KR100216898B1

KR100216898B1 - 인프로세스막두께모니터장치 및 방법

Info

Publication number: KR100216898B1
Application number: KR1019950038561A
Authority: KR
Inventors: 아키라 시오카와; 히데아키 야스이; 코이치 코테라; 유지 무카이; 히로요시 타나카; 타카시 히라오
Original assignee: 모리시타 요이찌; 마츠시타 덴키 산교 가부시키가이샤
Priority date: 1994-11-01
Filing date: 1995-10-31
Publication date: 1999-09-01
Also published as: EP0710830A3; KR960019498A; DE69534214D1; JP3308135B2; US5684574A; EP0710830B1; DE69534214T2; EP0710830A2; JPH0913171A

Abstract

본 발명은, 적용가능한 제막레이트의 범위가 넓고, 스퍼터링과 같이 비산입자의 특성파장과 동일파장의 광이 대량으로 발생하고 있는 분위기속에서도 고정밀도의 연속모니터를 가능하게 하는 것을 목적으로 하며, 그 구성에 있어서, 제막장치(6)내의 비산입자의 특성 파장을 포함한 광원(1)으로부터 나온 광속(9)은, 초핑수단(18)에 의해서 소정의 주기에서 단속된 후 광분할수단(17)에 의해서 탐사광속(14)과 참조광속(15)으로 분할된다. 탐사광속(14)은 입자비산영역(13)을 통과한 후, 광필터(2a)를 거쳐 광검출기(3a)에 들어가고, 탐사광강도신호(23)가 출력된다. 참조광속으로부터도 마찬가지로 해서 참조광강도신호가 얻어진다. 데이터처리수단(20)이 양광강도신호의 위상검출 및 레벨검출을 행함으로써, 비산입자에 의한 흡광도, 즉 제막레이트를 추정하고, 이것을 시간적분함으로써 제막두께를 추정하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

인프로세스막두께모니터장치 및 방법

제1도는 본 발명의 제 1실시형태에 관한 인프로세스막두께모니터장치의 개략 구성도.

제2도는 제1도의 인프로세스막두께모니터장치에 있어서 입자비산영역과 탐사광속(探査光束)과의 교차거리를 제한하기 위하여 탐사광속을 기판의 배후에 통과시키도록 배치한 구성의 개략구성도.

제3도는 제1도의 인프로세스막두께모니터장치에 있어서, 입자비산영역과 탐사광속과의 교차거리를 제한하기 위하여 개구를 가진 차폐판을 배치한 구성의 개략구성도.

제4도는 본 발명의 제 2실시형태에 관한 인프로세스막두께모니터장치의 진공용기내부의 입자 원쪽에서 본 도면.

제5도는 제4도의 인프로세스막두께모니터장치에 있어서, 탐사광 및 참조광의 분할방법의 예를 표시한 개략구성도.

제6도는 본 발명의 제 3실시형태에 관한 인프로세스막두께모니터장치의 진공용기내부의 입자 원쪽에서 본 도면.

제7도는 본 발명의 제 4실시형태에 관한 인프로세스막두께모니터장치의 개략구성도.

제8도는 제7도의 인프로세스막두께모니터장치에 있어서, 입자비산영역과 탐사광속과의 교차거리를 제한하기 위하여 탐사광속을 기판의 배후에 통과시키도록 배치한 구성의 개략구성도.

제9도는 제7도의 인프로세스막두께모니터장치에 있어서, 입자비산영역과 탐사광속과의 교차 거리를 제한하기 위하여 개구를 가진 차폐판을 배치한 구성의 개략구성도.

제10도는 제7도의 인프로세스막두께모니터장치에 있어서, 광파이버를 사용해서 탐사광속을 진공용기내에 도입하는 동시에, 입자비산영역통과 후의 탐사광속을 광파이버를 사용해서 진공용기밖으로 도출한 구성의 개략구성도.

제11도는 본 발명의 제 5실시형태에 관한 인프로세스막두께모니터장치장치에 있어서, 복수의 원소의 입자에 대해서 막두께를 모니터하는 구성의 개략구성도.

제12도는 본 발명의 제 6실시형태에 관한 인프로세스막두께모니터장치의 개략 구성도.

제13도는 본 발명의 제 7실시형태에 관한 인프로세스막두께모니터장치의 헤드부를 중심으로 하는 개략구성도.

제14도는 제13도의 인프로세스막두께모니터장치에 있어서 1개의 분광기에 의해서 복수의 광파이버로부터의 신호를 분광하는 구성의 개략구성도.

제15도는 본 발명의 제 8실시형태에 관한 인프로세스막두께모니터장치의 헤드부를 중심으로 하는 개략구성도.

제16도는 제15도의 인프로세스막두께모니터장치의 헤드부에 그레이팅을 사용한 구성의 개략구성도.

제17도는 본 발명의 인프로세스막두께모니터장치에 있어서의 차폐판의 개량예를 표시한 도면.

제18도는 종래예에 관한 증착장치용제막레이트모니터장치의 개략구성도.

제19도는 제막레이트와 흡광도와의 관계를 표시한 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 광원 2a, 2b : 광학필터

3a, 3b : 광검출기 4 : 입자원

5 : 기판 6 : 진공용기(제막장치)

8 : 투입파워원 9 : 광속(光束)

10 : 광원용전원 11 : 위상검출기

12 : 막두께모니터장치 13 : 입자비산영역

14 : 탐사광속 15 : 참조광속

16 : 집속광학계 17 : 광분할수단

18 : 초핑수단 19 : 광학측정계

20 : 데이터처리계 21 : 대역통과필터

22 : 참조광강도신호 23 : 탐사광강도신호

24 : 연산수단 25, 25a, 25b : 차폐판

26 : 탐사광속이 비산입자영역과 교차하는 거리

27 : 블록

28 : 각 블록에 대한 탐사광속의 기여의 정도를 수치화한 매트릭스

29 : 각 블록내에서의 흡광도를 요소로 하는 열벡터

30a, 30b, 30c, 30d : 개구 31 : 레벨검출기

51 : 헤드부 52 : 개구부

53 : 반사미러 54 : 입사용광파이버접속부

55 : 사출용광파이버접속부 56 : 입사용광파이버

57, 57a, 57b : 사출용광파이버 59 : 분광기

60 : 입사슬릿부 61 : 그레이팅

62 : 그레이팅의 회전축

63a, 63b : 사출용광파이버로부터 사출한 광속

64 : 분광된 광속 65 : 파장λ1의 광속

66 : 파장λ2의 광속 67 : 파장선택성반투명유리

68 : 파장에 따라 반사각이 다른 그레이팅

69 : 제 1차폐판부재의 직선형상슬릿

70 : 제 2차폐판부재의 소용돌이형상슬릿

본 발명은, 제막장치에 있어서 제막두께를 온라인제어하기 위한 인프로세스막두께모니터장치 및 방법에 관한 것이다.

반도체산업에 있어서 제막장치를 사용한 박막형성은 불가결하고, 최근, 제막두께를 정밀도 좋게 제어하는 것이 필요성이 높아지고 있다. 종래의 제막장치에 있어서의 제막두께저어로서, 오프라인계측에 의해 막두께를 측정하고, 그 제막시의 조작파라미터와의 관계로부터 제막시간을 조절, 관리하는 방법이 주로 사용되어 왔다. 인프로세스막두께모니터로서는, 수정진동자를 상요한 모니터링시스템이 있다. 또, 진공증착장치에 있어서는, 원자흡광법을 사용한 제막레이트제어도 행해지고 있다.

이하, 종래의 진공증착장치에 있어서의 원자흡광법에 의한 제막레이트제어장치에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 제18도에 표시한 개략구성에 있어서, 광원(1)과, 비산입자의 특성파장광만을 투과하는 광학필터(2)를 구비한 광검출기(3)가, 제막입자원(4) 및 막형성용기판(5)을 내부에 수납한 진공쳄버(6)의 외면에 절연되어 고정되어 있다. 또, 광검출기(3)의 출력과 미리 설정한 전압치를 비교하는 비교기(7), 그 비교결과가 피드백되는 투입파워원(8)등이 구비되어 있다.

먼저, 진공쳄버(5)내에 있는 제막입자원(4)에 대하여 투입파워원(8)으로부터 소정량의 에너지가 도입되면, 제막입자원(4)의 물질이 증발하고, 비산한 입자가 기판(5)에 부착해서 막이 된다. 이 과정에 있어서, 제막입자원(4)의 물질(증착물질)의 특성파장을 포함한 광속(9)이 광원(1)으로부터 조사되어 진공용기(6)내의 입자비산영역을 통과하면, 광속(9)중에 존재하는 입자의 수(밀도)에 따라서 통과광의 특성파장이 있어서의 광강도가 저하한다. 이 저하의 비율, 즉 흡광도는 제막입자원(4)으로부터의 물질의 단위시간당 증발량, 즉 제막레이트와 강한 상관을 가진다.

그래서, 진공용기(6)내에 입자비산영역을 통과하고, 또 광학필터(2)를 통과한 후의 광강도를 광검출기(3)에 의해서 검출한다. 그리고, 증착증의 광강도와 증착개시직전의 광강도와의 비로부터 흡광도를 구하고, 미리 실험에 의해 구한 소망의 제막레이트에 대응하는 기준의 흡광도와 검출된 증착증의 흡광도를 비교기(7)에 의해 비교한다. 검출흡광도가 기준흡광도보다도 클 경우에는 투입파워원(8)이 파워를 저하하고, 검출흡광도가 기준흡광도보다 작을 경우에는 투입파워원(8)의 파워를 상승한다. 이와 같이 해서, 제막레이트가 일정한 범위내에 들어가도록 투입파워원을 제어함으로써, 소정의 제막시간에 소정의 두께의 막을 형성할 수 있다.

또, 광검출기(3)에서 수광하는 광속에 외광이 혼입함으로써 발생하는 노이즈의 제거를 이하와 같이 해서 행하고 있다. 광원(1)을 구동하기 위한 광원용전원(10)은 소정주파수의 TL 레벨의 직사각형파를 생성하고, 이것을 증폭해서 광원(1)의 구동전류로 하는 동시에, 그 직사각형파를 위상검출기(11)에도 보낸다. 위생검출기(11)는, 입력된 직사각형파를 참조신호로서, 광검출기(3)로부터 얻어진 신호의 위상검출을 행하고, 광원(1)이 구성되고 있는 시간의 검출신호와 구동되고 있지 않은 기간의 검출신호를 식별함으로써 노이즈성분을 제거한다.

그러나, 상기한 종래장치는, 이하와 같은 개선해야할 문제점을 포함하고 있었다. 흡광도와 제막레이트와의 관계는, 제막장치의 특성파라미터나 모니터링시스템의 배치가 정해지면 제19도에 표시한 바와 같은 관계가 성립한다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 제막레이트가 비교적 작은 영역에서는, 제막레이트의 상승에 따라서 흡광도가 작아지나, 제막레이트가 어느정도 이상이 되면 흡광도의 변화가 작아지고, 흡광도의 제막레이트를 정밀도좋게 대응시키는 것이 어렵게 된다.

또, 스퍼터링장치와 같이 비산입자에너지가 큰 장치에 적용하려고 하면, 비산입자가 가진 특성파장과 동일한 파장의 여기광이 다량으로 발생하기 때문에, 이것이 큰 노이즈원이 되고, 위상비교에 의해서 노이즈성분을 제거하고자 해도 S/N비가 매우 작아지는 동시에 다이나믹레인지가 저하한다. 그리고, 단순한 위상비교에 의한 노이즈성분제거법에서는 노이즈를 충분히 제거하는 것이 어렵다.

또, 광원(1)의 발광강도는 시간적으로 불안정하다. 또, 광원광속(9)이 투과하는 진공용기(6)의 유리창에 입자가 부착해서 유리창의 투과율이 저하함으로써 검출기(3)에 검출되는 광의 강도가 본래 검출되어야 할 강도보다 작아져 버린다. 이들 문제가 종래의 제막레이트제어장치를 인프로세스막두께모니터로서 사용하는 경우의 큰 장해가 되고 있다.

또, 외광 등에 의한 노이즈성분을 제거하기 위하여 상기한 바와같이 광원용전원(10)으로부터의 출력을 주기적으로 ON, OFF해서 광원(1)을 펄스구동할 경우, 혹은 교류고압전원을 사용해서 사인파구동할 경우, 광원으로부터의 광강도가 시간적으로 불안정해지기 쉽다. 이에 더하여, 측정정밀도를 높이기 위하여 구동주파수를 높게하면, 광원으로부터의 광강도의 시간변화형이 변형하기 쉬워진다.

또, 광원으로서 비산입자의 원소를 사용한 중공음극램프를 사용하면, 사용할 수 있는 대상이 그 1종에 한정하고, 범용성이 결여되게 된다. 또, 합금과 같이 복수종이 원소를 사용한 제막의 경우에 각 원소의 성분비를 알 수 없었다. 복수조의 광원 및 검출기를 사용하면 복수종의 입자의 성분비를 검출하는 것이 가능하나, 통상, 제막장치에 광이 접근할 수 있는 포트의 수는 한정되어 있고, 또, 스페이스면에서도 문제가 있다.

또, 수정진동자를 사용한 모니터링시스템의 경우에는, 비산입자를 전혀 특정할 수 없다. 또한 스피터장치내에 설치한 경우에는 측정가능한 기간이 짧고, 빈번하게 바꿀 필요가 있다. 또, 연속사용하면 자동자자체의 온동상승에 의한 측정치의 시프트가 일어나므로, 연속사용이 곤란하다는 문제도 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 여러 가지의 문제점을 개선하고, 적용가능한 제막레이트의 범위가 넓고, 스퍼터링과 같이 비산입자의 특성파장과 동일한 파장의 광이 대량으로 발생하고 있는 분위기 속에서도 고정밀도의 모니터가 가능하고, 각 원소에 대해서의 2차원두께분포를 알 수 있고, 또한, 장기에 걸친 연속사용이 가능한 인프로세스막두께모니터장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 인프로세스막두께모니터장치의 특징은, 제막장치내의 비산입자의 특성파장을 포함한 광원과, 그 광원으로부터 나온 광속을 입자비산 영역을 통과하는 탐사광속과 통과하지 않는 참조광속으로 분할하는 광분할수단과, 입자비산영역통과후의 탐사광속과 상기 참조광속과의 광강도를 측정하는 광검출기와, 상기 광검출기에 상기 특성파장의 광만을 입사시키기 위한 광필터와, 상기 광검출기로부터 출력되는 탐사광강도신호와 참조광강도신호에 의거해서 상기 제막장치내의 비산입자에 의한 흡광도를 산출하고, 이 흡광도로부터 제막레이트를 추정하는 데이터처리수단을 구비하고 있는 점이 있다.

바람직하게는, 광속이 상기 분할수단을 통과하기전에 광속을 단속시키는 초핑수단이 설치되고, 상기 탐사광강도신호중의 적어도 초핑주파수 이하의 저주파성분을 차단하는 전기필터가 구비되고, 상기 데이터처리수단이 상기 참조광강도신호에 의거해서 상기 탐사광강도신호의 노이즈성분 및 광원의 광강도변동의 영향을 제거하고, 얻어진 탐사광강도와 참조광강도와의 비로부터 제막레이트에 대응하는 흡광도를 산출하고, 그 흡광도를 제막개시시점으로부터 시간 적분함으로써 제막두께를 추정한다.

제막장치내에 있어서, 제막입자원으로부터 보아서 제막기판의 배후 또는 동일면에 제막레이트에 따른 적절한 크기의 개구를 가진 차폐판을 설치하고, 상기 탐사광속이 상기 개구의 배후를 통과하도록 구성하고, 혹은 단지, 탐사광속이 제막입자원으로부터 보아서 제막기판의 배후를 통과하도록 구성함으로써, 스퍼터링과 같이 제막레이트가 높은 경우에도 적용할 수 있다.

또, 복수의 탐사광속이 입자비산영역의 다른 장소를 통과하도록 상기 광원 및 광분할수단을 구성하고, 입사비산영역을 통과한 복수의 탐사광속의 광강도를 측정하도록 상기 광검출기를 구성하고, 상기 광검출기로부터 출력되는 복수의 탐사광강도신호와 참조광강도신호에 의거해서 제막레이트 또는 제막두께의 2차원분포를 추정하도록 상기 데이터처리수단을 구성해도 된다.

또, 제막장치내의 비산입자가 복수의 원소를 포함한 경우, 그들 복수의 특성파장을 포함한 광원을 사용하고, 입자비산영역 통과후의 탐사광속으로부터 적어도 1개의 특성파장성분을 선택하는 분광기를 설치하고, 각 특성파장성분마다 광검출기로부터 탐사광강도신호를 얻음으로써, 상기 데이터처리수단이 각 원소아다의 제막레이트 또는 제막두께를 추정하도록 구성할 수도 있다.

광파이버를 사용해서 입자비산영역까지 탐사광을 인도하는 동시에, 입자비산영역 통과후의 탐사광속을 광파이버를 사용해서 제막장치의 조의 외부에 도출하는 구성도 바람직하다. 즉, 입사용 광파이버의 단부와 사출용 광파이버의 단부가 접속된 프레임체 형상의 헤드부를 제막장치내의 입자비산영역에 삽입하고, 입사용 광파이버의 단부로부터 나온 탐사광속이 상기 헤드부의 개구부에서 제한된 입자비산영역을 통과한 후 상기 사출용 광파이버의 단부에 입사하도록 구성할 수 있다. 이에 의해서 모니터장치를 제막용진공조에 장착할 때의 자유도가 증가한다.

상기 헤드부에 반사미러를 설치해서 광로길이를 벌거나, 반투명유리 등을 사용해서, 파장성분에 의해서 광로길이를 바꾸거나 할 수도 있다. 그밖의 바람직한 실시상태에 대해서는 후술다.

이하, 본 발명은 마그네트론스퍼터장치에 적용한 바람직한 실시형태에 대해서 제1도-제17도를 참조하면서 설명한다.

먼저, 제1도에 제1실시형태에 관한 인프로세스막두께제어장치의 개략구성을 표시한다. 도면에 있어서, 비산입자의 특성파장을 포함한 광속을 발하는 광원(1)으로부터 발한 광속(9)은, 초핑수단(18)에 의해서 소정의 주기에서 단속되고, 광분할수단(17)에 의해서, 탐사광속(14)과 참조광속(15)으로 분할된다. 탐사광속(14)은 집속광학계(16)에 의해서 적당한 스폿사이즈로 접속한 후, 진공용기(6)내의 입자비산영역(13)에 입사한다. 스폿사이즈(빔직경)가 조정됨으로써, 광속(14)이 입자비산영역(13)과 교차하는 공간의 체적이 조정되게 된다.

입자비산영역(13)을 통과한 광속은, 특성파장관만을 통과시키는 광학필터(2a)와 광검출기(3a)를 포함한 광학측정계(19)에 입사한다. 광검출기(3a)에 의해서 검출된 광강도에 대응하는 신호는, 소정의 주파수대역의 전기신호만을 통과시키는 대역통과필터(21a)를 통과하고, 탐사 광강도신호(23)로서 데이터처리계(20)에 입력된다.

한편, 참조광속(15)은 입자비산영역(13)을 통과하지 않고, 상기한(2a)와 마찬가지의 광학필터(2b)를 통해서 (3a)와 마찬가지의 광검출기(3b)에 입사된다. 검출된 광강도에 대응하는 신호는 (21a)와 마찬가지의 대역통과필터(21b)를 통해서 참조광강도신호(22)로서 데이터처리계(20)에 입력된다.

진공용기(6)내에서, 제막입자원(4)으로부터 비산한 입자는 기판(5)에 부착해서 박막을 형성하나, 비산입자의 일부가 탐사광속(14)중을 통과함으로써 탐사광속(14)의 광에너지가 흡수되고, 이에 의해서 광검출기(3a)에 검출되는 광강도가 저하된다. 그 저하율로부터 데이터처리계(20)가 제막레이트를 추정한다.

데이터처리계(20)는, 먼저, 위상검출기(11)에 의해서, 탐사광강도신호(23)의 위상과 참조광강도신호(22)의 위상을 비교해서 노이즈성분을 제거한다. 즉, 초핑수단(18)에 의해서 탐사광 및 참조광은 모두 주기적으로 단속되어 있으므로, 참조광강도신호(22)가 0레벨일때의 탐사광 강도신호(23)의 레벨이 노이즈레벨이라고 간주해서, 참조광강도신호(22)가 0레벨이 아닌 기간의 탐사광강도신호(23)의 레벨로부터 노이즈레벨을 뺌으로써, 노이즈성분을 제거한다.

데이터처리계(20)는, 다음에 레벨검출기(31)에 의해서 탐사광강도신호(23)의 레벨과 참조광강도신호(22)의 레벨과의 비를 구한다. 이에 의해서 흡광도, 즉, 제막레이트에 대응하는 값이 리얼타임에 얻어진다. 그리고, 이 값을 제막개시시점으로부터 시간적분함으로써 막두께를 추정할 수 있다. 이 적분처리를 행하는 것이 데이터처리계(20)에 포함하는 적분기(24)이다.

또한, 설명의 편의상, 데이터처리계(20)의 기능을 위상검출기(11), 레벨검출기(31), 및 적분기(24)로 나누었으나, 실제로는, 이들 처리를 묶어서 마이크로컴퓨터에 의해서 행할 수 있다. 이 경우, 데이터처리계(20)는, 탐사광강도신호(23) 및 참조광강도신호(22)를 디지틀신호로 변환하는 A/D변환기를 포함하게 된다.

본 실시형태의 장치에 의하면, 탐사광강도신호(23)의 레벨과 참조광강도신호(22)의 레벨과의 비로부터 흡광도를 구하므로, 광원광속(9)의 광강도가 변동한 경우, 탐사광강도와 참조광강도가 동일하게 변화하고, 광원광속(9)의 광강도변동의 영향은 상쇄된다. 이에 의해서 광원의 시간변동에 영향받지 않는 고정밀도의 검출이 가능하게 된다.

또, 비산입자의 특성파장과 동일한 파장의 여기광이 제막분위기속에서 대량으로 발생하는 경우에는, S/N비가 작아지고 다이나믹레인지가 저하하는 동시에, 상기한 위상검출에 의한 노이즈제거가 어렵게 되나, 탐사광속(14)의 주파수이외의 주파수성분을 차단하는 대역통과필터(21b)의 병용에 의해서 노이즈제거능력을 높이고 있다. 또한, 광원자체를 ON, OFF 구동하는 것은 주파수가 높아지면 곤란하고, 시간적으로 광강도가 불안정해지기 쉬우나, 본 실시형태와 같이, 초핑수단(18)을 사용해서 광속을 단속시키면, 상기와 같은 문제없이 제막조건에 따라서 최적의 주파수를 선택할 수 있다.

또, 제1도에서는 제막입자원(4)으로부터 기판(5)까지의 영역에 탐사광속(14)을 통과시키고 있으나, 실제로는 제2도에 표시한 바와같이, 제막입자원(4)으로부터 보아서 기판(5)의 배후가 되는 영역에 탐사광속(14)을 통과시키는 것이 바람직하다. 이에 의해서 스퍼터링과 같이 제막레이트가 높아서 흡광도가 포화하기 쉬운 경우에도, 기판(5)에 의해서 비산입자가 차단되고 제한된 영역에 있어서 비교적 소량의 입자에 의해서 흡광이 발생하므로, 포화하지 않고 제막레이트를 추정할 수 있다. 혹은, 제3도에 표시한 바와같이, 개구를 가진 차폐판(25)를 설치해서 그 개구의 배후의 영역에 탐사광속(14)을 통과시켜도 된다. 이 경우, 개구치수를 바꿈으로써, 탐사광속(14)이 비산입자영역(13)과 교차하는 거리(26)를 조정할 수 있다. 즉, 집속광학계(16)에 의해서 광속의 빔직경을 조절하는 외에 상기한 교차거리(26)를 조정함으로써도 탐사광속(14)이 입자비산영역(13)과 교차하는 공간의 체적을 조정할 수 있다.

또한, 초핑수단(18)을 광분할수단(17)이 앞이 아니라 뒤에 삽입하고, 참조광속(15)을 광원의 광강도변동의 영향에 제거하기 위해서만 사용하도록 해도 된다. 이 경우, 위상검출에 의한 노이즈제거를 위한 참조신호는 초핑수단(18)의 구동신호로부터 얻을 수 있다.

본 실시형태의 인프로세스막두께모니터장치에 의해서 얻어진 막두께레이트 및 그 시간적분인 막두께추정데이터는 종래기술의 설명에서 기술한 바와같이, 제막용전원의 투입파워를 제어하기 위한 피드백데이터로서 사용할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제2실시형태를 제4도에 의거해서 설명한다. 제4(a)도는 진공용기내를 위쪽에서 본 모식도이다. 본 실시형태의 막두께모니터장치는, 제1도에 표시한 모니터장치를 4조 구비하고 있다. 그 중의 1조를 예를들면, 광원(1a)으로부터 나온 광속은, 초핑수단(18a)에 의해서 단속되고, 광분할수단(17a)에 의해서 탐사광속(14a)과 참조광속(15a)으로 분할된다. 탐사광속(14a)은, 비산입자영역(13)을 통과한 후 광학필터 및 광검출기를 포함한 광학측정계(19a)에 입사한다. 검출된 광강도에 대응하는 신호는 대역통과필터(21a)를 통해서 데이터처리계(20a)에 입력된다. 다른 조에 대해서도 마찬가지이고, 이들 동작은 제1실시형태에 있어서 상세하게 설명한 바와 같다.

4조의 모니터장치에 의해서, 각 데이터처리계(20a)(20d)에 1개씩, 합계 4개의 흡광도가 얻어진다. 예를들면, 데이터처리계(20a)에 얻어지는 흡광도는, 입자비산영역(13)에 있어서의 탐사광속(14a)을 적분경로로 하는 비산입자의 수에 대응하는 선적분치이다. 4개의 데이터처리계에 얻어지는 흡광도는 각각 다른 경로에 의한 선적분치이고, 통상은 서로 다르다.

그래서, 제4(b)도에 표시한 바와같이, 입자비산영역(13)을 몇 개의 블록(27)으로 분할하고, 각 블록(27)에 대한 탐사광속(14a)(14d)의 기여의 정도를 수치화한 매트릭스(28)를 작성하고, 미지수인 각 블록내에서의 흡광도를 요소로 하는 엘벡터(29)를 생략한다. 그러면, 매트릭스(28)와 열벡트(29)와의 곱이 선적분치인 탐사광강도(23a)(23d)의 행벡터가 된다. 따라서, 이 행렬식의 미지수인 열벡터(29)의 요소를 산출하면 각 블록(29)내에서의 흡광도, 환언하면, 입자비산영역에 있어서의 흡광도(즉 제막레이트)의 2차원분포를 알 수 있다. 이와같은 처리를 행하는 것이 제4(a)도에 있어서의 분포연산수단(20z)이다. 또한, 각 블록(27)마다, 제막개시시점으로부터의 제막레이트를 시간적분함으로써 제막두께의 2차원분포를 추정할 수 있다.

제4(b)도에서는 입자비산영역(13)을 9개의 블록(27)으로 분할하고 있으나, 더욱 세밀하게 분할해도 된다. 또, 탐사광속의 수에 대해서도 4개로 한정되지 않고, 더욱 증가시켜도 된다. 본 실시형태에서는 상기와 같이 행렬식으로 표시되는 연립방정식을 푸는 것에 의해서 각 블록(27)마다의 흡광도를 구하나, 그 해법으로서, 적당한 초기치를 부여해서 반복연산에 의한 근사치를 구하는 방법이 있다. 혹은 2차원분포의 대칭성을 가정해서 아벨변환 등의 처리에 의해서 구할 수도 있다.

또, 제4(a)에서도 탐사광속과 동일수의 광원, 초핑수단, 광분할수단 등을 사용하고 있으나, 제5(a)(c)도에 예시한 바와같이, 1개의 광원으로부터 나온 광속을 초핑한 후의 3개이상의 광속으로 분할하고, 그중의 적어도 1개를 참조광속으로 하도록 구성하면, 광원, 초핑수단, 광분할수단 등의 수를 전체적으로 삭감할 수 있다.

본 실시형태의 인프로세스막두께모니터장치에 의해서 얻어진 막두께레이트 및 제막두께추정치의 2차원분포데이터는, 제막용전원의 투입파워나 기판·제막입자간 거리 등을 제어해서 균일한 제막두께를 얻기 위한 피드백데이터로서 사용할 수 있다.

다음에 제3실시형태를 제6도에 의거해서 설명한다. 제6도는 진공용기내를 제막입자원족에서 본 모식도이다. 이 실시형태도 제2실시형태와 마찬가지로 복수조의 모니터장치를 구비하고 있으나, 제막입자원쪽에서 보아서 기판의 배후에, 복수의 개구(30a)(30d)를 가진 차폐판(25)이 설치되고, 각 개구(30a)(30d)의 배후에 각각의 탐사광속(14a)(14d)을 통과시키고 있는 점이 제2실시형태와 다르다.

차폐판(25)의 개구(30a)(30d)의 크기를 조정함으로써 각 탐사광속(14a)(14d)이 각 개구(30a)(30d)의 배후의 입자비산영역과 교차하는 거리, 따라서 체적을 조정할 수 있다. 또, 복수의 개구(30a)(30d)의 배치에 의거해서, 막두께레이트, 나아가서는 막두께의 2차원분포를 추정할 수 있다. 개구(30a)(30d) 및 탐사광속(14a)(14d)의 수를 필요에 따라서 증가시키면 2차원분포를 보다 세밀하게 추정할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제4실시형태를 제7도에 의거해서 설명한다. 본 실시형태는, 제1도에 표시한 제1실시형태와 비교하면, 탐사광속(14)에 포함되는 파장성분중의 특성장성분만을 선택해서 일정방향으로 사출하는 기능을 가진 그레이팅(33)을 포함한 분광기(32)가 구비되어 있는 점이 다르다. 이 경우, 광학측정계(19)에 특성파장광만을 투과하는 광학필터는 없어도 된다.

본 실시형태의 막두께모니터장치의 동작은, 제1실시형태에 있어서 설명한 동작과 기본적으로는 동일하다. 이하, 제1실시형태와 다른 점 및 보충사항을 중심으로 설명한다.

초핑수단(18)은 소정의 주기에서 광원광속(9)을 단속한다. 따라서, 광분할수단(17)에 의해서 분할된 참조광속(15)이 광학측정계(19')에 입사되어 얻어진 참조광강도신호(22)는 직사격형파형상의 신호이다. 이 참조광강도신호(22)는, 데이터처리계(20)의 위상검출기(11) 및 레벨검출기에 입력된다. 레벨검출기는 샘플홀드회로를 포함하고, 초핑주파수보다도 낮은 샘플링 주파수에 대해서는 적절하게 광원광강도의 시간변화를 잡을 수 있다. 이와같이 참조광강도신호(22)로부터 위상과 광강도의 2개의 정보를 꺼내서, 탐사광강도신호(23)의 보정을 행함으로써, 노이즈성분과 광원광속(9)의 광강도변동의 영향을 제거해서 측정정밀도를 높이고 있다.

데이터처리계(20)의 위상검출기(11)는, 참조광강도신호(22)의 레벨이 0일때의 탐사광강도신호(23)의 레벨을 노이즈레벨로 간주해서, 참조광강도신호(22)의 레벨이 0이 아닌 기간이 탐사광강도신호(23)의 레벨로부터 노이즈레벨을 빼는 처리를 행한다. 통상의 록인앰프를 사용하는 경우에는, 참조광강도신호와, 탐사광강도신호와의 위상차가 시간적으로 변화하고 있는 경우에도 대응할 수 있도록, 내부의 PSD회로(의사헤테로다인방식의 위상검파회로)에 의한 곱셈을 행한 후, 적당한 주파수의 사인파를 발생시키고, 이 사인파를 사용해서 다시 곱셈을 행하고, 이에 의해서 탐사광강도신호와, 참조광강도신호와의 위상차가 있는 경우의 위상보정을 행하고 있다. 제2회째의 곱셈을 행하는 대신에, 어느 한쪽의 신호를 지연시켜서 2개의 신호의 위상을 맞춘 후에 PSD회로에 의한 곱셈을 행함으로써, 측정밀도에 큰 영향을 주는 2회째의 곱셈회로를 생략할 수 있다. 이 지연은 참조광강도신호에 대해서 행하는 것이 바람직하다. 또, 위상을 자동적으로 맞추도록 지연시간을 제어할 수 있는 회로를 사용해도 된다.

참조광강도신호와 탐사광강도신호와의 위상차는, 신호케이블의 길이나 임피던스의 차이에 기인하는 약간의 신호지연에 의해서 발생할 수 있으나, 상기와 같이 참조광강도신호를 지연시킴으로써 양신호의 위상을 맞추어서 고정밀도의 노이즈제거가 가능하게 된다.

비산입자의 특성파장과 동일한 파장이 제막분위기속에서 여기광 등으로서 다량으로 발생하는 경우엔, S/N비가 매우 작아지고 다이나믹레인지가 저하하는 동시에, 위상비교에서는 노이즈성분을 충분히 제거할 수 없게 되므로, 탐사광속(14) 및 참조광속(15)의 구동주파수이외의 주파수성분을 미리 광검출기(3)의 출력으로부터 차단해서 위상검출기(11)에 입력한다. 이러한 노이즈 발생원으로서, 제막장치에의 투입파워원으로서 사용하는 기기의 리플에 의한 노이즈광이 변동을 고려할 필요가 있다.

예를들면, 60Hz의 3상 200V입력에 의한 DC스퍼터링전원과 단일상 200V 입력의 DC스퍼터링 전원을 사용해서 제막을 행하는 경우, 60Hz의 3상 200V 입력의 직류화에 의해서 360Hz의 리플성분이 생기고, 60Hz의 단일상 200V 입력의 직류화에 의해서 120Hz의 리플성분이 생긴다. 그래서 변동하지 않는 노이즈성분 및 주요기기를구동하고 있는 60Hz의 노이즈성분을 합해서, DC, 60Hz, 120Hz, 360Hz의 4개의 주파수성분을 대역통과필터를 사용해서 제거한다. 이에 의해, 신호주파수 부근이외의 모든 주파수성분을 제거하는 대역통과필터를 사용한 종래의 방법에 비해서 신호의 시간응답성이 좋아지고, 또, 직사각형 신호의 변형이 작아진다.

또, 일반적으로, 직사각형파를 대역통과필터를 통해서 저주파의 노이즈성분을 제거하고자 하면, 직사각형파의 상승부 및 하강부 이외의 부분의 신호가 DC성분으로 간주되 대역통과필터의 출력파형의 변형이 커진다. 그래서, 적분시정수가 가변인 적분기를 삽입해서 파형정형을 행하고 그후 록인앰프에 입력함으로써 록인앰프의 동작을 안정화하고 있다.

또, 광원자체를 ON·OFF 구동시키는 것이 아니라, 초핑수단(18)을 사용해서 광속을 단속시키므로, 광강도가 불안정해지는 일이없고, 안정된 강도의 광속이 얻어진다. 초핑수단(18)의 구동주파수를 시간적으로 변조함으로서 제막조건에 따른 가장 적합한 주파수를 선택하는 것도 가능하다. 또한, 광원자체를 ON·OFF 구동시키는 경우에는, 최초에는 DC 혹은 수Hz정도의 저주파에서 점등시켜두고, 서서히 주파수를 높여가도록 하면, 비교적 안정되게 광원을 점등할 수 있다.

또, 제1실시형태에서 설명한 것과 마찬가지로, 본 실시형태에 대해서도 제막레이트가 높아서 흡광도가 포화하기 쉬운 경우에는 제8도에 표시한 변형예와 같이 제막입자원(4)으로부터 보아서 기판(5)의 배후가 되는 영역에 탐사광속(14)을 통과시킴으로써, 포화하는 일없이 제막레이트를 추정할 수 있다. 혹은 제9도에 표시한 변형에와 같이 개구를 가진 차폐만(25)을 설치해서, 그 배후의 영역에 탐사광속(14)을 통과시켜도 된다. 이 경우, 개구치수를 바꿈으로써 탐사광속(14)이 비산입자영역(13)과 교차하는 거리(26)를 조정할 수 있다.

본 실시형태에서는 광분할수단(17)의 뒤의 집속광학계를 생략하고 있으나, 제1실시형태와 마찬가지로 이것을 설치하는 것은 바람직하다.

또, 본 실시형태에서는 진공용기의 대향하는 벽면에 창을 설치해서 탐사광속을 투과시키고 있으나, 그와 같은 창을 형성하는 것이 어려운 경우에는, 제10도에 표시한 바와같이 개구부(30)를 가진 프레임형상의 헤드부(39)에 입사용 및 사출용 광파이버(36)를 접속했으나 진공용기내에 삽입해도 된다. 탐사광속은 접속부(37)를 개재해서 입사용 광파이버(36)에 들어가고, 입사용 광파이버(36)속을 전파해서 헤드부(39)에 이른다. 헤드부(39)에서 입사용광파이버(36)로부터 탐사광속은, 헤드부(39)의 개구부(30)에서 제한된 입자비산영역을 통과한 후, 사출용 광파이버(36)에 들어가고 동광파이버(36')속을 전파해서 접속부(38)를 거쳐 분광기(32)에 이른다. 이 경우, 광입출사부재(39)의 개구부(30)의 크기를 조절함으로써 넓은 제막 레이트범위에 대응할 수 있다. 예를들면, 제막레이트가 빠르기 때문에 입자비산영역과 탐사광속의 교차하는 거리를 짧게 할 필요가 있는 경우에는 개구부(30)의 크기를 작게하면 된다. 광파이버를 사용함으로써 광학계를 1개소에 모아서 설치하고, 제막장치로부터 멀게하는 것도 가능하게 된다.

다음에, 본 발명의 제5실시형태를 제11도에 의거해서 설명한다. 이 실시형태는, 제7도에 표시한 제4실시형태와 이하의 점에서 다르다. 즉, 비산입자영역(13)을 통과한 탐사광속은 그레이팅(33)을 포함한 분광기(32)에 의해서, 복수의 원자의 특성파장에 대응하는 복수의 파장성분으로 분광된다. 그리고, 각 원자종마다 탐사광강도의 측정이 가능하도록, 분광된 광속이 입사되는 복수의 광학측정계(19)(19')(19)가 배치되어 있다.

이와같은 구성에 의해서 본 실시형태의 막두께모니터장치는 예를들면 합금을 타겟으로 사용하는 스퍼터링과 같이, 비산입자에 복수의 원소가 함유되어 있는 경우에, 각 원소마다의 흡광도, 즉 제막레이트를 검출할 수 있다.

제11도의 경우에는, 2개의 광학측정계(19)(19')가 준비되어 있고, 2종류의 파장성분에 대해서 탐사광강도신호(23)가 얻어진다. 그리고, 데이터처리계(20)는 2계통의 위상검출기(11)(11')와 레벨검출기(31)(31')를 구비하고, 각 파장성분마다 노이즈성분의 제거와 광원변동의 보정을 행하여 흡광도를 구한다. 또한, 분광채널수 및 광학측정계의 수 등을 3이상으로 증가시킨 경우도 마찬가지이다.

또, 본 실시형태의 막두께모니터장치를 단일원소의 제막에 사용하는 경우, 동일한 원소의 복수의 다른 특성파장을 선택하도록 설정하고, 얻어진 복수의 데이터를 처리함으로써 측정정밀도를 높일 수 있다. 또, 그레이팅을 사용한 분광기에 있어서 그레이팅을 제막레이트의 변화가 예상되는 주기보다 짧은 주기에서 반복하고, 필요한 파장의 광강도를 검출할 수 있는 범위에서 그레이팅의 각도를 변화시킴으로써, 복수의 파장의 모니터를 1개의 광학측정계에서 처리하도록 해도 된다.

다음에, 본 발명의 제6실시형탤르 제12도에 표시한다. 제12도는, 진공용기내를 위쪽에서 본 모식도이다. 본 실시형태의 막두께모니터장치는, 제4도에 표시한 제2실시형태와 상기한 제5실시형태를 조합한 것이다. 즉, 복수조의 모니터장치에 의해서 흡광도의 2차원분포를 측정가능하게 하고, 또한 각조마다 분광기(33) 및 복수계통의 광학측정계 등을 구비함으로써, 복수의 원소에 대응하는 파장성분마다 흡광도, 즉 제막레이트의 2차원분포를 구할수 있도록 하고 있다.

다음에, 본 발명의 제7실시예를 제13도에 의거해서 설명한다. 제13도에 있어서, 진공용기내의 입자비산영역(13)에 삽입된 헤드부(51)가 표시되어 있다. 헤드부(51)는, 개구부(52)를 둘러싸는 프레임체, 그 내벽에 장착된 반사미러(53), 그리고, 반사미러와 대향하는 내벽에 설치된 입사용광파이버접속부(54) 및 사출용광파이버접속부(55)를 구비하고 있다.

상기한 각 실시형태와 마찬가지로, 비산입자의 특성파장을 포함한 광속이 광원으로부터 발해지고, 초핑수단에 의해서 소정의 주기에서 단속된 광속(9)이 광분할수단(17)에 의해서 탐사광속(14)과 참조광속(15)으로 분할된다. 탐사광속(14)는 입사접속부재(37)를 개재해서 접속된 입사용광파이버(56)에 입사하고, 광파이버(56)속을 전파해서 헤드부(51)에 달한다. 그리고 헤드부(51)에 있어서 입사용광파이버접속부(54)를 통해서 개구부(52)에 사출된 탐사광속(14)은, 개구부(52)를 둘러싸는 프레임의 내벽에 장착된 반사미러(53)에 의해서 반사한 후, 사출용광파이버접속부(55)를 개재해서 사출용광파이버(57)에 입사한다. 사출용광파이버(57)속을 전파한 광속을 사출접속부재(38) 및 분광기(59)(그레이팅(33))를 개재해서 상기한 각 실시형태와 마찬가지의 광측정계에 도입되고, 처리된다.

진공용기내의 입자비산영역(13)에 삽입된 헤드부(51)의 개구부(52)를 왕복하는 탐사광속(14)은, 그 광로속에 존재하는 비산입자에 의해서 광에너지가 흡수된다. 이 흡광도를 검출함으로써 상기한 실시형태와 마찬가지로 제막레이트를 측정할 수 있다.

여기서, 입자비산영역(13)속의 비산입자는 개구부(51)에 의해서 탐사광속(14)증을 통과하는 것과 통과하지 않는 것으로 일정비율로 분리되므로, 제막레이트가 높은 경우에도, 흡광도가 포화하지 않는 범위에서 적용할 수 있다. 또, 본 실시형태의 막두께모니터장치의 경우에는, 입사용 및 사출용광파이버를 통과하는 개소를 진공용기의 벽면1개소에 형성하면 되고, 그 위치는 비교적 자유도가 있으므로, 상기한 실시형태의 경우와 같이 진공용기의 대향하는 벽면에 창을 설치해서 탐사광을 통과시키는 것이 구조상 어려운 경우에 유효하다.

또, 헤드부(51)의 개구부(51)의 크기를 조절함으로써, 광범위한 제막레이트에 대응할 수 있다. 혹은, 복수의 미러를 헤드부(51)의 대향하는 내벽에 순차 어긋나게 해서 배치함으로써, 개구부(5)에서의 탐사광속(14)의 반사횟수를 증가시킬 수 있고, 그 반사횟수를 조절함으로써, 개구부(5)에서의 탐사광속(14)의 반사횟수를 증가시킬 수 있고, 그 반사횟수를 조절함으로써 광범위의 제막레이트에 대응할 수도 있다. 또한, 헤드부(51)의 외형 및 개구부의 형상은 직사각형으로 한정되지 않고, 다른 형상으로 해도 된다.

또, 헤드부(51)를 입자비산영역(13)내에서 이동시키는 수단 및 그 위치를 제어하는 수단을 설치함으로써, 제막레이트의 2차원분포를 측정하는 것도 가능하다.

또한, 분광기를 통과한 후, 복수의 광검출기에 의해서 복수의 파장성분의 광강도를 검출함으로써 복수의 원소마다 제막레이트를 측정하는 등, 상기한 실시형태에서 설명한 여러 가지의 변형에 대해서는 본 실시형태에도 적용할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 변형에로서, 입자비산영역(13)내에 삽입된 1 또는 복수 헤드부로부터의 복수의 사출용광파이버(57a)(57b)를 제14도에 표시한 바와 같이, 1개의 분광기(59)의 입구슬릿부(60)를 따라서 소정의 간격을 두고 장착해도 된다. 입구슬릿부(60)는 분광기(59)내의 그레이팅(61)의 회전축(62)에 거의 평행하게 형성되고, 각 사출용광파이버(57a)(57b)로부터 나온 각각의 광속(63a)(63b)은 회전축(62)에 대해서 수직으로, 또한 서로 간섭하지 않을 정도의 간격을 확보해서 평행하게 입사한다. 각 광속(63a)(63b)이 그레이팅(61)에서 반사되어 분광한 후의 각각의 광속(64aa)-(64bb)에 대응하는 위치에, 그들의 광강도를 각각 검출하는 광검출기(3aa)-(3bb)가 배치되어 있다. 제14도는 2개의 헤드부로부터의 2개의 광속을 처리하는 경우를 표시하고 있으나, 3개이상의 광속을 처리하는 경우도 마찬가지이다.

다음에, 본 발명의 제 8실시형태를 제15도에 의거해서 설명한다. 이 실시형태는 이하의 점에서 제13도에 표시한 제 7실시형태가 다르다. 즉, 제13도에 있어서의 반사미러(53)가 반투명유리(67)로 치환되고, 2개의 사출용광파이버중의 1개(57b)가 반투명유리(67)의 뒤에 접속부(55b)를 개재해서 접속되어 있다. 다른 1개의 사출용광파이버(57a)는 제13도와 마찬가지로 입사용광파이버(56)와 동일한 쪽에 접속되어 있다.

반투명유리(67)에는 파장선택성을 가진 것이 사용된다. 탐사광속에는 1개의 원소의 특성파장λ1의 성분과 다른원소의 특성파장λ2의 성분이 함유되어 있다. 입자용 광파이버(56)의 단부로부터 나온 탐사광속은, 개구부(52)에 의해서 제한된 입사비산영역을 통과해서 반투명유리(67)에 달한다. 그리고, 탐사광속중의 파장λ2의 성분(65)은 반투명유리(67)를 투과해서 한족의 사출용광파이버(57b)에 도입되고, 파장λ2의 성분(66)은 반투명유리(67)에서 반사해서 또 개구부(52)에서 제한된 입자비산영역을 통과한 후, 다른쪽의 사출용광파이버(57a)에 입사한다.

본 실시형태의 제막모니터장치는, 복수원소에 의한 제막시, 즉, 비산입자에 복수의 원소가 함유되어 있는 경우에 각 원소마다의 흡광도, 즉 제막레이트를 검출하는 조성비모니터로서 사용할 수 있다. 제15도로부터 알 수 있는 바와 같이, 파장λ2의 광의 광로길이는 파장λ1의 광로길이의 2배가 되므로, 특성파장λ2의 원소와 특성파장λ2의 원소와의 조성비(즉, 비산레이트)가 약 2대 1의 비율일 경우에, 이들 2성분에 대해서 거의 동일한 레벨의 흡광도를 얻을 수 있다. 따라서, 어느 성분에 대해서도, 제19도에 표시한 흡광도 대 제막레이트특성의 유효영역에 있어서의 고정밀도의 측정을 행하는 것이 용이하게 된다.

또한, 비산입자에 함유되는 원소가 3종이상일 경우도 동일원리에서 각각의 특성파장마다 광속을 분리할 수 있다. 예를 들면, 3종류의 파장성분을 분리하기 위해서는, 사출용광파이버(57a)의 접속부(55a)에도 파장선택성반투명유리를 설치하고, 그 반투명유리에서 반사한 성분을 받는 제 3사출용 광파이버를 제 1반투명유리(67)의 쪽에 접속하면 된다. 또, 조성비가 2대 1보다 클 경우에는, 더욱 반사의 횟수를 증가시켜 광로길이의 비를 크게 하므로써 대응할 수 있다.

본 실시형태의 변형예로서 파장선택성반투명유리를 사용하는 대신에, 제16도에 표시한 바와 같이, 파장에 의해 반사각이 다른 그레이팅(68)을 사용하고, 각 파장성분의 반사장소에 사출용광파이버접속부(55a)(55b)를 배치하도록 해도 된다. 또, 반사미러와의 조합에 의해서 파장성분마다 개구부를 통과하는 횟수를 바꿔도 된다.

또한, 상기한 실시형태에서 설명한 바와 같이, 제막중에 헤드부의 위치를 제어하면서 이동시킴으로써 제막레이트의 2차원분포를 측정하는 등의 변형예는 본 실시형태에도 적용할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제 9실시형태를 제17도에 의거해서 설명한다. 이 실시형태는 제3도나 제6도 등에 표시한 바와 같은 탐사광속이 비산입자와 교차하는 영역을 제한하기 위한 개구 형상차폐판의 개량에 관한 것이다. 본 실시형태의 차례판(25)은 제17도(a) 및 제17도(b)에 표시한 2매의 원판형상의 차폐판부재(25a)(25b)를 맞포개서 구성된다. 한쪽의 차폐판부재(25a)에는 반경을 따라서 중심으로부터 둘레부까지 뻗은 슬릿형상의 개수(69)가 형성되어 있다. 다른쪽의 차폐판부재(25b)에는, 원주좌표계에서 ( e/2π,e)로 표시되는 소용돌이선과 ( e/2π+d,e)로 표시되는 소용돌이선과의 사이에 놓인 폭 d의 소용돌이슬릿형상의 개구(70)가 형성되어 있다.

한쪽의 차폐판부재(25a)는 슬릿형상개구(69)가 탐사광로를 따라서 위치하도록 세트되고, 다른쪽의 차폐판부재(25b)는, 차폐판부재(25a)에 포개서 세트되는 동시에 소정속도에서 회전된다. 차폐판부재(25a)의 개구(69)와 차폐판부재(25b)의 개구(70)와의 포개진 부분에 차폐판(25)으로서의 개구가 형성되고, 이 개구는 차폐판부재(25b)의 회전에 따라서 반경방향으로 이동한다. 그리고, 그 위치는 차폐판부재(25b)의 회전각을 검출함으로써 알 수 있다. 따라서, 차폐판의 반경을 따라서 흡광도 즉 제막레이트의 분포를 측정할 수 있다.

또한, 제 7실시형태 등에 있어서, 입사용광파이버 및 사출용 광파이버의 단부가 접속된 프레임체형상의 헤드부가 기판홀더를 겸하도록 구성할 수 있다. 즉, 기판을 지지하는 기판홀더에 입사용광파이버 및 사출용광파이버의 단부를 매설하고, 기판홀더의 개구부, 즉 기판이 비산입자에 노출되는 영역을 탐사광이 통과하도록 구성하면 된다.

또, 각 실시형태에 있어서, 탐사광강도신호의 시간변화에 의거해서 제막장치의 이상을 판별해서 제막을 중단하도록 해도 된다. 예를 들면 본격적인 제막의 앞단계로서 예비제막단계를 형성하고, 셔터를 개방한 후에 탐사광강도신호의 시간변화를 소정시간계측한다. 그리고, 계측된 탐사광강도신호의 시간변화에 소정의 주파수(제막장치에 고유의 주파수)이상의 주기적 변화가 검출된 경우에는 제막을 중단한다. 이 경우에는 제막장치자체에 문제가 있고, 제막을 계속해도 소용이 없다고 추정되기 때문이다.

또, 광계측계를 모아서 진공용기 혹은 질소충전용기에 봉입함으로써, 제막장치의 외부에 있어서의 외란요인(외광, 온도, 습도 등)의 영향을 완화할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 스퍼터링과 같이 제막레이트의 광학적검출이 어려운 조건하에서도, 정밀도 좋게 제막레이트 및 제막두께를 추정할 수 있고, 또 그 2차원분포를 추정할 수도 있다. 또, 복수의 원소의 입자가 비산하고 있는 경우에, 각 원소에 대응하는 특성파장마다 제막레이트 및 제막두께를 정밀도좋게 추정할 수 있고, 이에 의해서 조성비의 추정도 가능하게 된다.

Claims

제막장치내의 비산입자의 특성파장을 포함한 광원과, 그 광원으로부터 나온 광속을 입자비산영역을 통과하는 탐사광속과 통과하지 않는 참조광속으로 분할하는 광분할수단과, 입자비산영역통과후의 탐사광속과 상기 참조광속과의 광강도를 측정하는 광검출기와, 상기 광검출기에 상기 특성파장성분의 광만을 입사시키기 위한 광필터와, 상기 광검출기로부터 출력되는 탐사광강고신호와 참조광강도신호에 의거해서 상기 제막장치내의 비산입자에 의한 흡광도를 산출하고, 이 흡광도로부터 제막레이트를 추정하는 데이터처리수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 인프로세스막두께모니터장치.
제1항에 있어서, 광속이 상기 분할수단을 통과하기전에 광속을 단속시키는 초핑수단이 설치되고, 상기 탐사광강도신호중의 적어도 초핑주파수이하의 저주파성분을 차단하는 전기필터가 구비되고, 상기 데이터처리수단이, 상기 참조광강도신호에 의거해서 상기 탐사광강도신호의 노이즈성분 및 광원의 광강도변동의 영향을 제거하고, 얻어진 탐사광강도와 참조광강도와의 비로부터 제막레이트에 대응하는 흡광도를 산출하고, 그 흡광도를 제막개시시점으로부터 시간적분함으로써 제막두께를 추정하는 것도 특징으로 하는 인프로세스막두께모니터장치.
제1항에 있어서, 탐사광속의 입자비산영역내에서의 스폿사이즈를 광학적으로 조절하는 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 인프로세스막두께모니터장치.
제1항에 있어서, 제막장치내에 있어서, 제막입자원으로부터 보아서 제막기판의 배후 또는 동일면에 제막레이트에 따른 적절한 크기의 개구를 가진 차폐판을 설치하고, 상기 탐사광속이 상기 개구의 배후를 통과하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 인프로세스막두께모니터장치.
제1항에 있어서, 제막장치내에 있어서, 탐사광속이 제막입자원으로부터 보아서 제막기판의 배후를 통과하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 인프로세스막두께모니터장치.
제1항에 있어서, 추정된 제막레이트 또는 제막두께가 미리 정한 기준치보다 클 경우에는 비산입자를 저감하기 위하여 입자원에의 투입파워를 내리고, 반대로 기준치보다 작을 경우에는 비산입자를 증가시키기 위하여 투입파워를 상승하는 피드백제어수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 인프로세스막두께모니터장치.
제1항에 있어서, 복수의 탐사광속이 입자비산영역의 다른 장소를 통과하도록 상기 광원 및 광분할수단이 구성되고, 상기 광검출기는 입자비산영역을 통과한 복수의 탐사광속의광강도를 측정하도록 구성되고, 사익 데이터처리수단이, 상기 광검출기로부터 출력되는 복수의 탐사광강도신호와 참조광강도신호에 의거해서 제막레이트 또는 제막두께의 2차원분포를 추정하는 것을 특징으로 하는 인프로세스막두께모니터장치.
제막장치내의 비산입자의 복수의 특성파장을 포함한 광원과, 그 광원으로부터 나온 광속을, 입자비산영역을 통과하는 탐사광속과 통과하지 않는 참조광속으로 분할하는 광분할수단과, 그 광분할수단에 입사하기 전의 광속을 단속시키는 초핑수단과, 입자비산영역통과후의 탐사광속으로부터 적어도 1개의 특성파장성분을 선택하는 분광기와, 분광기로부터의 광속이 입사되어서 특성파장선분마다의 탐사광강도신호를 출력하는 탐사광검출기와, 상기 참조광속이 입사되어서 참조광강도신호를 출력하는 참조광검출기와, 상기 탐사광강도신호중의 적어도 초핑주파수이하의 저주파성분을 차단하는 전기필터와, 상기 탐사광검출기로부터 출력되는 복수의 탐사광강도신호와 상기 참조광검출기로부터 출력되는 참조광강도신호에 의거해서 제막레이트 또는 제막두깨를 복수의 특성파장마다 추정하는 데이터처리수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 인프로세스막두께모니터장치.
제8항에 있어서, 복수의 탐사광속이 입자비산영역의 다른 장소를 통과하도록, 상기 광원으로부터 상기 데이처처리수단에 이르는 일련의 계측계를 복수조 구비함으로써 복수의 특성파장마다의 제막레이트 또는 제막두께의 2차원분포를 추정하는 것을 특징으로 하는 인프로세스막두께모니터장치.
제8항에 있어서, 제막장치내에 있어서, 제막입자원으로부터 보아서 제막기판의 배후 또는 동일면에 제막레이트에 따른 적절한 크기의 개구를 가진 차폐판을 설치하고, 상기 탐사광속이 상기 개구의 배후를 통과하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 인프로세스막두께모니터장치.
제8항에 있어서, 상기 광원, 분광기, 입자비산영역을 둘러싸는 용기 및 광검출기가 광파이버에 의해서 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 인프로세스막두께모니터장치.
제막장치내의 비산입자의 특성파장을 포함한 광원과, 그 광원으로부터 나온 광속을, 입자비산영역을 통과하는 탐사광속과 통과하지 않는 참조광속으로 분할하는 광분할수단과, 그 광분할수단에 입사하기 전의 광속을 단속시키는 초핑수단과, 입자비산영역까지 탐사광을 인도하는 입사용광파이버와, 그 입사용광파이버의 단부와 사출용광파이버의 단부가 접속된 프레임체형상의 헤드부를 구비하고, 상기 헤드부가 제막장치내의 입비산영역에 삽입되고, 상기 입사용광파이버의 단부로부터 나온 탐사광속이 상기 헤드부의 개구부에서 제한된 입자비산영역을 통과한 후 상기 사출용광파이버의 단부에 입사하도록 구성되고, 상기 사출용광파이버의 타단부쪽에, 입자비산영역통과후의 탐사광중 상기 특성파장의 성분을 꺼내는 수단과, 그 특성파장성분의 광강도를 측정하는 탐사광검출기가 접속되고, 또, 상기 참조광속의 광강도를 측정하는 참조광검출기와, 상기 탐사광검출기로부터 출력되는 탐사광강도신호와 상기 참조광검출기로부터 출력되는 참조광강도신호 의거해서 상기 제막장치내의 비산입자에 의해 흡광도를 산출하고, 이 흡광도로부터 제막레이트를 추정하는 데이터처리수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 인프로세스막두께모니터장치.
제12항에 있어서, 상기 헤드부에 1 또는 복수의 반사미러가 구비되고, 상기 입사용광파이버의 단부로부터 나온 탐사광속이 상기 반사미러에서 반사하면서 상기 헤드부의 개구부에서 제한된 입자비산영역을 복수회 통과한 후 상기 사출용광파이버의 단부에 입사하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 인프로세스막두께모니터장치.
제12항에 있어서, 상기 광원이 복수의 특성파장을 포함하고, 상기 반사미러의 일부 또는 전부가 반투명유리이고, 상기 입사용광파이버의 단부로부터 나와서 상기 개구부에서 제한된 입자비산영역을 통과한 탐사광속중의 일부의 파장성분이 상기 반투명유리를 통과해서 복수의 사출용광파이버중의 1개에 들어가고, 다른 파장성분은 그 반투명 유리에서 반사하는, 또 상기 개구부에서 제한된 입자비산영역을 통과한 후, 다른 사출용광파이버에 들어가도록 상기 헤드부가 구성되고, 상기 복수의 사출용광파이버의 타단부족에 입자비산영역 통과후의 탐사광중 상기 특성파장의 성분을 꺼내는 수단과, 그 특성파장성분의 광강도를 측정하는 탐사광검출기가 각각 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 인프로세스막두께모니터장치.
제14항에 있어서, 상기 반투명유리에 대신해서, 파장에 따라서 반사방향이 다른 그레이팅을 사용한 것을 특징으로 하는 인프로세스막두께모니터장치.
제14항에 있어서, 상기 복수의 사출용 광파이버의 타단부쪽에서 특성파장의 성분을 꺼내는 수단이 1개의 분광기에서 겸용되고, 각 사출용광파이버로부터 나온 각각의 광속이, 상기 분광기의 그레이팅의 회전축에 대해서 수직으로, 또한 서로 간섭하지 않을 정도의 간격을 확보해서 평행하게 입사하도록, 각 사출용광파이버가 상기 분광기에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 인프로세스막두께모니터장치.
제4항에 있어서, 상기 차폐판이 제1 및 제2원판형상부재를 맞포개서 구성되고, 제1부재에서 반경을 따라서 뻗은 직선형상슬릿이 형성되고, 제2부재에는 중심으로부터 소용돌이형상으로 둘레부에 뻗은 소용돌이 슬릿이 형성되고, 상기 직선형상 슬릿이 탐사광로를 따드도록 제1부재가 세트되고, 제2부재가 제1부재에 대해서 회전함으로써, 상기 직선형상 슬릿과 상기 소용돌이 슬릿과의 포개진 부분이 반경방향으로 이동하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 인프로세스막두께모니터장치.
제막장치내의 비산입자의 특성파장을 포함한 광원으로부터 나온 광속을 소정의 주기에서 초핑한 후, 입자비산영역을 통과하는 탐사광속과 통과하지 않는 참조광속으로 분할하고, 입자비산영역 통과후의 탐사광속 중의 상기 특성파장의 성분으로부터 탐사광강도신호를 얻고, 상기 참조광속 중의 상기 특성파장성분으로부터 참조광강도신호를 얻고, 상기 참조광속 중의 상기 특성파장성분으로부터 참조광강도신호를 얻고, 양 광강도신호의 위상을 비교함으로써 노이즈성분을 제거하는 동시에, 양 광가도신호의 레벨비로부터 상기 제막장치내의 비산입자에 의한 흡광도를 산출하고, 이 흡광도로부터 제막레이트를 추정하는 것을 특징으로 하는 막두께모니터방법.
제18항에 있어서, 또, 흡광도를 제막개시시점으로부터 시간적분함으로써 제막두께를 추정하는 것을 특징으로 하는 막두께모니터방법.
제18항에 있어서, 복수의 탐사광선을 입자비산영역의 다른개소에 통과시키고, 얻어진 복수의 탐사광강도신호와 참조광강도신호로부터 제막레이트 또는 제막두께의 2차원분포를 추정하는 것을 특징으로 하는 막두께모니터방법.
제막장치내의 비산입자의 복수의 특성파장을 포함한 광원으로부터 나온 광속을 소정의 주기에서 초핑한 후, 입자비산영역을 통과하는 탐사광속과 통과하지 않는 참조광속으로 분할하고, 입자비산영역 통과후의 탐사광속 및 상기 참조광속으로부터 상기 복수종의 특성파장마다의 탐사광강도신호 및 참조광강도신호를 얻고, 양 광강도신호의 위상을 비교함으로써 노이즈성분을 제거하는 동시에, 양 광강도신호의 레벨비로부터 상기 제막장치내의 비산입자의 원소마다 흡광도를 산출하고, 이 흡광도로부터 원소마다의 제막레이트를 추정하는 것을 특징으로 하는 막두께모니터방법.
제18항에 있어서, 광파이버를 사용해서 탐사광속을 상기 제막장치내에 인도하고, 광파이버의 단부로부터 나온 탐사광속을 입자비산영역에 통과시킨 후 다른 광파이버에 입사시키고, 그 광파이버에 의해서 입자비산영역통과후의 탐사광속을 상기 제막장치의 외부에 도출하는 것을 특징으로 하는 막구께모니터방법.
제22항에 있어서, 상기 광파이버의 단부로부터 나온 탐사광속을, 반사미러를 사용해서 입자비산영역에 복수회 통과시킨 후 다른 광파이버에 입사시키는 것을 특징으로 하는 막두께모니터방법.
제22항에 있어서, 상기 광파이버의 단부로부터 나와서 입자비산영역을 통과한 탐사광속중의 일부의 파장성분에 대해서는, 파장선택성을 가진 반투명유리를 통과시켜서 다른 광파이버에 입사시키고, 다른 파장성분에 대해서는 그 반투명유리에서 반사시켜서 또 입자비산영역을 통과시킨 후, 또 다른 광파이버에 입사시키고, 이들 복수의 광파이버에 의해서 입자비산영역 통과후의 탐사광속을 파장성분마다 상기 제막장치의 외부에 도출하는 것을 특징으로 하는 막두께모니터방법.
제24항에 있어서, 상기 반투명유리에 대신해서, 파장에 따라서 반사방향이 다른 그레이팅을 사용하고, 이에 의해서, 탐사광속을 특성 파장마다 다른 거리만큼 입자비산영역에 통과시킨 후, 복수의 광파이버에 의해서 파장성분마다 상기 제막장치의 외부에 도출하는 것을 특징으로 하는 막두께모니터방법.
제22항에 있어서, 상기 광파이버의 단부로부터 나온 탐사광속을 입자비산영역에 통과시킨 후 다른 광파이버에 입사시키기 위하여 입자비산영역에 삽입되는, 복수의 광파이버의 단부가 접속된 헤드부를 입자비산영역중에서 위치제어하면서 이동시킴으로써, 제막레이트 또는 제막두께의 2차원분포를 추정하는 것을 특징으로 하는 막두께모니터방법.
제10항에 있어서, 상기 차폐판이 제 1 및 제 2원판형상부재를 맞포개서 구성되고, 제 1 부재에서는 반경을 따라서 뻗은 직선형상슬릿이 형성되고, 제 2부재에는 중심으로부터 소용돌이형상으로 둘레부에 뻗은 소용돌이 슬릿이 형성되고, 상기 직선형상슬릿이 탐사광로를 따르도록 제 1부재가 세트되고, 제 2부재가 제 1부재에 대해서 회전함으로써, 상기 직선형상슬릿과 상기 소용돌이슬릿과의 포개진부분이 반경방향으로 이동하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 인프로세스막두께모니터장치.