JP3935068B2

JP3935068B2 - 膜厚計及び膜厚測定方法

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Publication number: JP3935068B2
Application number: JP2002379289A
Authority: JP
Inventors: 旭陽佐井; 陽平日向
Original assignee: Shincron Co Ltd
Current assignee: Shincron Co Ltd
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP2004212096A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学式の膜厚計及び膜厚測定方法に係り、特に蒸着，スパッタ，ＣＶＤ法等によって、真空槽内で基板上に形成される光学薄膜の膜厚測定を精度よく行うことができる光学式の膜厚計及び膜厚測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学式膜厚計は、真空蒸着処理やスパッタリング成膜処理等による成膜処理中に基板上に積層された膜厚をモニタリングし、所定膜厚蒸着時に蒸着源シャッタの開閉動作制御等を行うための制御器として用いられる。また、成膜処理をした基板の光学特性を測定するための測定器として用いられる。
【０００３】
従来から、成膜中基板の膜厚検測等のために受光器にフォトダイオードアレイが用いられた膜厚計がある（例えば、特許文献１参照）。受光器にフォトダイオードアレイを用いることにより、複数の波長における成膜過程での反射率変化を同時連続的にモニターすることが可能となる。
【０００４】
上記のような膜厚計の場合、成膜基板からの測定光は受光器で光電変換され、電気信号として演算部へ送出される。このとき、演算部では得られた電気信号を基に所定の演算処理が行われ、反射率や透過率が算出される。
【０００５】
ここで、膜厚制御を精度よく行うためには、算出された反射率や透過率変化から所定の膜厚積層時を正確に検出しなければならない。このため、受光器からの電気信号をできるだけ増幅して処理が行われるが、一般に膜厚の測定精度は前記電気信号に含まれるノイズ分の影響を受ける。
【０００６】
特に、出力される電気信号が小さい波長範囲では電気信号のＳ／Ｎ比が相対的に低くなってしまう。一般に、このようなＳ／Ｎ比の低さの要因としては、光源の放射分布特性（例えば、ハロゲン光源の場合、短波長側で光量が少ない）、フォトダイオードの分光感度特性（紫外光側、近赤外光側が悪い）、光路として使用される光ファイバの透過率の波長依存性等が挙げられる。
【０００７】
そして、上記電気信号のＳ／Ｎ比の低さを補うために、得られた電気信号の演算処理方法を種々に改善して、正確な膜厚制御を行うことが行われている。つまり、演算部でのソフトウェア面の改善が一般的に行われている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−１６４５１８号公報（第２−３頁、第１−６図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、膜厚計で正確な膜厚制御を行うために、演算部でのソフトウェア面の改善を行う方法では、電気信号自体のＳ／Ｎ比を向上させるわけではないので、大きく制御の精度を向上させることは期待できなかった。
【００１０】
また、上記のような膜厚計では受光部に測定光が照射されているか否かにかかわらず、受光部からの電気信号には暗出力（暗電流）が含まれる。この暗電流は、例えば、フォトダイオードアレイの置かれている環境によって時間的に変化するものであり、また、フォトダイオードアレイの各測定波長に対応するチャンネルによってもばらつきが存在する。
【００１１】
つまり、上記電気信号にはこのような時間及びチャンネルに依存する暗電流分がノイズ成分として含まれる。したがって、この電気信号を処理することによって膜厚制御を行う場合、膜厚誤差が生じ易いという問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、成膜中の薄膜の膜厚測定によって連続的に得られる電気信号から略リアルタイムに暗電流分を差し引くことによりＳ／Ｎ比を向上させて、精度よく膜厚制御を行うことができる膜厚計及び膜厚測定方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、請求項１に記載の膜厚計によれば、光学薄膜が形成された基板へ投光する投光手段と、前記基板からの測定光が導かれる光検出手段と、膜厚測定を制御する制御手段と、を備え、真空室に配置された基板に形成される薄膜の膜厚を測定する膜厚計であって、前記投光手段は、前記真空室へ光束を投光する光源と、該光源からの光束を遮るシャッタ機構と、を備え、該シャッタ機構は、前記真空室への光束の出口と前記光源との間に配置される回転式の遮蔽板と、該遮蔽板を回転させる駆動部とを具備し、前記遮蔽板には、前記光源から前記基板への光束を遮る遮蔽部と前記光源から前記基板への光束を遮らない切欠部が形成され、前記駆動部による前記遮蔽板の回転により前記光源から前記基板への光束を遮らない明期間と前記光源から前記基板への光束を遮る暗期間を連続周期的に発生させ、前記遮蔽板の前記基板側には前記遮蔽板の回転位置を検出する位置検出器へ前記光源から前記基板への光束のうち一部の光束を導く光ファイバが配設され、前記位置検出器は、前記遮蔽板の回転位置信号を前記制御手段へ送出することにより解決される。
【００１４】
このように本発明によれば、シャッタ機構によって測定光が基板を介して連続周期的に光検出手段へ導かれるので、明暗期間において連続的に基板に形成された光学薄膜の膜厚測定をすることが可能となる。
また、シャッタ機構は、回転式の遮蔽板と、遮蔽板を回転させる駆動部とを備え、遮蔽板には、光源から基板への光束を遮る遮蔽部と光源から基板への光束を遮らない切欠部が形成されるように構成することができる。このようにすることにより、電磁的機械シャッタ方式と異なり、連続的に短時間周期の測定が可能となると共に、測定の時間分解能を向上させることができる。
さらに、遮蔽板の基板側には遮蔽板の回転位置を検出する位置検出器へ、光源から基板への光束のうち一部の光束を導く光ファイバが配設され、位置検出器は、遮蔽板の回転位置信号を制御手段へ送出する。このように構成すると、制御手段による光検出手段の制御と光源からの照射期間を正確に同期させることが容易となる。
【００１５】
また、請求項２のように、前記光検出手段は、前記基板からの測定光が光電変換されて受光電流を生起させると共に、該受光電流を前記制御手段へ出力する受光部を備え、前記制御手段は、前記明期間には所定露光時間で前記測定光による受光電流出力を測定し、前記暗期間には前記所定露光時間と略同一の測定時間で暗電流出力を測定するように前記光検出手段を制御することにより、時間的に連続、かつ受光電流測定と同一計測時間で暗電流測定を行うことができる。これにより、測定開始から長時間経過したような場合であっても、暗電流補正をより正確に行うことが可能となる。
【００１６】
また、請求項３のように、前記光検出手段は、前記測定光を分光する分光部を備え、前記受光部は、前記分光部によって分光された光を受光する複数のフォトダイオードと、該各フォトダイオードから出力される受光電流出力及び暗電流出力を前記制御手段へ送出する送出手段と、を備えることにより、複数の波長において膜厚測定を行うことができる。
【００１７】
また、請求項４のように、前記制御手段は、前記送出手段から受取った前記受光電流出力及び暗電流出力を前記各フォトダイオードに対応させて増幅する増幅部を備えれば好適である。このように構成することにより出力信号強度が小さい波長の出力信号を選択的に増幅して膜厚測定データの感度を向上させ、例えば膜厚制御等の処理が行い易いようにすることができる。
【００１８】
また、請求項５のように、前記制御手段は、前記回転位置信号と同期して、前記受光電流出力又は前記暗電流出力を前記制御手段へ送出させるスタートパルスを前記送出手段へ送出することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項６のように、前記制御手段は、前記駆動部への制御信号により前記遮蔽板の回転速度を可変設定することで、前記明期間の長さと前記暗期間の長さを可変制御可能であるように構成すれば好適である。このようにすれば、露光時間を可変設定する自由度が拡がり、適切な露光時間で膜厚測定を行うことができる。
【００２０】
また、請求項７のように、前記遮蔽板は、前記遮蔽部及び前記切欠部が１箇所ずつ形成されていることを特徴とする。
【００２１】
また、前記課題は、請求項８に記載の膜厚測定方法によれば、真空室内に配置された基板上に形成された薄膜の光学膜厚を測定する方法であって、前記真空室への光束の出口と前記光源との間に配置される回転式の遮蔽板と、該遮蔽板を回転させる駆動部とを具備し、前記遮蔽板には、前記光源から前記基板への光束を遮る遮蔽部と前記光源から前記基板への光束を遮らない切欠部が形成され、前記駆動部による前記遮蔽板の回転により前記光源から前記基板への光束を遮らない明期間と前記光源から前記基板への光束を遮る暗期間を連続周期的に発生させるシャッタ機構により、前記基板へ光束を断続的に投光し、前記遮蔽板の前記基板側に配設された光ファイバにより、前記光源から前記基板への光束のうち一部の光束を位置検出器へ導き、該位置検出器で前記遮蔽板の回転位置を検出し、該検出された回転位置に基づいて、前記基板からの測定光が受光部に照射されている期間に所定露光時間で前記測定光を光電変換して受光電流出力を測定し、前記検出された回転位置に基づいて、前記基板からの測定光が受光部に照射されていない期間に前記所定露光時間と略同一の測定時間で暗電流出力を測定し、前記受光電流出力から前記暗電流出力を差し引いた受光強度データをもとに前記光学薄膜の光学特性値を算出することにより解決される。
【００２２】
このように、本発明によれば、測定光を受取る明期間と受取らない暗期間の両期間において、略同一の露光時間で測定を行う。したがって、暗期間における測定によって得られる暗電流出力を明期間における測定によって得られる受光電流出力から差し引けば、ノイズ成分としての暗電流成分を除去することができる。そして、暗電流測定の測定期間が受光電流測定の測定期間と隣接して、かつ連続的に行われるため、略リアルタイムでの暗電流分の除去が可能となる。これにより、より精度が向上された光学薄膜の膜厚測定が可能となる。
また、電磁的機械シャッタ方式と異なり、連続的に短時間周期の測定が可能となると共に、測定の時間分解能を向上させることができる。さらに、制御手段による光検出手段の制御と光源からの照射期間を正確に同期させることが容易となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は実施例の膜厚計の構成を示す説明図、図２は実施例のシャッタ機構の説明図、図３は実施例の膜厚計の構成を示すブロック図、図４は実施例の連続測定処理の説明図、図５は実施例のチャンネルごとの露光時間を示す説明図、図６は実施例の膜厚制御データ取得の概略処理手順を示す説明図、図７は別実施例のシャッタ機構の説明図である。なお、以下に説明する配置、形状等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。
【００２４】
図１に本発明の実施例に係る膜厚計Ａの概略構成図を示す。本例の膜厚計Ａは、真空室５０内に配置された成膜中の基板１を透過する光の透過量の変化から膜厚を測定する光透過式の膜厚計である。なお、基板１上への薄膜の形成は、真空蒸着法に限らず、スパッタリング，ＣＶＤ法によるものでもよい。また、本例の膜厚計Ａは光透過式としたが、これに限らず光反射式としてもよい。
【００２５】
本例の膜厚計Ａは、投光手段としての投光器１０，分光手段としての分光器２０，制御手段としてのコントローラ３０等から構成される。投光器１０は投光部１１とシャッタ機構１４を備えて構成され、投光部１１はハロゲンランプ，キセノンランプ又は重水素ランプ等からなる光源１２、集光レンズ１３、不図示の安定化電源等を備えている。
【００２６】
図２にシャッタ機構１４の構成を示す説明図を示す。シャッタ機構１４は、駆動源としてのステッピングモータ１５，略円形形状の回転式の遮蔽板１６，位置検出器１７等から構成されている。遮蔽板１６は、光源１２の光を遮る遮蔽部１６ａと、光源１２の光を真空室５０側へ通過させる切欠部１６ｂを備えており、遮蔽板１６が回転することにより、真空室５０側へ周期的なパルス状の光束が送出される。
【００２７】
モータ１５は後述するようにコントローラ３０から制御信号を受けて、遮蔽板１６を所定の回転速度で回転するように構成されており、該回転速度は制御信号によって可変設定されるようになっている。
【００２８】
図１に示すように投光器１０では、光源１２から放射される光が集光レンズ１３によって集光され、該集光された光束がシャッタ機構１４を通過することにより、真空室５０側へ送出される。なお、投光器１０と真空室５０，真空室５０と分光器２０は、それぞれ光ファイバ４０，４２によって接続されている。また、光ファイバ４０，４２にはレンズユニットが配設されており、スポット径が小さく平行光に近い光路が確保されている。なお、このような光ファイバ光学系に限らず、ミラー反射光学系であってもよい。
【００２９】
光ファイバ４０は出力側が二分岐されており、光ファイバ４０に入射された光束はその一部が分岐部４０ａを通して投光器１０に備えられたフォトダイオードからなる位置検出器１７へ導かれている。
【００３０】
このように構成することにより、遮蔽板１６の回転位置が位置検出器１７によって正確に検出され、位置検出器１７から送出される検出信号によってコントローラ３０は遮蔽板１６の回転位置をモニターすることができると共に、正確に同期制御することが可能となっている。
【００３１】
また、従来用いられるような電磁的機械シャッタは、光源を短時間周期で遮ることによりパルス状光束を送出することには不向きであったが、本例のシャッタ機構１４では、シャッタ部を回転式としたことにより短時間周期のパルス状光束を送出することが可能となっている。
【００３２】
光検出手段としての分光器２０は、分光部２１と受光部２８を備えている。分光部２１はクロスツェルニターナ方式であって、スリット２２，コリメート光を形成する反射鏡２３，回折格子２４，反射鏡２５から構成されている。受光部２８は、フォトダイオードアレイを備えた検出素子２６，検出素子２６へ制御信号Ｐ_１，Ｐ_２を送出する検出素子駆動部２７から構成されている。
【００３３】
スリット２２を通過した真空室５０からの測定光は反射鏡２３でコリメート光とされ、該コリメート光は回折格子２４に入射し、回折格子２４によって波長に応じて回折される。回折格子２４で回折された回折光は、反射鏡２５で反射されて検出素子２６の複数のフォトダイオードにそれぞれ照射される。
【００３４】
本例の検出素子２６及び検出素子駆動部２７からなる受光部２８は、電荷蓄積方式のリニアイメージセンサを構成する。検出素子２６は、５１２の測定チャンネルに対応した５１２個のフォトダイオード，スイッチ，コンデンサ等から構成されている。また、検出素子駆動部２７は、コントローラ３０からのスタートパルス及びクロック信号に応じて前記各スイッチに制御信号Ｐ_１，Ｐ_２を送出するシフトレジスタを備えて構成されている。
【００３５】
本例の膜厚計Ａは、任意の３００ｎｍの波長範囲を指定して測定することができるようになっており、それぞれのフォトダイオードは３００ｎｍの測定波長範囲（例えば、３８０ｎｍから６８０ｎｍ）のうち約０．６ｎｍの波長幅に相当する回折光を受光するようになっている。
【００３６】
上記５１２個のフォトダイオード等の各素子は、５１２のチャンネルに割り振られており、１番目のチャンネルが長波長側（例えば、６８０ｎｍ付近）、５１２番目のチャンネルが短波長側（例えば、３８０ｎｍ付近）に設定されている。
【００３７】
なお、測定波長範囲は３００ｎｍに限定されるものではなく、それぞれのフォトダイオードが照射される波長範囲も約０．６ｎｍに限定されるものではない。また、チャンネル数も５１２に制限されるものではなく、例えば、１０２４個のフォトダイオードを備えたリニアイメージセンサを使用して、チャンネル数を１０２４としてもよい。
【００３８】
受光部２８の動作の概略を説明する。各チャンネルのフォトダイオードに回折光が照射されると、フォトダイオードによって光電変換され、電荷が受光部２８内の不図示のコンデンサに蓄積される。
【００３９】
検出素子駆動部２７はコントローラ３０からスタートパルスを受取ると各チャンネルへ制御信号Ｐ_１又はＰ_２を送出し始める。そして、検出素子駆動部２７は、コントローラ３０からクロック信号を受取るごとにチャンネル数を加算していき、時間をずらして順次各チャンネルのスイッチへ制御信号Ｐ_１又はＰ_２を送出する。
【００４０】
各スイッチは、制御信号Ｐ_１又はＰ_２によって電気的に閉じて各コンデンサが順次出力側に接続される。検出素子駆動部２７及び各スイッチは送出手段を構成する。これにより、測定光の照射によって各コンデンサに蓄積された電荷は、コントローラ３０側へチャンネルごとに時間をずらして順次出力される。
【００４１】
このような電荷蓄積方式の受光部２８では、蓄積電荷量は入射光の強さと露光時間の積（露光量）に比例する。しかし、上記コンデンサの容量は有限であるため、所定の露光量（飽和露光量）を超えると出力は一定値をとることになり、測定値として意味を持たなくなる。このため、露光量を適切に調整するために、露光時間の調整が行われる。
【００４２】
図３に示すように、コントローラ３０は、膜厚測定制御を行うＣＰＵ３１と、ＣＰＵ３１からの制御信号を受けて検出素子駆動部２７へ所定のスタートパルス及びクロック信号を送出するタイミング設定部３２と、検出素子２６からの出力をチャンネルごとに受取りチャンネルごとの信号増幅を行う増幅部としてのＰＧＡ（プログラムゲインアンプ）３３と、ＰＧＡ３３からの増幅信号を受取りＡ／Ｄ変換してＣＰＵ３１へ送出するＡ／Ｄ変換器３４と、インターフェース部３５と、設定入力処理やデータ出力処理を行うための入出力装置３７と、出力データ及び設定値等を記憶する記憶部３８等によって構成されている。
【００４３】
記憶部３８は、ＲＯＭ３８ａと、作業エリアとして用いられるＲＡＭ３８ｂ等を備えている。ＲＯＭ３８ａには、膜厚計Ａの制御プログラムやオペレーションシステムプログラム等が記憶される。また、モニターやプリンター等の表示装置３６がインターフェース部３５を介して接続されている。ＣＰＵ３１は、記憶部３８のプログラム及び入出力装置３７からの設定入力等に基づき、投光器１０や分光器２０への各種制御信号等の送出及び、分光器２０からの測定データの受信、受信データの増幅、記憶、演算、出力等の各種処理を行う。
【００４４】
ＰＧＡ３３は、検出素子２６からのチャンネルごとの出力を受取り、ＣＰＵ３１からの設定により、チャンネルごとに増幅率を変化させてＡ／Ｄ変換器３４へ出力する。すなわち、操作者は、測定波長ごと（すなわち、チャンネルごと）に出力信号を所定の倍数に増幅するように、入出力装置３７から設定入力することが可能であり、当該設定入力はＣＰＵ３１を通してＰＧＡ３３に設定される。
【００４５】
このような構成とすることにより、信号強度の小さい波長範囲の出力信号を選択的に増幅させてデータとして得ることが可能となる。このように小さい信号強度を増幅することにより、光量変化に対する追従性を向上させ、当該増幅信号を制御値として扱いやすくし膜厚制御し易いものとすることができる。
【００４６】
また、コントローラ３０からインターフェース部３５を通して、真空蒸着装置の制御装置５１へ所定の膜厚測定データを送出している。制御装置５１は該データをもとに、蒸着源を遮るシャッタ装置の駆動制御を行っている。
【００４７】
また、コントローラ３０は、投光器１０へモータ１５の回転速度を制御する信号を送出する。モータ１５は、該制御信号に基づいて所定の回転速度で遮蔽板１６を回転させる。また、位置検出器１７から遮蔽板１６の回転位置を示す位置信号がコントローラ３０へ送出される。これによりコントローラ３０は、遮蔽板１６の回転位置と、検出素子駆動部２７へ送出するスタートパルスを同期させることができるようになっている。
【００４８】
次に、本例の膜厚計Ａによる膜厚測定手順について説明する。コントローラ３０から投光器１０へ回転制御信号が送出され、所定回転速度で遮蔽板１６が回転すると、図４（Ａ）に示すように真空室５０側へ光束が送出される期間（明期間）と送出されない期間（暗期間）が周期的に繰り返される。本例の場合、明暗期間一周期は０．３秒程度となっている。
【００４９】
コントローラ３０は、明期間の開始に合わせて、同図（Ｂ）に示すように検出素子駆動部２７へスタートパルスＰ_ＳＴ１を送出する。また、コントローラ３０は、順次にチャンネル数分のクロック信号を検出素子駆動部２７へ送出する。検出素子駆動部２７は、このスタートパルスＰ_ＳＴ１を受取ると、コントローラ３０からのクロック信号に従い、検出素子２６の各チャンネルへ制御信号Ｐ_１を順次送出し始める。すなわち、同図（Ｃ），（Ｄ）に示すように、検出素子駆動部２７はクロック信号を受取るごとにシフトレジスタによりチャンネルを順次繰り上げ、チャンネルごとに時間をずらしながら制御信号Ｐ_１を送出する。この制御信号Ｐ_１によって各チャンネルは順次リセットされる。
【００５０】
すなわち、このとき各チャンネルのコンデンサに蓄積されていた電荷が出力される（同図（Ｅ）参照）。このようにして、所定時間（Ｔ_１）で、各チャンネルのリセット出力Ｓ_１がコントローラ３０へ送出される。なお、リセット出力Ｓ_１は膜厚データに関係しないので、基板１の膜厚制御をするためには用いられない。
【００５１】
全てのチャンネルが所定時間（Ｔ_１）でリセットされると、これから所定時間（Ｔ_０）経過後にコントローラ３０から検出素子駆動部２７へスタートパルスＰ_ＳＴ２が送出され、さらにクロック信号に応じて検出素子駆動部２７から各チャンネルへ制御信号Ｐ_２が制御信号Ｐ_１と同様に送出される。明期間中、各チャンネルには測定光が照射されている。
【００５２】
そして、制御信号Ｐ_２が各チャンネルへ順次送出されると、各チャンネルのコンデンサに蓄積された電荷は、ＰＧＡ３３へ順次出力される（受光電流出力Ｓ_２）。このようにして、所定時間（Ｔ_１）で、各チャンネルの受光電流出力Ｓ_２がコントローラ３０へ送出される（同図（Ｅ）参照）。
【００５３】
すなわち、各チャンネルからは、各チャンネルのスイッチにリセット用の制御信号Ｐ_１が送出されてから、出力用の制御信号Ｐ_２が送出されるまでの測定時間（露光時間）に蓄積された電荷がコントローラ３０側へ受光電流出力Ｓ_２として出力される。図５に示すように、各チャンネルの露光時間Ｔ_Ｓ（＝Ｔ_１＋Ｔ_０、すなわち制御信号Ｐ_１と制御信号Ｐ_２との間隔）は一定となっている。
【００５４】
また、本例の膜厚計Ａでは、明期間だけでなく、暗期間についても同様にスタートパルスＰ_ＳＴ１，Ｐ_ＳＴ２、クロック信号及び制御信号Ｐ_１，Ｐ_２が送出され、各チャンネルの出力を検出するようになっている。すなわち、各チャンネルのフォトダイオードに測定光が照射されていないときの受光電流出力Ｓ_２（実際は、暗電流出力）が、明期間の受光電流出力Ｓ_２と同様にデータとして出力されている。
【００５５】
したがって、暗期間に各チャンネルにリセット用の制御信号Ｐ_１が送出されてから出力用の制御信号Ｐ_２が送出されるまでの時間は、明期間のものと略同一（すなわち、露光時間Ｔ_Ｓに略等しい）となっている。このようにすることにより、フォトダイオードから出力される暗電流出力は時間に比例するものとなるので、同時期の受光電流出力Ｓ_２に含まれる暗電流分をより正確に見積もることが可能となる。
【００５６】
本例の膜厚計Ａでは、上述のように明暗期間が周期的に繰り返されて、明期間及び暗期間のそれぞれについて同様な出力処理が行われるので、受光電流出力と暗電流出力が明暗周期ごとに得られる。したがって、明暗周期ごとに暗電流によるノイズ成分を精度よく補正することが可能となっている。
【００５７】
図６に膜厚制御データ取得の処理手順を示す。先ず図６に示すように、上記繰返し連続測定によって、各チャンネルの受光電流出力及び暗電流出力を明暗周期毎に得ることができる。検出素子２６から出力された各チャンネルの受光電流出力及び暗電流出力は、リアルタイムにＰＧＡ３３によってチャンネルごとに所定倍数に増幅され、Ａ／Ｄ変換器３４によってデジタルデータに変換された後、受光電流データ及び暗電流データとしてコントローラ３０内の記憶部３８に記憶される。
【００５８】
そして、これら得られたデータに基づき、演算処理が行われる。具体的には、各チャンネルについて明暗期間周期の測定ごとに受光電流データから暗電流データが差し引かれ、ノイズ分が除去された受光強度データとして記憶部３８に記憶される。
【００５９】
なお、入出力装置３７からの設定入力にしたがい、所定回数（例えば、１５回）のデータ積分処理が行われるように構成してもよい。このようにすることにより、データの精度が向上される。
【００６０】
そして、演算処理により得られた受光強度データから、さらに光学特性値としての透過率，光学膜厚等が算出され、予め設定された複数のチャンネル（例えば、５チャンネル）についての算出データが外部へ出力され、蒸着処理の制御等に用いられる。本例の場合、上記チャンネルは予め入出力装置３７から設定することができるようになっている。また、表示装置３６へ表示処理が行われる。なお、すべてのチャンネルについての算出データを外部へ出力するようにしてもよい。
【００６１】
なお、本例の膜厚計Ａでは、入出力装置３７からの設定により、明暗期間周期の各継続時間（明期間時間、暗期間時間）を変えることも可能である。ただし、受光電流出力測定の露光時間と暗電流出力測定の測定時間とを略同一とすることが望ましい。また、上記制御信号Ｐ_１を送出後、制御信号Ｐ_２を送出するまでの時間（Ｔ_０）を変えることも可能である。これらにより、各チャンネルへの任意の露光時間の調整が可能となり、最適な露光時間を選択することができることから、精度の良い膜厚測定データを得ることが可能となる。
【００６２】
また、本例の膜厚計Ａでは、演算処理におけるデータ積分処理の回数を操作者が入出力装置３７によって設定変更することも可能である。例えば、データ積分処理回数を１回のみとすることも可能である。
【００６３】
また、本例の膜厚計Ａでは、所定の波長範囲（５１２チャンネル分）を同時に測定することができるが、測定波長範囲内の任意の単数又は複数の波長についてのみ測定することも可能である。この場合、当該波長に対応するチャンネルが指定されることにより所定のデータを得ることができる。
【００６４】
また、本例の遮蔽板１６は、遮蔽部１６ａと切欠部１６ｂが１箇所づつ遮蔽板１６の周縁に略同角度分だけ形成されているが、これに限らず、図７に示すようにそれぞれ複数の遮蔽部１６ａ，切欠部１６ｂを形成してもよく、また、両者は同角度でなくてもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の膜厚計及び膜厚測定方法によれば、投光器に配設されるシャッタ機構を回転式の遮蔽板による構成としたことにより、成膜基板の光学特性を短時間周期で連続的に測定することができる。
【００６６】
また、上記短時間周期の測定において、成膜基板に投光器からの光束が照射されている期間と照射されていない期間の双方について、同じように複数の波長について測定が行われる構成となっている。
【００６７】
このような構成としたことにより、一周期内で受光電流出力と暗電流出力の双方の測定を複数の波長について行うことができ、リアルタイムに暗電流分が考慮された精度の良いデータを得ることが可能となる。これにより、膜厚制御の精度を向上させることが可能となる。
【００６８】
また、受光部からの出力信号はチャンネルごとに適宜増幅される構成となっているので、データ処理が行いやすく精度よく膜厚制御を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の膜厚計の構成を示す説明図である。
【図２】実施例のシャッタ機構の説明図である。
【図３】実施例の膜厚計の構成を示すブロック図である。
【図４】実施例の連続測定処理の説明図である。
【図５】実施例のチャンネルごとの露光時間を示す説明図である。
【図６】実施例の膜厚制御データ取得の概略処理手順を示す説明図である。
【図７】別実施例のシャッタ機構の説明図である。
【符号の説明】
１基板、１０投光器、１１投光部、１２光源、１３集光レンズ、１４シャッタ機構、１５モータ、１６遮蔽板、１６ａ遮蔽部、１６ｂ切欠部、１７位置検出器、２０分光器、２１分光部、２２スリット、２３，２５反射鏡、２４回折格子、２６検出素子、２７検出素子駆動部、２８受光部、３０コントローラ、３２タイミング設定部、３４Ａ／Ｄ変換器、３５インターフェース部、３６表示装置、３７入出力装置、３８記憶部、４０，４２光ファイバ、４０ａ分岐部、５０真空室、５１制御装置、Ａ膜厚計、Ｐ_１，Ｐ_２制御信号、Ｓ_１リセット出力、Ｓ_２受光電流出力、Ｔ_Ｓ露光時間

Claims

光学薄膜が形成された基板へ投光する投光手段と、前記基板からの測定光が導かれる光検出手段と、膜厚測定を制御する制御手段と、を備え、真空室に配置された基板に形成される薄膜の膜厚を測定する膜厚計であって、
前記投光手段は、
前記真空室へ光束を投光する光源と、
該光源からの光束を遮るシャッタ機構と、を備え、
該シャッタ機構は、前記真空室への光束の出口と前記光源との間に配置される回転式の遮蔽板と、該遮蔽板を回転させる駆動部とを具備し、前記遮蔽板には、前記光源から前記基板への光束を遮る遮蔽部と前記光源から前記基板への光束を遮らない切欠部が形成され、前記駆動部による前記遮蔽板の回転により前記光源から前記基板への光束を遮らない明期間と前記光源から前記基板への光束を遮る暗期間を連続周期的に発生させ、
前記遮蔽板の前記基板側には前記遮蔽板の回転位置を検出する位置検出器へ前記光源から前記基板への光束のうち一部の光束を導く光ファイバが配設され、
前記位置検出器は、前記遮蔽板の回転位置信号を前記制御手段へ送出することを特徴とする膜厚計。
前記光検出手段は、前記基板からの測定光が光電変換されて受光電流を生起させると共に、該受光電流を前記制御手段へ出力する受光部を備え、
前記制御手段は、前記明期間には所定露光時間で前記測定光による受光電流出力を測定し、前記暗期間には前記所定露光時間と略同一の測定時間で暗電流出力を測定するように前記光検出手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の膜厚計。
前記光検出手段は、前記測定光を分光する分光部を備え、
前記受光部は、前記分光部によって分光された光を受光する複数のフォトダイオードと、該各フォトダイオードから出力される受光電流出力及び暗電流出力を前記制御手段へ送出する送出手段と、を備えたことを特徴とする請求項２に記載の膜厚計。
前記制御手段は、前記送出手段から受取った前記受光電流出力及び暗電流出力を前記各フォトダイオードに対応させて増幅する増幅部を備えたことを特徴とする請求項３に記載の膜厚計。
前記制御手段は、前記回転位置信号と同期して、前記受光電流出力又は前記暗電流出力を前記制御手段へ送出させるスタートパルスを前記送出手段へ送出することを特徴とする請求項３に記載の膜厚計。
前記制御手段は、前記駆動部への制御信号により前記遮蔽板の回転速度を可変設定することで、前記明期間の長さと前記暗期間の長さを可変制御可能であることを特徴とする請求項１に記載の膜厚計。
前記遮蔽板は、前記遮蔽部及び前記切欠部が１箇所ずつ形成されていることを特徴とする請求項１に記載の膜厚計。
真空室内に配置された基板上に形成された薄膜の光学膜厚を測定する方法であって、
前記真空室への光束の出口と前記光源との間に配置される回転式の遮蔽板と、該遮蔽板を回転させる駆動部とを具備し、前記遮蔽板には、前記光源から前記基板への光束を遮る遮蔽部と前記光源から前記基板への光束を遮らない切欠部が形成され、前記駆動部による前記遮蔽板の回転により前記光源から前記基板への光束を遮らない明期間と前記光源から前記基板への光束を遮る暗期間を連続周期的に発生させるシャッタ機構により、前記基板へ光束を断続的に投光し、
前記遮蔽板の前記基板側に配設された光ファイバにより、前記光源から前記基板への光束のうち一部の光束を位置検出器へ導き、該位置検出器で前記遮蔽板の回転位置を検出し、
該検出された回転位置に基づいて、前記基板からの測定光が受光部に照射されている期間に所定露光時間で前記測定光を光電変換して受光電流出力を測定し、
前記検出された回転位置に基づいて、前記基板からの測定光が受光部に照射されていない期間に前記所定露光時間と略同一の測定時間で暗電流出力を測定し、
前記受光電流出力から前記暗電流出力を差し引いた受光強度データをもとに前記光学薄膜の光学特性値を算出する膜厚測定方法。