JP2005017211A

JP2005017211A - 多色式光学膜厚計測装置及び方法

Info

Publication number: JP2005017211A
Application number: JP2003185188A
Authority: JP
Inventors: Kyosuke Kodera; 恭介小寺; Osamu Shirai; 修白井; Akihiko Atami; 陽彦熱海
Original assignee: Showa Shinku Co Ltd
Current assignee: Showa Shinku Co Ltd
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2023-06-27
Also published as: JP4156455B2

Abstract

【課題】成膜中の薄膜厚の光学的測定において、外乱光雑音を除去する手法を提供する。
【解決手段】基板上の成膜に測定光を照射する投光器、基板を透過または反射した測定光を受光して受光測定光量を電気信号に変換する受光器、電気信号を入力し、その電気信号から成膜の透過率または反射率を算出する演算部とからなる薄膜の膜厚測定装置において、測定光消灯時及び点灯時に受光器に入射するそれぞれの光強度を測定し、それぞれの光強度測定値の差に基づいて薄膜の透過率又は反射率を、演算部が算出している。受光器が電荷蓄積型受光素子を備えた分光器であるときに、本手法は特に有効である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学薄膜の製造装置に於ける光学膜厚計測装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高・低屈折率誘電体物質を交互に堆積して形成する光学薄膜は、眼鏡や光学機器に搭載されるレンズの反射防止膜や色分解フィルタ、カットフィルタ等様々な用途で使用されている。その光学特性は、誘電体物質の屈折率（以下ｎと記す）と物理膜厚（以下ｄと記す）の積で表される光学膜厚（ｎ×ｄ）で決定される。これらの光学薄膜は真空成膜やスパッタリング等の手法を用いて形成され、成膜基板あるいはモニター用基板の光学膜厚を監視し、光学膜厚が目標値に到達した時点で膜の堆積を停止し順次誘電体物質を堆積していくものである。
【０００３】
光学薄膜の成膜においては、薄膜堆積時の光学膜厚の監視及び制御が最も重要であり、膜厚監視方法としては単色測光法、２色測光法が代表的である。
単色測光法は、制御波長λの光を入射した際に、光学膜厚がλ／４の整数倍となる毎に透過率または反射率が極値となることを利用するものであり、例えば光学膜厚λ／４の成膜を行う場合、透過率または反射率の時間変化率が０になる時点で成膜を停止する。
２色測光法は、透過率または反射率を波数の関数として描くと、中心の波数１／λの両側で対称な曲線になるという原理を利用するものであり、例えば光学膜厚λ／４の成膜を行う場合、制御波長λから波数間隔の等しい両側の減衰域に２つの観測波長λ_１、λ_２を設定し、λ_１、λ_２における光の透過率または反射率が等しくなる時点で成膜を停止する。
【０００４】
光学膜厚計測装置は、膜厚測定用基板に測定光を照射する投光部と、膜厚測定用基板を透過または反射した測定光を受光する受光部により構成される。受光部に入射した光は、フォトダイオード等の受光素子により、受光強度に応じた電気信号に光電変換され、透過率または反射率の測定が行われる。
投光部にはチョッピング装置が配され、安定した周波数の測定光を照射する。
チョッピング装置は切り欠きのある円板または円弧状のチョッパ板を回転させたり、切り欠きのあるチョッパ板を直線方向に往復移動させたりすることにより、測定光を一定周期で断続し、その周期にあわせて検出信号を処理することにより、ノイズに対する測定信号の比率（Ｓ／Ｎ比）の低下を防ぐものである。図８にチョッパ板の一例を示す。図中（２０）は測定光を透過させる切り欠きを示す。
又、図３に、チョッピング装置を用いた際の光強度対時間を示す。図では、チョッピングによる測定光遮蔽時をａで示す。チョッピングを採用したノイズ除去の構成は例えば特開平８−５５０６号公報等に開示されている。
【０００５】
一般的な真空成膜装置では、真空容器内部の蒸発源や基板加熱ハロゲンヒーター等から種々の波長成分を含んだ外乱光が発生する。チョッピングにより除去するノイズ部分には外乱光が含まれるため、外乱光を除去し安定した膜厚制御を行うためにチョッピング装置は有効な手段である。
更に外乱光を除去するために、受光部への入射光路上に測定波長を中心波長とする干渉フィルタを設けるという対策も挙げられる。
【０００６】
しかし、単色測光法による膜厚制御では中心波長のみを、２色測光法においても２波長のみを監視しているにすぎず、分光特性に異常があった場合に異常を判別することができないという課題を抱えていた。
課題解決のため、成膜中に分光特性を測定し膜厚を制御する多色式光学膜厚監視方法が挙げられる。その内容は、予めシミュレーションにより分光特性の理論値を算出し、成膜中の分光特性の実測値が理論値の目標範囲内となった時点で成膜を終了するというものである。
【０００７】
図１を参照に光軸上にスリットを配した、多色式光学膜厚監視方法について説明する。
真空容器（１）は図示していない油拡散ポンプやクライオポンプ等の真空ポンプにより１０^−５Ｐａ台まで排気される。光学薄膜を堆積する成膜基板（２）は基板ドーム（３）上に１乃至複数枚配置され、基板ドーム中心付近にモニターガラスホルダー（４）に収められたモニター基板（５）が配される。基板ドーム（３）は、ドーム上の膜厚分布均一化を図るため、図示していない外部の回転機構により２０ｒｐｍ程度の回転速度で回転する。また成膜基板（２）、モニター基板（５）は、基板加熱用シースヒーター（６）、ハロゲンヒーター（７）等により加熱される。
誘電体物質の堆積には電子ビーム蒸発源（８）が用いられる。水晶センサー（９）で成膜速度を検出し、図示していない電子ビーム蒸発源のコントローラーに検出信号をフィードバックし、成膜速度を一定に制御している。
光学膜厚計測装置は主にハロゲンランプ等の投光器（１０）と、反射鏡（１１）と、受光部である分光器（１２）とで構成される。投光器（１０）から出射される白色光を下部のぞき窓（１３）を介してモニター基板（５）に照射し、その透過光を上部のぞき窓（１４）、反射鏡（１１）を介して分光器（１２）へ入射させる。
真空容器内の光軸上には、最適な形状のスリット（１８）を多重に配置し、幾何学的に外乱光が入射できないような構成としている。
【０００８】
分光器は電荷蓄積型とし、例えばＣＣＤリニアイメージセンサ等の固体撮像素子等を内蔵する。電荷蓄積型の光検出は、光電変換した信号電荷を、電荷蓄積部に一定時間蓄積するため高感度の光検出を行うことが可能となり、かつ分光器を小型化できるという利点を有している。
分光器は、回折格子等の分光素子によって波長ごとに空間的に分離された光の強度を多数の受光素子で同時に測定するものであり、測定可能な波長範囲は分光素子、受光素子の性能や分光器の構造等により決定される。分光された光は光電変換され、電荷蓄積部に蓄積された後、Ａ／Ｄコンバーターによりデジタル値に変換され、演算装置（１５）に送信される。
演算装置（１５）には例えばパーソナルコンピュータを用いればよい。演算装置は、分光器（１２）内のＡ／Ｄコンバーターから送信された測定値（以下光量信号と記す）を記憶し、透過率の計算を行う。
【０００９】
以下、透過率の計算手順を説明する。
まず膜を堆積する前の透過光の強度を測定する（以下Ｅと記す）。次に分光器（１２）の入り口付近に取りつけたシャッター（１６）を閉じ、分光器に光が入射していない状態で受光素子の暗電流値を測定する（以下Ｂと記す）。これは主に受光素子の温度で決まる入射光強度に関係のない一定の出力である。そして成膜開始後、膜の堆積したモニター基板（５）の透過光強度を測定する（以下Ｓと記す）。以上より透過率をＴとすると各波長につき、
【数１】

を計算することでモニター基板（５）の透過率を算出することができる。
【００１０】
演算装置（１５）は、成膜開始後設定された時間間隔で分光器（１２）より出力される光量信号を処理しモニター基板の透過率計算を行う。更に、演算装置（１５）ではシミュレーションにより予め設計された目標値との比較を行う。光学膜厚の制御は、測定値が目標値に到達した時点で蒸発源シャッター（１７）を閉じ成膜を終了させることにより行う。
【００１１】
図２は、波長５５０ｎｍにおける屈折率がおよそ１．５２のガラス基板上に、同じく屈折率がおよそ１．９５の誘電体物質を堆積した場合の分光透過率を、一定の間隔の光学膜厚について計算し示したものである。誘電体物質の蒸発速度が一定に保たれているならば、測定される透過率は図２のように時間変化することになる。仮に目標値が図２中実線で示されたものであったとすると、測定された透過率がそれに一致したとき、つまり○のマーカーで示される透過率が測定されたときに蒸発源シャッターを閉じ成膜を終了することになる。図１では透過率を測定しているが、反射率を測定し制御してもよい。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
高精度な光学膜厚の制御のためには、透過率または反射率を正確に測定しなければならない。しかし投光器から出射しモニター基板を透過または反射してくる光以外に、溶融した誘電体物質や電子銃フィラメント、ハロゲンヒーターなどから発生する外乱光が分光器に入射してしまうと測定誤差の原因となる。
【００１３】
図９を参照に、透過率または反射率の測定誤差が、膜厚制御および膜の分光透過率または分光反射率に与える影響について説明する。図中、○のマーカーで示したのは硼珪酸ガラス（屈折率ｎ＝１．５２）基板上に、誘電体物質であるＳｉＯ_２（ｎ＝１．４５）とＴｉＯ_２（ｎ＝２．１９）を、交互に堆積した薄膜の分光反射率を計算したものである。屈折率は、波長５５０ｎｍにおける屈折率を示す。膜構成は、中心波長λを５００ｎｍとし、光学膜厚λ／４を単位としてＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２についてそれぞれＬ、Ｈと表すと、
基板／０．３８５Ｌ／０．２０３Ｈ／０．５７３Ｌ／０．７５６Ｈ／０．１５８Ｌ／１．０２７Ｈ／１．０６３Ｌ／大気
の７層である。通常反射防止膜は、対象としている波長領域において、０．５％以下の反射率が要求される。
【００１４】
以下モニター基板の反射率を測定し、膜厚制御を行う場合について説明する。上記のような膜構成の多層膜を成膜するにあたり、あらかじめモニター基板に各層成膜したときの分光反射率を計算しておき、成膜中モニター基板の反射率を随時監視し、目標値に一致した時に蒸発源シャッターを閉じ、成膜を終了する。しかし特にＳｉＯ_２等の低屈折率物質は通常モニター基板と近い値の屈折率を有するため、反射率の変化量は最大でも２％程度となる。また上記の膜構成において、基板側から数えて２層目のＴｉＯ_２の層や５層目のＳｉＯ_２の層など、物理膜厚にして２０ｎｍ以下というごく薄い膜を堆積しなければならないことも少なくない。このようなごく薄い層では誘電体物質の屈折率の値にもよるが、反射率の変化量はやはり小さくなり、１％以下ということもある。
【００１５】
このような状況において、外乱光等の影響により、各層成膜中の反射率の測定値に０．１％の誤差が乗ってしまった場合を考える。特に５層目のＳｉＯ_２の層に注目すると、この層は反射率の変化が約０．７％と小さいため、０．１％の誤差が発生した場合、光学膜厚では実に３０％弱の誤差となってしまう。他の層でも反射率の変化が大きい層を除くと、約４〜９％程度の誤差が発生してしまう。図９中、□のマーカーは、各層の反射率測定値に０．１％の誤差が発生した場合の光学膜厚の誤差を計算し、その場合の反射防止膜の分光反射率を示したものである。目標の特性からは外れ、反射率も大きいところで約１％になってしまっており、反射率のわずかな測定誤差が、膜厚制御に大きな影響を与えることが分かる。
【００１６】
そこで、単色測光時の光検出において有効であったチョッピングによる外乱光の除去が考えられるが、電荷蓄積型受光素子内蔵の受光部ではチョッピングを適用することができないという問題がある。
電荷蓄積型の光検出は、入射した光を光電変換しその電荷を蓄積するもので、一定時間光を取り込んだ場合、その時間内に素子に入射した光の総量に比例した出力が得られる。
従って図３に示すような対時間の光強度を検出することができず、チョッピングによる入射光の遮断と透過を繰返しても遮断時と透過時に入射した光を合わせて出力することになる為ノイズと測定光を区別することができない。
【００１７】
そこで外乱光対策として、真空容器内の光軸上にスリットを多重に設置しているが、この方法では、投光器からの光とほぼおなじ角度で入射してくる外乱光は遮蔽できないため、ハロゲンヒーターや蒸発源などの設置位置が制限され、スリットを設置する空間の確保等、光学薄膜形成装置の設計に大きな制限が加えらという問題が生じてしまう。また外乱光を分光器に入射させないために、場合によっては投光器からの光を一部スリットにより遮蔽せざるを得ず、光の強度が弱くなるためＳ／Ｎ比のよい測定ができないこともあった。さらに近年特開２００１−７３１３６号公報開示のＲＦプラズマ放電による成膜、イオンアシスト成膜等、成膜のプロセスでプラズマを使用することが多くなっている。このプラズマはそれ自体が外乱光の源であり、成膜中に成膜基板やモニター基板を介して分光器に入射する。前記のスリットを多重に配置する方法ではこのプラズマから発生する外乱光は遮蔽できず、測定誤差の原因となってしまう。
【００１８】
本発明は上記問題を解決するものであり、外乱光対策のためのスリットを設置する必要がなく、蒸発源の配置等設計上の制限をなくし、かつプラズマも含めた外乱光存在下で高精度に光学膜厚を測定する方法を提供するものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電荷蓄積型受光素子内蔵の分光器において、外乱光による影響を除去し、高精度の透過率あるいは反射率測定を行う膜厚計測装置及び方法を提供するものである。
課題解決手段として、膜厚測定用基板の透過光または反射光の測定時に投光器の光を消灯し、外乱光のデータを独立に取得し、透過率あるいは反射率の算出時にそれを差し引くことにより外乱光の影響を排除することを特徴とする。
【００２０】
具体的には、膜厚測定用基板に測定光を照射する投光器と、膜厚測定用基板に照射する測定光を遮蔽するシャッターと、シャッターの制御手段と、膜厚測定用基板を透過または反射した光を波長毎に分離する分光素子と、分光素子によって分離された光を受光し光強度を出力する電荷蓄積型受光素子と、受光素子の出力から該膜厚測定用基板の分光特性を計算し記憶する演算装置とを備え、受光素子における入射光強度の出力周期に同期して、測定光の遮蔽及び照射を繰返し、測定光遮蔽時及び照射時における入射光強度を連続的に測定し、演算装置は、測定光照射時の光強度から直前または直後に測定した測定光遮蔽時の光強度を減算し、透過率または反射率を算出することによって該基板の膜厚を測定することを特徴とする。
【００２１】
本発明の１つの形態では、基板上の成膜に測定光を照射する投光器、基板を透過または反射した測定光を受光して受光測定光量を電気信号に変換する受光器、電気信号を入力しその電気信号から該成膜の透過率または反射率を算出する演算部とからなる薄膜の膜厚測定装置において、演算部は、成膜前における測定光がないときの第１の電気信号と測定光があるときの第２の電気信号を入力して、第１と第２の電気信号の差を演算し、成膜中における測定光がないときの第３の電気信号と測定光があるときの第４の電気信号を入力して第３と第４の電気信号の差を演算し、そして第１と第２の電気信号の差と第３と第４の電気信号の差とから該成膜中の膜の透過率または反射率を演算している。投光器が広帯域波長の測定光を照射するものであり、受光器は測定光を受光し波長毎の光強度を出力する電荷蓄積型受光素子からなる分光器を含むときに、本手法は特に有効である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（１）実施例の構成の説明
図４を参照に本発明による外乱光除去のプロセスを説明する。
本発明プロセスは、図１に示す成膜装置を用いて膜厚測定を行う場合について説明するが、本発明膜厚計測装置を搭載可能な成膜装置は図１に示す装置に限られるものではない。又、本発明プロセスを採用することにより、スリット（１８）は取り外して良い。
【００２３】
まず、成膜装置内部を成膜開始前の状態とした後、投光器を消灯し（Ｓ１）、受光部に入射する光強度を測定する。測定は一定時間行い、受光した入射光は受光部において光電変換し光量信号Ｂｅとして演算部に出力する（Ｓ２）。このとき受光部に入射する光は外乱光のみであるため、光量信号Ｂｅは、外乱光を光電変換した光量信号Ｅｎと、受光素子固有の暗電流値Ｂとの和である。又、成膜開始前の状態とは、図１に示す装置を用いるとすれば、基板加熱用シースヒーター（６）およびハロゲンヒーター（７）で基板を加熱している状態であるとする。
次に投光器を点灯し（Ｓ３）、受光部に入射する光強度を測定する。測定は投光器消灯時と同一時間行い、同様に入射光を光電変換し光量信号Ｅｔとして演算部に出力する（Ｓ４）。このとき受光部に入射する光には、投光器からの測定光とハロゲンヒーター等由来の外乱光とが含まれているため、光量信号Ｅｔは、投光器からの測定光を光電変換した光量信号Ｅｓと、外乱光を光電変換した光量信号Ｅｎと、受光素子固有の暗電流値Ｂとの和である。
演算装置は投光器消灯時の光量信号Ｂｅと投光器点灯時の光量信号Ｅｔを記憶しておく。
【００２４】
次に成膜を開始し（Ｓ５）、投光器を消灯した状態で（Ｓ６）、受光部に入射する光強度を測定する。測定は一定時間行い、入射光を光電変換し光量信号Ｂｓとして演算部に出力する（Ｓ７）。このとき受光部に入射する光は蒸発源やハロゲンヒーター由来の外乱光のみであるため、光量信号Ｂｓは、外乱光を光電変換した光量信号Ｓｎと、受光素子固有の暗電流値Ｂとの和である。
次に投光器を点灯し（Ｓ８）、受光部に入射する光強度を測定する。測定は投光器消灯時と同一時間行い、同様に入射光を光電変換し光量信号Ｓｔとして演算部に出力する（Ｓ９）。このとき受光部に入射する光には、投光器からの測定光と蒸発源やハロゲンヒーター等由来の外乱光とが含まれているため、光量信号Ｓｔは、投光器からの測定光を光電変換した光量信号Ｓｓと、外乱光を光電変換した光量信号Ｓｎと、受光素子固有の暗電流値Ｂとの和である。
【００２５】
演算装置は投光器点灯時の光量信号Ｓｔと投光器消灯時の光量信号Ｂｓを記憶し、以下の式により透過率を計算する（Ｓ１０）。
【数２】

【００２６】
投光器点灯時の光量信号Ｓｔ出力後（Ｓ９）、再び投光器を消灯して（Ｓ６）一定時間内に受光部へ入射した光を光量信号Ｂｓとして出力し（Ｓ７）、上記動作を繰返す。演算装置は、光量信号Ｓｔから直前に検出した光量信号Ｂｓを減算し測定光の透過率または反射率を計算し分光特性を測定する。同時に、演算部は分光特性の目標値と実測値とを比較し（Ｓ１１）、実測値が目標範囲内となった時点で蒸発源シャッター（１７）を閉じて成膜を終了させる（Ｓ１２）。
【００２７】
ここで、受光部は、入射光を電荷として蓄積し、設定時間内に入射した光の総量を出力するものであるため、受光部において検出した光強度は周期的に出力されるものである。
測定光消灯時における光強度の検出及び測定光点灯時における光強度の検出周期は、受光部における光強度の出力周期に同期して行うものとし、測定光の消灯及び点灯もこれに合わせて制御する。
【００２８】
投光器を消灯し、外乱光および暗電流値のみのデータを独立に取得し［数２］に示す式より透過率計算時にそれを差し引くことで、外乱光存在下でもモニター基板（５）の透過率を高精度に測定することが可能となった。
【００２９】
以上は透過率の測定例であるが反射率を測定してもよい。またドーム上に設置された基板の透過率または反射率を直接測定してもよい。またハロゲンヒーターを使用していない場合など、成膜開始前に特に外乱光の影響がないときは、分光器のシャッター（１６）のみを閉じて暗電流値（Ｂ）を測定するだけでよく、透過率は以下の式で計算すればよい。
【数３】

【００３０】
以下、投光部光軸上にシャッターを設け測定光の透過及び遮蔽を行う実施例について図５を参照に説明する。
図１に示す装置と同様のものには同一符号を付し説明を省略する。
本実施例では投光器を点灯・消灯するかわりに、投光器にシャッター（１９）を設け、それを開閉することで投光器の光をＯＮ／ＯＦＦすることにした。
光学膜厚計測装置は真空容器（１）の上部に配置し、反射率を測定する方法で行った。投光器（１０）から出射された白色光を反射鏡（１１）で上部のぞき窓（１４）を通してモニター基板（５）に照射する。モニター基板（５）からの反射光を反射鏡（１１）で分光器（１２）に入射させ反射率を測定した。使用した分光器はおよそ４００〜１０００ｎｍの波長範囲を測定できるものである。
【００３１】
シャッターには、図８に示すようなチョッパ板を用いてもよい。シャッター開閉の制御は、チョッパ板の回転駆動源を制御することにより行う。またはチョッパ板の回転による測定光の透過と遮蔽をセンサーにより検知し、測定光の透過と遮蔽に同期して、投光器点灯時の光量信号Ｓｔや投光器消灯時の光量信号Ｂｓの測定を行えばよい。単色測光時のチョッパ板を本発明に使用することで、チョッパ板を併用し、単色測光と多色測光を切替えることも可能である。
【００３２】
（２）実施例の作用・動作の説明
先に記した外乱光対策の有効性を確認するため、図５に示す装置を用い、以下の実験を行った。
まず成膜開始前に先に記したＥおよびＢを測定する。本実施例ではハロゲンヒーター等は使用しておらず外乱光由来のＥｎは観測されないため、投光器のシャッター（１９）を閉じての測定はこの段階では行っていない。次に誘電体物質を加熱し蒸発源シャッター（１７）を開いた直後に先に記したＳｔおよびＢｓを測定し、モニター基板（５）の反射率を計算する。本実施例ではモニター基板（５）として硼珪酸ガラス基板（波長５５０ｎｍにおける屈折率が約１．５２）を使用し、誘電体物質としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を使用した。
蒸発源シャッター（１７）を開いた直後には、モニター基板（５）には膜はほとんど堆積していない。しかし誘電体物質は十分加熱されて赤熱しており、外乱光を発生させている状態である。つまりこの状態で外乱光の影響を除去でき、モニター基板（５）の反射率を正確に測定できるならばそれは未成膜のモニター基板（５）の反射率に一致するはずである。
【００３３】
図６に、外乱光対策なしで測定したガラス基板の反射率（図６中×のマーカー）と基板メーカーから提供されている未成膜の硼珪酸ガラス基板の反射率データ（図６中○のマーカー）を、横軸を波長［ｎｍ］、縦軸を反射率［％］としてプロットしたものを示す。特に５００ｎｍ以上の波長領域で外乱光の影響が見られ、ガラス基板自体の反射率よりも高い値が観測されている。
それに対して外乱光対策ありでの測定結果を図７に示す。図６と同様に○のマーカーでガラス基板のデータを、×のマーカーで測定結果を示した。波長が９００ｎｍ付近で見ると、外乱光対策なしでの測定結果が、基板データよりおよそ０．２％高い反射率となっているのに対し、外乱光対策を行っての測定結果では差は０．０１％以下であり、非常によく一致している。このことから本発明外乱光対策により外乱光が除去でき、正確にモニター基板（５）の反射率を測定できることが確認できる。
【００３４】
（３）他の実施例の説明、他の用途への転用例の説明
実施例では反射率を測定したが、透過率を測定してもよい。
実施例では電子ビームによる蒸着装置を用いていたが、抵抗加熱による蒸着やＲＦ放電による成膜、イオンアシスト成膜やスパッタリング等、光学膜厚を監視し制御するプロセスであれば適用可能である。またモニター基板だけでなくドーム上の成膜基板の光学膜厚を直接監視してもよい。
実施例では反射鏡等を用いたが、光路として光ファイバーを用いてもよい。
図４に示すプロセスでは、測定光点灯時の光強度から直前に測定した測定光消灯時の光強度を減算したが、測定光点灯時の光強度から直後に測定した測定光消灯時の光強度を減算してもよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明で、膜厚測定用基板の透過光または反射光の測定時に投光器の光を消灯し、外乱光のデータを独立に取得することにより、電荷蓄積型受光素子内蔵の分光器において、外乱光による影響を除去して透過率あるいは反射率を算出し、該基板に堆積された光学薄膜の膜厚を高精度に測定することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】多色式光学膜厚計搭載の成膜装置概略構成図
【図２】光学膜厚ごとの透過率計算結果データ
【図３】チョッピングによる光強度対時間の説明図
【図４】外乱光除去のプロセス説明図
【図５】本発明多色式光学膜厚計搭載の成膜装置概略構成図
【図６】外乱光対策前の反射率測定結果データ
【図７】本発明による外乱光対策後の反射率測定結果データ
【図８】チョッパ板の説明図
【図９】光学薄膜の分光反射率データ
【符号の説明】
１真空容器
２成膜基板
３基板ドーム
４モニターガラスホルダー
５モニター基板
６基板加熱用シースヒーター
７ハロゲンヒーター
８電子ビーム蒸発源
９水晶モニター
１０投光器
１１反射鏡
１２分光器
１３下部のぞき窓
１４上部のぞき窓
１５演算装置
１６分光器シャッター
１７蒸発源シャッター
１８スリット
１９投光器シャッター
２０切り欠き

Claims

膜厚測定用基板に広帯域多波長の測定光を照射する投光器と、該基板を透過または反射した測定光を受光し波長毎の光強度を出力する分光器と、分光器の出力する光強度から各波長の透過率または反射率を算出する演算部とを有する、光学薄膜の膜厚測定装置であって、
該投光器から照射される測定光を点滅制御する手段と、
測定光消灯時及び点灯時に分光器に入射する光強度を測定・記憶する手段とを有し、
該演算部は、測定光点灯時に分光器に入射する光強度から測定光消灯時に分光器に入射する光強度を減算して該基板に堆積された光学薄膜の透過率または反射率を算出し、該薄膜の膜厚を測定することを特徴とする光学薄膜の膜厚測定装置。
前記分光器は、入射光を電荷として蓄積し設定時間内に入射した光の総量を出力する電荷蓄積型受光素子を内蔵し、
該分光器に入射光が蓄積される一定時間、測定光を消灯し、その間の入射光強度を測定し、
該分光器に入射光が蓄積される一定時間、測定光を点灯し、その間の入射光強度を測定し、
測定光点灯時の光強度から、直前または直後に測定した測定光消灯時の光強度を減算し、透過率または反射率を算出することを特徴とする請求項１記載の光学薄膜の膜厚測定装置。
前記分光器における入射光強度の出力周期に同期して、測定光の消灯と点灯を繰返し、消灯時及び点灯時における入射光強度を連続的に測定し、測定光点灯時の光強度から、直前または直後に測定した測定光消灯時の光強度を減算し、透過率または反射率を算出することを特徴とする請求項１乃至２記載の光学薄膜の膜厚測定装置。
前記投光器光軸上にシャッターを配置し、シャッターを開閉させることにより測定光の点灯と消灯を行うことを特徴とする請求項１乃至３記載の光学薄膜の膜厚測定装置。
前記シャッターは切り欠きのある円板または円弧状の板を回転駆動源により回転させ、測定光の透過と遮蔽を行うことを特徴とする請求項４記載のシャッター。
膜厚測定用基板に測定光を照射する投光器と、
該膜厚測定用基板に照射する測定光を遮蔽するシャッターと、
該シャッターの制御手段と、
該膜厚測定用基板を透過または反射した光を波長毎に分離する分光素子と、
該分光素子によって分離された光を受光し光強度を出力する電荷蓄積型受光素子と、
該受光素子の出力から該膜厚測定用基板の分光特性を算出し記憶する演算装置とを備え、
該受光素子における入射光強度の出力周期に同期して、測定光の遮蔽及び照射を繰返し、測定光遮蔽時及び照射時における入射光強度を連続的に測定し、
該演算装置は、測定光照射時の光強度から直前または直後に測定した測定光遮蔽時の光強度を減算して透過率または反射率を算出し、該基板の膜厚を測定することを特徴とする光学薄膜の膜厚測定装置。
前記受光素子は固体撮像素子であることを特徴とする請求項１乃至６記載の光学薄膜の膜厚測定装置。
膜厚測定用基板に広帯域多波長の測定光を投光し、電荷蓄積型受光素子内蔵の分光器により該基板を透過または反射した測定光の分光特性を測定し、該基板に堆積された光学薄膜の膜厚を測定する方法であって、
該基板へ照射する測定光を遮蔽する手段と、
該基板への測定光の照射と遮蔽を制御する手段と、
測定光の照射時に分光器に入射する光強度を測定し記憶する手段と、
測定光の遮蔽時に分光器に入射する光強度を測定し記憶する手段と、
測定光照射時に分光器に入射した光強度から測定光遮蔽時に分光器に入射した光強度を減算する手段とを備え、
分光器における入射光強度の出力周期に同期して、測定光の遮蔽及び照射を繰返し、測定光遮蔽時及び照射時における入射光強度を連続的に測定し、測定光照射時の光強度から測定光遮蔽時の光強度を減算し、透過率または反射率を算出することによって該基板の膜厚を測定することを特徴とする光学薄膜の膜厚測定方法。
請求項１乃至７記載の膜厚測定装置により検出した成膜中の分光特性の実測値と、所望の光学特性を得るための膜設計に基づき、予め理論値として算出した各層の種々の膜厚における分光特性とを逐次比較し、膜厚制御を行うことを特徴とする光学膜膜の膜厚制御方法。
基板上の成膜に測定光を照射する投光器、該基板を透過または反射した測定光を受光して受光測定光量を電気信号に変換する受光器、該電気信号を入力し該電気信号から該成膜の透過率または反射率を算出する演算部とからなる薄膜の膜厚測定装置において、該演算部は、
成膜前における測定光がないときの第１の電気信号と測定光があるときの第２の電気信号を入力して、第１と第２の電気信号の差を演算し、
成膜中における測定光がないときの第３の電気信号と測定光があるときの第４の電気信号を入力して第３と第４の電気信号の差を演算し、そして
該第１と第２の電気信号の差と第３と第４の電気信号の差とから該成膜中の膜の透過率または反射率を演算している膜厚測定装置。
前記投光器は広帯域波長の測定光を照射するものであり、前記受光器は測定光を受光し波長毎の光強度を出力する分光器を含む請求項１１の膜厚測定装置。
前記受光器は電荷蓄積型受光素子からなる請求項１０又は１１の膜厚測定装置。
請求項１０の膜厚測定装置及び成膜装置とからなる成膜システム。