DE60018673T2

DE60018673T2 - Gerät und Verfahren zur Bildung dünner Schichten

Info

Publication number: DE60018673T2
Application number: DE60018673T
Authority: DE
Inventors: Yukihiro Takahashi; Kenichi Shinde
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1999-10-14
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2020-10-13
Also published as: EP1094344A3; US6656518B2; US20030029382A1; EP1094344B1; US6481369B1; ATE291240T1; EP1094344A2; DE60018673D1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bildung dünner Schichten gemäß Anspruch 1 und auch auf eine Vorrichtung zur Bildung dünner Schichten gemäß Anspruch 10.
Verwandter Stand der Technik
Aus der US-A-4,915,476 ist ein Prozeß zur Bildung eines optischen Einzelspaltfilters bekannt, der ein kontinuierlich und genau zu variierendes periodisches Profil aufweist. Ein optisches Medium wird auf ein einheitliches Substrat aufgetragen, wobei das homogene optische Medium einen Rugate-Filter derart erzeugt, daß das Profil des Brechungsindexes einem sinusförmigen Muster und dem Braggschen Gesetz folgt. Wenn das optische Medium auf das Substrat aufgetragen wird, wird die sich abscheidende Schicht durch optische Techniken überwacht, und eine Rückkopplungsinformation wird einem Computer bereitgestellt, der durch einen vorprogrammierten Prozeßsteuer-Algorithmus derart betrieben wird, daß eine Echtzeitsteuerung des Fertigungsprozesses bewerkstelligt werden kann.
Bei der Bildung dünner Schichten auf den Oberflächen von Kunststoff- oder Glasbauteilen ist es wünschenswert, dünne Schichten von gleicher Qualität vollautomatisch mit hoher Reproduzierbarkeit zu bilden. Als einen Versuch, die obere Anforderung zu erfüllen, offenbart die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. Hei. 3-50501 ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei dem die Stärke bzw. der Wert des Stroms, der einer Elektronenkanone zugeführt wird, überwacht wird, wobei die Stromstärke mit voreingestellten Referenzdaten verglichen wird, und wenn eine Abweichung zwischen ihnen auftritt, wird die Stromstärke, die der Elektronenkanone zugeführt wird, korrigiert und mit Bezug auf die Abweichung gesteuert.
Ferner offenbart die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. Sho. 61-147874 ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit denen die Dicke einer Bedampfungsschicht mit einem Quarz-Oszillator-Verfahren erfaßt und die einer Elektronenkanone zuzuführende Stromstärke korrigiert und gesteuert wird. Beim Quarz-Oszillator-Verfahren wird eine Schichtdicke berechnet durch Ankleben einer dünnen Schicht an einen Quarz-Oszillator und durch Bestimmen einer Veränderung der Eigenfrequenz, die proportional mit einer Veränderung ihrer Masse einher geht. Ferner offenbart die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. Hei. 7-180055 ein Steuerverfahren, bei dem die für die Schichtbildung erforderliche Zeit derart gehandhabt wird, daß sie durch Korrigieren bzw. Anpassen einer Stromstärke einer Bedampfungsquelle durch Verwenden eines Quarz-Schichtdicken-Messers gleich einer Zielzeit ist, die zur Schichtbildung erforderlich ist, und die Bedampfungsrate wird dadurch gleichmäßig eingestellt.
Probleme, die die Erfindung lösen soll
In den Verfahren, die in den japanischen Patentveröffentlichungen Nr. Hei. 3-50501 und Hei. 7-180055 offenbart sind, ist es schwer, das Phänomen zu bewältigen, daß der Grad der Bedampfung einer Bedampfungssubstanz schwankt, wenn die schichtbildende Vorrichtung wiederholt verwendet wird. Insbesondere für dünne Schichten für optische Produkte, wie eine Antireflexionsschicht für eine Linse für Gläser (in optischen Produkten sind die Fehlertoleranzen klein, die sich auf die Qualität einer dünnen Schicht beziehen), sind diese Verfahren nicht geeignet, um dünne Schichten, die dieselbe Qualität aufweisen, vollautomatisch mit hoher Reproduzierbarkeit zu erzeugen. Dies rührt daher, da sich in den Verfahren, die in den japanischen Patentveröffentlichungen Nr. Hei. 3-50501 und Hei. 7-180055 offenbart sind, eine dünne Schicht, selbst wenn die Stromstärke der Elektronenkanone so korrekt wie möglich gesteuert wird, stark von einer beabsichtigten unterscheiden kann, wenn sich der Zustand des Filaments der Elektronenkanone, die Substrattemperatur, die Vakuumbedingungen etc. von einem eingestellten Zustand unterscheiden.
Die Verfahren, die in den japanischen Patentveröffentlichungen Nr. Sho. 61-147874 und Hei. 7-180055 offenbart sind, bei denen die Stromstärke, die der Elektronenkanone zugeführt wird, korrigiert und durch Verwenden eines Quarz-Oszillators gesteuert wird, weisen nachfolgende Probleme auf. Beim Quarz-Oszillator-Verfahren entspricht die Erfassung der physikalischen Menge einer Variation der Frequenz, die durch eine Veränderung der Masse der Schicht verursacht wird, die an den Quarz-Oszillator geklebt ist. Daher ist die durch die Frequenz erfaßte Menge die Masse einer Schicht und nicht die optische Schichtdicke. Die optische Schichtdicke wird bestimmt durch das Produkt aus der geometrischen Dicke und dem Brechungsindex einer Schicht und wird nicht ausschließlich durch die Masse bestimmt.
Wie oben beschrieben, mißt das Quarz-Oszillator-Verfahren die Masse, die nicht in einer ausschließlichen Beziehung mit der optischen Schichtdicke steht. Um eine optische Schichtdicke aus einem Massenwert zu bestimmten, ist es daher erforderlich, eine Berechnung durch Bestimmung eines geeigneten Umrechnungskoeffizienten gemäß empirischen Gesetzen anzustellen. Da ein solcher Umrechnungskoeffizient von verschiedenen Bedingungen, wie beispielsweise den Schichtbildungsbedingungen, abhängt, führt eine Veränderung in solchen Bedingungen unmittelbar zu einem Umrechnungsfehler. Daher ist es nicht nur schwer, einen geeigneten Umrechnungskoeffizienten zu bestimmen, sondern es bestehen im Prinzip keine großen Unterschiede zwischen den betreffenden Verfahren und den oberen Verfahren, in denen der Strom der Elektronenkanone gesteuert wird.
Zusätzlich werden die betreffenden Verfahren sehr leicht von elektrischem Rauschen beeinflußt, da ein Quarz-Oszillator in einer schicht-bildenden Kammer angeordnet ist, wobei dieselbe Schicht wie die beabsichtigte Schicht darauf ausgebildet wird, und die Frequenz des Quarz-Oszillators wird elektrisch als ein schwaches elektrisches Signal gemessen. Da viele Rauschquellen in der schicht-bildenden Kammer existieren, ist es jedoch keine Übertreibung zu sagen, daß sie mit elektrischen Rauschquellen gefüllt ist. Daher ergibt sich ein anderes Problem, daß es in der Realität nicht notwendigerweise einfach ist, ein Signal durch die Eliminierung diese Störgeräusche zu erfassen.
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die oberen Probleme zu lösen, und ein Ziel der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung dünner Schichten bereitzustellen, das automatisch dünne Schichten bilden kann, die gleichmäßige optische Eigenschaften mit hoher Reproduzierbarkeit durch Steuern der Menge an fliegen zu lassendem, schicht-bildendem Material während eines Schichtbildungsprozesses aufweisen, so daß der Meßwert, der ausschließlich von der optischen Schichtdicke abhängt, die jeden Moment variiert, zu einem Standardmeßwert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Als ein Mittel zum Lösen der oberen Probleme haben die Erfinder ein Verfahren zur Bildung dünner Schichten gemäß Anspruch 1 bereitgestellt zur Durchführung der Schichtbildung durch Veranlassen, daß ein schicht-bildendes Material fliegt und sich auf einer Oberfläche eines Subjekts der Schichtbildung absetzt.
Die Erfinder haben auch eine Vorrichtung zur Bildung dünner Schichten gemäß Anspruch 10 bereitgestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine Konfiguration einer Vorrichtung zur Bildung dünner Schichten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt, wie die Menge des Reflexionslichts variiert, wenn eine dünne Schicht auf einer Glasoberfläche durch Bedampfung gebildet wird;
3 zeigt einen Bereich mit einer Amplitudengröße, die zur Steuerung verwendet wird;
4 zeigt graphische Darstellungen einer Variation der tatsächlichen Lichtmenge und einer Variation der Standardlichtmenge;
5 ist eine Tabelle, die ein Beispiel zeigt, bei dem die Schichtbildung durch Verwendung eines Bedampfungsmaterials AN2 ausgeführt worden ist; und
6 ist eine Tabelle, die ein Beispiel zeigt, bei dem die Schichtbildung durch Verwendung eines Bedampfungsmaterials AN3 ausgeführt worden ist.
1 stellt die Konfiguration einer Vorrichtung zur Bildung dünner Schichten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Ausführungsform wird nachfolgend mit Bezug auf 1 beschrieben. Zu beachten ist, daß in dieser Ausführungsform die Erfindung auf einen Fall zur Bildung von Antireflexionsschichten als dünnen Schichten auf Kunststofflinsen für Brillen angewendet wird, die Subjekte der Schichtbildung sind.
Wie es in 1 dargestellt ist, ist im Inneren einer Vakuumkammer 1 als einer schicht-bildenden Kammer eine Beschichtungshaube 2 an einer Deckenposition bzw. oberen Position angeordnet, und eine Elektronenkanone 3, ein Schmelztiegel 4, ein Verschluß 5 etc. sind in Bodenpositionen bzw. unteren Positionen angeordnet. Ein Substratthermometer 6 zur Erfassung der Temperatur der Linsen 2a, die die Subjekte der Schichtbildung sind und von der Beschichtungshaube 2 gehalten werden, ist in Nachbarschaft zur Beschichtungshaube 2 angeordnet. Die Vakuumkammer 1 wird bereitgestellt mit einem Vakuummeßinstrument 7, zur Erfassung des Vakuumgrads in der Vakuumkammer 1, mit einer Evakuierungseinheit 8, zur Evakuierung der Vakuumkammer 1 und mit einer Halogenheizung 9, zum Erwärmen der Linsen 2a, die von der Beschichtungshaube 2 gehalten werden.
Weiter ist ein optischer Schichtdickenmesser 10 außen angeordnet, d. h., auf der Oberseite der Vakuumkammer 1. Der optischer Schichtdickenmesser 10 ist mit einer Steuereinheit 12 über einen Schichtdickenmonitor 11 verbunden. Eine Datenspeichereinrichtung 13 für Standardlichtmengenwerte und eine Eingabeeinrichtung 12a sind mit der Steuereinheit 12 verbunden. Ferner sind die Elektronenkanone 3, der Verschluß 5, das Substratthermometer 6, das Vakuummeßinstrument 7, die Evakuierungseinheit 8 und die Halogenheizung 9 mit der Steuereinheit 12 elektrisch verbunden. Die Steuereinheit 12 führt verschiedene Steuerarten aus, während sie Informationen mit diesen Bauteilen austauscht.
D. h., die Steuereinheit 12 steuert die Evakuierungseinheit 8 auf Basis der Information des Vakuummeßinstruments 7 und stellt dadurch den Grad des Vakuums in der Vakuumkammer 1 auf einen vorgeschriebenen Wert ein.
Die Steuereinheit 12 steuert die Halogenheizung 9 auf Basis von Information des Substratthermometers 6 und stellt dadurch die Temperatur der Linsen 2a als den Subjekten der Schichtbildung auf einen vorgeschriebenen Wert ein.
Die Steuereinheit 12 steuert die Stromversorgung (Strom und/oder Spannung), die der Elektronenkanone 3 zugeführt wird, derart, daß sich die Lichtmenge zu jedem Zeitpunkt, die in Abhängigkeit von der optischen Schichtdicke zu jedem Zeitpunkt einer mit dem optischen Schichtdickenmesser 10 erfaßten, dünnen Schicht, die auf einer Überwachungsglasplatte 2b gebildet worden ist, einem Wert angleicht, der in der Datenspeichereinrichtung für Standardlichtmengenwerte gespeichert ist.
Die Beschichtungshaube 2 ist eine Haltevorrichtung zum Halten der Linsen 2a als den Subjekten der Schichtbildung, so daß Antireflexionsschichten oder dergleichen als dünne Schichten auf den jeweiligen Linsen 2a aufgedampft werden. Die Beschichtungshaube weist eine runde Gestalt auf, so daß die Bedampfung auf einer Mehrzahl von Linsen 2a zeitgleich durchgeführt werden kann. Die Beschichtungshaube 2 weist eine derartige Krümmung auf, daß die Antireflexionsschichten von gleicher oder ähnlicher Qualität auf allen Linsen ausgebildet werden.
Die Elektronenkanone 3 dient zum Verdampfen eines im Schmelztiegel 4 untergebrachten Bedampfungssubstrats (Material) 4a durch Erwärmen auf seine Schmelztemperatur und dadurch zum Verdampfen und Absetzen dessen auf den Linsen 2a und der Überwachungsglasplatte 2b, um darauf dünne Schichten auszubilden.
Der Schmelztiegel 4 ist ein bekanntes Gefäß, das zur Bevorratung der Bedampfungssubstanz 4a darin verwendet wird. Um einen Siedeverzug der Bedampfungssubstanz zu verhindern, wenn es mit der Elektronenkanone 3 erwärmt wird, wird der Schmelztiegel 4 gekühlt oder wird vorzugsweise aus einer Substanz mit niedriger thermischer Leitfähigkeit gefertigt.
Der Verschluß 5 wird geöffnet, wenn die Bedampfung begonnen wird, und wird geschlossen, wenn die Bedampfung beendet ist. Der Verschluß 5 dient einer erleichterten Steuerung der dünnen Schichten.
Die Halogenheizung 9 ist eine Heizvorrichtung zum Erwärmen der Linsen 2a auf eine geeignete Temperatur, um die Eigenschaften, wie beispielsweise die Haftfähigkeit der dünnen Schichten, die auf die Linsen aufgedampft werden, geeignet zu machen.
Der optische Schichtdickenmesser 10 nutzt das Phänomen, daß, wenn Licht auf ein durchsichtiges Substrat mit einer durchsichtigen, dünnen Schicht fällt, die auf seiner Oberfläche ausgebildet ist, das von der Oberfläche der dünnen Schicht reflektierte Licht mit dem von der Oberfläche des durchsichtigen Substrats reflektierten Licht interferriert aufgrund einer Phasendifferenz zwischen beiden. d. h., die Phasendifferenz und daher der Zustand der Interferenz variieren mit der optischen Schichtdicke der dünnen Schicht, wodurch die Lichtmenge des Reflexionslichts in Abhängigkeit von der optischen Schichtdicke variiert. Wenn das Reflektionslicht variiert, variiert das Transmissionslicht zwangsweise ebenso. Daher kann ein ähnlicher Vorgang durch Erfassen der Lichtmenge des Transmissionslichts ausgeführt werden. Die nachfolgende Beschreibung ist ausgerichtet auf den Fall der Verwendung von Reflektionslicht.
2 stellt dar, wie die Menge des Reflektionslichts variiert, wenn eine dünne Schicht auf einer Glasoberfläche durch Bedampfen gebildet wird. In der Figur repräsentiert die vertikale Achse die Lichtmenge (relativer Wert; Einheit: %), und die horizontale Achse repräsentiert die Bedampfungszeit. Wo die zu bedampfende Schicht dick ist, nimmt die Lichtmenge in periodischer Weise wiederholt zu und ab, wenn die optische Schichtdicke zunimmt. Durch Verwendung einer Variation der Lichtmenge, die eindeutig mit der optischen Schichtdicke korrespondiert, kann die optische Schichtdicke eindeutig gemessen und/oder gesteuert werden. In diesem Fall wird der Unterschied zwischen dem maximalen und minimalen Wert in jedem Zyklus ein Betrag der Erstreckung bzw. eine Amplitude genannt. Im allgemeinen stimmen die Amplituden I1, I2, I3, ... nicht immer überein.
Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Amplituden I1, I2, I3, ... nicht immer übereinstimmen, ist es möglich, einen Teil des gesamten Betrages der Erstreckung bzw. der Gesamtamplitude anstatt der Gesamtamplitude zu verwenden. 3 zeigt einen Bereich einer Amplitude, der zur Steuerung verwendet wird. Wie es in 3 dargestellt ist, wo der minimale und der maximale Wert des Lichtmengenwerts jeweils 20% und 70% sind, und daher der Betrag der Erstreckung bzw. die Amplitude 50% ist, wird die Steuerung ohne Verwendung der oberen und unteren 5%-Bereiche durchgeführt, d. h., durch Verwendung eines Bereichs, wo der Lichtmengenwert 25–65% ist.
In dieser Ausführungsform sendet der optische Schichtdickenmesser 10 Licht auf die Überwachungsglasplatte 2b, die in der Mitte der Beschichtungshaube 2 gehalten wird, und mißt Licht, das von der Überwachungsglasplatte 2b reflektiert wird. Da eine auf der Überwachungsglasplatte 2b ausgebildete, dünne Schicht als dieselbe wie die auf den jeweiligen Linsen 2a ausgebildeten, dünnen Schichten angesehen wird, kann die gleiche Information, wie sie von den auf den jeweiligen Linsen 2a ausgebildeten, dünnen Schichten erhalten würde, auf diese Weise erhalten werden.
Die Steuereinheit 12 steuert die Stromversorgung (Strom und/oder Spannung), die der Elektronenkanone 3 zugeführt wird, derart, daß ein Lichtmengenwert, der mit dem optischen Schichtdickenmesser 10 von einer dünnen Schicht, die auf einer Überwachungsglasplatte 2b gebildet worden ist, zu jedem Zeitpunkt gemessen wird, einem in der Datenspeichereinrichtung für Standardlichtmengenwerte gespeicherten Lichtmengenwert angeglichen wird.
Ein Verfahren zur Bildung dünner Schichten gemäß der Ausführungsform wird nachfolgend in einer spezifischeren Weise beschrieben. Zunächst werden die Linsen 2a als Subjekte der Schichtbildung und eine Überwachungsglasplatte 2b auf die Beschichtungshaube aufgebracht, und ein Bedampfungsmaterial 4a wird in den Schmelztiegel 4 eingebracht. Dann wird der Grad des Vakuums in der Vakuumkammer 1 auf einen vorgeschriebenen Wert eingestellt, und die Temperatur der Linsen 2a wird durch Verwendung der Halogenheizung 9 auf einen vorgeschriebenen Wert eingestellt. Dann wird die Bedampfung durch Starten der Steuerung der Stromversorgung, die der Elektronenkanone 3 zugeführt wird, begonnen.
Die Bildung einer Bedampfungsschicht beginnt nach Öffnen des Verschlusses 5. Daher wird ein Zeitpunkt, an dem der Verschluß geöffnet wird, als Zeit 0 definiert, und die Zeit, die danach verstreicht, wird durch t (Sek.) angezeigt. Nachdem der Verschluß 5 geöffnet worden ist, beginnt im allgemeinen die mit dem optischen Schichtdickenmesser 10 gemessene Lichtmenge zu schwanken. In der Realität jedoch beginnt die Lichtmenge manchmal mit einer Verzögerung zu schwanken. In diesem Fall kann eine Steuerung durch zwangsweise Zuführung der vorgeschriebenen Stromversorgung für die Elektronenkanone 3 nach Verstreichen einer vorgeschriebenen Zeitspanne eingeleitet werden.
Zunächst wird die Standardschichtbildung ausgeführt, durch Einstellen verschiedener Bedingungen, wie beispielsweise die Elektronenkanonen-Stromversorgung (Stromwert), auf Bedingungen, unter denen die beste Schichtbildung ausgeführt werden konnte. Kurz gesagt, ist diese Standardschichtbildung eine Schichtbildung, bei der gewünschte Antireflexionsschichten resultierend gebildet werden. Daher kann da, wo unterschiedliche Bedingungen der Vorrichtung zweckmäßig sind, ein Fall auftreten, daß die einzige notwendige Steuerung die ist, die zugeführte Stromversorgung der Elektronenkanone konstant einzustellen. Es kann ein anderer Fall auftreten, daß die Standardschichtbildung derart ist, daß die Schichtbildung ausgeführt wird, während verschiedene Bedingungen gemäß der Erfahrung und der Intuition eines Fachmanns gesteuert werden.
Bei der Standardschichtbildung wird die Lichtmenge 1(%) des optischen Schichtdickenmessers in Abhängigkeit von der Zeit t (Sek.) während des Schichtbildungspro zesses in Probenahmeintervallen Tsmp aufgenommen, wobei Lichtmengenwertdaten in Gestalt von Paaren aus Zeit und Lichtmenge erzeugt werden. Die Lichtmengenwertdaten werden in der Datenspeichereinrichtung 13 für Standardlichtmengenwerte als Standardlichtmengenwertedaten gespeichert.
Ab der nächsten Schichtbildung werden, während eine software-basierte Steuerung durch einen Rechner ausgeführt wird, die in der Datenspeichereinrichtung 13 für Standardlichtmengenwerte gespeicherten Standardlichtmengenwertedaten aufgerufen und mit einem tatsächlichen Meßlichtmengenwert verglichen, und der Stromwert der Elektronenkanone 3 wird derart angepaßt, daß die beiden Lichtmengenwerte miteinander übereinstimmen.
Die Steuerung des Stromwerts der Elektronenkanone wird in der folgenden Weise ausgeführt. Zunächst wird eine Lichtmenge ((tatsächlicher Meßwert) = (tatsächliche Lichtmenge)) zu einem Zeitpunkt t_i–1 (realer Zeitpunkt), wie sie seit der Öffnung des Verschlusses erfaßt worden ist, durch I_i–1 repräsentiert, und die Standarddaten werden für eine Standardlichtmenge Is (= I_i–1) gesucht, welche gleich I_i–1 ist, wobei i einen i-ten Steuervorgang bedeutet. Wenn kein gleicher Wert exisitert, wird ein Näherungswert berechnet. Dann wird ein mit der Lichtmenge Is korrespondierender Zeitpunkt ts (Standardzeitpunkt) auf Basis der Standarddaten berechnet.
Dann wird eine Lichtmenge (tatsächlicher Meßwert = tatsächliche Lichtmenge), die mit einem Zeitpunkt ti korrespondiert, der dem realen Zeitpunkt t_i–1 durch ein Steuerinterval Δt (Sek.) nachfolgt, durch I_i repräsentiert. Ferner wird eine Standardlichtmenge Is', die mit einem Standardzeitpunkt ts'(= ts + Δt) korrespondiert, aus den Standarddaten erhalten.
ΔIi und ΔIs_i werden nun definiert durch ΔIi ≡ Ii – Ii–1 ΔIsi ≡ Is' – Is.
Ri ist definiert durch Ri = 1 – ΔIi/ΔIsi oder Ri ≡ (Is' – Ii)/(Is' – Is).
4 stellt eine graphische Darstellung einer Variation der tatsächlichen Lichtmenge und einer Variation der Standardlichtmenge dar.
Weiter wird folgende Umwandlung auf Ri ausgeführt: Qi ≡ kRi|Ri|wobei k eine beliebige Konstante ist. Der Elektronenkanonen-Stromwert Pi wird in Intervallen durch Ausführen einer PID (Proportional, Integral und Differential)-Steuerung auf Qi bestimmt. Eine PID-Steuergleichung zur Bestimmung des Elektronenkanonen-Stromwerts Pi ist nachfolgend aufgeführt: Pi ≡ Pi–1 + Kp·Qi + Ki·ΣQi + Kd·detQi
In der oberen Gleichung sind Kp, Ki und Kd beliebige Konstanten und [Gleichung 1]
Die obere Steuerung wird zu jedem Steuerintervall Δti (Sek.) ausgeführt.
Jedoch wird das obere Steuerintervall Δti (Sek.) in Übereinstimmung mit dem Übereinstimmungsfaktor (Ri) variiert. Im allgemeinen wird das Steuerintervall Δti größer eingestellt, wenn der Grad der Übereinstimmung höher ist (Ri liegt näher bei 0). Es ist möglich, den Elektronenkanonen-Stromwert Pi von Zeit zu Zeit durch Ausführung einer PID (Proportional, Integral und Differential)-Steuerung auf Ri zu bestimmen. Wenn ΔIs_i und ΔIi nahe beieinander liegen, ist es auch möglich, einen geeigneten Elektronenkanonen-Stromwert durch Umandlung von Ri gemäß nachfolgender Gleichung einzustellen: Qi ≡ kRi|Ri|
Unten ist eine Beschreibung von Beispielen gegeben, in denen einschichtige Schichten (λ/2 (λ = 500 nm)-Schicht) durch Verwendung des oberen Verfahrens und der oberen Vorrichtung gebildet worden sind. 5 stellt ein Beispiel dar, bei dem die Schichtbildung unter Verwendung eines Bedampfungsmaterials AN2 durchgeführt worden ist, und 6 stellt ein Beispiel dar, bei dem die Schichtbildung unter Verwendung eines Bedampfungsmaterials AN3 durchgeführt worden ist.
Das Bedampfungsmaterial AN2 ist aus ZrO₂ gefertigt, und das Bedampfungsmaterial AN3 ist eine Mischung aus Ta₂O₅, ZrO₂, Y₂O₃ und Al₂O₃.
Die übrigen Bedingungen sind wie nachfolgend aufgeführt:
Linsensubstrat: Thiourethan-Kunststofflinse
Linsenerwärmungstemperatur: ca. 70°C
Vakuumbedingungen: 3,6 – 5,0 × 10^–3 Pa
Optischer Schichtdickenmesser: OPM-V1 (gefertigt von Synchron Corp.)
Bedampfungsvorrichtung: BMC-1050HP (gefertigt von Synchron Corp.)
Die Ergebnisse der 5 und 6 zeigen, daß im Fall von AN2 die Unterschiede in der Bedampfungszeit meistens ca. 10 Sek. betragen, ungeachtet der Tatsache, daß die Elektronenkanonen-Anfangsstromwerte (Bedampfungsbeginn-Stromwerte) voneinander abweichen. Die Endstromwerte sind ungefähr konstant (ca. 147 mA). Auch die Erstreckungsbetärge bzw. Amplituden sind fast einheitlich.
Im Fall von AN3, wie im Fall von AN2, betragen die Unterschiede in der Bedampfungszeit weniger als 10 Sek., ungeachtet der Tatsache, daß die Elektronenkanonen-Anfangsstromwerte (Bedampfungsbeginn-Stromwerte) voneinander abweichen. Die Genauigkeit ist höher als im Falle von AN2, was an den längeren Bedampfungszeiten liegen könnte. Die Endstromwerte weisen einen hohen Grad der Übereinstimmung auf. Die gemessenen Amplituden und eine Standardamplitude sind nahezu einheitlich, und daher kann gesagt werden, daß die dünnen Schichten diesselben Eigenschaften aufweisen.
D. h., die oberen Ergebnisse zeigen, daß, seit in der Erfindung der Stromwert der Elektronenkanone unter Berücksichtigung der vom optischen Schichtdickenmesser gemessenen Lichtmenge gesteuert wird, selbst wenn sich eine andere Bedingung (die Substrattemperatur, der Grad des Vakuums oder dergleichen) von einem eingestellten Wert abweicht, Antireflexionsschichten mit nur einer kleinen Variation in der Antireflexionseigenschaft gebildet werden können, ohne einen händisch Eingriff zu erfordern. Die vom optischen Schichtdickenmesser gemessene Lichtmenge stellt eine Menge dar, die eindeutig von der optischen Schichtdicke einer dünnen Schicht abhängt. Daher werden durch Ausführen einer Steuerung derart, daß dieser Lichtmengenwert mit dem Standardlichtmengenwert übereinstimmt, selbst wenn eine Bedingung der Vorrichtung oder ein anderer Faktor variiert, dünne Schichten resultierend gebildet, um eine Bedingung zu erfüllen, daß optische Schichtdickenwerte zu jedem Zeitpunkt der Schichtbildung dieselben sind, und schließlich dünne Schichten mit ungefähr derselben optischen Leistung verläßlich erhalten werden können.
Vorteile der ersten Ausführungsform
Wie es oben im Detail beschrieben worden ist, ist in der Erfindung ein Verfahren zur Bildung dünner Schichten, bei dem die Schichtbildung ausgeführt wird, indem ein schicht-bildendes Material zum Fliegen und zum Absetzen auf der Oberfläche eines Subjekts der Schichtbildung veranlasst wird, das durch die Verwendung eines optischen Schichtdickenmessers gekennzeichnet ist, der eine Dicke einer dünnen Schicht unter Verwendung einer Tatsache mißt, daß eine Durch- oder Reflexionslichtmenge, die erhalten wird, wenn vorgeschiebenes Licht auf ein Subjekt der Schichtbildung, auf dem die dünne Schicht gebildet wird, angewendet wird, von der Dicke der dünnen Schicht abhängt; und durch Steuern einer Menge von schicht-bildenendem Material in einem Schichtbildungsprozeß, derart zu fliegen, daß eine Durch- oder Reflexionslichtmenge, die zu jedem Zeitpunkt vom optischen Schichtdickenmesser gemessen wird, gleich oder ungefähr gleich einem Standardlichtmengenwert wird. Daher werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung dünner Schichten erhalten, die in der Lage sind, dünne Schichten, die konstante optische Eigenschaften aufweisen, mit hoher Reproduzierbarkeit automatisch zu bilden.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform wird die Steuerung des Stromwerts der Elektronenkanone in nachfolgender Weise ausgeführt. Zunächst wird ein Lichtmengenwert (tatsächlicher Meßwert) zum Zeitpunkt ti, wie er seit der Öffnung des Verschlusses gemessen wird, durch Ii(%) repräsentiert, und ein Standardlichtmengenwerte (aus den Standarddaten bestimmter Standardlichtmengenwerte) zum Zeitpunkt ti wird durch Is_i(%) repräsentiert, wobei i einen i-ten Steuervorgang bedeutet.
Ri wird nun definiert als Ri ≡ Isi – Ii.
Der Elektronenkanonen-Stromwert Pi wird in Intervallen durch Ausführen einer PID (Proportional, Integral und Differential)-Steuerung für Ri bestimmt. Eine PID-Steuergleichung zur Bestimmung des Elektronen-Stromwerts Pi ist nachfolgend aufgeführt: Pi ≡ Pi–1 + Kp·Ri + Ki·ΣRi + Kd·detRi [Gleichung 2] wobei Kp, Ki und Kd beliebige Konstanten sind und [Gleichung 3]
Der Elektronenkanonenstrom (Stromwert) wird durch Ausführen der oberen Steuerung in jedem Steuerintervall Δt (Sek.) eingestellt.
In der Erfindung wird der Stromwert der Elektronenkanone unter Beachtung der Lichtmenge gesteuert, die vom optischen Schichtdickenmesser gemessen wird. Daher können, selbst wenn sich eine weitere Bedingung (die Substrattemperatur, der Grad des Vakuums oder dergleichen) von einem Sollwert unterscheidet, Antireflexionsschichten mit nur einer kleinen Variation in der Antireflexionseigenschaft gebildet werden, ohne einen händischen Eingriff zu erfordern. Die Lichtmenge, die vom optischen Schichtdickenmesser gemessen wird, ist eine Menge, die eindeutig von der optischen Schichtdicke einer dünnen Schicht abhängt. Daher werden durch Ausführen einer Steuerung derart, daß dieser Lichtmengenwert mit dem Standardlichtmengenwert übereinstimmt, selbst wenn eine Bedingung der Vorrichtung oder ein anderer Faktor variiert, dünne Schichten resultierend gebildet, um eine Bedingung zu erfüllen, daß optische Schichtdickenwerte zu jedem Zeitpunkt der Schichtbildung dieselben sind, und schließlich dünne Schichten mit ungefähr derselben optischen Leistung verläßlich erhalten werden können.
Vorteile der zweiten Ausführungsform
Wie es oben im Detail beschrieben worden ist, wird die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine Standardschichtbildung ausgeführt wird und Standardlichtmengenwertdaten als Paare von einem Lichtmengenwert und einer Schichtbildungszeit, wie sie vom Beginn der Schichtbildung gemessen wird, im voraus durch Verwendung des optischen Schichtdickenmessers erzeugt werden, und, daß der Strom, welcher der Elektronenkanone zuzuführen ist, derart gesteuert wird, daß ein Meßlichtmengenwert während der Schichtbildung gleich oder ungefähr gleich einem Standardlichtmengenwert zu einem korrespondierenden Zeitpunkt der Standardlichtmengenwertdaten wird. Daher werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung dünner Schichten erhalten, die in der Lage sind, dünne Schichten, die konstante optische Eigenschaften aufweisen, mit hoher Reproduzierbarkeit automatisch zu bilden.

1: Vakuumkammer
2: Beschichtungshaube
3: Elektronenkanone
4: Schmelztiegel
5: Verschluß
6: Substratthermometer
7: Vakuummeßinstrument
8: Evakuierungeinheit
9: Halogenheizung
10: optischer Schichtdickenmesser
11: Schichtdickenüberwacher
12: Steuereinrichtung
13: Datenspeichereinrichtung für Standardlichtmengenwerte.

Claims

Verfahren zur Bildung dünner Schichten zur Durchführung einer Schichtbildung durch Veranlassen, daß ein schicht-bildendes Material durch Verwendung einer Elektronenkanone fliegt und sich auf einer Oberfläche eines Subjekts der Schichtbildung absetzt, bestehend aus den Schritten: Verwendung eines optischen Schichtdickenmessers (10), der eine Dicke einer dünnen Schicht durch Ausnutzung einer Tatsache mißt, daß eine Transmissions- oder Reflexionslichtmenge, die erhalten wird, wenn vorgeschriebenes Licht auf ein Subjekt der Schichtbildung angewendet wird, auf dem die dünne Schicht gebildet wird, von der Dicke der dünnen Schicht abhängt, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a) Erzeugen von Standardlichtmengendaten im voraus als einer Mehrzahl von Paaren aus einem Lichtmengenwert und einem Schichtbildungszeitpunkt, wie er ab dem Beginn der Schichtbildung gemessen wird; und b) Steuern, daß eine Menge an einem schicht-bildenden Material in einem Schichtbildungsprozeß fliegt, durch Steuerung der Stromversorgung für eine Elektronenkanone derart, daß ein Transmissions- oder Reflektionslichtmengenwert, der zu jedem Zeitpunkt vom optischen Schichtdickenmesser (10) gemessen wird, gleich oder ungefähr gleich einem Standardlichtmengenwert zu einem korrespondierenden Zeitpunkt der Standardlichtmengenwertdaten wird.
Verfahren zur Bildung dünner Schichten gemäß Anspruch 1, wobei der Steuerschritt den Schritt enthält: Steuern, daß eine Menge an einem schicht-bildenden Material in einem Schichtbildungsprozeß derart fliegt, daß eine Variation des Transmissions- oder Reflek tionslichtmengenwerts, der zu jedem Zeitpunkt vom optischen Schichtdickenmesser (10) gemessen wird, zu jedem Zeitpunkt gleich oder ungefähr gleich einem Standardlichtmengenwert zu einem korrespondierenden Zeitpunkt der Standardlichtmengenwertdaten wird.
Verfahren zur Bildung dünner Schichten gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verfahren, daß das schicht-bildende Material zum Fliegen veranlaßt, ein Verfahren ist, das das schicht-bildende Material durch Erwärmen mit einer Elektronenkanone zum Fliegen veranlaßt.
Verfahren zur Bildung dünner Schichten gemäß Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Standardlichtmengenwert zu jedem Zeitpunkt im Schichtbildungsprozeß ein Transmissions- oder Reflektionslichtmengenwert zu jedem Zeitpunkt ist, der vom optischen Schichtdickenmesser gemessen wird, wenn eine Standardschichtbildung durchgeführt wird.
Verfahren zur Bildung dünner Schichten gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Standardwert der Variation zu jedem Zeitpunkt im Schichtbildungsprozeß eine Variation eines Transmissions- oder Reflexionslichtmengenwerts zu jedem Zeitpunkt ist, die vom optischen Schichtdickenmesser erfaßt wird, wenn die Standardschichtbildung ausgeführt wird.
Verfahren zur Bildung dünner Schichten gemäß Anspruch 1, mit den Schritten: Ausführen der Standardschichtbildung und Messung der Transmissions- oder Reflexionslichtmengewerte in Intervallen von einem Beginn bis zu einem Ende der Schichtbildung mit dem optischen Schichtdickenmesser (10), und Messung der Transmissions- oder Reflexionslichtmengewerte zu jedem Zeitpunkt während der Schichtbildung von einem Beginn bis zu einem Ende der Schichtbildung und Steuerung der Stromversorgung für die Elektronenkanone derart, daß der Lichtmengenwert einem Standardlichtmengenwert zu einem korrespondieren den Zeitpunkt der Standardlichtmengenwertdaten gleich oder ungefähr gleich wird.
Verfahren zur Bildung dünner Schichten gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung für die Elektronenkanone derart gesteuert wird, daß Ri, das durch Ri ≡ lsi – lidefiniert ist, gleich oder ungefähr gleich null wird, wobei li (%) einen Lichtmengenwert zu einem Schichtbildungszeitpunkt ti darstellt, wie er ab dem Beginn der Schichtbildung während der Schichtbildung gemessen wird und ls_i (%) einen Lichtmengenwert zu einem korrespondierenden Zeitpunkt ti der Standardlichtmengendaten darstellt (i bedeutet einen i-ten Steuervorgang).
Verfahren zur Bildung dünner Schichten gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung, durch die die Stromversorgung für die Elektronenkanone derart gesteuert wird, daß Ri gleich oder ungefähr gleich null wird, ein PID (Proportional, Integral und Differential)-Steuerschema verwendet.
Verfahren zur Bildung dünner Schichten gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die PID-Steuerung einen Stromwert (Pi) der Elektronenkanone gemäß einer nachfolgenden PID-Steuergleichung steuert
Vorrichtung zur Bildung dünner Schichten, die eine Schichtbildungseinrichtung zum Veranlassen aufweist, daß ein schicht-bildendes Material durch Verwendung einer Elektronenkanone in einer Schichtbildungskammer fliegt und sich auf eine Oberfläche eines Subjekts der Schichtbildung absetzt, mit: einem optischen Schichtdickenmesser (10) zur Messung einer Dicke einer dünnen Schicht durch Nutzung einer Tatsache, daß eine Transmissions- oder Reflexionslichtmenge, die erhalten wird, wenn ein vorgeschriebenes Licht auf ein Subjekt der Schichtbildung angewendet wird, auf dem die dünne Schicht gebildet wird, von der Dicke der dünnen Schicht abhängt; einer Speichereinrichtung (13) zur Speicherung der Transmissions- oder Reflexionsstandardlichtmengenwerte zu den jeweiligen Zeitpunkten in einem Schichtbildungsprozeß, die durch den optischen Schichtdickenmesser erfaßt werden, wenn vorgeschriebenes Licht auf ein Subjekt der Schichtbildung angewendet wird, oder der Standardwerte der Lichtmengenwertvariationen zu den jeweiligen Zeitpunkten; und einer Steuereinrichtung (12) zur Steuerung einer Menge eines schicht-bildenden Materials, das zum Fliegen durch die schicht-bildende Einrichtung durch Steuern der Stromversorgung für die Elektronenkanone derart veranlaßt wird, daß ein Transmissions- oder Reflexionslichtmengenwert, der zu jedem Zeitpunkt in einem Schichtbildungsprozeß durch den optischen Schichtdickenmesser (10) gemessen wird, oder eine Lichtmengenwertvariation zu jedem Zeitpunkt gleich oder ungefähr gleich einem Transmissions- oder Reflexionsstandardlichtmengenwert zu jedem Zeitpunkt im Schichtbildungsprozeß oder einem Standardwert der Lichtmengenwertvariation zu jedem Zeitpunkt, der in der Speichereinrichtung (13) gespeichert ist, wird.
Vorrichtung zur Bildung dünner Schichten gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtbildungseinrichtung eine Elektronenkanone enthält, um das schicht-bildende Material zum Fliegen zu veranlassen, indem es erwärmt wird.
Vorrichtung zur Bildung dünner Schichten gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung die Standardreflexionslichtwertmengendaten (ls₁, ls₂, ls₃, ..., ls_m,) zu den jeweiligen Zeitpunkten (ts₁, ts₂, ts₃, ..., ts_m) bei der Standardschichtbildung speichert; daß die Meßeinrichtung die Reflexionslichtmengenwerte (l₁, l₂, l₃, ..., l_n) einer dünnen Schicht zu den jeweiligen Zeitpunkten im schicht-bildenden Prozeß zu den jeweiligen Zeiteinheiten (t₁, t₂, t₃, ..., t_n) mißt; und daß die Steuereinrichtung aufweist: eine Einrichtung zum Berechnen der Meßlichtmengenvariation zum Berechnen einer Lichtmengenvariation (Δl = l_i – l_i–1) nach Verstreichen einer beliebigen Zeit (Δt = t_i – t_i–1), die von der Meßeinrichtung erhalten wird; eine Prozeßeinrichtung zum Suchen der Standardlichtmengenwert-Speichereinrichtung oder zum Berechnen eines Lichtmengenwert (ls), der einem Lichtmengenwert (l_i–1) gleich oder ähnlich ist, der durch die Meßeinrichtung zu einem beliebigen Zeitpunkt (t_i–1) und einem korrespondierendem Zeitpunkt (ts) erhalten wird; eine Einrichtung zum Berechnen der Standardlichtmenge zur Bestimmung eines Standardlichtmengenwerts (ls') nach Verstreichen einer beliebigen Zeit (Δt = t_i – t_i–1) und zum Bestimmen einer Variation (Δls_i = ls' – ls) zwischen dem Lichtmengenwert (ls) und dem Standardlichtmengenwert (ls'); und eine Rückkopplungs-Steuereinrichtung zur Steuerung der Stromversorgung für die Elektronenkanone durch Verwendung der Meßlichtmengenvariation (Δl = l_i – l_i–1), die durch die Einrichtung zum Berechnen der Meßlichtmengenvariation bestimmt wird, und der Standardlichtmengenvariation (Δls_i = ls' – ls), die durch die Einrichtung zum Berechnen der Standardlichtmengenvariation bestimmt wird.
Vorrichtung zur Bildung dünner Schichten gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungs-Steuereinrichtung Umwandlungsvorgänge von Ri ≡ 1 – (Δl_i/Δls_i) und Qi ≡ kRi|Ri| (k: beliebige Konstante) ausführt und die Stromversorgung durch eine PID (Proportional, Integral und Differential)-Steuerung steuert, um |Qi| zu minimieren.
Vorrichtung zur Bildung dünner Schichten gemäß Anspruch 10, mit der Speichereinrichtung (13) zur Speicherung der Standardlichtmengenwertdaten als Paare eines Lichtmengenwerts und einer Schichtbildungszeit, wie sie ab dem Beginn der Schichtbildung gemessen worden sind, die durch Ausführen der Schichtbildung und Messung der Transmissions- und Reflexionslichtmengenwerte in Intervallen von einem Beginn bis zu einem Ende der Schichtbildung mit dem optischen Schichtdickenmesser erzeugt werden; und der Steuereinrichtung (12) zum Vergleichen eines Lichtmengenwerts während der Schichtbildung, der zu jedem Zeitpunkt durch den optischen Schichtdickenmesser (10) gemessen wird, mit einem Standardlichtmengenwert zu einem korrespondierenden Zeitpunkt der Standardlichtmengenwertdaten, die in der Speichereinrichtung (13) gespeichert sind, und zur Steuerung der Stromversorgung für die Elektronenkanone derart, daß die beiden Lichtmengenwerte gleich oder nahezu gleich zueinander werden.