JPH0318121B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特許請求の範囲第１項の上位概念に
記載の基板へ被着物を被着する方法および特許請
求の範囲第３項の上位概念に記載の測項装置に関
する。

この形式の対象物は殊に、ドイツ連邦共和国特
許公開第2627753号公報によつて公知である。こ
れまで公知の方法では測定乃至評価は、装置の光
学的および／または電気的な側において、所謂基
準光線における連続的または断続的な比較に基づ
いて行なわれた。例えば測定光線の一部が、部分
透過性の鏡によつて分割されかつ特別な基準光受
信器に供給される。このようにして測定光源の輝
度変動が大幅に補償された（ドイツ連邦共和国特
許公開第2627753号公報）。しかしこの場合２つの
光受信器の特性において異なつた特性曲線乃至異
なつた動作点が生じることによる影響が残る。

更に、分割された基準光線を、複数回転向させ
かつ鏡系に反射させた後、本来の測定光線と同じ
光受信器に供給することが公知である。これは、
チヨツパ操作に基づいて交互に行なわれるので、
光受信器の出力側において相応に読出して評価回
路によつて、このように形成される、別個のパル
ス列を所望の補償効果を考慮して評価することが
できる。その際２つのパルス列に対して同じ増幅
器を使用して、２つの別個の増幅器だと異なつた
増幅特性乃至特性曲線を有するという欠点を排除
することも公知である。

しかしこれまで公知のすべての方法は、所謂相
対測定結果、即ち所定の基準値との比較において
のみ表わすことができる結果しか出せない点で共
通している。例えば測定対象物の反射および／ま
た透過のスペクトル分布が検出されると、理想の
特性が仮想されているパターンとの比較によりの
み、測定対象物のパターンとのずれに関する基
準、即ちパターンに対する相対的な差異が形成さ
れる。

操作者にとつて比較対象物（パターン）なしに
は検出し得ないことだが、スペクトル内の個別測
定により絶対測定値を得ることが出来たとして
も、このことは測定光の別の波長における測定乃
至選択された所定のスペクトル範囲を越えた測定
に対しては必ずしも当嵌らない。このことの理由
は、一方においては最初多色の測定光の個々の波
長において強度分布が種々異なることであり、か
つ他方においてこの測定目的のためにこれまで使
用された増幅器の特性曲線の直線性が不十分であ
ることにもある。

従つて本発明の課題は、任意の層厚に被着され
た対象物の反射特性に対する絶対値の測定および
指示が可能であり、しかも例えば対象物のスペク
トル特性を絶対値を有する曲線の形式において表
示できるように、使用の測定光の個々の波長に対
しても−選択的に−所定のスペクトルに対しても
可能であるようにした、冒頭に述べた形式の方法
および装置を提供することである。

この課題は、冒頭に述べた形式の方法において
本発明により、特許請求の範囲第１項の特徴部分
に記載の構成および冒頭に述べた形式の装置にお
いて特許請求の範囲第３項の特徴部分に記載の構
成によつて解決される。

この場合、増幅度Ｇに対する特性曲線の直線性
が極めて重要であり、その際特性曲線は最高２
％、有利には１％の偏差で少なくとも10²にわた
つてリニヤでなければならない。この種の増幅器
は、例えば短絡作動において動作するシリコン−
ホトセルおよび水晶で安定化されたロツク−イン
−増幅器の使用によつて形成することができる。

この形式の増幅装置によつて、１％（絶対パー
セント）より小さな誤差しか有しない10⁴にわた
る測光装置の直線性を可能にすることができる。
この形式の増幅器の使用は決してありきたりでな
く、特に従来適用されてきた相対測定方法におい
てはこの形式の強い必要性は存在せず、認識され
てもいなかつた。

増幅器の選択は、相互に著しい、即ち可能な最
大の間隔を有する第１の比較値I_Lおよび第２の比
較値I_Oの形成と因果関係がある。所謂比較値は、
受光信器に当たる測定光線部分の強度値であり、
その際この部分は、後で更に説明するように、０
％と100％の間を変動する。

上記の比較値は、測定過程、即ち装置の目盛較
正に対して重要である。装置は２点一目盛較正に
よつて調整される。その際透過測定の場合、I_Lに
対する第１の目盛較正点を検出するために、光路
に検査ガラスが配置されない。即ち測定光線は減
衰されず、そのエネルギーは光受信器においてI_L
＝100％であるか、或いは光路に被着されていな
い検査ガラスが挿入される。使用の検査ガラスの
周知の屈折率によつて、所定の透過率、例えば屈
折率ｎ＝1.5に対してI_L＝92％が生じる。反射測
定においては被着されていない検査ガラスが使用
されるが、光が散乱されるように粗面化された裏
面を有する。

従つて１表面における反射のみを考慮すればよ
い。検査ガラスの周知の屈折率からこの場合も反
射率が計算され、例えばｎ＝1.5の屈折率におい
て4.2％である。

第２の比較値I_Oは同様、光受信器に到来する強
度に関するものだが、その際強度は極めて低くか
つ最も有利な場合には０である。第２の比較値I_O
を得るために、透過測定においては増幅器入力側
がアースに接続されるかまたは所謂完全遮光板が
光路に挿入される。これに対して反射測定におい
て、測定光線中に完全遮光板を挿入することだけ
が問題になる。“完全遮光板”とは、光を透過せ
ずおよび／または反射する不透明体である。最も
簡単な場合には、艶消しの表面を有する移動可能
に支承された黒板である。反射の残りをすべて抑
圧するために、黒板は有利には更に、少なくとも
１つの表面が光路に対して角度をなして延在する
ように楔形に形成される。

上述の説明から、比較値I_LおよびI_Oが相互に著
しい間隔を有することになる。この間隔は更に、
被着されていない検査ガラスに関連付けられた、
増幅器の増幅度Ｇを、第１の比較値I_Lが実質的に
最大になるまで高める（G_L）ことによつて拡大
されかつ測定値が出来るだけ正確な指示が行なわ
れるように評価される。このことは、増幅器が飽
和領域に達することなく、第１の比較値I_Lを出来
るだけ大きくしたいことを意味する。

本発明は、２つの点によつて直線が確定される
という考えに基づいている。第１の比較値と第２
の比較値との間隔に基づいて必要な直線性が、上
記の特性を有する増幅器を用いさえすれば得られ
る。

所属の波長に従つて、場合によつては波長にも
依存して、値G_L、I_LおよびI_Oを曲線表示として記
憶することによつて、当該の値は如何なる場合も
計算ユニツトによつて読出されかつマイクロプロ
セツサの計算操作によつて、被着されたまたは被
直過程にある対象物の測定値I_nと数学的に関係付
けられる。装置の目盛較正については既に説明し
たが、次に最終的な測定値の形成に関して詳述す
る。目盛較正後−波長−に依存して−I_Lに対する
値（その都度の可能な最大値）およびI_Oに対する
値が、被着されていない検査ガラスに対する増幅
度G_Lに対する値同様に記憶されている。増幅度
は自明のことながらスペクトル全体にわたつて一
定でない。増幅度はむしろ、測定光源の可視光線
のスペクトル領域の中央において丁度最小値を有
する。というのは、即ち測定光源スペクトル強度
がこの個所において最大値を有するからである。
さて評価回路の計算ユニツトによつて自動的に行
われることだが、第１の比較値I_Lが最大の可能値
にセツトされると、実質的にI_Lに対する不変の値
が生じるが、G_Lに対しては生じない。このこと
は更に後に、ダイヤグラムに基づいて詳細に説明
する。

さて、G_Lに対して記憶されていた値が計算ユ
ニツトによつて読出され、かつ次の式に基づいて
リニヤな領域において変化する増幅度Ｇが形成さ
れる。即ち Ｇ＝G_L・R_L 引続いて測定値I_nとその都度の増幅度Ｇとから
成る積がその都度の波長に対応させて形成され
る。（Ｉ） I_LおよびI_Oに対して記憶されている値並びにＩ
に対する値が計算ユニツトによつて読出される。

その際 絶対反射値Ｒに対して Ｒ＝Ｉ−I_O・R_L／I_L−I_O （０と１との間のデイメンシヨンのない数字とし
て） この場合、 Ｉ＝光受信器において測定された値I_nを増幅度Ｇ
によつて乗算した、被着された対象物の測定
値、 R_L＝周知の屈折率から計算される、被着されて
いない検査ガラスで生じ得る反射値、 この場合画像スクリーンを用いてグラフイツク
の形式でまたはプリンタまたはデジタル指示装置
を用いて数値として表示することができる絶対反
対置Ｒである。当該の値および曲線は−それ自体
で既に−当該の対象物の光学特性を完全に表示し
ておりかつパターンとの比較測定を必要としな
い。

このことは、−既述のように−増幅器の使用に
よつて、光受信器の出力側における信号および増
幅度が、10の何乗かにわたつて直線的な関係にあ
るようにしたときにのみ可能である。本発明によ
つて、反射測定に対して１％以上の、測定結果の
非常に高い精度が得られる。

光受信器において測定される、増幅度によつて
乗算された被着されている対象物の測定値Ｉを同
様メモリに記憶することは必ずしも必要でない。
装置の目盛較正後直ちに、測定値Ｉを上記の計算
操作によつて変換しかつ指示することができる。
しかし測定値Ｉ同様メモリに記憶し、種々異なつ
た計算操作に対してまたは後の時点においても読
出することができるようにすると特に有利であ
る。

本発明の別の有利な実施例および殊に測光装置
の有利な個々の実施例は、特許請求の範囲の実施
態様項から明らかである。

次に本発明を図示の実施例を用いて詳細に説明
する。

第１図には、真空蒸着装置または陰極スパツタ
リング装置として構成することができる真空−被
着装置１が図示されている。被着材料の発生源
（蒸発器またはスパツタリング陰極）は、図示さ
れていない。つまりこれらは公知である。真空−
被着装置に、真空室２が所属する。真空室は、透
光性の窓３および４を備えている。真空室２に
は、最初まだ被着されていない検査ガラス５が配
置されている。測定対象物と見做される検査ガラ
スは、真空室２において同時にまたは順次に被着
することができる複数の対象物を代表して図示さ
れている。層に対する支持体は基板とも称され、
かつ測定を基板で行なうことも、特別な検査ガラ
スで行なうこともできる。被着方法は実際には大
抵検査ガラスを用いて監視されるので、この場合
は検査ガラスと関連付けて説明する。通例は検査
ガラスの領域に設けられる基板保持体も、図示さ
れていない。

真空室２の外側に、光源６が配置されており、
光源から測定光線７の束が窓３および４の方向に
おいて延びている。測定光線７は、光路８を規定
する。光路８にはまず45°の角度において一方の
側が透明な鏡９が配置されている。光路８にはそ
の他に集束レンズ１０が設けられている。この場
合、反射測定に対して窓３が、そこから出る反射
光が光路８に反射することがないように斜めに組
込まれていることが重要である。

窓３の後方において測定光線７は検査ガラス５
に当たり、その際（最初）測定光の極めて僅かな
部分が反射測定光線７ａとして部分透光性の鏡９
まで反射される。この場合は反射測定である。こ
のために検査ガラス５は平らな前面５ａを有する
が、前面５ａで反射された光のみが鏡９に戻るよ
うに、粗面化された面、即ち散乱する裏面５ｂを
有する。

鏡９において、残つている測定光線７ａが90°
の角度で反射されかつそれから調節可能なモノク
ロメータ１１に当たる。モノクロメータ１１を介
して、モノクロメータにおいてセツトされている
波長を有する測定光線部分のみが、光受信器１２
の方向において透過される。この場合はシリコン
光受信器であり、その出力側は図示されていない
評価回路を介して指示装置１３に接続されてい
る。

図示の装置においては、測定光線７が検査ガラ
ス５に絶対的に垂直に当たることが重要である。
というのは垂直からずれる度に、反射特性に関し
て制御できない状態を来たすからである。

光源６から見て窓４の後方に、モノクロメータ
１１と同じ機能を有する別のモノクロメータ１４
が配置されている。モノクロメータとして、干渉
フイルタ、干渉グラデユエライドフイルタまたは
格子モノクロメータが使用される。干渉グラデユ
エライドフイルタ並びに格子モノクロメータの透
過波長は、ステツプモータを用いて変えることが
できるが、簡単にするためステツプモータはここ
では図示されていない。

検査ガラス５の後方に残る測定光線は、破線７
ｂによつて図示されている。この場合は所謂透過
測定である。即ち検査ガラス５を透過した、測定
光部分は、モノクロメータを介して所定の波長線
の光として光受信器１５に達する。この光受信器
は、光受信器１２と同じ特性を有する。この光受
信器の出力側は、同じく図示されていない評価回
路を介して指示装置に接続されている。

検査ガラス５は透過測定に対しては、２つの平
坦な、即ち平滑な表面を有する。検査ガラスは、
冒頭に述べた実施例によれば、透過測定において
目盛較正の間取除くこともでき、その結果数パー
セントだけ大きな光成分が光受信器１５に達す
る。

第１図には更に、２つの完全遮光板１７ａおよ
び１７ｂが図示されている。しかし測定のために
はその都度これらのうち一方のみが必要である。
誤測定を回避するために、斜めに組込まれた窓３
を使用する場合にはこの完全遮光板は完全遮光板
１７ａとして、即ちレンズ１０と窓３との間に挿
入されなければならないか或いは完全遮光板は完
全遮光板１７ｂとして検査ガラス５の直前に、即
ち窓４と検査ガラス５との間に配置されなければ
ならない。完全遮光板は上記の位置において必要
である。というのは反射は検査ガラス乃至測定対
象物においてのみ行なわれるのではなく、斜めに
使用することができないレンズでも行なわれるか
らである。

第２の比較値I_Oの測定の際２つの完全遮光板１
７ａまたは１７ｂのうち一方が、図示の矢印の方
向において光路８に挿入され、その結果測定光線
の大部分の吸収が行なわれる。既述のように完全
遮光板は有利には、光の吸収を最大に行なう楔形
の艶消し黒板からなる。

第２図において、第１図と同じ部分には同じ番
号が付けられている。２つの光受信器１２および
１５の出力側は、切換スイツチ１８に接続されて
いる。図示の切換位置においては反射測定が行な
われ、別の位置への切換後光受信器１５を用いた
透過測定を実施することができる。切換スイツチ
１８から線１９が制御可能な増幅器２０に導かれ
ている。この増幅器は、上記の特性を有する。所
定の増幅度G_Lを設定するために、増幅器２０に
線２１を介して発生器２２が前置接続されてい
る。発生器の出力側は線２３を介して増幅度G_L
を記憶するためにメモリ２４に接続されている。
その際増幅度は被着されていない検査ガラスにお
いて（または検査ガラスが設けられていない際
に）既述したように第１の比較値I_Lを最大化した
ときに求められたものである。

増幅器２０の出力側から線２５が切換スイツチ
２６に通じている。切換スイツチの出力側は線２
７，２８および２９を介してメモリ３０，３１お
よび３２に接続されている。メモリ３０は、最大
可能な増幅において増幅器が飽和領域に陥入るこ
となしに求められた第１の比較値I_Lに対する記憶
のために用いられる。メモリ３１は、完全遮光板
を用いて得られかつ第１の比較値I_Lと同じ増幅度
G_Lによつて増幅された第２の比較値I_Oを記憶する
ために用いられる。メモリ３２は、被着された対
象物が光受信器において測定された値I_nに増幅度
Ｇが乗算された本来の測定値Ｉを記憶するために
用いられる。

全部のメモリ２４，３０，３１および３２は、
相応の線を介して評価回路３３に接続されてい
る。評価回路には、既述の計算を行なう計算ユニ
ツトが図示されてはいないが設けられている。

評価回路３３から、制御線３４が２つのモノク
ロメータ１１および１４に、これらが所定の波長
に設定されるかまたは所定の波長スペクトルをカ
バーするために制御されるように、導かれてい
る。帰還路３５が、増幅度用の発生器２２に導か
れている。このようにして、評価回路３３によつ
て増幅度がまさに第１の比較値I_Lが増幅器２０が
飽和領域に移行する前に許容値に達する程度に高
く選択されるようにできる。

評価回路３３は、線３６を介して指示装置１３
に接続されている。指示装置は画像スクリーンと
して図示されているが、例えば所定の波長におい
て唯一の測定値のみを指示することが重要である
ときは、座標−記録装置、プリンタまたはデジタ
ル指示装置を代わりに使用することもできる。

第３図では、横座標が波長を示し、一方縦座標
には第１の比較値および第２の比較値並びに増幅
度G_Lが経過に応じて図示されている。測定原理
のみを明らかにすればよいので、測定単位は省略
されている。第１の比較値I_Lに対する曲線３６
は、相応の増幅による保持により殆んど水平方向
に延びていることがわかる。大体類似の経過を、
第２の比較値I_Oに対する曲線３７も有する。これ
に対して全く別の経過を有するのはI_Lに対する可
能な最大値を得るために設定されなければならな
い必要な増幅度を表わす、増幅度G_Lに対する曲
線３８である。この曲線は、顕著な最小値を有す
る。

第４図において横座標はここでも波長を表わ
し、一方縦座標は、被着されている検査ガラスに
おいて側光装置出力側で測定される測定値Ｉの経
過並びに絶対透過Ｔ乃至反射値Ｒを示す。曲線３
９は、反射乃至透過のスペクトル依存性を表わす
測定値Ｉのスペクトル経過を示すが、その際被着
方法の結果の基本的な判断のみを可能にする相対
値でしかない。しかし既述の計算プロセスに基づ
いて曲線４０として、透過乃至反射値Ｔ，Ｒのス
ペクトル依存度が絶対値として示される。曲線４
０は曲線３９に類似しているが、変化する増幅度
（第３図の曲線３８）に基づいて相応に校正され
ており、即ち曲線３９は絶対曲線４０に比べると
“歪んでいる”。

【図面の簡単な説明】

第１図は、真空−被着装置に接続されている本
発明の測光装置の実施例の概略を示す図であり、
第２図は評価回路および指示装置に接続されてい
る第１図の装置の重要な部分を示す図および所属
の回路のブロツク図であり、第３図は、被着され
ていない検査ガラスにおける第１の比較値および
第２の比較値並びに増幅度の間の関係が、波長に
関連して図示されている曲線図であり、第４図
は、光受信器において測定された、被着された対
象物の測定値と、指示装置によつて表示される、
絶対透過乃至反射値との関係が、第３図と同じく
波長に関して図示されている曲線図である。 １……真空−蒸着装置、２……真空室、５，５
ａ，５ｂ……検査ガラス、７，７ａ，７ｂ……測
定光線、１１，１４……モノクロメータ、１２，
１５……光受信器、１３，１６……指示装置、１
７ａ，１７ｂ……遮光板、１８，２６……切換ス
イツチ、２０……増幅器、２２……増幅度発生
器、２４，３０，３１，３２……メモリ、３３…
…評価回路、３４……制御線、３５……帰還路、
G_L……増幅度、I_L……第１の比較値、I_O……第２
の比較値、Ｉ……測定値。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 測定光線、前以つて決められた測定光−波長
   を選択するモノクロメータ、光受信器、調節可能
   な増幅器および評価回路を使用して、第１の比較
   値I_L、第２の比較値I_Oおよび被着された対象物の
   反射特性に対する少なくとも１つの測定値を検出
   することによつて、それぞれの測定値を前以つて
   決められた測定光−波長に対応して真空−被着装
   置において被着される光学的に作用する層をその
   形成期間連続的に厚さを測定しかつ制御する、基
   板に被着物を被着する方法において、 1.1 最高２％の偏差で少なくとも10²にわたつて
   リニヤな特性曲線を有する増幅度Ｇの調節可能
   な増幅器を使用し、 1.2 前記第１の比較値I_Lを散乱する裏面を有す
   る被着されていない検査ガラスから反射される
   測定光線の測定によつて形成し、かつ 前記増幅度Ｇを対応する波長において、前記
   第１の比較値I_Lが前記増幅器のリニヤな領域に
   おいて最大値に達するまで高め、かつ該最大値
   およびこのように求められた所属の増幅度G_L
   をメモリに記憶し、 1.3 前記第２の比較値I_Oを反射形測定において
   測定光線中に完全遮光板を挿入することによつ
   て形成し、かつ 該第２の比較値I_Oを、第１の比較値I_Lと同じ
   増幅度で増幅して別のメモリに記憶し、その結
   果その後量G_L、I_LおよびI_Oが所属の波長に応じ
   て記憶されているようにし、かつそれぞれの波
   長における測定目的のために 1.4 G_Lに対して記憶されている値を計算ユニツ
   トによつて続出しかつリニヤ領域において変化
   する増幅度Ｇを次の式 Ｇ＝G_L・R_L に従つて求めかつ引続いてその都度の波長に対
   応する、測定値I_nとその都度の増幅度Ｇとから
   成る積Ｉを形成しかつI_LおよびI_Oに対して記憶
   されている値並びにＩに対する値を計算ユニツ
   トによつて続出し、その際 絶対反射値Ｒを次の式 Ｒ＝Ｉ−I_O・R_L／I_L−I_O に従つて 求め、その際 I_nは、光受信器における被着された対象物の
   測定値であり、 Ｉは、被着された対象物の測定値I_nに増幅度
   Ｇを乗算した値であり、 R_Lは、被直されていない検査ガラスの反対
   値であることを特徴とする基板に被着物を被着
   する方法。 ２ 測定値Ｉを同じくメモリに記憶しかつ1.4に
   記載の計算操作のために計算ユニツトによつて読
   出す特許請求の範囲第１項記載の基板に被着物を
   被着する方法。 ３ 測定光線を放射するための光源、モノクロメ
   ータ、光受信器、増幅器および指示装置に対する
   出力側を有する評価回路および／または調整回路
   が設けられている、基板に被着物を被着する方法
   を実施する際の層厚測定用測光装置において、 3.1 増幅器２０はその増幅度に関して、最高２
   ％の偏差で少なくとも10²にわたつてリニヤで
   ある特性曲線を有し、 3.2 光受信器１２によつて受信される測定光の
   強度に関する第１の比較値I_Lを形成するため
   に、光路８に挿入可能な被着されていない検査
   ガラス５が設けられており、該検査ガラスは散
   乱する裏面を備えており、 3.3 同じ光受信器によつて受信された測定光の
   強度に対する第２の比較値I_Oを形成するため
   に、光路８に挿入可能な完全遮光板１７ａが設
   けられており、該遮光板は光受信器１２に当た
   る測定光を実際に完全に吸収する作用をし、 3.4 第１の比較値I_Lに対するメモリ３０および
   第２の比較値I_Oに対するメモリ３１並びに増幅
   度に比例する信号に対するメモリ２４が設けら
   れており、その際２つの比較値に対するメモリ
   ３０，３１は増幅器２０に後置接続されてお
   り、および増幅度に対するメモリ２４は、増幅
   度発生器２２に後置接続されており、 3.5 ２つの比較値に対するメモリ３０，３１お
   よび増幅度に対するメモリ２４は、評価回路３
   ３に所属する計算ユニツトに接続されており、 3.6 計算ユニツトは、増幅度がI_Lに対する可能
   な最大値に相応して設定可能であるように、増
   幅度発生器２２への帰還路３５を有し、 3.7 計算ユニツトは、メモリ３０，３１に存在
   する第１の比較値および第２の比較値に対する
   信号並びに測定値Ｉから、その都度同じ増幅度
   に対する絶対反対値が検出可能でありかつメモ
   リ２４に存在する、増幅度G_Lに対する信号か
   ら、第１の比較値に対する反射値を考慮して、
   反射値R_Lと増幅度G_Lとの乗算によつて絶対反
   射値が検出可能であるように構成されているこ
   とを特徴とする測光装置。 ４ 増幅度２０と計算ユニツト３３との間に、測
   定値Ｉに対する別のメモリ３２が設けられている
   特許請求の範囲第３項記載の測定装置。 ５ 評価回路３３は制御線３４を介して、選択的
   に測定光線の所定の波長を設定可能であるかまた
   は選択されてたスペクトルをカバー可能であるよ
   うに、モノクロメータ１１に接続されている特許
   請求の範囲第３項記載の測光装置。