JPS6073407A - 膜厚モニタ - Google Patents
膜厚モニタInfo
- Publication number
- JPS6073407A JPS6073407A JP18373983A JP18373983A JPS6073407A JP S6073407 A JPS6073407 A JP S6073407A JP 18373983 A JP18373983 A JP 18373983A JP 18373983 A JP18373983 A JP 18373983A JP S6073407 A JPS6073407 A JP S6073407A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- thin film
- substrate
- film thickness
- reflection factor
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
- G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
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。
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)
本発明は試料基板上に真空中で蒸着をする等の方法にて
l1Mを形成する際、この形成されつつある薄膜の膜厚
を光学的にモニタする装置に関する。
l1Mを形成する際、この形成されつつある薄膜の膜厚
を光学的にモニタする装置に関する。
(従来技術)
従来、試料基板上に形成途上の膜厚をモニタする光学的
手法として単色あるいは二色光源を用いるものがあった
。すなわち薄膜形成途上の基板の光透過率(あるいは光
反射率)から膜厚の変化を追尾して、得られた光透過率
の波形によって膜厚をモニタするというものである。な
お、薄膜を得るにはその膜厚を制御することが鰻重要事
であって高信斬性かつ高精度の膜厚測定法が必要となる
。
手法として単色あるいは二色光源を用いるものがあった
。すなわち薄膜形成途上の基板の光透過率(あるいは光
反射率)から膜厚の変化を追尾して、得られた光透過率
の波形によって膜厚をモニタするというものである。な
お、薄膜を得るにはその膜厚を制御することが鰻重要事
であって高信斬性かつ高精度の膜厚測定法が必要となる
。
しかしながら、前述の方法では光源が単色あるいは二色
の光源であるがゆえ、透過光の波形特性が二種類の光波
長に対するものまでしか得られないので、精度に問題が
ある。
の光源であるがゆえ、透過光の波形特性が二種類の光波
長に対するものまでしか得られないので、精度に問題が
ある。
(発明の目的)
本発明は上記問題を解決するため、多種類の光波長を含
んだ光源の光を、表面に薄膜等形成する基板に照射する
ことによって、高精度に膜厚を測定できる膜厚モニタの
提供を目的とするものである。
んだ光源の光を、表面に薄膜等形成する基板に照射する
ことによって、高精度に膜厚を測定できる膜厚モニタの
提供を目的とするものである。
(発明の構成)
すなわち、基板へ光を照射するための多種類の光波長を
含んだ光源と、薄膜に照射されてこの薄膜を一度透過し
た後の光を波長毎に分光して光強度分布を測定する測定
手段で測定される光強度分布から膜厚に対応する実際値
を演算してモニタするようにしている。
含んだ光源と、薄膜に照射されてこの薄膜を一度透過し
た後の光を波長毎に分光して光強度分布を測定する測定
手段で測定される光強度分布から膜厚に対応する実際値
を演算してモニタするようにしている。
(実施例)
本発明の第1実施例の構成図を第1図に示す。
1は発光スペクトルの特性が太陽光と類似している白色
光源のキセノンランプ、2はキセノンランプ1の照射光
の入射角が45°となるよう配置されて、入射光を透過
光と反射光に分けるビームスプリッタ、3はビームスプ
リッタ2で反射されたキセノンランプ1の光量を測定す
るフォトディテクタ、4はキセノンランプ1のビームス
プリッタ2を透過した光を導いて、垂直に透明な基板7
へ照射し、さらにその反射光をキャッチする光ファイバ
、5は光ファイバ4の先端に設置され、スライド可能な
反射鏡付きのシャッタ、6は内部に蒸着源9と表面に真
空蒸着を行う基板7を設けた真空チャンバ、8はシャッ
タ5を光ファイバ4へかけた状態でオフするスイッチで
あって、オフしている間光路系の分光特性測定状態にあ
る。IOは光ファイバ4とビームスプリッタ2にて導か
れた反射光を分光する分光器、11はフォトダイオ−□
ドアレイにて分光器10で分光された光を波長毎に測
定して電気信号に変換するオプティカルマルチプルアナ
ライザ(以下OMAとする)、12aはOMAIIとフ
ォトディテクタ3の電気信号をA/D5fE換するサン
プルアンドホールド回路、12bはサンプルアンドホー
ルド回路12aの電気信号をクロック回路13が発生す
るクロックによって切り換えてマイコン12cへ出力す
るマルチプレクサ、12Cはマイコンで、基板7に所望
の薄膜を形成した場合における理論反射率を演算し、そ
の後OMAII及びフォトディテクタ3の出力から補正
を加えた薄膜の反射率を演算して先にめた理論反射率の
許容範囲内になったら、成膜停止指示を出力するといっ
た処理を行う。13はキセノンランプ1とマルチプレク
サ12b、そしてマイコン12Gのタイミング制御をす
るクロック回路である。なおキセノンランプl、ビーム
スプリッタ2、フォトディテクタ3、光ファイバ4の一
端、分光tllo及びOMAIIは暗箱14に収納され
ている。
光源のキセノンランプ、2はキセノンランプ1の照射光
の入射角が45°となるよう配置されて、入射光を透過
光と反射光に分けるビームスプリッタ、3はビームスプ
リッタ2で反射されたキセノンランプ1の光量を測定す
るフォトディテクタ、4はキセノンランプ1のビームス
プリッタ2を透過した光を導いて、垂直に透明な基板7
へ照射し、さらにその反射光をキャッチする光ファイバ
、5は光ファイバ4の先端に設置され、スライド可能な
反射鏡付きのシャッタ、6は内部に蒸着源9と表面に真
空蒸着を行う基板7を設けた真空チャンバ、8はシャッ
タ5を光ファイバ4へかけた状態でオフするスイッチで
あって、オフしている間光路系の分光特性測定状態にあ
る。IOは光ファイバ4とビームスプリッタ2にて導か
れた反射光を分光する分光器、11はフォトダイオ−□
ドアレイにて分光器10で分光された光を波長毎に測
定して電気信号に変換するオプティカルマルチプルアナ
ライザ(以下OMAとする)、12aはOMAIIとフ
ォトディテクタ3の電気信号をA/D5fE換するサン
プルアンドホールド回路、12bはサンプルアンドホー
ルド回路12aの電気信号をクロック回路13が発生す
るクロックによって切り換えてマイコン12cへ出力す
るマルチプレクサ、12Cはマイコンで、基板7に所望
の薄膜を形成した場合における理論反射率を演算し、そ
の後OMAII及びフォトディテクタ3の出力から補正
を加えた薄膜の反射率を演算して先にめた理論反射率の
許容範囲内になったら、成膜停止指示を出力するといっ
た処理を行う。13はキセノンランプ1とマルチプレク
サ12b、そしてマイコン12Gのタイミング制御をす
るクロック回路である。なおキセノンランプl、ビーム
スプリッタ2、フォトディテクタ3、光ファイバ4の一
端、分光tllo及びOMAIIは暗箱14に収納され
ている。
次に上記構成においてその作動を説明する。まずシャッ
タ5を光ファイバ4の先端にかけてキセノンランプ1を
発光させて、光路系の総合的な分光特性Drefを測定
する。これはクロック回路13の発するクロックでキセ
ノンランプlが閃光し、シャッタ5で反射した光を光フ
ァイバ4を介してビームスプリンタ2で分光器10へ入
射させる。そして分光器10で光波長毎に分光された反
射光は、OMAIIにて波長ごとの分光強度Dref(
λ)を測定されて、サンプルアンドホールド回路12
aでA/D変換された後マイコン12Cへ記憶される。
タ5を光ファイバ4の先端にかけてキセノンランプ1を
発光させて、光路系の総合的な分光特性Drefを測定
する。これはクロック回路13の発するクロックでキセ
ノンランプlが閃光し、シャッタ5で反射した光を光フ
ァイバ4を介してビームスプリンタ2で分光器10へ入
射させる。そして分光器10で光波長毎に分光された反
射光は、OMAIIにて波長ごとの分光強度Dref(
λ)を測定されて、サンプルアンドホールド回路12
aでA/D変換された後マイコン12Cへ記憶される。
これと同時にフォトディテクタ3で測定されたキセノン
ランプ1の閃光強度も電気信号prefとしてマイコン
12Cへ記lされる。
ランプ1の閃光強度も電気信号prefとしてマイコン
12Cへ記lされる。
(第2図(a))その後シャッタ5が光路系から除かれ
てスイッチ8がオンすると、キセノンランプ1発光直前
における真空チャツバ6内の蒸着源9等からの光雑音が
OMAIIで測定されて、D noise(λ)として
マイコン12cに記憶される。このように測定準備が整
ってから第2図(blのタイムチャートで示すようなタ
イミングで、キセノンランプ1が閃光し、基板7に形成
されつつある薄膜で反射された反射光が分光器10とO
MAIIにて波−長毎の分光強度が測定され、Dsam
(λ)としてマイコン12cヘインプツトされる。一方
、フォトディテクタ3による閃光強度測定値P sam
もマイコン12cヘインプツトされる。
てスイッチ8がオンすると、キセノンランプ1発光直前
における真空チャツバ6内の蒸着源9等からの光雑音が
OMAIIで測定されて、D noise(λ)として
マイコン12cに記憶される。このように測定準備が整
ってから第2図(blのタイムチャートで示すようなタ
イミングで、キセノンランプ1が閃光し、基板7に形成
されつつある薄膜で反射された反射光が分光器10とO
MAIIにて波−長毎の分光強度が測定され、Dsam
(λ)としてマイコン12cヘインプツトされる。一方
、フォトディテクタ3による閃光強度測定値P sam
もマイコン12cヘインプツトされる。
以下マイコン12C内にて行なわれる処理を第5図のフ
ローチャートに基づいて説明する。まず基板7の屈折率
と形成しようとする薄膜の所望の膜厚及び屈折率を入力
すると、基板7が透明なガラスの場合について理論上の
反射率Rは以下の式にて与えられる。
ローチャートに基づいて説明する。まず基板7の屈折率
と形成しようとする薄膜の所望の膜厚及び屈折率を入力
すると、基板7が透明なガラスの場合について理論上の
反射率Rは以下の式にて与えられる。
lRn l= l rn−rn−Iexp (−iδn
))/(1+ r n −1・rneX p(−iδn)) 1・・・・・・・・・・・・ (1
)ただし、δ=2π/λ (2nルdncO3θn)n
%:第n層の屈折率 dn;第n層の1!厚 λ :光の波長 θn:第n層の出射角 rn:第n層上面の振幅反射率 rnl:第n層の下面の振幅反射率 そして、与えられた計算値から第4図に示すようになる
。理論反射率Rは光波長毎に異なり、しかも形成される
膜厚dによってパターンが変化する。
))/(1+ r n −1・rneX p(−iδn)) 1・・・・・・・・・・・・ (1
)ただし、δ=2π/λ (2nルdncO3θn)n
%:第n層の屈折率 dn;第n層の1!厚 λ :光の波長 θn:第n層の出射角 rn:第n層上面の振幅反射率 rnl:第n層の下面の振幅反射率 そして、与えられた計算値から第4図に示すようになる
。理論反射率Rは光波長毎に異なり、しかも形成される
膜厚dによってパターンが変化する。
その次に光路系における波長毎の分光特性D ref(
λ)と閃光強度Pref、さらに真空チャンバ6内の光
雑音Dnoise(λ)がわかってから、薄膜からの分
光強度psam(λ)とその時のキセノンランプ1の閃
光強度Psamが入力されると、実測反射率Rsの演算
がなされる。この演算はまずキセノンランプ1の閃光ご
との補正と光雑音の補正を行い、 D(λ) = ((Dsam (λ) −Dnoise
(λ))XPref /Psam ) /Dref
(λ)・・・・・・・・・ (2) の式にて補正分光強度D(λ)が演算される。ところで
第3図に示すようにキセノンランプlの光が発光量1o
(λ)で入射し波長λの光に対する反射光量1sam(
λ)があると、基板7表面の反射率がrならば薄膜の実
測反射率Rsは次式で表わされる。
λ)と閃光強度Pref、さらに真空チャンバ6内の光
雑音Dnoise(λ)がわかってから、薄膜からの分
光強度psam(λ)とその時のキセノンランプ1の閃
光強度Psamが入力されると、実測反射率Rsの演算
がなされる。この演算はまずキセノンランプ1の閃光ご
との補正と光雑音の補正を行い、 D(λ) = ((Dsam (λ) −Dnoise
(λ))XPref /Psam ) /Dref
(λ)・・・・・・・・・ (2) の式にて補正分光強度D(λ)が演算される。ところで
第3図に示すようにキセノンランプlの光が発光量1o
(λ)で入射し波長λの光に対する反射光量1sam(
λ)があると、基板7表面の反射率がrならば薄膜の実
測反射率Rsは次式で表わされる。
Rs (λ) = (Isam (λ)−r−Io(λ
))/(Io(λ)−2r・Io(λ)+ tlsam (λ))・・・・・・・・・・・・・・・
(3)一方(2)式のD(λ)はIsam (λ)/
lo(λ)であるため、(3)式は以下の(4)式にて
書き換えられる。
))/(Io(λ)−2r・Io(λ)+ tlsam (λ))・・・・・・・・・・・・・・・
(3)一方(2)式のD(λ)はIsam (λ)/
lo(λ)であるため、(3)式は以下の(4)式にて
書き換えられる。
Rs(λ) = (D (λ) −r) / (1−r
(2−D (λ))) ・・・・・・・・・・・・・
・・・・・ (4)以上の順序で実測反射率Rsが演算
されたら、(11式の理論反射率Rと波長毎に比較をす
る。(4)式で算出される実測反射率Rsは補正が加え
られているとはいえ、測定誤差が出て理論反射率Rと完
全に一致するとは限らない。よって判定ステ・ノブでは
波長ごとの理論反射率Rと実測反射率R’sの差の平方
Sが任意の微小−εの平方以下、あるいは平方Sが最小
になった時点で成膜スト・ノブ指示を出力すれば所望の
膜厚の薄膜を形成した基板7が得られる。
(2−D (λ))) ・・・・・・・・・・・・・
・・・・・ (4)以上の順序で実測反射率Rsが演算
されたら、(11式の理論反射率Rと波長毎に比較をす
る。(4)式で算出される実測反射率Rsは補正が加え
られているとはいえ、測定誤差が出て理論反射率Rと完
全に一致するとは限らない。よって判定ステ・ノブでは
波長ごとの理論反射率Rと実測反射率R’sの差の平方
Sが任意の微小−εの平方以下、あるいは平方Sが最小
になった時点で成膜スト・ノブ指示を出力すれば所望の
膜厚の薄膜を形成した基板7が得られる。
次に本発明の第2実施例について述べる。上述の第1実
施例では光源に閃光光源であるキセノンランプ1を用い
たが、第2実施例では連続光源を用いる。その構成を第
6図に示す。第1の実施例と異なる点は白色光源1aの
前に光学シャッター15を置いた点で、第1の実施例で
クロック回路13から白色光源1に出ていた信号は光学
シャ・2タ一駆動回路16に入っている。こうして連続
な白色光源1aは閃光光源と等価にできる。
施例では光源に閃光光源であるキセノンランプ1を用い
たが、第2実施例では連続光源を用いる。その構成を第
6図に示す。第1の実施例と異なる点は白色光源1aの
前に光学シャッター15を置いた点で、第1の実施例で
クロック回路13から白色光源1に出ていた信号は光学
シャ・2タ一駆動回路16に入っている。こうして連続
な白色光源1aは閃光光源と等価にできる。
次に本発明の第3実施例について述べる。第1゜2の実
施例では試料からの反射光を用いたが、第3の実施例で
は透過光を測定することで膜厚をめる。構成を第7図に
示す。第1実施例と異なるのは光路系の分光特性Dre
fを測定する時である。まず薄膜を基板7上に形成する
以前の何もついていない基板の透過分光特性Drefを
測定しておく。ここで光源の発光量をJO1基板7表面
での反射率をr1サンプルからの透過光量をJSaIl
lとすると試料膜の透過率Tsは Ts=I R= ((1−r) Isam)/ (Io
+r (to −Isam) ) = ((1−r)D) / (1+r (1−D))・
・・・・・・・・・・・ (5) となる。また理論透過率Tは次式で示される。
施例では試料からの反射光を用いたが、第3の実施例で
は透過光を測定することで膜厚をめる。構成を第7図に
示す。第1実施例と異なるのは光路系の分光特性Dre
fを測定する時である。まず薄膜を基板7上に形成する
以前の何もついていない基板の透過分光特性Drefを
測定しておく。ここで光源の発光量をJO1基板7表面
での反射率をr1サンプルからの透過光量をJSaIl
lとすると試料膜の透過率Tsは Ts=I R= ((1−r) Isam)/ (Io
+r (to −Isam) ) = ((1−r)D) / (1+r (1−D))・
・・・・・・・・・・・ (5) となる。また理論透過率Tは次式で示される。
・・・・・・・・・・・・ (6)
こうして、(51,(61式から理論透過率Tと実測透
過率Tsの差の平方和STが任意の微小値εの平方以下
になったら成膜ストップすればよい。この第3実施例で
は光路系中に反射鋺をもつシャッタ5が不要になってい
る。゛ (発明の効果) 以上述べたように本発明によれば、表面に薄膜等形成す
る基板へ照射する光に多種類の光波長を含んだ光源を使
用し、基板へ照射して一度この薄膜を透過した後の光を
光波長毎に分光して光強度を測定して膜厚に対応する実
際値を演算することによって、種類の測定要素から膜厚
に対応する実際値を演算できるから、細部にわたって高
精度に膜厚をモニタできるという優れた効果がある。
過率Tsの差の平方和STが任意の微小値εの平方以下
になったら成膜ストップすればよい。この第3実施例で
は光路系中に反射鋺をもつシャッタ5が不要になってい
る。゛ (発明の効果) 以上述べたように本発明によれば、表面に薄膜等形成す
る基板へ照射する光に多種類の光波長を含んだ光源を使
用し、基板へ照射して一度この薄膜を透過した後の光を
光波長毎に分光して光強度を測定して膜厚に対応する実
際値を演算することによって、種類の測定要素から膜厚
に対応する実際値を演算できるから、細部にわたって高
精度に膜厚をモニタできるという優れた効果がある。
第1図は本発明の第1実施例を示す構成図、第2図は本
発明の処理手順を示すタイムチャート、第3図は光の反
射の説明図、第4図は光波長と理論反射率の特性図、第
5図はマイコンの作動を説明する演算流れ図、第6図は
本発明の第2実施例の構成図、第7図は本発明の第3実
施例の構成図である。 1・・・キセノンランプ、2・・・ビームスプリ・νり
、3・・・フォトディテクタ、4・・・光ファイツマ、
5・・・シャッタ、7・・・基板、9・・・蒸着源、1
0・・・分光器、11・・・オプティカルマルチプルア
ナライザ、12C・・・マイコン。゛ 代理人弁理士 岡 部 隆 第1図 4 第2図 (d) 第3図 第4図 0・20.40.6 0.87・0121416羞−1
(cμm) 第5図 第6図
発明の処理手順を示すタイムチャート、第3図は光の反
射の説明図、第4図は光波長と理論反射率の特性図、第
5図はマイコンの作動を説明する演算流れ図、第6図は
本発明の第2実施例の構成図、第7図は本発明の第3実
施例の構成図である。 1・・・キセノンランプ、2・・・ビームスプリ・νり
、3・・・フォトディテクタ、4・・・光ファイツマ、
5・・・シャッタ、7・・・基板、9・・・蒸着源、1
0・・・分光器、11・・・オプティカルマルチプルア
ナライザ、12C・・・マイコン。゛ 代理人弁理士 岡 部 隆 第1図 4 第2図 (d) 第3図 第4図 0・20.40.6 0.87・0121416羞−1
(cμm) 第5図 第6図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (11表面に薄膜等を形成する基板へ光を照射する多種
類の光波長を含んだ光源と、 前記薄膜を一度透過した後の光を波長毎に分光して、光
強度分布を測定する測定手段と、前記測定手段にて測定
される光の波長ごとの光強度分布から前記膜厚に対応す
る実際値を演算してモニタする手段とを設けたことを特
徴とする膜厚モニタ。 (2)前記薄膜を一度透過した後の光とは、前記薄膜を
一度透過してこの光の入射側へ反射する反射光であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の膜厚モニタ
。 (3)前記薄膜を一度透過した後の光とは、前記薄膜を
一度透過してこの光が入射したのと反対側へ透過した透
過光であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の膜厚モニタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18373983A JPS6073407A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | 膜厚モニタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18373983A JPS6073407A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | 膜厚モニタ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6073407A true JPS6073407A (ja) | 1985-04-25 |
Family
ID=16141124
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18373983A Pending JPS6073407A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | 膜厚モニタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6073407A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62165103A (ja) * | 1986-01-17 | 1987-07-21 | Canon Inc | 膜厚測定方法 |
JPS62201304A (ja) * | 1986-02-28 | 1987-09-05 | Canon Inc | 膜厚測定方法 |
JPH0224502A (ja) * | 1988-07-12 | 1990-01-26 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 膜厚測定方法 |
JPH03237304A (ja) * | 1990-02-14 | 1991-10-23 | Anelva Corp | 薄膜作製装置 |
JPH0666524A (ja) * | 1992-06-29 | 1994-03-08 | Hughes Aircraft Co | 変形した形状及び部分的に変化した傾斜を有する薄膜層上の薄膜層の厚みを計測学的に処理するための装置及びその方法 |
-
1983
- 1983-09-30 JP JP18373983A patent/JPS6073407A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62165103A (ja) * | 1986-01-17 | 1987-07-21 | Canon Inc | 膜厚測定方法 |
JPS62201304A (ja) * | 1986-02-28 | 1987-09-05 | Canon Inc | 膜厚測定方法 |
JPH0224502A (ja) * | 1988-07-12 | 1990-01-26 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 膜厚測定方法 |
JPH03237304A (ja) * | 1990-02-14 | 1991-10-23 | Anelva Corp | 薄膜作製装置 |
JPH0666524A (ja) * | 1992-06-29 | 1994-03-08 | Hughes Aircraft Co | 変形した形状及び部分的に変化した傾斜を有する薄膜層上の薄膜層の厚みを計測学的に処理するための装置及びその方法 |
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