JP5319856B1 - Film thickness measuring apparatus and film forming apparatus - Google Patents
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Abstract
精度よく光学膜厚を測定することが可能な膜厚測定装置を提供する。
照射側ファイバf1を通じてモニタ基板Smに向けて光を照射する投光器11と、投光器11から照射された後にモニタ基板Smにて反射された光を受光側ファイバf2を通じて受光する受光装置22と、複数の照射側ファイバf1と複数の受光側ファイバf2とを束ねて形成された光学センサ用プローブ13と、を備えた膜厚測定装置6において、モニタ基板Smと対向する光学センサ用プローブ13の先端面には、照射側ファイバf1の端面及び受光側ファイバf2の端面がそれぞれ複数配置されており、照射側ファイバf1の端面の各々は、受光側ファイバf2の端面と隣り合った状態で円弧状または円環状に並び、かつ、受光側ファイバf2の端面の各々は、照射側ファイバf1の端面の各々と隣り合った状態で円弧状または円環状に並んでいる。
A film thickness measuring apparatus capable of measuring an optical film thickness with high accuracy is provided.
A light projector 11 that irradiates light toward the monitor substrate Sm through the irradiation side fiber f1, a light receiving device 22 that receives light reflected from the monitor substrate Sm after being irradiated from the light projector 11 through the light reception side fiber f2, and a plurality of light receiving devices 22 In the film thickness measuring device 6 including the optical sensor probe 13 formed by bundling the irradiation side fiber f1 and the plurality of light receiving side fibers f2, the tip surface of the optical sensor probe 13 facing the monitor substrate Sm is provided. A plurality of end faces of the irradiation side fiber f1 and a plurality of end faces of the light receiving side fiber f2 are disposed, and each of the end faces of the irradiation side fiber f1 is adjacent to the end face of the light receiving side fiber f2. And each end face of the light receiving side fiber f2 is adjacent to each end face of the irradiation side fiber f1 in an arc shape or an annular shape. It is arranged.
Description
本発明は、膜厚測定装置及び当該膜厚測定装置を搭載した成膜装置に係り、特に、被測定用基板に形成された光学膜厚を測定するために、光ファイバを通じて被測定用基板に向けて光を照射し、光ファイバを通じて被測定用基板にて反射した反射光を受光する膜厚測定装置、及び、当該膜厚測定装置を搭載した成膜装置に関する。 The present invention relates to a film thickness measuring apparatus and a film forming apparatus equipped with the film thickness measuring apparatus, and more particularly to an optical film formed on a substrate to be measured through an optical fiber in order to measure an optical film thickness formed on the substrate to be measured. The present invention relates to a film thickness measuring apparatus that irradiates light and receives reflected light reflected by a measurement substrate through an optical fiber, and a film forming apparatus equipped with the film thickness measuring apparatus.
光学薄膜を所定の膜厚となるように精度よく形成することは、光学薄膜を利用する各分野において望まれている。一方、光学薄膜の高精度な膜厚制御には、正確な膜厚測定が不可欠となる。なお、ここでいう膜厚は、光学膜厚のことであり、物理的な膜厚及び薄膜の屈折率により決定される値である。 Forming an optical thin film with high precision so as to have a predetermined thickness is desired in each field using the optical thin film. On the other hand, accurate film thickness measurement is indispensable for highly accurate film thickness control of an optical thin film. The film thickness referred to here is an optical film thickness, and is a value determined by the physical film thickness and the refractive index of the thin film.
膜厚の測定方法としては、光学薄膜の表面上で反射された光線と、基板と光学薄膜の界面で反射された光線とが経路の違いにより位相差を生じることで干渉する現象を利用して膜厚を測定する反射式測定法が知られており、かかる測定法を採用した膜厚測定装置については、種々の装置が提案されている。 As a method for measuring the film thickness, a phenomenon in which a light beam reflected on the surface of the optical thin film and a light beam reflected on the interface between the substrate and the optical thin film interfere with each other by causing a phase difference due to a path difference is used. A reflection measurement method for measuring a film thickness is known, and various apparatuses have been proposed for a film thickness measurement apparatus employing such a measurement method.
従来の膜厚測定装置の一例としては、特許文献1に記載の成膜装置に搭載された膜厚測定装置が挙げられる。かかる装置では、光学薄膜に投射される光が光ファイバを通じて光源から伝搬され、基板と光学薄膜の界面で反射された光が光ファイバを通じて分光器に伝搬されるようになっている。 As an example of a conventional film thickness measuring apparatus, there is a film thickness measuring apparatus mounted on the film forming apparatus described in Patent Document 1. In such an apparatus, light projected on the optical thin film is propagated from the light source through the optical fiber, and light reflected at the interface between the substrate and the optical thin film is propagated to the spectroscope through the optical fiber.
また、膜厚測定装置が真空成膜装置内に搭載されている場合、最終的に多層膜製品となる基板とともにモニタガラスを装置内にセットし、基板と同一の条件でモニタガラスにも薄膜を形成する。そして、成膜工程中、モニタガラス側に形成された薄膜の光学膜厚を測定して成膜状況をモニタリングする。これにより、基板側に形成される多層膜の各層の光学膜厚を測定することが可能となる。なお、従来の真空成膜装置では、成膜工程中、基板に形成される多層膜の各層が成膜される度にモニタガラスが成膜済みのガラスから新しいガラス、すなわち成膜前のモニタガラスに交換される。 When the film thickness measurement device is installed in the vacuum film formation device, the monitor glass is set in the device together with the substrate that will eventually become a multilayer film product, and the thin film is also applied to the monitor glass under the same conditions as the substrate. Form. Then, during the film forming process, the film thickness is monitored by measuring the optical film thickness of the thin film formed on the monitor glass side. Thereby, the optical film thickness of each layer of the multilayer film formed on the substrate side can be measured. In the conventional vacuum film-forming apparatus, the monitor glass changes from a glass that has already been formed to a new glass, that is, a monitor glass before film formation, each time a multilayer film is formed on the substrate during the film-forming process. Will be replaced.
ところで、反射式の膜厚測定において、基板の光学薄膜に対して光線が角度を付けて入射された場合、膜厚の測定値が、光学薄膜に対して垂直に光線が照射された場合の膜厚、すなわち本来の膜厚よりも薄くなってしまう。具体的に説明すると、基板の光学膜に対する光線の入射角度をθとし、光学膜の屈折率をnとし、本来の膜厚をd0とすると、膜厚の測定値dは、下記の式(1)を満たす値になってしまう。
d=(d0/n2)×√{n2−(sinθ)2} (1)
したがって、入射角度θが大きくなるほど、膜厚の測定誤差Δd(=d0−d)が大きくなり、膜厚の測定精度が低くなってしまう。By the way, in the reflection type film thickness measurement, when the light beam is incident on the optical thin film of the substrate at an angle, the film thickness is measured when the light beam is irradiated perpendicularly to the optical thin film. Thickness, that is, it becomes thinner than the original film thickness. More specifically, assuming that the incident angle of the light beam with respect to the optical film of the substrate is θ, the refractive index of the optical film is n, and the original film thickness is d0, the measured value d of the film thickness is given by the following formula (1 ).
d = (d0 / n 2 ) × √ {n 2 − (sin θ) 2 } (1)
Therefore, as the incident angle θ increases, the film thickness measurement error Δd (= d0−d) increases and the film thickness measurement accuracy decreases.
なお、入射角度θは、図9に示すように、基板に向けて入射される光の光路と、基板側で反射される光の光路とがなす角度の半分に相当する。図9は、入射角度に関する説明図である。 As shown in FIG. 9, the incident angle θ corresponds to half of the angle formed by the optical path of light incident on the substrate and the optical path of light reflected on the substrate side. FIG. 9 is an explanatory diagram relating to the incident angle.
このような入射角度θと膜厚の測定誤差Δdとの関係を考慮すると、光学薄膜に対して照射する投光器において実際に光を照射する部分の面積(有効投光範囲)を極力小さくして、入射角度θを小さくすることが望ましい。 Considering the relationship between the incident angle θ and the measurement error Δd of the film thickness, the area (effective light projection range) of the portion that actually irradiates light in the projector that irradiates the optical thin film is minimized, It is desirable to reduce the incident angle θ.
また、光学薄膜の所定位置に精度よく光を照射する目的から、投光器と光学薄膜との間に集光レンズを設け、当該集光レンズを介して光学薄膜に光を照射する場合がある。同様に、光学薄膜から反射された反射光を的確に受光する目的から、受光器と光学薄膜との間に受光レンズを設け、当該受光レンズを介して光学薄膜からの反射光を受光する場合がある。かかる場合には、光がレンズを通過する分、照度が減衰することになり、膜厚の測定精度に影響を及ぼす虞がある。 In addition, for the purpose of irradiating light to a predetermined position of the optical thin film with high accuracy, a condensing lens may be provided between the projector and the optical thin film, and the optical thin film may be irradiated with light through the condensing lens. Similarly, for the purpose of accurately receiving the reflected light reflected from the optical thin film, a light receiving lens may be provided between the light receiver and the optical thin film, and the reflected light from the optical thin film may be received via the light receiving lens. is there. In such a case, the illuminance is attenuated as light passes through the lens, which may affect the measurement accuracy of the film thickness.
さらに、多層膜が形成される基板に各層が成膜される度にモニタガラスを交換すると、サイズ、表面状態及び加工精度の点でモニタガラス間にバラツキが生じ、このバラツキが薄膜測定精度に影響を及ぼす虞がある。 Furthermore, if the monitor glass is replaced each time a layer is formed on the substrate on which the multilayer film is formed, variations will occur between the monitor glasses in terms of size, surface condition, and processing accuracy, and this variation will affect thin film measurement accuracy. There is a risk of affecting.
そして、以上のような理由によって光学膜厚の測定が正確に行われなくなると、その測定結果を反映して実行される膜厚制御の精度も低下し、所望の膜厚となった薄膜が得られ難くなってしまう。 If the optical film thickness is not accurately measured for the reasons described above, the accuracy of the film thickness control performed reflecting the measurement result also decreases, and a thin film having a desired film thickness is obtained. It will be difficult to get.
そこで、本発明の目的は、精度よく光学膜厚を測定することが可能な膜厚測定装置を提供することにある。その上で、本発明の他の目的は、光学膜厚の正確な測定結果に基づき、基板に形成される薄膜の膜厚を精度よく制御することが可能な成膜装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a film thickness measuring apparatus capable of measuring an optical film thickness with high accuracy. In addition, another object of the present invention is to provide a film forming apparatus capable of accurately controlling the film thickness of a thin film formed on a substrate based on an accurate measurement result of an optical film thickness. .
前記課題は、本発明の膜厚測定装置によれば、被測定用基板に形成された膜の光学膜厚を測定するために、光ファイバからなる照射側ファイバを通じて前記被測定用基板に向けて光を照射する照射装置と、前記光学膜厚を測定するために、前記照射装置から照射された後に前記被測定用基板にて反射された光を、光ファイバからなる受光側ファイバを通じて受光する受光装置と、複数の前記照射側ファイバと複数の前記受光側ファイバとを束ねて形成されたプローブと、を備え、該プローブが端面として前記被測定用基板と対向する側に備える対向面には、前記照射側ファイバの端面及び前記受光側ファイバの端面がそれぞれ複数配置されており、前記対向面において、複数配置された前記照射側ファイバの端面の各々は、いずれも少なくとも1つの前記受光側ファイバの端面と隣り合った状態で円弧状または円環状に並び、かつ、複数配置された前記受光側ファイバの端面の各々は、いずれも少なくとも1つの前記照射側ファイバの端面の各々と隣り合った状態で円弧状または円環状に並んでおり、円弧状または円環状に並ぶ前記照射側ファイバの端面が成す列、及び、円弧状または円環状に並ぶ前記受光側ファイバの端面が成す列が、前記対向面の外周上の任意の地点から前記対向面の内側に向かって交互に少なくとも3回以上入れ替わるように配置されており、前記プローブは、前記対向面と前記被測定用基板との間に光学部品が設けられていない状態で、前記対向面にて、前記被測定用基板のうち、前記膜が形成される側とは反対側に位置する非成膜面と対向していることにより解決される。 According to the film thickness measuring apparatus of the present invention, the subject is directed toward the substrate to be measured through an irradiation side fiber made of an optical fiber in order to measure the optical film thickness of the film formed on the substrate to be measured. An irradiating device that irradiates light, and a light receiving device that receives the light reflected from the substrate to be measured after being irradiated from the irradiating device through a light receiving side fiber including an optical fiber in order to measure the optical film thickness. An apparatus, and a probe formed by bundling a plurality of the irradiation side fibers and a plurality of the light receiving side fibers, and a surface provided on a side of the probe facing the substrate to be measured as an end surface, A plurality of end faces of the irradiation side fibers and a plurality of end faces of the light receiving side fibers are arranged, and each of the end faces of the plurality of irradiation side fibers arranged on the facing surface is at least Each of the end faces of the plurality of light receiving side fibers arranged in an arc shape or an annular shape adjacent to the end face of the one light receiving side fiber is arranged on the end face of at least one of the irradiation side fibers. A row of end faces of the irradiation side fibers arranged in an arc shape or an annular shape adjacent to each other , and an end face of the light receiving side fibers arranged in an arc shape or an annular shape are arranged. The rows formed are alternately arranged at least three times from an arbitrary point on the outer periphery of the facing surface toward the inside of the facing surface, and the probe includes the facing surface and the substrate to be measured. In the state where no optical component is provided between the substrate for measurement and the non-film-formation surface located on the opposite side of the measurement substrate from the side on which the film is formed. Being It is more resolved.
上記の薄膜測定装置では、プローブが端面として被測定用基板と対向する側に備える対向面において、照射側ファイバの端面と受光側ファイバの端面とが互いに隣り合っていると、照射装置から薄膜に対して照射される光の入射角度がより小さくなる。 In the above thin film measuring apparatus, if the end face of the irradiation side fiber and the end face of the light receiving side fiber are adjacent to each other on the facing surface provided on the side facing the substrate to be measured as the end face, the irradiation apparatus changes the thin film to the thin film. On the other hand, the incident angle of the irradiated light becomes smaller.
具体的に説明すると、照射側ファイバの端面から照射された光が薄膜に向かう際の光路と、同光が被測定用基板にて反射して受光側ファイバの端面に向かう際の光路と、がなす角度は、照射側ファイバの端面と受光側ファイバの端面が互いに隣り合っていると、両ファイバの端面が隣り合っていない場合に比してより小さくなる。一方、入射角度は、上記2つの光路がなす角度の大きさの1/2であるので、照射側ファイバの端面と受光側ファイバの端面が互いに隣り合っている場合には、入射角度についてもより小さくなる。このように入射角度が小さくなれば、上述した入射角度と膜厚の測定誤差Δdとの関係(具体的には、上述した式(1))により、測定誤差Δdが小さくなる。
また、照射側ファイバの端面と受光側ファイバの端面とが互いに隣り合っていると、反射光を、受光側ファイバを通じて効率的に受光することが可能になる。More specifically, an optical path when the light irradiated from the end face of the irradiation side fiber goes to the thin film and an optical path when the light is reflected by the substrate to be measured and goes to the end face of the light receiving side fiber are: The angle formed when the end face of the irradiation side fiber and the end face of the light receiving side fiber are adjacent to each other is smaller than when the end faces of both fibers are not adjacent to each other. On the other hand, since the incident angle is ½ of the size of the angle formed by the two optical paths, when the end face of the irradiation side fiber and the end face of the light receiving side fiber are adjacent to each other, the incident angle also depends on the incident angle. Get smaller. When the incident angle is thus reduced, the measurement error Δd is reduced by the relationship between the incident angle and the film thickness measurement error Δd (specifically, the above-described equation (1)).
Further, if the end face of the irradiation side fiber and the end face of the light receiving side fiber are adjacent to each other, the reflected light can be efficiently received through the light receiving side fiber.
さらに、膜厚測定の精度については、プローブの端面におけるファイバの充填率が高くなるほど向上するため、通常、プローブの端面内にはファイバの端面が密集状態で配置される。一方、ファイバの端面が密集するほど、照射側ファイバの端面同士、及び、受光側ファイバの端面同士が密集し易くなる。これに対して、プローブの端面において照射側ファイバの端面と受光側ファイバの端面とがそれぞれ円弧状または円環状に並ぶように各ファイバを配置すれば、照射側ファイバと受光側ファイバとが互いに隣り合うようなファイバ配置を効率的に実現することができる。
以上のような作用により、請求項1に記載の膜厚測定装置では、従来の装置に比して、より精度よく光学膜厚を測定することが可能である。Furthermore, since the accuracy of the film thickness measurement increases as the filling rate of the fiber at the end face of the probe increases, the end faces of the fibers are usually arranged in a dense state within the end face of the probe. On the other hand, as the end faces of the fibers are denser, the end faces of the irradiation side fibers and the end faces of the light receiving side fibers are more likely to be densely packed. On the other hand, if each fiber is arranged so that the end face of the irradiation side fiber and the end face of the light receiving side fiber are arranged in an arc shape or an annular shape on the end face of the probe, the irradiation side fiber and the light receiving side fiber are adjacent to each other. A suitable fiber arrangement can be realized efficiently.
Due to the above-described action, the film thickness measuring apparatus according to claim 1 can measure the optical film thickness more accurately than the conventional apparatus.
また、以上の構成では、集光レンズや受光レンズを用いていないので、光ロスが抑えられるようになり、受光側ファイバを通じて反射光を受光する際、比較的大きな照度にて反射光を受光することが可能となる。そして、受光側ファイバを通じて受光する光の光量が大きくなる分、膜厚を算出するために当該光を分光分析する際のS/N比が向上する。したがって、請求項1に記載の構成によって、より一層精度よく光学膜厚を測定することが可能になる。 In the configuration of the following, it is not used a condenser lens and the light receiving lens, become light loss can be suppressed, when receiving the reflected light through the light-receiving side fiber, receives the reflected light at a relatively large illumination It becomes possible to do. As the amount of light received through the light receiving side fiber increases, the S / N ratio when the light is subjected to spectral analysis to calculate the film thickness is improved. Therefore, the configuration according to claim 1 makes it possible to measure the optical film thickness with higher accuracy.
また、上記の薄膜測定装置において、前記プローブを構成する複数の前記照射側ファイバと複数の前記受光側ファイバは、前記対向面にて端面が揃えられたバンドルファイバをなし、前記対向面と前記成膜面との間の距離は、前記バンドルファイバの径の2倍以上であると、より好適である。
以上の構成では、薄膜に対する光の入射角度、換言すると、薄膜にて反射された光の反射角度が受光側ファイバの開口数NA以下となる。この場合には、受光側ファイバを通じて光を受光する際の受光効率がより高まるようになる。したがって、請求項2に記載の構成によって、益々精度よく光学膜厚を測定することが可能になる。
Further, in the above thin film measuring apparatus, the plurality of irradiation side fibers and the plurality of light receiving side fibers constituting the probe constitute a bundle fiber whose end faces are aligned on the facing surface, and the facing surface and the component are formed. It is more preferable that the distance to the film surface is at least twice the diameter of the bundle fiber.
In the above configuration, the incident angle of light with respect to the thin film, in other words, the reflection angle of the light reflected by the thin film is equal to or less than the numerical aperture NA of the light receiving side fiber. In this case, the light receiving efficiency when receiving light through the light receiving side fiber is further increased. Therefore, according to the configuration of the second aspect , the optical film thickness can be measured with higher accuracy.
また、上記の薄膜測定装置において、前記被測定用基板は、円盤状または円環状の基板であることとしてもよい。すなわち、請求項3に記載の構成では、円盤状または円環状の被測定用基板に形成される薄膜の光学膜厚を精度よく測定することが可能になる。さらに、膜厚の多点モニタが可能な膜厚測定装置において、円盤状または円環状の基板を用いれば、例えば矩形状の基板と比較してモニタ点数をより多くすることが可能となる。
In the thin film measuring apparatus, the substrate for measurement may be a disk-shaped or annular substrate. That is, in the configuration described in
また、上記の薄膜測定装置において、前記照射装置と、前記照射装置に備えられた光源に直流電流を供給する直流安定化電源と、前記プローブと、前記受光装置を備え、前記受光装置が前記被測定用基板にて反射された光を受光した際の受光強度に応じたアナログ信号を出力する分光器と、該分光器から出力される前記アナログ信号を増幅するアンプと、該アンプにより増幅された前記アナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器と、前記デジタル信号に基づいて前記光学膜厚を演算する電子計算機と、前記A/D変換器と前記電子計算機との間に介在し、前記電気計算機が前記光学膜厚を演算するにあたって前記デジタル信号に対して所定の信号処理を実行するための信号処理回路と、を有することとしてもよい。すなわち、請求項4に記載の構成では、通常の薄膜測定装置が備える構成機器と同様の機器を備えた上で、薄膜の光学膜厚を精度よく測定することが可能になる。 The thin film measuring apparatus may further include the irradiation device, a DC stabilized power source that supplies a direct current to a light source provided in the irradiation device, the probe, and the light receiving device, and the light receiving device includes the light receiving device. A spectrometer that outputs an analog signal corresponding to the intensity of light received when the light reflected by the measurement substrate is received, an amplifier that amplifies the analog signal output from the spectrometer, and the amplifier that is amplified by the amplifier An A / D converter that converts the analog signal into a digital signal; an electronic calculator that calculates the optical film thickness based on the digital signal; and the A / D converter and the electronic calculator, The electric calculator may include a signal processing circuit for performing predetermined signal processing on the digital signal when calculating the optical film thickness. That is, in the configuration according to the fourth aspect , it is possible to accurately measure the optical film thickness of the thin film after having the same equipment as the constituent equipment of the normal thin film measuring apparatus.
また、前述した課題は、本発明の成膜装置であれば、真空容器内において基板の表面に蒸着材料を蒸着させることで前記基板に膜を形成する成膜装置であって、前記蒸着材料を蒸発させるための蒸発機構と、該蒸発機構が蒸発させた前記蒸着材料が前記基板の表面に向かう際の行路を遮断するために開閉動作する開閉部材と、該開閉部材の開閉を制御する制御機構と、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の膜厚測定装置と、を備え、前記基板及び前記被測定用基板の双方が前記真空容器内に収容された状態で、該双方の表面に前記蒸着材料を蒸着させるために前記蒸発機構が前記蒸着材料を蒸発させ、前記膜厚測定装置が前記被測定用基板に形成された膜の前記光学膜厚を測定し、前記制御機構が、前記膜厚測定装置による前記光学膜厚の測定結果に応じて前記開閉部材の開閉を制御することにより解決される。
以上のように構成された成膜装置では、前述した効果を奏する膜厚測定装置を備えているので、精度よく膜厚を測定することが可能であり、さらに、その測定結果に応じて膜厚制御を行うことになる。したがって、請求項5に記載の成膜装置であれば、光学膜厚の正確な測定結果に基づいて、基板に形成される薄膜の膜厚を精度よく制御することが可能となる。
In addition, the above-described problem is a film forming apparatus for forming a film on a substrate by depositing a vapor deposition material on the surface of the substrate in a vacuum vessel in the film forming apparatus of the present invention. An evaporation mechanism for evaporating, an opening / closing member that opens and closes to block a path when the vapor deposition material evaporated by the evaporation mechanism goes to the surface of the substrate, and a control mechanism that controls opening and closing of the opening / closing member And the film thickness measuring device according to any one of claims 1 to 4 , wherein both the substrate and the substrate to be measured are accommodated in the vacuum vessel, The evaporation mechanism evaporates the vapor deposition material, the film thickness measuring device measures the optical film thickness of the film formed on the substrate to be measured, and the control mechanism includes: Of the optical film thickness by the film thickness measuring device. It is solved by controlling the opening and closing of the closing member according to a constant result.
Since the film forming apparatus configured as described above includes the film thickness measuring apparatus that achieves the above-described effects, it is possible to accurately measure the film thickness, and further, according to the measurement result, the film thickness can be measured. Control will be performed. Therefore, if it is the film-forming apparatus of
また、上記の成膜装置において、前記基板に多層膜を形成する間、前記真空容器内には同一の前記被測定用基板を配置させて前記多層膜を前記被測定用基板にも形成し、前記膜厚測定装置は、前記被測定用基板に形成される前記多層膜における各層の膜の前記光学膜厚を層毎に測定すると、より好適である。
以上の構成であれば、基板に多層膜を形成する間、被測定用基板を交換せず、多層膜の各層が被測定用基板に形成される都度、当該各層の膜の光学膜厚を測定するため、各層の膜厚を測定する毎に被測定用基板が変わることによって生じる影響を抑えることが可能にある。したがって、請求項6に記載の成膜装置であれば、基板に形成される多層膜の各層の膜厚を精度よく測定し、その測定結果に基づいて膜厚制御をより精度良く行うことが可能となる。
Further, in the film forming apparatus, while the multilayer film is formed on the substrate, the same substrate for measurement is disposed in the vacuum vessel to form the multilayer film on the substrate for measurement. It is more preferable that the film thickness measuring device measures the optical film thickness of each layer of the multilayer film formed on the substrate to be measured for each layer.
With the above configuration, the optical film thickness of each layer film is measured each time each layer of the multilayer film is formed on the substrate to be measured without changing the substrate to be measured while the multilayer film is formed on the substrate. Therefore, it is possible to suppress the influence caused by the change of the substrate to be measured every time the film thickness of each layer is measured. Therefore, if it is the film-forming apparatus of
請求項1に記載の膜厚測定装置では、従来の装置に比して、より精度よく光学膜厚を測定することが可能である。また、請求項1に記載の膜厚測定装置では、分光分析のS/N比が向上する分、より一層精度よく光学膜厚を測定することが可能になる。
請求項2に記載の膜厚測定装置では、薄膜にて反射された光の反射角度が受光側ファイバの開口数NA以下となるので、益々精度よく光学膜厚を測定することが可能になる。
請求項3に記載の膜厚測定装置では、円盤状または円環状の被測定用基板に形成される薄膜の光学膜厚を精度よく測定することが可能になる。さらに、膜厚の多点モニタが可能な膜厚測定装置において、円盤状または円環状の基板を用いれば、矩形状の基板と比較してモニタ点数をより多くすることが可能となる。
請求項4に記載の膜厚測定装置では、通常の薄膜測定装置が備える構成機器と同様の機器を備えた上で、薄膜の光学膜厚を精度よく測定することが可能になる。
請求項5に記載の成膜装置では、精度よく膜厚を測定し、その測定結果に応じて膜厚制御を精度よく行うことが可能となる。
請求項6に記載の成膜装置では、基板に形成される多層膜の各層の光学膜厚を測定するにあたり層毎に被測定用基板が変わることによって生じる影響が抑えられる分、基板に形成される多層膜の各層の膜厚を精度よく測定し、その測定結果に基づいて膜厚制御をより精度良く行うことが可能となる。
In the film thickness measuring apparatus according to the first aspect, it is possible to measure the optical film thickness more accurately than in the conventional apparatus. Further, a film thickness measuring device according to claim 1, the partial to improve the S / N ratio of the spectral analysis allows to measure more accurately the optical thickness.
In the film thickness measuring apparatus according to the second aspect , since the reflection angle of the light reflected by the thin film is less than or equal to the numerical aperture NA of the light receiving side fiber, the optical film thickness can be measured with higher accuracy.
In the film thickness measuring apparatus according to the third aspect , it is possible to accurately measure the optical film thickness of the thin film formed on the disk-shaped or annular substrate for measurement. Further, in a film thickness measuring apparatus capable of multipoint monitoring of film thickness, if a disk-shaped or annular substrate is used, the number of monitor points can be increased as compared with a rectangular substrate.
In the film thickness measuring apparatus according to the fourth aspect , it is possible to accurately measure the optical film thickness of the thin film after having the same equipment as the constituent equipment of the normal thin film measuring apparatus.
In the film forming apparatus according to the fifth aspect , the film thickness can be accurately measured, and the film thickness can be accurately controlled according to the measurement result.
In the film forming apparatus according to
以下、本発明の実施形態(以下、本実施形態)について図面を参照して説明する。
先ず、本実施形態に係る成膜構成の概略構成について図1を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す図である。Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter referred to as “this embodiment”) will be described with reference to the drawings.
First, a schematic configuration of a film forming configuration according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a film forming apparatus according to this embodiment.
本実施形態に係る成膜装置は、真空容器内において基板の表面に蒸着材料を蒸着させることで基板上に多層膜を形成する装置であり、特に、真空蒸着法により膜を形成する真空蒸着装置100である。また、本実施形態の真空蒸着装置100では、真空容器1内で基板(以下、実基板S)と膜厚測定用のモニタ基板Smをセットし、モニタ基板Sm側に形成される薄膜の光学膜厚を測定しながら、その測定結果に基づいて実基板S側に形成される薄膜の膜厚を制御することが可能である。
The film forming apparatus according to the present embodiment is an apparatus that forms a multilayer film on a substrate by depositing a deposition material on the surface of the substrate in a vacuum vessel, and in particular, a vacuum deposition apparatus that forms a film by a vacuum deposition method. 100. Further, in the
ここで、実基板Sとは、実際に薄膜利用機器に取り付けられる基板のことであり、例えばガラスからなる。一方、モニタ基板Smは、被測定用基板に相当し、膜厚モニタリングのみに用いられるものであり、実基板Sと同様の材料、例えばガラスからなる。特に、本実施形態に係るモニタ基板Smは、平面視で円環状の基板となっており、その好適な厚さは1.0〜2.0mmである。 Here, the actual substrate S is a substrate that is actually attached to the thin-film device, and is made of, for example, glass. On the other hand, the monitor substrate Sm corresponds to a substrate to be measured and is used only for film thickness monitoring, and is made of the same material as the actual substrate S, for example, glass. In particular, the monitor substrate Sm according to the present embodiment is an annular substrate in plan view, and a suitable thickness is 1.0 to 2.0 mm.
そして、本実施形態において、モニタ基板Smには実基板Sと同一の条件で多層膜が形成される。つまり、本実施形態では、実基板S側に形成される薄膜の光学膜厚と、モニタ基板Sm側に形成される薄膜の光学膜厚とを同視し、モニタ基板Sm側の薄膜の光学膜厚をモニタすることにより、実基板S側の薄膜の光学膜厚を管理する。 In this embodiment, a multilayer film is formed on the monitor substrate Sm under the same conditions as the actual substrate S. That is, in this embodiment, the optical film thickness of the thin film formed on the actual substrate S side and the optical film thickness of the thin film formed on the monitor substrate Sm side are regarded as the same, and the optical film thickness of the thin film on the monitor substrate Sm side. To monitor the optical film thickness of the thin film on the actual substrate S side.
真空蒸着装置100の構成について説明すると、図1に示すように、真空容器1と、基板ホルダ2と、蒸発機構3と、シャッタ4と、シャッタ制御ユニット5と、膜厚測定装置6とを主たる構成要素として備えている。
The configuration of the
真空容器1の内空間のうち、上方の空間にはドーム状の基板ホルダ2が収容されており、この基板ホルダ2の内表面には複数の実基板Sが取り付けられている。また、基板ホルダ2の内表面の中心位置には開口2aが形成されており、この開口2aの直下位置に1つのモニタ基板Smが配置されている。かかる位置に配置されたモニタ基板Smは、その一部が上記の開口2aを通じてドームの外側に露出した状態になっている。
A dome-shaped
さらに、基板ホルダ2は、実基板S間での成膜量を均一化する目的から、成膜期間中、鉛直方向に沿った回転軸を中心に回転する。この間、モニタ基板Smは、基板ホルダ2に対して相対的に回転する。すなわち、本実施形態において、モニタ基板Smは、基板ホルダ2とは別体を成す不図示のモニタ基板ホルダに保持され、基板ホルダ2とモニタ基板ホルダとは、互いに独立して回転することが可能である。
Further, the
一方、真空容器1の内空間のうち、下方の空間には、蒸発機構3が備えられている。この蒸発機構3は、薄膜形成のために実基板Sやモニタ基板Smに蒸着させる蒸着材料を蒸発させるためのものである。具体的に説明すると、本実施形態に係る蒸発機構3は、真空蒸着装置が通常備える蒸発機構と同種のものであり、例えば、不図示の坩堝に保持された蒸着材料を電子ビームにより加熱して蒸発させる電子ビーム装置などが挙げられる。
On the other hand, an
基板ホルダ2と蒸発機構3との間にはシャッタ4が設けられている。このシャッタ4は、開閉部材の一例であり、蒸発機構3が蒸発させた蒸着材料が実基板Sやモニタ基板Smの表面に向かう際の行路を遮断するために、不図示の駆動機構によって開閉移動する。具体的に説明すると、シャッタ4が開位置(図1中、実線にて示されたシャッタ4の位置)にあるとき、蒸発機構3が蒸発させた蒸着材料は、飛散して実基板Sやモニタ基板Smに供給可能となる。反対に、シャッタ4が閉位置(図1中、破線にて示されたシャッタ4の位置)にあるときには、シャッタ4により蒸着材料の飛散が妨げられる結果、実基板Sやモニタ基板Smへの蒸着材料の供給が不能になる。
A
シャッタ制御ユニット5は、上記シャッタ4の開閉を制御する制御機構に相当し、本実施形態では、後述する第2コンピュータPC2により構成されている。具体的に説明すると、第2コンピュータPC2は、不図示のインタフェースを介してシャッタ4と接続されており、第2コンピュータPC2にインストールされた制御プログラムが実行されることより、シャッタ4に向けて制御信号を出力する。そして、シャッタ4は、制御信号を第2コンピュータPC2から受信すると、制御信号に従って開閉動作を行うようになる。
The
膜厚測定装置6は、モニタ基板Smに形成された薄膜の光学膜厚を測定する装置であり、特に、本実施形態では、反射法により膜厚を測定するものである。つまり、本実施形態に係る膜厚測定装置6は、モニタ基板Smに形成された薄膜に対して光を入射し、モニタ基板Smにて反射された光を受光した後に、その反射光を分光して波長ごとの光強度(スペクトル)を検出する。そして、検出された光強度に基づいて、モニタ基板Smに形成された薄膜の光学膜厚が算出される。
The film
さらに、本実施形態に係る膜厚測定装置6は、モニタ基板Smに形成される多層膜における各層の膜の光学膜厚を層毎に測定するものである。より具体的に説明すると、モニタ基板Smは、前述したように、基板ホルダ2とは独立して回転する一方で、モニタ基板Smの直下位置には、不図示のモニタ基板マスクが配置されている。このモニタ基板マスクは、円盤状の部材であり、その中央部には開口が形成されている。この開口を通じてモニタ基板Smの一部が蒸発機構3に対して露出するようになる。
Furthermore, the film
一方、真空容器1内には実基板S及びモニタ基板Smの双方が収容された状態で、当該双方の表面に蒸着材料を蒸着させるために蒸発機構3が蒸着材料を蒸発させる。これにより、実基板S及びモニタ基板Smの各々の成膜面に、略同一条件にて薄膜が形成されるようになる。この際、モニタ基板Smの成膜面のうち、薄膜が形成される領域は、モニタ基板マスクに形成された開口を通じて露出した領域のみである。
On the other hand, in a state where both the actual substrate S and the monitor substrate Sm are accommodated in the vacuum vessel 1, the
また、前述したように、本実施形態では実基板Sに多層膜を形成することになっており、各層の薄膜が形成される都度、蒸着材料及び成膜条件が、次の層の薄膜を形成するための材料及び条件に切り替えられる。一方、基板と略同一条件でモニタ基板Smにも多層膜が形成されるようになるが、本実施形態では、一層分の薄膜が完成して蒸着材料及び成膜条件が切り替えられる時点で、モニタ基板Smが、静止しているモニタ基板マスクに対して所定の回動角度だけ相対的に回動する。このようにモニタ基板Smがモニタ基板マスクに対して相対的に回動することにより、モニタ基板Smのうち、モニタ基板マスクに形成された開口を通じて露出する領域が上記の回動角度だけずれるようになり、結果として、薄膜が形成される領域が上記の回動角度だけずれるようになる。 Further, as described above, in this embodiment, a multilayer film is formed on the actual substrate S, and each time a thin film of each layer is formed, the vapor deposition material and the film forming conditions form the thin film of the next layer. To the materials and conditions to do. On the other hand, a multilayer film is also formed on the monitor substrate Sm under substantially the same conditions as the substrate. However, in this embodiment, the monitor is switched when the vapor deposition material and film formation conditions are switched after a thin film for one layer is completed. The substrate Sm rotates relative to the stationary monitor substrate mask by a predetermined rotation angle. As the monitor substrate Sm rotates relative to the monitor substrate mask in this way, the region exposed through the opening formed in the monitor substrate mask in the monitor substrate Sm is shifted by the rotation angle. As a result, the region where the thin film is formed is shifted by the rotation angle.
そして、その後の成膜処理では、モニタ基板Smのうち、回動前に露出していた領域(以下、回動前の露出領域)と、回動後に露出する領域(以下、回動後の露出領域)との重複範囲に、新たな層の薄膜が形成される。一方で、回動前の露出領域のうち、回動後の露出領域と重複していない範囲には、新たな層の薄膜は形成されない。したがって、各成膜処理にて形成される分の薄膜の膜厚は、モニタ基板Smのうち、成膜処理が実行される直前の回転動作の前後で露出する領域と、回転動作後には露出しなくなる領域との間で、形成されている薄膜の光学膜厚を比較することによって求められる。 In the subsequent film formation process, an area of the monitor substrate Sm exposed before the rotation (hereinafter referred to as an exposure area before the rotation) and an area exposed after the rotation (hereinafter referred to as the exposure after the rotation). A thin film of a new layer is formed in the overlapping area with the region. On the other hand, the thin film of a new layer is not formed in the range which does not overlap with the exposed area after rotation among the exposed areas before rotation. Therefore, the film thickness of the thin film formed by each film forming process is the area exposed in the monitor substrate Sm before and after the rotation operation immediately before the film forming process is performed and after the rotation operation. It is calculated | required by comparing the optical film thickness of the thin film currently formed with the area | region which disappears.
次に、本実施形態に係る膜厚測定装置6の構成について、図1及び図2を参照しながら説明する。図2は、本実施形態に係るプローブの模式側面図である。
Next, the configuration of the film
膜厚測定装置6は、図1に示すように、投光器11と、直流安定化電源12と、光学センサ用プローブ13と、分光器14と、アンプ15と、A/D変換器16と、信号処理回路17と、2つのコンピュータPC1,PC2とを主たる構成要素として有している。
As shown in FIG. 1, the film
投光器11は、照射装置の一例であり、モニタ基板Smに形成された膜の光学膜厚を測定するために、光ファイバからなる照射側ファイバf1を通じてモニタ基板Smに向けて光を照射する。具体的に説明すると、投光器11は、ハロゲンランプなどからなる光源21を有し、光源21から発せられる白色光を、照射側ファイバf1の端面が配置された光学センサ用プローブ13の先端面から照射する。ここで、投光器11は、分光器14と同期しており、分光器14における入射光強度の出力周期に同期して、光源21の消灯と点灯を繰返すようになっている。なお、投光器11に備えられた光源21には、直流安定化電源12から直流電流が供給される。
The
分光器14は、受光装置22を備え、受光装置22がモニタ基板Smにて反射された光を受光した際の受光強度に応じたアナログ信号を出力するものである。より具体的に説明すると、分光器14に備えられた受光装置22は、例えばCCD(Charge Coupled Device)によって構成されており、光学膜厚を測定するために、投光器11から照射された後にモニタ基板Smにて反射された光を、光ファイバからなる受光側ファイバf2を通じて受光する。分光器14は、受光装置22が受光した光を分光した上で、各波長別の光強度(スペクトル)を検出し、検出結果に応じた電気信号を出力する。ここで、分光器14から出力される電気信号は、受光装置22が反射光を受光した際の受光強度に応じたアナログ信号に相当する。
The
分光器14は、また、投光器11から照射された光を分光し、入射光の各波長別の光強度、すなわち入射光強度を示す電気信号を出力する。以上のように、分光器14は、入射光強度を示す電気信号と、反射光強度を示す電気信号とをそれぞれ出力する。分光器14から出力された上記2種類の電気信号は、それぞれ、アンプ15によって増幅され、その後にA/D変換器16によってデジタル信号へ変換される。その後、デジタル信号は、第2コンピュータ19に入力されるようになる。
The
光学センサ用プローブ13は、プローブの一例であり、複数の照射側ファイバf1と複数の受光側ファイバf2とを束ねて形成されている。具体的に説明すると、投光器11に接続された複数の照射側ファイバf1、及び、受光装置22に接続された複数の受光側ファイバf2は、図2に示すように、それぞれ束(バンドル)をなし、フレキシブルチューブ23内に収められている。
The
なお、照射側ファイバf1及び受光側ファイバf2は、それぞれ、コアとコアを覆う被覆を有し、本実施形態では、コア径が約200μmとなっており、被覆を含むファイバ径が約235μmとなっている。 The irradiation side fiber f1 and the light receiving side fiber f2 each have a core and a coating covering the core. In this embodiment, the core diameter is about 200 μm, and the fiber diameter including the coating is about 235 μm. ing.
また、照射側ファイバf1がなすバンドルのうち、投光器11に接続される側の端には接続コネクタ24Aが取り付けられている。同様に、受光側ファイバf2がなすバンドルのうち、受光装置22に接続される側の端に接続コネクタ24Bが取り付けられている。
In addition, a
そして、バンドル化された照射側ファイバf1及び受光側ファイバf2は、その自由端側で一束にまとめられて光学センサ用プローブ13をなす。つまり、光学センサ用プローブ13を構成する複数の照射側ファイバf1と複数の受光側ファイバf2は、光学センサ用プローブ13の自由端側の面にて端面が揃えられたバンドルファイバをなしている。
The bundled irradiation side fiber f1 and light receiving side fiber f2 are bundled together on the free end side to form an
より具体的に説明すると、図2に示すように、各ファイバf1,f2のバンドルは中間コネクタ24Cにて合流して、一つのバンドルにまとめられ、同一のフレキシブルチューブ23内に収容されている。さらに、一バンドルとしてまとめられた状態の照射側ファイバf1及び受光側ファイバf2のうち、自由端となる側の端部には円筒状の保護筒25が取り付けられており、この保護筒25及びその内部に収められたファイバf1,f2が真空容器1内に配設される。
More specifically, as shown in FIG. 2, the bundles of the fibers f <b> 1 and f <b> 2 merge at the intermediate connector 24 </ b> C, are combined into one bundle, and are accommodated in the same
保護筒25は、互いに異径である大径部25a及び小径部25bからなり、小径部25bが光学センサ用プローブ13の先端部をなす。そして、光学センサ用プローブ13は、その先端面である小径部25bの一端面がモニタ基板Smの直上位置でモニタ基板Smと対向するようにセットされる。つまり、光学センサ用プローブ13の先端面をなす小径部25bの一端面は、光学センサ用プローブ13がモニタ基板Smと対向する側に備える対向面に相当する。
The
また、小径部25bでは、照射側ファイバf1及び受光側ファイバf2が面一となるように端面を揃えられている。したがって、小径部25bの一端面には、照射側ファイバf1の端面及び受光側ファイバf2の端面がそれぞれ複数配置されていることになる。ここで、本実施形態では、小径部25bの一端面において照射側ファイバf1の端面及び受光側ファイバf2の端面が規則的に配置されている。小径部25bの一端面における各ファイバf1,f2の配置位置については、後に詳述する。
In the
以上のように、本実施形態の光学センサ用プローブ13は、複数の照射側ファイバf1及び受光側ファイバf2を一束にまとめたバンドルファイバによって構成されている。なお、本実施形態では、光学センサ用プローブ13を構成する照射側ファイバf1及び受光側ファイバf2の各々の本数は、20本以上である。これにより、本実施形態に係る膜厚測定装置6では、膜厚の多点モニタが可能となる。
As described above, the
2つのコンピュータPC1,PC2は、イーサネット(登録商標)を介して互いに通信可能であり、一方のコンピュータである第1コンピュータPC1は、投光器11を制御するものである。本実施形態において、第1コンピュータPC1は、通信プロトコル変換のためにプログラマブルロジックコントローラPLCを介して投光器11の光照射動作を制御する。他方のコンピュータである第2コンピュータPC2は、電子計算機の一例であり、分光器14から出力された電気信号をA/D変換器16が変換することで生成されたデジタル信号に基づいて、モニタ基板Smに形成された薄膜の光学膜厚を演算する。
The two computers PC1 and PC2 can communicate with each other via Ethernet (registered trademark), and the first computer PC1 which is one computer controls the
なお、A/D変換器16と第2コンピュータPC2との間には信号処理回路17が介在している。この信号処理回路17は、第2コンピュータPC2が光学膜厚を演算するにあたって上記デジタル信号に対して所定の信号処理を実行する。ここで、所定の信号処理とは、上記のデジタル信号を、第2コンピュータPC2による光学膜厚演算に用いるのに好適な形式の信号に変換する処理であり、例えば、干渉信号以外の成分を除去するウエーブレット処理や、周波数解析処理などである。
A
さらに、第2コンピュータPC2は、前述したように、シャッタ4の開閉を制御する制御機構に相当し、光学膜厚の演算値に応じてシャッタ4の開閉を制御する。ここで、第2コンピュータPC2が演算した光学膜厚の演算値は、膜厚測定装置6による光学膜厚の測定結果のことである。
Furthermore, as described above, the second computer PC2 corresponds to a control mechanism that controls the opening and closing of the
以上までに説明してきた本実施形態に係る膜厚測定装置6の構成は、その大部分において、従来の反射式膜厚測定装置の構成と共通するものであるが、以下に説明する4つの点にて従来の装置と異なるものである。
The configuration of the film
第1の相違点は、光学センサ用プローブ13の先端面とモニタ基板Smとの間に、集光レンズや受光レンズ等の光学部品が設けられていない点である。すなわち、本実施形態において、光学センサ用プローブ13は、図1に示すように、その先端面をなす小径部25bの一端面とモニタ基板Smとの間に光学部品が設けられていない状態で、小径部25bの一端面にて、モニタ基板Smの非成膜面と対向する。ここで、非成膜面とは、モニタ基板Smのうち、膜が形成される側とは反対側に位置する面のことである。
The first difference is that optical components such as a condensing lens and a light receiving lens are not provided between the tip surface of the
このように光学センサ用プローブ13の先端面とモニタ基板Smとの間に光学部品が設けられていないことにより、本実施形態では、光学部品を通過することで生じる光ロスを抑えることができる。この結果、受光側ファイバf2は、比較的大きな照度にて反射光を受光することが可能となる。そして、受光側ファイバf2が受光する光の光量が大きくなる分、膜厚を算出するために当該光を分光分析する際のS/N比が向上する。したがって、本実施形態に係る膜厚測定装置6では、精度よく光学膜厚を測定することが可能となる。
As described above, since no optical component is provided between the tip surface of the
なお、光学センサ用プローブ13の先端面とモニタ基板Smとの間に光学部品が設けられていない場合、有効投光スポットの直径については、照射側ファイバf1と受光側ファイバf2とがなすバンドルファイバの直径、すなわち、バンドルファイバ径に相当するものとみなすことが可能である。ここで、バンドルファイバ径とは、光学センサ用プローブ13の先端面において配置された複数の照射側ファイバf1の端面及び複数の受光側ファイバf2の端面うち、最も離れた2つの端面によって規定される長さであり、本実施形態では、約1.8mmである。
When no optical component is provided between the tip surface of the
第2の相違点は、光学センサ用プローブ13の先端面とモニタ基板Smの成膜面との間の距離は、バンドルファイバ径の2倍以上である点である。このような構成になっていると、薄膜に対する光の入射角度、換言すると、薄膜にて反射された光の反射角度が、受光側ファイバf2の開口数NA以下となる。本実施形態では、以上の性質を利用して、光学センサ用プローブ13の先端面とモニタ基板Smの成膜面との間の距離を、バンドルファイバ径の2倍以上確保している。この結果、受光側ファイバf2を通じて光を受光する際の受光効率がより高まるようになり、光学膜厚をさらに精度よく測定することが可能になる。
The second difference is that the distance between the tip surface of the
また、光学センサ用プローブ13の先端面とモニタ基板Smの成膜面との間の距離が過度に短くなると、薄膜に対する光の入射角度及び薄膜にて反射された光の反射角度が大きくなるため、光学センサ用プローブ13の受光効率(反射された光量に対する、光学センサ用プローブ13にて受光される光量の割合)が低下するために、測定精度が低くなる。他方、光学センサ用プローブ13の先端面とモニタ基板Smの成膜面との間の距離が過度に長くなると、光が薄膜にて反射されてから光学センサ用プローブ13によって受光されるまでの間の減衰度合いが大きくなるために、測定精度が低くなる。これに対して、光学センサ用プローブ13の先端面とモニタ基板Smの成膜面との間の距離がバンドルファイバ径の2倍以上、望ましくは2倍〜3倍の範囲にあれば、好適な測定精度を達成することが可能となる。
Further, if the distance between the tip surface of the
なお、以降、説明の都合上、光学センサ用プローブ13の先端面とモニタ基板Smの成膜面との間の距離のことを、動作距離WDと呼ぶこととする。
Hereinafter, for convenience of explanation, the distance between the tip surface of the
第3の相違点は、実基板Sに多層膜を形成する間、真空容器1内には同一のモニタ基板Smを配置させて上記の多層膜をモニタ基板Smにも形成する点である。つまり、本実施形態では、実基板Sに多層膜を形成している途中でモニタ基板Smを交換することがない。そして、膜厚測定装置6は、モニタ基板Smに形成される多層膜における各層の膜の光学膜厚を層毎に測定する。この結果、多層膜の各層の光学膜厚を層別に測定するにあたり、測定毎にモニタ基板Smが変わることによって生じる影響が抑えられる。
The third difference is that while the multilayer film is formed on the actual substrate S, the same monitor substrate Sm is disposed in the vacuum vessel 1 and the multilayer film is also formed on the monitor substrate Sm. That is, in the present embodiment, the monitor substrate Sm is not replaced while the multilayer film is being formed on the actual substrate S. Then, the film
具体的に説明すると、多層膜を形成する従来の成膜装置の中には、モニタ基板チェンジャ(不図示)を搭載したものがあり、かかる装置では、実基板Sに多層膜の各層が成膜される都度、モニタ基板チェンジャがモニタ基板Smを交換するようになっている。しかし、モニタ基板間には、サイズ、表面状態及び加工精度においてバラツキがあり、このバラツキによって、薄膜測定精度に影響が及んでしまうことがある。つまり、膜厚測定の再現性の面で、多層膜形成途中でモニタ基板を交換することには問題がある。 More specifically, some conventional film forming apparatuses for forming a multilayer film are equipped with a monitor substrate changer (not shown). In such an apparatus, each layer of the multilayer film is formed on the actual substrate S. Each time the monitor board changer is changed, the monitor board Sm is replaced. However, there are variations in size, surface condition, and processing accuracy between the monitor substrates, and this variation may affect the thin film measurement accuracy. That is, in terms of reproducibility of film thickness measurement, there is a problem in exchanging the monitor substrate during the formation of the multilayer film.
これに対して、本実施形態では、実基板Sに多層膜を形成する期間中、真空容器1内に同一のモニタ基板Smを配置させ続けるので、モニタ基板Sm間のバラツキによって生じる影響が、薄膜測定の精度に及ぶことがない。その分、モニタ基板Smに形成される多層膜の各層の膜厚を精度よく測定することができ、さらに、当該測定結果に基づいて実基板S側に形成される膜の光学膜厚をより精度良く制御することが可能となる。 On the other hand, in this embodiment, since the same monitor substrate Sm is continuously arranged in the vacuum vessel 1 during the period in which the multilayer film is formed on the actual substrate S, the influence caused by the variation between the monitor substrates Sm is reduced by the thin film. It does not reach the accuracy of measurement. Accordingly, the film thickness of each layer of the multilayer film formed on the monitor substrate Sm can be accurately measured, and the optical film thickness of the film formed on the actual substrate S side is more accurately based on the measurement result. It becomes possible to control well.
なお、本実施形態では、前述したように、モニタ基板Smとして円環状の基板が用いられる一方で、膜厚測定装置6側では膜厚の多点モニタが可能である。さらに、本実施形態では、バンドルファイバ径が約1.8mmとなっており、光学センサ用プローブ13が20本以上の照射側ファイバf1及び受光側ファイバf2によって構成されている。この結果、本実施形態に係る膜厚測定装置6では、モニタ点数(測定点数)を80点とすることが可能である。一般に、光量感度を向上させる目的から、モニタ基板Sm上には高屈折率の蒸着材料と低屈折率の蒸着材料の2種類の蒸着層を形成させることになっているため、80点のモニタ点数であれば、例えば160層(80×2)からなる多層膜が形成されるケースにも対応することが可能である。
In the present embodiment, as described above, an annular substrate is used as the monitor substrate Sm. On the film
第4の相違点は、光学センサ用プローブ13の先端面である小径部25bの一端面において照射側ファイバf1及び受光側ファイバf2の各々の端面が配置されている位置である。具体的に説明すると、本実施形態では、光学センサ用プローブ13の先端面において、複数配置された照射側ファイバf1の端面の各々が、いずれも少なくとも1つの受光側ファイバf2の端面と隣り合った状態で円弧状または円環状に配置されている。同様に、上記の一端面において、複数配置された受光側ファイバf2の端面の各々が、いずれも少なくとも1つの照射側ファイバf1の端面の各々と隣り合った状態で円弧状または円環状に配置されている。
A fourth difference is a position where each end face of the irradiation side fiber f1 and the light receiving side fiber f2 is arranged on one end face of the
以上のように、光学センサ用プローブ13の先端面において、照射側ファイバf1の端面と受光側ファイバf2の端面とが互いに隣り合っていれば、投光器11から薄膜に対して照射される光の入射角度がより小さくなる。ここで、入射角度の大きさは、照射側ファイバf1の端面から照射された光が薄膜に向かう際の光路と、同光が薄膜の表面やモニタ基板Smと薄膜との境界面にて反射して受光側ファイバf2の端面に向かう際の光路と、がなす角度の1/2である。
As described above, if the end face of the irradiation side fiber f1 and the end face of the light receiving side fiber f2 are adjacent to each other on the tip surface of the
一方で、入射角度θと膜厚の測定値dとの間には、上述した式(1)に示された関係が成立するので、入射角度θが大きくなるほど、膜厚の測定誤差Δdが大きくなる。具体的に説明すると、成膜材料の屈折率をn=1.47とした場合、入射角度θが3°、5°、8°、10°、12°であるときには、それぞれ、測定誤差Δdが0.07%、0.2%、0.5%、0.7%、1.0%となる。逆を言えば、入射角度θが小さくなるほど、膜厚の測定誤差Δdが小さくなることになる。 On the other hand, since the relationship shown in the above-described equation (1) is established between the incident angle θ and the measured value d of the film thickness, the measurement error Δd of the film thickness increases as the incident angle θ increases. Become. Specifically, when the refractive index of the film forming material is n = 1.47, and the incident angle θ is 3 °, 5 °, 8 °, 10 °, and 12 °, the measurement error Δd is 0.07%, 0.2%, 0.5%, 0.7%, and 1.0%. In other words, the smaller the incident angle θ, the smaller the film thickness measurement error Δd.
上記のように、照射側ファイバf1の端面と受光側ファイバf2の端面とが離れているほど、薄膜にて反射された光量のうち、受光側ファイバf2を通じて受光される光量の割合、すなわち受光効率が低下する。反対に、照射側ファイバf1の端面と受光側ファイバf2の端面とが互いに隣り合っていると、受光効率が向上するようになる。 As described above, the proportion of the amount of light received through the light receiving side fiber f2 out of the amount of light reflected by the thin film, that is, the light receiving efficiency, as the end surface of the irradiation side fiber f1 and the end surface of the light receiving side fiber f2 are separated. Decreases. On the contrary, when the end face of the irradiation side fiber f1 and the end face of the light receiving side fiber f2 are adjacent to each other, the light receiving efficiency is improved.
ところで、膜厚測定の精度については、光学センサ用プローブ13の先端面におけるファイバの充填率が高くなるほど向上するため、通常、光学センサ用プローブ13の先端面内にはファイバの端面が密集状態で配置される。一方、ファイバの端面が密集するほど、照射側ファイバf1の端面同士、及び、受光側ファイバf2の端面同士が密集し易くなる。そして、同種類のファイバの端面同士が密集して塊状に配置されていると、照射側ファイバf1の端面と受光側ファイバf2の端面とが離れ易くなる。
By the way, the accuracy of the film thickness measurement is improved as the filling rate of the fiber at the distal end surface of the
これに対して、光学センサ用プローブ13の先端面において照射側ファイバf1の端面と受光側ファイバf2の端面とがそれぞれ円弧状または円環状に並ぶように各ファイバを配置すれば、照射側ファイバf1と受光側ファイバf2とが互いに隣り合うようなファイバ配置を効率的に実現することができる。
なお、照射側ファイバf1と受光側ファイバf2とが互いに隣り合うようなファイバ配置としては、光学センサ用プローブ13の先端面において照射側ファイバf1の端面と受光側ファイバf2の端面とがそれぞれ列をなし各種類のファイバの列が交互に並ぶような配置も考えられ得る。しかし、上記の理由により光学センサ用プローブ13の先端面内にファイバの端面を密集状態で配置するような状況では、照射側ファイバf1の端面と受光側ファイバf2の端面とがそれぞれ列をなし各種類のファイバの列が交互に並ぶようなファイバ配置は、物理上実現するのが困難である。ゆえに、本実施形態のように各種類のファイバの端面が円弧状または円環状に並ぶように各ファイバを配置する方が、より効率的であり好適である。On the other hand, if each fiber is arranged so that the end surface of the irradiation side fiber f1 and the end surface of the light receiving side fiber f2 are arranged in an arc shape or an annular shape on the tip surface of the
In addition, as a fiber arrangement in which the irradiation side fiber f1 and the light receiving side fiber f2 are adjacent to each other, the end surface of the irradiation side fiber f1 and the end surface of the light receiving side fiber f2 are arranged on the tip surface of the
以上のような作用により、本実施形態に係る膜厚測定装置6は、従来の装置に比して、より精度よく光学膜厚を測定することが可能である。
Due to the above-described operation, the film
次に、光学センサ用プローブ13の先端面における照射側ファイバf1及び受光側ファイバf2の各々の端面の配置位置についての具体例(第1例〜第3例)を、図3乃至8を参照しながら説明する。
Next, specific examples (first to third examples) of the arrangement positions of the end faces of the irradiation side fiber f1 and the light receiving side fiber f2 on the distal end face of the
図3の(A)及び(B)は第1例におけるファイバの配置位置を示す図である。図4は、比較例におけるファイバの配置位置を示す図である。図5の(A)及び(B)は第2例におけるファイバの配置位置を示す図である。図6は、本実施形態に係るファイバの配置位置の有効性についての説明図であり、図中、実線のグラフは第1例のデータを示し、破線のグラフは比較例のデータを示す。図7の(A)及び(B)は第2例についての他のバリエーションを示す図である。図8の(A)及び(B)は第3例におけるファイバの配置位置を示す図である。図3、4、6、7及び8において、黒丸は照射側ファイバf1の配置位置を示し、白丸は受光側ファイバf2の配置位置を示す。 FIGS. 3A and 3B are diagrams showing fiber arrangement positions in the first example. FIG. 4 is a diagram showing the arrangement positions of the fibers in the comparative example. FIGS. 5A and 5B are diagrams showing the arrangement positions of the fibers in the second example. FIG. 6 is an explanatory diagram about the effectiveness of the arrangement position of the fiber according to the present embodiment, in which the solid line graph shows the data of the first example and the broken line graph shows the data of the comparative example. (A) and (B) of Drawing 7 are figures showing other variations about the 2nd example. FIGS. 8A and 8B are views showing the arrangement positions of the fibers in the third example. 3, 4, 6, 7, and 8, black circles indicate the arrangement positions of the irradiation side fibers f <b> 1, and white circles indicate the arrangement positions of the light reception side fibers f <b> 2.
先ず、第1例におけるファイバの配置位置について説明すると、図3の(A)及び(B)に示すように、照射側ファイバf1及び受光側ファイバf2が、照射側ファイバf1及び受光側ファイバf2が互いに逆向きの螺旋をなすように並び、バンドル全体としては円状の配置となっている。なお、図3の(A)と(B)は、照射側ファイバf1の配置位置と受光側ファイバf2の配置位置とを互いに反転させた構成を示しているので、以下では、図3の(A)に図示された構成のみを説明する。 First, the arrangement position of the fibers in the first example will be described. As shown in FIGS. 3A and 3B, the irradiation side fiber f1 and the light receiving side fiber f2 are arranged, and the irradiation side fiber f1 and the light receiving side fiber f2 are arranged. They are arranged so as to form spirals that are opposite to each other, and the entire bundle has a circular arrangement. 3A and 3B show a configuration in which the arrangement position of the irradiation side fiber f1 and the arrangement position of the light receiving side fiber f2 are reversed with each other. Only the configuration shown in FIG.
第1例では、前述したように、照射側ファイバf1及び受光側ファイバf2が、それぞれ円弧状、より具体的には螺旋状に並んで配置されている。これにより、第1例では、モニタ基板Smのうち、有効投光範囲の各部に均一な光量にて光を照射することができ、さらに、モニタ基板Smにて反射された光を均一な条件にて受光することができる。 In the first example, as described above, the irradiation side fiber f1 and the light receiving side fiber f2 are arranged in a circular arc shape, more specifically, in a spiral shape. As a result, in the first example, it is possible to irradiate each part of the effective light projection range with a uniform light amount in the monitor substrate Sm, and further, the light reflected by the monitor substrate Sm is subjected to a uniform condition. Can receive light.
また、第1例では、最大入射角度が約8.4°であり、実効入射角度が約1.5°である。ここで、最大入射角度は、光学センサ用プローブ13の先端面において、互いに最も離れた照射側ファイバf1と受光側ファイバf2との間の角度の半分に相当し、図3の(A)では、最も外側に位置する照射側ファイバf1から照射される光の光路と、バンドル中央に位置する受光側ファイバf2に向かう光の光路と、がなす角度の半分に相当する。また、実効入射角度とは、照射側ファイバf1から照射される光の光路と、同ファイバf1に隣接する受光側ファイバf2に向かう光の光路と、がなす角度の半分に相当する。
In the first example, the maximum incident angle is about 8.4 °, and the effective incident angle is about 1.5 °. Here, the maximum incident angle corresponds to half of the angle between the irradiation-side fiber f1 and the light-receiving side fiber f2 that are farthest from each other on the distal end surface of the
第1例に係るファイバの配置位置の有効性について説明すると、第1例では、図4に図示された比較例に比して、最大入射角度及び実効入射角度が小さくなる。より具体的に説明すると、比較例では、複数の照射側ファイバf1が半円状に集合し、かつ、複数の受光側ファイバf2が半円状に集合し、バンドル全体としては円状の配置となっている。 The effectiveness of the arrangement position of the fiber according to the first example will be described. In the first example, the maximum incident angle and the effective incident angle are smaller than those of the comparative example illustrated in FIG. More specifically, in the comparative example, the plurality of irradiation side fibers f1 are gathered in a semicircular shape, and the plurality of light receiving side fibers f2 are gathered in a semicircular shape. It has become.
そして、比較例では、最大入射角度が約11.1°となっており、実効入射角度が約6°となっている。ここで、比較例における最大入射角度は、最も外側に位置する照射側ファイバf1から照射される光の光路と、同ファイバf1から最も離れた受光側ファイバf2に向かう光の光路と、がなす角度の半分に相当する。また、比較例における実効入射角度は、重心位置にある照射側ファイバf1から照射される光の光路と、重心位置にある受光側ファイバf2に向かう光の光路と、がなす角度の半分に相当する。なお、重心位置とは、半円状に集合したファイバ群における重心位置のことであり、ファイバ群がなす半円の径をrとした際に、同半円の中心に対する重心の相対位置は、(0,2r/π)という座標で表すことができる。 In the comparative example, the maximum incident angle is about 11.1 °, and the effective incident angle is about 6 °. Here, the maximum incident angle in the comparative example is an angle formed by the optical path of the light irradiated from the irradiation side fiber f1 located on the outermost side and the optical path of the light toward the light receiving side fiber f2 farthest from the fiber f1. Equivalent to half of Further, the effective incident angle in the comparative example corresponds to half of the angle formed by the optical path of the light emitted from the irradiation side fiber f1 at the center of gravity and the optical path of the light toward the light receiving side fiber f2 at the center of gravity. . The center-of-gravity position is the center-of-gravity position of the fiber group assembled in a semicircular shape. When the diameter of the semicircle formed by the fiber group is r, the relative position of the center of gravity with respect to the center of the semicircle is It can be represented by the coordinates (0, 2r / π).
以上のように第1例では、比較例に比して、最大入射角度及び実効入射角度が小さくなる。これは、第1例では、比較例に対して、照射側ファイバf1及び受光側ファイバf2の各々の散らばり度合いが大きく、照射側ファイバf1のうち、受光側ファイバf2に隣接するものの割合、及び、受光側ファイバf2のうち、照射側ファイバf1に隣接するものの割合がより高くなるからである。これにより、第1例では比較例に対して有効投光範囲が小さく、光学膜厚の測定誤差についても小さくなる。 As described above, in the first example, the maximum incident angle and the effective incident angle are smaller than in the comparative example. In the first example, the degree of dispersion of each of the irradiation side fiber f1 and the light receiving side fiber f2 is larger than that of the comparative example, and the proportion of the irradiation side fiber f1 adjacent to the light receiving side fiber f2, and This is because the proportion of the light receiving side fiber f2 adjacent to the irradiation side fiber f1 becomes higher. Thereby, in the first example, the effective light projection range is smaller than in the comparative example, and the measurement error of the optical film thickness is also reduced.
また、第1例では比較例に比して、動作距離WDが0〜7mmの範囲における相対反射光量(入射光の光量に対する反射光の光量の割合)がより大きくなる。したがって、動作距離WDが0〜7mmである範囲にある場合、第1例では比較例に比してより高光量にて反射光を受光することが可能である。これにより、分光器14における分光分析の精度が向上し、結果として、光学膜厚の測定精度が向上することになる。
Further, in the first example, the relative reflected light amount (ratio of the amount of reflected light to the amount of incident light) in the range where the operating distance WD is 0 to 7 mm is larger than that of the comparative example. Therefore, when the operating distance WD is in the range of 0 to 7 mm, the first example can receive the reflected light with a higher amount of light than the comparative example. Thereby, the accuracy of the spectroscopic analysis in the
次に、第2例におけるファイバの配置位置について説明すると、図5の(A)及び(B)に示すように、照射側ファイバf1及び受光側ファイバf2が、それぞれ円環状に並び、各ファイバf1,f2がなす円環が同心円状に交互に配置されている。なお、図5の(A)と(B)は、照射側ファイバf1の配置位置と受光側ファイバf2の配置位置とを互いに反転させた構成を示しており、以下では、図5の(A)に図示された構成のみを説明する。 Next, the arrangement position of the fibers in the second example will be described. As shown in FIGS. 5A and 5B, the irradiation side fibers f1 and the light receiving side fibers f2 are arranged in an annular shape, and each fiber f1. , F2 are alternately arranged concentrically. 5A and 5B show a configuration in which the arrangement position of the irradiation side fiber f1 and the arrangement position of the light receiving side fiber f2 are reversed with each other. Hereinafter, FIG. Only the configuration shown in FIG.
第2例では、前述したように、照射側ファイバf1及び受光側ファイバf2が、それぞれ円環状に並んで配置されており、これにより、モニタ基板Smのうち、有効投光範囲の各部に均一な光量にて光を照射することができ、さらに、モニタ基板Smにて反射された光を均一な条件にて受光することができる。 In the second example, as described above, the irradiation-side fiber f1 and the light-receiving side fiber f2 are arranged in an annular shape, and thereby, uniform in each part of the effective light projection range of the monitor substrate Sm. Light can be irradiated with the amount of light, and the light reflected by the monitor substrate Sm can be received under uniform conditions.
また、第2例では、最大入射角度が約4.2°であり、実効入射角度が約1.5°である。さらに、図6に示すように、第2例ではでは比較例に比して動作距離WDが0〜7mmの範囲における相対反射光量がより大きくなっている。このため、動作距離WDが0〜7mmである範囲にある場合、第2例では比較例に比してより高光量にて反射光を受光することが可能となり、結果として、分光器14における分光分析の精度が向上し、光学膜厚の測定精度が向上することになる。 In the second example, the maximum incident angle is about 4.2 °, and the effective incident angle is about 1.5 °. Furthermore, as shown in FIG. 6, in the second example, the amount of relative reflected light in the range where the operating distance WD is 0 to 7 mm is larger than that in the comparative example. For this reason, when the operating distance WD is in the range of 0 to 7 mm, the second example can receive reflected light with a higher amount of light compared to the comparative example. The accuracy of analysis is improved, and the measurement accuracy of the optical film thickness is improved.
なお、各ファイバを円環状に配置する他のバリエーションとしては、図7の(A)及び(B)に示すように、照射側ファイバf1がなす円環のうち、最も外側に位置する円環において約90°間隔で、照射側ファイバf1が受光側ファイバf2に置換された構成も考えられる。このような配置とすることで、第2例では、第1例に比して、バンドル中のファイバ数のうち、受光側ファイバf2が占める割合と照射側ファイバf1が占める割合との差がより小さくなる。つまり、プローブの機能上、照射側ファイバf1の数と受光側ファイバf2の数とが近付いている方が望ましく、かかる理由から、図7の(A)や(B)のようなファイバ配置を採用することとしてもよい。 In addition, as another variation which arrange | positions each fiber in an annular | circular shape, as shown to (A) and (B) of FIG. 7, in the annular ring located in the outermost side among the annular rings which the irradiation side fiber f1 makes. A configuration in which the irradiation side fiber f1 is replaced with the light receiving side fiber f2 at an interval of about 90 ° is also conceivable. By adopting such an arrangement, in the second example, the difference between the proportion occupied by the light receiving side fiber f2 and the proportion occupied by the irradiation side fiber f1 in the number of fibers in the bundle is larger than in the first example. Get smaller. That is, it is desirable that the number of the irradiation side fibers f1 and the number of the light receiving side fibers f2 are close to each other for the function of the probe. For this reason, the fiber arrangement as shown in FIGS. 7A and 7B is adopted. It is good to do.
次に、第3例におけるファイバの配置位置について説明する。第3例では、照射側ファイバf1及び受光側ファイバf2のそれぞれが円弧状または円環状に並んでおらず、かかる点において上述の第1例及び第2例と異なる。具体的に説明すると、第3例では、図8の(A)及び(B)に示ように、略V字状に並んだ照射側ファイバf1が、バンドルの外周に沿って一定間隔毎に5カ所配置され、かつ、その隙間及びバンドル中央を埋めるように受光側ファイバf2が配置されて、バンドル全体としては円状の配置となっている。そして、第3例では、最大入射角度が約8.4°であり、実効入射角度が約1.5°である。したがって、第3例においても、比較例に比して最大入射角度及び実効入射角度が小さくなり、有効投光範囲についても小さくなる。なお、図8の(A)と(B)は、照射側ファイバf1の配置位置と受光側ファイバf2の配置位置とを互いに反転させた構成を示している。 Next, the fiber arrangement position in the third example will be described. In the third example, each of the irradiation side fiber f1 and the light receiving side fiber f2 is not arranged in an arc shape or an annular shape, and is different from the first example and the second example described above in this respect. Specifically, in the third example, as shown in FIGS. 8A and 8B, the irradiation side fibers f1 arranged in a substantially V-shape are 5 at regular intervals along the outer periphery of the bundle. The light receiving side fibers f2 are arranged so as to fill the gaps and the center of the bundle, and the whole bundle has a circular arrangement. In the third example, the maximum incident angle is about 8.4 °, and the effective incident angle is about 1.5 °. Therefore, also in the third example, the maximum incident angle and the effective incident angle are reduced as compared with the comparative example, and the effective light projection range is also reduced. 8A and 8B show a configuration in which the arrangement position of the irradiation side fiber f1 and the arrangement position of the light receiving side fiber f2 are reversed with respect to each other.
以上までに本実施形態に係る膜厚測定装置及び成膜装置について説明してきたが、本実施形態は、本発明の理解を容易にするための一例に過ぎず、上述した部材、配置等は、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、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、薄膜測定装置を構成する各機器のサイズや寸法、形状、材質として上述した内容については、本発明の効果を発揮させるための一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。 Although the film thickness measuring apparatus and the film forming apparatus according to the present embodiment have been described above, the present embodiment is only an example for facilitating the understanding of the present invention, and the above-described members, arrangements, and the like are as follows. The present invention is not limited, and various modifications and improvements can be made in accordance with the spirit of the present invention, and the present invention includes the equivalents. For example, the contents described above as the size, dimension, shape, and material of each device constituting the thin film measuring apparatus are merely examples for demonstrating the effects of the present invention, and do not limit the present invention.
また、上記の実施形態では、成膜装置の一例として、真空蒸着法により成膜する真空蒸着装置100について説明したが、イオンプレーティング法により成膜する成膜装置、イオンビーム蒸着法により成膜する成膜装置に対しても、本発明は適用可能である。また、本発明は、イオンをターゲットに衝突させて成膜するスパッタ法を採用する成膜装置にも適用可能である。
In the above-described embodiment, the
また、上記の実施形態では、反射光の受光効率を高める目的から、光学センサ用プローブ13の先端面とモニタ基板Smの成膜面との間の距離、すなわち、動作距離WDをバンドルファイバ径の2倍以上とすることとした。ただし、これに限定されるものではなく、光学センサ用プローブ13の先端面とモニタ基板Smの成膜面との間の距離がバンドルファイバ径の2倍未満であることとしてもよい。
In the above-described embodiment, for the purpose of improving the light receiving efficiency of the reflected light, the distance between the tip surface of the
また、上記の実施形態では、モニタ基板Smとして円環状の基板を用いることとした。円環状の基板は、例えば、光学膜厚の測定とともに水晶膜厚計による膜厚測定を行う場合には有効である。これは、一般的に円環状のモニタ基板Smを用いる成膜装置では、装置構造上の理由から水晶膜厚計を装置中央、具体的には基板ホルダ2の中央に相当する位置に配置することができるためである。ただし、モニタ基板Smについては、円環状の基板に限定されるものではなく、他の形状の基板、例えば、円盤状の基板であることとしてもよい。
In the above embodiment, an annular substrate is used as the monitor substrate Sm. An annular substrate is effective, for example, when performing film thickness measurement with a quartz film thickness meter together with measurement of optical film thickness. In general, in a film forming apparatus using an annular monitor substrate Sm, the crystal film thickness meter is disposed at a position corresponding to the center of the apparatus, specifically the center of the
また、上記の実施形態では、実基板Sに多層膜を形成している期間中、モニタ基板Smを交換せず、モニタ基板Sm側にも多層膜を形成することとしたが、これに限定されるものでない。すなわち、多層膜中の各層の膜が形成される都度、モニタ基板Smを交換することとしてもよい。ただし、前述したように、モニタ基板間にはサイズ、表面状態及び加工精度においてバラツキがあり、各層の膜厚を測定する毎にモニタ基板Smを交換すると、上記バラツキが測定精度に影響を及ぼしてしまう。かかる点では、実基板Sに多層膜を形成している期間中、モニタ基板Smを交換しないこととする方が望ましい。 In the above embodiment, the monitor substrate Sm is not replaced during the period in which the multilayer film is formed on the actual substrate S, and the multilayer film is formed on the monitor substrate Sm side. However, the present invention is not limited to this. It is not something. That is, the monitor substrate Sm may be replaced each time a film of each layer in the multilayer film is formed. However, as described above, there are variations in size, surface condition, and processing accuracy between the monitor substrates. If the monitor substrate Sm is replaced every time the film thickness of each layer is measured, the variation affects the measurement accuracy. End up. In this respect, it is desirable not to replace the monitor substrate Sm during the period in which the multilayer film is formed on the actual substrate S.
なお、上記の実施形態では、実基板Sに多層膜を形成する成膜装置を例に挙げて説明したが、実基板Sに単層膜を形成する装置にも本発明は適用可能である。 In the above embodiment, the film forming apparatus that forms a multilayer film on the actual substrate S has been described as an example. However, the present invention can also be applied to an apparatus that forms a single layer film on the actual substrate S.
1 真空容器
2 基板ホルダ
2a 開口
3 蒸発機構
4 シャッタ
5 シャッタ制御ユニット
6 膜厚測定装置
11 投光器
12 直流安定化電源
13 光学センサ用プローブ
14 分光器
15 アンプ
16 A/D変換器
17 信号処理回路
21 光源
22 受光装置
23 フレキシブルチューブ
24A 接続コネクタ
24B 接続コネクタ
24C 中間コネクタ
25 保護筒
25a 大径部
25b 小径部
100 真空蒸着装置
f1 照射側ファイバ
f2 受光側ファイバ
PC1 第1コンピュータ
PC2 第2コンピュータ
PLC プログラマブルロジックコントローラ
S 実基板
Sm モニタ基板1
Claims (6)
前記光学膜厚を測定するために、前記照射装置から照射された後に前記被測定用基板にて反射された光を、光ファイバからなる受光側ファイバを通じて受光する受光装置と、
複数の前記照射側ファイバと複数の前記受光側ファイバとを束ねて形成されたプローブと、を備え、
該プローブが端面として前記被測定用基板と対向する側に備える対向面には、前記照射側ファイバの端面及び前記受光側ファイバの端面がそれぞれ複数配置されており、
前記対向面において、複数配置された前記照射側ファイバの端面の各々は、いずれも少なくとも1つの前記受光側ファイバの端面と隣り合った状態で円弧状または円環状に並び、かつ、複数配置された前記受光側ファイバの端面の各々は、いずれも少なくとも1つの前記照射側ファイバの端面の各々と隣り合った状態で円弧状または円環状に並んでおり、
円弧状または円環状に並ぶ前記照射側ファイバの端面が成す列、及び、円弧状または円環状に並ぶ前記受光側ファイバの端面が成す列が、前記対向面の外周上の任意の地点から前記対向面の内側に向かって交互に少なくとも3回以上入れ替わるように配置されており、
前記プローブは、前記対向面と前記被測定用基板との間に光学部品が設けられていない状態で、前記対向面にて、前記被測定用基板のうち、前記膜が形成される側とは反対側に位置する非成膜面と対向していることを特徴とする膜厚測定装置。 In order to measure the optical film thickness of the film formed on the substrate to be measured, an irradiation apparatus that irradiates light toward the substrate to be measured through an irradiation side fiber made of an optical fiber;
In order to measure the optical film thickness, a light receiving device that receives light reflected from the substrate to be measured after being irradiated from the irradiation device through a light receiving side fiber made of an optical fiber;
A probe formed by bundling a plurality of the irradiation side fibers and a plurality of the light receiving side fibers,
A plurality of end faces of the irradiation side fiber and a plurality of end faces of the light receiving side fiber are arranged on the facing surface provided on the side facing the substrate to be measured as the end face,
In the facing surface, each of the plurality of end faces of the irradiation side fibers arranged in an arc shape or an annular shape adjacent to the end face of at least one of the light receiving side fibers is arranged in a plurality. Each of the end faces of the light receiving side fibers is arranged in an arc or an annular shape in a state adjacent to each of the end faces of at least one of the irradiation side fibers ,
A row formed by the end faces of the irradiation side fibers arranged in an arc shape or an annular shape, and a row formed by the end faces of the light receiving side fibers arranged in an arc shape or an annular shape are opposed to each other from an arbitrary point on the outer circumference of the facing surface. It is arranged so that it is alternately switched at least 3 times toward the inside of the surface,
The probe has a state in which no optical component is provided between the facing surface and the substrate to be measured, and the side of the substrate to be measured on which the film is formed on the facing surface. A film thickness measuring apparatus which is opposed to a non-film forming surface located on the opposite side .
前記対向面と前記成膜面との間の距離は、前記バンドルファイバの径の2倍以上であることを特徴とする請求項1に記載の膜厚測定装置。 The plurality of irradiation side fibers and the plurality of light receiving side fibers constituting the probe are bundle fibers whose end faces are aligned on the facing surface,
The distance between the counter surface and the deposition surface, the film thickness measurement apparatus according to claim 1, characterized in that at least twice the diameter of the bundle fiber.
前記照射装置に備えられた光源に直流電流を供給する直流安定化電源と、
前記プローブと、
前記受光装置を備え、前記受光装置が前記被測定用基板にて反射された光を受光した際の受光強度に応じたアナログ信号を出力する分光器と、
該分光器から出力される前記アナログ信号を増幅するアンプと、
該アンプにより増幅された前記アナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器と、
前記デジタル信号に基づいて前記光学膜厚を演算する電子計算機と、
前記A/D変換器と前記電子計算機との間に介在し、前記電気計算機が前記光学膜厚を演算するにあたって前記デジタル信号に対して所定の信号処理を実行するための信号処理回路と、を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の膜厚測定装置。 The irradiation device;
A direct current stabilizing power source for supplying direct current to a light source provided in the irradiation device;
The probe;
A spectroscope comprising the light receiving device, and outputting an analog signal corresponding to a light receiving intensity when the light receiving device receives light reflected by the substrate to be measured;
An amplifier for amplifying the analog signal output from the spectrometer;
An A / D converter for converting the analog signal amplified by the amplifier into a digital signal;
An electronic calculator that calculates the optical film thickness based on the digital signal;
A signal processing circuit that is interposed between the A / D converter and the electronic computer, and for performing predetermined signal processing on the digital signal when the electric computer calculates the optical film thickness; thickness measuring system according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it has.
前記蒸着材料を蒸発させるための蒸発機構と、
該蒸発機構が蒸発させた前記蒸着材料が前記基板の表面に向かう際の行路を遮断するために開閉動作する開閉部材と、
該開閉部材の開閉を制御する制御機構と、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の膜厚測定装置と、を備え、
前記基板及び前記被測定用基板の双方が前記真空容器内に収容された状態で、該双方の表面に前記蒸着材料を蒸着させるために前記蒸発機構が前記蒸着材料を蒸発させ、前記膜厚測定装置が前記被測定用基板に形成された膜の前記光学膜厚を測定し、前記制御機構が、前記膜厚測定装置による前記光学膜厚の測定結果に応じて前記開閉部材の開閉を制御することを特徴とする成膜装置。 A film forming apparatus for forming a film on the substrate by depositing a deposition material on the surface of the substrate in a vacuum container,
An evaporation mechanism for evaporating the vapor deposition material;
An opening / closing member that opens and closes to block a path when the vapor deposition material evaporated by the evaporation mechanism travels to the surface of the substrate;
A control mechanism for controlling opening and closing of the opening and closing member;
A film thickness measuring apparatus according to any one of claims 1 to 4 ,
In a state where both the substrate and the substrate to be measured are accommodated in the vacuum vessel, the evaporation mechanism evaporates the vapor deposition material to deposit the vapor deposition material on both surfaces, and the film thickness measurement The apparatus measures the optical film thickness of the film formed on the substrate to be measured, and the control mechanism controls the opening / closing of the opening / closing member according to the measurement result of the optical film thickness by the film thickness measuring apparatus. A film forming apparatus.
前記膜厚測定装置は、前記被測定用基板に形成される前記多層膜における各層の膜の前記光学膜厚を層毎に測定することを特徴とする請求項5に記載の成膜装置。 While the multilayer film is formed on the substrate, the same substrate for measurement is disposed in the vacuum vessel to form the multilayer film on the substrate for measurement.
6. The film forming apparatus according to claim 5 , wherein the film thickness measuring apparatus measures the optical film thickness of each film in the multilayer film formed on the substrate to be measured for each layer.
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