JPH01195304A

JPH01195304A - 成膜方法

Info

Publication number: JPH01195304A
Application number: JP1704888A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Hayashi; 雅之林; Yousuke Sono; 薗　容介; Saburo Suzuki; 三郎鈴木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-01-29
Filing date: 1988-01-29
Publication date: 1989-08-07
Anticipated expiration: 2010-03-08
Also published as: JPH0721406B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、斜方向から被測定部に光を入射する場合の膜
厚測定機構に関し、特に、反射光の偏光面（電気ベクト
ルの振動面）の回転を回避し、光学的ノイズを低減する
技術に関するものである。

〔従来の技術〕

上記した膜厚測定の技術として、たとえば特開昭６０−
２４２３０７号公報および特開昭６１−２５３４０７号
公報がある。

上記特開昭６０−２４２３０７号公報においては、試料
基板に光を斜方入射する投光部と、反射される反射光を
波長選択フィルターを介して検出する検出部と、検出部
と接続して上記反射光の反射率の変化量を出力する設定
部とを設置し、試料基板に形成される薄膜の膜厚を測定
し、膜厚を制御している。また、上記特開昭６１−２５
３４０７号公報にふいては、投受光部からモニタ板に垂
直に光を入射し、モニタ板からの反射光の反射率の変化
を上記投受光部によって検出して、モニタ板に形成され
る薄膜の膜厚を測定している。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、前記従来の技術である特開昭６〇−２４２３
０７号公報においては、膜厚形成の制御性においては効
果があるが、検出部（受光部）に偏光子が備えられてお
らず膜厚自体の高精度な測定について充分であるといえ
ない。また、前記特開昭６１−２５３４０７号公報にお
いては、モニタ板（被測定部）に垂直に直線偏光を入射
するため、反射光の偏光面の回転は発生しないが、成膜
装置等によって光を被測定部に垂直に入射できない場合
があることについての考慮がなされていない。また、本
発明者は、受光部に偏光子を備えることは、受光部に入
射される光のノイズを除去するうえで非常に有効である
が、発光部から被測定部に斜方向から任意の直線偏光を
入射する場合、以下のような問題が生じることを見出し
た。

すなわち、膜形成時に、被測定部に任意の直線偏光を斜
方向から入射すると、被測定部から反射される光の偏光
面が膜厚の変化によって回転してしまう。これは、形成
される膜の屈折率により、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とか
らなる上記直線偏光のうち、一方の成分は膜内を通過す
る速度が遅くなるためで、膜を通過して反射される光は
、振動面が互いに直角で位相がずれている光成分の合成
になるからである。上記のように偏光面が回転してしま
うと、すなわち、被測定部から反射される光の偏光面と
光強度とが周期的に変化してしまうと、その一部が受光
部の偏光子を通過してしまう。

このため、受光部では、測定する反射光の干渉による光
強度変化の他に偏光面の回転による光強度変化（ノイズ
）が生じてしまうという問題である。

本発明の目的は、反射光の偏光面の回転を回避し、光学
的ノイズを低減する技術を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば下記の通りである。

すなわち、Ｓ偏光又はＰ偏光のみからなる入射光の発生
手段を備えた発光部から処理空間内に載置される被測定
部に対して斜方向から入射光を入射し、被測定部から反
射される反射光を偏光子を備えた受光部によって検出す
るものである。

〔作用〕

前記した手段によれば、被測定部に入射される直線偏光
は、Ｓ偏光またはＰ偏光のどちらか一方の成分のみにな
るため、被測定部から反射される光の偏光面の回転が回
避され、偏光子を備えた受光部においては、偏光面の回
転による光強度の変化（ノイズ）が除去される。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例である膜厚測定機構を有する
成膜装置の概略断面図、第２図（ａ）はこの膜厚測定機
構における発光部を示す概略断面図、第２図（ハ）はこ
の膜厚測定機構における受光部を示す概略断面図である
。

本実施例の成膜装置は、スパッタリング族＠１であり、
薄膜磁気ヘッド等を形成する膜が形成された基板２　（
被測定部）の斜方向から光を入射する発光部３と、上記
基板２から反射される光を検出する受光Ｂ４とから基本
的に構成される膜厚測定機構を有するものである。なお
、本実施例においては、上記基板２上にアルミナ（Ａ１
２０ｓ　＞等の薄膜を形成する場合について説明する。

第１図に示すように、上記スパッタリング装置１のチャ
ンバ５内（処理空間内）上部には、Ａｆ２０３等からな
るターゲット７が設置されている。

このターゲット７は、チャンバ５外に設けられた高周波
電源６と接続され陰極となる。

上記チャンバ５内において、上記ターゲット７と所定の
間隔をあけてこれと対向する位置には、基板ホルダー９
が設置されている。この基板ホルダー９は、陽極バイア
ス部８を介して上記高周波電源６と接続され陽極となる
。上記基板ホルダー９上には、主面が鏡面研摩されたフ
ェライト等からなる基板２が載置されている。

上記チャンバ５内は、成膜時には、真空ポンプ１０によ
って所定の圧力に減圧され、その後、減圧と同時にガス
注入口１１からアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスが注入
されるような構造になっている。このような減圧下のＡ
ｒｉｒ気中で、上記電極（ターゲット７と基板ホルダー
９）に電源電圧が印加されると、発生したＡｒプラズマ
中のＡｒ正ビイオン陰極に加速衝突し、スパッタされた
Ａｊ！２０．が陽極側の基板２上に堆積し、Ａｌ２Ｏ、
の透明な薄膜が形成される構造となっている。

一方、チャンバ５の側面の上部には、第１図で示すよう
に各々対向する位置、左右２箇所で、−部突出しており
、この突出した部分はそれぞれ開口形成がなされている
。

上記各々の突出された端面には、石英等の透明なＩＩＩ
からなるビューイングポート１２ａ、１２ｂが図示しな
い固定部材によって固定されてふり、チャンバ５内を密
閉しているものである。

本実施例においては上記ビューイングポート１２ａ、１
２ｂに、上記基板２への入射光および基板２からの反射
光の光路がチャンバ５内部でさえぎられないように、そ
れぞれ発光部３と受光部４とが配置されている。

ここで、第１図および第２図（ａ）、（６）を用いて本
実施例の膜厚測定機構を更に詳しく説明する。

発光部３は、基板２に入射される直線偏光（光波の振動
方向が一方向の光）の入射角が低い状態に設定されいる
。これは、薄膜形成時に伴う光の干渉による隣りあう最
強光強度の間隔ｄが、ｄ＝λ／２ｆ電−−３ｉｎ”９（ただし、λは基板２への入射光の波長、ｎは膜の屈折
率、θは入射光の入射角を示す。）で表され、また、膜
表面での反射強度が強まることによる信号成分の増加に
よって膜厚の測定精度を高めるためである。

そして、第２図（ａ）に示すように、発光部３を形成す
る容器１３の内部には、たとえばＨｅ−Ｎｅガスレーザ
ー等のレーザー発振管１４（レーザー発振Ｒ）が設置さ
れている。また、第２図に示すように、上記レーザー発
振管１４の一端面と容器１３内の右側側面との間には、
レーザー光を所定の方向へ反射させるミラー１５が左傾
斜して設置されており、この傾斜角度は、角度調整ビン
１６によって調整可能なように構成されている。

さらに、第２図（ａ）に示すように、容器１３の主面上
の端部近傍は一部開口されており、その開口内には、基
板２に入射される光をＳ偏光（あるいはＰ偏光）のみに
する−手段として、方解石（ＣａＣＯ３）等からなる偏
光子１７が嵌入されている。この偏光子１７は、偏光度
が大きく透過率の高いものが良く、入射される直線偏光
の内、偏光子１７の偏光軸に平行な振動の光のみ通過さ
せる構造のものである。

次に、第２図（ｂ）に示すように受光部４には、膜が形
成されている基板２から反射される光が受光部４に入射
される順に、干渉フィルター１８、方解石等からなる偏
光子１９、硫化カドミウム（Ｃｄｓ）等の半導体からな
る受光素子２０が設置されている。

干渉フィルター１８は、たとえばガラス板上に非金属の
多層膜や金属膜と非金属薄膜とを重合わせてなり、散乱
光等のノイズ光を除去するため通過可能な光の波長が狭
帯域なものが良い。

上記偏光子１９は、上記発光部３における偏光子１７と
同じ（Ｓ偏光（あるいはＰ偏光）のみを通すような構造
のものであり、偏光度が大きく透過率の高いものが良い
。

また、受光素子２０は、電気導線２１を介して第１図に
示すように上記制御部２２に接続され、基板２から反射
されてきた光を受光し、検出した膜厚の情報を該制御部
２２に送出するように構成されている。

上記制御部２２では、上記情報とあらかじめ記憶してお
いた情報との比較等の処理を行い所望の膜厚になると、
たとえば図示しないシャッター等を動作させ膜形成を停
止させるように構成されている。

次に、発光部３と受光部４とに設置された偏光子１７．
１９を、°たとえばＳ偏光のみが通過する構造のものと
して、本実施例の作用を説明する。

膜形成時に、発光部３内のレーザー発振管１４から照射
された任意の直線偏光は、ミラー１５で反射され、偏光
子１７を通過し、Ｓ偏光のみになり基板２に入射される
。ここで、基板２の膜を通過する光はＳ偏光のみなので
、膜を通過して基板２から反射される光は、振動面が互
いに直角で位相のずれた光成分の合成光にはならないた
め、偏光面の回転が除去され受光部４に入射される。

一方、受光部４には、基板２からの反射光（Ｓ偏光）の
他に散乱光等の種々のノイズ光が入射されるが、まず、
干渉フィルター１８により種々のノイズ光が低減され偏
光子１９に入射される。次に、偏光子１９を通過できる
のはＳ偏光成分の光のみであるため、大幅に散乱光等の
ノイズ光が除去され、基板２から反射されたＳ偏光が有
効に受光素子２０に入射される。さらに、本実施例の場
合、上記したように、基板２からの反射光の偏光面が回
転しないため、偏光子１９による発光強度変化（ノイズ
）のない光が受光素子２０に入射される。

受光素子２０は、入射された光を電気信号に変換し、電
気導線２１を介して制御部２２に伝送する。制御部２２
では、この信号に基づき所望する膜厚が基板２上に形成
されると膜形成を終了させる。

以上、本実施例においては以下のような効果が得られる
。

（１）１発光部３から基板２に入射される光は、Ｓある
いはＰ偏光のみなので、膜が形成されている基板２から
の反射光の偏光面は回転せず、受光部４では、偏光面の
回転による光強度変化（ノイズ）を除去することができ
る。

（２）、上記（１）および受光部４の受光素子２０に入
射される光は、干渉フィルター１８でノイズ光が除去さ
れ、さらに偏光子１９でノイズ光が除去されることによ
り、膜厚の測定精度が非常に高精度になる。

（３）、上記（１）および（２）により、上記制御部２
２にあらかじめ記憶される膜の情報および制御動作のプ
ログラムは、たとえば偏光面の回転による発光強度変化
等の要素を計算して作成する必要がなくなるため、制御
処理の簡素化を図ることができる。

（４）０発光部３内の光路の最終段に偏光子１７が調整
し設置されているため、−度この調整が完了すれば、そ
の後たとえば光源の交換や光路の調整がなされても、基
板２への入射光の偏光面の調整は不要となり、膜厚測定
機構をスパッタリング装置１へ装着することが簡単にな
る。

（５）、上記（１）、〜（４）により、信頼性の高い、
膜厚を高精度に測定可能な膜厚測定機構を有した成膜装
置が提供される。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。たとえば、本実施例に
ふいては、被測定部への入射光をＳ偏光（あるいはＰ偏
光）にするために、偏光子を利用しているが、発光部（
レーザー）の設置角度を調節して、被測定部に入射され
る光をＳ偏光（あるいはＰ偏光）のみの直線偏光にする
ようにしてもよい。

また、たとえば、上記レーザとしてＨｅ−Ｎｅガスレー
ザを使用しているが、これに限定されるものではない。

また、偏光子として方解石を利用しているが、これに限
定されるものではなく、たとえば、高分子性の偏光フィ
ルム等の人工の偏光子でもよい。

また、スパッタリング装置も高周波形のものに限定する
ものではない。

また、たとえばターゲット材料として、アルミナを使用
しているが、これに限定されるものではなく、たとえば
、二酸化ケイ素等、透明な膜を形成する材料であればよ
い。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
の利用分野である成膜技術であるスパッタリング装置に
適用した場合について説明したが、これに限定されるも
のではなく、たとえば、ＣｖＤ装置等、被測定部に垂直
な方向から光を入射することができないデバイス製造装
置に特に適用できる。

また、本実施例においては、基板に膜を堆積する場合の
膜厚測定について説明したが、エツチング装置等の膜厚
を減らす場合における膜厚測定においても適用できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりであ
る。

すなわち、Ｓ偏光又はＰ偏光のみからなる入射光の発生
手段を備えた発光部から処理空間内に載置される被測定
部に対して斜方向から入射光を入射し、被測定部から反
射される反射光を偏光子を備えた受光部によって検出す
るようにすることにより、被測定部からの反射光の偏光
面の回転が回避される。これにより、偏光子を備えた受
光部において、上記偏光面の回転による発光強度の変化
が除去され、受光部の偏光子による光学的ノイズ低減の
精度が非常に良くなる。したがって、被測定部上に形成
される膜厚が非常に高い精度で測定可能となり、被測定
部上には、所望する膜厚を非常に優れた精度で形成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である膜厚測定機構を有する
成膜装置の概略断面図、第２図（ａ）はこの膜厚測定機構の発光部の概略断面図
、第２図ら）はこの膜厚測定機構の受光部の概略断面図で
ある。１・・・スパッダリング装置（成膜装置）、２・・・基
板（被測定部）、３・・・発光部、４・・・受光部、５
・・・チャンバ、６・・・高周波電源、７・・・ターゲ
ット、８・・・陽極バイアス部１．９・・・基板ホルダ
ー、１０・・・真空ポンプ、１１・・・ガス注入口、１
２８．１２ｔ）・・・ビニーイングポート、１３・・・
容器、１４・・・レーザー発振管、１５・・・ミラー、
１６・・・角度調整ピン、１７・・・偏光子、１８・・
・干渉フィルター、１９・・・偏光子、２０・・・受光
素子、２１・・・電気導線、２２・・・制御部。

Claims

【特許請求の範囲】１、処理空間内に載置される被測定部に対して斜方向に
配置されＳ偏光又はＰ偏光のみからなる入射光の発生手
段を備えた発光部と、前記被測定部を基準として前記発
光部と対向位置に設けられ、前記入射光の被測定部にお
ける反射光を受光するとともに前記反射光の干渉による
光強度変化を検出する受光部と、前記受光部に設けられ
た偏光子とで構成される膜厚測定機構を有する成膜装置
。２、前記発光部における入射光の発生手段が、レーザ発
振源により発生された直線偏光をＳ偏光又はＰ偏光に変
換する偏光子であることを特徴とする請求項１記載の成
膜装置。３、前記処理空間における処理が前記被測定部の表面に
所定の薄膜を形成するスパッタリング処理であることを
特徴とする請求項１記載の成膜装置。