JPWO2016170667A1 - 光学測定装置および光学測定方法 - Google Patents

Abstract

光学測定装置の制御部は、回転体の回転速度が規定値となるように制御された状態で、光源で発生させた一定強度の光を、回転体の回転に伴ってサンプルが通過する領域である照射領域に照射するとともに、当該照射した光の反射光または透過光を第２の検出部で受光することで出力される強度の時間的変化に基づいて第１のタイミング情報を取得する。制御部は、回転体の回転速度が規定値となるように制御された状態で、第１のタイミング情報に従って光源で周期的に発生させたパルス状の光を、照射領域に照射するとともに、第１のタイミング情報に従って第１の検出部の測定を周期的に有効化することで出力される結果に基づいて第２のタイミング情報を取得する。

Description

本発明は、回転体に配置された１または複数のサンプルの光学特性を測定する光学測定装置および光学測定方法に関する。

樹脂フィルムや半導体基板といった基材上に、任意の成膜プロセスを用いて膜（多くの場合、薄膜）を形成する処理が知られている。このような成膜技術を用いて作製された材料の膜厚といった特性値を測定する方法が提案されている。例えば、特開２０１３−０１９８５４号公報（特許文献１）は、外部より低湿度に調節された測定室内で振動子を検出ユニットに接続し発振させることで薄膜の膜厚を測定する方法を開示する。

また、上述のような成膜技術を用いて作製された材料の特性を光学的に測定する技術も知られている。光学的な測定手法を採用することで、膜厚だけではなく、透過率／反射率、消衰係数、屈折率といった各種の光学特性値を測定することができる。

特開２０１３−０１９８５４号公報

成膜技術の一つとして、回転体の外周面または回転平面に１または複数のワーク（以下、「サンプル」とも称す。）を配置するとともに、当該回転体を回転させつつ膜を成長させる成膜プロセスがある。従来の測定方法では、このような成膜プロセスにおいてサンプルの光学特性をリアルタイムで測定することはできなかった。そのため、回転体に配置された１または複数のサンプルの光学特性をその場で（in-situ）測定できる光学測定装置および光学測定方法が要望されている。

本発明のある局面に従えば、回転体に配置された１または複数のサンプルの光学特性を測定する光学測定装置が提供される。光学測定装置は、光源と、受光した光の特性値を出力する第１の検出部と、第１の検出部より高い応答速度を有し、受光した光の強度を出力する第２の検出部と、制御部とを含む。制御部は、回転体の回転速度が規定値となるように制御された状態で、光源で発生させた一定強度の光を、回転体の回転に伴ってサンプルが通過する領域である照射領域に照射するとともに、当該照射した光の反射光または透過光を第２の検出部で受光することで出力される強度の時間的変化に基づいて第１のタイミング情報を取得する。ここで、第１のタイミング情報は、第１の検出部の測定を各サンプルの位置に対応させて有効化する期間を定義するためのものである。制御部は、回転体の回転速度が規定値となるように制御された状態で、第１のタイミング情報に従って光源で周期的に発生させたパルス状の光を、照射領域に照射するとともに、第１のタイミング情報に従って第１の検出部の測定を周期的に有効化することで出力される結果に基づいて第２のタイミング情報を取得する。ここで、第２のタイミング情報は、光源からパルス状の光を発生させる期間を定義するためのものである。制御部は、回転体の回転速度が規定値となるように制御された状態で、第１のタイミング情報に従って第１の検出部の測定を周期的に有効化するとともに、第２のタイミング情報に従って光源でパルス状の光を周期的に発生させることで、第１の検出部から出力される特性値をサンプル別に取得する。

好ましくは、制御部は、第２の検出部から出力される強度が極大値または極小値をとる回転体の位置から第１のタイミング情報を決定する。

さらに好ましくは、制御部は、光源で発生させた一定強度の光を照射領域に照射するとともに、当該照射した光の反射光または透過光を第２の検出部に加えて、第１の検出部でも受光させて、同一のサンプルについての、第１の検出部および第２の検出部の間の出力の時間的なずれに基づいて、第１のタイミング情報を補正する。

好ましくは、制御部は、光源でパルス状の光を発生させるタイミングを複数に異ならせるとともに、第１の検出部の出力がより大きくなるタイミングを第２のタイミング情報として決定する。

好ましくは、第１のタイミング情報および第２のタイミング情報を定義する基準となる、回転体の予め定められた位置を検出するための位置検出部をさらに含む。

さらに好ましくは、第１のタイミング情報および第２のタイミング情報は、回転体の回転速度が規定値となるように制御された状態における、回転体の予め定められた位置が検出されてからの経過時間を用いて定義される。

好ましくは、光学測定装置は、それぞれの端面が回転体の軸方向に沿って並べて配置され、光源と光学的に接続された第１群の光ファイバと、それぞれの端面が回転体の軸方向に沿って並べて配置され、第１の検出部または第２の検出部と光学的に接続された第２群の光ファイバとをさらに含む。

本発明の別の局面に従えば、回転体に配置された１または複数のサンプルの光学特性を検出部で測定する光学測定方法が提供される。光学測定方法は、回転体の回転速度が規定値となるように制御された状態で、光源で発生させた一定強度の光を、回転体の回転に伴ってサンプルが通過する領域である照射領域に照射するとともに、当該照射した光の反射光または透過光の強度の時間的変化に基づいて第１のタイミング情報を取得するステップと、回転体の回転速度が規定値となるように制御された状態で、第１のタイミング情報に従って光源で周期的に発生させたパルス状の光を、照射領域に照射するとともに、第１のタイミング情報に従って検出部の測定を周期的に有効化することで出力される結果に基づいて第２のタイミング情報を取得するステップと、回転体の回転速度が規定値となるように制御された状態で、第１のタイミング情報に従って検出部の測定を周期的に有効化するとともに、第２のタイミング情報に従って光源でパルス状の光を周期的に発生させることで、検出部から出力される特性値をサンプル別に取得するステップとを含む。

本発明によれば、回転体に配置された１または複数のサンプルの光学特性をその場で測定できる。

本実施の形態に係る光学測定装置を含む成膜システムの構成を示す模式図である。 本実施の形態に係る光学測定装置を構成する制御部の構成を示す模式図である。 本実施の形態に係る第１の測定方法を説明するための模式図である。 本実施の形態に係る第１の測定方法でのプレ測定（１）の実施時における各部の時間波形を示す図である。 本実施の形態に係る第１の測定方法のプレ測定（２）での調整内容を説明するための図である。 本実施の形態に係る第１の測定方法のプレ測定（２）での調整結果を説明するための図である。 本実施の形態に係る第１の測定方法におけるプレ測定によって取得されるタイミング情報の一例を示す図である。 本実施の形態に係る第１の測定方法における本測定時の各部の時間波形を示す図である。 本実施の形態に係る第１の測定方法における本測定によって取得される測定結果の一例を示す図である。 本実施の形態に係る第１の測定方法における処理手順を示すフローチャートである。 本実施の形態に係る成膜システムに用いられるファイバプローブの機能を説明するための図である。 本実施の形態に係る成膜システムに用いられるファイバプローブの断面構造を示す模式図である。 本実施の形態に係る第２の測定方法を説明するための模式図である。 本実施の形態に係る第２の測定方法におけるファイバプローブから照射される入射光を示す模式図である。 本実施の形態に係る第２の測定方法のプレ測定（１）の内容を説明するための図である。 本実施の形態に係る第２の測定方法における処理手順を示すフローチャートである。 本実施の形態に係る成膜システムに用いられるファイバプローブの別の断面構造を示す模式図である。 本実施の形態に係る光学測定装置を含む成膜システムの構成を示す模式図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜Ａ．成膜システムの装置構成＞
まず、本実施の形態に係る光学測定装置を含む成膜システムの装置構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る光学測定装置１０を含む成膜システム１の構成を示す模式図である。図１を参照して、成膜システム１は、真空環境下においてサンプル２上に膜を形成するプロセスを実現する。成膜システム１は、光学測定装置１０と、真空チャンバ１００とを含む。

真空チャンバ１００内には、駆動機構（図示しない）によって回転駆動される回転体である回転ドラム１０２が配置されている。回転ドラム１０２の側面には、１または複数のサンプル２が配置される。サンプル２は、規則的に配置されていてもよいし、不規則に配置されていてもよい。成膜プロセスの開始前には、真空チャンバ１００の内部に存在している気体が吸引口１１０から放出され、大気圧（真空チャンバ１００外の圧力）より低い圧力の気体で満たされた状態（工業的な意味での真空状態）に維持される。この状態において、回転ドラム１０２を予め定められた一定の回転速度（規定回転速度／規定回転数）で回転させつつ、成膜源１１４から膜の材料となる物質を放出させる。例えば、規定回転速度としては、５０〜２００［ｒｐｍ］などが想定される。サンプル２の表面では、成膜源１１４から放出された物質との間で、電子、イオン、プラズマ、光などによる化学反応が生じ、この化学反応によって、サンプル２上に膜が形成される。

回転ドラム１０２の回転軸１０４の軸上には、回転板１０６が一体的に設けられている。回転板１０６の回転面と平行に回転検出センサ１０８が配置されている。回転検出センサ１０８は、回転ドラム１０２の回転に伴って回転する回転板１０６の回転位置（角度）を検出する。回転板１０６の表面には所定のパターンが形成されており、回転検出センサ１０８は、当該所定のパターンを検出することで、回転ドラム１０２の絶対的または相対的な回転位置を出力する。

後述するように、本実施の形態においては、回転ドラム１０２がある基準となる回転位置に到達したタイミングがわかればよい。そのため、回転ドラム１０２が基準となる回転位置に到達したタイミングで、トリガー信号を出力する。トリガー信号は、基準点または原点が検出されたことを示す信号である。このトリガー信号が光学測定装置１０において測定を同期させるための信号（同期用信号）として用いられる。すなわち、回転検出センサ１０８は、タイミング情報３２４に含まれるそれぞれのタイミングを定義する基準となる、回転ドラム１０２（回転体）の予め定められた位置を検出するための位置検出部に相当する。

図１には、主として、真空蒸着プロセスによって、サンプル上に膜を形成する構成を例示するが、これに限られることはない。例えば、フィルム上にスパッタリング法で薄膜を形成するプロセス、複数のフィルムを貼り合わせるプロセスなどの監視または制御に適用可能である。

光学測定装置１０は、真空チャンバ１００内でのサンプル２上に膜が形成されている過程において、サンプル２の光学特性を測定する。サンプル２は、本実施の形態に係る光学測定方法の被測定対象物に相当する。

光学測定装置１０は、光学測定部２００と、制御部３００とを含む。光学測定部２００は、サンプル２に照射するための光を発生するとともに、サンプル２で反射またはサンプル２を透過した光を受光し、サンプル２の光学特性を測定する。制御部３００は、光学測定部２００での光の発生および照射、ならびにサンプル２からの光の検出などを制御する。

真空チャンバ１００と光学測定部２００との間は、導光部に相当する、バンドルファイバ１２０を通じて、光学的に接続されている。バンドルファイバ１２０は、真空チャンバ１００の窓部１１２を貫通して真空チャンバ１００内にその一部が配置される。バンドルファイバ１２０の一端に設けられるファイバプローブ１２４は、真空チャンバ１００内に配置される。一方、バンドルファイバ１２０の他端に設けられるファイバプローブ１２２は、光学測定部２００側に配置される。

光学測定部２００は、光源２０２と、ポリクロメータ２０４と、受光センサ２０６と、タイミングコントローラ２０８とを含む。光源２０２、ポリクロメータ２０４、受光センサ２０６は、それぞれ光ファイバ２１２、２１４、２１６を通じて、ファイバプローブ１２２と光学的に接続される。バンドルファイバ１２０の構造については、後述する。

光源２０２は、サンプル２に対して照射するための光（以下、「入射光」とも称す。）を発生する。光源２０２が発生した入射光は、光ファイバ２１２およびバンドルファイバ１２０を通じて、回転ドラム１０２の側面に照射される。本実施の形態においては、入射光の照射タイミングを適正化することで、側面に配置されたサンプル２の各々に入射光が照射される。光源２０２は、入射光を連続的に発生する動作およびパルス的に発生する動作を選択可能に構成されている。パルス的な入射光を発生する場合には、タイミングコントローラ２０８からの指令に従って、光源２０２が発生する入射光の強度を時間的に変化させる。

光源２０２が発生する光の種類（波長）は、サンプル２の材質およびサンプル２上に形成される膜の材質に応じて、適宜選択される。例えば、可視光（３６０ｎｍ−８３０ｎｍ）、近紫外（２００ｎｍ−３６０ｎｍ）、および近赤外（８３０ｎｍ−２０００ｎｍ）のうち、いずれか１つまたは複数の波長領域の光が用いられる。

ポリクロメータ２０４は、サンプル２からの反射光（または、透過光）を受光して、その受光した光の特性値を出力する検出部に相当する。ポリクロメータ２０４は、一種の分光測定器であり、サンプル２からの反射光（または、透過光）を受光して、その受光した光に含まれる各波長の強度（スペクトル）を出力する。すなわち、光の特性値として、スペクトルを測定する例を示すが、これに限られず、任意の特性値（例えば、屈折率、反射率、消衰係数など）を測定できる検出部を用いることができる。スペクトルを測定する場合には、ポリクロメータに代えて、例えば、分光エリプソメータなどを用いることもできる。

受光センサ２０６は、主として、後述するタイミング情報を取得するための受光器であり、サンプル２からの反射光（または、透過光）を受光して、その受光した光の強度を出力する。受光センサ２０６は、典型的には、フォトダイオードまたはフォトディテクタで構成される。受光センサ２０６は、主として、サンプル２の配置位置に応じたタイミングを検出するために用いられるので、ポリクロメータ２０４より高い応答速度を有していることが好ましい。すなわち、同一のタイミングで光を受光した場合に、ポリクロメータ２０４から結果が出力される前に、受光センサ２０６からの結果が出力されることが好ましい。理想的には、受光センサ２０６は、サンプル２からの反射光（または、透過光）を受光すると、その受光した光の強度をほぼ瞬時に出力する。

タイミングコントローラ２０８は、回転検出センサ１０８からのトリガー信号、受光センサ２０６からの検出結果、制御部３００からの指令などに従って、光源２０２およびポリクロメータ２０４の動作タイミングを制御する。より具体的には、タイミングコントローラ２０８は、予め取得されるタイミング情報に基づいて、光源２０２が入射光を発生（照射）するタイミング（あるいは、期間）を制御するとともに、ポリクロメータ２０４の測定を有効化するタイミング（あるいは、期間）を制御する。

制御部３００は、光学測定部２００の動作を制御するとともに、光学測定部２００によって測定された光学特性値を格納する。制御部３００は、ユーザから操作を受付けるためのユーザインターフェイス、および、ユーザに対して測定された光学特性値を提示するためのユーザインターフェイスなどを有している。

＜Ｂ．制御部の装置構成＞
次に、制御部３００の装置構成について説明する。制御部３００としては、典型的には、汎用的なコンピュータを用いて実現できる。

図２は、本実施の形態に係る光学測定装置１０を構成する制御部３００の構成を示す模式図である。図２を参照して、制御部３００は、オペレーティングシステム（ＯＳ：Operating System）を含む各種プログラムを実行するプロセッサ３０２と、プロセッサ３０２でのプログラムの実行に必要なデータを一時的に記憶する主メモリ３０４と、プロセッサ３０２で実行されるプログラムおよびデータを不揮発的に記憶するハードディスク３２０とを含む。プロセッサ３０２は、キーボードやマウスなどからなる入力部３１０を介してユーザなどからの指示を受取るとともに、ディスプレイなどからなる出力部３１２を介して各種ユーザインターフェイス画面をユーザへ提示する。

制御部３００は、さらに、ネットワークインターフェイス３０６および測定部インターフェイス３０８を含む。ネットワークインターフェイス３０６は、図示しないネットワーク上の外部装置などとの間でデータを遣り取りする。ネットワークインターフェイス３０６を介してダウンロードされたプログラムなどが制御部３００のハードディスク３２０にインストールされ、あるいは、制御部３００が取得した測定結果などがネットワークインターフェイス３０６を介して外部装置へ送信される。測定部インターフェイス３０８は、光学測定部２００との間でデータを遣り取りする。より具体的には、測定部インターフェイス３０８は、ポリクロメータ２０４（図１）の測定結果を取得し、生成したタイミング情報をタイミングコントローラ２０８（図１）へ与える。

制御部３００を構成する各コンポーネントは、バス３１４を介して、互いにデータ通信可能に接続されている。

ハードディスク３２０は、光学測定プログラム３２２、タイミング情報３２４、測定結果３２６などを格納する。光学測定プログラム３２２は、プロセッサ３０２によって実行されることで、後述する光学測定方法に係る各種処理を実現する。光学測定プログラム３２２については、ネットワークインターフェイス３０６を介してサーバ装置などからダウンロードされてもよいし、光学ディスクなどの任意の記録媒体に格納されたものを読み取ってインストールされてもよい。タイミング情報３２４は、光学測定部２００の光源２０２が入射光を発生（照射）するタイミング（あるいは、期間）を制御するとともに、ポリクロメータ２０４の測定を有効化するタイミング（あるいは、期間）を制御する。測定結果３２６は、ポリクロメータ２０４などから取得した測定値を含む。

＜Ｃ．光学測定方法の概要＞
従来、真空チャンバ内での成膜プロセスにおいて、回転体に配置されたサンプルを成膜中にin-situ測定することはできなかった。回転体に配置されたサンプルではなく、真空チャンバ内に静的に配置されたテストピースに対してin-situ測定することしかできなかった。そのため、回転体に配置された本来のサンプルに対する光学特性については、成膜プロセスの終了後に測定せざるを得ず、リアルタイムで成膜プロセスの進行状態をモニターすることはできなかった。

また、同一の真空チャンバ内に配置されていても、テストピースと本来のサンプルとの間では、配置環境等が異なっているため、現実に生じる成膜プロセスも異なっており、テストピースから測定される光学特性が本来のサンプルの光学特性を正確に反映するものでもなかった。

これに対して、本実施の形態に係る光学測定方法では、回転体（典型的には、回転ドラムまたは回転ステージ）に配置されて、時間的に位置が変化する１または複数のサンプルの光学特性を、サンプル毎に測定する。サンプル２の移動速度、および、移動するサンプル２が測定可能範囲に入る区間に応じて定められるタイミングを予め取得し、その取得したタイミングに従って、光源２０２が入射光を発生（照射）するタイミング（あるいは、期間）、および、ポリクロメータ２０４の測定を有効化するタイミング（あるいは、期間）を制御することで、サンプル２の光学特性を個別にin-situ測定する。

本実施の形態に係る光学測定方法では、各サンプルの配置位置に応じて同期タイミングを設定するので、サンプルを不規則に配置した状態であっても測定でき、また、回転体の回転速度に変動がある場合であっても、高精度な測定が可能である。

サンプル２の光学特性を個別にin-situ測定できるので、各サンプルにおける成膜プロセスの進行状態をリアルタイムでモニターすることができる。

＜Ｄ．第１の測定方法＞
次に、本実施の形態に係る第１の測定方法について説明する。第１の測定方法は、回転ドラム１０２上のサンプル２が配置された位置に応じたタイミング情報３２４を取得するための予備的な測定（以下、「プレ測定」とも称す。）と、サンプル２の各々について光学特性を取得する本来の測定（以下、「本測定」とも称す。）との２種類の測定手順を含む。さらに、プレ測定は、２段階の測定手順（以下、「プレ測定（１）」および「プレ測定（２）」とも称す。）を含む。プレ測定によって、光源２０２がパルス状の入射光を照射するタイミング、および、ポリクロメータ２０４の測定を有効化するタイミングが決定される。

図３は、本実施の形態に係る第１の測定方法を説明するための模式図である。図３（Ａ）には、プレ測定（１）の接続関係を示し、図３（Ｂ）には、プレ測定（２）および本測定の接続関係を示す。

（ｄ１：プレ測定（１））
まず、プレ測定（１）が実施される。プレ測定（１）では、タイミング情報３２４の一部として、各サンプル２の配置位置に対応した、ポリクロメータ２０４を同期して駆動するためのタイミングテーブルが生成される。

図３（Ａ）を参照して、プレ測定（１）の実施時には、光源２０２から連続的な入射光を発生させ、この連続的に発生した入射光が回転ドラム１０２の側面で反射されて生じた光の強度を受光センサ２０６にて検出する。光源２０２は光ファイバ２１２を通じて真空チャンバ１００と光学的に接続され、受光センサ２０６は光ファイバ２１６を通じて真空チャンバ１００と光学的に接続される。

プレ測定（１）の実施時には、本測定の実施時と同様に、回転ドラム１０２は規定回転速度に維持される。そのため、受光センサ２０６にて検出される反射光の強度は、回転ドラム１０２の側面に配置されたサンプル２の位置に応じて時間的に変化することになる。この反射光の強度の時間的変化に基づいて、回転ドラム１０２に配置されたサンプル２の位置を示すタイミングテーブルが生成される。回転ドラム１０２は回転しているので、サンプル２の位置は、回転ドラム１０２の予め定められた位置（基準点／原点）からの相対的な距離（時間）として定義される。図３に示す構成では、回転検出センサ１０８から出力されるトリガー信号を基準点として用いる。

図４は、本実施の形態に係る第１の測定方法でのプレ測定（１）の実施時における各部の時間波形を示す図である。図４（Ａ）には、光源２０２が発生する入射光の時間波形を示し、図４（Ｂ）には、受光センサ２０６が出力する反射光の時間波形を示す。

図４（Ａ）に示すように、光源２０２からは一定強度の入射光が照射され、この入射光がサンプル２で反射されることで、図４（Ｂ）に示すような、強度が時間的に変化する反射光が発生する。タイミング情報３２４は、反射光の強度が極大となる各点の位置の情報を含む。より具体的には、各極大点の基準点からの相対的な時間差である、オフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…が取得される。このように、受光センサ２０６から出力される強度が極大値または極小値をとる回転ドラム１０２の位置からオフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…（第１のタイミング情報）が決定される。

受光センサ２０６の出力結果から得られたオフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…は、ポリクロメータ２０４の測定を有効化する同期タイミングとして用いられる。これは、ポリクロメータ２０４および受光センサ２０６は、いずれも共通のファイバプローブ１２４を通じて、入射光をサンプル２に向けて照射することになっており、この光学経路の共通性を利用するものである。

このようにして、回転ドラム１０２の基準点を基準とする受光センサ２０６の出力が最大になる位置（時間）を、各サンプル２について調査および記録することで、各サンプル２の配置位置に対応する、ポリクロメータ２０４を同期して駆動するためのタイミングテーブルが生成される。

以上のように、回転ドラム１０２の回転速度が規定値となるように制御された状態で、光源２０２で発生させた一定強度の入射光が、回転ドラム１０２の回転に伴ってサンプル２が通過する領域である照射領域に照射される。照射された入射光の反射光（または、後述するように透過光）を受光センサ２０６で受光することで出力される強度の時間的変化（図４（Ｂ）参照）に基づいてオフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…（第１のタイミング情報）が取得される。このオフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…は、ポリクロメータ２０４の測定を各サンプル２の位置に対応させて有効化する期間を定義するために用いられる。

実際のプレ測定（１）では、ある程度の期間にわたって測定された結果からタイミングテーブルが生成される。すなわち、図４（Ｂ）に示すオフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…の組が複数取得されて、各オフセット時間について統計処理がなされることで、最終的なオフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…が決定される。統計処理としては、単純な平均化処理であってもよいし、標準偏差（分散）を考慮した処理であってもよい。

（ｄ２：プレ測定（２））
続いて、プレ測定（２）が実施される。プレ測定（２）では、タイミング情報３２４の一部として、ポリクロメータ２０４を同期して駆動するためのタイミングと、光源２０２からパルス状の入射光を発生するタイミングとの間のずれ（ディレイ時間）が算出される。この算出されたディレイ時間から、各サンプル２の配置位置に対応した、光源２０２を同期して駆動するためのタイミングテーブルが生成される。

図３（Ｂ）を参照して、プレ測定（２）の実施時には、光源２０２からパルス状の入射光を発生させ、このパルス状の入射光が回転ドラム１０２の側面に配置されたサンプル２で反射されて生じる光をポリクロメータ２０４にて受光する。光源２０２は光ファイバ２１２を通じて真空チャンバ１００と光学的に接続され、ポリクロメータ２０４は光ファイバ２１４を通じて真空チャンバ１００と光学的に接続される。

プレ測定（２）の実施時には、プレ測定（１）および本測定の実施時と同様に、回転ドラム１０２は規定回転速度に維持される。この状態において、プレ測定（１）において決定されたオフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…（ポリクロメータ２０４の同期タイミング）に従って、ポリクロメータ２０４の測定を有効化したときに、最も効率的な測定が可能なパルス状の入射光のタイミングが決定される。すなわち、プレ測定（１）において決定された同期タイミングに従って、ポリクロメータ２０４を駆動させつつ、光源２０２からのパルス状の入射光の照射タイミングを異ならせた場合に得られる、ポリクロメータ２０４の出力結果に基づいて、光源２０２を駆動する同期タイミングを決定する。

回転ドラム１０２の側面に配置されたそれぞれのサンプル２について、光源２０２の同期タイミングを決定してもよいが、以下では、１つのサンプル２（典型的には、回転ドラム１０２の基準点から最も近い位置に配置されたサンプル２）に着目して、光源２０２の同期タイミングを決定する処理例を説明する。

図５は、本実施の形態に係る第１の測定方法のプレ測定（２）での調整内容を説明するための図である。

図５（Ａ）には、ポリクロメータ２０４が測定を有効化するタイミングを示し、図５（Ｂ）には、光源２０２が発生するパルス状の入射光を照射するタイミングを示す。図５（Ａ）に示すように、ポリクロメータ２０４は、所定の時間幅ΔＴＭにわたって測定が有効化される。回転ドラム１０２の基準点から最も近い位置に配置されたサンプル２（１番目のサンプル）については、オフセット時間Ｔ１を中心として、時間幅ΔＴＭにわたって測定が有効化される。また、図５（Ｂ）に示すように、光源２０２は、入射光として、所定の時間幅ΔＴＤをもつパルス光を発生する。

光源２０２が発生するパルス光の時間幅ΔＴＤは、回転ドラム１０２の規定回転速度、サンプル２の大きさ、隣接するサンプル２間の間隔などによって、予め設計される。ポリクロメータ２０４が有効化される時間幅ΔＴＭは、ポリクロメータ２０４の応答速度、パルス光の時間幅ΔＴＤなどによって、予め設計される。

図５（Ｂ）に示すように、光源２０２がパルス光を照射するタイミング（基準点からのオフセット時間Ｔ１’）を変化させて、ポリクロメータ２０４の出力が最大となるものを探索する。つまり、光源２０２がパルス光を照射する周期は、ポリクロメータ２０４の同期タイミングに対応する周期に維持されつつ、光源２０２がパルス光を照射する位相を順次異ならせることで、最適なタイミング（位相ずれ）が探索されることになる。

図６は、本実施の形態に係る第１の測定方法のプレ測定（２）での調整結果を説明するための図である。図６を参照して、光源２０２がパルス光を照射するタイミング（基準点からパルス光の中央部までの遅れ時間（オフセット時間Ｔ１’））を調整した結果を示す。図６に示すように、ポリクロメータ２０４の出力結果（検出感度）が最大となる位置（符号２０２１）のオフセット時間Ｔ１’が決定される。

さらに、回転ドラム１０２の基準点から最も近い位置に配置されたサンプル２（１番目のサンプル）について決定された光源２０２のオフセット時間Ｔ１’から、残りのサンプル２についての光源２０２のオフセット時間Ｔ２’，Ｔ３’，…が算出される。より具体的には、回転ドラム１０２の基準点から最も近い位置に配置されたサンプル２（１番目のサンプル）についての、オフセット時間Ｔ１とオフセット時間Ｔ１’との差分（＝Ｔ１−Ｔ１’）を他のオフセット時間Ｔ２，Ｔ３，…にも反映することで、光源２０２のオフセット時間Ｔ２’，Ｔ３’，…が決定される。

このように、光源２０２でパルス状の光を発生させるタイミングを複数に異ならせるとともに、ポリクロメータ２０４の出力がより大きくなるタイミングがオフセット時間Ｔ２’，Ｔ３’，…（第２のタイミング情報）として決定される。

以上のように、回転ドラム１０２の回転速度が規定値となるように制御された状態で、オフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…（第１のタイミング情報）に従って光源２０２で周期的に発生させたパルス状の入射光が、回転ドラム１０２の回転に伴ってサンプル２が通過する領域である照射領域に照射される。そして、オフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…（第１のタイミング情報）に従ってポリクロメータ２０４の測定を周期的に有効化することで出力される結果に基づいて、オフセット時間Ｔ１’，Ｔ２’，Ｔ３’，…（第２のタイミング情報）が取得される。このオフセット時間Ｔ１’，Ｔ２’，Ｔ３’，…は、光源２０２からパルス状の光を発生させる期間を定義するために用いられる。

理想的には、ポリクロメータ２０４の同期タイミング（オフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…）と、光源２０２の同期タイミング（オフセット時間Ｔ１’，Ｔ２’，Ｔ３’，…）とは一致することになるが、サンプル２が回転していること、指令を受けてから光源２０２が発生するまでの応答遅れ、ポリクロメータ２０４の測定が有効化されてから安定するまでの応答遅れ、などに影響を受けて、両タイミングは一致しないことが多い。

以上のようなプレ測定（１）およびプレ測定（２）によって、タイミング情報３２４が取得される。但し、ポリクロメータ２０４の同期タイミングと、光源２０２の同期タイミングとが一致しているとみなせる場合には、上述のプレ測定（２）を省略してもよい。この場合には、光源２０２の同期タイミングについても、プレ測定（１）の結果に基づいて決定される。すなわち、プレ測定（１）の実施のみによって、タイミング情報３２４を決定してもよい。

図７は、本実施の形態に係る第１の測定方法におけるプレ測定によって取得されるタイミング情報３２４の一例を示す図である。図７に示すように、タイミング情報３２４は、回転ドラム１０２に配置されたサンプル２を特定するためのサンプル番号にそれぞれ対応付けられた同期タイミングを含む。この同期タイミングは、ポリクロメータ２０４の同期タイミングであるオフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…、および、光源２０２の同期タイミングであるオフセット時間Ｔ１’，Ｔ２’，Ｔ３’，…を含む。オフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…（第１のタイミング情報）、および、オフセット時間Ｔ１’，Ｔ２’，Ｔ３’，…（第２のタイミング情報）は、回転ドラム１０２（回転体）の回転速度が規定値となるように制御された状態における、回転ドラム１０２の予め定められた位置（基準点／原点）が検出されてからの経過時間を用いて定義される。

（ｄ３：本測定）
上述のようなプレ測定の実施によって取得されたタイミング情報３２４を用いて、本測定が実施される。なお、本測定の前に必ずプレ測定を行なう必要はなく、例えば、同一ロットのサンプル２に対して、同一の成膜プロセスが繰り返し実施されるような場合には、プレ測定を１回だけ実施し、それにより取得されたタイミング情報３２４を共通に用いて、本測定を複数回実施してもよい。

再度、図３（Ｂ）を参照して、本測定時には、上述のプレ測定（２）と同様に、光源２０２からパルス状の入射光を発生させ、このパルス状の入射光が回転ドラム１０２の側面に配置されたサンプル２で反射されて生じる光をポリクロメータ２０４にて受光する。光源２０２は光ファイバ２１２を通じて真空チャンバ１００と光学的に接続され、ポリクロメータ２０４は光ファイバ２１４を通じて真空チャンバ１００と光学的に接続される。

本測定時には、サンプル２のみに入射光が照射されるように、タイミング情報３２４に基づいて、光源２０２からパルス光を照射するタイミングが制御される。この入射光の照射タイミングが適切に制御されることで、ポリクロメータ２０４では、各サンプル２で反射された光のみを選択的に受光することができる。

図８は、本実施の形態に係る第１の測定方法における本測定時の各部の時間波形を示す図である。図８（Ａ）には、光源２０２が発生する入射光の時間波形を示し、図８（Ｂ）には、ポリクロメータ２０４に入射する反射光の時間波形を示し、図８（Ｂ）には、ポリクロメータ２０４を有効化するタイミングを示す。

図８（Ａ）を参照して、本測定時には、プレ測定時に取得したタイミング情報３２４を参照して、光源２０２からパルス状に入射光を発生する。光源２０２は、同期タイミングであるオフセット時間Ｔ１’，Ｔ２’，Ｔ３’，…の各々を中心として、所定の時間幅ΔＴＤを有するパルス光を発生する。

光源２０２がそれぞれ発生するパルス光は、回転ドラム１０２に配置されたそれぞれのサンプル２で反射されて、図８（Ｂ）に示すようなパルス状の反射光が生じる。図８（Ａ）に示すパルス状の入射光、および、図８（Ｂ）に示すパルス状の反射光に対応させて、図８（Ｃ）に示すように、ポリクロメータ２０４の測定を有効化する期間が制御される。より具体的には、ポリクロメータ２０４は、同期タイミングであるオフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…の各々を中心として、所定の時間幅ΔＴＭにわたって測定が有効化される。ポリクロメータ２０４の測定を周期的に有効化することで、回転している複数のサンプル２のそれぞれを個別に測定することができる。

このように、回転ドラム１０２の回転速度が規定値となるように制御された状態で、オフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…（第１のタイミング情報）に従ってポリクロメータ２０４の測定が周期的に有効化される。併せて、オフセット時間Ｔ１’，Ｔ２’，Ｔ３’，…（第２のタイミング情報）に従って光源２０２でパルス状の光を周期的に発生させる。このような同期処理によって、ポリクロメータ２０４から出力される特性値をサンプル２別に取得することができる。

図９は、本実施の形態に係る第１の測定方法における本測定によって取得される測定結果の一例を示す図である。図９を参照して、回転ドラム１０２に配置されたそれぞれのサンプル２の別に、ポリクロメータ２０４による測定結果が格納される。典型的には、サンプル２での成膜状態をin-situ測定することになるので、それぞれのサンプル２の測定結果が時間毎に順次格納される。

（ｄ４：処理手順）
図１０は、本実施の形態に係る第１の測定方法における処理手順を示すフローチャートである。図１０を参照して、まず、測定の準備が実施される。より具体的には、オペレータは、回転ドラム１０２のそれぞれの配置位置にサンプル２（典型的には、未成膜の基板）を配置する（ステップＳ１００）。続いて、オペレータは、光学測定部２００において、ファイバプローブ１２２からの出力を受光センサ２０６に接続する（ステップＳ１０２）。なお、ステップＳ１００およびＳ１０２の処理は、専用の装置などを用いて、自動的に行なうようにしてもよい。

その後、プレ測定（１）の開始が指示されると、回転ドラム１０２が本測定（すなわち、サンプル２に対する成膜プロセスの実施時）と同じ条件である規定回転速度で回転している状態で、制御部３００は、光源２０２から連続的な入射光を発生させる（ステップＳ１０４）。制御部３００は、受光センサ２０６で受光される反射光の強度が極大となる各点の位置を示すオフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…を取得する（ステップＳ１０６）。タイミング情報３２４は、オフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…を含む。取得されたオフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…から、回転ドラム１０２の基準点を基準とする各サンプル２の配置位置についての、ポリクロメータ２０４の同期タイミングが取得される。

続いて、プレ測定（２）への切り換えが準備される。より具体的には、オペレータは、光学測定部２００において、ファイバプローブ１２２からの出力をポリクロメータ２０４に接続する（ステップＳ１０８）。なお、ステップＳ１０８の処理は、専用の装置（例えば、光学経路の切換装置）などを用いて、自動的に行なうようにしてもよい。

その後、プレ測定（２）の開始が指示されると、回転ドラム１０２が本測定（すなわち、サンプル２に対する成膜プロセスの実施時）と同じ条件である規定回転速度で回転している状態で、制御部３００は、ステップＳ１０６において取得されたオフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…に従って、ポリクロメータ２０４の測定を周期的に有効化する（ステップＳ１１０）。そして、制御部３００は、光源２０２がパルス光を照射するタイミング（基準点からのオフセット時間Ｔ１’）を順次変化させて、回転ドラム１０２の基準点から最も近い位置に配置されたサンプル２（１番目のサンプル）について、ポリクロメータ２０４からの出力が最大となるものを探索する（ステップＳ１１２）。すなわち、ポリクロメータ２０４からの出力が最大となるオフセット時間Ｔ１’を探索する。さらに、制御部３００は、オフセット時間Ｔ１とポリクロメータ２０４からの出力が最大となるオフセット時間Ｔ１’との差分を算出するとともに、他のオフセット時間Ｔ２，Ｔ３，…にも反映することで、光源２０２のオフセット時間Ｔ１’，Ｔ２’，Ｔ３’，…を決定する（ステップＳ１１４）。タイミング情報３２４は、オフセット時間Ｔ１’，Ｔ２’，Ｔ３’，…を含む。

取得されたオフセット時間Ｔ１’，Ｔ２’，Ｔ３’，…から、ポリクロメータ２０４の同期タイミングと光源２０２が入射光を発光する同期タイミングとの時間的な関係が取得される。

最終的に、制御部３００は、回転ドラム１０２の基準点を基準として、各サンプル２の配置位置について同期タイミングの情報を含むタイミング情報３２４を格納する（ステップＳ１１６）。タイミング情報３２４は、それぞれのサンプル２を同期して測定するためのタイムテーブルを含む。より具体的には、タイミング情報３２４は、ポリクロメータ２０４の測定を有効化する同期タイミング、および、光源２０２がパルス状の入射光を発生する同期タイミングを示す情報を含む。

その後、本測定の開始が指示されると、回転ドラム１０２が規定回転速度で回転している状態で、制御部３００は、タイミング情報３２４を参照して、光源２０２およびポリクロメータ２０４をそれぞれの同期タイミングに従って駆動し（ステップＳ１１８）、ポリクロメータ２０４からそれぞれのサンプル２について出力される測定結果を、対応するサンプル２に関連付けて順次格納する（ステップＳ１２０）。この測定処理は、本測定の終了が指示されるまで（ステップＳ１２２においてＮＯ）、繰り返される。

（ｄ５：ファイバプローブの構造）
次に、真空チャンバ１００内に配置されるファイバプローブ１２４の構造について説明する。

図１１は、本実施の形態に係る成膜システム１に用いられるファイバプローブ１２４の機能を説明するための図である。図１２は、本実施の形態に係る成膜システム１に用いられるファイバプローブ１２４の断面構造を示す模式図である。

図１１（Ａ）を参照して、ファイバプローブ１２４の光軸ＡＸが回転ドラム１０２の側面に対して垂直になっている場合には、入射光および反射光のいずれもが光軸ＡＸに沿って伝搬するので、信号強度の低下または測定誤差の発生といった問題は生じにくい。これに対して、図１１（Ｂ）に示すように、ファイバプローブ１２４の光軸ＡＸが回転ドラム１０２の側面に対して垂直になっていない場合には、ファイバプローブ１２４から照射された入射光と、サンプル２で反射された反射光とが同一の光学経路を伝搬しない。また、回転ドラム１０２は回転するので、ファイバプローブ１２４に対する光学的な位置関係が変動する場合もある。このような光学的な位置関係にずれが生じた場合であっても、安定的な測定が可能なファイバプローブ１２４を採用することが好ましい。

図１２を参照して、本実施の形態に係るファイバプローブ１２４は、回転ドラム１０２の軸方向（回転軸１０４の延伸方向）に沿って配置された複数のファイバ素線からなるファイバ素線群１２０１，１２０２，１２０３を含む。例えば、ファイバ素線群１２０１および１２０２は、入射光の照射用の導光路として用いられ、ファイバ素線群１２０３は、反射光の受光用の導光路として用いられる。

ファイバ素線群１２０１および１２０２は、光学測定部２００の光ファイバ２１２と光学的に接続される。ファイバ素線群１２０１および１２０２は、それぞれの端面が回転ドラム１０２の軸方向に沿って並べて配置され、光源２０２と光学的に接続された第１群の光ファイバに相当する。

ファイバ素線群１２０３は、光学測定部２００の光ファイバ２１４または光ファイバ２１６と光学的に接続される。ファイバ素線群１２０３は、それぞれの端面が回転体の軸方向に沿って並べて配置されポリクロメータ２０４または受光センサ２０６と光学的に接続された第２群の光ファイバに相当する。

図１２に示す例では、ファイバ素線群１２０１，１２０２，１２０３の各々は、１０本のファイバ素線で構成される。例えば、ファイバ素線としては、直径２３０μｍのものが用いられる。

図１２に示すように、回転ドラム１０２の軸方向に沿って複数のファイバ素線を並べて配置することで、回転ドラム１０２の回転に伴う揺らぎや、ファイバプローブ１２４の取り付けの揺らぎなどがあっても、光学特性を安定して測定することができる。

＜Ｅ．第２の測定方法＞
上述の第１の測定方法では、プレ測定（１）における受光センサ２０６からの出力結果に基づいて、ポリクロメータ２０４の同期タイミングを決定する方法について例示した。これに対して、回転ドラム１０２の回転速度に変動がある場合（すなわち、回転速度にムラがある場合）には、ポリクロメータ２０４と受光センサ２０６との間の出力結果を用いて、その回転速度の変動を考慮して、同期タイミングを決定することが好ましい。以下、回転ドラム１０２の回転速度に変動の影響を抑制できる測定方法について説明する。

（ｅ１：概要）
第２の測定方法においても、回転ドラム１０２上のサンプル２が配置された位置に応じたタイミング情報３２４を取得するための予備的な測定（プレ測定）と、サンプル２の各々について光学特性を取得する本来の測定（本測定）との２種類の測定手順を含む。さらに、プレ測定は、２段階の測定手順（プレ測定（１）、および、プレ測定（２））を含む。プレ測定によって、光源２０２がパルス状の入射光を照射するタイミング、および、ポリクロメータ２０４の測定を有効化するタイミングが決定される。

図１３は、本実施の形態に係る第２の測定方法を説明するための模式図である。図１３（Ａ）には、プレ測定（１）の接続関係を示し、図１３（Ｂ）には、プレ測定（２）および本測定の接続関係を示す。

図３（Ａ）に示す第１の測定方法のプレ測定（１）に比較して、図１３（Ａ）に示す第２の測定方法のプレ測定（１）においては、受光センサ２０６だけではなく、ポリクロメータ２０４についても真空チャンバ１００と光学的に接続される。すなわち、光源２０２から連続的な入射光を発生させ、この連続的に発生した入射光が回転ドラム１０２の側面で反射されて生じた光は、ポリクロメータ２０４および受光センサ２０６のそれぞれに入射する。但し、ポリクロメータ２０４および受光センサ２０６のそれぞれに入射する反射光の光学経路は同一ではない。

図１４は、本実施の形態に係る第２の測定方法におけるファイバプローブ１２４から照射される入射光を示す模式図である。図１４を参照して、ファイバプローブ１２４のある照射口から照射された一部の入射光は、回転ドラム１０２の側面にある照射領域２２６に入射する。照射領域２２６で反射されて生じる反射光は、ファイバプローブ１２４を通じて、ポリクロメータ２０４に入射する。また、ファイバプローブ１２４の別の照射口から照射された別の入射光は、回転ドラム１０２の側面にある照射領域２２４に入射する。照射領域２２４で反射されて生じる反射光は、ファイバプローブ１２４を通じて、受光センサ２０６に入射する。

このような光学経路の相違によって、ポリクロメータ２０４および受光センサ２０６からの出力結果の間には、照射領域２２４と照射領域２２６との間の位置関係の相違に起因して、タイミングのずれ（ディレイ時間）が生じる。このディレイ時間は、本来的には、ファイバプローブ１２４の物理的な構造に依存して定まる一定値になるはずである。しかしながら、回転ドラム１０２の回転速度に変動が生じる場合には、このタイミングのずれ（ディレイ時間）も、回転速度の変動に伴って変動する。回転ドラム１０２の回転速度の変動としては、一周期内で生じるものもあるし、成膜プロセスの進行に伴ってより長い周期で生じるものもある。

第２の測定方法では、同一の反射光に対するポリクロメータ２０４および受光センサ２０６の応答の時間差を統計的に処理することで、ポリクロメータ２０４と受光センサ２０６との間の同期タイミングのずれ（ディレイ時間）を算出する。この同期タイミングのずれを用いて、ポリクロメータ２０４の測定を有効化する同期タイミングが決定される。以下、より詳細な手順について説明する。

（ｅ２：プレ測定（１））
第２の測定方法のプレ測定（２）では、各サンプル２の配置位置に対応した、受光センサ２０６を同期して駆動するためのタイミングテーブルが生成される。その上で、ポリクロメータ２０４と受光センサ２０６との間の同期タイミングのずれ（ディレイ時間）が算出される。最終的に、ポリクロメータ２０４の測定を有効化する同期タイミングが決定される。

プレ測定（１）の実施時には、本測定の実施時と同様に、回転ドラム１０２は規定回転速度に維持される。そのため、受光センサ２０６にて検出される反射光の強度は、回転ドラム１０２の側面に配置されたサンプル２の位置に応じて時間的に変化することになる。この反射光の強度の時間的変化に基づいて、回転ドラム１０２に配置されたサンプル２の位置を示すタイミングテーブルが生成される。より具体的には、上述の図４に示したように、反射光の強度が極大となるそれぞれの極大点について、基準点からの相対的な時間差である、オフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…が取得される。第２の測定方法において、オフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…は、各サンプル２の配置位置に対応した、受光センサ２０６の同期タイミングとして用いられる。

続いて、ポリクロメータ２０４と受光センサ２０６との間の同期タイミングのずれ（ディレイ時間）が算出される。回転ドラム１０２の側面に配置されたそれぞれのサンプル２について、同期タイミングのずれを算出してもよいが、以下では、１つのサンプル２（典型的には、回転ドラム１０２の基準点から最も近い位置に配置されたサンプル２）に着目して、同期タイミングのずれを算出する処理例を説明する。

図１５は、本実施の形態に係る第２の測定方法のプレ測定（１）の内容を説明するための図である。図１５（Ａ）には、図１３（Ａ）に示す状態における受光センサ２０６からの出力結果の時間波形の一例を示し、図１５（Ｂ）には、図１３（Ａ）に示す状態におけるポリクロメータ２０４からの出力結果の時間波形の一例を示す。

図１５（Ａ）における出力結果の強度が極大となる位置（基準点からオフセット時間Ｔ１だけ離れている）と、図１５（Ｂ）における出力結果の強度が極大となる位置（基準点からオフセット時間Ｔ１ａだけ離れている）との間の時間差ΔＴ１（ｎ）（＝Ｔ１ａ−Ｔ１）が所定回数にわたって算出される。そして、算出されたＮ個の時間差ΔＴ１（ｎ）（１≦ｎ≦Ｎ）を統計処理することで、ポリクロメータ２０４と受光センサ２０６との間の同期タイミングのずれ（ディレイ時間）が算出される。統計処理としては、単純な平均化処理であってもよいし、信頼度を考慮した処理であってもよい。また、時間差ΔＴ１（ｎ）の母集団から外れ値を除外するような処理を付加することで、統計値の信頼度を高めることができる。

以上のようなプレ測定（１）によって、ポリクロメータ２０４と受光センサ２０６との間の同期タイミングのずれ（ディレイ時間）が算出される。そして、受光センサ２０６の同期タイミングであるオフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…と、時間差ΔＴ１とから、ポリクロメータ２０４の同期タイミングであるオフセット時間（Ｔ１＋ΔＴ１），（Ｔ２＋ΔＴ１），（Ｔ３＋ΔＴ１），…が算出される。

すなわち、プレ測定（１）においては、光源２０２で発生させた一定強度の入射光を、回転ドラム１０２の回転に伴ってサンプル２が通過する領域である照射領域に照射するとともに、照射された入射光の反射光（または、後述するように透過光）を受光センサ２０６に加えて、ポリクロメータ２０４でも受光する。そして、同一のサンプルについての、ポリクロメータ２０４および受光センサ２０６の間の出力の時間的なずれ（ディレイ時間）に基づいて、オフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…（第１のタイミング情報）が補正される。このようなプレ測定（１）を採用することで、回転ドラム１０２の回転速度に変動がある場合であっても、ポリクロメータ２０４の同期タイミングをより正確に決定できる。

（ｅ３：プレ測定（２））
第２の測定方法のプレ測定（２）においては、プレ測定（１）において決定された同期タイミングに従って、ポリクロメータ２０４の測定を有効化したときに、最も効率的な測定が可能なパルス状の入射光のタイミングが決定される。

このプレ測定（２）での処理内容は、上述の第１の測定方法のプレ測定（２）と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。

（ｅ４：本測定）
上述のようなプレ測定の実施によって取得されたタイミング情報３２４を用いて、本測定が実施される。この本測定での処理内容についても、上述の第１の測定方法の本測定と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。

（ｅ５：処理手順）
図１６は、本実施の形態に係る第２の測定方法における処理手順を示すフローチャートである。図１６を参照して、まず、測定の準備が実施される。より具体的には、オペレータは、回転ドラム１０２のそれぞれの配置位置にサンプル２（典型的には、未成膜の基板）を配置する（ステップＳ２００）。続いて、オペレータは、光学測定部２００において、ファイバプローブ１２２からの出力を受光センサ２０６に接続するとともに、ポリクロメータ２０４にも接続する（ステップＳ２０２）。なお、ステップＳ２０２およびＳ２０４の処理は、専用の装置などを用いて、自動的に行なうようにしてもよい。

その後、プレ測定（１）の開始が指示されると、回転ドラム１０２が本測定（すなわち、サンプル２に対する成膜プロセスの実施時）と同じ条件である規定回転速度で回転している状態で、制御部３００は、光源２０２から連続的な入射光を発生させる（ステップＳ２０４）。制御部３００は、受光センサ２０６で受光される反射光の強度が極大となる各点の位置を示すオフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…を取得する（ステップＳ２０６）。取得されたオフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…から、回転ドラム１０２の基準点を基準とする各サンプル２の配置位置についての、受光センサ２０６の同期タイミングが取得される。

続いて、プレ測定（１）の状態が維持されたまま、制御部３００は、回転ドラム１０２の基準点から最も近い位置に配置されたサンプル２（１番目のサンプル）についての、受光センサ２０６の出力結果の強度が極大となる位置（オフセット時間）と、ポリクロメータ２０４の出力結果の強度が極大となる位置（オフセット時間）との間の時間差を所定回数にわたって算出する（ステップＳ２０８）。そして、制御部３００は、ステップＳ２０８において算出した所定回数の時間差を統計処理することで、ポリクロメータ２０４と受光センサ２０６との間の同期タイミングのずれ（ディレイ時間に相当する時間差ΔＴ１）を算出する（ステップＳ２１０）。さらに、制御部３００は、ステップＳ２０６において取得したオフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…、および、ステップＳ２１０において算出したポリクロメータ２０４と受光センサ２０６との間の同期タイミングのずれ（時間差ΔＴ１）から、ポリクロメータ２０４の同期タイミングであるオフセット時間（Ｔ１＋ΔＴ１），（Ｔ２＋ΔＴ１），（Ｔ３＋ΔＴ１），…を算出する（ステップＳ２１２）。

続いて、プレ測定（２）への切り換えが準備される。より具体的には、オペレータは、光学測定部２００において、ファイバプローブ１２２の出力先から受光センサ２０６を除外する（ステップＳ２１４）。なお、ステップＳ２１４の処理は、専用の装置（例えば、光学経路の切換装置）などを用いて、自動的に行なうようにしてもよい。

その後、プレ測定（２）の開始が指示されると、回転ドラム１０２が本測定（すなわち、サンプル２に対する成膜プロセスの実施時）と同じ条件である規定回転速度で回転している状態で、制御部３００は、ステップＳ２１２において取得されたオフセット時間（Ｔ１＋ΔＴ１），（Ｔ２＋ΔＴ１），（Ｔ３＋ΔＴ１），…に従って、ポリクロメータ２０４の測定を周期的に有効化する（ステップＳ２１６）。そして、制御部３００は、光源２０２がパルス光を照射するタイミング（基準点からのオフセット時間Ｔ１’）を順次変化させて、回転ドラム１０２の基準点から最も近い位置に配置されたサンプル２（１番目のサンプル）について、ポリクロメータ２０４からの出力が最大となるものを探索する（ステップＳ２１８）。すなわち、ポリクロメータ２０４からの出力が最大となるオフセット時間Ｔ１’を探索する。さらに、制御部３００は、オフセット時間（Ｔ１＋ΔＴ１）とポリクロメータ２０４からの出力が最大となるオフセット時間Ｔ１’との差分を算出するとともに、他のオフセット時間（Ｔ２＋ΔＴ１），（Ｔ３＋ΔＴ１），…にも反映することで、光源２０２のオフセット時間Ｔ１’，Ｔ２’，Ｔ３’，…を決定する（ステップＳ２２０）。タイミング情報３２４は、オフセット時間Ｔ１’，Ｔ２’，Ｔ３’，…を含む。

取得されたオフセット時間Ｔ１’，Ｔ２’，Ｔ３’，…から、ポリクロメータ２０４の同期タイミングと光源２０２が入射光を発光する同期タイミングとの時間的な関係が取得される。

最終的に、制御部３００は、回転ドラム１０２の基準点を基準として、各サンプル２の配置位置について同期タイミングの情報を含むタイミング情報３２４を格納する（ステップＳ２２２）。タイミング情報３２４は、それぞれのサンプル２を同期して測定するためのタイムテーブルを含む。より具体的には、タイミング情報３２４は、ポリクロメータ２０４の測定を有効化する同期タイミング、および、光源２０２がパルス状の入射光を発生する同期タイミングを示す情報を含む。

その後、本測定の開始が指示されると、回転ドラム１０２が規定回転速度で回転している状態で、制御部３００は、タイミング情報３２４を参照して、光源２０２およびポリクロメータ２０４をそれぞれの同期タイミングに従って駆動し（ステップＳ２２４）、ポリクロメータ２０４からそれぞれのサンプル２について出力される測定結果を、対応するサンプル２に関連付けて順次格納する（ステップＳ２２６）。この測定処理は、本測定の終了が指示されるまで（ステップＳ２２８においてＮＯ）、繰り返される。

（ｅ６：ファイバプローブの構造）
次に、真空チャンバ１００内に配置されるファイバプローブ１２４の構造について説明する。第２の測定方法においても、図１１を参照して説明したように、回転ドラム１０２に対するファイバプローブ１２４の光学的な位置関係の変動による影響を低減できる構造を採用することが好ましい。

図１７は、本実施の形態に係る成膜システム１に用いられるファイバプローブ１２４の別の断面構造を示す模式図である。図１７を参照して、本実施の形態に係るファイバプローブ１２４は、３つのスリーブ１２４１，１２４２，１２４３を含む。スリーブ１２４１は、光源２０２から照射された入射光のうち、ポリクロメータ２０４での測定に用いられる光の導光路を含み、スリーブ１２４２は、光源２０２から照射された入射光のうち、受光センサ２０６での検出に用いられる光の導光路を含む。なお、スリーブ１２４３は、バンドルファイバ１２０およびファイバプローブ１２４の形状を安定化させるために、ダミーとして配置されている。

スリーブ１２４１には、回転ドラム１０２の軸方向（回転軸１０４の延伸方向）に沿って、複数のファイバ素線からなるファイバ素線群１２１１，１２１２，１２１３が配置されている。例えば、ファイバ素線群１２１１および１２１２は、入射光の照射用の導光路として用いられ、ファイバ素線群１２１３は、反射光の受光用の導光路として用いられる。ファイバ素線群１２１１および１２１２は、光学測定部２００の光ファイバ２１２を通じて光源２０２と光学的に接続される。ファイバ素線群１２１１および１２１２は、それぞれの端面が回転ドラム１０２の軸方向に沿って並べて配置され、光源２０２と光学的に接続された第１群の光ファイバに相当する。ファイバ素線群１２１３は、光学測定部２００の光ファイバ２１４を通じてポリクロメータ２０４と光学的に接続される。ファイバ素線群１２１３は、それぞれの端面が回転体の軸方向に沿って並べて配置されポリクロメータ２０４と光学的に接続された第２群の光ファイバに相当する。

同様に、スリーブ１２４２には、回転ドラム１０２の軸方向（回転軸１０４の延伸方向）に沿って、複数のファイバ素線からなるファイバ素線群１２２１，１２２２，１２２３が配置されている。例えば、ファイバ素線群１２２１および１２２２は、入射光の照射用の導光路として用いられ、ファイバ素線群１２２３は、反射光の受光用の導光路として用いられる。ファイバ素線群１２２１および１２２２は、光学測定部２００の光ファイバ２１２を通じて光源２０２と光学的に接続される。ファイバ素線群１２２１および１２２２は、それぞれの端面が回転ドラム１０２の軸方向に沿って並べて配置され、光源２０２と光学的に接続された第１群の光ファイバに相当する。ファイバ素線群１２２３は、光学測定部２００の光ファイバ２１６を通じて受光センサ２０６と光学的に接続される。ファイバ素線群１２２３は、それぞれの端面が回転体の軸方向に沿って並べて配置され受光センサ２０６と光学的に接続された第２群の光ファイバに相当する。

図１７に示すように、回転ドラム１０２の軸方向に沿って複数のファイバ素線を並べて配置することで、回転ドラム１０２の回転に伴う揺らぎや、ファイバプローブ１２４の取り付けの揺らぎなどがあっても、光学特性を安定して測定することができる。

＜Ｆ．変形例＞
（ｆ１：透過型）
上述の第１の測定方法および第２の測定方法では、説明の便宜上、反射型の測定系を用いた場合について例示したが、透過型の測定系を用いても同様に適用できる。

図１８は、本実施の形態に係る光学測定装置１０を含む成膜システム１Ａの構成を示す模式図である。図１８を参照して、成膜システム１Ａの真空チャンバ１００内には、駆動機構（図示しない）によって回転駆動される回転体である回転ステージ１１６が配置されている。回転ステージ１１６の一方側の円周面には、１または複数のサンプル２が配置される。

回転ステージ１１６の上面側および下面側には、ファイバプローブ１２５およびファイバプローブ１２６がそれぞれ配置されている。ファイバプローブ１２５およびファイバプローブ１２６の光軸は互いに共通になるように位置合わせされている。

ファイバプローブ１２５は、バンドルファイバ１２０Ａおよびファイバプローブ１２２Ａを通じて、光源２０２と光学的に接続されている。バンドルファイバ１２０Ａは、真空チャンバ１００の窓部１１２Ａを貫通して配置されている。また、ファイバプローブ１２６は、バンドルファイバ１２０Ｂおよびファイバプローブ１２２Ｂを通じて、ポリクロメータ２０４または受光センサ２０６と光学的に接続されている。バンドルファイバ１２０Ｂは、真空チャンバ１００の窓部１１２Ｂを貫通して配置されている。

このような光学的な構成を採用することで、光源２０２が発生した入射光をサンプル２に照射するとともに、サンプル２を透過した光を受光することで、サンプル２の光学特性を測定することができる。

図１８に示すような反射型の測定系であっても、上述したような第１の測定方法または第２の測定方法を適用することが可能である。但し、サンプル２が存在する区間においては、入射光の透過が妨げられることになるので、オフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…を取得する際には、透過光の強度が極小となる各点の位置を探索することになる。それ以外の点については、上述した説明の処理が適用可能であるので、詳細な説明は繰り返さない。

（ｆ２：基準位置の検出方法）
上述の実施の形態においては、回転検出センサ１０８を用いて、回転ドラム１０２の予め定められた位置（基準点／原点）を検出する構成を例示したが、基準点を検出できれば、どのような構成を採用してもよい。例えば、回転ドラム１０２の側面、上面、下面のいずれかに所定のパターンを形成しておき、当該パターンを光学的に検出することで、基準点を検出してもよい。具体的な一例としては、回転ドラム１０２の側面にその他の部分とは反射率が異なる基準領域を設けておき、その基準領域を視野に含む光学センサを配置することで、当該基準領域が通過したタイミングを検出することができる。

（ｆ３：時間幅の動的な更新）
上述の実施の形態においては、光源２０２が発生するパルス光の時間幅ΔＴＤ、および、ポリクロメータ２０４が有効化される時間幅ΔＴＭは、いずれも関係するパラメータに応じて予め設計される固定値として説明したが、これらの値を状況に応じて、適宜変更してもよい。例えば、測定されるオフセット時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…、または、オフセット時間Ｔ１’，Ｔ２’，Ｔ３’，…のバラツキの大きさに応じて、それぞれの時間幅を拡大または縮小してもよい。なお、ポリクロメータ２０４の時間幅ΔＴＭは、検出感度に影響するため、可能な限り長い方が好ましい。

＜Ｇ．利点＞
本実施の形態に係る光学測定方法は、光源２０２が入射光を発生（照射）するタイミング（あるいは、期間）、および、ポリクロメータ２０４の測定を有効化するタイミング（あるいは、期間）を適切に制御することで、回転する回転体に配置された１または複数のサンプル２の光学特性を個別にin-situ測定できる。このように、すべてのサンプル２に対する成膜をしながら、それらのすべてについて光学特性を個別に測定できるので、成膜状況をフィードバックしながら成膜プロセスを高精度に制御できる。各ワークの光学特性を製造中に測定できるので、何らかの不具合が生じた場合には、それに対する処置を即座にすることができ、不適合品の発生確率を低減して、歩留まりを向上できる。

本実施の形態に係る光学測定方法は、スパッタリング法などで、基板上に薄膜を形成するプロセスを高精度にモニタリングできる。このとき、成膜対象のワーク（基板）が高速で移動していたとしても、ワーク毎のモニターが可能である。

本実施の形態に係る光学測定方法では、基本的には、回転体の予め定められた一つの位置（基準点／原点）が検出できれば実現可能である。これは、成膜プロセスを実現する既存の装置であっても、最低限の改造で、すべてのサンプルに対するin-situ測定を実現できることを意味する。

本実施の形態に係る光学測定方法では、回転体に配置されるサンプルを規則的に配置する必要はなく、隣接するサンプル間の距離がばらついているような場合であっても、各サンプルを個別に測定することができる。

上述したようなファイバプローブを採用することで、真空チャンバに配置されるサンプルが回転体の側面に対して傾いているような場合であっても、入射光の照射および反射光の受光を最適化できるので、ロバスト性を高めることができる。また、ファイバプローブ自体は小型化できるので、省スペース化も併せて実現できる。また、複数の光学経路を実現できるファイバプローブを採用することで、ポリクロメータ２０４および受光センサ２０６での２系統独立の測定を同時に行なうこともできる。

本実施の形態に係る光学測定方法では、回転体の回転速度に変動が生じる場合であっても、その回転速度の変動を補正して、より適切な測定が可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１Ａ 成膜システム、２ サンプル、１０ 光学測定装置、１００ 真空チャンバ、１０２ 回転ドラム、１０４ 回転軸、１０６ 回転板、１０８ 回転検出センサ、１１０ 吸引口、１１２，１１２Ａ，１１２Ｂ 窓部、１１４ 成膜源、１１６ 回転ステージ、１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ バンドルファイバ、１２２，１２２Ａ，１２２Ｂ，１２４，１２５，１２６ ファイバプローブ、２００ 光学測定部、２０２ 光源、２０４ ポリクロメータ、２０６ 受光センサ、２０８ タイミングコントローラ、２１２，２１４，２１６ 光ファイバ、２２４，２２６ 照射領域、３００ 制御部、３０２ プロセッサ、３０４ 主メモリ、３０６ ネットワークインターフェイス、３０８ 測定部インターフェイス、３１０ 入力部、３１２ 出力部、３１４ バス、３２０ ハードディスク、３２２ 光学測定プログラム、３２４ タイミング情報、３２６ 測定結果、１２０１，１２０２，１２０３，１２１１，１２１２，１２１３，１２２１，１２２２，１２２３ ファイバ素線群、１２４１，１２４２，１２４３ スリーブ。

図８は、本実施の形態に係る第１の測定方法における本測定時の各部の時間波形を示す図である。図８（Ａ）には、光源２０２が発生する入射光の時間波形を示し、図８（Ｂ）には、ポリクロメータ２０４に入射する反射光の時間波形を示し、図８（Ｃ）には、ポリクロメータ２０４を有効化するタイミングを示す。

（ｅ２：プレ測定（１））
第２の測定方法のプレ測定（１）では、各サンプル２の配置位置に対応した、受光センサ２０６を同期して駆動するためのタイミングテーブルが生成される。その上で、ポリクロメータ２０４と受光センサ２０６との間の同期タイミングのずれ（ディレイ時間）が算出される。最終的に、ポリクロメータ２０４の測定を有効化する同期タイミングが決定される。

（ｅ５：処理手順）
図１６は、本実施の形態に係る第２の測定方法における処理手順を示すフローチャートである。図１６を参照して、まず、測定の準備が実施される。より具体的には、オペレータは、回転ドラム１０２のそれぞれの配置位置にサンプル２（典型的には、未成膜の基板）を配置する（ステップＳ２００）。続いて、オペレータは、光学測定部２００において、ファイバプローブ１２２からの出力を受光センサ２０６に接続するとともに、ポリクロメータ２０４にも接続する（ステップＳ２０２）。なお、ステップＳ２００およびＳ２０２の処理は、専用の装置などを用いて、自動的に行なうようにしてもよい。

Claims (8)

1. 回転体に配置された１または複数のサンプルの光学特性を測定する光学測定装置であって、
   光源と、
   受光した光の特性値を出力する第１の検出部と、
   前記第１の検出部より高い応答速度を有し、受光した光の強度を出力する第２の検出部と、
   制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記回転体の回転速度が規定値となるように制御された状態で、前記光源で発生させた一定強度の光を、前記回転体の回転に伴って前記サンプルが通過する領域である照射領域に照射するとともに、当該照射した光の反射光または透過光を前記第２の検出部で受光することで出力される強度の時間的変化に基づいて第１のタイミング情報を取得し、前記第１のタイミング情報は、前記第１の検出部の測定を各サンプルの位置に対応させて有効化する期間を定義するためのものであり、
   前記回転体の回転速度が前記規定値となるように制御された状態で、前記第１のタイミング情報に従って前記光源で周期的に発生させたパルス状の光を、前記照射領域に照射するとともに、前記第１のタイミング情報に従って前記第１の検出部の測定を周期的に有効化することで出力される結果に基づいて第２のタイミング情報を取得し、前記第２のタイミング情報は、前記光源からパルス状の光を発生させる期間を定義するためのものであり、
   前記回転体の回転速度が前記規定値となるように制御された状態で、前記第１のタイミング情報に従って前記第１の検出部の測定を周期的に有効化するとともに、前記第２のタイミング情報に従って前記光源でパルス状の光を周期的に発生させることで、前記第１の検出部から出力される特性値をサンプル別に取得する、光学測定装置。
2. 前記制御部は、前記第２の検出部から出力される強度が極大値または極小値をとる前記回転体の位置から前記第１のタイミング情報を決定する、請求項１に記載の光学測定装置。
3. 前記制御部は、前記光源で発生させた一定強度の光を前記照射領域に照射するとともに、当該照射した光の反射光または透過光を前記第２の検出部に加えて、前記第１の検出部でも受光させて、同一のサンプルについての、前記第１の検出部および前記第２の検出部の間の出力の時間的なずれに基づいて、前記第１のタイミング情報を補正する、請求項２に記載の光学測定装置。
4. 前記制御部は、前記光源でパルス状の光を発生させるタイミングを複数に異ならせるとともに、前記第１の検出部の出力がより大きくなるタイミングを前記第２のタイミング情報として決定する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学測定装置。
5. 前記第１のタイミング情報および前記第２のタイミング情報を定義する基準となる、前記回転体の予め定められた位置を検出するための位置検出部をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学測定装置。
6. 前記第１のタイミング情報および前記第２のタイミング情報は、前記回転体の回転速度が前記規定値となるように制御された状態における、前記回転体の予め定められた位置が検出されてからの経過時間を用いて定義される、請求項５に記載の光学測定装置。
7. それぞれの端面が前記回転体の軸方向に沿って並べて配置され、前記光源と光学的に接続された第１群の光ファイバと、
   それぞれの端面が前記回転体の軸方向に沿って並べて配置され、前記第１の検出部または前記第２の検出部と光学的に接続された第２群の光ファイバとをさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学測定装置。
8. 回転体に配置された１または複数のサンプルの光学特性を検出部で測定する光学測定方法であって、
   前記回転体の回転速度が規定値となるように制御された状態で、光源で発生させた一定強度の光を、前記回転体の回転に伴って前記サンプルが通過する領域である照射領域に照射するとともに、当該照射した光の反射光または透過光の強度の時間的変化に基づいて第１のタイミング情報を取得するステップと、
   前記回転体の回転速度が前記規定値となるように制御された状態で、前記第１のタイミング情報に従って前記光源で周期的に発生させたパルス状の光を、前記照射領域に照射するとともに、前記第１のタイミング情報に従って前記検出部の測定を周期的に有効化することで出力される結果に基づいて第２のタイミング情報を取得するステップと、
   前記回転体の回転速度が前記規定値となるように制御された状態で、前記第１のタイミング情報に従って前記検出部の測定を周期的に有効化するとともに、前記第２のタイミング情報に従って前記光源でパルス状の光を周期的に発生させることで、前記検出部から出力される特性値をサンプル別に取得するステップとを備える、光学測定方法。

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