JPH0763671A - 薄膜の光学的特性測定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 不均質膜や多層膜の光学的特性を簡単に測定
することができる薄膜光学的特性測定方法及びその方法
に用いられる装置を提供する。 【構成】 真空槽３内に配置した回転板４に薄膜を成膜
すべき基板８とモニター板９とを取り付け、モニター板
９に対する成膜を阻止する遮蔽板３１を設け、この遮蔽
板３１を回転板４に対し同期回転させると共に、遮蔽板
３１の回転板４に対する位相を調整してモニター板９の
遮蔽部分を順次露出させ、この新たに露出された露出部
に成膜された単層膜の光学的特性を測定して基板８に成
膜された多層膜の光学的特性を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板上に成膜する薄膜
の光学的特性を測定する方法及びその方法に用いられる
装置に係り、特に多層膜又は不均一膜の光学的特性を成
膜中に測定する方法及びその方法に用いられる装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年では、大規模集積回路の製造には位
相シフトフォトマスクが用いられるようになってきた。
この位相シフトフォトマスクは、石英等の透明材料から
成る基板上に位相シフト膜と呼ばれる光の位相をシフト
させる薄膜が成膜され、この薄膜で半導体基板上に転写
される回路パターンが作られている。そして、その薄膜
に半透明であるハーフトーンのものを用いて回路パター
ンを作れば、該回路パターンを透過した露光光のうち
の、ハーフトーン薄膜を透過した露光光の強度はその薄
膜のもつ透過率に従って減衰され、一方、回路パターン
のうちの該ハーフトーンの薄膜のない部分を透過した露
光光は減衰されないので、一定の光感度を有するレジス
トを半導体基板に塗布しておけば、露光、現像によって
該レジストに回路パターンを転写することができる。し
かも、ハーフトーン薄膜を透過した露光光の位相はシフ
トされ、位相シフト膜のない開口部分を透過した露光光
との間で干渉作用を起こし、位相シフト膜とその開口部
分の境界では露光光の強度が極めて小さくなるので、シ
ャープな回路パターンをレジストに転写することが可能
である。

【０００３】そして、この様なハーフトーンの薄膜の作
製には、通常、真空蒸着装置やスパッタリング装置が用
いられており、位相シフト膜の位相シフト量や光透過率
が所定の範囲外となって、位相シフトフォトマスクブラ
ンクスの不良品が発生しない様に、成膜途中のハーフト
ーンの薄膜の光学的特性を測定して薄膜の屈折率や消衰
係数等を算出することが行われていた。

【０００４】しかしながら、位相シフト膜の膜質は微妙
な成膜条件の変動により単層膜とならずに不均質膜とな
ることがある。特に、成膜した薄膜の位相シフト量と光
透過率とを所定の許容範囲内に納めるために、成膜途中
に成膜条件の変更を行うことがある。そして、その様な
成膜条件の変更を行って作製した薄膜は光学的特性の異
なる複数の膜が積層された多層膜になる。この様な不均
質膜や多層膜の光学的特性を直接測定し、位相シフト量
や透過率を算出しようとすると計算が複雑であり、しか
も正確な値を求めることができなかった。

【０００５】一方、基板上の薄膜の光学的特性を直接測
定するのではなく、基板とは別個にモニター板を用意し
ておいて、このモニター板上に成膜された薄膜の光学的
特性を測定して基板の薄膜の光学的特性を推定すること
も可能であり、この場合には複数のモニター板を用意し
ておいて、成膜条件が変更されたときに順次新しいモニ
ター板と交換してモニター板に単層膜を成膜させ、該モ
ニター板上の薄膜の光学的特性を測定すれば、これら単
層膜の光学的特性の測定値から基板上の多層膜の光学的
特性を求めることも可能である。

【０００６】しかしながら複数のモニター板を順次交換
するための装置は大型であり基板と同一の成膜条件が得
られる位置に取り付けることが困難である。また、基板
を回転板に取り付けて、これをターゲットに対して回転
させながら成膜するバッチ式のスパッタリング装置で
は、モニター板を交換する装置を回転板に取り付けるこ
とができない。更に、この様な方法で不均質膜の光学的
特性を測定しようとする場合、モニター板を多数用意し
ておかなければ正確な測定値を得ることはできない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の不利、不便に鑑みて創作されたもので、その目的は不
均質膜や多層膜の光学的特性を簡単に測定することがで
きる薄膜光学的特性測定方法及びその方法に用いられる
装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１記載の発明は、真空槽内に配置した回転板
に、薄膜を成膜すべき基板とモニター板とを取り付け、
モニター板に成膜された薄膜の光学的特性を測定する方
法において、モニター板表面の成膜を阻止する遮蔽板を
設け、該遮蔽板を回転板に対し同期回転させて成膜を行
い、遮蔽板の回転板に対する位相を調整して相対移動さ
せてモニター板の遮蔽部分を順次露出させ、新たに露出
されたモニター板の露出部に成膜された薄膜の光学的特
性を測定することを特徴とする測定方法であり、請求項
２記載の発明は、前記基板と前記モニター板とを前記回
転板の回転軸を中心とする同一円周上に配置することを
特徴とし、請求項３記載の発明は、前記遮蔽手段と前記
モニター板とを間欠的に相対移動させることを特徴とす
る測定方法であり、請求項４記載の発明は、前記露出部
上に成膜された薄膜に測定光を照射し、分光透過率と分
光反射率とを測定して、薄膜の屈折率と消衰係数を算出
することを特徴とする測定方法であり、請求項５記載の
発明は、前記露出部上に成膜された薄膜に直線偏光光を
照射し、反射光のＳ偏光成分とＰ偏光成分の位相差と振
幅反射率比とを測定して薄膜の屈折率と消衰係数を算出
することを特徴とする測定方法であり、請求項６記載の
発明は、真空槽内に配置した回転板に、薄膜を成膜すべ
き基板を装着する基板装着部と、モニター板を装着する
モニター板装着部を設け、該モニター装着部に装着した
モニター板に成膜された薄膜の光学的特性を測定する測
定用装置において、モニター板表面の成膜を阻止する遮
蔽板を回転板に対して位相調整自在で且つ同期回転可能
に取り付けたことを特徴とする装置であり、請求項７記
載の発明は、前記基板装着部と前記モニター板装着部と
を前記回転板の回転軸を中心とする同一円周上に配置し
たことを特徴とする装置である。

【０００９】

【作用】真空槽内に回転板を配置し、これに基板とモニ
ター板を取り付けて回転させれば、基板とモニター板と
に同質な薄膜を成膜でき、しかも面内分布の良い均質な
ものを得ることができるので、モニター板表面に成膜さ
れた薄膜の光学的特性を測定して、基板上の薄膜の光学
的特性を推定することができる。

【００１０】その際、前記基板と前記モニター板とを前
記回転板の回転中心を中心とする円の同一円周上に配置
しておけば、基板に成膜される薄膜と同じ膜質の薄膜を
モニター板に成膜することができるので、モニター板に
成膜された薄膜の光学的特性から基板に成膜された薄膜
の光学的特性を精度よく求めることができる。

【００１１】そして、モニター板に対する成膜を阻止す
る遮蔽板を設け、これを回転板と同期回転させれば、前
記モニター板表面に薄膜が成膜されない遮蔽部分を作る
ことができ、基板に対する成膜の進行に伴い、遮蔽板の
回転板に対する位相を調整してモニター板表面の遮蔽部
分を順次露出させて、この新たに露出されたモニター板
の露出部に成膜される薄膜の光学的特性を測定すれば、
基板表面には厚み方向で光学的特性の変化する不均一膜
が成膜される場合であっても、モニター板表面の新たな
露出部分には、ほぼ膜質の一定な単層膜が成膜されるか
ら、その単層膜の光学的特性を測定することで、不均一
膜の光学的特性を算出することができる。

【００１２】また、成膜条件を積極的に変えて基板上に
多層膜を成膜する場合には、成膜条件を変えるときに前
記遮蔽手段と前記モニター板とを間欠的に相対移動させ
るようにすれば、新たな露出部表面に、新たな成膜条件
に対応する膜質の単層膜を成膜することができるので、
この単層膜の光学的特性を測定して、基板表面に成膜さ
れる多層膜の光学的特性を算出することができる。

【００１３】さらに、モニター基板上の薄膜の光学的特
性として、分光透過率及び分光反射率、または、Ｓ偏光
成分とＰ偏光成分の位相差及び振幅反射率比を測定する
ようにすれば、これらの測定値から屈折率、消衰係数、
更に必要に応じて膜厚を算出することができるので、基
板上に成膜された多層膜または不均質膜の位相シフト量
と光透過率を求めることができる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の実施に用いられる装置の一例
であり、分光透過率と分光反射率を測定して薄膜の屈折
率と消衰係数を求めるものに適用できる。図１を参照し
て、２は直流マグネトロンスパッタリング装置であり、
真空槽３内には回転板４が、回転板モーター５の備える
回転板回転軸６に取り付けられ、回転運動し得るように
配置されている。

【００１５】前記回転板４には、あらかじめ光学的特性
が分かっている石英等の光透過性材料から成る基板８と
モニター板９とが配置されており、前記真空槽３の底板
に配置したクロム金属(Ｃｒ)ターゲット板１０を、図示
しないガス導入孔から導入したアルゴンガス(Ａｒ)でス
パッタリングし、ガス導入孔１１から導入した酸素ガス
(Ｏ2)と反応させて成膜する反応性スパッタリングによ
り、前記回転板４に設けられた開口部であって、基板８
の下の基板開口部７またはモニター板９の下のモニター
板開口部１２を介して、前記基板８とモニター板９の表
面に酸化クロムから成るハーフトーン位相シフト膜を成
膜し得るように構成されている。なお、スパッタリング
開始前、及び、成膜条件の変更の際には前記ターゲット
１０上に配置されたシャッター２９は閉じておき、成膜
条件が変更された後、シャッター開閉制御装置３８で開
けて、成膜作業を開始する。

【００１６】前記真空槽３内にはモニター板９に薄膜が
成膜されることを阻止する遮蔽板３１が、遮蔽板回転モ
ーター３２に設けられた遮蔽板回転軸３３に取り付けら
れ、前記回転板４に対し位相調整自在で且つ同期回転可
能に設けられている。

【００１７】前記遮蔽板３１は、図２に示すように、中
心角が約６０度の扇状に構成され、前記遮蔽板回転軸３
３に取り付けられている。前記モニター板９は、中心角
が約１０８度で幅が約１２７ｍｍの扇状に構成され、前
記回転板４に設けられた基板装着部５１に装着されてい
る。また、前記基板８は１辺が１２７ｍｍの正方形であ
り、前記回転板４に設けられた基板装着部５２に９枚装
着されている。

【００１８】前記モニター板装着部５１の前記モニター
板９が装着される部分にはモニター板開口部１２が設け
られており、前記基板装着部５２の前記基板８が装着さ
れる部分には基板開口部７が設けられている。更に、前
記基板装着部５２とモニター板装着部５１とは、前記回
転板４が取り付けられた前記回転板回転軸６を中心とす
る同一円周上に配置されているので、回転板４を前記回
転板回転軸６を回転中心として回転させれば、前記基板
８と前記モニター板９とに同じ膜質の薄膜を成膜するこ
とができる。

【００１９】そして、前記回転板４は、図面反時計回り
の方向にωrpmの回転速度で回転し、前記遮蔽板３１は
図面反時計回りの方向に、前記回転速度ωrpmにζrpmだ
け足りない回転速度 (ω−ζ)rpmで回転しているとすれ
ば、前記遮蔽板３１は前記回転板４に対し、相対回転速
度ζrpmで、図面時計回りの方向に回転することにな
る。なお、例えば前記回転板回転軸６を外側の軸、前記
遮蔽板回転軸３３を内側の軸とした二重回転軸をそれぞ
れ必要に応じてモーターに設け、前記回転板４をその外
側の軸に、前記遮蔽板３１を内側の軸にそれぞれ取り付
けても同期回転が可能であり、更に前記内側の回転軸と
外側の回転軸の一方の回転軸を一つのモーターに設け、
内側の回転軸と外側の回転軸との間に位相調整手段を設
ければ、位相調整により相対移動させることも可能であ
る。

【００２０】また、４１は前記真空槽３の底板に設けら
れた第１光学窓であり、図１の光学系４０により、前記
モニター板９に成膜された薄膜の光学的特性を測定する
際に用いられる。この光学系４０は、光源４２から照射
された光４３がモノクロメーター４４により単色光化さ
れて測定光４５とされ、ハーフミラー４６を透過して、
前記ターゲット１０から離間させて形成した前記第１光
学窓４１と前記モニター板開口部１２を介して前記モニ
ター板９に照射され、前記モニター板９で反射された光
は前記第１光学窓４１を介してハーフミラー４６に入射
し、そこで反射された光が第１の受光装置４８で受光さ
れ、分光反射率Ｒが測定され、一方、前記モニター板９
を透過した測定光は第２光学窓４９を介して第２の受光
装置５０で受光され、分光透過率Ｔが測定される様に構
成されている。

【００２１】更に、前記モニター板９には、分光反射率
Ｒの測定値を較正するための較正用ミラー３５と、分光
透過率Ｔの測定値を較正するための較正用開口部３６と
が設けられている。分光透過率Ｔの測定値は、測定光が
該較正用開口部３６に照射されたときに最大値を示すの
で、この時を基準とし、前記遮蔽板３１と前記モニター
板９の前記相対回転速度ζから、モニター板９上に新た
に露出された露出部に測定光が照射されるタイミングを
算出することができる。また、前記モニター板９と遮蔽
板３１とが間欠的に相対移動する場合には、その移動量
からモニター板９上の新たな露出部に測定光が照射され
る時刻を算出することができる。

【００２２】そして、前記基板８上成膜される不均一膜
または多層膜の光学的特性を、モニター板９上の新たな
露出部分に成膜される薄膜の光学的特性を測定して算出
することができる。

【００２３】この測定原理を簡単に説明すると、次のよ
うになる。即ち、分光反射率Ｒと分光透過率Ｔは次式、

【００２４】

【数１】

【００２５】で表すことができ、上記(２１)式と(２２)
中の係数ａ₁〜ａ₄、係数ｂ₁〜ｂ₄、パラメータδ及びパ
ラメータσは、測定光の波長をλ₀、単層膜の膜厚を
ｈ₁、成膜雰囲気の屈折率をｎ₀、消衰係数をｋ₀（ 但
し、ここでは ｎ₀＝１、ｋ₀＝０として取り扱う ）、単
層膜の屈折率をν₁、消衰係数をκ₁、モニター板９の屈
折率をｎ₂、消衰係数をｋ₂として、次式、

【００２６】

【数２】

【００２７】で表すことができる量である。

【００２８】そして、モニター板９の屈折率ｎ₂と消衰
係数ｋ₂がわかっていれば、分光反射率Ｒと分光透過率
Ｔが単層膜の屈折率ν₁と消衰係数κ₁の関数になってい
ることから、逆に分光反射率Ｒと分光透過率Ｔとを測定
してこれを既知量とし、数値解析で未知量である、前記
単層膜の屈折率ν₁と消衰係数κ₁とを算出することがで
きる。なお、この場合、単層膜の膜厚ｈ₁は別途水晶振
動子等の膜厚モニターを用いて測定しておくか、前記波
長λ₀とは異なる波長λ’の測定光を用いて、この波長
λ’下での分光反射率Ｒ’または分光透過率Ｔ’も測定
し、前記(２１)式と(２２)式に加えて連立させ、前記屈
折率ν₁と消衰係数κ₁とを算出する際に同時に算出して
もよい。なお、分光反射率Ｒと分光透過率Ｔとから、薄
膜の屈折率ν₁と消衰係数κ₁とを求める方法はＲ.Ｔ.法
と呼ばれる。

【００２９】なお、成膜の際には、前記真空槽３内の圧
力は真空計１４で測定され、該真空計１４と、前記酸素
ガス流量を制御するマスフローコントローラー１３と、
排気系１５とは制御部１６に接続されているので、該制
御部１６の制御により、所定成膜条件が保たれるように
されている。

【００３０】また、前記制御部１６はキーボード等の入
力装置２２とディスプレイ等の表示装置２３と共に演算
装置２１に接続されているので、前記入力装置２２を使
用して、前記表示装置２３で確認しながらガス流量やス
パッタリング電流等の成膜条件が設定することが可能で
あり、また、前記第１受光装置と前記第２受光装置は前
記制御部１６を介して演算装置２１に接続されているの
で、該演算装置２１で前記Ｒ.Ｔ.法の計算を行って、算
出された単層膜の光学特性等を表示することも可能であ
る。

【００３１】更に、前記分光反射率Ｒと分光透過率Ｔの
測定に替え、直線偏光光を前記モニター板９に照射し
て、反射光である楕円偏光光のＳ偏光成分の位相δsと
Ｐ偏光成分の位相δpとの、次式で表される位相差Δ、 Δ ＝ −(δp−δs) ……(６１) 及び、前記Ｓ偏光成分の振幅反射率ＲsとＰ偏光成分の
振幅反射率Ｒpの比である、振幅反射率比 ｔａｎ(ψ)
とを測定して次の原理に従って、単層薄膜の屈折率ν₁
と消衰係数κ₁とを算出してもよい。

【００３２】即ち、測定光が成膜雰囲気から薄膜内に入
射する入射角をθ₁、薄膜内での屈折角をθ₂、モニター
板内での屈折角をθ₃とすると、次式、 ξ ＝ ４π・ｎ₁・ｈ₁・ｃｏｓ(θ)／λ₀ ……(６２) で表せるξをパラメーターとして、次式、

【００３３】

【数３】

【００３４】で表せる前記Ｓ偏光成分の振幅ＲsとＰ偏
光成分の振幅Ｒpとの間に次の関係がある。

【００３５】 Ｒp／Ｒs ＝ ｔａｎ(ψ)・ｅｘｐ(ｉ・Δ) ……(６５) ここで、(６３)式と(６４)式の、ｒ₁p、ｒ₂p、ｒ₁s、ｒ
₂sは、次式、

【００３６】

【数４】

【００３７】で表せるＹ₁〜Ｙ₃、Ｚ₁〜Ｚ₃をパラメータ
ーとして、

【００３８】

【数５】

【００３９】で表せる量である。この様に、前記振幅反
射率比 ｔａｎ(ψ) と前記位相差Δとは、薄膜の屈折率
ν₁と消衰係数κ₁とを変数とする関数で表せる。従っ
て、逆に前記振幅反射率比 ｔａｎ(ψ) と前記位相差Δ
とを測定し、これを既知量とすれば、数値解析で薄膜の
屈折率ν₁と消衰係数κ₁とを算出することができる。

【００４０】なお、前記薄膜の膜厚ｈ₁は、膜厚モニタ
ー等で測定してもよいが、前記波長λ₀の直線偏光光と
は異なる位相又は異なる波長の直線偏光光の２種類の直
線偏光光で位相差と振幅反射率比を測定し、前記屈折率
ν₁と消衰係数κ₁とを算出する際に同時に算出ることも
可能である。

【００４１】この様に直線偏光光を薄膜に照射して、反
射光である楕円偏光光の位相差及び振幅反射率比を測定
して、薄膜の光学的特性を求める方法は、偏光法(エリ
プソメトリー)と呼ばれていおり、この偏光法を用いて
本発明を実施する場合に用いることができる光学系の例
を図３に示す。

【００４２】図３を参照して、光源５１から射出された
光は送光光学系５２で直線偏光光に偏光され、真空槽
３’に設けられた第１光学窓４１’を介してモニター板
９’に照射され、反射光は第２光学窓４９’と受光光学
系５３を介して光検出器５４に入射し、前記振幅反射率
比 ｔａｎ(ψ) とＰ偏光成分とＳ偏光成分の位相差Δが
測定される。なお、前記光検出器５４を前記制御部１６
に接続しておけば、前記演算装置２１で自動的に薄膜の
屈折率ν₁と消衰係数κ₁とを算出することも可能であ
る。

【００４３】上述した測定原理に基いた本発明方法の一
実施例を次に説明する。

【００４４】本実施例では、成膜開始前に前記モニター
板９に設けられた較正用ミラー３５で分光反射率Ｒの較
正を行い、前記較正用開口部３６で分光透過率Ｔの較正
を行う。この時は遮蔽板３１はモニター板を覆わない位
置に逃がしておき、前記較正用ミラー３５と較正用開口
部３６が同時に露出するようにしておく。そして、前記
回転板３１と遮蔽板４を２rpmの回転速度で回転させ、
前記モニター板９に測定光を照射する。このときの分光
透過率Ｔと分光反射率Ｒの測定値をそれぞれ図４(ａ)、
(ｂ)に示す。

【００４５】図４(ａ)を参照して、ａ1は測定光が照射
される測定点上に基板が位置したときの分光透過率の値
であり、ａ2は前記回転板４が位置したとき、ａ3は前記
モニター板９が位置したとき、ａ4は前記較正用ミラー
３５が位置したとき、ａ5は前記較正用開口部３６が位
置したときの分光透過率の値である。前記測定点上に回
転板４または較正用ミラー３５が位置したときは、測定
光は遮光されるので、ａ2、ａ4のように分光透過率の値
はゼロになり、較正用開口部３６が位置したときはａ5
のように分光透過率の値は最大値を示す。

【００４６】また、図４(ｂ)を参照して、ｂ1は測定光
が照射される測定点上に基板が位置したときの分光反射
率の値であり、ｂ2は前記回転板４が位置したとき、ｂ3
はモニター板９が位置したとき、ｂ4は前記較正用ミラ
ー３５が位置したとき、ｂ5は前記較正用開口部３６が
位置したときの分光反射率の値である。前記測定点上に
較正用ミラー３５が位置したときは、測定光は反射され
るので分光反射率の値は最大値ｂ4を示し、較正用開口
部３６が位置したときは最小値ｂ5を示す。前記較正用
ミラー３５に、分光反射率の値の分かっているアルミ
(Ａｌ)蒸着膜等を用いれば、この分光反射率の値ｂ4を
用いてモニター板９の分光反射率の値ｂ3を較正するこ
とが可能である。

【００４７】この様に測定系の較正が終了したら、前記
遮蔽板３１をモニター板９上に移動させ、成膜を開始す
る。

【００４８】先ず、成膜条件を第１成膜条件、即ち、タ
ーゲット印加電圧を３９６V、スパッタ電流を２．５A、
アルゴンガス流量を９０sccm、酸素ガス流量を７．５sc
cm、真空槽内圧力を３．９mTorr、基板温度を１００℃
に設定し、そして前記モニター板９上に、中心角に換算
して１２°(deg)だけ露出部を作り、回転板４と遮蔽板
３１の回転速度を共に２rpmとしてシャッター２９を開
けて成膜を開始する。

【００４９】次に、前記第１成膜条件下で、前記モニタ
ー板９の露出部上に成膜される薄膜の分光反射率Ｒと分
光透過率Ｔの測定を行う。この時は、波長３６５nmと波
長３８０nmの２つの測定光を用いて分光反射率と分光透
過率を測定し、第１成膜条件下で成膜された薄膜の屈折
率ν₁、消衰係数κ₁、及び膜厚ｈ₁を算出した。

【００５０】そして、前記膜厚ｈ₁が第１目標膜厚ｄ₁に
なるまで成膜及び測定を継続して行い、第１目標膜厚ｄ
₁に達したら、シャッター２９を閉じてスパッタリング
を停止する。この膜厚ｈ₁が第１目標膜厚ｄ₁( ＝３２．
５nm)に達した時刻ｔE1は、成膜開始から５．８分後で
あった。

【００５１】ここで、波長３６５nmの測定光により測定
した分光反射率Ｒ(365)と分光透過率Ｔ(365)、及び、波
長３８０nm測定光により測定した分光反射率Ｒ(380)と
分光透過率Ｔ(380)とを図５(ａ)に示す。また、これら
の測定値を既知量とし、(２１)式、(２２)式、及び(３
１)〜(４０)式の関係に基いて算出した薄膜の屈折率ν₁
とκ₁の値を図５(ｂ)に示す。また、膜厚ｈ₁、及び、次
式、 φ(λ₀) ＝ ｈ₁・｛２π・（ν₁−１）｝／λ₀ ……(７１) に基いて算出した薄膜の位相シフト量φ(λ₀)とを図５
(ｃ)に示す。なお、このときの成膜速度は５．６nm／mi
nであった。

【００５２】次に、第２成膜条件、即ち、ターゲット印
加電圧を３９４V、スパッタ電流を２．５A、アルゴンガ
ス流量を１１２sccm、酸素ガス流量を８．３sccm、真空
槽内圧力を６mTorr、基板温度を１００℃に設定し、前
記モニター板９上に、中心角に換算して１２°だけ新た
に露出部を作り、シャッター２９を開けて成膜を開始す
る。

【００５３】この様に、モニター板９上に新たな露出部
を作れば、基板８の表面には前記第１成膜条件で成膜さ
れた１層目の薄膜の上に該第２条件で成膜される２層目
の薄膜が成膜されるのに対し、前記モニター板９上の新
たな露出部には第２条件下に対応する膜質の単層薄膜が
成膜される。

【００５４】そして、前記新たな露出部上に成膜される
単層膜の分光反射率と分光透過率の測定を行えば、第２
成膜条件下で成膜された単層膜の屈折率ν₂、消衰係数
κ₂、及び膜厚ｈ₂を算出することができる。

【００５５】前記第２成膜条件下で成膜される薄膜の膜
厚ｈ₂が第２目標膜厚ｄ₂( ＝７０．６nm)になれば、シ
ャッター２９を閉じて第２成膜条件での成膜を停止す
る。

【００５６】なお、この時の成膜速度は５．３nm／min
であり、前記膜厚ｈ2が第２目標膜厚ｄ₂に達した時刻ｔ
E2は、第２成膜条件での成膜開始からから１３．３分後
であった。

【００５７】更に、成膜条件を第３成膜条件、即ち、タ
ーゲット印加電圧を３９４V、スパッタ電流を２．５A、
アルゴンガス流量を１７１sccm、酸素ガス流量を１０．
６sccm、メタンガス(ＣＨ₄)流量を１９sccm、真空槽内
圧力を１０mTorr、基板温度を１００℃に設定し、前記
モニター板９上に更に中心角に換算して１２°だけ新た
に露出部を作り、シャッター２９を開けて成膜を開始し
た。

【００５８】この様に、モニター板９上に新たな露出部
を作れば、基板８の表面には前記第２成膜条件で成膜さ
れた２層目の薄膜の上に、更に該第３条件で成膜される
３層目の薄膜が成膜されるのに対し、前記モニター板９
上の新たな露出部には第３条件下での単層薄膜が成膜さ
れる。

【００５９】そして、該第３成膜条件で前記モニター板
９の新たな露出部上に成膜される薄膜の分光反射率と分
光透過率の測定を行えば、第３成膜条件下で成膜された
薄膜の屈折率ν₃、消衰係数κ₃、及び膜厚ｈ₃を算出す
ることができる。

【００６０】前記膜厚ｈ₃は、第３成膜条件下で成膜を
開始してから１７．１分で第３目標膜厚ｄ₃( ＝３９．
２nm)に達した。

【００６１】前記基板８上の３層薄膜の位相シフト量
は、前記各層の屈折率ν₁〜ν₃と膜厚ｈ₁〜ｈ₃の値を
(７１)式に代入して求めることができ、更にこれらの値
に加えて前記消衰係数κ₁〜κ₃の値を用いれば、この３
層薄膜の透過率も算出することができる( 久保田 広，
岩波書店「波動光学」，１９８４年４月３日第６刷発
行)。

【００６２】なお、表１に８層の薄膜を成膜し、それら
の合計の位相シフト量Σφjがπとなる様な、薄膜の測
定値を掲載しておく。

【００６３】

【表１】

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、多層膜の各層の光学的
特性を個別に単層膜の光学的特性として測定することが
できるので、これらの測定値に基いて、多層膜の光学的
特性を算出することができる。

【００６５】また、不均質膜を多層膜として近似した場
合の各層の光学的特性を個別に単層膜の光学的特性とし
て測定することができるので、不均質膜の光学的特性を
算出することができる。

【００６６】そして、前記単層膜の光学的特性として、
分光反射率及び分光透過率、または、Ｓ偏光成分とＰ偏
光成分の位相差及びそれらの振幅反射率比を測定すれ
ば、該単層膜の屈折率と消衰係数を算出することができ
るので、多層膜の位相シフト量及び透過率を求めること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明方法に用いられる装置の一例

【図２】 本発明装置の一実施例

【図３】 本発明方法に用いられる光学系の一例

【図４】 分光反射率と分光透過率の較正処理のタイミ
ングチャート

【図５】 (ａ)分光透過率と分光反射率の測定値の一
例、(ｂ)その測定値から算出した薄膜の屈折率と消衰係
数の算出値、(ｃ)その算出の際に同時に算出した膜厚の
値とそれら算出値から求めた位相シフト量の算出値

【図６】 多層膜の光学的特性から位相シフト量を求め
た一例

【符号の説明】

３……真空槽 ４……回転板 ６……回転板回転軸 ８……基板 ９……モニター板 ３１……遮蔽板 ４０……光学系 ５１……基板装着
部 ５２……モニター板装着部 Ｔ……分光透過率 Ｒ……分光反射率 ｎ₀、ν₁、ｎ₂…
…屈折率 ｋ₀、κ₁、ｋ₂……消衰係数 ｈ₁、ｈ₂、ｈ₃…
…膜厚

【手続補正書】

【提出日】平成５年９月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３４】 で表せる前記Ｓ偏光成分の振幅反射率Ｒ
sとＰ偏光成分の振幅反射率Ｒpとの間に次の関係があ
る。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図６

【補正方法】削除

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空槽内に配置した回転板に、薄膜を成膜
   すべき基板とモニター板とを取り付け、モニター板に成
   膜された薄膜の光学的特性を測定する方法において、 モニター板表面の成膜を阻止する遮蔽板を設け、 該遮蔽板を回転板に対し同期回転させて成膜を行い、遮
   蔽板の回転板に対する位相を調整して相対移動させてモ
   ニター板の遮蔽部分を順次露出させ、 新たに露出されたモニター板の露出部に成膜された薄膜
   の光学的特性を測定することを特徴とする薄膜の光学的
   特性測定方法。
2. 【請求項２】前記基板と前記モニター板とを前記回転板
   の回転軸を中心とする同一円周上に配置することを特徴
   とする請求項１記載の薄膜の光学特性方法。
3. 【請求項３】前記遮蔽手段と前記モニター板とを間欠的
   に相対移動させることを特徴とする請求項１または請求
   項２記載の薄膜の光学的特性測定方法。
4. 【請求項４】前記露出部上に成膜された薄膜に測定光を
   照射し、分光透過率と分光反射率とを測定して、薄膜の
   屈折率と消衰係数を算出することを特徴とする請求項１
   乃至請求項３記載の薄膜の光学的特性測定方法。
5. 【請求項５】前記露出部上に成膜された薄膜に直線偏光
   光を照射し、反射光のＳ偏光成分とＰ偏光成分の位相差
   と振幅反射率比とを測定して薄膜の屈折率と消衰係数を
   算出することを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の
   薄膜の光学的特性測定方法。
6. 【請求項６】真空槽内に配置した回転板に、薄膜を成膜
   すべき基板を装着する基板装着部と、モニター板を装着
   するモニター板装着部を設け、該モニター装着部に装着
   したモニター板に成膜された薄膜の光学的特性を測定す
   る測定用装置において、 モニター板表面の成膜を阻止する遮蔽板を回転板に対し
   て位相調整自在で且つ同期回転可能に取り付けたことを
   特徴とする請求項１乃至請求項５記載の光学的特性測定
   方法に用いられる装置。
7. 【請求項７】前記基板装着部と前記モニター板装着部と
   を前記回転板の回転軸を中心とする同一円周上に配置し
   たことを特徴とする請求項６記載の装置。