KR101317536B1 - 광학식 막두께계 및 광학식 막두께계를 구비한 박막 형성장치 - Google Patents

광학식 막두께계 및 광학식 막두께계를 구비한 박막 형성장치 Download PDF

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Abstract

높은 정밀도로 광학 막두께 및 분광 특성의 계측이 가능한 광학식 막두께계 및 광학식 막두께계를 구비한 박막 형성장치를 제공한다. 광학식 막두께계는, 투광기(11)와, 반사미러(17)와, 수광기(19)와, 분광기(20)로 구성되어 있고, 측정광의 입사방향에 대해 실기판(實基板)(S)의 반대측에, 측정광의 광축에 대해 거의 수직으로 반사면이 배설된 반사미러(17)를 구비하고 있다. 또한, 실기판(S)은, 측정광의 광축에 대해 소정의 기울기 각도(α)를 가지고 배설된다. 측정광(출사광과 반사광)이 실기판(S)을 2회 투과하게 되어, 투과율(광량)의 변화량을 크게 할 수 있어, 막두께 측정의 제어 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 투과 위치의 차이에 따른 측정 오차의 발생을 방지할 수 있으며, 또한, 측정 기판을 소정의 경로를 통과하여 2회 투과하지 않은 측정광이 수광기(19)측에서 검출되지 않게 되기 때문에, 높은 정밀도로 광학 막두께 및 분광 특성의 계측을 할 수 있다.

Description

광학식 막두께계 및 광학식 막두께계를 구비한 박막 형성장치{Optical film thickness meter and thin film forming apparatus provided with optical film thickness meter}
본 발명은 광학식 막두께계 및 광학식 막두께계를 구비한 박막 형성장치에 관한 것으로, 특히, 고정밀도 막두께 측정이 가능한 광학식 막두께계 및 광학식 막두께계를 구비한 박막 형성장치에 관한 것이다.
광학 디바이스에 대한 제어 정밀도의 향상을 위해, 광학 박막의 막두께의 정밀도를 높이는 것이 요망되고 있다. 광학 박막의 고정밀도 막두께 제어에는, 측정이 불가결하여, 막두께 제어에 사용되는 각종 막두께 측정방법 및 막두께계가 제안되어 있다. 막두께 측정에는 응답성 등의 측면에서 우수한 광학식 막두께계를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 여기서 말하는 막두께는 광학 박막의 막두께를 나타내고, 물리적인 막두께와 굴절률에 의존하는 값을 갖는 것이다.
광학식 막두께계는, 반사식과 투과식으로 크게 구별할 수 있다. 반사식은, 광학 박막의 표면 상에서 반사된 광선과, 기판과 광학막의 계면에서 반사된 광선이 경로의 차이에 의해 위상차를 생기게 함으로써 간섭하는 현상을 이용하여 막두께를 측정하는 기술로, 광선 전체로서의 반사율은 막두께에 대해 주기적으로 변화하기 때문에, 성막의 층 수가 적은 경우나 상대적 측정이어도 되는 경우에 사용되는 경우가 많아, 용도가 비교적 한정된다고 하는 문제가 있다.
한편, 투과식은, 도 9에 나타내는 바와 같이, 투광기(11)로부터 출사된 빛을, 미러 박스(107) 내에 배설(配設)된 미러(105)에 반사시킴으로써, 광학 박막을 투과시킨 광선을 측정하는 기술로, 광량의 투과율로부터 막두께와 분광 특성 양쪽을 구할 수 있다. 실기판(S)의 각도 변화에 따른 광량 변화의 영향을 받기 어렵기 때문에, 높은 정밀도로 측정을 행할 수 있는 이점이 있다.
그러나, 모니터 전용 기판을 사용하고 있고, 이 모니터 전용 기판의 배치 위치는, 실기판과는 상이한 위치에 배치되어 있기 때문에, 모니터 전용 기판과 실기판 사이에는, 막두께 차가 존재하게 되어, 이 막두께 차를 보정하기 위해 성막 담당자의 경험과 지식이 필요해져, 이 때문에 성막 프로세스의 불안정 요인이 되어, 막두께 제어 오차가 발생하게 되어 버린다는 문제가 있었다.
또한, 종래의 광학식 막두께계는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 박막 형성장치(3)에 장착되어 있어, 저굴절률막에 대한 측정 정밀도를 올리는 것이 어렵다. 예를 들면, 증착재료로서 많이 사용되는 SiO2는, 모니터 글래스와의 굴절률 차가 작은 것으로부터, 특히 투과 측광계에 있어서는, 그 자리 측정(in-situ)에서의 광량 변화량이 작아, 제어하는 것이 곤란하다는 문제가 있다. 즉, 광량 변화량이 작으면, 한정된 변화량을 토대로 제어할 수 밖에 없어, 정밀도를 높게 하는 것이 곤란해져버린다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 측정 기판을 투과한 광선(출사광)을 코너큐브 프리즘에 의해 반사시키고, 재차 측정 기판을 투과시킨 광선(반사광)을 측정하여 막두께 등을 측정하는 기술이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1 : 일본국 특허공개 제2006-45673호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 기술의 경우, 측정 기판을 투과한 광선(출사광)을 코너큐브 프리즘에 의해 반사시키기 때문에, 측정 기판에 있어서의 출사광과 반사광의 투과 위치가 상이하여, 투과 측정하는 부분이 달라지기 때문에, 미소한 막두께 분포에 의한 측정 오차가 생긴다고 하는 문제가 있었다. 또한, 이 기술의 경우, 반사광을 모두 측정용으로 이용할 수 있도록 하기 위해, 반사 방지막(AR막)을 형성할 필요가 있어, 각 면에 AR막을 형성해 두지 않으면, 기판과 코너큐브 프리즘 간의 다중반사광분까지 측정해버려, 정확한 측정이 불가능하다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은, 실기판을 측정할 수 있어, 측정 위치의 오차를 최소한으로 억제한 광학식 막두께계 및 광학식 막두께계를 구비한 박막 형성장치를 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 측정을 위한 AR막을 필요로 하지 않아, 높은 정밀도로 광학 막두께 및 분광 특성의 계측이 가능한 광학식 막두께계 및 광학식 막두께계를 구비한 박막 형성장치를 제공하는 것에 있다.
상기 과제는 본 발명의 광학식 막두께계에 의하면, 실기판(實基板)에 측정광을 투과시켜서 광학 막두께를 측정하는 광학식 막두께계로서, 상기 실기판을 향해 상기 측정광으로서의 출사광을 출사하는 투광수단과, 상기 실기판을 매개로 상기 투광수단과 반대측 위치에서, 상기 출사광을 반사하는 반사미러와, 상기 실기판을 투과하고, 또한 상기 반사미러에서 반사되어 상기 실기판을 투과한 상기 측정광을 수광하는 수광수단과, 그 수광수단에 의해 수광된 상기 측정광을 검출하는 광검출수단을 구비하고, 상기 실기판은, 상기 투광수단과 상기 반사미러로 되는 광학계에 대해 경사지게 배설되어 있는 것으로 인해 해결된다.
이와 같이, 광학식 막두께계는, 실기판을 투과하고, 또한 상기 반사미러에서 반사되어 실기판을 투과한 측정광에 의해 측정하기 때문에, 측정광(출사광과 반사광)이 실기판을 2회 투과하게 되어, 투과율(광량)의 변화량을 크게 할 수 있어, 막두께 측정의 제어 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 실기판은, 투광수단과 반사미러로 되는 광학계에 대해 경사지게 배설되어 있는 것으로 인해, 반사미러에 의해 반사된 측정광만이, 실기판을 투과하게 되어, 반사에 의해 생기는 측정에 불리한 반사광을 제외하는 것이 가능해진다.
보다 상세하게는, 상기 실기판은, 상기 반사미러와 상기 투광수단 사이의 위치에, 상기 측정광의 광축에 대해 소정 각도를 가지고 배설되게 된다.
상기 측정광인 상기 출사광과 상기 반사미러에서 반사된 반사광은, 상기 실기판의 대략 동일 개소를 투과하기 때문에, 반사미러에서 반사되는 전후의 측정광인 출사광과 반사광은, 실기판의 각각 동일한 부분을 투과시킬 수 있어, 투과 위치의 차이에 따른 측정 오차의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 상기 반사미러는, 상기 측정광의 광축에 대해 거의 수직방향에 반사면이 형성되어 있도록 하면 바람직하다. 이것에 의해, 반사미러는, 투광수단으로부터 입사되어 실기판을 투과한 측정광을, 손실 없이, 재차, 입사 경로와 동일 경로를 통과하여 실기판을 투과하도록 반사시키는 것이 가능해진다.
또한, 상기 반사미러는, 상기 반사미러의 반사면에 대한 수선과, 상기 측정광의 광축이 이루는 각도가 -5.0~+5.0°의 범위가 되도록 배설되어 되면 바람직하다.
이때, 광량의 손실에 의해 측정 정밀도에 영향을 미치지 않을 정도로 확보되기 때문에, 반사미러의 장착 위치에 관하여, 일정 자유도를 확보할 수 있다.
또한, 상기 실기판의 상기 투광수단과 상기 반사미러로 되는 광학계에 대한 경사는, 대략 4.5° 이상이면 바람직하다. 이때, 소정의 경로를 통과하고 실기판을 투과하지 않은 빛(불필요한 반사광)을 광검출수단에 검출되지 않도록 하기 때문에 기판의 투과광만을 정확하게 측정하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 실기판은 소정의 속도로 움직이고, 상기 반사미러는, 상기 실기판에 대해 일정 위치에 고정되어 배설되어 있으면 바람직하다. 이와 같이 반사미러가 고정되어 있으면, 광학계가 안정하다.
또한, 상기 과제는, 본 발명의 광학식 막두께계를 구비한 박막 형성장치에 의하면, 진공용기 내에 실기판을 지지하여 회전 가능한 돔형상의 기판 홀더와, 증착재료를 증발시키는 증착수단과 상기 기판 홀더 사이의 위치에, 상기 진공용기측에 고정되어 배설되는 보정판과, 상기 기판 홀더에 상기 실기판을 장착한 상태에서, 상기 실기판에 측정광을 투과시켜서 광학 막두께를 측정하는 광학식 막두께계를 구비한 박막 형성장치로서, 상기 광학식 막두께계는, 상기 실기판을 향해 상기 측정광으로서의 출사광을 출사하는 투광수단과, 상기 실기판을 매개로 상기 투광수단과 반대측 위치에서, 상기 출사광을 반사하는 반사미러와, 상기 실기판을 투과하고, 또한 상기 반사미러에서 반사되어 상기 실기판을 투과한 상기 측정광을 수광하는 수광수단과, 그 수광수단에 의해 수광된 상기 측정광을 검출하는 광검출수단을 구비하고, 상기 실기판은, 상기 투광수단과 상기 반사미러로 되는 광학계에 대해 경사지게 배설되어 있는 것으로 인해 해결된다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 광학식 막두께계에 의해, 실기판의 막두께 제어가 충분히 이루어진 기판(광학제품)을 제조할 수 있는 박막 형성장치를 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 반사미러는 상기 보정판에 배설되어 있으면 바람직하고, 고정상태에서 안정하게 반사미러에 의해 측정광을 반사시킬 수 있다. 또한, 고정된 보정판으로, 증착원이나 플라즈마 방전으로부터의 미광(迷光)의 영향을 받기 어렵게 할 수 있다.
상기 과제는, 본 발명의 박막 형성장치에 의하면, 진공용기 내에 실기판을 지지하여 회전 가능한 대략 원통형상의 기판 홀더와, 상기 기판 홀더의 외측에 배설된 스퍼터수단과, 상기 기판 홀더에 상기 실기판을 장착한 상태에서, 상기 실기판에 측정광을 투과시켜서 광학 막두께를 측정하는 광학식 막두께계를 구비한 박막 형성장치로서, 상기 광학식 막두께계는, 상기 실기판을 향해 상기 측정광으로서의 출사광을 출사하는 투광수단과, 상기 실기판을 매개로 상기 투광수단과 반대측 위치에서, 상기 출사광을 반사하는 반사미러와, 상기 실기판을 투과하고, 또한 상기 반사미러에서 반사되어 상기 실기판을 투과한 상기 측정광을 수광하는 수광수단과, 그 수광수단에 의해 수광된 상기 측정광을 검출하는 광검출수단을 구비하고, 상기 실기판은, 상기 투광수단과 상기 반사미러로 되는 광학계에 대해 경사지게 배설되어 있는 것으로 인해 해결된다. 이때, 상기 반사미러는 상기 기판 홀더 내에 배설되어 있으면 바람직하다.
이와 같이, 반사미러를 기판 홀더 내에 배치하고 있기 때문에, 반사미러의 오염이 발생하기 어려워, 스퍼터 중의 플라즈마 방전으로부터의 미광의 영향도 받기 어렵게 할 수 있다.
본 발명의 광학식 막두께계 및 박막 형성장치에 의하면, 실기판 그 자체를 측정할 수 있기 때문에, 모니터 기판에서의 측정과 달리, 측정 오차 등이 생기기 어렵다. 또한, 측정광(출사광 및 반사광)이 실기판을 2회 투과하게 되어, 투과율(광량)의 변화량을 크게 할 수 있어, 막두께 측정의 제어 정밀도를 향상시킬 수 있다. 그리고, 실기판이 측정광의 광축에 대해 소정 각도를 가지고 배설되기 때문에, 반사미러에 의해 반사된 측정광만이, 실기판을 투과하게 되어, 반사미러와 실기판 간에서 생기는 다중반사의 반사광분을 제외하는 것이 가능해진다.
도 1은 회전 드럼식 홀더를 구비하는 박막 형성장치를 상방에서 본 개략 구성 설명도이다.
도 2는 드럼식 홀더를 구비하는 박막 형성장치를 측방에서 본 개략 구성 설명도이다.
도 3은 광축에 대한 반사미러 각도와 측정광 강도의 관계를 나타내는 그래프도이다.
도 4는 기판의 기울기와 측정광의 비율 변화를 나타내는 설명도이다.
도 5는 기판 각도와 측정광 강도의 관계를 나타내는 그래프도이다.
도 6은 BK-7 기판의 투과율 측정결과를 나타내는 그래프도이다.
도 7은 IR 커트 필터의 투과율 측정결과를 나타내는 그래프도이다.
도 8은 SiO2 단층 성막시의, 파장 520 nm에 있어서의 광학 막두께의 시간경과에 따른 광량 변화의 계산결과를 나타내는 그래프도이다.
도 9는 종래의 투과형 광학식 막두께계를 구비하는 박막 형성장치의 개략 구성 설명도이다.
부호의 설명
S 실기판(측정 기판)
F 광학 필터
L1 출사광
L2(L2-1, L2-2, L2-3) 반사광
1, 2, 3 박막 형성장치
11 투광기
11a Ref 회로
13 광섬유
13a 출사광측의 광섬유
13b 반사광측의 광섬유
14 광섬유 단부
15 구면 애크로매틱 렌즈
17 반사미러
19 수광기
20 분광기
21 광원용 안정화 전원
23 컴퓨터(연산용 PC)
25 측정창
31, 41, 101 진공용기
33 회전 드럼식 홀더
35 스퍼터수단
43, 103 회전 홀더
45 증착수단
47 보정판
105 미러
107 미러 박스
이하에, 본 발명의 일실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 부재, 배치 등은 발명을 구체화한 일례로서 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 취지에 따라 각종 개변이 가능한 것은 물론이다.
도 1 및 도 2는, 본 발명의 광학식 막두께계 및 박막 형성장치를 나타내는 것으로, 도 1은 회전 드럼식 홀더를 구비하는 박막 형성장치를 상방에서 본 개략 구성 설명도, 도 2는 드럼식 홀더를 구비하는 박막 형성장치를 측방에서 본 개략 구성 설명도이다.
또한, 도 3 내지 도 8은, 본 발명의 광학식 막두께계에 관한 것으로, 도 3은 광축에 대한 반사미러 각도와 측정광 강도의 관계를 나타내는 그래프도, 도 4는 기판의 기울기와 측정광의 비율 변화를 나타내는 설명도, 도 5는 기판 각도와 측정광 강도의 관계를 나타내는 그래프도, 도 6은 BK-7 기판의 투과율 측정결과를 나타내는 그래프도, 도 7은 IR 커트 필터의 투과율 측정결과를 나타내는 그래프도, 도 8은 SiO2 단층 성막시의, 파장 520 nm에 있어서의 광학 막두께의 시간경과에 따른 광량 변화의 계산결과를 나타내는 그래프도이다.
본 발명의 광학식 막두께계는, 측정 전용의 모니터 기판을 측정하는 것이 아니라, 측정 기판으로서 실기판(제품)(S)의 막두께를 측정하는 것으로, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 광원 또는 투광수단으로서의 투광기(11)와, 도광(導光)수단으로서의 광섬유(13, 13a, 13b)와, 구면 애크로매틱 렌즈(15)와, 반사미러(17)와, 수광수단으로서의 수광기(19)를 가지고 구성되어 있다. 또한, 투광기(11)에는, 광원용 안정화 전원(21)을 매개로 전압이 인가되고, 수광기(19)는 컴퓨터(연산용 PC)(23)에 접속되어 있다.
또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 본 명세서 중에 있어서는, 반사미러(17)에 의해 반사되기 전의 측정광을 출사광(L1), 반사된 후의 측정광을 반사광(L2(L2-1, L2-2, L2-3))으로 구별해서 기재하고 있다.
투광기(11)는, 측정에 사용하는 출사광(L1)을 출력하는 장치로, Ref 회로(11a)가 삽입되어 있고, 또한 투광기(11)에는 광원용 안정화 전원(21)으로부터 전력이 공급되어, 임의의 파장을 갖는 측정광을 출사광측의 광섬유(13a)에 출사하도록 구성되어 있다.
수광기(19)는, 출사광(L1)에 의해 측정 기판인 실기판(S)을 투과한 빛이, 반사미러(17)에서 반사되어 실기판(S)을 재차 투과한 반사광(L2)이 반사광측의 광섬유(13b)를 매개로 입력되는 장치이다.
수광기(19)는, 광검출수단으로서의 분광기(20)를 구비하고 있어, 측정광의 파장이나 투과율의 측정을 행할 수 있고, 또한, 분광기(20)에 의한 분석결과를 토대로 광학 박막의 막두께나 광학 특성을 산출 및 표시하기 위한 컴퓨터(연산용 PC)(23)에 접속되어 있다.
광섬유(13)는, 출사광측의 광섬유(13a)와 반사광측의 광섬유(13b)로 되는 이분지(二分岐)의 번들 파이버로 구성되고, 스테인리스제의 이분지의 플렉시블 튜브 내에 합쳐져 있다. 출사광측의 광섬유(13a)는, 일단부측이 투광기(11)에 접속되고, 반사광측의 광섬유(13b)는, 일단부측이 수광기(19)에 접속되어 있다. 출사광측의 광섬유(13a) 및 반사광측의 광섬유(13b) 각각의 광섬유 단부(14)는, 하나의 다발로 합쳐져, 광축을 구면 애크로매틱 렌즈(15)와 측정 기판인 실기판(S)을 향해 배설되어 있다. 광섬유 단부(14)로부터 조사되는 출사광(L1)은, 직경 5~6 ㎜ 정도의 원형 단면으로 되어 있다.
구면 애크로매틱 렌즈(15)는, 파장에 의한 수차(색수차)와 구면수차를 제거하기 위한 렌즈로, 측정 정밀도의 향상을 도모할 수 있는 것으로, 광섬유 단부(14)와, 박막 형성장치(1, 2)에 형성된 측정창(25) 사이에 배설되어 있다.
반사미러(17)는, 실기판(S)의 안쪽에 배설되어 있어, 실기판(S)을 투과한 투광기(11)로부터의 출사광(L1)을 반사하는 것이다. 반사미러(17)는, Al막, Ag막을 코팅한 미러나, 이들 Al막이나 Ag막 상에 MgF2 또는 SiO를 오버 코트한 미러, 또한, 그 밖의 유전체막을 오버 코트한 미러를 사용할 수 있다. 반사면의 사이즈는 임의이나, 실기판(S)의 사이즈와 동등 정도로 되는 것이 바람직하고, 수 ㎝ 정도이다. 반사미러(17)의 반사면은 80% 정도의 반사율을 가지고 있다. 반사미러(17)는, 실기판(S)에 조사되는 출사광(L1)의 광축에 대해 거의 수직(직각)으로 배설되어 있기 때문에, 출사광(L1)을 반사하여 반사광(L2)으로 하고, 출사광(L1)의 광축과 동 경로로 반사광(L2)이 실기판(S)을 투과한다.
또한, 구면 애크로매틱 렌즈(15)와 실기판(S)과 반사미러(17)는, 광섬유 단부(14)로부터의 측정광의 광축을 따라 배설되어 있다.
실기판(S)으로서는, 유리 등의 재료로 형성된 부재를 사용하면 바람직하다. 본 실시형태에서는, 실기판(S)으로서의 판형상의 것을 사용하고 있으나, 실기판(S)의 형상으로서는 이러한 판형상의 것에 한정되지 않는다. 또한, 표면에 박막을 형성할 수 있는 다른 형상, 예를 들면 렌즈형상, 원통형상, 원환형상 등의 형상이어도 된다. 여기서, 유리 재료란, 이산화규소(SiO2)로 형성된 재료로, 구체적으로는, 석영유리, 소다석회유리, 붕규산유리 등을 들 수 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서 실기판(S)이란, 광학 필터(F)도 포함하는 것으로 하고 있다.
또한, 실기판(S)의 재료는 유리에 한정되지 않고, 플라스틱 수지 등이어도 된다. 플라스틱 수지의 예로서는, 예를 들면 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 아크릴니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 나일론, 폴리카보네이트-폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체, 폴리카보네이트-폴리부틸렌테레프탈레이트 공중합체, 아크릴, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 수지 재료, 또는 이들의 재료와 유리섬유 및/또는 카본섬유의 혼합물 등을 들 수 있다.
여기서, 투광기(11)로부터 출사된 측정광(출사광(L1) 및 반사광(L2))이 수광기(19)에 입력될 때까지의 경로에 대해서 설명한다.
투광기(11)로부터 출력된 측정광인 출사광(L1)은, 투광측의 광섬유(13a)를 매개로 광섬유 단부(14)로부터 구면 애크로매틱 렌즈(15)에 조사되고, 박막 형성장치(1, 2)에 형성된 측정창(25)을 통과하여, 실기판(S)에 조사된다.
실기판(S)에 조사된 출사광(L1)은, 실기판(S)을 투과하여, 그 실기판(S)의 안쪽에 배설된 반사미러(17)에 의해 반사되어 반사광(L2)이 된다. 반사미러(17)에 의해 반사된 반사광(L2)은, 재차 실기판(S), 측정창(25), 구면 애크로매틱 렌즈(15)를 투과하여 광섬유 단부(14)에 이른다. 그리고, 실기판(S)측으로부터의 측정광(반사광(L2))만이 반사광측의 광섬유(13b)를 통과하여, 수광기(19)에 도입된다.
또한, 후술하는 바와 같이, 실기판(S)은, 측정광의 광축에 대해 기울기 각도를 갖도록 배설되어 있다.
다음으로, 박막 형성장치(1, 2)로의 광학식 막두께계의 장착상태에 대해서 설명한다.
도 1에 나타낸 박막 형성장치(1)는, 회전 드럼식 홀더(33)를 구비하는 스퍼터(마그네트론 스퍼터)장치로, 진공용기(31)와, 실기판(S)이 장착되는 기판 홀더로서의 회전 드럼식 홀더(33)와, 회전 드럼식 홀더(33)의 외측에 대향하여 설치된 스퍼터수단(35)과, 미도시의 스퍼터 공급수단을 적어도 가지고 구성되어 있다.
진공용기(31)는, 공지의 박막 형성장치에서 통상 사용되는 스테인리스스틸제로, 거의 직육면체형상을 한 중공체이다. 또한, 진공용기(31)의 측면측, 즉 진공용기(31)의 회전 드럼식 홀더(33)의 직경방향측에는 측정창(25)이 형성되어 있다.
회전 드럼식 홀더(33)는, 대략 원통형상으로 형성되고, 회전축을 진공용기(31)의 상하방향을 향해 배치되어 있다. 회전 드럼식 홀더(33)는, 실기판(S)의 보유·유지(保持)수단으로서의 기능을 가지고 있고, 실기판(S)은 이 회전 드럼식 홀더(33)의 외주면에 미도시의 기판 홀더 등을 매개로 나란히 장착된다.
회전 드럼식 홀더(33)의 실기판(S)이 장착되는 부분에는 소정 사이즈의 개구부(미도시)가 형성되어 있기 때문에, 실기판(S)을 투과한 측정광은 회전 드럼식 홀더(33)의 내측에 입사할 수 있다. 또한, 회전 드럼식 홀더(33)는, 중공 각기둥형상으로 형성되어도 된다.
스퍼터수단(35)은, 한쌍의 타겟과, 타겟을 보유·유지하는 한쌍의 마그네트론 스퍼터 전극과, 전원장치(모두 미도시)에 의해 구성된다. 타겟의 형상은 평판형상으로, 타겟의 길이방향이 회전 드럼식 홀더(33)의 회전 축선과 평행이 되도록 설치되어 있다.
스퍼터수단(35)의 주변에는 아르곤 등의 스퍼터 가스를 공급하는 스퍼터 가스 공급수단이 설치되어 있다. 타겟의 주변이 불활성 가스 분위기가 된 상태에서, 마그네트론 스퍼터 전극에 전원으로부터 교류전압이 인가되면, 타겟 주변의 스퍼터 가스의 일부는 전자를 방출하여 이온화한다. 이 이온이 가속되어, 타겟에 충돌함으로써 타겟 표면의 원자나 입자(타겟이 니오브인 경우는 니오브 원자나 니오브 입자)가 내몰린다. 이 니오브 원자나 니오브 입자는 박막의 원료인 막 원료물질(증착물질)로, 실기판(S)의 표면에 부착되어 박막이 형성된다.
박막 형성장치(1)에서는, 회전 드럼식 홀더(33)가 회전하면, 회전 드럼식 홀더(33)의 외주면에 보유·유지된 실기판(S)이 공전하여, 스퍼터수단(35)에 면하는 2개소의 위치를 반복해서 이동하게 된다. 그리고, 이와 같이 실기판(S)이 공전함으로써, 스퍼터수단(35)에서의 스퍼터 처리가 순차 반복해서 행해져, 실기판(S)의 표면에 박막이 형성된다.
또한, 박막 형성장치(1)에 플라즈마 발생수단을 장착하여, 박막의 형성과 동시에, 박막 형성 전의 실기판(S)의 표면에 플라즈마 처리를 행하는 전처리공정이나 박막 형성 후의 실기판(S)의 표면에 플라즈마 처리를 행하는 후처리공정을 행하는 구성으로 할 수 있다. 물론, 스퍼터수단(35) 대신에 다른 성막수단을 사용하는 구성이어도 된다.
박막 형성장치(1)에 있어서, 본 발명의 광학식 막두께계는, 진공용기(31)의 일부에 형성된 측정창(25)으로부터 출사광(L1)을 실기판(S)을 향해 조사하고, 실기판(S)의 안쪽에 설치된 반사미러(17)에 의해, 실기판(S)을 투과한 출사광(L1)이 반사된 반사광(L2)이, 재차 실기판(S)을 투과할 수 있게 되어 있다.
구체적으로는, 투광기(11)와 수광기(19)에 접속된 광섬유(13)의 타단부와 구면 애크로매틱 렌즈(15)는 진공용기(31)의 외측에 배설되어 있고, 반사미러(17)는, 실기판(S)의 안쪽, 또한, 회전 드럼식 홀더(33)의 내측 위치에 고정되어 있다. 실기판(S)이 장착된 위치의 회전 드럼식 홀더(33)에는 개구부가 형성되어 있기 때문에, 실기판(S)을 투과한 출사광(L1)을, 회전 드럼식 홀더(33)의 개구부를 통과하여 그 내측에 배설된 반사미러(17)에서 반사시킬 수 있다.
이와 같이, 광학식 막두께계가 장착됨으로써, 회전 드럼식 홀더(33)에 장착된 실기판(S)의 광학 막두께나 광학 특성 등을 성막 중이라도 측정할 수 있다. 구체적으로는, 회전 드럼식 홀더(33)를, 실기판(S)의 측정부분이 측정광의 광축에 포개어지는 소정 위치에서, 막두께 등의 측정을 행하게 된다. 또한, 실기판(S)은, 측정광의 광축에 대해 기울기 각도를 갖도록 배설되어 있다.
박막 형성장치(1)에 있어서는, 반사미러(17)는 실기판(S)의 안쪽, 또한, 회전 드럼식 홀더(33)의 내측 위치에 고정되어 있다. 이 때문에, 반사미러(17)의 오염이 생기기 어렵고, 스퍼터 중의 플라즈마 방전으로부터 미광의 영향도 받기 어렵다고 하는 이점이 있다.
또한, 반사미러(17)를 복수의 실기판(S)에 대해 장착해도 된다. 즉, 실기판(S)과 반사미러(17)를 쌍으로 하여 맞붙인 경우, 출사광(L1)의 위치에 대응한 소정 위치에서, 실기판(S)의 막두께나 광학 특성에 대해서, 각 실기판(S)의 복수의 측정을 행할 수 있다. 이와 같이 구성함으로써, 회전 드럼식 홀더(33)를 회전시켜서, 소정 위치에 실기판(S)을 배치함으로써, 회전 드럼식 홀더(33)에 장착된 상태의 복수의 실기판(S)에 순차 측정광을 투과시켜서 광학 막두께를 측정할 수 있다. 이 때문에, 복수의 실기판(S)의 막두께를 동시에 측정할 수 있어, 보다 높은 정밀도로 광학 막두께의 계측이 가능한 박막 형성장치를 얻을 수 있다.
다음으로, 도 2에 나타낸 박막 형성장치(2)는, 진공용기(41) 내에 배설된 회전 홀더(43)를 구비하는 증착장치로, 기판 홀더로서, 실기판(S)이 장착되는 돔형상의 회전 홀더(43)와, 회전 홀더(43)와 대향하여 하방측에 설치된 증착수단(45)을 적어도 가지고 구성되어 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서의 박막 형성장치(2)에서는, 회전 홀더(43)와 증착수단(45) 사이의 위치에, 보정판(47)이 배설되어 있다.
진공용기(41)는, 공지의 박막 형성장치에서 통상 사용되는 스테인리스스틸제로, 거의 직육면체형상을 한 중공체이다. 또한, 회전 홀더(43)의 상측면에 측정창(25)이 형성되어 있다.
회전 홀더(43)는, 대략 돔형상으로 형성되고, 회전축을 상하방향을 향해 진공용기(41) 내에 배치되고, 기판 보유·유지수단으로서의 기능을 가지고 있어, 회전 홀더(43)에 복수의 실기판(S)을 미도시의 장착지그를 매개로 장착할 수 있다. 회전 홀더(43)의 실기판(S)이 장착되는 부분은 소정 사이즈의 개구부(미도시)가 형성되어 있다.
증착수단(45)은, 진공용기(41) 하방측의 회전 홀더(43)에 대향한 위치에 설치되어 있고, 예를 들면, 도가니에 넣은 증착물질과, 증착물질을 가열하기 위한 전자 빔원 또는 고주파 코일 등으로 구성되어 있다. 물론, 증착수단으로서, 타겟과 전극과 전원으로 구성되는 스퍼터원을 사용해도 된다.
보정판(47)은, 회전 홀더(43)의 장착 위치에 따라 생기는 실기판(S) 상의 막두께의 차를 보정하는 대략 판형상의 부재로서, 진공용기(41)측에 고정되어 있다. 이것에 의해, 실기판(S)에 박막을 형성할 때, 증착수단(45)으로부터 실기판(S)을 향해 증발하는 증발물질의 퇴적을 부분적으로 방해함으로써 막두께를 보정할 수 있다. 박막 형성장치(2)에서는, 증착수단(45)으로부터 증발된 증발물질이, 회전 홀더(43)에 장착된 실기판(S) 상에 퇴적됨으로써 성막을 행하는 것이다. 이때, 회전 홀더(43)의 회전과 보정판(47)에 의해 실기판(S)의 위치에 따른 막두께의 차를 보정하고 있다.
박막 형성장치(2)에 있어서, 본 발명의 광학식 막두께계는, 진공용기(41)의 일부에 형성된 측정창(25)로부터 출사광(L1)을 실기판(S)을 향해 조사하고, 실기판(S) 하방측의 보정판(47)에 설치된 반사미러(17)에 의해, 실기판(S)을 투과한 출사광(L1)을 반사하여 반사광(L2)으로 하여, 재차 실기판(S)을 투과하도록 하고 있다.
구체적으로는, 투광기(11)와 수광기(19)에 접속된 광섬유 단부(14)와 구면 애크로매틱 렌즈(15)는 진공용기(41)의 외측에 배설되어 있고, 반사미러(17)는, 실기판(S)의 하방측, 또한, 보정판(47)의 상측 위치에 고정되어 있다. 실기판(S)이 장착된 위치의 회전 홀더(43)에는 개구부가 형성되어 있기 때문에, 실기판(S)을 투과한 출사광(L1)을, 회전 홀더(43)의 개구부를 통과하여 그 하방측에 배설된 반사미러(17)에 의해 반사시킬 수 있다.
이와 같이, 광학식 막두께계가 장착됨으로써, 회전 홀더(43)에 장착된 실기판(S)의 막두께 등의 광학 특성을 성막 중이라도 측정할 수 있다. 구체적으로는, 회전 홀더(43)를, 실기판(S)의 측정부분이 측정광의 광축에 포개어지는 소정 위치에서, 막두께 등의 측정을 행하게 된다.
또한, 광학식 막두께계는, 측정광의 광축에 대해 실기판(S)이 기울기 각도를 갖도록 배설되어 있다.
또한, 보정판(47)의 실기판(S)측에 반사미러(17)가 장착되기 때문에, 고정된 상태에서 측정 원주 상에 배설되는 실기판(S)을 측정할 수 있어, 안정된 측정이 가능해진다.
박막 형성장치(2)에 있어서, 반사미러(17)는 보정판(47)의 실기판(S)과 동일한 쪽에 장착되어 있어, 증착수단(45)으로부터의 증착물질이 돌아 들어가 반사미러(17)의 반사면에 부착될 가능성이 있기 때문에, 반사미러(17)의 직전에 돌아 들어감 방지 유리를 장착할 수 있다. 추가로, 돌아 들어감 방지 유리에도 증착물질이 부착되지 않도록 통형상의 후드로 둘러싸도 된다.
또한, 돌아 들어감 방지 유리는 정기적으로 교환하면 바람직하다. 또한, 돌아 들어감 방지 유리도 실기판(S)과 동일하게 측정광의 광축에 대해 각도를 가지고 배설되면 더욱 바람직하다.
또한, 박막 형성장치(1, 2)에 있어서, 광학식 막두께계로 측정을 할 때는, 실기판(S)을 측정 위치에 정확하게 맞출 필요가 있다. 그 때문에, 박막 형성장치(1, 2)는 모두, 회전 드럼식 홀더(33) 또는 회전 홀더(43)를 측정 위치에서 멈추기 위한 회전 제어수단을 구비하고 있다. 회전 제어수단으로서는, 공지의 장치를 적용할 수 있고, 예를 들면, 위치 센서와 회전각도를 상시 감시 및 제어하는 것이 가능한 모터를 구비하여 구성할 수 있다.
박막 형성장치(1, 2)에서는, 측정창(25)도 측정광의 광축에 대해 소정의 각도를 가지고 배설되어 있다. 이것은, 실기판(S)을 소정 각도 기울여 배설하는 것과 동일한 이유에 따른 것이다. 이 때문에, 측정창(25)의 유리 부재에 의해 반사하는 광선에 대해서도, 수광기(19)측에 입력되는 것을 방지하고 있다.
이하에, 도 3 내지 8을 토대로, 보 발명의 광학식 막두께계에 대해서 설명한다.
또한, 이하에 나타내는 측정 또는 계산예는, 본 발명의 광학식 막두께계를 장착한 박막 형성장치(1)에 있어서의 결과이나, 측정결과로부터 도출할 수 있는 효과 등은 그대로 박막 형성장치(2)에도 적용할 수 있는 것이다.
도 3은, 광축에 대한 반사미러 각도(θ)와 측정광 강도의 관계를 나타내는 그래프도로, 반사미러 각도(θ)가 -6~+6°까지인 측정결과이다.
여기서, 반사미러(17)의 반사미러 각도(θ)는, 반사미러(17)의 반사면에 대한 수선, 측정광의 광축과 이루는 각도이다.
도 3에서 판명되는 바와 같이, 반사미러(17)의 각도(θ)가 0°에 있어서 반사광의 광량이 최대값이 된다. 또한, 도 3에 있어서, 반사미러(17)의 반사율은 100%로 하여 환산한 데이터를 나타내었다.
또한, 반사광의 측정광 강도는 반사미러 각도(θ)가 0°에서 최대가 되지만, 반사미러 각도(θ)가 ±1.0°에 있어서, 반사미러 각도(θ)=0°에 비해, 82~87% 이상의 측정광 강도를 가지고 있고, 반사미러 각도(θ)가 ±0.6°인 경우에는, 94~96% 이상의 측정광 강도를 가지고 있다. 또한, 도 3에 있어서, 반사광의 광량은, 출사광(L1)의 광량에 대한, 반사미러(17)에 있어서 측정된 광량(반사광(L2)의 광량)의 비율을 퍼센트로 나타낸 값이다.
또한, 허용할 수 있는 반사미러(17)의 반사미러 각도(θ)=-5.0~+5.0°는, 반사미러(17)와 구면 애크로매틱 렌즈(15) 또는 광섬유 단부(14)의 거리에 따라 변화하는 값이다. 즉, 반사미러(17)와 구면 애크로매틱 렌즈(15) 또는 광섬유 단부(14)의 거리가 길어지면, 허용할 수 있는 반사미러(17)의 반사미러 각도(θ)는 좁아진다.
또한, 박막 형성장치(1)에 있어서는, 반사미러(17)와 구면 애크로매틱 렌즈(15) 사이의 거리는, 60~350 ㎜ 정도이다.
도 4는, 기판의 기울기와 측정광의 비율 변화를 나타내는 설명도로, 실기판(S)의 기울기와 측정광(출사광 및 반사광)의 경로와 빛의 비율 변화를 나타내는 것으로, 도 4(a)는, 실기판(S)의 기울기 각도(α)=0°인 경우(기울어져 있지 않은 경우), 도 4(b)는 실기판(S)의 기울기 각도(α)가 소정의 값을 갖는 경우이다. 여기서, 실기판(S)의 기울기 각도(α)는, 실기판(S)의 성막면에 대한 수선과, 측정광의 광축이 이루는 각도이다.
또한, 도 4 중의 광량은, 실기판(S)을 장착하지 않는 상태에서 측정한 광량을 100%로 한 모식도이다. 또한, 여기서는 반사미러(17)의 반사율은 80%로 하고 있다.
먼저, 도 4(a)에 나타낸, 기판의 기울기 각도(α)=0°에서의 측정광의 경로와 빛의 비율 변화에 대해서 설명한다.
진공용기(31)의 측정창(25)으로부터 입사된 빛(출사광(L1))은, 실기판(S)을 투과한다. 이때, 입사된 빛(출사광(L1))의 전체 광량을 「100」으로 하면, 실기판(S) 양측의 표면에서, 투과하지 않고 각각 4.25%씩 반사된다(합계 광량 8.5). 이 광량 8.5의 빛은, 반사광(L2-1)으로서 측정창(25)으로부터 출사된다. 따라서, 실기판(S)을 투과하는 광량은 91.5가 된다. 이 투과된 광량 91.5의 빛은, 실기판(S)의 안쪽에 배설된 반사미러(17)에 의해 반사된다. 이 리터닝 반사광은, 재차 실기판(S)을 투과하게 되고, 동일하게, 합계 8.5%의 반사율을 고려하여, 나머지 91.5%가 실기판(S)을 투과한다. 즉, 광량 83.7(1회째 투과광 91.5×반사미러(17)로부터의 리터닝에 의한 2회째 투과율 91.5%)이 L2-2로서 측정창(25)으로부터 출사된다. 이때, 반사미러(17)의 반사율을 무시하는 것은, 실기판(S)의 측정 전에, 실기판(S)이 없는(반사미러(17)의 반사만의) 상태에서 100% 베이스 라인 측정을 행하기 위함이다.
리터닝 반사광이 실기판(S)을 투과할 때, 실기판(S)에서 반사된 광량 7.78(91.5×8.5%)이 재차 반사미러(17)에 의해 반사되는 경우, 광량 6.22(7.78×반사미러 반사율 80%)가 재차 실기판(S)으로 향한다. 이 광량 6.22의 재반사광도 동일하게 실기판(S)에서 각각 4.25%씩 합계 8.5%가 반사되고, 광량 5.69(6.22×91.5%)가 L2-3로서 측정창(25)로부터 출사된다.
즉, 측정창(25)으로부터 출사된 빛은, L2-1~3로, 실기판(S)의 반사광도 혼재되어 버린다.
즉, 측정창(25)으로부터 입사되는 빛(출사광(L1))은,
(1) 반사광(L2-1)…8.5(실기판(S)에 의한 양면 반사광)
(2) 반사광(L2-2)…83.7(반사미러(17)의 반사에 의해 2회 실기판(S)을 투과하는 빛)
(3) 반사광(L2-3)…5.69(재차 반사미러(17)의 반사에 의해 실기판(S)을 투과하는 빛)
으로 크게 구별된다(반사광(L2-4) 이상의 다중반사광은 미소하기 때문에, 이 모델에서는 무시한다).
따라서, 측정창(25)으로부터 입사된 빛(출사광(L1)) 중, 97.89(8.5+83.7+5.69) 정도의 광량이 되어, 반사광(L2)으로서 진공용기(31)의 측정창(25)을 향한다. 실기판의 기울기 각도가 0°인 것으로부터, 반사된 광선이 모두 동일 경로를 통과하기 때문이다.
즉, 실기판(S)의 경사 각도가 0°인 경우에서는, 수광기(19)에 입력되는 빛(반사광(L2)) 중 14.19(8.5+5.69) 정도가, 실기판(S)의 반사광이 된다. 따라서, 실기판(S)의 경사 각도를 0°로 하면, 수광기(19)에 입사되는 반사광(L2)에 목적하는 경로 이외를 통과한 광선을 10% 이상 포함하게 되어, 이것이 측정 오차를 발생시키는 원인이 된다.
다음으로, 도 4(b)에 나타낸, 기판의 기울기 각도가 소정의 값을 갖는 경우의 측정광의 경로와 빛의 비율 변화에 대해서 설명한다.
상기 도 4(a)와 동일하게, 출사광(L1) 및 반사광(L2)의 투과, 반사가 생기는데, 실기판(S)이 소정 각도 기울어져 있기 때문에, 실기판(S)의 표면에서 반사된 8.5%의 빛은, 실기판(S)의 기울기에 따른 방향으로 반사된다. 따라서, 실기판(S)의 경사 각도가 소정값 이상이면, 실기판(S)의 표면에서 반사된 광선은 수광기(19)에는 향하지 않게 된다.
또한, 반사미러(17)에서 반사된 반사광(L2) 중, 실기판(S)에서 반사된 빛도, 실기판(S)의 기울기에 따른 방향으로 반사되어 수광기(19)에는 향하지 않게 된다.
즉, 실기판(S)을 소정 각도 기울인 경우에는, 실기판(S)을 2회 투과한 광선(광량 83.7)만이 수광기(19)에 입력되게 된다. 따라서, 오차가 생기는 원인이 적어, 측정의 고정밀도화를 기대할 수 있다.
도 5는 기판 각도와 측정광 강도의 관계를 나타내는 그래프도로, 실기판(S)의 기울기 각도(α)와 반사광의 광량의 관계의 측정결과이고, 도 5(a)는 기울기 각도(α)가 -6~+6°까지인 측정결과, 도 5(b)는, 도 5(a)의 결과를 기울기 각도(α)=+3~+5.5°에 대해서 확대한 도면이다. 또한, 도 5 중의 광량은, 실기판(S)을 장착하지 않은 상태에서 측정한 데이터를 기준으로 하고 있다.
도 5(a)에서 판명되는 바와 같이, 실기판(S)의 기울기 각도가 없는 α=0°에 있어서 반사광의 광량이 최대값이 된다. 이는, 도 4(a)에 설명한 바와 같이 실기판(S)의 표리면에서 반사된 광선도 포함하고 있기 때문이다.
실기판(S)의 각도를 기울여가면, 실기판(S)의 표면에서 반사된 광선은 실기판(S)의 기울기에 따른 방향으로 반사되기 때문에, 실기판(S)의 기울기 각도와 함께 수광기(19)에서 측정되는 광량이 감소되어 간다. 그리고, 대략 기울기 각도 4.5° 이상의 영역에서는, 광량은 거의 일정값을 나타내게 되었다. 이는, 도 4(b)에 설명한 바와 같이, 실기판(S)의 표리면에서 반사된 빛을 수광기(19)에서 흡수하지 않게 되기 때문이다.
도 5(b)에 의해, 대략 기울기 각도 4.5° 이상에서 일정값을 나타내게 되는 것으로부터, 실기판(S)의 기울기 각도는 4.5° 이상으로 설정하면 바람직하다. 여기서, 실기판(S)이 어느 방향으로 기울어도 동일한 효과가 얻어지는 것으로부터, 기울기 각도는, 측정광의 광축에 직교하는 면에 대한 각도의 절대값이다.
즉, 실기판(S)의 기울기 각도는 ±4.5° 이상으로 설정되는 것이 바람직하다.
또한, 실기판(S)의 기울기 각도는, 광량이 일정값을 나타내는 범위 내에서 최소인 것이 바람직하다. 여기서, 도 5(b)에 의하면, 기울기 각도 4.5° 정도에서는 약간 광량 변화에 기울기가 확인되지만, 기울기 각도=5° 정도 이상에서 광량의 변화가 보이지 않게 된다.
또한, 실기판(S)의 기울기 각도는, 실기판(S)과 반사미러(17), 또는 실기판(S)과 구면 애크로매틱 렌즈(15) 또는 광섬유 단부(14)의 거리에 따라 변화하는 값이다. 예를 들면, 실기판(S)과 구면 애크로매틱 렌즈(15) 또는 광섬유 단부(14)의 거리가 길어지면, 허용할 수 있는 실기판(S)의 기울기 각도는 작은 값이 된다.
전술한 바와 같이, 박막 형성장치(1)에 있어서는, 반사미러(17)와 구면 애크로매틱 렌즈(15) 사이의 거리는, 60~350 ㎜ 정도이다.
도 6 내지 8은, 본 발명의 광학식 막두께계에 의한 측정예로, 이들 도면은, 광학식 막두께계에 의해 실기판(S)(BK-7 기판)이나 광학 필터(F)를 측정한 결과이고, 1회 투과시켜서 측정한 결과와 비교한 것이다. 이하에 설명하는 어느 예에 있어서도, 측정된 실기판(S)은 기울기 각도=5°로 하여 측정을 행하였다.
(실시예 1)
도 6은, BK-7 기판의 투과율 측정결과를 나타내는 그래프도이다. X축은 측정 파장, Y축은 광량(투과율)이다. 도 6에서는, 본 발명의 광학식 막두께계에 의한 2회 투과시의 투과율 측정결과와, 분광 광도계 SolidSpec3700(시마즈 제작소 제조)에 의한 1회 투과시의 투과율 측정결과와, 1회 측정 데이터를 2회 측정으로 하여 환산한 환산값을 나타내고 있다.
도 6으로부터 판명되는 바와 같이, BK-7 기판은 측정된 전체 파장영역에 걸쳐 거의 플랫한 투과율 특성(광학 특성)을 가지고 있고, 2회 투과의 측정값과, 1회 투과를 2회 투과로 환산한 환산값은, 전체 파장역에 걸쳐 거의 동일한 값을 나타내었다. 이는, 본 발명의 광학식 막두께계는, 진공용기(31) 내에 반사미러(17)를 배치한 간단한 구성이면서, 100% 광량에 대한 변화량이 큰, 즉, 막두께 측정의 제어 정밀도를 향상시킬 수 있는 것을 나타내고 있다.
(실시예 2)
도 7은 IR 커트 필터의 투과율 측정결과를 나타내는 그래프도이다. IR(적외선) 커트 필터는, BK-7 기판 상에, Nb2O5/SiO2를 적층시킨 광학 필터(F)이다. 도 7에 있어서도, 도 6과 동일하게, X축과 Y축은, 각각 측정 파장과 투과율을 나타내고 있고, 또한, 본 발명의 광학식 막두께계에 의한 측정결과(2회 투과)와, 분광 광도계에 의한 측정(1회 투과)과, 1회 투과의 데이터를 2회 투과로 환산한 환산값이 나타내어져 있다.
도 7에 의하면, IR 커트 필터는, 대략 700 nm 이상의 적외선 파장역에서의 투과율이 0% 근방의 값을 나타내고 있다. 이 IR 커트 필터의 측정에 있어서도, 2회 투과의 측정값과, 1회 투과를 2회 투과로 환산한 환산값은, 전체 파장역에 걸쳐 거의 동일한 값을 나타내었다. 따라서, IR 커트 필터의 측정에 있어서도, 본 발명의 광학식 막두께계는, 종래의 1회 투과형 광학식 막두께계와 적어도 동등한 측정 정밀도를 가지고 있다고 할 수 있다.
도 8은, 본 발명의 광학식 막두께계의 특성을 종래의 측정법과 비교한 것으로, 본 발명의 광학식 막두께계로 계산한 결과와, 종래의 1회 투과로 계산한 결과를 비교하였다. 계산(시뮬레이션)에는, 시판의 광학 연산 이론 소프트웨어를 사용하였다.
(실시예 3)
도 8은, SiO2 단층막 성막시의, 파장 520 nm에 있어서의 광학 막두께의 시간경과에 따른 광량 변화를 나타내는 그래프도로, SiO2 단층막 필터의 광량 변화 계산결과이고, 1회 투과에 의한 계산결과와, 본 발명의 광학식 막두께계에 의한 SiO2 단층막 필터의 2회 투과의 계산결과를 비교한 것이다. SiO2 단층막 필터는, BK-7에 SiO2 단층막을 형성한 광학 필터(F)이다. X축은 성막시간(막두께에 비례), Y축은 투과 광량을 나타내고 있다. 또한, 광량 변화 계산은, 파장 520 nm의 값이다.
도 8에서 나타내는 바와 같이, 본 발명의 광학식 막두께계에서의 2회 투과의 계산값(2회 투과)과, 1회 투과의 계산값(1회 투과)에서는, 본 발명의 2회 투과의 경우는, 투과율 및 투과광량 모두 변화량이 커져 있어, 종래예에 비해, 이 변화량이 많은 것만큼, 측정 정밀도가 향상된다.
도 8에 있어서, 본 발명의 광학식 막두께계에 의한 측정값의 계산결과와, 1회 투과에 의한 측정값의 계산결과를 비교하면, 본 발명의 광학식 막두께계에 의한 측정의 변화율쪽이 높은 것을 알 수 있다. 변화량의 차는 대략 1.6 내지 1.8배였다. 이는, 실기판(S)을 2회 투과하는 것에 의한 투과율의 감소에 의해 변화량이 커지기 때문이다. 측정값의 변화량이 크기 때문에, 측정 정밀도의 향상을 도모할 수 있어, 본 발명의 광학식 막두께계는, 종래의 1회 투과형 광학식 막두께계보다도 우수한 측정 정밀도를 가지고 있다고 할 수 있다.

Claims (11)

  1. 실기판(實基板)에 측정광을 투과시켜서 광학 막두께를 측정하는 광학식 막두께계로서,
    상기 실기판을 향해 상기 측정광으로서의 출사광을 출사하는 투광수단과,
    상기 실기판을 매개로 상기 투광수단과 반대측 위치에서, 상기 출사광을 반사하는 반사미러와,
    상기 측정광을 수광하는 수광수단과,
    그 수광수단에 의해 수광된 상기 측정광을 검출하는 광검출수단을 구비하고,
    상기 실기판의 성막면에 대한 수선이 상기 측정광의 광축에 대해 소정 각도를 가지고 배설(配設)됨으로써, 상기 수광수단은, 상기 실기판을 투과하고, 또한 상기 반사미러에서 반사되어 상기 실기판을 투과한 상기 측정광만을 수광하는 것을 특징으로 하는 광학식 막두께계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사미러에서 반사된 반사광은, 상기 측정광인 상기 출사광과 포개어지는 위치에서, 상기 실기판을 투과하는 것을 특징으로 하는 광학식 막두께계.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반사미러는, 상기 반사미러의 반사면에 대한 수선과, 상기 측정광의 광축이 이루는 각도가 -5.0~+5.0°의 범위가 되도록 배설되어 되는 것을 특징으로 하는 광학식 막두께계.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실기판의 성막면에 대한 수선과, 상기 측정광의 광축이 이루는 소정 각도가, 4.5° 이상인 것을 특징으로 하는 광학식 막두께계.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 실기판은 소정 속도로 움직이고, 상기 반사미러는, 상기 실기판에 대해 일정 위치에 고정되어 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 막두께계.
  7. 진공용기 내에 실기판을 지지하여 회전 가능한 돔형상의 기판 홀더와,
    증착재료를 증발시키는 증착수단과 상기 기판 홀더 사이의 위치에, 상기 진공용기측에 고정되어 배설되는 보정판과,
    상기 기판 홀더에 상기 실기판을 장착한 상태에서, 상기 실기판에 측정광을 투과시켜서 광학 막두께를 측정하는 광학식 막두께계를 구비한 박막 형성장치로서,
    상기 광학식 막두께계는,
    제1항, 제2항, 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 광학식 막두께계를 사용한 것을 특징으로 하는 광학식 막두께계를 구비한 박막 형성장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 반사미러는 상기 보정판에 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 막두께계를 구비한 박막 형성장치.
  9. 진공용기 내에 실기판을 지지하여 회전 가능한 기판 홀더와,
    상기 기판 홀더의 외측에 배설된 스퍼터수단과,
    상기 기판 홀더에 상기 실기판을 장착한 상태에서, 상기 실기판에 측정광을 투과시켜서 광학 막두께를 측정하는 광학식 막두께계를 구비한 박막 형성장치로서,
    상기 광학식 막두께계는,
    제1항, 제2항, 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 광학식 막두께계를 사용한 것을 특징으로 하는 광학식 막두께계를 구비한 박막 형성장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 반사미러는 상기 기판 홀더 내에 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 막두께계를 구비한 박막 형성장치.
  11. 삭제
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