CN103384811A - 光学式膜厚测量装置及采用光学式膜厚测量装置的薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

提供一种光学式膜厚测量装置及采用光学式膜厚测量装置的薄膜形成装置，不用监视器基板就能够实时且高精度地直接测定产品的膜厚。光学式膜厚测量装置具备：投射部；受光部；基体保持单元内的将测定光向基体反射的多个内部分束器；对来自多个内部分束器中的最靠近的内部分束器的测定光进行全反射的内部光反射部件；将来自多个内部分束器的测定光向受光部反射的多个外部分束器；以及将来自光反射部件的测定光向受光部反射的外部光反射部件。被内部分束器及内部光反射部件反射的测定光在透过基体之后，被外部分束器及外部光反射部件反射并导向受光部，从而接收测定光。

Description

光学式膜厚测量装置及采用光学式膜厚测量装置的薄膜形成装置

技术领域

本发明涉及光学式膜厚测量装置及采用光学式膜厚测量装置的薄膜形成装置，尤其是关于直接测定产品的膜厚并能够进行膜分布测定的光学式膜厚测量装置及采用光学式膜厚测量装置的薄膜形成装置。

背景技术

以往，一般来说，数码相机、投影仪和DVD等使用精密光学滤光片，这些精密光学滤光片的成膜采用溅射或真空蒸镀等PVD（物理蒸镀法）。另外，作为在基板的表面形成光学薄膜的技术，公知有CVD（化学气相沉积）等化学蒸镀。

在这样的薄膜形成技术的领域中，作为保持基板（基体）的基体保持单元的旋转机构之一，公知有转盘式的旋转机构。在转盘式的旋转机构中，在横截面形状为圆形或多边形的旋转滚筒（即，基体保持单元）的外周面上保持有多个基板（基体），在该状态下，旋转滚筒以旋转轴为中心旋转。像这样，在转盘式的薄膜形成装置中，由于在旋转滚筒的外周面上保持有基板（基体），所以，在旋转滚筒旋转期间，不存在停留在一个位置的状态的基板（基体），所有的基板（基体）以旋转轴为中心旋转。

因此，以光学方式测定膜厚等的薄膜的光学特性时，需要临时停止旋转滚筒的旋转然后对基板（基体）进行光学测定。对于这种测定方法，每当膜厚测定，薄膜形成工序必须停止，因此存在薄膜形成工序花费较多时间的不良情况。

为解决上述不良情况，考虑在旋转滚筒旋转的状态下实时地对膜厚进行光学测定。例如，考虑从旋转滚筒的外侧朝向基板（基体）投射测定光、并接受从基板（基体）反射出的反射光的方法。但是，在该方法中，如上所述，由于旋转滚筒旋转，所以入射到基板（基体）的光的角度随时变化，存在膜厚的准确测定变得困难的不良情况。

为解决上述的各课题，开发了经由旋转滚筒的为中空轴的旋转轴进行投射和受光的膜厚测量装置及具有该膜厚测量装置的薄膜形成装置。该膜厚测量装置具有：旋转滚筒，其具有为中空轴的旋转轴；配置在该旋转轴内的全反射镜；配置在旋转轴的轴延长线上的全反射镜；经由半透半反镜向配置在旋转轴延长线上的全反射镜照射测定光的光源；和经由该半透半反镜接受来自配置在旋转轴延长线上的全反射镜的反射光的受光器（例如，参照专利文献1）。

根据该膜厚测量装置，来自光源的测定光经由半透半反镜向配置在旋转轴延长线上的全反射镜照射。被照射在该旋转轴内的全反射镜上的测定光反射到被旋转滚筒保持的测定用玻璃（监视器基板）。另一方面，照射到测定用玻璃（监视器基板）的测定光同样地反射到全反射镜。该反射光经由半透半反镜向受光器照射。

这样，根据以往的薄膜形成装置，由于通过旋转滚筒的为中空轴的旋转轴引导测定光和反射光，所以，无论旋转滚筒是否旋转，都能够实时地对测定用玻璃的膜厚进行测定。

但是，在该膜厚测量装置中，经由设置在旋转轴内的单一的全反射镜进行测定光向测定用玻璃的照射和来自测定用玻璃（监视器基板）的反射光的反射，因此，从旋转轴的同一端部导入/导出测定光和反射光。因此，因旋转轴的抖动、振动等，测定光或反射光的强度变化，得到的膜厚值产生误差。

因此，为消除上述不良情况，本申请人已经提出了一种膜厚测定技术。该提出的技术是具有如下部件的技术：从旋转轴线的一方侧朝向基体保持单元的内部投射测定光的投射部；设置在基体保持单元的内部并且将从投射部投射出的测定光向基体反射的第一光反射部件；设置在基体保持单元的内部并且将从基体反射出的反射光向旋转轴线的另一方侧反射的第二光反射部件；接受被第二光反射部件反射出的反射光的受光部；以及基于由受光部接受的反射光运算在基体上形成的薄膜的膜厚的膜厚运算部（专利文献2）。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2000-088531号公报（第1～5页，图1、图2）

【专利文献2】日本特开2007-211311号公报

上述专利文献2提出的技术中，由于从旋转轴线的不同方向分别入射和出射测定光和反射光，所以能够得到误差少且精度高的膜厚值，尤其在测定由反射率低的材料形成的薄膜的膜厚的情况下，也能够期待以高灵敏度得到精度高的膜厚值等。

发明内容

发明要解决的课题

但是，上述提出的技术中，测量多个基板时，由于使用了监视器基板，所以对配置在场所的不同位置的基板（相差120度的位置）进行测定。也就是说，由于监视器基板（监视器玻璃）和成膜的产品基板（工件的基板）之间在位置上或空间上不同，所以是间接的测量，监视器基板（监视器玻璃）和成膜的产品基板（工件的基板）之间存在差异，所以用预定的参数进行修正来测量膜厚。

对于上述间接的测量，公知采用直视式光学监视器的光学式膜厚计。但是，采用直视式光学监视器的光学式膜厚计一般情况下应对单一的产品基板（工件的基板），还没有以多个产品基板为对象的这样的膜厚计。

像这样，通过PVD等大量生产制造光学滤光片时，例如采用溅射或蒸镀的情况下，将产品基板（工件的基板）配置在滚筒或圆顶上，在该产品基板（工件的基板）上成膜，通过反复进行使膜厚均匀，试作膜，修正版的修正这样的工序，由此，能够得到具有均一性能的光学滤光片。

而且，为此进行膜分布测量，而采用多信道的光纤，成为具有多台分光器的昂贵的膜厚计，存在操作复杂、成本也高的不良情况。

本发明是鉴于上述情况而研发的，其目的是提供一种光学式膜厚测量装置，尤其是在具有转盘式的旋转机构的薄膜形成装置中，不采用监视器基板就能够直接测定产品的膜厚，能够实时且高精度地对在配置于同一列的多个基板上形成的薄膜的膜厚进行测定。

本发明的另一目的是提供一种采用光学式膜厚测量装置的薄膜形成装置，不用监视器基板就能够直接测定产品并控制该产品的膜厚。

本发明的又一目的是提供一种光学式膜厚测量装置及采用光学式膜厚测量装置的薄膜形成装置，采用一个光学系统，测定处于旋转滚筒的上下多段的产品的膜厚并且能够控制膜厚。

用于解决课题的方案

上述课题通过本发明的光学式膜厚测量装置解决，该光学式膜厚测量装置是具有旋转型的基体保持单元的光学薄膜形成装置的光学式膜厚测量装置，具备：投射部，其从所述旋转型的基体保持单元的旋转轴线的一方侧朝向所述基体保持单元的内部投射测定光；受光部，以接收来自该投射部的测定光；多个内部分束器，所述多个内部分束器被设置在所述基体保持单元的内部，并且将从所述投射部投射出的所述测定光向基体反射；内部光反射部件，其被设置在所述基体保持单元的内部，并且对来自所述多个内部分束器中的最靠近的内部分束器的测定光进行全反射；多个外部分束器，所述多个外部分束器被设置在所述基体保持单元的外侧，并且将来自所述多个内部分束器的测定光朝向所述受光部反射；以及外部光反射部件，其被设置在所述基体保持单元的外侧，并且将来自所述光反射部件的测定光朝向所述受光部反射，被所述多个内部分束器及所述内部光反射部件反射的测定光在透过所述基体之后，被所述多个外部分束器及所述外部光反射部件反射并导向所述受光部，从而对测定光进行接收。

由于这样地构成，因此，不用监视器基板就能够直接测定产品的膜厚，能够实时且高精度地对在配置于同一列的多个基板上形成的薄膜的膜厚进行测定。而且，由于采用一个光学系统，并且不使用可动光学部件，所以，可靠性高，维护性提高。

此时，优选的是，所述基体保持单元的旋转轴线位于构成所述基体保持单元的中心的中空状的旋转轴体内，所述内部分束器及所述内部光反射部件被配置在所述旋转轴体内，所述旋转轴体的壁面构成为能够使所述被反射的测定光通过。另外，被所述内部分束器及所述内部光反射部件反射出的测定光为大致相等的光量。

像这样，相同光量的测定光被照射到各产品即基体（基板）时，能够得到相同的测定灵敏度（精度）。

另外，优选的是，具备膜厚运算部，所述膜厚运算部基于由所述受光部接收到的所述测定光运算在所述基体上形成的薄膜的膜厚。

而且，优选的是，所述多个外部分束器及所述外部光反射部件被中空的框体覆盖，该框体的供测定光入射的部分构成为能够使测定光通过。

这样地构成时，能够防止外部分束器及外部光反射部件被污染等，维护性进一步提高。

另外，优选的是，在所述多个外部分束器及所述外部光反射部件之间设置有快门装置。

通过这样地采用快门装置，能够切断光路，在没有安装要测定的对象即基体（基板）的情况下，能够从测定对象排除。

另外，优选的是，所述投射部与所述受光部被设置在所述光学薄膜形成装置的相同方向或相同的面的位置。

像这样，所述投射部与所述受光部被设置在光学薄膜形成装置的相同方向或相同的面的位置，例如设置在基板保持单元的上表面时，由于所述投射部与所述受光部处于相同方向或相同的面的位置，所以所述投射部和所述受光部的安装等容易，光学式膜厚测量装置的安装和维护性提高。尤其由于位于上表面侧，所以与配置在下表面侧相比，安装和维护等各种作业变得容易。

另外，所述投射部与所述受光部还能够被设置在所述光学薄膜形成装置的相反侧的方向或相反侧的面的位置。

这样地构成时，由于能够将投射部与受光部的位置如以往装置那样地设置在相反侧，所以能够防止变更现有技术的装置的布局。

上述课题通过本发明的薄膜形成装置解决，该薄膜形成装置是用于形成薄膜的旋转型的薄膜形成装置，具备：基体保持单元，所述基体保持单元在保持被配置在真空容器内的基体的状态下能够以旋转轴线为中心进行旋转；膜原料物质供给单元，其向所述真空容器供给用于形成薄膜的膜原料物质；以及成膜流程区域，在所述成膜流程区域中，在所述基体上形成薄膜，所述薄膜形成装置采用所述技术方案1～7中任一项方案所述的光学式膜厚测量装置。

根据本发明的薄膜形成装置，能够提供利用了上述光学式膜厚测量装置的特性的装置。

像这样，根据本发明的光学式膜厚测量装置及薄膜形成装置，由于沿基体保持单元的旋转轴线配置多个分束器及全反射镜，因此，能够分别直接测定沿基体保持单元的旋转轴线配置的多个作为产品的基体（基板）的膜厚，因此，通过测定所述多个基体，能够测定实际产品即基体（基板）的膜厚，不用监视器基板就能够直接控制产品本身的膜厚。

发明效果

根据本发明，不采用监视器基板就能够直接测定产品的膜厚，能够实时且高精度地对在配置于同一列的多个基板上形成的薄膜的膜厚进行测定。

另外，提供一种光学式膜厚测量装置及采用光学式膜厚测量装置的薄膜形成装置，满足光学式膜厚计所谋求的性能，形成薄膜时，能够直接测定被安装在旋转型的基体保持单元上的基体（作为产品的基板），采用一个光学系统，以相同的测定灵敏度（精度）获得位于旋转滚筒的上下多段的产品的膜厚，并且能够进行膜厚控制。尤其，由于不使用可动光学部件，所以，可靠性高，维护性提高，能够降低包括维护在内的成本。

附图说明

图1是从上方观察本发明的实施方式的光学式膜厚测量装置及薄膜形成装置的剖视说明图。

图2是从箭头A-A方向观察图1的薄膜形成装置的剖视说明图。

图3是从斜上方观察图2的旋转滚筒的局部剖视立体图。

图4是表示第三实施方式的与图3同样的局部剖视立体图。

图5是表示第三实施方式的另一例的与图2同样的剖视说明图。

图6是从斜上方观察图5的旋转滚筒的局部剖视立体图。

图7是表示第五实施方式的另一例的与图2同样的剖视说明图。

图8是表示投射透镜的配置例的说明图。

图9是反射镜单元的说明图。

图10是反射镜单元的说明图。

图11是表示本发明的各实施方式的光学式膜厚测量装置及薄膜形成装置的功能性结构的框图。

图12是表示又一实施方式的与图2同样的剖视说明图。

图13是投射部与受光部为相同方向的光学式膜厚测量装置的基本结构的说明图。

图14是投射部与受光部为相反方向的光学式膜厚测量装置的基本结构的说明图。

图15是比较图13及图14的输出光的计算方法和光的相对输出的说明图。

图16是表示第一实施方式中的来自基体（基板）的输出的图。

图17是表示第二实施方式中的来自基体（基板）的输出的图。

图18是表示第三实施方式中的来自基体（基板）的输出的图。

图19是表示第四实施方式中的来自基体（基板）的输出的图。

标号的说明

1薄膜形成装置

10处理容器

11真空容器

11a薄膜形成室

11b负载锁定室

11c、11d 门

13旋转滚筒（基体保持单元）

13a旋转轴

13b、17a齿轮

13c 开口

14分隔壁

15真空泵

16a、16b配管

17旋转滚筒驱动电机

20溅射单元

22a、22b标靶件

24a交流电源

30溅射气体供给单元

31、33质量流量控制器

32溅射气体瓶

34反应性气体瓶

35配管

35a、35b修正板驱动电机

36a、36b、36c膜厚修正板

40等离子体产生单元

41壳体

42介质板

43天线

44匹配箱

45高频电源

50反应性气体供给单元

51氧气瓶

52、54质量流量控制器

53氩气瓶

55配管

60光学式膜厚测量装置

61光源

61a发光元件

61b滤光片

62投射用光纤

63投射头

64投射侧聚光透镜

65a第一分束器

65b第二分束器

65c第一全反射镜

66a第三分束器

66b第四分束器

66c第二全反射镜

66k全反射镜

66l、66m分束器

67受光侧光纤

68受光侧聚光透镜

69受光头

71分光测定装置

71a受光元件

71b分光元件

80膜厚运算计算机

81CPU

82存储器

83硬盘

84I/O电机

83a膜厚相关关系数据

83b膜厚计算程序

90膜厚控制装置

91膜厚控制信号生成部

100a、100b、100c光路切换快门

101驱动部

102a、102b、102c屏蔽板

160筒状体

165a～165d分束器（BS1～BS4）

166a～166d分束器（BS5～BS8）

165e，166e全反射镜

V阀

S基体（基板）

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的第一实施方式。此外，以下说明的部件、配置等不限定于本发明，当然能够根据本发明的主旨进行各种变更。

图1～图19表示本发明的实施方式，图1是从上方观察光学式膜厚测量装置及薄膜形成装置的剖视说明图，图2是从箭头A-A方向观察图1的薄膜形成装置的剖视说明图，图3是从斜上方观察图2的旋转滚筒的局部剖视立体图，图4是表示第三实施方式的与图3同样的局部剖视立体图，图5是表示第三实施方式的另一例的与图2同样的剖视说明图，图6是从斜上方观察图5的旋转滚筒的局部剖视立体图，图7是表示第五实施方式的另一例的与图2同样的剖视说明图，图8是表示投射透镜的配置例的说明图，图9及图10是反射镜单元的说明图，图11是表示各实施方式的光学式膜厚测量装置及薄膜形成装置的功能性结构的框图，图12是表示又一实施方式的与图2同样的剖视说明图，图13是投射部与受光部为相同方向的光学式膜厚测量装置的基本结构的说明图，图14是投射部与受光部为相反方向的光学式膜厚测量装置的基本结构的说明图，图15是比较图13及图14的输出光的计算方法和光的相对输出的说明图，图16是表示第一实施方式中的来自基体（基板）的输出的图，图17是表示第二实施方式中的来自基体（基板）的输出的图，图18是表示第三实施方式中的来自基体（基板）的输出的图，图19是表示第四实施方式中的来自基体（基板）的输出的图。

在本实施方式的薄膜形成装置1中，通过向标靶件溅射而使膜原料物质附着在基板表面上而使远比目标膜厚薄的薄膜附着在基板表面上的溅射处理、和对该膜原料物质进行氧化等处理来转换薄膜的组分的等离子体处理，而在基板表面上形成中间薄膜，通过多次重复该溅射处理和等离子体处理，层叠多层中间薄膜从而在基板表面形成具有目标膜厚的最终薄膜。

具体来说，使通过溅射处理和等离子体处理转换组分之后的膜厚的平均值约为0.01nm～1.5nm的中间薄膜形成在基板表面上，随旋转滚筒的每次旋转进行重复，从而使多个中间薄膜层叠，形成具有成为目标的约为几nm～几百nm的膜厚的最终薄膜。

如图1及2所示，薄膜形成装置1将如下机构作为主要的构成要素：具有真空容器11及旋转滚筒13的处理容器10；溅射单元20；溅射气体供给单元30；等离子体产生单元40；反应性气体供给单元50；和光学式膜厚测量装置60。此外，在图中，溅射单元20用虚线包围地表示，溅射气体供给单元30用一点划线包围地表示，等离子体发生单元40用虚线包围地表示，反应性气体供给单元50用二点划线包围地表示。

反应流程处理是利用等离子体产生单元40对在成膜流程处理中附着在基体（基板）S的表面上的膜原料物质进行等离子体处理，形成由膜原料物质的完全反应物或不完全反应物构成的中间薄膜。

等离子体产生单元40具有壳体41、介质板42、天线43、匹配箱44和高频电源45。壳体41具有对形成在真空容器11的壁面上的开口进行封闭的形状，以封闭真空容器11的开口的方式被固定，该壳体41被固定在真空容器11的壁面，由此，等离子体产生单元40被安装在真空容器11的壁面上。

反应性气体供给单元50将如下部件作为主要的构成要素：存储氧气的氧气瓶51；调整从该氧气瓶51供给的氧气的流量的质量流量控制器52；存储氩气的氩气瓶53；调整从氩气瓶53供给的氩气的流量的质量流量控制器54；和将由氧气及氩气构成的混合气体导入反应流程区域的配管55。

而且，利用等离子体产生单元40对通过溅射等附着在基体（基板）S的表面上的膜原料物质进行等离子体处理，形成由膜原料物质的完全反应物或不完全反应物构成的中间薄膜。

从氧气瓶51及氩气瓶53通过配管55的导入口而将氧气导入到反应流程区域的状态下，从高频电源45向天线43供给电力时，在反应流程区域内的面向天线43的区域中产生等离子体。通过该等离子体使形成在基体（基板）S的表面上的膜原料物质中的硅（Si）或硅的不完全氧化物（SiO_x（这里，0＜x＜2））氧化，成为由硅的完全氧化物（SiO₂）或不完全氧化物（SiO_x（这里，0＜x＜2））形成的中间薄膜。

以下，对于本发明的实施方式的光学式膜厚测量装置60进行说明。光学式膜厚测量装置60用于测量形成在基体（基板）S的表面上的薄膜的膜厚。在本实施方式中，如图2～图7及图12所示，光学式膜厚测量装置60具有射出测定光的射出侧和透过基体（基板）S的测定光的受光侧。

图8是表示射出侧的投射透镜的配置例的说明图，射出侧具有：发出测定光的光源61；对来自该光源61的测定光进行传送的投射用光纤62；将由投射用光纤62传送的测定光向投射头63引导的部件。

投射头63将测定光向配置在旋转轴内的第一分束器（BS1）65a、第二分束器（BS2）65b及第一全反射镜65c射出。此外，投射侧聚光透镜64会聚来自投射头63的测定光。

图9及图10是反射镜单元的说明图，图9是安装有防污护罩的状态，图10是拆下防污护罩的反射镜单元的说明图。该图9及图10所示的全反射镜是介质反射镜。

在本实施方式中，由以下部件构成：第一分束器（BS1）65a，其使来自投射头63的测定光的一部分透射，并将一部分导向作为基体的产品基体（基板）S；第二分束器（BS2）65b，其使透过该第一分束器（BS1）65a的测定光的一部分再次透射，并将一部分的测定光导向产品基体（基板）S；以及第一全反射镜65c，其对透过该第二分束器（BS2）65b的测定光进行反射。投射用光纤62被连接在光源61上，投射用光纤62的一端被导入到光源61内，以在光源61的滤光片中透过的测定光向其端面入射，并被导向投射头63的方式配置。

投射头63被配置在旋转轴13a的上侧（图2）的真空容器11外部，并指向配置在旋转轴13a的内部的第一分束器（BS1）65a、第二分束器（BS2）65b及第一全反射镜65c，从投射头63射出的测定光从旋转轴13a的一端入射并沿轴线方向通过旋转轴13a内而被照射到第一分束器（BS1）65a、第二分束器（BS2）65b及第一全反射镜65c。

第一分束器（BS1）65a、第二分束器（BS2）65b及第一全反射镜65c构成为能够在旋转轴13a的内侧被固定在预定位置，此时，构成为能够调整角度位置。

受光侧具备如下部件作为主要的构成要素：将透过基体（基板）S的测定光向受光头69侧反射的第三分束器（BS3）66a、第四分束器（BS4）66b及第二全反射镜66c；对于在这些第三分束器（BS3）66a、第四分束器（BS4）66b及第二全反射镜66c中透射或反射的测定光进行会聚的受光侧聚光透镜68；受光头69；对由受光头69接受的测定光进行传送的受光侧光纤67；以及对由受光侧光纤67传送的测定光进行分光的分光测定装置71。也就是说，使在第三分束器（BS3）66a、第四分束器（BS4）66b及第二全反射镜66c中透过或反射的、透过了基体（基板）S的测定光，在第三分束器（BS3）66a、第四分束器（BS4）66b及第二全反射镜66c中反射或透射，作为测定光导向分光测定装置71。

此外，光源61、投射用光纤62及投射头63相当于本发明的投射部。而且，受光头69、受光侧光纤67及分光测定装置71相当于受光部。另外，第一全反射镜65c相当于内部光反射部件，第二全反射镜66c相当于外部光反射部件。

上述受光侧的第三分束器（BS3）66a、第四分束器（BS4）66b及第二全反射镜66c构成为能够被未图示的保持部件（例如是杆状体，截面形状是任意的）固定在预定位置，此时，构成为能够调整角度位置。

另外，标号100a～c是光路切换快门，由驱动部101和屏蔽板102a～c构成。

该光路切换快门100a～c采用伺服电机（其他的执行机构等）作为驱动部101，通过驱动部101使屏蔽板102a～c可动，屏蔽板102a～c构成为在相对于第三分束器（BS3）66a、第四分束器（BS4）66b及第二全反射镜66c切断来自射出侧的测定光的位置和不切断来自射出侧的测定光的位置之间可动。屏蔽板102a～c能够阻止测定光即可，关于形状等没有特别限定。在该光路切换快门100a～c中，作为驱动源，在真空容器11的外部安装有驱动部101。

屏蔽板102a～c构成为在切断来自分束器（BS1、BS2）65a、65b、第一反射镜65c的测定光的位置和不切断来自分束器（BS1、BS2）65a、65b、第一反射镜65c的测定光的位置之间可动。屏蔽板102a～c还兼用于防污的功能。驱动部101配置在真空室外。

另外，第一全反射镜65c及第二全反射镜66c是使铝等的薄膜形成在玻璃等的基材的表面而作成的部件，至少对测定光的波长具有大致100%的高反射率。本实施方式的全反射镜由大致正方形的板状部件构成。该全反射镜被配置在旋转轴13a的中空体内部，并通过焊接或螺钉紧固等被固定在旋转轴13a的内壁面。

本实施方式的光源61使用卤素灯或白色LED等，并被设置在真空容器11的外部，是发出膜厚测定用的测定光的装置。如图11所示，该光源61具有：接受来自电源（未图示）的电力供给并发出光的发光元件61a；以及使从该发光元件61a发出的光中的特定波长区域的光透射的滤光片61b。

在旋转轴13a的中央部形成有切掉侧壁的一部分而成的开口13c，从分束器（BS1、BS2）65a、65b及第一全反射镜65c反射出的测定光通过该开口13c而向被旋转滚筒13保持的基体（基板）S照射。此外，在本实施方式中，示出了形成有开口13c的例子，但也可以构成为采用能够完全地透射的玻璃材料进行密闭。

如上所述，在本发明中，不需要如现有技术那样地用于膜厚测定的监视器基板，直接测定作为产品的基板本身的膜厚，不需要如现有技术那样地作为监视器基板选定透明的玻璃材料或者作为使测定光的波长以高透射率透射的材料选定塑料等。

从射出侧向基体（基板）S照射的测定光通过分束器被分成朝向基体（基板）S侧的测定光和透射的测定光，最后被全反射镜反射。

也就是说，照射至第一分束器（BS1）65a的测定光的一部分被反射，从基体（基板）S的里面侧（即，旋转轴13a侧）入射，并透过基体（基板）S内部。在第一分束器（BS1）65a中不反射而透射的测定光被导向下一个的第二分束器（BS2）65b，在该第二分束器（BS2）65b中一部分被反射，从基体（基板）S的里面侧（即，旋转轴13a侧）入射，并透过基体（基板）S内部。而且，在第二分束器（BS2）65b中不反射而透射的测定光被导向第一全反射镜65c。此外，第一全反射镜65c由对测定光的波长具有大致100%的高反射率的部件构成。这些从射出侧照射出的测定光被受光侧接受。

受光头69与投射头63同样地被配置在旋转轴13a的上侧（图2）的真空容器11外部，用于反射从射出侧照射出的测定并向受光头69引导的第三分束器（BS3）66a、第四分束器（BS4）66b及第二全反射镜66c被配置在配置于真空容器11内的旋转滚筒13的外周侧的预定位置。在本实施方式中，如图2所示，被配置在距溅射单元20及等离子体产生单元40最远的位置。由此，构成为不易受到来自溅射单元20及等离子体产生单元40的影响。

受光头69配置在被第一分束器（BS1）65a、第二分束器（BS2）65b及第一全反射镜65c反射后的测定光所入射的位置，受光侧光纤67的一端被连接在受光头69，受光侧光纤67的另一端被连接在分光测定装置71。透过了基体（基板）S的测定光被第三分束器（BS3）66a、第四分束器（BS4）66b及第二全反射镜66c反射，被受光侧聚光透镜68会聚后，入射到受光头69。该入射的测定光被导向受光侧光纤67并被导入到分光测定装置71。

像这样，投射头63和受光头69都被设置在真空容器11的外部，从而能够防止配置在旋转滚筒13的内部的情况下产生的光纤因旋转滚筒13的旋转而扭转、盘绕。另外，由于处于真空容器11的外部，所以旋转滚筒13也不会在成膜的过程中被加热成为高温而产生因该热量导致投射头或受光头热变形这样的不良情况。像这样，在本发明中，能够防止光纤的扭转或盘绕、成膜的过程中产生的热量的影响，能够进行稳定的膜厚测定。

分光测定装置71是测定反射光中的预定波长的光的强度的装置，具有与膜厚测定中使用的公知的分光测定装置相同的结构。即，如图11所示，分光测定装置71具有：使反射光中的预定波长区域的光透射的分光元件71b；以及接受透过了该分光元件71b的光并输出与光的强度对应的电流值的受光元件71a。

分光元件71b例如由具有格栅这样的衍射光栅的部件构成，使预定波长区域的光透射。在本实施方式中，分光元件71b至少以大致100%的透射率使测定光的波长透射。透过了该分光元件71b的光被导向受光元件71a。受光元件71a例如由光电二极管等半导体元件构成，并装入例如接合有p型及n型的半导体的元件。光照射到该p型及n型的接合面时，产生与该光的强度相应的电流，该电流通过分光测定装置71内的A/D转换电路被数字信号化，并从分光测定装置71向后述的膜厚运算计算机80输出。

膜厚运算计算机80是基于由分光测定装置71测定的测定光的强度来运算形成在基体（基板）S上的薄膜的膜厚的单元。如图11所示，膜厚运算计算机80具有：作为运算单元的CPU81；作为存储单元的硬盘83及存储器（具体来说，ROM、RAM）82；以及作为在与外部装置等之间收发信号时的输入输出端口的I/O端口84。此外，膜厚运算计算机80相当于本发明的膜厚运算部。

分光测定装置71被电连接在膜厚运算计算机80，被分光测定装置71数字化的测定光的强度信号经由膜厚运算计算机80的I/O端口84被输入到作为存储单元的硬盘83及存储器（具体来说，ROM、RAM）82。例如，在硬盘83中存储有：记录了测定光的强度的变化和形成在基体（基板）S上的薄膜的膜厚之间的相关关系的膜厚相关关系数据83a；以及基于从分光测定装置71发送的测定光的强度信号和该膜厚相关关系数据83a来运算膜厚的膜厚运算程序83b。此外，该膜厚相关关系数据83a及膜厚运算程序83b还能够构成为存储在RAM、ROM等。

以下，关于通过膜厚运算计算机80测定膜厚的原理进行说明。被照射到基体（基板）S的测定光在基体（基板）S和薄膜之间的边境、以及薄膜和真空容器侧之间的边境被反射。此时，这些反射光发生相互干涉，反射光的强度发生变化。

这里，薄膜的反射光或透射光的强度与膜厚之间存在预定的相关关系。更详细来说，设薄膜的折射率为n、波长为λ、几何膜厚为d时，公知每当光学膜厚nd成为λ/4的整数倍，反射光的强度周期性地到达峰值。由于峰值的高度（峰值P）和折射率存在预定的相关关系，所以通过求出峰值P就能够求出折射率。即，通过测定反射光的强度，从而求出峰值P，能够基于该峰值P的折射率n和波长λ的值，由光学膜厚nd算出几何膜厚d。

膜厚运算计算机80将测定光的波长λ作为设定值预先存储。而且，膜厚计算程序83b根据从分光测定装置71发送的反射光的强度信号求出峰值P的高度并运算折射率n。进而，基于该折射率n和波长λ的值，算出几何膜厚d。

膜厚运算计算机80与膜厚控制装置90电连接。膜厚控制装置90具有：MPU等运算单元；ROM、RAM等存储单元；以及与其他装置之间收发电信号的输入输出端口。由膜厚运算计算机80测定的膜厚（即，几何膜厚d）被输入到膜厚控制装置90。膜厚控制装置90具有膜厚控制信号生成部91，基于该膜厚控制信号生成部91产生的膜厚的信号，调整成膜率或成膜时间，从而控制膜厚。

具体来说，膜厚控制装置90基于由膜厚运算计算机80取得的膜厚，通过如下方法中的任一个以上的方法来调整成膜率：增减从溅射单元20的交流电源24a向标靶件22a、22b供给的电力；增减由溅射气体供给单元30向成膜流程区域供给的溅射气体或反应性气体的供给量；以及利用修正板驱动电机35a、35b进退移动膜厚修正板36a、36b。此外，标号36c也是膜厚修正板，另外，膜厚控制装置90相当于膜厚调整单元。

另外，也能够通过调整成膜时间来调整膜厚。即，在由膜厚运算计算机80取得的基体（基板）S的膜厚比预先设定的膜厚小的情况下，膜厚控制装置90不在预定的成膜结束时间结束成膜而是延长成膜时间，使膜厚增加直到预先设定的膜厚。另一方面，在由膜厚运算计算机80取得的基体（基板）S的膜厚比预先设定的膜厚大的情况下，膜厚控制装置90在预定的成膜结束时间之前使成膜结束以缩短成膜时间，以预先设定的膜厚结束成膜。此外，可以仅采用这些膜厚控制方法中的任一方法来调整膜厚，也可以组合多个方法来调整膜厚。

像这样，本实施方式的光学式膜厚计，能够在成膜过程中自动地算出成膜率来进行膜厚的控制。而且，通过向自动修正板机构发送出控制信号，能够进行光学薄膜产品的膜厚和质量的管理。例如，采用停止测光方式的情况下，根据基体（基板）S的分光特性的测定结果，通过膜厚的解析，可进行控制。

另一方面，对于旋转中的测光，能够通过测定基体（基板）S的透射光量，来实现膜厚控制。

首先，本发明的基本结构如图13至图15所示地构成。即，1分支的情况：在投射和受光之间采用反射镜1、反射镜2。2分支的情况：在投射和受光之间采用两个BS（BS1、BS2）和两个反射镜（反射镜1、反射镜2）。3分支的情况：采用四个BS（BS1～BS4）和两个反射镜（反射镜1、反射镜2）。4分支的情况：采用六个BS（BS1～BS6）和两个反射镜（反射镜1、反射镜2）。5分支的情况：采用八个BS（BS1～BS8）和两个反射镜（反射镜1、反射镜2）。

而且，在投射部与受光部为相同方向的情况和不同方向的情况下，反射镜和BS的配置除了1分支的情况以外，相同方向的情况下，反射镜相面对地配置，相同方向的反射镜始终被相面对地配置在最后反射的位置，相反方向的情况下，受光部侧的反射镜被固定在最初配置的位置，投射侧配置的反射镜被配置在按照分支依次向下方移动的位置。

另外，投射部与受光部为相同方向的输出光的计算方法是：光的相对输出P=（100%/n）²，1分支时P=100%，2分支时n=2、P=25%，3分支时n=3、P=11.1%…。

同样地，投射部与受光部为相反方向的输出光的计算方法是：光的相对输出P=（50%）ⁿ，1分支时P=100%，2分支时n=2、P=25%，3分支时n=3、P=12.5%…。

各分支的情况下的相对输出比较如图15的表所示。

在此，参照图16～图19具体说明第一实施方式～第四实施方式。

＜第一实施方式＞

第一实施方式是采用反射率90%的铝反射镜作为第一及第二全反射镜65c、66c的例子。第一分束器（BS1）65a的反射/透射为18/82，第二分束器（BS2）65b的反射/透射为45/55，第一全反射镜65c及第二全反射镜66c采用铝反射镜，反射率为90%，第三分束器（BS3）66a及第四分束器（BS4）66b的反射/透射为50/50，上段、中段及下段的各产品的基体（基板）S的测定光的透射率（效率）分别为9%、9.2%、9.1%。此外，能通过光路切换快门100a～c切换光路。

滚筒上段、中段、下段的基体（基板）S的透射率测定的步骤如下所述。

另外，产品的基体（基板）S的平均透射率测定为T（平均）=（T1+T2+T3）/3，屏蔽板102a、102b、102c全部是关状态。

进一步说明时，从上段产品的基体（基板）S经由中段产品的基体（基板）S到下段产品的基体（基板）S的透射率测定步骤如下所述。

对于上段产品的基体（基板）S-中段产品的基体（基板）S-下段产品的基体（基板）S，

光路切换快门100a→开→关→开

光路切换快门100b→关→开→关

光路切换快门100c→关→关→关

暗电流测定为：

暗电流1：光路切换快门100a为开，且光路切换快门100b、c为关，

暗电流2：光路切换快门100b为开，且光路切换快门100a、c为关，

暗电流3：光路切换快门100b为开，且光路切换快门100a、b为关，

产品的基体（基板）S的平均透射率测定为T（平均）=（T1+T2+T3）/3，3个光路切换快门100a～c为关。

该第一实施方式中的上段产品的基体（基板）S、中段产品的基体（基板）S、下段产品的基体（基板）S的相对光强度%如图16所示。测定光能够充分均匀地分配。

＜第二实施方式＞

第二实施方式的第一分束器（BS1）65a及第三分束器（BS3）66a由介质反射镜构成，如图17所示，使用反射/透射为33.3/66.7的反射镜。第二分束器（BS2）65b及第四分束器（BS4）66b使用反射/透射为50/50的反射镜。另外，第一全反射镜65c及第二全反射镜66c使用反射率99.9%的介质反射镜（也就是说，第一实施方式是使用反射率90%的铝镜作为第一及第二全反射镜65c、66c的例子，而第二实施方式的不同特征在于使用反射率99.9%的介质反射镜作为第一及第二全反射镜65c、66c）。

这样，在第二实施方式中，为多工件测光光学系统，第一分束器（BS1）65a的反射/透射为33.3/66.7，第二分束器（BS2）65b的反射/透射为50/50，第一全反射镜65c及第二全反射镜66c的介质为99.9%。第三分束器（BS4）66a的反射/透射为33.3/66.7，第四分束器（BS4）66b的反射/透射为50/50，上段、中段及下段的各产品的基体（基板）S的测定光的透射率（效率）都为11%、11%、11%。此外，能够通过光路切换快门100a～c切换光路。

该第二实施方式中的上段产品的基体（基板）S、中段产品的基体（基板）S、下段产品的基体（基板）S的相对光强度%如图17所示。

＜第三实施方式＞

图4及图18是表示第三实施方式的与图3同样的局部剖视立体图，在本实施方式中，示出了没有使用快门装置的例子，并且示出了5分支的例子。此外，与所述实施方式同样的材料、同样的部件、同样的配置等标注相同的标号并省略其说明。

在本实施方式中，示出了在射出侧及受光侧分别使用4个分束器（165a～165d、166a～166d）、各使用1个全反射镜（165e、166e）的例子。如该例这样地构成时，能够测定被安装在保持部的全部基体（基板）S的膜厚。

此时，与前述的实施例同样地，以使向全部的基体（基板）S发出的测定光成为相同强度的方式选定分束器。也就是说，为使朝向5个基体（基板）S发出的测定光相等，第一分束器（BS1）165a使用将测定光的20%向基体（基板）S侧照射的分束器。同样地，使用将在第一分束器（BS1）165a中透射了的80%中、与第一分束器（BS1）165a相同的20%测定光朝向基体（基板）S（基板）S侧照射的分束器，依次使用同样的分束器。由此，在最后的全反射镜165e中，最初的测定光的20%被照射到基体（基板）S侧。另外，在受光侧，使用与射出侧相对的结构的分束器。通过如上所述地构成，不需要光路切换快门100a～c。

更具体来说，第一分束器（BS1）165a及第五分束器（BS5）166a使用20%的分束器，第二分束器（BS2）165b及第六分束器（BS6）166b使用25%的分束器，第三分束器（BS3）165c及第七分束器（BS7）166c使用33.3%的分束器，第四分束器（BS4）165d及第八分束器（BS8）166d使用50%的分束器。

5分支以上的情况也能够对应。光的相对输出为，

假设n分支的情况，光的相对输出为P=（100%/n）²。

这里，第一分束器1（BS1）为：X1=100%-100%/n、Y1=X1。

第一分束器1（BS1）采用：Y1=X1。

第二分束器2（BS2）同样地采用：X2=100%-100%/（n-1）、Y2=X2。

第三分束器3（BS3）采用：X3=100%-100%/（n-2）、Y3=X3。

因此，第i分束器i（BSi）确定为：Xi=100%-100%/（n-i）、Yi=Xi、i＜n。

＜第四实施方式＞

图19示出了第四实施方式。如上所述，第i分束器i（BSi）确定为：Xi=100%-100%/（n-i）、Yi=Xi、i＜n，在该例中，示出了4分支的例子。

更具体来说，第一分束器（BS1）及第四分束器（BS4）使用75%的分束器，第二分束器（BS2）及第五分束器（BS5）使用33.3%的分束器，第三分束器（BS3）及第六分束器（BS6）使用50%的分束器。

图5及图6示出了装置的又一实施方式，图5是与图2同样的剖视说明图，图6是从斜上方观察图5的旋转滚筒的局部剖视立体图。在该实施方式中，与所述各实施方式同样的材料、同样的部件、同样的配置等也标注相同的标号并省略其说明。

在本实施方式中，示出了与射出侧的旋转轴13a同样地，将受光侧的分束器166a～166d及全反射镜166e安装在筒状体160内的例子。另外，受光侧的分束器166a～166d及全反射镜166e通过公知的单元被安装在筒状体160，但被安装成能够调整倾角。而且，在筒状体160的与测定光的光路相当的位置，以不阻碍向受光侧的分束器166a～166d及全反射镜166e照射的测定光的方式形成有开口。在本实施方式中，示出了形成有开口的例子，但也可以构成为采用能够完全地透射的玻璃材料进行密闭。

通过这样地构成，仅将筒状体160安装在真空容器11内，就能够进行受光侧的配置，安装容易，并且，在维护时也能够拉出筒状体160来进行调整、修理等。

＜第五实施方式＞

以下，对于图7所示的第五实施方式进行说明。所述第一实施方式中的受光部与投射部处于相同方向（或相同的面），而如图7所示，该例是受光部和投射部处于相反侧的例子。在该实施方式中，与所述各实施方式同样的材料、同样的部件、同样的配置等也标注相同的标号并省略其说明。

在该例中，第一分束器（BS1）65a及第二分束器（BS2）65b的反射/透射为50%，全反射镜66c及66k是介质反射镜且R＞99.9%，分束器（BS3）66l及分束器（BS4）66m使用50%的分束器。基本上是图14及图15所示的结构。

像这样，投射部和受光部能够构成为设置在光学薄膜形成装置的相反侧的方向或相反侧的面的位置。此外，当然，在该实施方式中，也能够尽可能地应用第二实施方式至第四实施方式以及各图所示的结构。

图12是表示又一实施方式的与图2同样的剖视说明图。在该例中，示出了在旋转轴13a的内侧配置有射出侧的分束器65a、65b、全反射镜65c的例子。在旋转轴13a上，为确保真空而配置有真空磁屏蔽部，从而构成为确保真空。此外，在射出侧配置有窗玻璃，防止异物或杂质的侵入。这样地构成时，能够采用在各分束器不配置防污护罩的结构。

Claims (9)

1.一种光学式膜厚测量装置，该光学式膜厚测量装置是具有旋转型的基体保持单元的光学薄膜形成装置的光学式膜厚测量装置，其特征在于，

所述光学式膜厚测量装置具备：

投射部，其从所述旋转型的基体保持单元的旋转轴线的一方侧朝向所述基体保持单元的内部投射测定光；

受光部，其接收来自该投射部的测定光；

多个内部分束器，所述多个内部分束器被设置在所述基体保持单元的内部，并且将从所述投射部投射出的所述测定光向基体反射；

内部光反射部件，其被设置在所述基体保持单元的内部，并且对来自所述多个内部分束器中的最靠近的内部分束器的测定光进行全反射；

多个外部分束器，所述多个外部分束器被设置在所述基体保持单元的外侧，并且将来自所述多个内部分束器的测定光朝向所述受光部反射；以及

外部光反射部件，其被设置在所述基体保持单元的外侧，并且将来自所述光反射部件的测定光朝向所述受光部反射，

被所述多个内部分束器及所述内部光反射部件反射的测定光在透过所述基体之后，被所述多个外部分束器及所述外部光反射部件反射并导向所述受光部，从而对测定光进行接收。

2.如权利要求1所述的光学式膜厚测量装置，其特征在于，

所述基体保持单元的旋转轴线位于构成所述基体保持单元的中心的中空状的旋转轴体内，所述内部分束器及所述内部光反射部件被配置在所述旋转轴体内，所述旋转轴体的壁面构成为能够使所述被反射出的测定光通过。

3.如权利要求1或2所述的光学式膜厚测量装置，其特征在于，

被所述内部分束器及所述内部光反射部件反射出的测定光为大致相等的光量。

4.如权利要求1～3中任一项所述的光学式膜厚测量装置，其特征在于，

所述光学式膜厚测量装置具备膜厚运算部，所述膜厚运算部基于由所述受光部接收到的所述测定光运算在所述基体形成的薄膜的膜厚。

5.如权利要求1～4中任一项所述的光学式膜厚测量装置，其特征在于，

所述多个外部分束器及所述外部光反射部件被中空的框体覆盖，该框体的供测定光入射的部分构成为能够使测定光通过。

6.如权利要求1～5中任一项所述的光学式膜厚测量装置，其特征在于，

在所述多个外部分束器及所述外部光反射部件之间设置有快门装置。

7.如权利要求1～6中任一项所述的光学式膜厚测量装置，其特征在于，

所述投射部与所述受光部被设置在所述光学薄膜形成装置的相同方向或相同的面的位置。

8.如权利要求1～7中任一项所述的光学式膜厚测量装置，其特征在于，

所述投射部与所述受光部被设置在所述光学薄膜形成装置的相反侧的方向或相反侧的面的位置。

9.一种薄膜形成装置，该薄膜形成装置是用于形成薄膜的旋转型的薄膜形成装置，

所述薄膜形成装置具备：

基体保持单元，所述基体保持单元在保持被配置在真空容器内的基体的状态下能够以旋转轴线为中心进行旋转；

膜原料物质供给单元，其向所述真空容器供给用于形成薄膜的膜原料物质；以及

成膜流程区域，在所述成膜流程区域中，在所述基体上形成薄膜，

所述薄膜形成装置的特征在于，

所述薄膜形成装置采用所述权利要求1～8中任一项所述的光学式膜厚测量装置。

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