JP2003269924A - 膜厚モニタリング装置および膜厚モニタリング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】λ_０を設計波長とする多層膜の光学的膜厚をλ
_０/４の整数倍に高精度で制御することを可能とするモ
ニタリング装置および方法を実現すること。 【解決手段】成膜室２内の基板３上に、ＥＣＲスパッタ
源４からのスパッタによって、誘電体膜を成膜する過程
において、光源５からの光を光ファイバ６を通して、基
板３に入射させ、基板３からの透過光を光ファイバ９を
通して分光器１０に入力し、分光器１０の出力である分
光スペクトルのデータを演算器１１に入力し、λ_０に対
応する波数κ_０を中心として対称な低波数側波数領域と
高波数側波数領域の分光スペクトルの値をそれぞれの波
数領域において積分して得る２つの積分値の差Ｆ（特徴
量差）を用いて、前記誘電体膜の膜厚が、波長λ_０を設
計波長とする多層膜の構成要素である誘電体膜の膜厚と
して適当であるか否かを判別することを特徴とする膜厚
モニタリング装置および方法を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、膜厚モニタリング
装置および膜厚モニタリング方法に関し、特に、光通信
装置や光学デバイスおよび半導体装置等に使用される多
層膜を形成する場合に使用される膜厚モニタリング装置
および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最初に、光通信装置と光学デバイスにつ
いての状況について述べる。

【０００３】光学的な屈折率の異なる誘電体膜を交互に
積み重ねて形成する多層膜は、眼鏡等のガラス上および
プラスチック上への無反射コーティング、ビデオカメラ
の色分解プリズム、各種光学フィルタ、発光レーザの端
面コーティング等に使用されている。

【０００４】また、最近の状況として広帯域光波長多重
通信（ＤＷＤＭ通信）に用いる合波フィルタや分波フィ
ルタに応用されるようになってきた。多層膜の層数も数
十層から数百層と非常に多くなり、膜厚や膜質の均一性
もこれまで以上に高精度なものが要求されるようになっ
てきた。このような層数の多い多層膜を作製する際に
は、後述理由によって、実基板とは別の膜厚モニタリン
グ用のモニタ基板を実基板に接近させて設置し、そのモ
ニタ基板によって膜厚制御を行い、しかも、１つの多層
膜を作製するのに、モニタ基板を何回か新しいものと交
換しなければならないので、多層模作製の効率が低下す
るという問題があり、その問題を解決するために、多層
膜を堆積する実基板を、直接、膜厚モニタリングの対象
として膜厚制御を行いたいという要求が高まってきてい
る。

【０００５】上記の多層膜の基本構造は、高屈折率膜
（Ｈ膜）と低屈折率膜（Ｌ膜）とを交互に重ねて一体化
したものであり、設計波長と呼ばれる光の波長λ_０、Ｈ
膜の屈折率をｎ_Ｈ、Ｌ膜の屈折率をｎ_Ｌとしたときに、
Ｈ膜の膜厚およびＬ膜の膜厚が、それぞれ、λ_０/(４ｎ
_Ｈ）の整数倍およびλ_０/(４ｎ_Ｌ）の整数倍に等しい、
という条件を満足するものである。多くの場合に、上記
の整数は１または２である。

【０００６】図１０に、代表的な多層膜フィルタの構成
例を示す。物理的膜厚に光学的屈折率を乗じた光学的膜
厚が設計波長λ_０の２分の１つまりλ_０/２（この場合
に、上記の整数は２である）となるようなキャビティ層
と呼ばれる層を、光学的膜厚がλ_０/４の高屈折率膜と
低屈折率膜に相当する膜を交互に積層して形成した多層
膜で上下を挟んだ構造となっている。

【０００７】図１１に、基板に屈折率が１.４７の石英
基板を用い、高屈折率膜として屈折率が２.１４のＴａ
_２Ｏ_５を、低屈折率膜とて屈折率が１.４８のＳｉＯ_２
を、キャビティ層に屈折率が１.４８のＳｉＯ_２を用
い、下層に高屈折率膜と低屈折率膜の対を２１層、上層
に高屈折率膜と低屈折率膜の対を２１層、その間にキャ
ビティ層を１層堆積した場合の透過率の波長依存性を示
す。この場合の設計波長λ _０は、１５５０ｎｍとした。

【０００８】図１１より、１３５０ｎｍから１８００ｎ
ｍの赤外光領域と、５００ｎｍから５５０ｎｍの可視光
領域の波長領域において非透過領域が存在することがわ
かる。それぞれの非透過領域には設計波長λ_０に対応
し、半値幅が約０.１ｎｍの非常に狭い透過領域が存在
する。

【０００９】上記の複合多層膜を実用に供する場合に
は、この半値幅が約０.１ｎｍの非常に狭い透過領域を
光学フィルタとして用いるのであるが、このように層数
の非常に多い多層膜を成膜する場合には、成膜中の多層
膜を直接観察し、高屈折率膜の膜厚と低屈折率膜の膜厚
とを制御する方法が、成膜効率向上のために、極めて望
ましいとされている。

【００１０】よく知られている多層膜の膜厚モニタ方法
としては、単色測光法や二色測光法がある。しかし、い
ずれの方法も、層数が少ない場合には有効であるが、層
数が数十以上と非常に多い場合には、精度よく膜厚をモ
ニタすることは難しいという問題がある。

【００１１】以下に、単色測光法と二色測光法について
簡単に説明する。

【００１２】単色測光法は、誘電体多層膜を基板上に形
成してゆく過程で、光学的膜厚ｄｎ（ここに、ｄは物理
的膜厚であり、ｎは膜の屈折率である）が、設計波長の
４分の１（λ_０/４）の整数倍に相当するときに、透過
率または反射率の時間変化が極値をとることを利用す
る。たとえば、高屈折率膜と低屈折率膜を組み合わせて
多層膜を形成する場合、高屈折率膜の成膜中に設計波長
λ_０の光を照射し、透過率または反射率を観察しなが
ら、その変化率が０になったときに成膜を停止する。こ
のときの膜厚は、（λ_０/４）/（高屈折率膜の屈折率）
となり、高屈折率膜にとってλ_０/４の光学的膜厚とな
る。続いて、低屈折率膜の成膜に切替えて、上記と同様
に設計波長λ_０の光を照射しながら透過率または反射率
を観測し、その変化率が０になったときに成膜を停止す
る。このときの膜厚は、（λ_０/４)/(低屈折率膜の屈折
率）となり、低屈折率膜にとってλ_０/４の光学的膜厚
となる。この操作を順次繰り返すことによって、各屈折
率膜にとってλ_０/４の多層膜を形成することができ
る。

【００１３】図１２に、基板に屈折率が１.４７の石英
基板を用い、高屈折率膜として屈折率が２.１４のＴａ
_２Ｏ_５を用い、低屈折率膜として屈折率が１.４８のＳ
ｉＯ_２を用い、高屈折率膜と低屈折率膜の対を２６層堆
積した場合の透過率の堆積膜厚依存性の計算結果を示
す。ただし、設計波長λ_０は１５５０ｎｍで、設計波長
に相当する波数κ_０（κ_０＝１/λ_０、以下これを設計
波数と呼ぶ）は６４５１ｃｍ^−１で、波長分解能は赤外
分光器の一般的な値の３ｎｍとした。光学的膜厚がλ_０
であるＴａ_２Ｏ_５の膜厚はλ_０/(Ｔａ_２Ｏ_５の屈折率）
すなわち７２４ｎｍであり、光学的膜厚がλ_０/４であ
るＴａ_２Ｏ_５の膜厚は１８１ｎｍとなり、光学的膜厚が
λ_０であるＳｉＯ_２の膜厚はλ_０/(ＳｉＯ_２の屈折率）
すなわち１０４７ｎｍであり、光学的膜厚がλ_０/４で
あるＳｉＯ_２の膜厚は２６１ｎｍとなる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】図１２からわかるよう
に、設計波長λ_０、すなわち、設計波数κ_０＝１/λ_０
における透過率は、堆積膜厚が増加するに従って、高屈
折率膜の堆積で減少し、低屈折率膜の堆積で増加すると
いう周期的変化を示すが、層数が増加するにつれて透過
率は減少してゆき、１０層以上で変化する割合が非常に
小さくなる。赤外分光器の測定分解能の限界、および、
赤外光領域における熱ノイズ（雑音）の影響により、極
値を観測することできるのは最大値の１％程度であり、
通常は、数％程度で信号/雑音比（Ｓ/Ｎ比）が取れなく
なってしまう。そのため層数１５以上の多層膜におい
て、透過率が赤外分光器の安定測定範囲（図１２に示
す）の限界に近づき、λ_０/４の光学的膜厚を判定する
ことが困難となる。このことは、１枚のモニタ基板で精
度よくモニタリングできるのは、１５層程度が限度であ
り、それ以上の多層膜を堆積するためには、膜厚モニタ
リング用基板を新しいものと交換する必要があることを
示している。

【００１５】二色測光法においても、上記の単色測光法
と同様に、層数の多い多層膜（たとえば、８層以上の多
層膜）を堆積するためには、膜厚モニタリング用基板を
新しいものと交換する必要がある。

【００１６】二色測光法においては、波長の逆数である
波数に対して透過率または反射率の変化を示した場合、
上記光学的膜厚がλ_０/４の整数倍のときに、分光スペ
クトルが、設計波数κ_０を中心に対称となることを利用
する。設計波数κ_０を中心として、等間隔離れた任意の
波数の対（たとえば、これらをκ_１とκ_２とし、これら
に対応する波長をλ_１とλ_２とする）について観測する
と、光学的膜厚がλ_０/４になるごとにλ_１、λ_２の透
過率または反射率は等しくなる。従って、観測している
波長λ_１とλ_２の透過率または反射率が等しくなるたび
に、堆積する膜種を切替えて・高屈折率膜と低屈折率膜
を堆積することで、各屈折率膜にとってλ_０/４の多層
膜を形成することができる。

【００１７】二色測光法において、基板を屈折率が１.
４７の石英とし、高屈折率膜として屈折率が２.１５の
Ｔａ_２Ｏ_５を、低屈折率膜として屈折率が１.４８のＳ
ｉＯ_２を用いた場合のある波長の対の透過率差の膜厚依
存性を図１３に示す。ただし、設計波長λ_０は１５５０
ｎｍで、設計波数κ_０は６４５１ｃｍ^−１で、波長分解
能は３ｎｍとした。ここでは波長の対を、図中に示すよ
うに、λ_１：２１８８ｎｍ（κ_１：４５７０ｃ
ｍ^−１）、λ_２：１２００ｎｍ（κ_２：８３３３ｃｍ
^−１）とした。１層目から７層目までは、λ_０/４のと
きに透過率差（（λ_１の透過率）−（λ_２の透過率））
は周期的に変化し、透過率差が０となるのを観測するこ
とで膜厚を制御しながら多層膜を堆積することができ
る。しかしながら、７層目と８層目の堆積時に急激に透
過率差が小さくなると同時に透過率差が０にならず、膜
厚をモニタリングできなくなる。このことは、８層以上
の多層膜を形成するためには、モニタ基板交換しながら
層を堆積する必要があることを示している。

【００１８】通信用では、設計波長λ_０は、光ファイバ
の伝送損失の関係で、主に１５５０ｎｍを中心とした１
２６０ｎｍから１６７５ｎｍの赤外光領域で設計された
デバイスを用いる。そのため単色測光法と二色測光法と
もに赤外領域の測光で行われる。しかし、赤外分光器
は、一般的に熱ノイズの影響が大きく１ｎｍ以下の波長
分解能を得ることが困難である。より高い分解能が得ら
れるグレーティングを用いた測光方法は、測定速度が遅
く、かつ、駆動部を有するために長時間となる多層膜の
堆積の間、安定して測光することは難しい。また、ＣＣ
Ｄを用いた測光方法では、測定速度は高速だが、波長分
解能がＣＣＤの素子分解能に支配されてしまい、１ｎｍ
以下の波長分解能を実現することは難しい。あえて高精
度でリアルタイムに測光できるシステムを作ったとして
も、かなり高価なものになっしまう。さらに、単色光で
あるレーザ光を用いて、基板を透過または反射した光強
度を用いた単色測光法や二色測光法を行っている例もあ
る。しかし、単色測光法では、原理的に多層膜が多くな
ればなるほど信号強度は落ちてゆくので、多層膜が２５
層程度を越えるとモニタ基板を定期的に交換する必要が
ある。二色測光法でも、図１３の様に定期的に信号が急
激に小さくなり、多層膜の総数が増えるとさらに高い測
定分解能を要求される。さらに、レーザ光を用いた場
合、ＪＩＳ Ｃ６８０２（日本工業規格、レーザ製品の
安全基準）やＩＥＣ ６０８２０（レーザ製品の国際基
準）に準拠する安全対策をする必要がある。

【００１９】設計波長λ_０が赤外光波長領域にある多層
膜を作製する際の、従来の単色測光法による膜厚モニタ
リングにおいて、上記のように、層数が増加するにつれ
て透過率は減少して行き、層数１５以上の多層膜におい
て、透過率が赤外分光器の安定測定範囲（図１２に示
す）の限界に近づき、λ_０/４の光学的膜厚を判定する
ことが困難となる。このことは、１枚のモニタ基板で精
度よくモニタリングできるのは、１５層程度が限界であ
り、それ以上の多層膜を堆積するためには、膜厚モニタ
リング用モニタ基板を新しいものと交換する必要がある
ことを意味する。この様なモニタ基板の交換は、多層膜
作製効率の低下を招くので、多層膜作成上の問題とな
り、この解決が重要な課題となっている。

【００２０】また、設計波長が赤外光領域にある多層膜
を作製する際の、従来の二色測光法による膜厚モニタリ
ングにおいては、たとえば図１３に示したように、層数
が増加するにつれて減衰域の両端付近での透過率の変化
はほとんどなくなり、８層以上の層数では、この方式で
膜厚を制御することは難しく、これ以上の多層膜を形成
するためには、モニタ基板を交換しながら、層を堆積す
る必要があることがわかり、単色測光法の場合と同様
に、多層膜作製効率の低下を招くので、多層膜作成上の
問題となる。

【００２１】本発明は、これら従来技術におけるモニタ
基板交換の問題点や膜厚の均一性の高精度化の課題を解
決し、λ_０を設計波長とする多層膜の光学的膜厚をλ_０
/４の整数倍に高精度で制御することを可能とする膜厚
モニタリング装置および膜厚モニタリング方法を実現す
ることを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、請求項１に記載のように、基板
上に形成された波長λ_０を設計波長とする多層膜の上に
重ねて形成された誘電体膜の膜厚をモニタリングする膜
厚モニタリング装置であって、光源と、前記光源からの
光を前記基板と前記多層膜と前記誘電体膜との合体物に
照射する光照射部と、前記照射によって生じる前記合体
物からの透過光または反射光を入力とし前記合体物の分
光スペクトルを出力する光測定部と、前記光測定部の出
力である前記分光スペクトルのデータから、前記設計波
長λ_０に対応する設計波数κ _０を中心として対称の関係
にある低波数側波数領域と高波数側波数領域とにおける
前記分光スペクトルの値をそれぞれの前記波数領域にお
いて積分して得る２つの積分値の差を特徴量差として求
め、前記特徴量差を用いて、前記誘電体膜の膜厚が、波
長λ_０を設計波長とする多層膜の構成要素である誘電体
膜の膜厚として適当であるか否かを判別する演算処理手
段とを有することを特徴とする膜厚モニタリング装置を
構成する。

【００２３】また、本発明においては、請求項２に記載
のように、基板上に形成された波長λ_０を設計波長とす
る多層膜の上に重ねて形成された誘電体膜の膜厚をモニ
タリングする膜厚モニタリング方法であって、前記基板
と前記多層膜と前記誘電体膜との合体物の分光スペクト
ルを測定し、前記設計波長λ_０に対応する設計波数κ_０
を中心として対称の関係にある低波数側波数領域と高波
数側波数領域とにおける前記分光スペクトルの値をそれ
ぞれの前記波数領域において積分して得る２つの積分値
の差を特徴量差として求め、前記特徴量差を用いて、前
記誘電体膜の膜厚が、波長λ_０を設計波長とする多層膜
の構成要素である誘電体膜の膜厚として適当であるか否
かを判別することを特徴とする膜厚モニタリング方法を
構成する。

【００２４】また、本発明においては、請求項３に記載
のように、波数κにおける前記合体物の透過率をＴ
(κ）とし、前記設計波数κ_０よりも波数差ｘだけ大な
る波数κ_０＋ｘにおける透過率Ｔ(κ_０＋ｘ）と、前記
設計波数κ_０よりも波数差ｘだけ小なる波数κ_０−ｘに
おける透過率Ｔ(κ_０−ｘ）との差を△Ｔ(ｘ）とし、δ
κおよびΔκを０≦δκ＜Δκを満足する定数とし、△
Ｔ(ｘ）を、区間 δκ≦ｘ≦Δκ内で、ｘに関して積分
して得る積分値Ｆを前記特徴量差とし、Ｆが測定と計算
に起因する誤差の範囲内において０に等しいか否かによ
って、前記誘電体膜の膜厚が、波長λ_０を設計波長とす
る多層膜の構成要素である誘電体膜の膜厚として適当で
あるか否かを判断することを特徴とする請求項２に記載
の膜厚モニタリング方法を構成する。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明によれば、モニタ基板交換
の問題点や膜厚や膜質の均一性の高精度化の課題を解決
し、λ_０を設計波長とする多層膜の光学的膜厚をλ_０/
４の整数倍に制御することを可能とする膜厚モニタリン
グ装置および膜厚モニタリング方法を実現することがで
きる。

【００２６】本発明に係わる膜厚モニタリング装置およ
び方法が、従来の単色測光法と二色測光法と大きく異な
る点は、膜厚モニタリングに用いる光の波長と演算であ
る。すなわち、従来の単色測光法においては設計波長λ
_０を用いているのに対し、本発明においては、設計波長
λ_０に対応する設計波数κ_０を中心に適度な波数だけ離
れた対称となる波数領域における透過光または反射光の
分光スペクトルの、低波数側のスペクトルと高波数側の
スペクトルの特徴の差を表す特徴量差Ｆを算出し、この
特徴量差を膜厚モニタリングに用いる。

【００２７】また、従来の二色測光法においては設計波
長を挟んだ固定された２つの波長対を用いているのに対
し、本発明においては、設計波長λ_０に対応する設計波
数κ _０を中心に適度な波数だけ離れた対称となる波数領
域における透過光または反射光の分光スペクトルの、低
波数側のスペクトルと高波数側のスペクトルの特徴の差
を表す特徴量差Ｆを算出し、この特徴量差を膜厚モニタ
リングに用いる。

【００２８】本発明においては、基板上に形成された波
長λ_０を設計波長とする多層膜の上に重ねて形成された
誘電体膜の膜厚をモニタリングする膜厚モニタリング装
置であって、光源と、前記光源からの、光を前記基板と
前記多層膜と前記誘電体膜との合体物に照射する光照射
部と、前記照射によって生じる前記合体物からの、透過
光または反射光の分光スペクトルを測定する光測定部
と、前記分光スペクトルのデータから、前記設計波長λ
_０に対応する設計波数κ_０を中心に、適度な波数だけ離
れた対称となる波数領域における低波数側のスペクトル
と高波数側のスペクトルの透過率または反射率の積分値
の差を用いて、前記誘電体膜の膜厚が、波長λ_０を設計
波長とする多層膜の構成要素である誘電体膜の膜厚とし
て適当であるか否かを判別する演算処理手段とを有する
ことを特徴とする膜厚モニタリング装置を構成する。こ
こで、「誘電体膜の膜厚が、波長λ_０を設計波長とする
多層膜の構成要素である誘電体膜の膜厚として適当であ
るか否か」は、その誘電体膜の光学的膜厚（屈折率×膜
厚）がλ_０/４の整数倍に、測定と計算に起因する誤算
の範囲内で、等しいか否かを意味する。

【００２９】また、本発明においては、基板上に形成さ
れた波長λ_０を設計波長とする多層膜の上に重ねて形成
された誘電体膜の膜厚をモニタリングする膜厚モニタリ
ング方法であって、前記基板と前記多層膜と前記誘電体
膜との合体物の分光スペクトルを測定し、前記設計波長
λ_０に対応する設計波数κ_０を中心として対称の関係に
ある低波数側波数領域と高波数側波数領域とにおける前
記分光スペクトルの値をそれぞれの前記波数領域におい
て積分して得る２つの積分値の差を特徴量差として求
め、前記特徴量差を用いて、前記誘電体膜の膜厚が、波
長λ_０を設計波長とする多層膜の構成要素である誘電体
膜の膜厚として適当であるか否かを判別することを特徴
とする膜厚モニタリング方法を構成する。この、本発明
に係る膜厚モニタリング方法は、上記の、本発明に係る
膜厚モニタリング装置によって実行することができる。

【００３０】上記の光源としては、キセノンランプやタ
ングステンランプ等が用いられる。上記の、光源からの
光を上記合体物に照射する光照射部としては、光ファイ
バを用いることができる。光ファイバは、上記合体物か
らの透過光または反射光を上記の光測定部に導く手段と
しても用いられる。

【００３１】上記の光測定部の主体は赤外分光器であ
る。この分光器は、上記合体物の赤外光における分光ス
ペクトル（分光器への入力が透過光である場合には分光
透過スペクトル、入力が反射光である場合には分光反射
スペクトル）を測定する。

【００３２】上記の演算処理手段としては、汎用のパー
ソナルコンピュータ等の演算器を用いることができる。
この演算処理手段によって、上記の光測定部の出力であ
る、分光スペクトルのデータは、あらかじめ取得し記憶
されている参照データで規格化されて、透過率または反
射率の分光スペクトルデータに変換される。ただし、前
記の分光器が透過率または反射率の分光スペクトルを出
力する場合には、この変換は不要である。

【００３３】本発明によれば、従来技術のように固定波
長の観測による膜厚モニタリングではなく、分光スペク
トルの特徴量差を用いて、単層膜および多層膜の膜厚モ
ニタリングを行うことができる。この場合、層数の多い
多層膜だけでなく、単層膜を含む層数が少ない多層膜の
膜厚モニタリングを高精度で行うことができる。

【００３４】

【実施例】本発明に係わる膜厚モニタリング装置は、単
層膜や多層膜の成膜装置内に組み込まれて使用された場
合に、その効果を発揮する。

【００３５】この場合に、成膜装置内において、基板上
に波長λ_０を設計波長とする多層膜が形成される成膜工
程中、上記の誘電体膜に該当する最上層の高屈折率膜
（Ｈ層）または低屈折率膜（Ｌ層）およびキャビティ層
（Ｃ層）の膜厚が膜厚モニタリング装置によってモニタ
リングされ、その膜厚が適当であると判断された時点
で、その膜の成膜は停止され、他の膜種の成膜が開始さ
れるか、または、多層膜成膜工程が終了する。

【００３６】次に、本発明の実施例について説明する。
なお、実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸
脱しない範囲で主旨の変更あるいは改良を行い得ること
は言及するまでもない。

【００３７】［実施例１］図１に、本発明の第一の実施
例を示す。本実施例において、本発明に係る膜厚モニタ
リング装置は成膜装置１と組み合わせて設置される。成
膜装置１は、基板３上に膜物質をスパッタするＥＣＲス
パッタ源４を有し、これによって、基板３上に多層膜の
成膜を行う。本発明に係る膜厚モニタリング装置は、光
源５と、光源５が発する光を成膜装置１に導く光ファイ
バ６と、光ファイバ６が出射する光を成膜室内に導入
し、基板３に照射するための真空封止窓７と、基板３お
よびその上の多層膜を透過した光を分光器１０に導くた
めの真空封止窓８および光ファイバ９と、基板３および
その上の多層膜を透過した光を入力とし基板３およびそ
の上の多層膜の合体物の分光透過スペクトルを出力する
分光器１０と、前記多層膜の設計波長λ_０に対応する設
計波数κ_０を対称の中心として位置する低波数側波数領
域と高波数側波数領域との間の分光スペクトル値の各波
数領域内での積分値の差である特徴量差を算出し、前記
特徴量差を用いて、前記誘電体膜の膜厚が、波長λ_０を
設計波長とする多層膜の構成要素である誘電体膜の膜厚
として適当であるか否かを判別する演算処理手段である
演算器１１とを構成要素とする。光ファイバ６と真空射
止窓７とが請求項１に記載の「光照射部」を構成し、基
板３およびその上の多層膜の合体物が請求項１に記載の
「合体物」に該当し、分光器１０が請求項１に記載の
「光測定部」に該当する。

【００３８】成膜手段としては、電子サイクロトロン共
鳴スパッタ（ＥＣＲスパッタ）装置４を図に示している
が、言及するまでもなく、他の成膜装置、例えば、高周
波バイアススパッタ装置（ＲＦバイアススパッタ装
置）、マグネトロンスパッタ装置、抵抗加熱蒸着装置、
プラズマ化学気相堆積装置（プラズマＣＶＤ装置）、分
子線ビーム成長装置（ＭＢＥ装置）、原子層成長装置
（ＡＬＥ装置およびＡＬＤ装置）、有機金属熱分解堆積
装置（ＭＯＣＶＤ装置）等を用いても良い。

【００３９】本実施例では、多層膜を堆積する基板３で
の透過スペクトルを測定できるように、基板３に対して
斜めにＥＣＲスパッタ源４を配置してある。基板３上で
の膜の均一性を向上するために基板３を成膜中に回転で
きる構造とした。

【００４０】成膜工程中、成膜装置１の成膜室２内にお
いて、基板３上にＥＣＲスパッタ源４からのスパッタに
よって誘電体膜（Ｈ膜、Ｌ膜）が形成され、光源５から
の光は、光ファイバ６を通り、成膜装置１の真空封止窓
７を通って、基板３に垂直に入射し、基板３を透過した
光は真空封止窓８を通り、光ファイバ９を通って、分光
器１０に入り、分光器１０によって透過光の各波長にお
ける強度が計測され、その測定値から上記合体物の分光
スペクトル（この場合には分光透過スペクトル）が求め
られ、出力される。分光器１０の出力である透過スペク
トルのデータが演算器１１に入力される。この場合に、
成膜中のＨ層またはＬ層が請求項１および２に記載の
「誘電体膜」に該当する。

【００４１】光源５としては、本実施例においては、ハ
ロゲンランプを用いているが、赤外領域に対する発光強
度の安定性がある程度得られ、安価に光源を得ることが
できる。また、ハロゲンランプよりも高い発光強度が得
られるキセノンランプなども使用できる。

【００４２】本実施例では、光源５からの光を照射する
ために、また、透過光を分光器１０に導くために、光フ
ァイバ６、９を用いているが、反射ミラーやハーフミラ
ー等を用いた光学系を用いてもよい。

【００４３】分光器１０からの透過スペクトルのデータ
は、ＡＮＳＩ標準のＩ/Ｏバスである小規模コンピュー
タシステムインターフェイス（ＳＣＳＩ）を使用して演
算器１１にデータ転送を行った。演算器１１としては、
汎用のパーソナルコンピュータを用いているが、専用の
演算回路を有する装置を作製して使用しても良い。ま
た、インターフェイスもＳＣＳＩに限定するものではな
く、シリアル、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、光ファイバ
ーリンク等の方法でも良い。転送されたデータは、演算
器１１上で成膜前に取得した参照データで規格化され、
これによって、前記合体物の透過率のスペクトルが得ら
れる。ただし、分光器１０が透過率スペクトルを算出す
る機能を有する場合には、このような規格化は必要な
い。

【００４４】演算器１１は、さらに、その透過率スペク
トルを用いて、差分法や積分法などの数値処理を行うこ
とにより、成膜中の膜の膜厚が、多層膜の構成要素であ
る膜の膜厚として適当であるか否かを判別し、その判別
結果によって膜厚制御（成膜を続けるか、膜種を切替え
るか、等）を行うための信号を出力する。

【００４５】本実施例における膜厚モニタリングの動作
の一例を以下に説明する。

【００４６】図５に、基板３を屈折率が１.４７の石英
とし、高屈折率膜として屈折率が２.１４のＴａ
_２Ｏ_５、低屈折率膜として屈折率が１.４８のＳｉＯ_２
を用い、下層に高屈折率膜と低屈折率膜の対を２１層、
上層に高屈折率膜と低屈折率膜の対を２１層、その間に
キャビティ層１層堆積した場合の設計波長λ_０に当たる
波数付近の透過率の波長依存性を示す。ただし、設計波
長λ_０は１５５０ｎｍ（設計波数κ_０は６４５１ｃｍ
^−１）である。測定に使用した光の波長範囲は、設計波
長λ_０を含む１１００ｎｍから２５００ｎｍの範囲であ
り、波長分解能は３ｎｍとした。図の横軸は波数で示し
た。本実施例では、高屈折率膜としてＴａ_２Ｏ_５、低屈
折率膜としてＳｉＯ_２を用いているが、他の膜種の組み
合わせても同様の効果が得られる。

【００４７】光学的膜厚λ_０のＴａ_２Ｏ_５の膜厚は、７
２４ｎｍであり、光学的膜厚λ_０/４に相当する膜厚は
１８１ｎｍとなり、光学的膜厚λ_０のＳｉＯ_２の膜厚
は、１０４７ｎｍであり、光学的膜厚λ_０/４に相当す
る膜厚は２６１ｎｍとなる。

【００４８】図５より、多層膜を成膜してゆくと、１１
００ｎｍから２５００ｎｍの赤外光領域の波長に対応す
る波数において設計波数を含んだ非透過領域（ただし、
この非透過領域内の設計波数に対応する波長が光フィル
タとして用いる透過領域となる）が存在し、その両側に
対称的にサブピークが形成されていることがわかる。薄
膜の光学膜厚がλ_０/４の整数倍をなすときにみられる
設計波長κ_０を中心とする対称性は、次の光の原理式よ
り導かれる。

【００４９】図６に示す模式図のように、屈折率ｎ_０の
基板上に、透明な屈折率ｎ_１の光学媒質膜をｄ_１の膜厚
で形成した場合を考える。この光学媒質膜に光が入射し
たときの境界面での反射を考慮すると、下記（式１）の
ような行列の等式で特性マトリックス（Ｍ）を定義する
ことができる。ただし、入射する光の波長はλとし、入
射角は入射面の法線に対しθであり、ｒ＝（ｎ_１）・ｃ
ｏｓ(θ）、ｉは虚数単位を示すものである。

【００５０】

【数１】 ここに、βは β＝２π(ｎ_１)(ｄ_１)・ｃｏｓ(θ)/λ （式２） であり、(ｎ_１)(ｄ_１）が光学的膜厚に相当する。

【００５１】この特性マトリックス（Ｍ）を用いれば、
反射率係数および透過率係数を求めることができる。

【００５２】さらに、（式２）より、βは入射する波長
λの逆数、つまり、波数κの関数であることがわかる。
今、波長λの光が、膜面に対して垂直に入射し入射角θ
が０のときを考える。(ｎ_１)・(ｄ_１）の積が、光の波
長λの１/４の整数倍（λ/４やλ/２など）の場合に、
βはπ/２の整数倍となり、ｃｏｓ(β）やｓｉｎ(β）
の絶対値が０または１となり、結果的に大きな反射率や
大きな透過率が得られる条件となる。この条件下で、
(ｎ_１)・(ｄ_１）＝λ/４となるλを設計波長λ_０とし、
λ_０に相当する波数を設計波数κ_０とすることができ
る。（式２）より、βは、波長λの逆数つまり波数κの
関数であるため、(ｎ_１)・(ｄ_１)/λが１となる設計波
長λ_０（設計波数κ_０）を中心とした、透過率または反
射率の対称性がみられることになる。

【００５３】いま、図７の様に、設計波数κ_０を中心に
定数△κだけ離れた対称となる２波数までの領域を考え
る。これらの２波数のうち低波数側をκ_１とし、高波数
側をκ_２とすると、κ_０とκ_１、κ_２には、次のような
関係がある。

【００５４】 κ_０−κ_１ ＝ κ_２−κ_０ ＝ △κ （式３） △κの値として、任意の正の値を用いてよいが、κ_１か
らκ_２までの波数領域における誘電体膜の屈折率が一定
であると見なせるような値であることが好ましい。ま
た、△κの値は、１つの誘電体膜の膜厚をモニタリング
する過程においては定数でなければならないが、すでに
形成されている多層膜の層数に応じて、適宜選択された
ものであってもよい。

【００５５】図５の様に、ある層の薄膜の光学膜厚がλ
_０/４の整数倍をなすときには、分光透過スペクトル
は、設計波数κ_０に対して対称になる。しかし、多層膜
のある層を成膜している途中では、膜厚がλ_０/４の整
数倍にならないために、図７の様に、上記スペクトルは
非対称になってしまう。この波数に対する透過率の関係
は、波数に対するある特徴の関係とみることができる。

【００５６】図７に示すように、低波数側の波形をκ_０
で折り返し、高波数側の波形と重ねると、それぞれの波
数において低波数側の波形と高波数側の波形の差を求め
ることができる。Ｔ(κ）を波数κにおける透過率と
し、低波数側の特徴量をＦ_１、高波数側の特徴量を
Ｆ_２、さらにＦ_１とＦ_２との差をＦとすると、Ｆ_１、Ｆ
_２及びＦは波数領域 κ_１≦ｘ≦κ_２ 内のｘの微小変位
ｄｘを用いて、それぞれ次式で表すことができる。

【００５７】

【数２】 （式４）で示すＦは、設計波数κ_０を中心に△κだけ離
れた対称となる領域において低波数側の特徴と高波数側
の特徴の差を表しているとも言える。そのため、Ｆをｘ
に対する特徴量差と呼ぶことにする。

【００５８】特徴量差Ｆを求めるには、様々な方法があ
る。その一例として、次式のように透過率差△Ｔ(κ）
を求めて積分する方法がある。すなわち、 △Ｔ(ｘ）＝ Ｔ(κ_０＋ｘ）− Ｔ(κ_０−ｘ） （式５） で表される△Ｔ(ｘ）をｘに対して、波数領域 ０≦ｘ≦
△κ内で積分することによって、

【００５９】

【数３】 として、特徴量差Ｆを求めることができる。ただし、
(式６）においては、積分値を、実際には、有限複数個
の微小長さ△ｘの区間についての総和として求める意味
において、積分記号の代りに総和記号（Σ）を用いてい
る。(式６）は（式４）から容易に導くことができる。

【００６０】この特徴量差Ｆは、次式のように、図７に
示した領域Ｆ１’、Ｆ２’、Ｆ３’、Ｆ４’、Ｆ５’、
Ｆ６’、Ｆ７’の面積（それぞれ、領域と同じ記号で表
す）の和としても表現できる。すなわち、 Ｆ ＝ Ｆ１'＋Ｆ２'＋Ｆ３'＋Ｆ４'＋Ｆ５'＋Ｆ６'＋Ｆ７' （式７） ただし、領域Ｆ１’、Ｆ３’、Ｆ４’、Ｆ６’は、△Ｔ
(ｘ）が正である領域であり、これらの領域の面積は正
であるとし、領域Ｆ２’、Ｆ５’、Ｆ７’は、△Ｔ
(ｘ）が負となる領域であり、これらの領域の面積は負
であるとする。このような特徴量差Ｆの計算法は、(式
６）において、積分（実際には総和）の下限を、０では
なく、０＜δκ＜△κを満足する、或る定数δκで置き
換えて計算すること、すなわち、積分区間をδκ≦ｘ≦
△κとして積分計算を行うことに相当する。

【００６１】上記の定数δκは、波数差範囲 ０≦ｘ≦
δκ内で△Ｔ(ｘ）＝０であるように選ばれているの
で、（式７）で計算されるＦの値は、(式６）で計算さ
れるＦの値に等しくなる。

【００６２】しかしながら、本発明において有効に用い
られる特徴量差Ｆは、このようにして計算されるものに
限らず、単に０＜δκ＜△κを満足する定数δκを総和
の下限として、(式６）によって計算されるものであっ
てもよい。

【００６３】さらに、特徴量差Ｆを(式６）によって算
出するための積分区間は複数個であってもよい。たとえ
ば、上記の領域Ｆ２’、Ｆ５’、Ｆ７’に対応する波数
差ｘの区間を、それぞれ、δκ_２≦ｘ≦△κ_２、δκ_５
≦ｘ≦△κ_５、δκ_７≦ｘ≦△κ_７とし、Ｆの値とし
て、△Ｔ(ｘ）をこれらの区間において積分して得る値
の総和を用いてもよい。このように、複数の積分区間を
適当に選ぶことによって、分光スペクトルの非対称性が
Ｆに強く現われるようにし、膜厚モニタリングの精度を
高めることができる。このような、複数の積分区間を用
いて(式６）によってＦの値を算出する方法は、請求項
１および２において、低波数側波数領域と高波数側波数
領域とが、それぞれ、複数の積分区間からなる場合の特
徴量差の算出方法に相当する。

【００６４】上記の積分区間の上限および下限（δκ、
△κなど）は、１つの誘電体膜の膜厚をモニタリングす
る過程においては定数でなければならないが、すでに形
成されている多層膜の層数に応じて、適宜選択されたも
のであってもよい。

【００６５】特徴量差Ｆは、図５の様に、ある層の光学
的膜厚がλ_０/４の整数倍をなすときには、０となる。
すなわち、 Ｆ ＝ ０ （式８） が成り立つ。

【００６６】多層膜のある層を成膜している途中で、そ
の層の光学的膜厚がλ_０/４の整数倍をなしていないと
きには、０に等しくない。すなわち、 Ｆ ≠ ０ （式９） が成り立つ。

【００６７】したがって、成膜を行いながら、特徴量差
Ｆを常に計算し、（式８）のように、特徴量差Ｆが、測
定と計算に起因する誤差の範囲内において０に等しくな
ったときに成膜を停止すれば、膜厚をλ_０/４の整数
倍、すなわち、多層膜の構成要素である誘電体膜の膜厚
として適当な値に制御することが可能となる。

【００６８】このようにして、本発明に係わる膜厚モニ
タリング装置および方法を用いて、各層の膜厚を正確に
制御しながら、多層膜を作製することができる。この特
徴量差Ｆは、誘電体膜の膜厚により大きく変化するため
に、Ｓ/Ｎ比よく膜厚を制御することができる。

【００６９】図８に、基板３を屈折率が１.４７の石英
とし、高屈折率膜として屈折率が２.１４のＴａ
_２Ｏ_５、低屈折率膜として屈折率が１.４８のＳｉＯ_２
を用い、下層に高屈折率膜と低屈折率膜の対を２１層、
低屈折率膜のキャビティ層を１層、上層に高屈折率膜と
低屈折率膜の対を２０層成膜し、その上に１層を堆積す
るときの（式７）から求めた特徴量差Ｆと成膜堆積度
（光学的膜厚がλ_０/４のときに１とする）との関係を
示す。ただし、設計波長λ_０は１５５０ｎｍ（設計波数
κ _０は６４５１ｃｍ^−１）である。特徴量差Ｆを求めた
波数領域は、０≦設計波数κ_０と波数との差の絶対値≦
１８００ｃｍ^−１であり、波長分解能は３ｎｍとした。
図より、はじめ０であった特徴量差Ｆは、膜厚が増加す
るに従って増加し、半分程度膜厚が堆積するころから減
少し、λ_０/４で０となる。このように、特徴量差Ｆ＝
０で成膜を停止することで、膜厚をλ_０/４の整数倍に
できることがわかる。

【００７０】本実施例では、屈折率に波長依存性が無い
ものとして示したが、実際には、誘電体の屈折率には波
長依存性が存在し、その程度によっては、設計波長λ_０
からはずれた多層膜が形成される場合がある。このよう
な場合には、あらかじめ誘電体の屈折率の波長依存性を
分光エリプソメータ等で測定し、その数値を基に、シミ
ュレーションによる事前比較を実施して、その結果を実
際の成膜停止時点の決定に反映することで、設計波長λ
_０の多層膜を得ることができる。

【００７１】分光スペクトルの形状は、多層膜を積んで
ゆくにしたがい不規則に変化してゆく。そのため、通常
の二色測光法のように波長が固定されている場合は、信
号の変化が非常に小さくなる層が存在し、赤外分光器の
波長分解能と測定感度が大きくないために、全層にわた
って精度良く測定することはできない。これに対して、
本発明のように、特徴量差Ｆを用いれば、そのような困
難無しに、精度の高い膜厚制御か可能となる。

【００７２】また、本実施例に示した方法は、設計波数
κ_０を中心とする低波数側と高波数側の特徴の差をみる
ことから、多層成膜の初期堆積段階からでも精度のよい
膜厚モニタリングが可能となる。

【００７３】本実施例では、特徴量差Ｆの算出におい
て、高波数側の波形から低波数側の波形を引くような形
式をとっていたが、低波数側の波形から高波数側の波数
を引くようにしても、特徴量差Ｆの符号が変わるだけ
で、効果は変化しない。

【００７４】図２に、透過光の分光スペクトルを規格化
して透過率スペクトルに変換するための参照光を成膜途
中で定期的に取得できるように、光源からの光を２分岐
光ファイバ１２と切替器１３により直接分光器に取り込
める構成を示す。この構成を用いることで長時間の成膜
を行う場合でも、光源の出力を定期的に測定して、その
変動の影響を除去する構成とすることができるため、よ
り正確な分光透過率の測定が可能となる。

【００７５】［実施例２］図３に、反射光を用いる、本
発明の実施例を示す。本実施例は、基板３上に成膜を行
うＥＣＲスパッタ源４を構成要素とする成膜装置１、基
板３に光を投光するための光源５、光投光用光ファイバ
６と光を成膜室１内に導入するための真空封止用窓７を
含む投光部、多層膜を堆積する基体となり適当な反射率
を示す基板３と、基板３で反射した光を分光器１０に導
くためのハーフミラー１４と光ファイバ９を含む受光部
と、受光部で受けた光を分光反射率スペクトルとして測
光する光測定部である分光器１０と、分光反射率スペク
トルから特徴量差Ｆを計算する演算処理をする演算処理
手段である演算器１１とからなる。

【００７６】本実施例では、反射測定系のため、不透明
基板３上への成膜でも膜厚モニタリングが可能となる。

【００７７】基板３としてシリコン基板を用い、そのシ
リコン基板上に、高屈折率膜として屈折率が２.１４の
Ｔａ_２Ｏ_５、低屈折率膜として屈折率が１.４８のＳｉ
Ｏ_２を用い、下層に高屈折率膜と低屈折率膜の対を２１
層、上層に高屈折率膜と低屈折率膜の対を２１層、その
間にキャビティ層を１層堆積した場合を例にして、本発
明の膜厚モニタリング動作を説明する。

【００７８】本実施例では、高屈折率膜としてＴａ_２Ｏ
_５、低屈折率膜としてＳｉＯ_２を用いているが、他の膜
種の組み合わせでも同様の効果が得られる。

【００７９】一般に、ある波数κにおける反射率Ｒ
(κ）は、透過率Ｔ(κ）と次のような関係がある。

【００８０】 Ｔ(κ）＝１−Ｒ(κ） （式１０） 反射率Ｒ(κ）は基板３とその上の多層膜との合体物か
らの反射光から求められる。（式１０）で求められるＴ
(κ）について波数κにおける透過率の波長依存性を示
すと図５になる（ただし、図の横軸は波数とする）。透
過率Ｔ(κ）が求められれば、（式４）より特徴量差Ｆ
を求めて、実施例１と同様な手順で膜厚の制御が可能と
なる。

【００８１】なお、Ｔ(κ）をＲ(κ）で置き換えて特徴
量差Ｆを算出しても、Ｆの符号が変わるだけであるか
ら、本発明の目的は上記と同様に達成される。

【００８２】分光スペクトルの形状は、多層膜を積んで
ゆくにしたがい不規則に変化してゆく。そのため、通常
の二色測光法のように波長が固定されている場合は、信
号の変化が非常に小さくなる層が存在し、赤外分光器の
波長分解能と測定感度が大きくないために、全層にわた
って精度良く測定することはできない。これに対して、
本発明のように、特徴量差Ｆを用いれば、そのような困
難無しに、精度の高い膜厚制御か可能となる。

【００８３】また、本実施例に示した方法は、設計波数
κ_０を中心とする低波数側と高波数側の特徴の差をみる
ことから、多層成膜の初期堆積段階からでも精度のよい
膜厚モニタリングが可能となる。

【００８４】図４に、分光スペクトルを規格化して反射
率分光スペクトルに変換するための参照光を成膜途中で
定期的に取得できるように、光源からの光を２分岐光フ
ァイバ１２と切替器１３により直接分光器に取り込める
構成を示す。この構成を用いることで長時間の成膜を行
う場合でも、光源の出力を定期的に測定して、その変動
の影響を除去する構成とすることができるため、より正
確な測定が可能となる。

【００８５】［実施例３］実施例１と２で示した方法で
は、分光器で測定した透過率や反射率に様々なノイズが
載っており、このノイズが膜厚モニタリングの精度を落
とす可能性がある。そのために、測定した信号光に対し
て、平滑化をかけてノイズの影響を低減することによっ
て膜厚モニタリングの精度を向上させる方法が知られて
いる。この平滑化の方法によっては、得られた信号の特
徴量差Ｆをノイズに比べて顕著にし、モニタリング精度
を向上させることが可能である。これは、平滑化によっ
て信号を抽象化して特徴を顕著化させることができるか
らである。

【００８６】図９は、図７で示した信号に、加重平均の
平滑化を実施したものである。図に見られるように、平
滑化をかけることで、測定時のノイズを除去することが
できた。

【００８７】以上、説明したように、本発明は、設計波
数κ_０を中心に、適度な波数だけ離れて対称となる２つ
の波数領域において低波数側の特徴と高波数側の特徴の
差を表す特徴量差Ｆを算出し、この特徴量差Ｆが０とな
る時を検知して、成膜を停止することで、膜厚をλ_０/
４の整数倍に制御でき、非常に簡便に、層数が少ない多
層膜から層数が多い多層膜までも、膜厚を正確にモニタ
リングすることができる。また、直接、成膜基板を測定
対象とすることができるため、モニタ基板の交換が不要
で、迅速に精度よく多層膜を形成することができる。

【００８８】

【発明の効果】本発明の実施により、λ_０を設計波長と
する多層膜の光学的膜厚をλ_０/４の整数倍に高精度で
制御することを可能とするモニタリング装置および方法
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の構成を示す図である。

【図２】実施例１において、参照光を取得できるよう
に、２分岐光ファイバと切換器を用いた構成を示す図で
ある。

【図３】本発明の実施例２の構成を示す図である。

【図４】実施例２において、参照光を取得できるよう
に、２分岐光ファイバと切換器を用いた構成を示す図で
ある。

【図５】本発明の実施例１で、膜厚がλ_０/４となる場
合の波数の透過率の波数依存性を示す図である。

【図６】多層膜フィルタ設計の原理を説明するための図
である。

【図７】本発明の実施例１で、膜厚がλ_０/４とならな
い場合の波数の透過率の波数依存性を示す図である。

【図８】本発明での設計波数を中心とした特徴量差Ｆの
膜厚依存性を示す図である。

【図９】本発明の実施例３で、膜厚がλ_０/４とならな
い場合の波数の透過率の波数依存性を示す図である。

【図１０】波長多重通信用の多層膜フィルタの構成例を
示す図である。

【図１１】波長多重通信用の多層膜フィルタの透過スペ
クトルを示す図である。

【図１２】既存の単色測光法での透過率の膜厚依存性を
示す図である。

【図１３】既存の二色測光法での透過率の膜厚依存性を
示す図である。

【符号の説明】

１…成膜装置、２…成膜室、３…基板、４…ＥＣＲスパ
ッタ源、５…光源、６…光ファイバ、７、８…真空封止
窓、９…光ファイバ、１０…分光器、１１…演算器、１
２…２分岐光ファイバ、１３…切替器、１４…ハーフミ
ラー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神 好人 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 嶋田 勝 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 落合 克幸 東京都新宿区西新宿８−14−24 エヌ・テ ィ・ティ・ファネット・システムズ株式会 社内 (72)発明者 田澤 聰 東京都新宿区西新宿８−14−24 エヌ・テ ィ・ティ・ファネット・システムズ株式会 社内 (72)発明者 松尾 誠太郎 東京都三鷹市下連雀四丁目16番30号 エ ヌ・ティ・ティ・アフティ株式会社内 (72)発明者 小野 俊郎 東京都三鷹市下連雀四丁目16番30号 エ ヌ・ティ・ティ・アフティ株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA30 BB01 BB17 CC31 FF46 GG03 HH04 HH13 LL02 LL67 QQ42 2H048 GA04 GA13 GA34 GA60 GA62

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に形成された波長λ_０を設計波長と
   する多層膜の上に重ねて形成された誘電体膜の膜厚をモ
   ニタリングする膜厚モニタリング装置であって、光源
   と、前記光源からの光を前記基板と前記多層膜と前記誘
   電体膜との合体物に照射する光照射部と、前記照射によ
   って生じる前記合体物からの透過光または反射光を入力
   とし前記合体物の分光スペクトルを出力する光測定部
   と、前記光測定部の出力である前記分光スペクトルのデ
   ータから、前記設計波長λ_０に対応する設計波数κ _０を
   中心として対称の関係にある低波数側波数領域と高波数
   側波数領域とにおける前記分光スペクトルの値をそれぞ
   れの前記波数領域において積分して得る２つの積分値の
   差を特徴量差として求め、前記特徴量差を用いて、前記
   誘電体膜の膜厚が、波長λ_０を設計波長とする多層膜の
   構成要素である誘電体膜の膜厚として適当であるか否か
   を判別する演算処理手段とを有することを特徴とする膜
   厚モニタリング装置。
2. 【請求項２】基板上に形成された波長λ_０を設計波長と
   する多層膜の上に重ねて形成された誘電体膜の膜厚をモ
   ニタリングする膜厚モニタリング方法であって、前記基
   板と前記多層膜と前記誘電体膜との合体物の分光スペク
   トルを測定し、前記設計波長λ_０に対応する設計波数κ
   _０を中心として対称の関係にある低波数側波数領域と高
   波数側波数領域とにおける前記分光スペクトルの値をそ
   れぞれの前記波数領域において積分して得る２つの積分
   値の差を特徴量差として求め、前記特徴量差を用いて、
   前記誘電体膜の膜厚が、波長λ_０を設計波長とする多層
   膜の構成要素である誘電体膜の膜厚として適当であるか
   否かを判別することを特徴とする膜厚モニタリング方
   法。
3. 【請求項３】波数κにおける前記合体物の透過率をＴ
   (κ）とし、前記設計波数κ_０よりも波数差ｘだけ大な
   る波数κ_０＋ｘにおける透過率Ｔ(κ_０＋ｘ）と、前記
   設計波数κ_０よりも波数差ｘだけ小なる波数κ_０−ｘに
   おける透過率Ｔ(κ_０−ｘ）との差を△Ｔ(ｘ）とし、δ
   κおよびΔκを０≦δκ＜Δκを満足する定数とし、△
   Ｔ(ｘ）を、区間 δκ≦ｘ≦Δκ内で、ｘに関して積分
   して得る積分値Ｆを前記特徴量差とし、Ｆが測定と計算
   に起因する誤差の範囲内において０に等しいか否かによ
   って、前記誘電体膜の膜厚が、波長λ_０を設計波長とす
   る多層膜の構成要素である誘電体膜の膜厚として適当で
   あるか否かを判断することを特徴とする請求項２に記載
   の膜厚モニタリング方法。