KR102093687B1 - 광학 측정 장치 및 광학 측정 방법 - Google Patents
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Abstract
광학 측정 장치의 제어부는, 회전체의 회전 속도가 규정값이 되도록 제어된 상태에서, 광원에서 발생시킨 일정 강도의 광을, 회전체의 회전에 수반하여 샘플이 통과하는 영역인 조사 영역에 조사함과 함께, 그 조사한 광의 반사광 또는 투과광을 제2 검출부에서 수광함으로써 출력되는 강도의 시간적 변화에 기초하여 제1 타이밍 정보를 취득한다. 제어부는, 회전체의 회전 속도가 규정값이 되도록 제어된 상태에서, 제1 타이밍 정보에 따라서 광원에서 주기적으로 발생시킨 펄스형의 광을 조사 영역에 조사함과 함께, 제1 타이밍 정보에 따라서 제1 검출부의 측정을 주기적으로 유효화함으로써 출력되는 결과에 기초하여 제2 타이밍 정보를 취득한다.
Description
본 발명은 회전체에 배치된 1개 또는 복수의 샘플의 광학 특성을 측정하는 광학 측정 장치 및 광학 측정 방법에 관한 것이다.
수지 필름이나 반도체 기판과 같은 기재 상에, 임의의 성막 프로세스를 사용하여 막(대부분의 경우, 박막)을 형성하는 처리가 알려져 있다. 이러한 성막 기술을 사용하여 제작된 재료의 막 두께와 같은 특성값을 측정하는 방법이 제안되어 있다. 예를 들어, 일본 특허 공개 제2013-019854호 공보(특허문헌 1)는 외부보다 저습도로 조절된 측정실 내에서 진동자를 검출 유닛에 접속하여 발진시킴으로써 박막의 막 두께를 측정하는 방법을 개시한다.
또한, 상술한 바와 같이 성막 기술을 사용하여 제작된 재료의 특성을 광학적으로 측정하는 기술도 알려져 있다. 광학적인 측정 방법을 채용함으로써, 막 두께뿐만 아니라, 투과율/반사율, 소쇠 계수, 굴절률과 같은 각종 광학 특성값을 측정할 수 있다.
성막 기술의 하나로서, 회전체의 외주면 또는 회전 평면에 1개 또는 복수의 워크(이하, 「샘플」이라고도 칭한다.)를 배치함과 함께, 그 회전체를 회전시키면서 막을 성장시키는 성막 프로세스가 있다. 종래의 측정 방법에서는, 이러한 성막 프로세스에 있어서 샘플의 광학 특성을 실시간으로 측정할 수는 없었다. 그 때문에, 회전체에 배치된 1개 또는 복수의 샘플의 광학 특성을 그 자리에서(in-situ) 측정할 수 있는 광학 측정 장치 및 광학 측정 방법이 요망되고 있다.
본 발명의 어느 한 국면에 따르면, 회전체에 배치된 1개 또는 복수의 샘플의 광학 특성을 측정하는 광학 측정 장치가 제공된다. 광학 측정 장치는, 광원과, 수광한 광의 특성값을 출력하는 제1 검출부와, 제1 검출부보다 높은 응답 속도를 갖고, 수광한 광의 강도를 출력하는 제2 검출부와, 제어부를 포함한다. 제어부는, 회전체의 회전 속도가 규정값이 되도록 제어된 상태에서, 광원에서 발생시킨 일정 강도의 광을, 회전체의 회전에 수반하여 샘플이 통과하는 영역인 조사 영역에 조사함과 함께, 그 조사한 광의 반사광 또는 투과광을 제2 검출부에서 수광함으로써 출력되는 강도의 시간적 변화에 기초하여 제1 타이밍 정보를 취득한다. 여기서, 제1 타이밍 정보는, 제1 검출부의 측정을 각 샘플의 위치에 대응시켜서 유효화하는 기간을 정의하기 위한 것이다. 제어부는, 회전체의 회전 속도가 규정값이 되도록 제어된 상태에서, 제1 타이밍 정보에 따라서 광원에서 주기적으로 발생시킨 펄스형의 광을 조사 영역에 조사함과 함께, 제1 타이밍 정보에 따라서 제1 검출부의 측정을 주기적으로 유효화함으로써 출력되는 결과에 기초하여 제2 타이밍 정보를 취득한다. 여기서, 제2 타이밍 정보는, 광원으로부터 펄스형의 광을 발생시키는 기간을 정의하기 위한 것이다. 제어부는, 회전체의 회전 속도가 규정값이 되도록 제어된 상태에서, 제1 타이밍 정보에 따라서 제1 검출부의 측정을 주기적으로 유효화함과 함께, 제2 타이밍 정보에 따라서 광원에서 펄스형의 광을 주기적으로 발생시킴으로써, 제1 검출부로부터 출력되는 특성값을 샘플별로 취득한다.
바람직하게는, 제어부는, 제2 검출부로부터 출력되는 강도가 극대값 또는 극소값을 취하는 회전체의 위치로부터 제1 타이밍 정보를 결정한다.
더욱 바람직하게는, 제어부는, 광원에서 발생시킨 일정 강도의 광을 조사 영역에 조사함과 함께, 그 조사한 광의 반사광 또는 투과광을 제2 검출부에 가하고, 제1 검출부에서도 수광시켜서, 동일한 샘플에 관한, 제1 검출부 및 제2 검출부 간의 출력의 시간적인 어긋남에 기초하여, 제1 타이밍 정보를 보정한다.
바람직하게는, 제어부는, 광원에서 펄스형의 광을 발생시키는 타이밍을 복수로 상이하게 함과 함께, 제1 검출부의 출력이 보다 커지는 타이밍을 제2 타이밍 정보로서 결정한다.
바람직하게는, 제1 타이밍 정보 및 제2 타이밍 정보를 정의하는 기준이 되는, 회전체의 미리 정해진 위치를 검출하기 위한 위치 검출부를 더 포함한다.
더욱 바람직하게는, 제1 타이밍 정보 및 제2 타이밍 정보는, 회전체의 회전 속도가 규정값이 되도록 제어된 상태에 있어서의, 회전체의 미리 정해진 위치가 검출되고나서의 경과 시간을 사용하여 정의된다.
바람직하게는, 광학 측정 장치는, 각각의 단부면이 회전체의 축방향을 따라서 나란히 배치되고, 광원과 광학적으로 접속된 제1군의 광 파이버와, 각각의 단부면이 회전체의 축방향을 따라서 나란히 배치되고, 제1 검출부 또는 제2 검출부와 광학적으로 접속된 제2군의 광 파이버를 더 포함한다.
본 발명의 다른 국면에 따르면, 회전체에 배치된 1개 또는 복수의 샘플의 광학 특성을 검출부에서 측정하는 광학 측정 방법이 제공된다. 광학 측정 방법은, 회전체의 회전 속도가 규정값이 되도록 제어된 상태에서, 광원에서 발생시킨 일정 강도의 광을, 회전체의 회전에 수반하여 샘플이 통과하는 영역인 조사 영역에 조사함과 함께, 그 조사한 광의 반사광 또는 투과광의 강도의 시간적 변화에 기초하여 제1 타이밍 정보를 취득하는 스텝과, 회전체의 회전 속도가 규정값이 되도록 제어된 상태에서, 제1 타이밍 정보에 따라서 광원에서 주기적으로 발생시킨 펄스형의 광을 조사 영역에 조사함과 함께, 제1 타이밍 정보에 따라서 검출부의 측정을 주기적으로 유효화함으로써 출력되는 결과에 기초하여 제2 타이밍 정보를 취득하는 스텝과, 회전체의 회전 속도가 규정값이 되도록 제어된 상태에서, 제1 타이밍 정보에 따라서 검출부의 측정을 주기적으로 유효화함과 함께, 제2 타이밍 정보에 따라서 광원에서 펄스형의 광을 주기적으로 발생시킴으로써, 검출부로부터 출력되는 특성값을 샘플별로 취득하는 스텝을 포함한다.
본 발명에 따르면, 회전체에 배치된 1개 또는 복수의 샘플의 광학 특성을 그자리에서 측정할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 광학 측정 장치를 포함하는 성막 시스템의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 광학 측정 장치를 구성하는 제어부의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 3은 본 실시 형태에 따른 제1 측정 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 본 실시 형태에 따른 제1 측정 방법에서의 예비 측정 (1)의 실시 시에 있어서의 각 부의 시간 파형을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 실시 형태에 따른 제1 측정 방법의 예비 측정 (2)에서의 조정 내용을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 실시 형태에 따른 제1 측정 방법의 예비 측정 (2)에서의 조정 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 실시 형태에 따른 제1 측정 방법에 있어서의 예비 측정에 의해 취득되는 타이밍 정보의 일례를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 실시 형태에 따른 제1 측정 방법에 있어서의 본 측정 시의 각 부의 시간 파형을 도시하는 도면이다.
도 9는 본 실시 형태에 따른 제1 측정 방법에 있어서의 본 측정에 의해 취득되는 측정 결과의 일례를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 실시 형태에 따른 제1 측정 방법에 있어서의 처리 수순을 도시하는 흐름도이다.
도 11은 본 실시 형태에 따른 성막 시스템에 사용되는 파이버 프로브의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 실시 형태에 따른 성막 시스템에 사용되는 파이버 프로브의 단면 구조를 도시하는 모식도이다.
도 13은 본 실시 형태에 따른 제2 측정 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 14는 본 실시 형태에 따른 제2 측정 방법에 있어서의 파이버 프로브로부터 조사되는 입사광을 도시하는 모식도이다.
도 15는 본 실시 형태에 따른 제2 측정 방법의 예비 측정 (1)의 내용을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 실시 형태에 따른 제2 측정 방법에 있어서의 처리 수순을 도시하는 흐름도이다.
도 17은 본 실시 형태에 따른 성막 시스템에 사용되는 파이버 프로브의 다른 단면 구조를 도시하는 모식도이다.
도 18은 본 실시 형태에 따른 광학 측정 장치를 포함하는 성막 시스템의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 광학 측정 장치를 구성하는 제어부의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 3은 본 실시 형태에 따른 제1 측정 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 본 실시 형태에 따른 제1 측정 방법에서의 예비 측정 (1)의 실시 시에 있어서의 각 부의 시간 파형을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 실시 형태에 따른 제1 측정 방법의 예비 측정 (2)에서의 조정 내용을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 실시 형태에 따른 제1 측정 방법의 예비 측정 (2)에서의 조정 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 실시 형태에 따른 제1 측정 방법에 있어서의 예비 측정에 의해 취득되는 타이밍 정보의 일례를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 실시 형태에 따른 제1 측정 방법에 있어서의 본 측정 시의 각 부의 시간 파형을 도시하는 도면이다.
도 9는 본 실시 형태에 따른 제1 측정 방법에 있어서의 본 측정에 의해 취득되는 측정 결과의 일례를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 실시 형태에 따른 제1 측정 방법에 있어서의 처리 수순을 도시하는 흐름도이다.
도 11은 본 실시 형태에 따른 성막 시스템에 사용되는 파이버 프로브의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 실시 형태에 따른 성막 시스템에 사용되는 파이버 프로브의 단면 구조를 도시하는 모식도이다.
도 13은 본 실시 형태에 따른 제2 측정 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 14는 본 실시 형태에 따른 제2 측정 방법에 있어서의 파이버 프로브로부터 조사되는 입사광을 도시하는 모식도이다.
도 15는 본 실시 형태에 따른 제2 측정 방법의 예비 측정 (1)의 내용을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 실시 형태에 따른 제2 측정 방법에 있어서의 처리 수순을 도시하는 흐름도이다.
도 17은 본 실시 형태에 따른 성막 시스템에 사용되는 파이버 프로브의 다른 단면 구조를 도시하는 모식도이다.
도 18은 본 실시 형태에 따른 광학 측정 장치를 포함하는 성막 시스템의 구성을 도시하는 모식도이다.
본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 도면 중의 동일 또는 상당 부분에 대해서는, 동일 부호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다.
<A. 성막 시스템의 장치 구성>
먼저, 본 실시 형태에 따른 광학 측정 장치를 포함하는 성막 시스템의 장치 구성에 대하여 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태에 따른 광학 측정 장치(10)를 포함하는 성막 시스템(1)의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 1을 참조하여, 성막 시스템(1)은 진공 환경 하에서 샘플(2) 상에 막을 형성하는 프로세스를 실현한다. 성막 시스템(1)은 광학 측정 장치(10)와, 진공 챔버(100)를 포함한다.
진공 챔버(100) 내에는, 구동 기구(도시 생략)에 의해 회전 구동되는 회전체인 회전 드럼(102)이 배치되어 있다. 회전 드럼(102)의 측면에는, 1개 또는 복수의 샘플(2)이 배치된다. 샘플(2)은 규칙적으로 배치되어 있어도 되고, 불규칙하게 배치되어 있어도 된다. 성막 프로세스의 개시 전에는, 진공 챔버(100)의 내부에 존재하고 있는 기체가 흡인구(110)로부터 방출되고, 대기압(진공 챔버(100) 밖의 압력)보다 낮은 압력의 기체로 채워진 상태(공업적인 의미에서의 진공 상태)로 유지된다. 이 상태에 있어서, 회전 드럼(102)을 미리 정해진 일정한 회전 속도(규정 회전 속도/규정 회전수)로 회전시키면서, 성막원(114)으로부터 막의 재료가 되는 물질을 방출시킨다. 예를 들어, 규정 회전 속도로서는, 50 내지 200[rpm] 등이 상정된다. 샘플(2)의 표면에서는, 성막원(114)으로부터 방출된 물질 간에, 전자, 이온, 플라즈마, 광 등에 의한 화학 반응이 발생하고, 이 화학 반응에 의해, 샘플(2) 상에 막이 형성된다.
회전 드럼(102)의 회전축(104)의 축 상에는, 회전판(106)이 일체적으로 설치되어 있다. 회전판(106)의 회전면과 평행하게 회전 검출 센서(108)가 배치되어 있다. 회전 검출 센서(108)는, 회전 드럼(102)의 회전에 수반하여 회전하는 회전판(106)의 회전 위치(각도)를 검출한다. 회전판(106)의 표면에는 소정의 패턴이 형성되어 있고, 회전 검출 센서(108)는, 그 소정의 패턴을 검출함으로써, 회전 드럼(102)의 절대적 또는 상대적인 회전 위치를 출력한다.
후술하는 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 회전 드럼(102)이 어떤 기준이 되는 회전 위치에 도달한 타이밍을 알면 된다. 그 때문에, 회전 드럼(102)이 기준이 되는 회전 위치에 도달한 타이밍에 트리거 신호를 출력한다. 트리거 신호는, 기준점 또는 원점이 검출된 것을 나타내는 신호이다. 이 트리거 신호가 광학 측정 장치(10)에 있어서 측정을 동기시키기 위한 신호(동기용 신호)로서 사용된다. 즉, 회전 검출 센서(108)는, 타이밍 정보(324)에 포함되는 각각의 타이밍을 정의하는 기준이 되는, 회전 드럼(102)(회전체)의 미리 정해진 위치를 검출하기 위한 위치 검출부에 상당한다.
도 1에는, 주로, 진공 증착 프로세스에 의해 샘플 상에 막을 형성하는 구성을 예시하지만, 이것에 한정될 일은 없다. 예를 들어, 필름 상에 스퍼터링법으로 박막을 형성하는 프로세스, 복수의 필름을 접합하는 프로세스 등의 감시 또는 제어에 적용 가능하다.
광학 측정 장치(10)는 진공 챔버(100) 내에서의 샘플(2) 상에 막이 형성되어 있는 과정에 있어서, 샘플(2)의 광학 특성을 측정한다. 샘플(2)은 본 실시 형태에 따른 광학 측정 방법의 피측정 대상물에 상당한다.
광학 측정 장치(10)는 광학 측정부(200)와, 제어부(300)를 포함한다. 광학 측정부(200)는 샘플(2)에 조사하기 위한 광을 발생시킴과 함께, 샘플(2)에서 반사 또는 샘플(2)을 투과한 광을 수광하고, 샘플(2)의 광학 특성을 측정한다. 제어부(300)는 광학 측정부(200)에서의 광의 발생 및 조사, 및 샘플(2)로부터의 광의 검출 등을 제어한다.
진공 챔버(100)와 광학 측정부(200) 사이는, 도광부에 상당하는, 번들 파이버(120)를 통하여 광학적으로 접속되어 있다. 번들 파이버(120)는 진공 챔버(100)의 창부(112)를 관통하여 진공 챔버(100) 내에 그 일부가 배치된다. 번들 파이버(120)의 일단부에 설치되는 파이버 프로브(124)는 진공 챔버(100) 내에 배치된다. 한편, 번들 파이버(120)의 타단부에 설치되는 파이버 프로브(122)는 광학 측정부(200)측에 배치된다.
광학 측정부(200)는 광원(202)과, 폴리크로미터(204)와, 수광 센서(206)와, 타이밍 컨트롤러(208)를 포함한다. 광원(202), 폴리크로미터(204), 수광 센서(206)는 각각 광 파이버(212, 214, 216)를 통하여, 파이버 프로브(122)와 광학적으로 접속된다. 번들 파이버(120)의 구조에 대해서는 후술한다.
광원(202)은 샘플(2)에 대하여 조사하기 위한 광(이하, 「입사광」이라고도 칭한다.)을 발생시킨다. 광원(202)이 발생시킨 입사광은, 광 파이버(212) 및 번들 파이버(120)를 통하여, 회전 드럼(102)의 측면에 조사된다. 본 실시 형태에 있어서는, 입사광의 조사 타이밍을 적정화함으로써, 측면에 배치된 샘플(2)의 각각에 입사광이 조사된다. 광원(202)은 입사광을 연속적으로 발생시키는 동작 및 펄스식으로 발생시키는 동작을 선택 가능하게 구성되어 있다. 펄스적인 입사광을 발생시키는 경우에는, 타이밍 컨트롤러(208)로부터의 명령에 따라, 광원(202)이 발생시키는 입사광의 강도를 시간적으로 변화시킨다.
광원(202)이 발생시키는 광의 종류(파장)는 샘플(2)의 재질 및 샘플(2) 상에 형성되는 막의 재질에 따라 적절히 선택된다. 예를 들어, 가시광(360nm-830nm), 근자외(200nm-360nm), 및 근적외(830nm-2000nm) 중 어느 하나 또는 복수의 파장 영역의 광이 사용된다.
폴리크로미터(204)는 샘플(2)로부터의 반사광(또는, 투과광)을 수광하고, 그 수광한 광의 특성값을 출력하는 검출부에 상당한다. 폴리크로미터(204)는 1종의 분광 측정기로서, 샘플(2)로부터의 반사광(또는, 투과광)을 수광하고, 그 수광한 광에 포함되는 각 파장의 강도(스펙트럼)를 출력한다. 즉, 광의 특성값으로서, 스펙트럼을 측정하는 예를 나타내지만, 이것에 한정되지 않고, 임의의 특성값(예를 들어, 굴절률, 반사율, 소쇠 계수 등)을 측정할 수 있는 검출부를 사용할 수 있다. 스펙트럼을 측정하는 경우에는, 폴리크로미터 대신에, 예를 들어, 분광 엘립소미터 등을 사용할 수도 있다.
수광 센서(206)는 주로, 후술하는 타이밍 정보를 취득하기 위한 수광기이며, 샘플(2)로부터의 반사광(또는, 투과광)을 수광하고, 그 수광한 광의 강도를 출력한다. 수광 센서(206)는 전형적으로는, 포토다이오드 또는 포토디텍터로 구성된다. 수광 센서(206)는 주로, 샘플(2)의 배치 위치에 따른 타이밍을 검출하기 위하여 사용되므로, 폴리크로미터(204)보다 높은 응답 속도를 갖고 있는 것이 바람직하다. 즉, 동일한 타이밍에 광을 수광한 경우에, 폴리크로미터(204)로부터 결과가 출력되기 전에, 수광 센서(206)로부터의 결과가 출력되는 것이 바람직하다. 이상적으로는, 수광 센서(206)는 샘플(2)로부터의 반사광(또는, 투과광)을 수광하면, 그 수광한 광의 강도를 거의 순시에 출력한다.
타이밍 컨트롤러(208)는 회전 검출 센서(108)로부터의 트리거 신호, 수광 센서(206)로부터의 검출 결과, 제어부(300)로부터의 명령 등에 따라, 광원(202) 및 폴리크로미터(204)의 동작 타이밍을 제어한다. 보다 구체적으로는, 타이밍 컨트롤러(208)는 미리 취득되는 타이밍 정보에 기초하여, 광원(202)이 입사광을 발생(조사)시키는 타이밍(또는, 기간)을 제어함과 함께, 폴리크로미터(204)의 측정을 유효화하는 타이밍(또는, 기간)을 제어한다.
제어부(300)는 광학 측정부(200)의 동작을 제어함과 함께, 광학 측정부(200)에 의해 측정된 광학 특성값을 저장한다. 제어부(300)는 유저로부터 조작을 접수하기 위한 사용자 인터페이스, 및 유저에게 대하여 측정된 광학 특성값을 제시하기 위한 사용자 인터페이스 등을 갖고 있다.
<B. 제어부의 장치 구성>
이어서, 제어부(300)의 장치 구성에 대하여 설명한다. 제어부(300)로서는, 전형적으로는, 범용적인 컴퓨터를 사용하여 실현할 수 있다.
도 2는, 본 실시 형태에 따른 광학 측정 장치(10)를 구성하는 제어부(300)의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 2를 참조하여, 제어부(300)는 오퍼레이팅 시스템(OS: Operating System)을 포함하는 각종 프로그램을 실행하는 프로세서(302)와, 프로세서(302)에서의 프로그램의 실행에 필요한 데이터를 일시적으로 기억하는 주메모리(304)와, 프로세서(302)에서 실행되는 프로그램 및 데이터를 불휘발적으로 기억하는 하드디스크(320)를 포함한다. 프로세서(302)는 키보드나 마우스 등을 포함하는 입력부(310)를 통하여 유저 등으로부터의 지시를 받음과 함께, 디스플레이 등을 포함하는 출력부(312)를 통하여 각종 사용자 인터페이스 화면을 유저에게 제시한다.
제어부(300)는 또한, 네트워크 인터페이스(306) 및 측정부 인터페이스(308)를 포함한다. 네트워크 인터페이스(306)는 도시하지 않은 네트워크 상의 외부 장치 등과의 사이에서 데이터를 교환한다. 네트워크 인터페이스(306)를 통하여 다운로드된 프로그램 등이 제어부(300)의 하드디스크(320)에 인스톨되거나, 또는, 제어부(300)가 취득한 측정 결과 등이 네트워크 인터페이스(306)를 통하여 외부 장치로 송신된다. 측정부 인터페이스(308)는 광학 측정부(200)와의 사이에서 데이터를 교환한다. 보다 구체적으로는, 측정부 인터페이스(308)는 폴리크로미터(204)(도 1)의 측정 결과를 취득하고, 생성된 타이밍 정보를 타이밍 컨트롤러(208)(도 1)에 부여한다.
제어부(300)를 구성하는 각 컴포넌트는, 버스(314)를 통하여, 서로 데이터 통신 가능하게 접속되어 있다.
하드디스크(320)는 광학 측정 프로그램(322), 타이밍 정보(324), 측정 결과(326) 등을 저장한다. 광학 측정 프로그램(322)은 프로세서(302)에 의해 실행됨으로써, 후술하는 광학 측정 방법에 관한 각종 처리를 실현한다. 광학 측정 프로그램(322)에 대해서는, 네트워크 인터페이스(306)를 통하여 서버 장치 등으로부터 다운로드되어도 되고, 광학 디스크 등이 임의의 기록 매체에 저장된 것을 판독하여 인스톨되어도 된다. 타이밍 정보(324)는 광학 측정부(200)의 광원(202)이 입사광을 발생(조사)시키는 타이밍(또는, 기간)을 제어함과 함께, 폴리크로미터(204)의 측정을 유효화하는 타이밍(또는, 기간)을 제어한다. 측정 결과(326)는 폴리크로미터(204) 등으로부터 취득한 측정값을 포함한다.
<C. 광학 측정 방법의 개요>
종래, 진공 챔버 내에서의 성막 프로세스에 있어서, 회전체에 배치된 샘플을 성막 내에 in-situ 측정할 수는 없었다. 회전체에 배치된 샘플이 아니라, 진공 챔버 내에 정적으로 배치된 테스트 실린더에 대하여 in-situ 측정하는 것 밖에 할 수 없었다. 그로 인해, 회전체에 배치된 본래의 샘플에 대한 광학 특성에 대해서는, 성막 프로세스의 종료 후에 측정해야만 하여, 실시간으로 성막 프로세스의 진행 상태를 모니터할 수는 없었다.
또한, 동일한 진공 챔버 내에 배치되어 있어도, 테스트 실린더와 본래의 샘플 사이에서는, 배치 환경 등이 상이하기 때문에, 현실에 발생하는 성막 프로세스도 상이하여, 테스트 실린더로부터 측정되는 광학 특성이 본래의 샘플의 광학 특성을 정확하게 반영하는 것도 아니었다.
이에 비해, 본 실시 형태에 따른 광학 측정 방법에서는, 회전체(전형적으로는, 회전 드럼 또는 회전 스테이지)에 배치되고, 시간적으로 위치가 변화하는 1개 또는 복수의 샘플의 광학 특성을 샘플마다 측정한다. 샘플(2)의 이동 속도, 및 이동하는 샘플(2)이 측정 가능 범위에 들어가는 구간에 따라서 정해지는 타이밍을 미리 취득하고, 그 취득한 타이밍에 따라 광원(202)이 입사광을 발생(조사)시키는 타이밍(또는, 기간), 및 폴리크로미터(204)의 측정을 유효화하는 타이밍(또는, 기간)을 제어함으로써, 샘플(2)의 광학 특성을 개별로 in-situ 측정한다.
본 실시 형태에 따른 광학 측정 방법에서는, 각 샘플의 배치 위치에 따라서 동기 타이밍을 설정하므로, 샘플을 불규칙하게 배치한 상태여도 측정할 수 있고, 또한, 회전체의 회전 속도에 변동이 있는 경우에도, 고정밀도의 측정이 가능하다.
샘플(2)의 광학 특성을 개별로 in-situ 측정할 수 있으므로, 각 샘플에 있어서의 성막 프로세스의 진행 상태를 실시간으로 모니터할 수 있다.
<D. 제1 측정 방법>
이어서, 본 실시 형태에 따른 제1 측정 방법에 대하여 설명한다. 제1 측정 방법은, 회전 드럼(102) 상의 샘플(2)이 배치된 위치에 따른 타이밍 정보(324)를 취득하기 위한 예비적인 측정(이하, 「예비 측정」이라고도 칭한다.)과, 샘플(2)의 각각에 대하여 광학 특성을 취득하는 본래의 측정(이하, 「본 측정」이라고도 칭한다.)의 2종류의 측정 수순을 포함한다. 또한, 예비 측정은, 2단계의 측정 수순(이하, 「예비 측정 (1)」 및 「예비 측정 (2)」라고도 칭한다.)을 포함한다. 예비 측정에 의해, 광원(202)이 펄스형의 입사광을 조사하는 타이밍, 및 폴리크로미터(204)의 측정을 유효화하는 타이밍이 결정된다.
도 3은, 본 실시 형태에 따른 제1 측정 방법을 설명하기 위한 모식도이다. 도 3의 (A)에는, 예비 측정 (1)의 접속 관계를 도시하고, 도 3의 (B)에는, 예비 측정 (2) 및 본 측정의 접속 관계를 도시한다.
(d1: 예비 측정 (1))
먼저, 예비 측정 (1)이 실시된다. 예비 측정 (1)에서는, 타이밍 정보(324)의 일부로서, 각 샘플(2)의 배치 위치에 대응한, 폴리크로미터(204)를 동기하여 구동하기 위한 타이밍 테이블이 생성된다.
도 3의 (A)를 참조하여, 예비 측정 (1)의 실시 시에는, 광원(202)으로부터 연속적인 입사광을 발생시키고, 이 연속적으로 발생된 입사광이 회전 드럼(102)의 측면에서 반사되어서 발생된 광의 강도를 수광 센서(206)로 검출한다. 광원(202)은 광 파이버(212)를 통하여 진공 챔버(100)와 광학적으로 접속되고, 수광 센서(206)는 광 파이버(216)를 통하여 진공 챔버(100)와 광학적으로 접속된다.
예비 측정 (1)의 실시 시에는, 본 측정의 실시 시와 마찬가지로, 회전 드럼(102)은 규정 회전 속도로 유지된다. 그로 인해, 수광 센서(206)로 검출되는 반사광의 강도는, 회전 드럼(102)의 측면에 배치된 샘플(2)의 위치에 따라서 시간적으로 변화하게 된다. 이 반사광의 강도의 시간적 변화에 기초하여, 회전 드럼(102)에 배치된 샘플(2)의 위치를 나타내는 타이밍 테이블이 생성된다. 회전 드럼(102)은 회전하고 있으므로, 샘플(2)의 위치는, 회전 드럼(102)의 미리 정해진 위치(기준점/원점)로부터의 상대적인 거리(시간)로서 정의된다. 도 3에 도시하는 구성에서는, 회전 검출 센서(108)로부터 출력되는 트리거 신호를 기준점으로서 사용한다.
도 4는, 본 실시 형태에 따른 제1 측정 방법에서의 예비 측정 (1)의 실시 시에 있어서의 각 부의 시간 파형을 도시하는 도면이다. 도 4의 (A)에는, 광원(202)이 발생시키는 입사광의 시간 파형을 도시하고, 도 4의 (B)에는, 수광 센서(206)가 출력하는 반사광의 시간 파형을 도시한다.
도 4의 (A)에 도시한 바와 같이, 광원(202)으로부터는 일정 강도의 입사광이 조사되고, 이 입사광이 샘플(2)에서 반사됨으로써, 도 4의 (B)에 도시한 바와 같은, 강도가 시간적으로 변화하는 반사광이 발생한다. 타이밍 정보(324)는 반사광의 강도가 극대가 되는 각 점의 위치 정보를 포함한다. 보다 구체적으로는, 각 극대점의 기준점으로부터의 상대적인 시간차인, 오프셋 시간 T1, T2, T3, …가 취득된다. 이와 같이, 수광 센서(206)로부터 출력되는 강도가 극대값 또는 극소값을 취하는 회전 드럼(102)의 위치로부터 오프셋 시간 T1, T2, T3, …(제1 타이밍 정보)가 결정된다.
수광 센서(206)의 출력 결과로부터 얻어진 오프셋 시간 T1, T2, T3, …는, 폴리크로미터(204)의 측정을 유효화하는 동기 타이밍으로서 사용된다. 이것은, 폴리크로미터(204) 및 수광 센서(206)는 모두 공통의 파이버 프로브(124)를 통하여, 입사광을 샘플(2)을 향하여 조사하게 되어 있어, 이 광학 경로의 공통성을 이용하는 것이다.
이와 같이 하여, 회전 드럼(102)의 기준점을 기준으로 하는 수광 센서(206)의 출력이 최대가 되는 위치(시간)를 각 샘플(2)에 대하여 조사 및 기록함으로써, 각 샘플(2)의 배치 위치에 대응하는, 폴리크로미터(204)를 동기하여 구동하기 위한 타이밍 테이블이 생성된다.
이상과 같이, 회전 드럼(102)의 회전 속도가 규정값이 되도록 제어된 상태에서, 광원(202)에서 발생시킨 일정 강도의 입사광이, 회전 드럼(102)의 회전에 수반하여 샘플(2)이 통과하는 영역인 조사 영역에 조사된다. 조사된 입사광의 반사광(또는, 후술하는 바와 같이 투과광)을 수광 센서(206)로 수광함으로써 출력되는 강도의 시간적 변화(도 4의 (B) 참조)에 기초하여 오프셋 시간 T1, T2, T3, …(제1 타이밍 정보)가 취득된다. 이 오프셋 시간 T1, T2, T3, …는, 폴리크로미터(204)의 측정을 각 샘플(2)의 위치에 대응시켜서 유효화하는 기간을 정의하기 위하여 사용된다.
실제의 예비 측정 (1)에서는, 어느 정도의 기간에 걸쳐 측정된 결과로부터 타이밍 테이블이 생성된다. 즉, 도 4의 (B)에 도시하는 오프셋 시간 T1, T2, T3, …의 조가 복수 취득되어서, 각 오프셋 시간에 대하여 통계 처리가 이루어짐으로써, 최종적인 오프셋 시간 T1, T2, T3, …가 결정된다. 통계 처리로서는, 단순한 평균화 처리여도 되고, 표준 편차(분산)를 고려한 처리여도 된다.
(d2: 예비 측정 (2))
계속해서, 예비 측정 (2)가 실시된다. 예비 측정 (2)에서는, 타이밍 정보(324)의 일부로서, 폴리크로미터(204)를 동기하여 구동하기 위한 타이밍과, 광원(202)으로부터 펄스형의 입사광을 발생시키는 타이밍 사이의 어긋남(딜레이 시간)이 산출된다. 이 산출된 딜레이 시간으로부터, 각 샘플(2)의 배치 위치에 대응한, 광원(202)을 동기하여 구동하기 위한 타이밍 테이블이 생성된다.
도 3의 (B)를 참조하여, 예비 측정 (2)의 실시 시에는, 광원(202)으로부터 펄스형의 입사광을 발생시키고, 이 펄스형의 입사광이 회전 드럼(102)의 측면에 배치된 샘플(2)에서 반사되어서 발생하는 광을 폴리크로미터(204)로 수광한다. 광원(202)은 광 파이버(212)를 통하여 진공 챔버(100)와 광학적으로 접속되고, 폴리크로미터(204)는 광 파이버(214)를 통하여 진공 챔버(100)와 광학적으로 접속된다.
예비 측정 (2)의 실시 시에는, 예비 측정 (1) 및 본 측정의 실시 시와 마찬가지로, 회전 드럼(102)은 규정 회전 속도로 유지된다. 이 상태에 있어서, 예비 측정 (1)에 있어서 결정된 오프셋 시간 T1, T2, T3, …(폴리크로미터(204)의 동기 타이밍)에 따라, 폴리크로미터(204)의 측정을 유효화했을 때에, 가장 효율적인 측정이 가능한 펄스형의 입사광 타이밍이 결정된다. 즉, 예비 측정 (1)에 있어서 결정된 동기 타이밍에 따라 폴리크로미터(204)를 구동시키면서, 광원(202)으로부터의 펄스형의 입사광 조사 타이밍을 상이하게 한 경우에 얻어지는, 폴리크로미터(204)의 출력 결과에 기초하여, 광원(202)을 구동하는 동기 타이밍을 결정한다.
회전 드럼(102)의 측면에 배치된 각각의 샘플(2)에 대해서, 광원(202)의 동기 타이밍을 결정해도 되지만, 이하에서는, 1개의 샘플(2)(전형적으로는, 회전 드럼(102)의 기준점으로부터 가장 가까운 위치에 배치된 샘플(2))에 착안하여, 광원(202)의 동기 타이밍을 결정하는 처리예를 설명한다.
도 5는, 본 실시 형태에 따른 제1 측정 방법의 예비 측정 (2)에서의 조정 내용을 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 (A)에는, 폴리크로미터(204)가 측정을 유효화하는 타이밍을 도시하고, 도 5의 (B)에는, 광원(202)이 발생시키는 펄스형의 입사광을 조사하는 타이밍을 도시한다. 도 5의 (A)에 도시한 바와 같이, 폴리크로미터(204)는 소정의 시간폭 ΔTM에 걸쳐 측정이 유효화된다. 회전 드럼(102)의 기준점으로부터 가장 가까운 위치에 배치된 샘플(2)(1번째의 샘플)에 대해서는, 오프셋 시간 T1을 중심으로 하여, 시간폭 ΔTM에 걸쳐 측정이 유효화된다. 또한, 도 5의 (B)에 도시한 바와 같이, 광원(202)은 입사광으로서, 소정의 시간폭 ΔTD를 갖는 펄스광을 발생시킨다.
광원(202)이 발생시키는 펄스광의 시간폭 ΔTD는, 회전 드럼(102)의 규정 회전 속도, 샘플(2)의 크기, 인접하는 샘플(2) 사이의 간격 등에 따라, 미리 설계된다. 폴리크로미터(204)가 유효화되는 시간폭 ΔTM은, 폴리크로미터(204)의 응답 속도, 펄스광의 시간폭 ΔTD 등에 따라 미리 설계된다.
도 5의 (B)에 도시한 바와 같이, 광원(202)이 펄스광을 조사하는 타이밍(기준점으로부터의 오프셋 시간 T1')을 변화시키고, 폴리크로미터(204)의 출력이 최대로 되는 것을 탐색한다. 즉, 광원(202)이 펄스광을 조사하는 주기는, 폴리크로미터(204)의 동기 타이밍에 대응하는 주기로 유지되면서, 광원(202)이 펄스광을 조사하는 위상을 순차 상이하게 함으로써 최적의 타이밍(위상 이동)이 탐색되게 된다.
도 6은, 본 실시 형태에 따른 제1 측정 방법의 예비 측정 (2)에서의 조정 결과를 설명하기 위한 도면이다. 도 6을 참조하여, 광원(202)이 펄스광을 조사하는 타이밍(기준점부터 펄스광의 중앙부까지의 지연 시간(오프셋 시간 T1'))을 조정한 결과를 나타낸다. 도 6에 도시한 바와 같이, 폴리크로미터(204)의 출력 결과(검출 감도)가 최대가 되는 위치(부호(2021))의 오프셋 시간 T1'가 결정된다.
또한, 회전 드럼(102)의 기준점으로부터 가장 가까운 위치에 배치된 샘플(2)(1번째의 샘플)에 대하여 결정된 광원(202)의 오프셋 시간 T1'로부터, 나머지의 샘플(2)에 관한 광원(202)의 오프셋 시간 T2', T3', …가 산출된다. 보다 구체적으로는, 회전 드럼(102)의 기준점으로부터 가장 가까운 위치에 배치된 샘플(2)(1번째의 샘플)에 관한, 오프셋 시간 T1과 오프셋 시간 T1'의 차분(=T1-T1')을 다른 오프셋 시간 T2, T3, …에도 반영함으로써, 광원(202)의 오프셋 시간 T2', T3', …가 결정된다.
이와 같이, 광원(202)에서 펄스형의 광을 발생시키는 타이밍을 복수로 상이하게 함과 함께, 폴리크로미터(204)의 출력이 보다 커지는 타이밍이 오프셋 시간 T2', T3', …(제2 타이밍 정보)로서 결정된다.
이상과 같이, 회전 드럼(102)의 회전 속도가 규정값이 되도록 제어된 상태에서, 오프셋 시간 T1, T2, T3, …(제1 타이밍 정보)에 따라서 광원(202)에서 주기적으로 발생시킨 펄스형의 입사광이, 회전 드럼(102)의 회전에 수반하여 샘플(2)이 통과하는 영역인 조사 영역에 조사된다. 그리고, 오프셋 시간 T1, T2, T3, …(제1 타이밍 정보)에 따라서 폴리크로미터(204)의 측정을 주기적으로 유효화함으로써 출력되는 결과에 기초하여, 오프셋 시간 T1', T2', T3', …(제2 타이밍 정보)이 취득된다. 이 오프셋 시간 T1', T2', T3', …은, 광원(202)으로부터 펄스형의 광을 발생시키는 기간을 정의하기 위하여 사용된다.
이상적으로는, 폴리크로미터(204)의 동기 타이밍(오프셋 시간 T1, T2, T3, …)과, 광원(202)의 동기 타이밍(오프셋 시간 T1', T2', T3', …)은 일치하게 되지만, 샘플(2)이 회전하고 있는 것, 명령을 받고 나서 광원(202)이 발생할 때까지의 응답 지연, 폴리크로미터(204)의 측정이 유효화되고 나서 안정될 때까지의 응답 지연, 등에 영향을 받아, 양쪽 타이밍은 일치하지 않는 경우가 많다.
이상과 같은 예비 측정 (1) 및 예비 측정 (2)에 의해, 타이밍 정보(324)가 취득된다. 단, 폴리크로미터(204)의 동기 타이밍과, 광원(202)의 동기 타이밍이 일치하고 있다고 간주할 수 있을 경우에는, 상술한 예비 측정 (2)를 생략해도 된다. 이 경우에는, 광원(202)의 동기 타이밍에 대해서도, 예비 측정 (1)의 결과에 기초하여 결정된다. 즉, 예비 측정 (1)의 실시에 의해서만, 타이밍 정보(324)를 결정해도 된다.
도 7은, 본 실시 형태에 따른 제1 측정 방법에 있어서의 예비 측정에 의해 취득되는 타이밍 정보(324)의 일례를 도시하는 도면이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 타이밍 정보(324)는 회전 드럼(102)에 배치된 샘플(2)을 특정하기 위한 샘플 번호에 각각 대응지어진 동기 타이밍을 포함한다. 이 동기 타이밍은, 폴리크로미터(204)의 동기 타이밍인 오프셋 시간 T1, T2, T3, …, 및 광원(202)의 동기 타이밍인 오프셋 시간 T1', T2', T3', …를 포함한다. 오프셋 시간 T1, T2, T3, …(제1 타이밍 정보), 및 오프셋 시간 T1', T2', T3', …(제2 타이밍 정보)는 회전 드럼(102)(회전체)의 회전 속도가 규정값이 되도록 제어된 상태에 있어서의, 회전 드럼(102)의 미리 정해진 위치(기준점/원점)가 검출되고 나서의 경과 시간을 사용하여 정의된다.
(d3: 본 측정)
상술한 바와 같이 예비 측정의 실시에 의해 취득된 타이밍 정보(324)를 사용하여 본 측정이 실시된다. 또한, 본 측정 전에 반드시 예비 측정을 행할 필요는 없고, 예를 들어, 동일 로트의 샘플(2)에 대하여 동일한 성막 프로세스가 반복하여 실시되는 경우에는, 예비 측정을 한번만 실시하고, 그것에 의해 취득된 타이밍 정보(324)를 공통으로 사용하여, 본 측정을 복수회 실시해도 된다.
다시, 도 3의 (B)를 참조하여, 본 측정 시에는, 상술한 예비 측정 (2)와 마찬가지로, 광원(202)으로부터 펄스형의 입사광을 발생시키고, 이 펄스형의 입사광이 회전 드럼(102)의 측면에 배치된 샘플(2)에서 반사되어서 발생하는 광을 폴리크로미터(204)로 수광한다. 광원(202)은 광 파이버(212)를 통하여 진공 챔버(100)와 광학적으로 접속되고, 폴리크로미터(204)는 광 파이버(214)를 통하여 진공 챔버(100)와 광학적으로 접속된다.
본 측정 시에는, 샘플(2)에만 입사광이 조사되도록, 타이밍 정보(324)에 기초하여, 광원(202)으로부터 펄스광을 조사하는 타이밍이 제어된다. 이 입사광의 조사 타이밍이 적절하게 제어됨으로써, 폴리크로미터(204)에서는, 각 샘플(2)에서 반사된 광만을 선택적으로 수광할 수 있다.
도 8은, 본 실시 형태에 따른 제1 측정 방법에 있어서의 본 측정 시의 각 부의 시간 파형을 도시하는 도면이다. 도 8의 (A)에는, 광원(202)이 발생시키는 입사광의 시간 파형을 도시하고, 도 8의 (B)에는, 폴리크로미터(204)에 입사하는 반사광의 시간 파형을 도시하고, 도 8의 (C)에는, 폴리크로미터(204)를 유효화하는 타이밍을 도시한다.
도 8의 (A)를 참조하여, 본 측정 시에는, 예비 측정 시에 취득한 타이밍 정보(324)를 참조하여, 광원(202)으로부터 펄스형으로 입사광을 발생시킨다. 광원(202)은 동기 타이밍인 오프셋 시간 T1', T2', T3', …의 각각을 중심으로 하여, 소정의 시간폭 ΔTD를 갖는 펄스광을 발생시킨다.
광원(202)이 각각 발생시키는 펄스광은, 회전 드럼(102)에 배치된 각각의 샘플(2)에서 반사되어서, 도 8의 (B)에 도시한 바와 같은 펄스형의 반사광이 발생한다. 도 8의 (A)에 도시하는 펄스형의 입사광, 및 도 8의 (B)에 도시하는 펄스형의 반사광에 대응시켜서, 도 8의 (C)에 도시한 바와 같이, 폴리크로미터(204)의 측정을 유효화하는 기간이 제어된다. 보다 구체적으로는, 폴리크로미터(204)는 동기 타이밍인 오프셋 시간 T1, T2, T3, …의 각각을 중심으로 하여, 소정의 시간폭 ΔTM에 걸쳐 측정이 유효화된다. 폴리크로미터(204)의 측정을 주기적으로 유효화함으로써, 회전하고 있는 복수의 샘플(2) 각각을 개별로 측정할 수 있다.
이와 같이, 회전 드럼(102)의 회전 속도가 규정값이 되도록 제어된 상태에서, 오프셋 시간 T1, T2, T3, …(제1 타이밍 정보)에 따라서 폴리크로미터(204)의 측정이 주기적으로 유효화된다. 아울러, 오프셋 시간 T1', T2', T3', …(제2 타이밍 정보)에 따라서 광원(202)에서 펄스형의 광을 주기적으로 발생시킨다. 이러한 동기 처리에 의해, 폴리크로미터(204)로부터 출력되는 특성값을 샘플(2) 별로 취득할 수 있다.
도 9는, 본 실시 형태에 따른 제1 측정 방법에 있어서의 본 측정에 의해 취득되는 측정 결과의 일례를 도시하는 도면이다. 도 9를 참조하여, 회전 드럼(102)에 배치된 각각의 샘플(2) 별로, 폴리크로미터(204)에 의한 측정 결과가 저장된다. 전형적으로는, 샘플(2)에서의 성막 상태를 in-situ 측정하게 되므로, 각각의 샘플(2)의 측정 결과가 시간마다 순차 저장된다.
(d4: 처리 수순)
도 10은, 본 실시 형태에 따른 제1 측정 방법에 있어서의 처리 수순을 도시하는 흐름도이다. 도 10을 참조하여, 먼저, 측정의 준비가 실시된다. 보다 구체적으로는, 오퍼레이터는, 회전 드럼(102)의 각각의 배치 위치에 샘플(2)(전형적으로는, 미성막된 기판)을 배치한다(스텝 S100). 계속해서, 오퍼레이터는, 광학 측정부(200)에 있어서, 파이버 프로브(122)로부터의 출력을 수광 센서(206)에 접속한다(스텝 S102). 또한, 스텝 S100 및 S102의 처리는, 전용의 장치 등을 사용하여, 자동으로 행하도록 해도 된다.
그 후, 예비 측정 (1)의 개시가 지시되면, 회전 드럼(102)이 본 측정(즉, 샘플(2)에 대한 성막 프로세스의 실시 시)과 동일 조건인 규정 회전 속도로 회전하고 있는 상태에서, 제어부(300)는 광원(202)으로부터 연속적인 입사광을 발생시킨다(스텝 S104). 제어부(300)는 수광 센서(206)로 수광되는 반사광의 강도가 극대가 되는 각 점의 위치를 나타내는 오프셋 시간 T1, T2, T3, …를 취득한다(스텝 S106). 타이밍 정보(324)는 오프셋 시간 T1, T2, T3, …를 포함한다. 취득된 오프셋 시간 T1, T2, T3, …로부터, 회전 드럼(102)의 기준점을 기준으로 하는 각 샘플(2)의 배치 위치에 대한, 폴리크로미터(204)의 동기 타이밍이 취득된다.
계속해서, 예비 측정 (2)로의 전환이 준비된다. 보다 구체적으로는, 오퍼레이터는, 광학 측정부(200)에 있어서, 파이버 프로브(122)로부터의 출력을 폴리크로미터(204)에 접속한다(스텝 S108). 또한, 스텝 S108의 처리는, 전용의 장치(예를 들어, 광학 경로의 절환 장치) 등을 사용하여, 자동으로 행하도록 해도 된다.
그 후, 예비 측정 (2)의 개시가 지시되면, 회전 드럼(102)이 본 측정(즉, 샘플(2)에 대한 성막 프로세스의 실시 시)과 동일 조건인 규정 회전 속도로 회전하고 있는 상태에서, 제어부(300)는 스텝 S106에서 취득된 오프셋 시간 T1, T2, T3, …에 따라, 폴리크로미터(204)의 측정을 주기적으로 유효화한다(스텝 S110). 그리고, 제어부(300)는 광원(202)이 펄스광을 조사하는 타이밍(기준점으로부터의 오프셋 시간 T1')을 순차 변화시키고, 회전 드럼(102)의 기준점으로부터 가장 가까운 위치에 배치된 샘플(2)(1번째의 샘플)에 대해서, 폴리크로미터(204)로부터의 출력이 최대가 되는 것을 탐색한다(스텝 S112). 즉, 폴리크로미터(204)로부터의 출력이 최대가 되는 오프셋 시간 T1'를 탐색한다. 또한, 제어부(300)는 오프셋 시간 T1과 폴리크로미터(204)로부터의 출력이 최대가 되는 오프셋 시간 T1'의 차분을 산출함과 함께, 다른 오프셋 시간 T2, T3, …에도 반영함으로써, 광원(202)의 오프셋 시간 T1', T2', T3', …를 결정한다(스텝 S114). 타이밍 정보(324)는 오프셋 시간 T1', T2', T3', …를 포함한다.
취득된 오프셋 시간 T1', T2', T3', …로부터, 폴리크로미터(204)의 동기 타이밍과 광원(202)이 입사광을 발광하는 동기 타이밍의 시간적인 관계가 취득된다.
최종적으로, 제어부(300)는 회전 드럼(102)의 기준점을 기준으로 하여, 각 샘플(2)의 배치 위치에 대하여 동기 타이밍의 정보를 포함하는 타이밍 정보(324)를 저장한다(스텝 S116). 타이밍 정보(324)는 각각의 샘플(2)을 동기하여 측정하기 위한 타임테이블을 포함한다. 보다 구체적으로는, 타이밍 정보(324)는 폴리크로미터(204)의 측정을 유효화하는 동기 타이밍, 및 광원(202)이 펄스형의 입사광을 발생시키는 동기 타이밍을 나타내는 정보를 포함한다.
그 후, 본 측정의 개시가 지시되면, 회전 드럼(102)이 규정 회전 속도로 회전하고 있는 상태에서, 제어부(300)는 타이밍 정보(324)를 참조하여, 광원(202) 및 폴리크로미터(204)를 각각의 동기 타이밍에 따라서 구동하고(스텝 S118), 폴리크로미터(204)로부터 각각의 샘플(2)에 대하여 출력되는 측정 결과를, 대응하는 샘플(2)에 관련지어서 순차 저장한다(스텝 S120). 이 측정 처리는, 본 측정의 종료가 지시될 때까지(스텝 S122에 있어서 '아니오'), 반복된다.
(d5: 파이버 프로브의 구조)
이어서, 진공 챔버(100) 내에 배치되는 파이버 프로브(124)의 구조에 대하여 설명한다.
도 11은, 본 실시 형태에 따른 성막 시스템(1)에 사용되는 파이버 프로브(124)의 기능을 설명하기 위한 도면이다. 도 12는, 본 실시 형태에 따른 성막 시스템(1)에 사용되는 파이버 프로브(124)의 단면 구조를 도시하는 모식도이다.
도 11의 (A)를 참조하여, 파이버 프로브(124)의 광축 AX가 회전 드럼(102)의 측면에 대하여 수직으로 되어 있는 경우에는, 입사광 및 반사광 모두가 광축 AX를 따라 전반되므로, 신호 강도의 저하 또는 측정 오차의 발생과 같은 문제는 발생하기 어렵다. 이에 비해, 도 11의 (B)에 도시한 바와 같이, 파이버 프로브(124)의 광축 AX가 회전 드럼(102)의 측면에 대하여 수직으로 되어 있지 않은 경우에는, 파이버 프로브(124)로부터 조사된 입사광과, 샘플(2)에서 반사된 반사광이 동일한 광학 경로로 전반되지는 않는다. 또한, 회전 드럼(102)은 회전하므로, 파이버 프로브(124)에 대한 광학적인 위치 관계가 변동하는 경우도 있다. 이러한 광학적인 위치 관계에 어긋남이 발생한 경우에도, 안정적인 측정이 가능한 파이버 프로브(124)를 채용하는 것이 바람직하다.
도 12를 참조하여, 본 실시 형태에 따른 파이버 프로브(124)는 회전 드럼(102)의 축방향(회전축(104)의 연신 방향)을 따라 배치된 복수의 파이버 소선을 포함하는 파이버 소선군(1201, 1202, 1203)을 포함한다. 예를 들어, 파이버 소선군(1201 및 1202)은 입사광의 조사용의 도광로로서 사용되고, 파이버 소선군(1203)은 반사광의 수광용의 도광로로서 사용된다.
파이버 소선군(1201 및 1202)은 광학 측정부(200)의 광 파이버(212)와 광학적으로 접속된다. 파이버 소선군(1201 및 1202)은 각각의 단부면이 회전 드럼(102)의 축방향을 따라서 나란히 배치되고, 광원(202)과 광학적으로 접속된 제1군의 광 파이버에 상당한다.
파이버 소선군(1203)은 광학 측정부(200)의 광 파이버(214) 또는 광 파이버(216)와 광학적으로 접속된다. 파이버 소선군(1203)은 각각의 단부면이 회전체의 축방향을 따라서 나란히 배치되고 폴리크로미터(204) 또는 수광 센서(206)와 광학적으로 접속된 제2군의 광 파이버에 상당한다.
도 12에 도시하는 예에서는, 파이버 소선군(1201, 1202, 1203)의 각각은, 10개의 파이버 소선으로 구성된다. 예를 들어, 파이버 소선으로서는, 직경 230㎛의 것이 사용된다.
도 12에 도시한 바와 같이, 회전 드럼(102)의 축방향을 따라서 복수의 파이버 소선을 나란히 배치함으로써, 회전 드럼(102)의 회전에 수반하는 요동이나, 파이버 프로브(124)의 설치의 요동 등이 있어도, 광학 특성을 안정적으로 측정할 수 있다.
<E. 제2 측정 방법>
상술한 제1 측정 방법에서는, 예비 측정 (1)에 있어서의 수광 센서(206)로부터의 출력 결과에 기초하여, 폴리크로미터(204)의 동기 타이밍을 결정하는 방법에 대하여 예시하였다. 이에 비해, 회전 드럼(102)의 회전 속도에 변동이 있을 경우(즉, 회전 속도에 불균일이 있을 경우)에는, 폴리크로미터(204)와 수광 센서(206) 사이의 출력 결과를 사용하여, 그 회전 속도의 변동을 고려하여, 동기 타이밍을 결정하는 것이 바람직하다. 이하, 회전 드럼(102)의 회전 속도에 변동의 영향을 억제할 수 있는 측정 방법에 대하여 설명한다.
(e1: 개요)
제2 측정 방법에 있어서도, 회전 드럼(102) 상의 샘플(2)이 배치된 위치에 따른 타이밍 정보(324)를 취득하기 위한 예비적인 측정(예비 측정)과, 샘플(2)의 각각에 대하여 광학 특성을 취득하는 본래의 측정(본 측정) 2종류의 측정 수순을 포함한다. 또한, 예비 측정은, 2단계의 측정 수순(예비 측정 (1), 및 예비 측정 (2))을 포함한다. 예비 측정에 의해, 광원(202)이 펄스형의 입사광을 조사하는 타이밍, 및 폴리크로미터(204)의 측정을 유효화하는 타이밍이 결정된다.
도 13은, 본 실시 형태에 따른 제2 측정 방법을 설명하기 위한 모식도이다. 도 13의 (A)에는, 예비 측정 (1)의 접속 관계를 도시하고, 도 13의 (B)에는, 예비 측정 (2) 및 본 측정의 접속 관계를 도시한다.
도 3의 (A)에 도시하는 제1 측정 방법의 예비 측정 (1)에 비교하여 도 13의 (A)에 도시하는 제2 측정 방법의 예비 측정 (1)에 있어서는, 수광 센서(206)뿐만 아니라, 폴리크로미터(204)에 대해서도 진공 챔버(100)와 광학적으로 접속된다. 즉, 광원(202)으로부터 연속적인 입사광을 발생시키고, 이 연속적으로 발생한 입사광이 회전 드럼(102)의 측면에서 반사되어서 발생한 광은, 폴리크로미터(204) 및 수광 센서(206)의 각각에 입사된다. 단, 폴리크로미터(204) 및 수광 센서(206)의 각각에 입사하는 반사광의 광학 경로는 동일하지 않다.
도 14는, 본 실시 형태에 따른 제2 측정 방법에 있어서의 파이버 프로브(124)로부터 조사되는 입사광을 도시하는 모식도이다. 도 14를 참조하여, 파이버 프로브(124)가 있는 조사구로부터 조사된 일부의 입사광은, 회전 드럼(102)의 측면에 있는 조사 영역(226)에 입사된다. 조사 영역(226)에서 반사되어서 발생하는 반사광은, 파이버 프로브(124)를 통하여, 폴리크로미터(204)에 입사된다. 또한, 파이버 프로브(124)가 다른 조사구로부터 조사된 별도의 입사광은, 회전 드럼(102)의 측면에 있는 조사 영역(224)에 입사된다. 조사 영역(224)에서 반사되어서 발생하는 반사광은, 파이버 프로브(124)를 통하여, 수광 센서(206)에 입사된다.
이러한 광학 경로의 상이에 의해, 폴리크로미터(204) 및 수광 센서(206)로부터의 출력 결과의 사이에는, 조사 영역(224)과 조사 영역(226) 사이의 위치 관계의 상이에 기인하여 타이밍의 어긋남(딜레이 시간)이 발생한다. 이 딜레이 시간은, 원래적으로는, 파이버 프로브(124)의 물리적인 구조에 의존하여 정해지는 일정값이 될 것이다. 그러나, 회전 드럼(102)의 회전 속도에 변동이 발생하는 경우에는, 이 타이밍의 어긋남(딜레이 시간)도, 회전 속도의 변동에 수반하여 변동한다. 회전 드럼(102)의 회전 속도 변동으로서는, 1주기 내에서 발생하는 것도 있고, 성막 프로세스의 진행에 수반하여 보다 긴 주기로 발생하는 것도 있다.
제2 측정 방법에서는, 동일한 반사광에 대한 폴리크로미터(204) 및 수광 센서(206)의 응답 시간차를 통계적으로 처리함으로써, 폴리크로미터(204)와 수광 센서(206) 사이의 동기 타이밍의 어긋남(딜레이 시간)을 산출한다. 이 동기 타이밍의 어긋남을 사용하여, 폴리크로미터(204)의 측정을 유효화하는 동기 타이밍이 결정된다. 이하, 보다 상세한 수순에 대하여 설명한다.
(e2: 예비 측정 (1))
제2 측정 방법의 예비 측정 (1)에서는, 각 샘플(2)의 배치 위치에 대응한, 수광 센서(206)를 동기하여 구동하기 위한 타이밍 테이블이 생성된다. 그리고 나서, 폴리크로미터(204)와 수광 센서(206) 사이의 동기 타이밍의 어긋남(딜레이 시간)이 산출된다. 최종적으로, 폴리크로미터(204)의 측정을 유효화하는 동기 타이밍이 결정된다.
예비 측정 (1)의 실시 시에는, 본 측정의 실시 시와 마찬가지로, 회전 드럼(102)은 규정 회전 속도로 유지된다. 그로 인해, 수광 센서(206)에서 검출되는 반사광의 강도는, 회전 드럼(102)의 측면에 배치된 샘플(2)의 위치에 따라서 시간적으로 변화하게 된다. 이 반사광의 강도의 시간적 변화에 기초하여, 회전 드럼(102)에 배치된 샘플(2)의 위치를 나타내는 타이밍 테이블이 생성된다. 보다 구체적으로는, 상술한 도 4에 도시한 바와 같이, 반사광의 강도가 극대가 되는 각각의 극대점에 대해서, 기준점으로부터의 상대적인 시간차인, 오프셋 시간 T1, T2, T3, …가 취득된다. 제2 측정 방법에 있어서, 오프셋 시간 T1, T2, T3, …는, 각 샘플(2)의 배치 위치에 대응한, 수광 센서(206)의 동기 타이밍으로서 사용된다.
계속해서, 폴리크로미터(204)와 수광 센서(206) 사이의 동기 타이밍의 어긋남(딜레이 시간)이 산출된다. 회전 드럼(102)의 측면에 배치된 각각의 샘플(2)에 대해서, 동기 타이밍의 어긋남을 산출해도 되지만, 이하에서는, 1개의 샘플(2)(전형적으로는, 회전 드럼(102)의 기준점으로부터 가장 가까운 위치에 배치된 샘플(2))에 착안하여, 동기 타이밍의 어긋남을 산출하는 처리예를 설명한다.
도 15는, 본 실시 형태에 따른 제2 측정 방법의 예비 측정 (1)의 내용을 설명하기 위한 도면이다. 도 15의 (A)에는, 도 13의 (A)에 도시하는 상태에 있어서의 수광 센서(206)로부터의 출력 결과의 시간 파형의 일례를 도시하고, 도 15의 (B)에는, 도 13의 (A)에 도시하는 상태에 있어서의 폴리크로미터(204)로부터의 출력 결과의 시간 파형의 일례를 도시한다.
도 15의 (A)에 있어서의 출력 결과의 강도가 극대가 되는 위치(기준점으로부터 오프셋 시간 T1만큼 이격되어 있다)와, 도 15의 (B)에 있어서의 출력 결과의 강도가 극대가 되는 위치(기준점으로부터 오프셋 시간 T1a만큼 이격되어 있다)와의 사이의 시간차 ΔT1(n)(=T1a-T1)이 소정 횟수에 걸쳐 산출된다. 그리고, 산출된 N개의 시간차 ΔT1(n)(1≤n≤N)을 통계 처리함으로써, 폴리크로미터(204)와 수광 센서(206) 사이의 동기 타이밍의 어긋남(딜레이 시간)이 산출된다. 통계 처리로서는, 단순한 평균화 처리여도 되고, 신뢰도를 고려한 처리여도 된다. 또한, 시간차 ΔT1(n)의 모집단으로부터 어긋남값을 제외하는 처리를 부가함으로써, 통계값의 신뢰도를 높일 수 있다.
이상과 같은 예비 측정 (1)에 의해, 폴리크로미터(204)와 수광 센서(206) 사이의 동기 타이밍의 어긋남(딜레이 시간)이 산출된다. 그리고, 수광 센서(206)의 동기 타이밍인 오프셋 시간 T1, T2, T3, …과, 시간차 ΔT1로부터, 폴리크로미터(204)의 동기 타이밍인 오프셋 시간 (T1+ΔT1), (T2+ΔT1), (T3+ΔT1), …이 산출된다.
즉, 예비 측정 (1)에 있어서는, 광원(202)에서 발생시킨 일정 강도의 입사광을, 회전 드럼(102)의 회전에 수반하여 샘플(2)이 통과하는 영역인 조사 영역에 조사함과 함께, 조사된 입사광의 반사광(또는, 후술하는 바와 같이 투과광)을 수광 센서(206)에 가하고, 폴리크로미터(204)로도 수광한다. 그리고, 동일한 샘플에 관한, 폴리크로미터(204) 및 수광 센서(206)의 사이의 출력의 시간적인 어긋남(딜레이 시간)에 기초하여, 오프셋 시간 T1, T2, T3, …(제1 타이밍 정보)가 보정된다. 이러한 예비 측정 (1)을 채용함으로써, 회전 드럼(102)의 회전 속도에 변동이 있는 경우에도, 폴리크로미터(204)의 동기 타이밍을 의해 정확하게 결정할 수 있다.
(e3: 예비 측정 (2))
제2 측정 방법의 예비 측정 (2)에 있어서는, 예비 측정 (1)에 있어서 결정된 동기 타이밍에 따라 폴리크로미터(204)의 측정을 유효화했을 때에, 가장 효율적인 측정이 가능한 펄스형의 입사광 타이밍이 결정된다.
이 예비 측정 (2)에서의 처리 내용은, 상술한 제1 측정 방법의 예비 측정 (2)과 동일하므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다.
(e4: 본 측정)
상술한 바와 같이 예비 측정의 실시에 의해 취득된 타이밍 정보(324)를 사용하여 본 측정이 실시된다. 이 본 측정에서의 처리 내용에 대해서도, 상술한 제1 측정 방법의 본 측정과 동일하므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다.
(e5: 처리 수순)
도 16은, 본 실시 형태에 따른 제2 측정 방법에 있어서의 처리 수순을 도시하는 흐름도이다. 도 16을 참조하여, 먼저, 측정의 준비가 실시된다. 보다 구체적으로는, 오퍼레이터는, 회전 드럼(102)의 각각의 배치 위치에 샘플(2)(전형적으로는, 미성막된 기판)을 배치한다(스텝 S200). 계속해서, 오퍼레이터는, 광학 측정부(200)에 있어서, 파이버 프로브(122)로부터의 출력을 수광 센서(206)에 접속함과 함께, 폴리크로미터(204)에도 접속한다(스텝 S202). 또한, 스텝 S200 및 S202의 처리는, 전용의 장치 등을 사용하여, 자동으로 행하도록 해도 된다.
그 후, 예비 측정 (1)의 개시가 지시되면, 회전 드럼(102)이 본 측정(즉, 샘플(2)에 대한 성막 프로세스의 실시 시)과 동일 조건인 규정 회전 속도로 회전하고 있는 상태에서, 제어부(300)는 광원(202)으로부터 연속적인 입사광을 발생시킨다(스텝 S204). 제어부(300)는 수광 센서(206)로 수광되는 반사광의 강도가 극대가 되는 각 점의 위치를 나타내는 오프셋 시간 T1, T2, T3, …를 취득한다(스텝 S206). 취득된 오프셋 시간 T1, T2, T3, …로부터, 회전 드럼(102)의 기준점을 기준으로 하는 각 샘플(2)의 배치 위치에 대한, 수광 센서(206)의 동기 타이밍이 취득된다.
계속해서, 예비 측정 (1)의 상태가 유지된 채, 제어부(300)는 회전 드럼(102)의 기준점으로부터 가장 가까운 위치에 배치된 샘플(2)(1번째의 샘플)에 관한, 수광 센서(206)의 출력 결과의 강도가 극대가 되는 위치(오프셋 시간)와, 폴리크로미터(204)의 출력 결과의 강도가 극대가 되는 위치(오프셋 시간) 사이의 시간차를 소정 횟수에 걸쳐 산출한다(스텝 S208). 그리고, 제어부(300)는 스텝 S208에 있어서 산출한 소정 횟수의 시간차를 통계 처리함으로써, 폴리크로미터(204)와 수광 센서(206) 사이의 동기 타이밍의 어긋남(딜레이 시간에 상당하는 시간차 ΔT1)을 산출한다(스텝 S210). 또한, 제어부(300)는 스텝 S206에 있어서 취득한 오프셋 시간 T1, T2, T3, …, 및 스텝 S210에 있어서 산출한 폴리크로미터(204)와 수광 센서(206) 사이의 동기 타이밍의 어긋남(시간차 ΔT1)으로부터, 폴리크로미터(204)의 동기 타이밍인 오프셋 시간 (T1+ΔT1), (T2+ΔT1), (T3+ΔT1), …을 산출한다(스텝 S212).
계속해서, 예비 측정 (2)로의 전환이 준비된다. 보다 구체적으로는, 오퍼레이터는, 광학 측정부(200)에 있어서, 파이버 프로브(122)의 출력처로부터 수광 센서(206)를 제외한다(스텝 S214). 또한, 스텝 S214의 처리는, 전용의 장치(예를 들어, 광학 경로의 절환 장치) 등을 사용하여, 자동으로 행하도록 해도 된다.
그 후, 예비 측정 (2)의 개시가 지시되면, 회전 드럼(102)이 본 측정(즉, 샘플(2)에 대한 성막 프로세스의 실시 시)과 동일 조건인 규정 회전 속도로 회전하고 있는 상태에서, 제어부(300)는 스텝 S212에 있어서 취득된 오프셋 시간 (T1+ΔT1), (T2+ΔT1), (T3+ΔT1), …에 따라, 폴리크로미터(204)의 측정을 주기적으로 유효화한다(스텝 S216). 그리고, 제어부(300)는 광원(202)이 펄스광을 조사하는 타이밍(기준점으로부터의 오프셋 시간 T1')을 순차 변화시키고, 회전 드럼(102)의 기준점으로부터 가장 가까운 위치에 배치된 샘플(2)(1번째의 샘플)에 대해서, 폴리크로미터(204)로부터의 출력이 최대가 되는 것을 탐색한다(스텝 S218). 즉, 폴리크로미터(204)로부터의 출력이 최대가 되는 오프셋 시간 T1'를 탐색한다. 또한, 제어부(300)는 오프셋 시간 (T1+ΔT1)과 폴리크로미터(204)로부터의 출력이 최대가 되는 오프셋 시간 T1'의 차분을 산출함과 함께, 다른 오프셋 시간 (T2+ΔT1), (T3+ΔT1), …에도 반영함으로써, 광원(202)의 오프셋 시간 T1', T2', T3', …를 결정한다(스텝 S220). 타이밍 정보(324)는 오프셋 시간 T1', T2', T3', …를 포함한다.
취득된 오프셋 시간 T1', T2', T3', …로부터, 폴리크로미터(204)의 동기 타이밍과 광원(202)이 입사광을 발광하는 동기 타이밍의 시간적인 관계가 취득된다.
최종적으로, 제어부(300)는 회전 드럼(102)의 기준점을 기준으로 하여, 각 샘플(2)의 배치 위치에 대하여 동기 타이밍의 정보를 포함하는 타이밍 정보(324)를 저장한다(스텝 S222). 타이밍 정보(324)는 각각의 샘플(2)을 동기하여 측정하기 위한 타임테이블을 포함한다. 보다 구체적으로는, 타이밍 정보(324)는 폴리크로미터(204)의 측정을 유효화하는 동기 타이밍, 및 광원(202)이 펄스형의 입사광을 발생시키는 동기 타이밍을 나타내는 정보를 포함한다.
그 후, 본 측정의 개시가 지시되면, 회전 드럼(102)이 규정 회전 속도로 회전하고 있는 상태에서, 제어부(300)는 타이밍 정보(324)를 참조하여, 광원(202) 및 폴리크로미터(204)를 각각의 동기 타이밍에 따라서 구동하고(스텝 S224), 폴리크로미터(204)로부터 각각의 샘플(2)에 대하여 출력되는 측정 결과를, 대응하는 샘플(2)에 관련지어서 순차 저장한다(스텝 S226). 이 측정 처리는, 본 측정의 종료가 지시될 때까지(스텝 S228에 있어서 '아니오') 반복된다.
(e6: 파이버 프로브의 구조)
이어서, 진공 챔버(100) 내에 배치되는 파이버 프로브(124)의 구조에 대하여 설명한다. 제2 측정 방법에 있어서도, 도 11을 참조하여 설명한 바와 같이, 회전 드럼(102)에 대한 파이버 프로브(124)의 광학적인 위치 관계의 변동에 의한 영향을 저감할 수 있는 구조를 채용하는 것이 바람직하다.
도 17은, 본 실시 형태에 따른 성막 시스템(1)에 사용되는 파이버 프로브(124)의 다른 단면 구조를 도시하는 모식도이다. 도 17을 참조하여, 본 실시 형태에 따른 파이버 프로브(124)는 3개의 슬리브(1241, 1242, 1243)를 포함한다. 슬리브(1241)는 광원(202)으로부터 조사된 입사광 중, 폴리크로미터(204)에 의한 측정에 사용되는 광의 도광로를 포함하고, 슬리브(1242)는 광원(202)으로부터 조사된 입사광 중, 수광 센서(206)에 의한 검출에 사용되는 광의 도광로를 포함한다. 또한, 슬리브(1243)는 번들 파이버(120) 및 파이버 프로브(124)의 형상을 안정화시키기 위해서, 더미로서 배치되어 있다.
슬리브(1241)에는, 회전 드럼(102)의 축방향(회전축(104)의 연신 방향)을 따라, 복수의 파이버 소선을 포함하는 파이버 소선군(1211, 1212, 1213)이 배치되어 있다. 예를 들어, 파이버 소선군(1211 및 1212)은 입사광의 조사용의 도광로로서 사용되고, 파이버 소선군(1213)은 반사광의 수광용의 도광로로서 사용된다. 파이버 소선군(1211 및 1212)은 광학 측정부(200)의 광 파이버(212)를 통하여 광원(202)과 광학적으로 접속된다. 파이버 소선군(1211 및 1212)은 각각의 단부면이 회전 드럼(102)의 축방향을 따라서 나란히 배치되고, 광원(202)과 광학적으로 접속된 제1군의 광 파이버에 상당한다. 파이버 소선군(1213)은 광학 측정부(200)의 광 파이버(214)를 통하여 폴리크로미터(204)와 광학적으로 접속된다. 파이버 소선군(1213)은 각각의 단부면이 회전체의 축방향을 따라서 나란히 배치되고 폴리크로미터(204)와 광학적으로 접속된 제2군의 광 파이버에 상당한다.
마찬가지로, 슬리브(1242)에는, 회전 드럼(102)의 축방향(회전축(104)의 연신 방향)을 따라, 복수의 파이버 소선을 포함하는 파이버 소선군(1221, 1222, 1223)이 배치되어 있다. 예를 들어, 파이버 소선군(1221 및 1222)은 입사광의 조사용의 도광로로서 사용되고, 파이버 소선군(1223)은 반사광의 수광용의 도광로로서 사용된다. 파이버 소선군(1221 및 1222)은 광학 측정부(200)의 광 파이버(212)를 통하여 광원(202)과 광학적으로 접속된다. 파이버 소선군(1221 및 1222)은 각각의 단부면이 회전 드럼(102)의 축방향을 따라서 나란히 배치되고, 광원(202)과 광학적으로 접속된 제1군의 광 파이버에 상당한다. 파이버 소선군(1223)은 광학 측정부(200)의 광 파이버(216)를 통하여 수광 센서(206)와 광학적으로 접속된다. 파이버 소선군(1223)은 각각의 단부면이 회전체의 축방향을 따라서 나란히 배치되고 수광 센서(206)와 광학적으로 접속된 제2군의 광 파이버에 상당한다.
도 17에 도시한 바와 같이, 회전 드럼(102)의 축방향을 따라서 복수의 파이버 소선을 나란히 배치함으로써, 회전 드럼(102)의 회전에 수반하는 요동이나, 파이버 프로브(124)의 설치의 요동 등이 있어도, 광학 특성을 안정적으로 측정할 수 있다.
<F. 변형예>
(f1: 투과형)
상술한 제1 측정 방법 및 제2 측정 방법에서는, 설명의 편의상, 반사형의 측정계를 사용한 경우에 대하여 예시했지만, 투과형의 측정계를 사용해도 마찬가지로 적용할 수 있다.
도 18은, 본 실시 형태에 따른 광학 측정 장치(10)를 포함하는 성막 시스템(1A)의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 18을 참조하여, 성막 시스템(1A)의 진공 챔버(100) 내에는, 구동 기구(도시 생략)에 의해 회전 구동되는 회전체인 회전 스테이지(116)가 배치되어 있다. 회전 스테이지(116)의 일방측 원주면에는, 1개 또는 복수의 샘플(2)이 배치된다.
회전 스테이지(116)의 상면측 및 하면측에는, 파이버 프로브(125) 및 파이버 프로브(126)가 각각 배치되어 있다. 파이버 프로브(125) 및 파이버 프로브(126)의 광축은 서로 공통이 되도록 위치 정렬되어 있다.
파이버 프로브(125)는 번들 파이버(120A) 및 파이버 프로브(122A)를 통하여, 광원(202)과 광학적으로 접속되어 있다. 번들 파이버(120A)는, 진공 챔버(100)의 창부(112A)를 관통하여 배치되어 있다. 또한, 파이버 프로브(126)는 번들 파이버(120B) 및 파이버 프로브(122B)를 통하여, 폴리크로미터(204) 또는 수광 센서(206)와 광학적으로 접속되어 있다. 번들 파이버(120B)는, 진공 챔버(100)의 창부(112B)를 관통하여 배치되어 있다.
이러한 광학적인 구성을 채용함으로써, 광원(202)이 발생시킨 입사광을 샘플(2)에 조사함과 함께, 샘플(2)을 투과한 광을 수광함으로써 샘플(2)의 광학 특성을 측정할 수 있다.
도 18에 도시한 바와 같은 반사형의 측정계여도, 상술한 바와 같은 제1 측정 방법 또는 제2 측정 방법을 적용하는 것이 가능하다. 단, 샘플(2)이 존재하는 구간에 있어서는, 입사광의 투과를 방해할 수 있게 되므로, 오프셋 시간 T1, T2, T3, …를 취득할 때에는, 투과광의 강도가 극소가 되는 각 점의 위치를 탐색하게 된다. 그 이외의 점에 대해서는, 상술한 설명의 처리가 적용 가능하므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다.
(f2: 기준 위치의 검출 방법)
상술한 실시 형태에 있어서는, 회전 검출 센서(108)를 사용하여, 회전 드럼(102)의 미리 정해진 위치(기준점/원점)를 검출하는 구성을 예시했지만, 기준점을 검출할 수 있기만 하면, 어떤 구성을 채용해도 된다. 예를 들어, 회전 드럼(102)의 측면, 상면, 하면 중 어느 하나에 소정의 패턴을 형성해 두고, 그 패턴을 광학적으로 검출함으로써 기준점을 검출해도 된다. 구체적인 일례로서는, 회전 드럼(102)의 측면에 그 다른 부분과는 반사율이 다른 기준 영역을 형성해 두고, 그 기준 영역을 시야에 포함하는 광학 센서를 배치함으로써, 그 기준 영역이 통과한 타이밍을 검출할 수 있다.
(f3: 시간폭이 동적인 갱신)
상술한 실시 형태에 있어서는, 광원(202)이 발생시키는 펄스광의 시간폭 ΔTD, 및 폴리크로미터(204)가 유효화되는 시간폭 ΔTM은, 모두 관계있는 파라미터에 따라서 미리 설계되는 고정값으로서 설명했지만, 이들 값을 상황에 따라 적절히 변경해도 된다. 예를 들어, 측정되는 오프셋 시간 T1, T2, T3, …, 또는, 오프셋 시간 T1', T2', T3', …의 변동의 크기에 따라, 각각의 시간폭을 확대 또는 축소해도 된다. 또한, 폴리크로미터(204)의 시간폭 ΔTM은, 검출 감도에 영향을 미치기 때문에, 가능한 한 긴 편이 바람직하다.
<G. 이점>
본 실시 형태에 따른 광학 측정 방법은, 광원(202)이 입사광을 발생(조사)시키는 타이밍(또는, 기간), 및 폴리크로미터(204)의 측정을 유효화하는 타이밍(또는, 기간)을 적절하게 제어함으로써, 회전하는 회전체에 배치된 1개 또는 복수의 샘플(2)의 광학 특성을 개별로 in-situ 측정할 수 있다. 이와 같이, 모든 샘플(2)에 대한 성막을 하면서, 그들의 모두에 대하여 광학 특성을 개별로 측정할 수 있으므로, 성막 상황을 피드백하면서 성막 프로세스를 고정밀도로 제어할 수 있다. 각워크의 광학 특성을 제조 중에 측정할 수 있으므로, 어떠한 문제가 발생한 경우에는, 그것에 대한 처치를 바로 할 수 있어, 부적합품의 발생 확률을 저감하여, 수율을 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태에 따른 광학 측정 방법은, 스퍼터링법 등으로, 기판 상에 박막을 형성하는 프로세스를 고정밀도로 모니터링할 수 있다. 이때, 성막 대상의 워크(기판)가 고속으로 이동하고 있다고 해도, 워크마다의 모니터가 가능하다.
본 실시 형태에 따른 광학 측정 방법에서는, 기본적으로는, 회전체의 미리 정해진 하나의 위치(기준점/원점)를 검출할 수 있으면 실현 가능하다. 이것은, 성막 프로세스를 실현하는 기존의 장치여도, 최저한의 개조로, 모든 샘플에 대한 in-situ 측정을 실현할 수 있음을 의미한다.
본 실시 형태에 따른 광학 측정 방법에서는, 회전체에 배치되는 샘플을 규칙적으로 배치할 필요는 없고, 인접하는 샘플 간의 거리가 변동되고 있는 경우에도, 각 샘플을 개별로 측정할 수 있다.
상술한 바와 같은 파이버 프로브를 채용함으로써, 진공 챔버에 배치되는 샘플이 회전체의 측면에 대하여 기울어 있는 경우에도, 입사광의 조사 및 반사광의 수광을 최적화할 수 있으므로, 강건성을 높일 수 있다. 또한, 파이버 프로브 자체는 소형화할 수 있으므로, 공간 절약화도 아울러 실현할 수 있다. 또한, 복수의 광학 경로를 실현할 수 있는 파이버 프로브를 채용함으로써, 폴리크로미터(204) 및 수광 센서(206)에서의 2계통 독립의 측정을 동시에 행할 수도 있다.
본 실시 형태에 따른 광학 측정 방법에서는, 회전체의 회전 속도에 변동이 발생하는 경우에도, 그 회전 속도의 변동을 보정하여, 보다 적절한 측정이 가능하다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 설명이 아니라, 청구범위에 의해 나타나고, 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1, 1A: 성막 시스템
2: 샘플
10: 광학 측정 장치
100: 진공 챔버
102: 회전 드럼
104: 회전축
106: 회전판
108: 회전 검출 센서
110: 흡인구
112, 112A, 112B: 창부
114: 성막원
116: 회전 스테이지
120, 120A, 120B: 번들 파이버
122, 122A, 122B, 124, 125, 126: 파이버 프로브
200: 광학 측정부
202: 광원
204: 폴리크로미터
206: 수광 센서
208: 타이밍 컨트롤러
212, 214, 216: 광 파이버
224, 226: 조사 영역
300: 제어부
302: 프로세서
304: 주메모리
306: 네트워크 인터페이스
308: 측정부 인터페이스
310: 입력부
312: 출력부
314: 버스
320: 하드디스크
322: 광학 측정 프로그램
324: 타이밍 정보
326: 측정 결과
1201, 1202, 1203, 1211, 1212, 1213, 1221, 1222, 1223: 파이버 소선군
1241, 1242, 1243: 슬리브
2: 샘플
10: 광학 측정 장치
100: 진공 챔버
102: 회전 드럼
104: 회전축
106: 회전판
108: 회전 검출 센서
110: 흡인구
112, 112A, 112B: 창부
114: 성막원
116: 회전 스테이지
120, 120A, 120B: 번들 파이버
122, 122A, 122B, 124, 125, 126: 파이버 프로브
200: 광학 측정부
202: 광원
204: 폴리크로미터
206: 수광 센서
208: 타이밍 컨트롤러
212, 214, 216: 광 파이버
224, 226: 조사 영역
300: 제어부
302: 프로세서
304: 주메모리
306: 네트워크 인터페이스
308: 측정부 인터페이스
310: 입력부
312: 출력부
314: 버스
320: 하드디스크
322: 광학 측정 프로그램
324: 타이밍 정보
326: 측정 결과
1201, 1202, 1203, 1211, 1212, 1213, 1221, 1222, 1223: 파이버 소선군
1241, 1242, 1243: 슬리브
Claims (8)
- 회전체에 배치된 1개 또는 복수의 샘플의 광학 특성을 측정하는 광학 측정 장치로서,
광원과,
수광한 광을 측정하여, 측정한 광의 특성값을 출력하는 제1 검출부와,
상기 제1 검출부보다 높은 응답 속도를 갖고, 수광한 광의 강도를 출력하는 제2 검출부와,
제어부를 구비하고,
상기 제어부는,
상기 회전체의 회전 속도가 규정값이 되도록 제어된 상태에서, 상기 광원에서 발생시킨 일정 강도의 광을, 상기 회전체의 회전에 수반하여 상기 샘플이 통과하는 영역인 조사 영역에 조사함과 함께, 그 조사한 광의 반사광 또는 투과광을 상기 제2 검출부에서 수광함으로써 출력되는 강도의 시간적 변화에 기초하여 제1 타이밍 정보를 취득하고, 상기 제1 타이밍 정보는, 상기 제1 검출부의 측정을 각 샘플의 위치에 대응시켜서 유효화하는 기간을 정의하기 위한 것이고,
상기 회전체의 회전 속도가 상기 규정값이 되도록 제어된 상태에서, 상기 제1 타이밍 정보에 따라서 상기 광원에서 주기적으로 발생시킨 펄스형의 광을 상기 조사 영역에 조사함과 함께, 상기 제1 타이밍 정보에 따라서 상기 제1 검출부의 측정을 주기적으로 유효화함으로써 출력되는 결과에 기초하여 제2 타이밍 정보를 취득하고, 상기 제2 타이밍 정보는, 상기 광원으로부터 펄스형의 광을 발생시키는 기간을 정의하기 위한 것이고,
상기 회전체의 회전 속도가 상기 규정값이 되도록 제어된 상태에서, 상기 제1 타이밍 정보에 따라서 상기 제1 검출부의 측정을 주기적으로 유효화함과 함께, 상기 제2 타이밍 정보에 따라서 상기 광원에서 펄스형의 광을 주기적으로 발생시킴으로써, 상기 제1 검출부로부터 출력되는 특성값을 샘플별로 취득하는, 광학 측정 장치. - 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제2 검출부로부터 출력되는 강도가 극대값 또는 극소값을 취하는 상기 회전체의 위치로부터 상기 제1 타이밍 정보를 결정하는, 광학 측정 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 광원에서 발생시킨 일정 강도의 광을 상기 조사 영역에 조사함과 함께, 그 조사한 광의 반사광 또는 투과광을 상기 제2 검출부에 가하고, 상기 제1 검출부에서도 수광시켜서, 동일한 샘플에 관한, 상기 제1 검출부 및 상기 제2 검출부 간의 출력의 시간적인 어긋남에 기초하여, 상기 제1 타이밍 정보를 보정하는, 광학 측정 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 광원에서 펄스형의 광을 발생시키는 타이밍을 복수로 상이하게 함과 함께, 상기 제1 검출부의 출력이 보다 커지는 타이밍을 상기 제2 타이밍 정보로서 결정하는, 광학 측정 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 타이밍 정보 및 상기 제2 타이밍 정보를 정의하는 기준이 되는, 상기 회전체의 미리 정해진 위치를 검출하기 위한 위치 검출부를 더 구비하는, 광학 측정 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 제1 타이밍 정보 및 상기 제2 타이밍 정보는, 상기 회전체의 회전 속도가 상기 규정값이 되도록 제어된 상태에 있어서의, 상기 회전체의 미리 정해진 위치가 검출되고 나서의 경과 시간을 사용하여 정의되는, 광학 측정 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 단부면이 상기 회전체의 축방향을 따라서 나란히 배치되고, 상기 광원과 광학적으로 접속된 제1군의 광 파이버와,
각각의 단부면이 상기 회전체의 축방향을 따라서 나란히 배치되고, 상기 제1 검출부 또는 상기 제2 검출부와 광학적으로 접속된 제2군의 광 파이버를 더 구비하는, 광학 측정 장치. - 회전체에 배치된 1개 또는 복수의 샘플의 광학 특성을 검출부에서 측정하는 광학 측정 방법으로서,
상기 회전체의 회전 속도가 규정값이 되도록 제어된 상태에서, 광원에서 발생시킨 일정 강도의 광을, 상기 회전체의 회전에 수반하여 상기 샘플이 통과하는 영역인 조사 영역에 조사함과 함께, 그 조사한 광의 반사광 또는 투과광의 강도의 시간적 변화에 기초하여 제1 타이밍 정보를 취득하는 스텝과,
상기 회전체의 회전 속도가 상기 규정값이 되도록 제어된 상태에서, 상기 제1 타이밍 정보에 따라서 상기 광원에서 주기적으로 발생시킨 펄스형의 광을 상기 조사 영역에 조사함과 함께, 상기 제1 타이밍 정보에 따라서 상기 검출부의 측정을 주기적으로 유효화함으로써 출력되는 결과에 기초하여 제2 타이밍 정보를 취득하는 스텝과,
상기 회전체의 회전 속도가 상기 규정값이 되도록 제어된 상태에서, 상기 제1 타이밍 정보에 따라서 상기 검출부의 측정을 주기적으로 유효화함과 함께, 상기 제2 타이밍 정보에 따라서 상기 광원에서 펄스형의 광을 주기적으로 발생시킴으로써, 상기 검출부로부터 출력되는 특성값을 샘플별로 취득하는 스텝을 구비하는, 광학 측정 방법.
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