JPH0718962Y2 - 光学式膜厚計 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は、光学用薄膜など薄膜を製作する装置すなわ
ち成膜装置において形成される薄膜の膜厚を測定するの
に使用される光学式膜厚計に関するものである。

（従来の技術） こうした光学式膜厚計としては、薄膜ハンドブック（昭
和58年12月10日、オーム社発行）に示すように、モニタ
リングのために薄膜を形成させるモニタ基板に、光源か
らの光を継続的に照射し、モニタ基板の透過光または反
射光の単色光を検出して電気信号に変換し、電気信号の
変動を測定することによって透過率または反射率を測定
するものがよく使われており、これを図示すると第２図
（薄膜ハンドブック昭和58年12月10日、オーム社発行か
ら引用）のようになる。

ところで、こうした装置で測定される電気信号の変動
は、通常、信号レベルの１万分の１程度の精度を必要と
するものであるため、ノイズに極めて弱い。そこで、外
乱光や外来光などによる光のノイズの影響を低減するた
めチョッパで入射光を断続し、所定の周期で発生する照
射光についてのみ測定を行うように配慮されている。こ
うした装置では光源出力の変動に対しては安定化電源を
使用することによって抑制するなどの配慮がされている
が、前述極めて微少な電気信号の変動を測定するうえで
は、必ずしも充分なものとはいえない。また、ノイズの
要因として光源出力の変動だけでなく、受光器の感度変
動もあり、前記薄膜ハンドブックに示すように２色測光
法おける副次的な効果によって対応しているものもある
が、単色測光法に利用できるものではない。

（解決しょうとする課題） この考案は、こうした点に注目したものであって、極め
て微少な電気信号の変動の測定でもって薄膜の膜厚を測
定する光学式膜厚計において、電源出力の変動による光
量変動や受光器の感度変動による測定精度への影響を比
較的簡単な手法でもって確実に低減することを課題とす
る。

（課題を解決するための手段） この考案は、光源からの光を断続手段で継続してモニタ
基板に照射し、その透過光または反射光を受光して得た
電気信号のレベル変動を測定することによってモニタ基
板に形成される薄膜の膜厚を測定するようにした光学式
膜厚計において、光源からの光を別の光路に導き、断続
周波数の異なる別の断続手段によって継続した光を、モ
ニタ基板に照射することなく同じ受光器で受光させ、受
光器で得られる電気信号を周波数帯域が各継続手段の継
続周波数と同じある二つのバンドパスフィルタで選択的
に取り出し、比較した後測定するようにしたものであ
る。

別に設けたチョッパで継続された光は、モニタ基板を透
過または反射していないので薄膜による透過率変化また
は反射率変化は受けていないが、光源の光量変動と受光
器の感度変動は、モニタ基板の透過光または反射光と同
様に受けている。しかも継続周波数が異っているので相
互に容易に区別できる。従って、これら二つの信号のレ
ベル差またはレベル比を観測することによって、光源の
光量変動と受光器の感度変動による信号レベルの変動が
相殺され、薄膜形成による透過量または反射量の変動分
のみが測定できる。

（実施例） 第１図は、この考案の透過率の変動を測定する方式の実
施例を示すものであって、測定用の光源１は安定した光
量を得るため、安定化電源２から電力の供給を受ける。
光源１からの光の一部は断続周波数f₁の第１チョッパ３
で断続されてミラー４に入射し、その反射光は真空窓５
を通じて真空成膜槽６内にはいる。真空成膜槽６内の下
部には、蒸発源７とこれからの蒸気を遮断するシャッタ
８が配設されており、上部には図示しない保持具によっ
て薄膜の蒸着対象であるレンズ９およびモニタ基板10が
着脱自在に保されている。このうちモニタ基板10は、真
空窓５から真上に向う光路上にあり、更にその延長上の
天井部に真空窓11が設けられている。真空窓５から真空
成膜槽６内にはいった光は、モニタ基板10、真空窓11を
経て真空成膜槽６外に出て、更にハーミラ12、単色光の
みを取り出すための干渉フィルタ13を通過して受光器14
にはいる。

光源１からの光の他の一部は、断続周波数f₂の第２チョ
ッパ15で断続され、ミラー16で方向を変換されてハーフ
ミラー12に入射し、第１チョッパ３を経た光同様、干渉
フィルタ13を経て受光器14にはいる。

受光器14の出力側には、周波数f₁の第１バンドパスフィ
ルタ17とf₂の第２バンドパスフィルタ18が並列に接続さ
れており、各バンドパスフィルタの出力はそれぞれ図示
しない整流回路を経て減算器19の二つの入力にそれぞれ
接続されている。受光器14で得られる電気信号のうち、
周波数f₁で断続される成分は第１バンドパスフィルタ17
で取り出され、周波数f₂で断続される成分は第２バンド
パスフィルタ18で取り出される。前者はモニタ基板10に
形成されている薄膜の膜厚に応じた光の透過量変動に比
例した出力レベルの変動に加えて、光源１の出力変動や
受光器14の感度変動に相当した出力レベルの変動を含ん
だものである。これに対して、後者は光源１の出力変動
や受光器14の感度変動に相当した出力レベルの変動を含
んだものであるため、これらの信号を減算器19に入れ、
前者から後者を差引くと、形成中の薄膜による光の透過
量変動を含んだ信号のみが取り出される。そして、こう
した光源出力変動や受光器感度変動によるノイズ分を除
去された信号が、増幅器20で増幅され、チャートレコー
ダ21上で観測される。薄膜の形成による光の透過率の変
動は極めて僅かなものであるから、このようにしてノイ
ズを減らすほど精度のよい膜厚の測定ができる。

他の実施例として、第２チョッパは必ずしも第１チョッ
パと別々のチョッパにする必要はなく、同一モータで回
転される回転板にピッチを変えて透光部を設けてもよ
い。光源は多色光のものに限るものではなく、電球によ
るものレーザ光によるものであってもよい。また、必ず
しも安定化電源でなくてもよい。また、干渉フィルタは
干渉格子など他の同等のものにしてよく、減算器に代え
て割算器を使用することにより比を求めてもよい。

更にまた、反射率の変動を測定するものとして第１図に
おけるミラー４をハーフミラーとし、これを通過した、
モニタ基板10からの反射光と第２チョッパ15を通過した
断続光とを、あわせて一つの受光器に入れ、その電気信
号を観測することができる。

（効果） 以上のとおり、この考案によれば、光源からの光を断続
させてモニタ基板に導き、モニタ基板を通過したまたは
反射した光を受光して電気信号に変換し、これを観測す
ることによって薄膜の膜厚測定するようにした光学式膜
厚計において、簡単な構成でもって、光源出力や受光器
感度の変動にによるノイズを確実に除去し、精度のよい
膜厚測定ができる。

【図面の簡単な説明】

図面は、この考案の実施例および従来例を示すものであ
って、第１図および第２図は概略図である。図面におい
て１は光源、２は安定化電源、３は第１チョッパ、10は
モニタ基板、13は干渉フィルタ、14は受光器、15は第２
チョッパ、17は第１バンドパスフィルタ、18は第２バン
ドパスフィルタである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からの光を第１断続手段を経て、成膜
   槽中のモニタ基板に照射し、このモニタ基板の透過光ま
   たは反射光を、単色光通過手段を通して受光器に入射
   し、この受光器で得られる電気信号を測定することによ
   って、モニタ基板に形成される薄膜の膜厚を測定する光
   学式膜厚計において、 前記光源からの光の一部を、前記第１断続手段と異なる
   断続周波数の第２断続手段を経て、前記受光器に入射
   し、この受光器の前記電気信号が得られる出力側に、前
   記第１断続手段の断続周波数と同じ周波数帯域の電気信
   号を通過させる第１フィルタと前記第２断続手段の断続
   周波数と同じ周波数帯域の電気信号を通過させる第２フ
   ィルタとを並列に接続し、これら第１フィルタおよび第
   ２フィルタの出力を比較器の入力に接続し、この比較器
   の出力を測定部の入力に接続してなる前記光学式膜厚
   計、