JP2003065727A - 透過膜厚計測装置及びそれを備えた製膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板上に施された製膜の膜厚を自動的に迅速
且つ容易に計測し、迅速に不良基板を発見して高品質な
太陽電池等の基板を製作することが可能な透過膜厚計測
装置及びそれを備えた製膜装置を提供すること。 【解決手段】 計測対象である基板Ｘの面を挟んで対向
配置された光源と受光用素子とを備え、該光源は蛍光灯
から構成される光源ユニット２とされ、受光用素子は複
数のフォトトランジスタ３とした。基板Ｘは搬送ライン
６を移動し、各基板位置センサ７，８によって移動を感
知されながら計測部５を通過する際に製膜Ｘｆの計測が
行われる構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アモルファスシリ
コン太陽電池等の半導体を製造する際に用いられるプラ
ズマＣＶＤ装置、スパッタリング装置、イオンプレーテ
ィング装置、または熱ＣＶＤ装置による製膜を計測する
透過膜厚計測装置及びそれを備えた製膜装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、アモルファスシリコン太陽電池等
の半導体を製造する際に、その製膜を行う装置としてプ
ラズマＣＶＤ法を利用したプラズマＣＶＤ装置が用いら
れている。以下にこのプラズマＣＶＤ装置による製膜を
代表例として説明するが、基本的には透過性膜を製膜す
るスパッタリング装置、イオンプレーティング装置、熱
ＣＶＤ製膜装置についても同様である。このアモルファ
スシリコン太陽電池（以下、単に「太陽電池」とい
う。）等を製造する際に用いられるプラズマＣＶＤ装置
について説明すると、減圧された密閉空間の製膜室（プ
ラズマ処理室）内へＳｉＨ₄からなる原料ガスを含む製
膜ガス（処理原料ガス）を送り込み、高周波電流によっ
てプラズマを生じさせ、製膜室内に支持されて加熱され
たガラス等の基板に製膜を施すようになっている。

【０００３】ところで、上記プラズマＣＶＤ装置は、Ｓ
ｉ系の製膜を基板上に形成した後、この製膜の膜厚を直
接検査する手法を有していない。このため、製膜が施さ
れた基板を定期的に抜き出して、製膜の膜厚を作業者が
エリプソメータやダブルモノクロメータ等で計測を行っ
ている。

【０００４】なお、ここでいうエリプソメータは、異な
る波長の光を製膜に照射し、反射してくる各反射光の状
態を照射した光と比較して膜厚を判定するものである。
また、エリプソメータを構成する装置全体は大型な形状
を有しており、専任の作業者が治具を用いて計測を行っ
ている。

【０００５】ここで得られた製膜の膜厚計測数値は、実
際の基板の膜厚を計測したものであり、設計数値と比較
して製品不良を検査することができると共に、プラズマ
ＣＶＤ装置における製膜形成状態の性能確認をすること
ができ、製膜結果に不都合がある場合にはレシピを変更
すること等でプラズマＣＶＤ装置の作動を微調整する指
針となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たようにエリプソメータやダブルモノクロメータで基板
に施された製膜の膜厚を計測し、基板を検査するには多
くの時間を必要としていた。なぜなら、基板上の製膜状
態を確認するには、基板上の複数箇所を計測点として上
記検査器具（エリプソメータ、ダブルモノクロメータ）
で検査及び計測する必要があり、上記エリプソメータに
おいては１計測点あたり約５分もの時間が必要とされる
からである。特に、家屋等の建物の屋根に設置する太陽
電池の場合には、一辺が１ｍを越えるような大型基板と
なり、計測点も多数設定する必要があり、基板一枚あた
りの検査時間が数時間かかる場合もある。同様に、ダブ
ルモノクロメータにおいても作業能率は同じであり、多
くの時間を必要としていた。

【０００７】これによって、製膜が施された基板の製品
評価は、上述したように定期的に抜き出して行うことし
かできず、製造されるすべての基板に対して確実な検査
を行うことができなかった。また、定期的な間隔で基板
の製膜を確認することとしているので、基板上の製膜状
態の変動、及びプラズマＣＶＤ装置の故障に対して即座
に対応することができなかった。これにより基板の不良
が発見された場合には、既に複数の不良品が発生してい
る可能性があり、再度検査する必要があった。さらに、
製膜の検査を実施するには専任の作業者が必要とされ、
基板の製造及び検査における省力化を阻害していた。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みて成されたもので
あり、基板上に施された製膜の膜厚を自動的に迅速且つ
容易に計測し、迅速に不良基板を発見して高品質な太陽
電池等の基板を製作することが可能な透過膜厚計測装置
及びそれを備えたプラズマＣＶＤ装置を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために以下の手段を採用した。請求項１に記載の
透過膜厚計測装置は、基板に施された製膜を計測する透
過膜厚計測装置であって、前記基板の面を挟んで対向配
置された光源と受光用素子とを備えてなることを特徴と
する。

【００１０】このような構成とすることで、光源から照
射された光は、この光源と受光用素子との間に置かれた
製膜が施された基板を通過し、さらに光源に対して対向
配置された受光用素子に入射することになる。光源と受
光用素子との間に基板が介在していない場合、光源から
基板の面に照射された光は直接受光用素子に入射し、受
光用素子からこれ相応の電流値を出力する。これに対し
て、基板が光源と受光用素子との間に介在している場合
には、光源から基板の面に照射された光が基板を通過す
ることによって反射・吸収・散乱し、残りの光が受光用
素子に入射することによってこれ相応の電流値を出力す
る。このように、基板上に施された製膜の膜厚状態、膜
質状態によって受光用素子から出力される電流値が変化
することになり、この電流値またはこれを変換した電圧
値を膜質状態に応じて評価することによって膜厚を計測
することができる。受光用素子にて発生する電流値は、
これを構成する回路または、アンプ等で電圧値に変換さ
れて出力されることが好適である。なお、光源は、基板
の正面側・背面側のどちらに設けることとしてよく、受
光用素子はこれに相対する基板の背面側・正面側に設け
られることとなる。また、基板及びここに形成される製
膜は、光が一定量透過可能な性質を有するものとされ
る。

【００１１】請求項２に記載の透過膜厚計測装置は、請
求項１記載の透過膜厚計測装置において、前記基板、ま
たは前記光源及び前記受光用素子の少なくともどちらか
一方は移動可能とされていることを特徴とする。

【００１２】このような構成としたことで、定位置に光
源と受光用素子とが固定され、この間に基板が移動する
際に膜厚の計測が行われる。またこれと反対に、製膜が
施された基板を固定しておき、光源と受光用素子とを基
板の面に沿って移動させることで膜厚の計測が行われる
場合を含む。これによって、基板上の多くの計測点で膜
厚を順次計測することになり、多くのデータから基板の
製膜を評価することになる。

【００１３】請求項３に記載の透過膜厚計測装置は、請
求項１または請求項２記載の透過膜厚計測装置におい
て、前記受光用素子は複数設けられていることを特徴と
する。

【００１４】このような構成とすることで、例えば１つ
の光源に対して複数の受光用素子が基板の面を挟んで対
向配置される。光源から基板の面に向けて照射された光
は、複数設けられた各受光用素子にそれぞれ入射し、各
受光用素子からこれ相応の電流値が出力される。これに
より、基板上の多くの計測点で膜厚を同時計測すること
になる。

【００１５】請求項４に記載の透過膜厚計測装置は、請
求項３記載の透過膜厚計測装置において、前記各受光用
素子は、自らの移動方向または前記基板の移動方向に平
行な軸線を含む面に交わる一軸線上に沿って設けられて
いることを特徴とする。

【００１６】このような構成とすることで、基板上に設
定した多くの計測点は、一軸線上に沿って配置された複
数の受光用素子と、これらに対向配置された光源とによ
って計測されることになる。少なくともこれら各受光用
素子を移動させることで基板の面全体にわたって計測す
ることになり、また、一軸線に沿って配置された複数の
受光用素子を定位置にしたまま基板を移動させること
で、上述と同様に基板の面全体にわたって計測すること
になる。つまりは、基板と光源及び各受光用素子とを相
対移動させて基板の膜厚を計測するものである。なお、
受光用素子を一軸線上に沿って設けることは、この一軸
線を挟んだ両側交互に設けることを含むものである。ま
た、受光用素子が設けられる指針となる一軸線は、基板
あるいは、光源及び受光用素子が移動する方向に対して
直交することが好適である。

【００１７】請求項５に記載の透過膜厚計測装置は、請
求項１〜請求項４のいずれかに記載の透過膜厚計測装置
において、前記光源及び前記受光用素子は、前記基板を
搬送する搬送ラインに設置されていることを特徴とす
る。

【００１８】このような構成によれば、製膜が施された
基板を搬送する搬送ライン上に基板の膜厚を計測する光
源及び受光用素子とを有する計測部が形成される。プラ
ズマＣＶＤ装置等にて製膜された基板は、ここから搬送
ラインに乗って搬送され、この搬送ラインに設置された
光源と受光用素子とからなる計測部を通過する。光源か
ら受光用素子に向けて光が照射され、この間を通過する
基板に光が一定量透過することによって製膜の膜厚計測
が行われることになる。搬送ラインは、計測を行う前の
上流側と、計測を行った後の下流側とに分割してもよい
し、連続して構成してもよい。また、搬送ラインは、ロ
ーラを用いてもよいし、コンベアを用いてもよい。な
お、コンベアの場合は、計測部を挟んで上流側と下流側
とに分割する必要があり、この間である計測部付近はロ
ーラとすることが好適である。これは、コンベアを構成
するベルトによって光の透過が阻害されないようにする
ためである。

【００１９】請求項６に記載の透過膜厚計測装置は、請
求項５に記載の透過膜厚計測装置において、前記搬送ラ
インは、搬送される前記基板の位置を認識する基板位置
センサを備えてなることを特徴とする。

【００２０】このような構成によれば、搬送ラインに設
置された光源とこれに対して対向配置された受光用素子
とからなる計測部に基板が通過する際、基板位置センサ
が基板を認識することによって基板の位置を感知するこ
とが可能となる。この基板位置センサは計測部に対して
搬送ラインの上流側に設置してもよいし、計測部に対し
て搬送ラインの下流側に設置してもよい。

【００２１】搬送ラインの膜厚計測部よりも上流側に基
板位置センサが設置された場合、以下の作用を促すこと
ができる。 １）基板が計測部に入る前に感知することで、基板を通
過しない光源からの光を受光用素子に直接入射させるこ
とができ、製膜計測前のイニシャライズ（ゼロ点）、キ
ャリブレーション（校正）等を自動的に行う。 ２）上記１）を行うことによって、基板が計測部に介在
しない状態での光源の照度を補正する。 ３）計測開始時間におけるゼロ点をとり、基板が計測部
を通過する際に、一定時間間隔毎に少なくとも受光用素
子に計測開始信号を出力するための制御信号を出力す
る。 ３）についてさらに説明すると、連続的に移動する基板
を、定位置に配置された計測部で一定時間間隔毎に計測
を行い、基板上の多くの計測点にて計測を行うこととな
る。

【００２２】また、搬送ラインの膜厚計測部よりも下流
側に基板位置センサが設置された場合、以下の作用を促
すことができる。 １）基板位置センサが感知した段階で基板の膜厚を計測
し、この段階から一定時間間隔毎に移動する基板を計測
して、基板全面にわたって計測する。 ２）基板の通過確認を行い、搬送される基板数を確認す
る。

【００２３】請求項７に記載の透過膜厚計測装置は、請
求項６記載の透過膜厚計測装置において、前記基板位置
センサは、移動する前記基板の計測間隔に合わせて前記
搬送ラインに複数並設されていることを特徴とする。

【００２４】このような構成によれば、搬送ラインを通
過する基板の移動状態を的確に把握することができる。
これら基板位置センサが感知してそれぞれから出力され
た各信号は、計測部での製膜計測に対して以下の作用を
促すことができる。 １）移動する基板上の各計測点の製膜計測開始を数段階
にわたって行い、基板上の異なる計測点で膜厚計測を順
次行う。 ２）基板の通過確認を行う。 つまり、計測部に近い方（上流側）から基板端部を感知
し、信号を出力することでその時点における基板上の計
測点を計測し、基板が下流側に移動しながら次の基板セ
ンサが基板端部を感知することで、その時点における他
の計測点を計測する。基板の大きさに合わせて基板通過
センサを搬送ラインにさらに並設して設けることで、基
板の移動方向において異なる計測点を基板位置センサの
設置数分連続して計測することになる。定められた計測
点を順次計測するためには、各基板位置センサから計測
部までの距離と、基板位置センサが感知する基板端部か
ら計測点までの距離を同一にすることで可能となる。

【００２５】請求項８に記載の透過膜厚計測装置は、請
求項５〜請求項７のいずれかに記載の透過膜厚計測装置
において、前記搬送ラインの上流側には、前記基板の情
報を認識する基板認識センサが設けられていることを特
徴とする。

【００２６】このような構成によれば、基板の情報に合
わせた計測が自動的に選択されることになる。つまり、
製膜された基板の形状や製膜の状態に応じた計測を行う
ことが可能となる。このために予め基板に基板認識セン
サが感知可能な、例えばエッジ、凹凸、反射板等を設け
ておき、これを基板認識センサが感知して基板情報を認
識する。基板認識センサが基板情報を出力することで、
例えば光源の出力、受光用素子の感度、計測点数の設定
等が自動的に選択されることとなる。これら設定は、事
前に計測あるいは計画値に基づいて設定した数値を予め
設定しておき、この設定値を選択することで計測するこ
とが好適である。

【００２７】請求項９に記載の透過膜厚計測装置は、請
求項６〜請求項８のいずれかに記載の透過膜厚計測装置
において、前記受光用素子及び前記各基板位置センサ
は、これらで認識した情報を入力して該情報を変換し指
令及びデータを出力する制御手段に接続されていること
を特徴とする。

【００２８】このような構成によれば、光源から照射さ
れた基板及び製膜を通過した光は、受光用素子に入射
し、得られた光量からそれ相応の電流値を制御手段に出
力する。このデータは、他の受光用素子から得られたデ
ータとの比較、また、設計計画値との比較がなされる。
また、基板位置センサ及び基板認識センサから出力され
た信号は制御手段に入力され、制御手段にて別の出力信
号に変換されて出力される。出力先は、例えば受光用素
子に電気を供給する回路装置等であり、基板の状態に合
わせて感度を調節することや、計測開始信号を出力する
ことになる。また、制御手段に計測における基板の校正
値をプログラムしておくことで、受光用素子から出力さ
れるデータと比較演算する構成とすることが望ましい。

【００２９】請求項１０に記載の透過膜厚計測装置は、
請求項１〜請求項９のいずれかに記載の透過膜厚計測装
置において、前記光源は、蛍光灯とされていることを特
徴とする。

【００３０】このような構成によれば、蛍光灯を光源と
しているので、蛍光灯の光が計測対象物である基板に照
射され、基板及び基板上の製膜を通過して受光用素子に
入射する。これによって、受光用素子から入射した光量
分の電流値が出力される。また、蛍光灯は各種様々な長
さ寸法の製品が市場にあるため、複数配置した受光用素
子に対して１つの光源として構成することも可能であ
る。

【００３１】請求項１１に記載の透過膜厚計測装置は、
請求項１〜請求項９のいずれかに記載の透過膜厚計測装
置において、前記光源は、単色光とされていることを特
徴とする。

【００３２】このような構成によれば、光源が単色光、
例えばレーザーとされているので、光が計測対象物であ
る基板に照射され、基板及び基板上の製膜を分解せずに
通過して受光用素子に入射する。これによって、受光用
素子から入射した光量分の電流値が計測点における膜厚
に合わせて的確に出力される。また、レーザーとすれば
指向性が高いため、１つのレーザーに対して１つの受光
用素子を組み合わせることが好適である。また、単色光
を生成するものは、例えば発光ダイオード等もあり、こ
の発光ダイオードの構造によって波長を自在に変えるこ
とができ、膜厚計測に即した光源を選択することも可能
である。

【００３３】請求項１２に記載の製膜装置は、処理室内
に接地電極と非接地電極とが設けられ、前記接地電極に
基板を支持させて前記処理室内に処理原料ガスを導入す
ると共に前記非接地電極に高周波電流を給電することに
より、処理室内にプラズマを発生させて前記基板に製膜
を施すプラズマＣＶＤ法を用いた製膜装置において、請
求項１〜請求項１１のいずれかに記載の透過膜厚計測装
置が、製膜された基板の排出側に備えてなるプラズマＣ
ＶＤ装置であることを特徴とする。

【００３４】プラズマＣＶＤ法を用いた製膜装置、換言
するとプラズマＣＶＤ装置にて製膜されたすべての基板
の膜厚が、常時連続して非接触・非破壊、しかもプラズ
マＣＶＤ装置の処理速度を低下させることなく検査され
ることになる。

【００３５】請求項１３に記載の製膜装置は、処理室内
に接地電極と非接地電極とが設けられ、スパッタリング
法またはイオンプレーティング法で基板に透過性のある
膜を施すスパッタリング装置またはイオンブレーディン
グ装置とされた製膜装置において、請求項１〜請求項１
１のいずれかに記載の透過膜厚計測装置が、製膜された
基板の排出側に備えてなるスパッタリング装置またはイ
オンプレーティング装置であることを特徴とする。

【００３６】製膜装置であるスパッタリング装置または
イオンブレーディング装置から製膜された基板が排出さ
れ、これら各装置の排出側に透過膜厚計測装置が設けら
れる。よって、スパッタリング装置またはイオンブレー
ディング装置にて製膜されたすべての基板の膜厚が、常
時連続して非接触・非破壊、しかも各装置の処理速度を
低下させることなく検査されることになる。

【００３７】請求項１４に記載の製膜装置は、チャンバ
または高温炉によって形成された処理室内に処理原料ガ
スを導入して熱エネルギにより原料ガスを反応させて基
板に透過性のある膜を施す熱ＣＶＤ装置とされた製膜装
置において、請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の
透過膜厚計測装置が、製膜された基板の排出側に備えて
なる熱ＣＶＤ装置であることを特徴とする。

【００３８】つまり、透過膜厚計測装置が製膜装置であ
る熱ＣＶＤ装置の一部に設けられた構成とされるので、
熱ＣＶＤ装置にて製膜されたすべての基板の膜厚が、常
時連続して非接触・非破壊、しかも各装置の処理速度を
低下させることなく検査されることになる。

【００３９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態につい
て、図１を参照して説明する。図１（ａ）は本実施形態
の透過膜厚計測装置１の全体構成を示す図であり、図１
（ｂ）は図１（ａ）の計測部５における構成を模式的に
示した模式図である。図１（ａ）において、２は光源ユ
ニット（光源）、３はフォトトランジスタ（受光用素
子）、４は該フォトトランジスタ３を固定するホルダ、
５は計測対象である基板Ｘの膜厚を計測する計測部を示
している。また、６は基板Ｘを搬送する搬送ライン、６
ａは搬送ライン６上の基板Ｘの移動手段である搬送ロー
ラ、７は計測部５に入る前の基板Ｘの位置を感知する第
１基板位置センサ（基板位置センサ）、８は基板Ｘが計
測部５を通過中の位置を感知する４つの第２〜第５基板
位置センサ（基板位置センサ）を示している。さらに、
各基板位置センサ７，８、フォトトランジスタ３、光源
ユニット２は制御ユニット９（制御手段）に接続されて
おり、各々から出力される信号・データを変換して指令
信号または計測データを出力している。

【００４０】さらに、図１（ｂ）において、符号２ａは
光源ユニット２を構成する光源を示し、３はフォトトラ
ンジスタを図１（ａ）と同様に示している。光源２ａと
フォトトランジスタ３との間には製膜Ｘｆが施された基
板Ｘが位置しており、光源２ａから照射された光がこの
製膜Ｘｆ及び基板Ｘを通過してフォトトランジスタ３に
入射することになる。

【００４１】図１（ａ）の計測部５付近の構成について
さらに説明する。光源ユニット２は、搬送ライン６の一
部分に内蔵されて固定されており、この光源ユニット２
の内部は、直管型の蛍光灯（図示せず）が備えられてい
る。またこの蛍光灯は、搬送ライン６の搬送方向、つま
り基板Ｘの移動方向に対して蛍光灯の長手方向が直交す
る方向に設けられている。

【００４２】光源ユニット２の上面はほぼ透明な板で形
成され、蛍光灯から発せられた光は上方に向けて照射さ
れることになる。被測定物である基板Ｘが計測される計
測部５は、フォトトランジスタ３を固定するホルダ４
と、光源ユニット２の上面との間に形成された空間部を
含んでいうものであり、この空間部は少なくとも基板Ｘ
の板厚以上の高さを有している。

【００４３】ホルダ４には、５つのフォトトランジスタ
３が固定されており、受光する面が光源ユニット２、つ
まりは計測部５を通過する基板Ｘの表面に向けられてい
る。この５つのフォトトランジスタ３は、光源ユニット
２の長手方向と平行、換言すると基板Ｘの移動方向に直
交するように一列且つ等間隔に設けられている。また、
この各フォトトランジスタ３の間隔は、基板Ｘに施され
た製膜Ｘｆの幅方向（搬送方向に対して直交する側面方
向）における計測間隔となる。また、フォトトランジス
タ３の性能は、光源ユニット２から照射される光を受光
可能な波長が３００ｎｍ〜１２００ｎｍを感知するもの
であればよい。

【００４４】以上の構成からなる本実施形態の透過膜厚
計測装置１は、以下のように動作する。図１（ａ）にお
いて右方にあるプラズマＣＶＤ装置（図示せず）にて製
膜Ｘｆが施された基板Ｘは、このプラズマＣＶＤ装置の
基板排出側に連結された搬送ライン６に乗せられる。搬
送ライン６に乗せられた基板Ｘは、搬送ローラ６ａの回
転によって移動し、計測部５付近に到達する。

【００４５】計測部５よりも搬送ライン６の上流側に設
置された第１基板位置センサ７は、ここに到達した基板
Ｘの前端部を感知し、制御ユニット９（制御手段）に信
号を出力する。制御ユニット９に入力した信号は、制御
ユニット９にて指令信号に変換され、フォトトランジス
タ３等に出力される。この時点では、計測部５には基板
Ｘが存在しない状態である。この状態で制御ユニット９
から出力された指令信号がフォトトランジスタ３に入力
されるので、フォトトランジスタ３は光源ユニット２か
ら照射された光を直接受光する。このようにフォトトラ
ンジスタ３は基板を通過していない光を受光すること
で、これ相応の電流値からなる情報を電圧値に変換して
制御ユニット９に出力する。制御ユニット９は、この情
報からキャリブレーション（校正）を行い、光源ユニッ
ト２の照明強度を補正しながら膜透過光強度を計測する
準備を促すことになる。

【００４６】第１基板位置センサ７を通過した基板Ｘ
は、搬送ローラ６ａによって計測部５に入る。基板Ｘは
計測部５を通過して、この基板Ｘの前端部が計測部５の
搬送ライン６のわずかに下流側に設置された第２基板位
置センサ８ａに感知される。第２基板位置センサ８ａは
基板Ｘの前端部を感知することで計測の開始命令となる
信号を制御ユニット９に出力する。この信号を受信した
制御ユニット９は、フォトトランジスタ３に対して計測
開始の信号を出力し、フォトトランジスタ３は製膜を通
過した光源ユニット２からの光を受光して、これ相応の
電流値を発生させて回路内で電圧に変換して制御ユニッ
ト９に出力する。制御ユニット９は、フォトトランジス
タ３からのデータを膜厚に換算して例えばパソコン等の
外部機器へ出力する。

【００４７】基板Ｘの前端部が第２基板位置センサ８ａ
を通過すると、この基板Ｘは搬送ライン６上での移動を
継続することで第３基板位置センサ８ｂに感知されるこ
とになる。ここでも第２基板位置センサ８ａと同様に、
第３基板位置センサ８ｂが感知した信号が制御ユニット
９に出力され、制御ユニット９からフォトトランジスタ
３に対しての信号が出力されてフォトトランジスタ３に
おける受光、つまり計測部５における膜厚計測が行われ
る。なお、この段階における基板Ｘ上の計測点は、基板
Ｘの移動方向における計測部５と第３基板位置センサ８
ｂとの間隔によって決定されるものである。つまり、基
板Ｘの前端部からこの段階での計測点までの距離と、計
測部５から第３基板位置センサ８ｂまでの距離が一致す
ることをいう。

【００４８】また、さらに基板Ｘの前端部が第３基板位
置センサ８ｂを通過すると、この基板Ｘは搬送ライン６
上を継続して移動し、第４基板位置センサ８ｃが設置さ
れた位置にて基板Ｘが感知されることになる。ここでも
同様に、第４基板位置センサ８ｃが感知した信号が制御
ユニット９に出力され、制御ユニット９からフォトトラ
ンジスタ３に対しての信号が出力されてフォトトランジ
スタ３における受光、つまり計測部５における膜厚計測
が行われる。なお、この段階における基板Ｘ上の計測点
は、基板Ｘの移動方向における計測部５と第４基板位置
センサ８ｃとの間隔によって決定されるものである。つ
まり、基板Ｘの端部からこの段階における計測点までの
距離と、計測部５から第４基板位置センサ８ｃまでの距
離が一致することをいう。

【００４９】さらに基板Ｘの前端部が第４基板位置セン
サ８ｃを通過すると、この基板Ｘは搬送ライン６上を継
続して移動し、第５基板位置センサ８ｄが設置された位
置にて基板Ｘの端部が感知されることになる。ここでも
同様に、第５基板位置センサ８ｄが感知した信号が制御
ユニット９に出力され、制御ユニット９からフォトトラ
ンジスタ３に対しての信号が出力されてフォトトランジ
スタ３における受光、つまり計測部５における膜厚計測
が行われる。なお、この段階における基板Ｘ上の計測点
は、基板Ｘの移動方向における計測部５と第５基板位置
センサ８ｄとの間隔によって決定されるものである。つ
まり、基板Ｘの端部からこの段階における計測点までの
距離と、計測部５から第５基板位置センサ８ｄまでの距
離が一致することをいう。

【００５０】以上説明したように、基板Ｘ上の製膜に対
して複数の計測点で膜厚計測がなされることになる。ま
た本実施形態によれば、フォトトランジスタ３を一列に
５つ配して第２基板位置センサ８ａ〜第５基板位置セン
サ８ｄまでの４回行うことになるので、基板Ｘ上の計測
点は５×４＝２０点となる。

【００５１】各計測点で得られたデータは比較演算さ
れ、真の膜厚にあたる数値または、膜厚分布に対して著
しく異なるデータとなった場合にエラー信号が出力され
て、エラー信号に対応する基板は搬送ライン６の下流側
で不良基板として抽出されることになる。

【００５２】本実施形態の透過膜厚計測装置１の試験結
果について、図２の透過光量と受光用素子出力との関係
を示した線図を用いて説明する。膜厚が異なる基板をそ
れぞれ数回にわたって計測したものである。縦軸は予め
受光用素子出力（右軸）に対して膜厚（左軸）の値を換
算しておいた値を示している。点で示される計測換算値
は実際の膜厚を計測して得られた数値を電圧に変換して
プロットしており、透過光量に対して受光用素子が出力
する数値のばらつきがあることが読みとれる。また、実
線で示される推定線は、各計測換算値の値を最小自乗法
で表したものである。これによると、計測換算値のばら
つきは推定線に対して１０％の範囲内で分布しており、
十分使用に耐えうる程度の信頼性を確認することができ
た。また、このグラフを予め得ておくことで各膜厚に対
する受光用素子の出力校正値を得ることができる。

【００５３】また、１０％の誤差範囲で膜厚計測が可能
となることにより、数多くの計測点で得られた数値分布
で１０％を越える異常数値が確認された場合、瞬時にエ
ラーの判断を導き出せ、アラーム等を出すことで迅速に
不良製品の回収をすることができる。

【００５４】以上説明した透過膜厚計測装置によれば、
自動的に遠隔操作で基板に施された製膜の膜厚を検査・
計測することができ、専任の作業者を必要としなくな
る。また、搬送ライン６を通過するすべての基板Ｘに対
して迅速且つ全量検査することができるので、不良製品
の早期発見をすることができ、生産効率の向上と品質確
保がなされる。

【００５５】さらに、プラズマＣＶＤ装置と構成するこ
とで、基板Ｘの製膜形成状況に合わせて迅速且つ全量検
査が可能な検査手段を備えたプラズマＣＶＤ装置を構成
することができる。

【００５６】さて、以上説明した本実施形態の透過膜厚
計測装置１においては、基板が一定形状あるいは一定膜
厚、一定膜質の場合の計測について説明したが、これに
限定されるものではなく、搬送ライン６、光源ユニット
２、フォトトランジスタ３、各センサ７，８の形態・配
置を各種基板に合わせて構成・変更してもよい。

【００５７】例えば、基板形状が搬送ライン６に対して
小さめのものである場合、計測部５の上流側にガイド
（図示せず）を設けて、計測部５を定位置で通過するよ
うにする。そして、予め基板の一部にこの基板情報が読
みとり可能な凹凸、反射板、エッジ等を設けておき、こ
れらに対して基板認識センサ（図示せず）が感知するこ
とで、各基板に予め設定した校正値を選択して換算する
計測環境を構成することとしてもよい。上述した小さい
基板であるならば、計測点数を削減するため下流側に配
置された基板位置センサ８の作動を停止することや、端
側にあるフォトトランジスタ３の作動を停止することな
どが挙げられる。また、基板が移動方向に長い場合に
は、さらに基板位置センサ８を設けてもよいし、各基板
センサ７，８間を拡大してもよい。これによれば、計測
する基板に適した膜厚計測を実施することができ、透過
膜厚計測装置の共有化が図られ、設備コストの低減が可
能となる。

【００５８】また、膜厚が通常より薄く設定された基板
に対しては、受光用素子であるフォトトランジスタ３の
感度を高めておくことや、制御ユニット９でフォトトラ
ンジスタ３から出力される電流値をこの基板に合わせた
校正値を用いて電圧に変換する方法がある。また、膜質
が通常と異なる場合にはこれ相応の校正値を準備してお
き、これに合わせて膜厚を計測することで、各種基板に
合わせた膜厚計測が実施可能となる。なお、このように
計測精度を向上させるために、各種膜厚または各種膜質
に対する標準的なフォトトランジスタ３出力の校正線図
を事前に整備しておき、管理者が各基板に対して適切な
校正線図を選択、あるいは基板認識センサで自動的に選
択して、各種基板に対して最適な計測環境を構築するこ
とが望ましい。

【００５９】なお、本実施形態の変形例として、以下の
構成としてもよい。本実施形態では、光源を蛍光灯を内
蔵した光源ユニット２として説明したが、この光源を発
光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーとしてもよい。レー
ザーは、レーザー媒質によって任意の波長を発生させる
ことが可能であり、蛍光灯よりも安定した光源とされ
る。但し、光が直線的に伝播するため、１つのレーザー
に対して１つの受光用素子を組み合わせて構成すること
が好適である。これによれば、図２に示した蛍光灯の光
源ユニット２における膜厚計測誤差１０％が減少し、よ
り高精度な膜厚計測が可能となる。

【００６０】また、搬送ライン６の下流側に第２〜第５
基板位置センサ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを備えた構成を
示したが、第１基板位置センサ７が基板Ｘを感知した後
に一定時間間隔毎に膜厚計測を行うこととしてもよい。
これによれば、基板位置センサ８の設置を削減して透過
膜厚計測装置のコスト低減が可能となる。

【００６１】また、第１基板位置センサ７で基板Ｘの前
端部を感知することとして説明したが、基板Ｘの後端部
で感知させることとしてもよい。この場合、第１基板位
置センサ７の設置位置を搬送ライン６のさらに上流側に
設けることになる。これによれば、計測部５付近のスペ
ースに余裕ができ、搬送ライン６の構成を状況に合わせ
て多様化することができる。

【００６２】さらに、膜厚計測は一列に配置したフォト
トランジスタ３を数回にわたって作動させる例を示した
が、これに限定されるものではなく、例えば光源ユニッ
ト２及びフォトトランジスタ３を移動させて移動する基
板Ｘ、または定位置の基板Ｘを計測してもよい。これに
よれば、フォトトランジスタ３の設置数を低減してコス
トを抑えると共に連続して膜厚計測をすることができ
る。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の透過膜厚
計測装置においては以下の効果を奏する。請求項１記載
の透過膜厚計測装置によれば、被対象物である基板の面
を挟んで光源と受光用素子とが対向して設けられている
ので、基板を透過した光量によって膜厚を容易且つ瞬時
に計測することができる。

【００６４】請求項２記載の透過膜厚計測装置によれ
ば、基板、または光源及び受光用素子の少なくともどち
らか一方が移動可能とされているので、基板上の複数の
位置において膜厚を計測することができ、より正確に基
板を検査することができる。

【００６５】請求項３記載の透過膜厚計測装置によれ
ば、受光用素子が複数設けられているので、基板を透過
した光量を複数の計測点で同時に計測することができ、
迅速且つ正確に基板の製膜を検査することができる。

【００６６】請求項４記載の透過膜厚計測装置によれ
ば、受光用素子は、自らの移動方向または基板の移動方
向に平行な軸線を含む面に交わる一軸線上に沿って設け
られているので、基板上の計測点を均等且つ効率的に計
測することができ、基板に施された製膜を短時間でなお
且つ正確に検査することができる。

【００６７】請求項５記載の透過膜厚計測装置によれ
ば、光源及び受光用素子は、基板を搬送する搬送ライン
に設置されているので、基板が随時移動しながら計測が
行われると共に、基板上の多くの計測点で計測が可能と
なり、基板全面にわたって正確に検査することができ
る。

【００６８】請求項６記載の透過膜厚計測装置によれ
ば、搬送ラインは搬送される基板の位置を認識する基板
位置センサを備えているので、計測におけるイニシャラ
イズやキャリブレーションを自動的に行うことができ、
よって、光源及び受光用素子の状態に合わせて正確な計
測環境を構築でき、計測の安定性を有する透過膜厚計測
装置を提供することができる。

【００６９】請求項７記載の透過膜厚計測装置によれ
ば、基板位置センサが移動する基板の計測間隔に合わせ
て搬送ラインに複数並設されているので、移動する基板
の位置を随時感知することができ、各基板位置センサの
配置間隔毎に基板上の多くの計測点を正確且つ連続して
自動で計測可能な透過膜厚計測装置を提供することがで
きる。

【００７０】請求項８記載の透過膜厚計測装置によれ
ば、搬送ラインの上流側に基板の情報を認識する基板認
識センサが設けられているので、膜厚、膜質または形状
が異なる基板に対して最適な計測を行うことが可能とな
る。また、多種の基板にわたって計測可能であるため、
装置の共用化が図られ、設備コストの低減が実現する。

【００７１】請求項９記載の透過膜厚計測装置によれ
ば、受光用素子及び各基板位置センサは、これらで認識
した情報を入力して該情報を変換し指令及びデータを出
力する制御手段に接続されているので、自動化がなされ
て専任の作業者が不要となると共に、遠隔操作にて製品
評価ができ、生産されるすべての基板に対して正確な製
膜確認を行うことができる。

【００７２】請求項１０記載の透過膜厚計測装置によれ
ば、光源が蛍光灯とされているので、光源設備のコスト
を抑えると共に、安定した膜厚計測が可能となる。

【００７３】請求項１１記載の透過膜厚計測装置によれ
ば、前記光源は単色光とされているので、膜厚計測精度
の向上が図られ、より正確な基板の製膜状態確認を行う
ことができる。

【００７４】請求項１２記載の製膜装置によれば、請求
項１〜請求項１１のいずれかに記載の透過膜厚計測装置
が製膜を施すプラズマＣＶＤ装置の基板排出側に備えら
れるので、生産されるすべての基板に対して自動的に正
確且つ瞬時に製膜状態の確認が行える品質管理が徹底さ
れたプラズマＣＶＤ装置である製膜装置を提供すること
ができる。

【００７５】請求項１３記載の製膜装置によれば、請求
項１〜請求項１１のいずれかに記載の透過膜厚計測装置
が製膜を施すスパッタリング装置またはイオンプレーテ
ィング装置の基板排出側に備えられるので、生産される
すべての基板に対して自動的に正確且つ瞬時に製膜状態
の確認が行える品質管理が徹底されたスパッタリング装
置またはイオンプレーティング装置である製膜装置を提
供することができる。

【００７６】請求項１４記載の製膜装置によれば、請求
項１〜請求項１１のいずれかに記載の透過膜厚計測装置
が製膜を施す熱ＣＶＤ装置の基板排出側に備えられるの
で、生産されるすべての基板に対して自動的に正確且つ
瞬時に製膜状態の確認が行える品質管理が徹底された熱
ＣＶＤ装置である製膜装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態における透過膜厚計測装
置を説明する図であって、図１（ａ）は全体構成を示す
斜視図、図１（ｂ）は計測部５における計測方法を説明
する模式図である。

【図２】 本発明の一実施形態における透過膜厚計測装
置の計測精度を説明する透過光量と受光用素子出力との
関係を示す線図である。

【符号の説明】

１ 透過膜厚計測装置 ２ 光源ユニット（光源） ３ フォトトランジスタ（受光用素子） ４ ホルダ ５ 計測部 ６ 搬送ライン ７ 第１基板位置センサ ８ 第２，第３，第４，第５基板位置センサ ９ 制御ユニット（制御手段） Ｘ 基板 Ｘｆ 製膜

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 31/04 Ｈ０１Ｌ 31/04 Ｖ ５Ｆ０５１ Ｋ (72)発明者 上野 茂一 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 黒田 雅博 長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 Ｆターム(参考） 2F065 AA30 BB01 BB15 BB17 CC31 FF46 GG03 GG16 GG22 HH13 HH15 JJ01 JJ15 PP15 4K029 BC08 CA03 CA05 EA01 KA01 KA03 4K030 AA06 BA30 GA12 GA14 HA13 JA01 KA39 LA16 4M106 AA10 BA04 CA48 DH03 DH12 DJ04 5F045 AA08 AB04 DP23 EN04 GB13 5F051 CA15 CA21 KA10

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に施された製膜を計測する透過膜厚
   計測装置であって、前記基板の面を挟んで対向配置され
   た光源と受光用素子とを備えてなることを特徴とする透
   過膜厚計測装置。
2. 【請求項２】 前記基板、または前記光源及び前記受光
   用素子の少なくともどちらか一方は移動可能とされてい
   ることを特徴とする請求項１に記載の透過膜厚計測装
   置。
3. 【請求項３】 前記受光用素子は複数設けられているこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２記載の透過膜厚
   計測装置。
4. 【請求項４】 前記各受光用素子は、自らの移動方向ま
   たは前記基板の移動方向に平行な軸線を含む面に交わる
   一軸線上に沿って設けられていることを特徴とする請求
   項３記載の透過膜厚計測装置。
5. 【請求項５】 前記光源及び前記受光用素子は、前記基
   板を搬送する搬送ラインに設置されていることを特徴と
   する請求項１〜請求項４のいずれかに記載の透過膜厚計
   測装置。
6. 【請求項６】 前記搬送ラインは、該搬送ライン上を移
   動する前記基板の位置を認識する基板位置センサを備え
   てなることを特徴とする請求項５記載の透過膜厚計測装
   置。
7. 【請求項７】 前記基板位置センサは、移動する前記基
   板の計測間隔に合わせて前記搬送ラインに複数並設され
   ていることを特徴とする請求項６記載の透過膜厚計測装
   置。
8. 【請求項８】 前記搬送ラインの上流側には、前記基板
   の情報を認識する基板認識センサが設けられていること
   を特徴とする請求項５〜請求項７のいずれかに記載の透
   過膜厚計測装置。
9. 【請求項９】 前記受光用素子及び前記各基板位置セン
   サは、これらで認識した情報を入力して該情報を変換し
   指令及びデータを出力する制御手段に接続されているこ
   とを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれかに記載の
   透過膜厚計測装置。
10. 【請求項１０】 前記光源は、蛍光灯とされていること
    を特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の透
    過膜厚計測装置。
11. 【請求項１１】 前記光源は、単色光とされていること
    を特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の透
    過膜厚計測装置。
12. 【請求項１２】 処理室内に接地電極と非接地電極とが
    設けられ、前記接地電極に基板を支持させて前記処理室
    内に処理原料ガスを導入すると共に前記非接地電極に高
    周波電流を給電することにより、前記処理室内にプラズ
    マを発生させて前記基板に製膜を施すプラズマＣＶＤ法
    を用いた製膜装置において、 請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の透過膜厚計測
    装置が、製膜された基板の排出側に備えてなるプラズマ
    ＣＶＤ装置であることを特徴とする製膜装置。
13. 【請求項１３】 処理室内に接地電極と非接地電極とが
    設けられ、スパッタリング法またはイオンプレーティン
    グ法で基板に透過性のある膜を施すスパッタリング装置
    またはイオンブレーディング装置とされた製膜装置にお
    いて、 請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の透過膜厚計測
    装置が、製膜された基板の排出側に備えてなるスパッタ
    リング装置またはイオンプレーティング装置であること
    を特徴とする製膜装置。
14. 【請求項１４】 チャンバまたは高温炉によって形成さ
    れた処理室内に処理原料ガスを導入して熱エネルギによ
    り原料ガスを反応させて基板に透過性のある膜を施す熱
    ＣＶＤ装置とされた製膜装置において、 請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の透過膜厚計測
    装置が、製膜された基板の排出側に備えてなる熱ＣＶＤ
    装置であることを特徴とする製膜装置。