基板を光学的に監視する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、従来技術の上記欠点の多くを回避し、堆積工程中に基板上に形成された被覆の選択された光学特性を監視する新規な方法および装置を提供することである。
本発明の他の目的は、塗工材料源を過ぎて移動する基板上に形成された被覆の選択された光学特性を監視する新規な方法および装置を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、アレー中の複数の基板上に形成された被覆の選択された光学特性を監視する新規な方法および装置を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、基板がビーム源を過ぎて移動する際に監視ビームの入射角度が変化する場合、基板上に形成された被覆の選択された光学特性を監視する新規な方法および装置を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、スパッタ堆積工程で基板上に形成された被覆の選択された光学特性を監視する新規な方法および装置を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、基板が回転ドラムで搬送されるスパッタ堆積工程で基板上に形成された被覆の選択された光学特性を監視する新規な方法および装置を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、基板上に形成された被覆の選択された光学特性を監視するシステムにおいて、信号対ノイズ比を改善する新規な方法および装置を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、基板上に形成された被覆の選択された光学特性を監視するシステムにおいて、構成要素を配列する新規な方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のこれらの目的、および多くの他の目的および利点は、当業者であれば、請求項、添付図面、および以下の好ましい実施形態の詳細な説明を熟読することによって、容易に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
材料の交互層を含む精密光学フィルターの製造において、堆積工程中、層の厚さが正確に制御されることは重要である。上で論じたように、堆積された被覆の光学特性を監視して、堆積された被覆の光学特性の関数として各層の堆積を制御することができる。
本発明の一態様によれば、堆積工程中の薄膜堆積を実時間工程制御する方法および装置が開示される。工程制御は、電磁波ビームが堆積された被覆を透過しまたは反射された後に、その１種または複数の光学特性を光学的に監視し、その測定値を用いて、堆積された層の単一層または複数層について所望の光学特性が得られる堆積工程点を求めることによって行うことができ、各層の堆積をこれに従って停止することができる。
【００１１】
代りに、層の厚さに加えて、堆積層の終点を定めるいくつかの他の因子を選択し、堆積している被覆の実時間の光学特性を測定して、工程が所望の終点に達するように制御することができる。例えば、層あたり５分間の堆積時間を選択することができ、その層の堆積の終点が５分間で完了するように、因子の実時間測定の関数として堆積工程因子を制御することができる。
【００１２】
多層薄膜被覆を形成する周知の方法のひとつは、スパッタ堆積によるものであり、例えば、その内容が参照により本明細書に組み込まれ本発明の譲り受け人によって所有される、Ｂａｒｔｏｌｏｍｅｉらの米国特許第５，８４９，１６２号は、反応性スパッタ堆積工程の方法および装置を開示する。他の既知の反応性スパッタ堆積システムは、塗工材料源を過ぎて基板を搬送する回転円板上に搭載された基板のアレーを含む。スパッタ堆積工程で精密光学フィルターを製造するひとつの利点は、現在使用されているスパッタ工程に比べて処理量が増加することである。基板のアレーが直径１メートルの回転可能なドラム上に搭載されるスパッタ堆積工程において、２インチの間隔を置く約３２インチ基板、または１インチの間隔を置く約４２インチ基板をドラムの周辺周りに単一列で搭載することができる。基板のアレーを塗工する時間は、いかに多くの基板がアレー中にあっても同じである。したがって、塗工工程を基板のアレー上に行うことによって、工程の処理量、したがって生産高は大きく改善される。
【００１３】
しかし、スパッタ堆積工程において、基板アレーの工程制御は１個だけの基板を塗工する工程よりも複雑である。塗工された各基板の光学特性の関数として工程を制御するひとつの選択肢は、アレー中の各基板を監視し、その特定の基板の光学特性の関数として各特定の基板について工程を制御することである。
制御方法は変化することができる。ひとつの選択肢は各基板について個別に堆積を停止することである。各基板を遮蔽する物理的手段（例えばシャッター）を提供して、その基板の被覆が堆積されている層の中断点に達するとき、個々の基板上の各層の堆積を停止することができる。その材料のスパッタ堆積は、アレー中の基板の全てがその層の中断点に達するまで継続されであろう。
【００１４】
代りに、アレー中の全ての基板が同時に中断点に達するように各個々の基板の堆積速度を制御することができる。例えば、特定の基板上の層の堆積が他よりも遅れているならば、ターゲットを通過したその基板の次の通過の堆積量は、その基板がターゲットを通過する際にターゲット電圧を高めることによって、またはドラムを遅らせることによって増加させることができる。ターゲットからの基板の距離、またはターゲットもしくは基板の遮蔽など、通過中に堆積された材料の量に影響を与える他の任意の因子も制御することができる。
【００１５】
スパッタ堆積工程の他の利点は、堆積速度の均一性が改善されることであり、堆積速度および時間に基づく堆積層の厚さの予測精度を向上させる。スパッタ堆積工程におけるＱＷＳの形成において、これらの層の各々の中断点を「予測する」ための予期した堆積速度と時間に基づく、予測した層厚さだけに依存した数層の塗工中に発生した誤差は、単一層を監視し、堆積された被覆の光学特性の関数として中断点を決定することによって補正できることが見出された。したがって、いくつかの監視されない層を堆積し、次に「補正層」を堆積して、監視しない層の堆積から生じる誤差を補償することができる。この工程は、基板アレーを塗工するとき、監視の量を低減する。上述の技術のいずれも補正層の堆積中の工程制御に用いることができる。数層を堆積し、次いで補正層を堆積するこの堆積工程は、フィルターが完成されるまで繰り返すことができる。
【００１６】
例えば、各層の堆積中、補正層が５番目の基板に堆積されるように、補正層は５層おきに堆積することができる。４０個の基板のアレーにおいて、これらの基板上に補正層を堆積する間、８個の基板だけ監視する必要があり、残りの３２個の基板は監視されない層を受容するであろう。工程は、補正層の堆積を各層ごとに８個の異なる基板群に逐次的に移動することを繰り返す。このようにして、アレー中の基板の一部だけを同時に監視することによって工程制御を単純化することができる。
【００１７】
本発明の一態様において、スパッタ堆積工程で基板のアレー上に薄膜を堆積する装置および方法が開示され、その基板上に堆積されている膜の光学特性の関数として各基板の堆積が停止される。一実施形態において、薄膜を通る望ましい波長を有する電磁波ビームの透過性を測定して、膜の望ましい厚さが求められる。
他の態様において、基板がスパッタターゲットを通過する間に各基板上に堆積される材料の量は、アレー中の他の基板の光学特性と対比した各基板の光学特性の関数として制御される。工程は、
（ａ）基板のアレーをドラムまたは円板に搭載するステップと、
（ｂ）ドラムまたは円板を回転することによって、１個または複数のスパッタターゲットを過ぎて基板のアレーを搬送するステップと、
（ｃ）各基板およびその表面上に堆積された被覆を通して、好ましくはドラムまたは円板の各回転中少なくとも１回電磁波ビームを導くステップと、
（ｄ）各基板および被覆を通してビームの透過率を測定するステップと、
（ｅ）各基板および被覆を通して測定したビームの透過率の関数として、各基板上に材料の堆積を停止するステップと、または替りに、
（ｅ）次に１個または複数のターゲットを通過する間、各基板および被覆を通して測定したビームの透過率の関数として基板上に堆積された材料の量を制御するステップとを含むことができる。
【００１８】
基板上に堆積された材料の量は、（ｉ）ターゲットに加えるエネルギーを変化させること、（ｉｉ）ドラムまたは円板の速度を変化させること、（ｉｉｉ）ターゲットから基板への距離を変化させること、および（ｉｖ）ターゲットまたは基板の遮蔽を変化させることを含むいくつかの手段のひとつまたはそれ以上によって制御することができる。
【００１９】
他の実施形態において、基板のアレー上に複数のＱＷＳを形成する方法は、
基板アレー中の基板の一部上のＱＷＳ中の材料層の堆積を、層の堆積中、基板の部分の光学特性の関数として制御すること、
基板のアレーの異なる部分を監視することによって次の層を堆積する間、ステップ（ａ）を繰り返すこととを含むことができる。
他の実施形態において、スパッタ装堆積置は、
１個または複数のスパッタターゲットを過ぎてその円筒状表面の周りで基板のアレーを搬送するようにされた回転可能なドラム（またはその平坦な表面上で基板のアレーを搬送するようにされた回転可能な円板）と、
ドラム（円板）によって搬送される基板のアレーの光学特性を測定するようにされた光学監視器と、
基板の光学特性の関数として、選択的に配備して各個々の基板上の材料の堆積を遮蔽することのできる基板遮蔽とを含むことができる。
代りに、装置は、
（ｃ）基板がスパッタターゲットを通過する間に、基板の光学特性の関数として個々の各基板上に堆積された材料の量に影響を与えるひとつまたは複数の因子を制御するための手段を含むことができる。因子は、ターゲット電圧、ドラム（円板）回転速度、ターゲットと基板間の距離、ターゲットまたは基板の遮蔽のひとつまたは複数を含むことができるが制限されない。
他の実施形態において、スパッタ堆積方法は、一層の堆積についてアレーの各選択された部分を監視し終えるまで、（ｉ）アレー全体の第１層の堆積中に基板アレーの第１の選択された部分、（ｉｉ）アレー全体の第２層の堆積中に基板アレーの第２の選択された部分、（ｉｉｉ）アレー全体の第３層の堆積中に基板アレーの第３の選択された部分等の光学特性の関数として工程制御することを含むことができる。工程は、塗工が完了するまで繰り返される。
【００２０】
バッチ式塗工システムおよび方法（例えば、Ｂａｒｔｏｌｏｍｅｉらの米国特許第５，８４９，１６２号に開示されたシステムおよび方法）に適用される本発明の一実施形態において、実時間工程制御のための光学監視を組み込んだ、可能な塗工装置構成のいくつかは、図２および３に示される。図２および３を参照すれば、入射電磁波ビーム３２は監視すべき基板３４に導かれ、透過したビーム３６または反射したビーム３８を測定して、堆積されている層の堆積を停止する最適点を求めることができる。監視工程において、単一波長のレーザーを使用することができ、または同じレーザー源を用いて異なる波長で異なる基板を監視することができるように、短時間の調整レーザーを用いることができる。白色光源も使用することができる。
【００２１】
図４は本発明の他の実施形態を示す。図４を参照すれば、電磁波ビーム４２の光源４１はビーム４２を基板４６上に形成された被覆４４へ導く。反射光学系４０は、被覆４４と基板４６を透過した監視ビーム４５を反射し、基板および被覆を通って検出器４８へ戻るように配置される。
【００２２】
このシステムのひとつの利点は、検出器４８によって受け取られた反射ビーム４７の信号対ノイズ特性が改善されることである。監視ビームは、ビームの所望の特性を測定する前に被覆と基板を通って２度透過することにより、総透過率は二乗され、ノイズは一定に近く維持される。したがって、被覆の光学特性の変化による透過率の実際の変化をシステムの中でノイズから識別することが容易である。
【００２３】
一実施形態において、反射光学系は逆反射体、すなわち反射された光線が入射光線の方向とは実質上反対方向に戻される反射器を含む。図５を参照すれば、逆反射体５０は、直角プリズムの斜辺を形成する実質上垂直な面５２、５４、５６を有する、細長い直角プリズム５１を含むことができる。逆反射体は被覆と基板を透過した監視ビームが面５６に入射し、実質上垂直な面５２および５４によって逆反射されるように配置される。入射ビームの逆反射は、面５２、５４の内部反射に完全に依存することができる。代りに、反射被覆を面５２、５４に塗工することができる。
【００２４】
図６を参照すれば、平凸レンズ５８を面５６に隣接して配置することができる。レンズの焦点距離は、入射ビームが面５６をプリズム中に通過するとき平行になるように選択される。
【００２５】
図７を参照すれば、図６に示した逆反射体５０を用いる本発明の一実施形態において、光源６０および検出器６２の軸は実質上同一平面上にあり、軸を含む面は、直角プリズム５１の実質上垂直な面５２、５４で形成される縁部５３に実質上平行である。それらの構成において、光源と検出器の軸を含む面に垂直方向の構成要素の光学的配列は逆反射体の逆反射特性のため自動的である。したがって、構成要素の光学配列は光源と検出器の軸の面内でのみ重要である。それらのシステムの光学配列は、逆反射器を用いないシステムよりも単純化され、検出器での監視信号の損失によって塗工工程が妨げられる可能性を最小にする。
【００２６】
本発明の光学監視システムは、基板がビーム源を過ぎて移動する際に監視ビームの入射角度が変化する塗工システムの光学的監視の改善に特に有益である。それらのシステムのひとつは、Ｂａｒｔｏｌｏｍｅｉらが開示したドラム式スパッタ塗工システムである。Ｂａｒｔｏｌｏｍｅｉらが開示した装置および工程などのスパッタ堆積装置および工程に、堆積された被覆の光学特性の関数として工程制御を組み込むためには、いくつかの要因を考慮しなければならない。層を堆積してＢａｒｔｏｌｏｍｅｉらが開示したような多層薄膜被覆を形成する典型的な塗工工程において、ドラムは約０．６から１メートルの直径を有し、約１ｒｐｍで回転する。基板サイズが約２インチであると仮定すれば、基板は静止した監視ビームの前を約２０ｍｓで通過するであろう。したがって、通過ごとに光学データを集めるには非常に僅かな時間しかない。工程は、基板を横断する被覆の不均一性のため、および通過中約３°から４°であるドラムの湾曲によって通過中に監視ビームの基板への入射角度が変化するため、さらに複雑である。
【００２７】
それらのシステムにおいて、被覆の特性を測定するために監視ビームの入射角度は基板の面に垂直である必要はないので、逆反射体を使用すると、基板が監視点を通過する各通過中に基板上の被覆の光学特性を測定するために用いられる時間が最大化される。図８を参照すれば、基板搬送器７０は、光源７４と検出器７６の位置が固定されている監視点７１を過ぎて基板７２を搬送する。光源７４と検出器７６の軸は同一平面上にあり、軸を含む面は実質上逆反射器５０の長軸に平行であり、監視点を過ぎて移動する基板７２の速度に実質上垂直である。図示したように、監視ビーム７５は、基板７２が監視点７１を過ぎて矢方向に移動する際、実質上基板７２に垂直である。全体的に円筒状の基板搬送器７０（すなわちドラム）の湾曲（図示されない）のため、基板がビーム源を通過する際、基板へのビームの入射角度は変化する。しかし、逆反射体５０の逆反射特性のため、システムは、基板に対してビームが垂直である位置に基板が接近し離れる際に、基板に対して直角以外の角度で基板を透過した、逆反射されたビームを受け取ることが可能である。したがって、基板上に形成された被覆の光学特性を監視するために用いられる時間は逆反射体の使用によって増加する。
【００２８】
一実施形態において、反射光学系は反射器の位置が基板に対して固定されるように、基板搬送器（例えば、ドラムまたは円板）によって搬送することができる。この実施形態において、必要に応じて多くの基板をアレー中で測定し、工程制御とアレー中の被覆の均一性を改善することができる。
【００２９】
本発明の一態様において、堆積されている膜の光学特性の関数として堆積が停止されおよび／または制御されるスパッタ堆積工程で基板上に薄膜を堆積する装置および方法が開示される。一実施形態において、膜の望ましい厚さを求めるために、所望の波長を有する電磁波ビームの薄膜を通る透過性が測定される。工程は、
基板をドラム表面に搭載するステップと、
ドラムを回転し、それによって基板のアレーを１個または複数の堆積すべき材料源を過ぎて搬送し、それによって基板上の材料の堆積を実施するステップと、
基板およびその表面上に堆積された被覆を通して、ドラムの各回転中少なくとも１回電磁波ビームを導くステップと、
基板と被覆を通ったビームの透過率を測定するステップと、
基板と被覆を通ったビームの透過率の関数として材料の堆積を停止するステップとを含むことができる。
【００３０】
一実施形態は、予め選択された波長λｃの反射、吸収、または透過率を有する光学フィルター中の層を製造する装置であり、装置は、
その上に基板を搭載した回転可能なドラム（円板）と、
１個または複数のスパッタターゲットと、
ドラムの一方の側に配置され、ドラムの回転中に基板を通過するように配置された、所望の波長を有するレーザー（レーザーは所望の波長または白光源に調整した短時間調整レーザーとすることができる）と、
レーザーの反対側のドラム（円板）側部に配置され、基板を通るレーザーの透過率を測定するように配置された監視器と、
材料の堆積を停止する工程中の望ましい点を求めるためのコンピュータであって、
基板の通過ごとに監視器のデータ出力を集合し集積すること、
統計的なノイズをフィルターで除去すること、
監視器のビームの入射角度、表面のスピン、回転、または不均一性、基板の揺れまたは他の動き、入射角度および反射され透過したまたは吸収された波長の変動、基板および膜スタックの温度変化を補正しまたは補償すること、
強度カーブを数学的にモデル化すること、
λもしくは他の波長で所望の透過率に到達する時間、サイクル数、または監視レベルを計算すること、
基板の各通過または選択された通過ごとに、監視器を通してＡからＦの繰り返しに基づいてモデル化されたカーブを再計算すること、のひとつまたは複数を実行することができるコンピュータと、
所望の予め選択された光学特性が得られたときに堆積を終了する手段、または、
最適堆積のために予測した時間、サイクル数、または監視器の読み取りに達したときに堆積を終了する手段、または、
予め選択された反応終点で所望の光学特性が得られるように、反応因子を調節して堆積速度を変更する手段とを含むことができる。
【００３１】
堆積反応の終点の実時間計算を用いて、予め選択された波長λｃの反射、吸収、または透過率を有する光学フィルター中の層を製造する方法は、
（ｆ）波長λｃのレーザー（または短時間調整レーザー）を反応性スパッタ塗工工程の間基板に導くこと、
（ｇ）ビームが光学膜を通過しまたは反射された後に、光学監視器でビームの強度を測定すること、
（ｈ）監視器のデータ出力を用いて、層の最大または最小の透過、反射または吸収を数学的にモデル化すること、
（ｉ）最大または最小の透過、反射または吸収に達したとき堆積を停止し、またはその光学膜の厚さについて予測した時間に達したとき堆積を停止することとを含むことができる。
代りに、白色光を基板に導き、対象の波長で光の強度を測定することができる。
堆積反応の終点の実時間監視および実時間フィードバック反応条件調節を用いて、予め選択された波長λの反射、吸収、または透過率を有する光学フィルター中の層を製造するさらに他の方法は、
（ａ）基板を周期的に１種または複数種のスパッタターゲットを通過させることによって基板上に１種または複数種の材料をスパッタ堆積すること、
（ｂ）所望波長または複数の所望波長の電磁波ビームを提供すること、
（ｃ）ビームが実質上基板表面に垂直になるように、ビームに基板を通過させること、
（ｄ）基板およびその上の被覆によって反射され、吸収され、または透過したビームのエネルギーを測定し記録すること、
（ｅ）監視器によって集められたデータを解析しモデル化して、被覆された基板の所望の光学特性を得るために調節すべき、
Ａ）ターゲット電圧、
Ｂ）ターゲットと基板間の距離、
Ｃ）ドラム（円板）の回転速度とを含むが制限されない反応因子または複数の因子を求めること、
（ｆ）フィードバック系によってモデルを連続的に更新し、反応条件を調節することとを含むことができる。
【００３２】
本発明の好ましい実施形態を説明したが、説明した実施形態は例示のためだけであり、本発明の範囲は、等価のものの全範囲に一致するとき、添付された請求項によって完全に定義され、当業者であれば、その吟味から多くの変形と修正を自然に想起するであろうことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】光学監視システムを有する従来のｅ−ビーム蒸着工程を示す概要図である。
【図２】本発明による光学監視システムの様々な配置を示す図である。
【図３】本発明による光学監視システムの様々な配置を示す図である。
【図４】本発明の他の態様による光学監視システムの構成要素の配置を示す図である。
【図５】本発明の一態様による直角プリズムを含む逆反射体を示す図である。
【図６】プリズムの一面に隣接して配置された平凸レンズを有する、図５に示した逆反射体を示す図である。
【図７】図６に示した逆反射体を含む本発明の一態様による光学監視システムにおいて、構成要素の配置を示す図である。
【図８】基板が監視部を過ぎて移動する、本発明の一態様による光学監視システムを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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