TWI489080B - Film thickness measuring device and film forming device - Google Patents

Description

膜厚測定裝置及成膜裝置

本發明係關於一種膜厚測定裝置及搭載有該膜厚測定裝置之成膜裝置，尤其係關於為了測定形成於被測定用基板之光學膜厚，而通過光纖向被測定用基板照射光，通過光纖接受由被測定用基板所反射之反射光的膜厚測定裝置及搭載有該膜厚測定裝置之成膜裝置。

在利用光學薄膜之各領域中，希望以良好的精度來形成光學薄膜以達成特定膜厚。另一方面，對於光學薄膜之高精度之膜厚控制而言，準確的膜厚測定不可或缺。再者，此處所謂之膜厚為光學膜厚，其係由物理膜厚及薄膜之折射率而決定之值。

作為膜厚之測定方法，已知有反射式測定法，該方法係利用因光學薄膜之表面上被反射之光線、與於基板與光學薄膜之界面被反射之光線的路徑不同而產生相位差從而產生干涉的現象來測定膜厚，關於採用該測定法之膜厚測定裝置，提出有各種裝置。

作為先前之膜厚測定裝置之一例，可列舉專利文獻1中所記載之搭載於成膜裝置之膜厚測定裝置。於該裝置中，投射至光學薄膜之光通過光纖而自光源傳輸，於基板與光學薄膜之界面被反射之光通過光纖而傳輸至分光器。

又，於膜厚測定裝置搭載於真空成膜裝置內之情況下，在裝 置內一併設置最終成為多層膜製品之基板與監測玻璃，以與基板相同之條件亦於監測玻璃形成薄膜。而且，成膜步驟中，測定形成於監測玻璃側之薄膜的光學膜厚，而監測成膜狀況。藉此，可測定形成於基板側之多層膜之各層的光學膜厚。再者，於先前之真空成膜裝置中，在成膜步驟中，當每次使形成於基板之多層膜之各層成膜時，監測玻璃自完成成膜之玻璃更換為新玻璃、即成膜前之監測玻璃。

[專利文獻1]日本專利3866933號公報

然而，於反射式之膜厚測定中，於光線相對於基板之光學薄膜成角度地入射之情況下，膜厚之測定值薄於光線相對於光學薄膜垂直地照射之情況的膜厚、即本來之膜厚。若具體地說明，則將光線相對於基板之光學膜之入射角度設為θ，將光學膜之折射率設為n，將本來之膜厚設為d0，則膜厚之測定值d成為滿足下述式(1)之值。

d=(d0/n² )×√{n² -(sin θ)² } (1)

因此，入射角度θ越大，膜厚之測定誤差△d(=d0-d)越大，膜厚之測定精度越低。

再者，如圖9所示，入射角度θ相當於朝向基板入射之光之光路、與於基板側被反射之光之光路所成之角度的一半。圖9係關於入射角度之說明圖。

若考慮此種入射角度θ與膜厚之測定誤差△d之關係，則較理想為，對於對光學薄膜照射之投光器，使實際照射光之部分的面積(有效投光範圍)儘可能小，而使入射角度θ減小。

又，為了對光學薄膜之特定位置以良好的精度照射光，有時會於投光器與光學薄膜之間設置集光透鏡，隔著該集光透鏡對光學薄膜照射光。同樣地，為了確實地接受自光學薄膜反射之反射光，有時會於受光器與光學薄膜之間設置受光透鏡，隔著該受光透鏡而接受來自光學薄膜之反射光。於此情況下，對應於光通過透鏡之量，照度有所衰減，有對膜厚之測定精度造成影響之虞。

進而，若於每次於形成有多層膜之基板形成各層時更換監測玻璃，則於尺寸、表面狀態及加工精度之方面，於監測玻璃間會產生不均，有該不均對薄膜測定精度造成影響之虞。

而且，若因如上理由而無法準確地進行光學膜厚之測定，則反映該測定結果而執行之膜厚控制之精度亦降低，不易獲得成為所期望之膜厚之薄膜。

因此，本發明之目的在於提供一種能以良好的精度來測定光學膜厚之膜厚測定裝置。而且，本發明之另一目的在於提供一種可基於光學膜厚之準確之測定結果，而以良好的精度來控制形成於基板之薄膜之膜厚的成膜裝置。

只要利用本發明之膜厚測定裝置，則上述問題藉由下述方式而得以解決：具備：照射裝置：其係為了測定形成於被測定用基板之膜的光學膜厚，而通過由光纖構成之照射側纖維向上述被測定用基板照射光；受光裝置：其係為了測定上述光學膜厚，而通過由光纖構成之受光側纖維，接受於自上述照射裝置照射後由上述被測定用基板反射之光；及探針：其係捆束複數根上述照射側纖維及複數根上述受光側纖維而形成；於該探針 之作為端面而設於與上述被測定用基板相對向之側的對向面，分別配置有複數個上述照射側纖維之端面及上述受光側纖維之端面；於上述對向面，複數個配置之上述照射側纖維之端面的各者均係於與至少1個上述受光側纖維之端面相鄰的狀態下排列成圓弧狀或圓環狀，且複數個配置之上述受光側纖維之端面的各者均係於與至少1個上述照射側纖維之端面之各者相鄰的狀態下排列成圓弧狀或圓環狀。

於上述薄膜測定裝置中，於探針之作為端面而設於與被測定用基板相對向之側的對向面，若照射側纖維之端面與受光側纖維之端面彼此相鄰，則自照射裝置對薄膜照射之光之入射角度進一步減小。

若具體地說明，則於照射側纖維之端面與受光側纖維之端面彼此相鄰的情況下，與兩光纖之端面不相鄰之情況相比，自照射側纖維之端面照射之光去往薄膜時之光路、與該光由被測定用基板反射而去往受光側纖維之端面時之光路所成的角度進一步減小。另一方面，入射角度為上述2條光路所成之角度之大小的1/2，因此，於照射側纖維之端面與受光側纖維之端面彼此相鄰之情況時，入射角度亦進一步減小。如此，若入射角度減小，則根據上述入射角度與膜厚之測定誤差△d之關係(具體而言為上述式(1))，測定誤差△d減小。

又，若照射側纖維之端面與受光側纖維之端面彼此相鄰，則可通過受光側纖維而有效率地接受反射光。

進而，探針之端面之光纖之填充率越高，膜厚測定之精度越高，因此通常於探針之端面內，光纖之端面以密集狀態配置。另一方面，光纖之端面越密集，照射側纖維之端面彼此及受光側纖維之端面彼此越容 易密集。相對於此，若於探針之端面以使照射側纖維之端面與受光側纖維之端面分別排列成圓弧狀或圓環狀之方式配置各光纖，則可有效率地實現如照射側纖維與受光側纖維彼此相鄰之光纖配置。

藉由如上之作用，請求項1所記載之膜厚測定裝置與先前之裝置相比，可以更佳的精度來測定光學膜厚。

又，於上述膜厚測定裝置中，較佳為，上述探針係於上述對向面與上述被測定用基板之間未設置有光學零件的狀態下，以上述對向面與上述被測定用基板中位於形成有上述膜之側相反側的非成膜面相對向。

於以上之構成中，未使用集光透鏡或受光透鏡，因此可抑制光損失，於通過受光側纖維而接受反射光時，能以相對較大之照度接受反射光。而且，相應於通過受光側纖維而接受之光之光量變大的程度，為了算出膜厚而對該光進行分光分析時之S/N比提昇。因此，根據請求項2所記載之構成，可以更良好的精度來測定光學膜厚。

又，於上述薄膜測定裝置中，更佳為，構成上述探針之複數根上述照射側纖維及複數根上述受光側纖維係形成為端面於上述對向面對齊之束狀光纖，上述對向面與上述成膜面之間的距離為上述束狀光纖之直徑的2倍以上。

於以上之構成中，光對於薄膜之入射角度、換言之為由薄膜所反射之光之反射角度係受光側纖維之數值孔徑NA以下。於此情況下，通過受光側纖維而接受光時之受光效率進一步提高。因此，根據請求項3所記載之構成，能以更佳的精度來測定光學膜厚。

又，於上述薄膜測定裝置中，上述被測定用基板亦可為圓盤 狀或圓環狀之基板。即，於請求項4所記載之構成中，能以良好的精度來測定形成於圓盤狀或圓環狀之被測定用基板之薄膜的光學膜厚。進而，於可進行膜厚之多點監測之膜厚測定裝置中，若使用圓盤狀或圓環狀之基板，則與例如矩形狀之基板相比，可使監測點數進一步增多。

又，於上述薄膜測定裝置中，亦可具有：上述照射裝置；直流穩定化電源：其對設置於上述照射裝置之光源供給直流電流；上述探針；分光器：其具備上述受光裝置，輸出與上述受光裝置接受由上述被測定用基板所反射之光時之受光強度對應的類比訊號；放大器：其放大自該分光器所輸出之上述類比訊號；A/D轉換器：其將藉由該放大器所放大之上述類比訊號轉換為數位訊號；電子計算機：其基於上述數位訊號而運算上述光學膜厚；及訊號處理電路：其介於上述A/D轉換器與上述電子計算機之間，於上述電子計算機運算上述光學膜厚時用以對上述數位訊號執行特定之訊號處理。即，於請求項5所記載之構成中，具備與通常之薄膜測定裝置所具備之構成機器同樣的機器，並且能以良好的精度來測定薄膜之光學膜厚。

又，只要是本發明之成膜裝置，則上述問題藉由下述方式而得以解決：一種藉由在真空容器內使蒸鍍材料蒸鍍於基板之表面而在上述基板形成膜的成膜裝置，且具備：蒸發機構：其用以使上述蒸鍍材料蒸發；開閉構件：其為了阻斷該蒸發機構所蒸發之上述蒸鍍材料往上述基板表面時的路線而進行開閉動作；控制機構：其控制該開閉構件之開閉；及請求項1至5中任一項之膜厚測定裝置；且，於上述基板及上述被測定用基板之兩者被收容於上述真空容器內的狀態下，上述蒸發機構使上述蒸鍍材料 蒸發，以使上述蒸鍍材料蒸鍍於該兩者之表面，上述膜厚測定裝置測定形成於上述被測定用基板之膜的上述光學膜厚，上述控制機構根據由上述膜厚測定裝置所得之上述光學膜厚之測定結果來控制上述開閉構件之開閉。

以如上方式構成之成膜裝置具備發揮上述效果之膜厚測定裝置，因此能以良好的精度來測定膜厚，進而，根據該測定結果進行膜厚控制。因此，若為請求項6所記載之成膜裝置，則可基於光學膜厚之準確之測定結果，而以良好的精度來控制形成於基板之薄膜之膜厚。

又，於上述成膜裝置中，更佳為，於將多層膜形成於上述基板之期間，於上述真空容器內配置相同之上述被測定用基板，亦於上述被測定用基板形成上述多層膜，上述膜厚測定裝置係測定形成於上述被測定用基板之上述多層膜中每一層膜的上述光學膜厚。

若為以上之構成，則於在基板形成多層膜期間，不更換被測定用基板，而於每次在被測定用基板形成多層膜之各層時，測定該各層之膜的光學膜厚，因此可抑制每次測定各層之膜厚時因被測定用基板變化而產生之影響。因此，若為請求項7所記載之成膜裝置，則能以良好的精度來測定形成於基板之多層膜之各層的膜厚，且能基於該測定結果以更佳的精度來進行膜厚控制。

請求項1所記載之膜厚測定裝置與先前之裝置相比，能以更佳的精度來測定光學膜厚。

請求項2所記載之膜厚測定裝置能對應於分光分析之S/N比提昇之程度，而以更佳的精度來測定光學膜厚。

請求項3所記載之膜厚測定裝置中，由薄膜反射之光之反射角度為受 光側纖維之數值孔徑NA以下，因此能以更佳的精度來測定光學膜厚。

請求項4所記載之膜厚測定裝置能以良好的精度來測定形成於圓盤狀或圓環狀之被測定用基板之薄膜之光學膜厚。進而，於可進行膜厚之多點監測的膜厚測定裝置中，若使用圓盤狀或圓環狀之基板，則與矩形狀之基板相比，可使監測點數進一步增多。

請求項5所記載之膜厚測定裝置具備與通常之薄膜測定裝置所具備之構成機器同樣的機器，並且能以良好的精度來測定薄膜之光學膜厚。

請求項6所記載之成膜裝置能以良好的精度來測定膜厚，且根據該測定結果而以良好的精度來進行膜厚控制。

請求項7所記載之成膜裝置中，於測定形成於基板之多層膜之各層的光學膜厚時能抑制於每層因被測定用基板變更而產生之影響，相應於此，能以良好的精度來測定形成於基板之多層膜之各層的膜厚，且能基於該測定結果而以更佳的精度來進行膜厚控制。

1‧‧‧真空容器

2‧‧‧基板保持器

2a‧‧‧開口

3‧‧‧蒸發機構

4‧‧‧擋閘

5‧‧‧擋閘控制單元

6‧‧‧膜厚測定裝置

11‧‧‧投光器

12‧‧‧直流穩定化電源

13‧‧‧光學感測器用探針

14‧‧‧分光器

15‧‧‧放大器

16‧‧‧A/D轉換器

17‧‧‧訊號處理電路

21‧‧‧光源

22‧‧‧受光裝置

23‧‧‧軟管

24A‧‧‧接合連接器

24B‧‧‧接合連接器

24C‧‧‧中間連接器

25‧‧‧保護筒

25a‧‧‧大徑部

25b‧‧‧小徑部

100‧‧‧真空蒸鍍裝置

f1‧‧‧照射側纖維

f2‧‧‧受光側纖維

PC1‧‧‧第1電腦

PC2‧‧‧第2電腦

PLC‧‧‧可程式邏輯控制器

S‧‧‧實際基板

Sm‧‧‧監測基板

θ‧‧‧入射角度

圖1係表示本實施形態之成膜裝置之概略構成之圖。

圖2係本實施形態之探針之模式側視圖。

圖3(A)及(B)係表示第1例中之光纖之配置位置之圖。

圖4係表示比較例中之光纖之配置位置之圖。

圖5(A)及(B)係表示第2例中之光纖之配置位置之圖。

圖6係關於本實施形態中之光纖之配置位置之有效性的說明圖。

圖7(A)及(B)係表示關於第2例之其他變化之圖。

圖8(A)及(B)係表示第3例中之光纖之配置位置之圖。

圖9係關於入射角度之說明圖。

以下，參照圖式而對本發明之實施形態(以下稱為本實施形態)進行說明。

首先，一面參照圖1一面對本實施形態之成膜裝置之概略構成進行說明。圖1係表示本實施形態之成膜裝置之概略構成之圖。

本實施形態之成膜裝置係藉由在真空容器內使蒸鍍材料蒸鍍於基板之表面而在基板上形成多層膜的裝置，尤其係藉由真空蒸鍍法而形成膜之真空蒸鍍裝置100。又，本實施形態之真空蒸鍍裝置100中，於真空容器1內設置基板(以下稱為實際基板S)與膜厚測定用之監測基板Sm，能一面測定形成於監測基板Sm側之薄膜之光學膜厚，一面基於該測定結果來控制形成於實際基板S側之薄膜之膜厚。

此處，所謂實際基板S，係指實際安裝於薄膜利用機器之基板，例如由玻璃構成。另一方面，監測基板Sm相當於被測定用基板，且係僅用於膜厚監測者，其係由與實際基板S同樣之材料、例如玻璃構成。尤其是，本實施形態之監測基板Sm於俯視時成為圓環狀之基板，其較佳之厚度為1.0~2.0mm。

而且，本實施形態中，於監測基板Sm，以與實際基板S相同之條件形成多層膜。即，本實施形態中，一併觀察形成於實際基板S側之薄膜之光學膜厚、與形成於監測基板Sm側之薄膜之光學膜厚，藉由對監測基板Sm側之薄膜之光學膜厚進行監測，而管理實際基板S側之薄膜之光 學膜厚。

若對真空蒸鍍裝置100之構成進行說明，則如圖1所示，具備真空容器1、基板保持器2、蒸發機構3、擋閘4、擋閘控制單元5、膜厚測定裝置6。

於真空容器1之內空間中之上方之空間內收容有圓頂狀之基板保持器2，於該基板保持器2之內表面安裝有複數個實際基板S。又，於基板保持器2之內表面之中心位置形成有開口2a，於該開口2a之正下方位置配置有1個監測基板Sm。配置於該位置之監測基板Sm成為其一部分通過上述開口2a而露出於圓頂之外側的狀態。

進而，就使實際基板S間之成膜量均勻化之目的而言，基板保持器2係於成膜期間以沿著鉛垂方向之旋轉軸為中心旋轉。其間，監測基板Sm相對於基板保持器2而進行相對旋轉。即，本實施形態中，監測基板Sm由與基板保持器2分體形成之未圖示之監測基板保持器保持，基板保持器2與監測基板保持器可相互獨立地旋轉。

另一方面，於真空容器1之內空間中之下方之空間設置有蒸發機構3。該蒸發機構3係用以使為了形成薄膜而蒸鍍於實際基板S或監測基板Sm之蒸鍍材料蒸發者。若具體地說明，則本實施形態之蒸發機構3係與真空蒸鍍裝置通常所具備之蒸發機構為同種類者，例如可列舉藉由電子束對由未圖示之坩堝保持的蒸鍍材料進行加熱而使其蒸發之電子束裝置等。

於基板保持器2與蒸發機構3之間設置有擋閘4。該擋閘4為開閉構件之一例，為了阻斷蒸發機構3所蒸發之蒸鍍材料往實際基板S 或監測基板Sm之表面時之路線，而藉由未圖示之驅動機構進行開閉移動。若具體地說明，則於擋閘4位於打開位置(圖1中，以實線表示之擋閘4之位置)時，蒸發機構3所蒸發之蒸鍍材料飛散而可供給至實際基板S或監測基板Sm。反之，於擋閘4位於關閉位置(圖1中，以虛線表示之擋閘4之位置)時，藉由擋閘4而防止蒸鍍材料之飛散，結果無法對實際基板S或監測基板Sm供給蒸鍍材料。

擋閘控制單元5相當於控制上述擋閘4之開閉之控制機構，本實施形態中，藉由下述之第2電腦PC2而構成。若具體地說明，則第2電腦PC2經由未圖示之介面而與擋閘4連接，藉由執行安裝於第2電腦PC2之控制程式，而向擋閘4輸出控制訊號。而且，若擋閘4自第2電腦PC2接收控制訊號，則按照控制訊號進行開閉動作。

膜厚測定裝置6係測定形成於監測基板Sm之薄膜之光學膜厚的裝置，尤其是，於本實施形態中，其係藉由反射法而測定膜厚者。即，本實施形態之膜厚測定裝置6中，對形成於監測基板Sm之薄膜入射光，接受由監測基板Sm反射之光後，將該反射光分光，檢測每一波長下之光強度(光譜)。繼而，基於檢測到之光強度，而算出形成於監測基板Sm之薄膜之光學膜厚。

進而，本實施形態之膜厚測定裝置6係測定形成於監測基板Sm之多層膜中每一層膜的光學膜厚者。若更具體地說明，則如上所述般，監測基板Sm係獨立於基板保持器2而旋轉，另一方面，於監測基板Sm之正下方位置配置有未圖示之監測基板遮罩。該監測基板遮罩為圓盤狀構件，於其中央部形成有開口。監測基板Sm之一部分通過該開口而對蒸發機 構3露出。

另一方面，於真空容器1內收容有實際基板S及監測基板Sm之兩者的狀態下，蒸發機構3使蒸鍍材料蒸發，以使蒸鍍材料蒸鍍於該兩者之表面。藉此，於實際基板S及監測基板Sm之各者之成膜面，以大致相同之條件形成薄膜。此時，監測基板Sm之成膜面中的形成有薄膜之區域僅為通過形成於監測基板遮罩之開口而露出之區域。

又，如上所述，本實施形態中，於實際基板S形成多層膜，每次形成各層之薄膜時，蒸鍍材料及成膜條件替換為用以形成下一層之薄膜之材料及條件。另一方面，以與基板大致相同之條件亦於監測基板Sm形成多層膜，本實施形態中，於完成一層薄膜而替換蒸鍍材料及成膜條件之時間點，監測基板Sm相對於靜止之監測基板遮罩而僅以特定之旋動角度進行相對旋動。如此，因監測基板Sm相對於監測基板遮罩進行相對旋動，使得監測基板Sm中的通過形成於監測基板遮罩之開口而露出之區域僅以上述之旋動角度偏移，結果，形成有薄膜之區域僅以上述之旋動角度偏移。

繼而，於其後之成膜處理中，在監測基板Sm中之旋動前露出之區域(以下稱為旋動前之露出區域)與旋動後露出之區域(以下稱為旋動後之露出區域)之重複範圍，形成新層之薄膜。另一方面，於旋動前之露出區域中不與旋動後之露出區域重複之範圍，不形成新層之薄膜。因此，以各成膜處理而形成之部份之薄膜的膜厚，係藉由對監測基板Sm中於即將執行成膜處理之前之旋轉動作之前後露出的區域、與於旋轉動作後不露出的區域之間所形成的薄膜之光學膜厚進行比較而求出。

其次，一面參照圖1及圖2一面對本實施形態之膜厚測定裝 置6之構成進行說明。圖2係本實施形態之探針之模式側視圖。

如圖1所示，膜厚測定裝置6中，具有投光器11、直流穩定化電源12、光學感測器用探針13、分光器14、放大器15、A/D轉換器16、訊號處理電路17、2個電腦PC1、PC2作為主要構成要素。

投光器11係照射裝置之一例，為了測定形成於監測基板Sm之膜的光學膜厚，通過由光纖構成之照射側纖維f1向監測基板Sm照射光。若具體地說明，則投光器11具有由鹵素燈等構成之光源21，自配置有照射側纖維f1之端面的光學感測器用探針13之前端面照射自光源21發出之白色光。此處，投光器11與分光器14同步，與分光器14中之入射光強度之輸出週期同步地反覆進行光源21之熄燈與亮燈。再者，對於投光器11具備之光源21，自直流穩定化電源12供給直流電流。

分光器14具備受光裝置22，並輸出與受光裝置22接受由監測基板Sm反射之光時之受光強度對應的類比訊號。若更若具體地說明，則分光器14具備之受光裝置22係藉由例如CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合裝置)而構成，並且，為了測定光學膜厚，通過由光纖構成之受光側纖維f2，接受自投光器11照射後由監測基板Sm反射之光。分光器14將受光裝置22所接受之光分光後，檢測各波長下之光強度(光譜)，輸出對應於檢測結果之電氣訊號。此處，自分光器14輸出之電氣訊號相當於與受光裝置22接受反射光時之受光強度對應的類比訊號。

又，分光器14將自投光器11照射之光分光，輸出表示入射光之各波長下之光強度、即入射光強度的電氣訊號。如上所述，分光器14分別輸出表示入射光強度之電氣訊號、與表示反射光強度之電氣訊號。自 分光器14輸出之上述2種電氣訊號分別藉由放大器15而放大，其後藉由A/D轉換器16轉換為數位訊號。其後，數位訊號被輸入至第2電腦PC2。

光學感測器用探針13係探針之一例，係捆束複數根照射側纖維f1及複數根受光側纖維f2而形成。若具體地說明，則如圖2所示般，連接於投光器11之複數根照射側纖維f1及連接於受光裝置22之複數根受光側纖維f2分別形成束(bundle)，並收容於軟管23內。

再者，照射側纖維f1及受光側纖維f2分別具有芯與覆蓋芯之被覆，本實施形態中，芯徑為約200μm，含被覆之光纖徑為約235μm。

又，於照射側纖維f1所形成之束中，在連接於投光器11之側之端安裝有接合連接器24A。同樣地，於受光側纖維f2所形成之束中，在連接於受光裝置22之側之端安裝有接合連接器24B。

繼而，成束之照射側纖維f1及受光側纖維f2於其自由端側匯合成一束而形成為光學感測器用探針13。即，構成光學感測器用探針13之複數根照射側纖維f1與複數根受光側纖維f2係形成為端面於光學感測器用探針13之自由端側之面對齊的束狀光纖。

若更具體地說明，則如圖2所示，各光纖f1、f2之束係於中間連接器24C合流而匯合成一束，收容於相同之軟管23內。進而，在處於匯合成一束之狀態的照射側纖維f1及受光側纖維f2中，於成為自由端之側之端部安裝有圓筒狀之保護筒25，該保護筒25及收容於其內部之光纖f1、f2配設於真空容器1內。

保護筒25係由直徑彼此不同之大徑部25a及小徑部25b構成，小徑部25b形成為光學感測器用探針13之前端部。而且，光學感測器 用探針13係設置為：作為其前端面之小徑部25b之一端面於監測基板Sm之正上方位置與監測基板Sm相對向。即，形成光學感測器用探針13之前端面的小徑部25b之一端面相當於設在光學感測器用探針13與監測基板Sm相對向之側的對向面。

又，小徑部25b中，以照射側纖維f1及受光側纖維f2成為同一平面之方式使端面對齊。因此，於小徑部25b之一端面，分別配置有複數個照射側纖維f1之端面及受光側纖維f2之端面。此處，本實施形態中，於小徑部25b之一端面，規則地配置有照射側纖維f1之端面及受光側纖維f2之端面。下文，對小徑部25b之一端面上的各光纖f1、f2之配置位置進行詳細敍述。

如上所述，本實施形態之光學感測器用探針13係藉由將複數根照射側纖維f1及受光側纖維f2匯合成一束而成之束狀光纖而構成。再者，本實施形態中，構成光學感測器用探針13之照射側纖維f1及受光側纖維f2各者之根數為20根以上。藉此，本實施形態之膜厚測定裝置6可進行膜厚之多點監測。

2台電腦PC1、PC2可經由乙太網路(註冊商標)而相互通信，作為一電腦之第1電腦PC1係控制投光器11者。本實施形態中，第1電腦PC1為了進行通信協定轉換而經由可程式邏輯控制器PLC(Programmable Logic Controller)控制投光器11之光照射動作。作為另一電腦之第2電腦PC2係電子計算機之一例，基於藉由A/D轉換器16將自分光器14輸出之電氣訊號加以轉換而生成之數位訊號，運算形成於監測基板Sm之薄膜之光學膜厚。

再者，於A/D轉換器16與第2電腦PC2之間介有訊號處理電路17。該訊號處理電路17係於第2電腦PC2運算光學膜厚時對上述數位訊號執行特定之訊號處理。此處，所謂特定之訊號處理，係指將上述之數位訊號轉換為對用於利用第2電腦PC2進行之光學膜厚運算而言形式較佳之訊號的處理，例如去除干涉訊號以外之成分的小波(wavelet)處理或頻率解析處理等。

進而，第2電腦PC2係如上所述般相當於控制擋閘4之開閉的控制機構，根據光學膜厚之運算值而控制擋閘4之開閉。此處，第2電腦PC2所運算出之光學膜厚之運算值係利用膜厚測定裝置6而得出的光學膜厚之測定結果。

關於上文所說明之本實施形態之膜厚測定裝置6的構成，其大部分與先前之反射式膜厚測定裝置之構成共通，但於以下說明之4個方面與先前之裝置不同。

第1不同點係：於光學感測器用探針13之前端面與監測基板Sm之間未設置集光透鏡或受光透鏡等光學零件。即，本實施形態中，光學感測器用探針13如圖1所示般，於在形成為其前端面之小徑部25b之一端面與監測基板Sm之間未設置有光學零件的狀態下，以小徑部25b之一端面與監測基板Sm之非成膜面相對向。此處，所謂非成膜面，係指監測基板Sm中位於形成有膜之側相反側的面。

如此，藉由在光學感測器用探針13之前端面與監測基板Sm之間不設置光學零件，本實施形態中，可抑制因通過光學零件而產生之光損失。其結果為，受光側纖維f2能以相對較大之照度接受反射光。而且， 相應於受光側纖維f2所接受之光之光量變大的程度，為了算出膜厚而對該光進行分光分析時之S/N比提昇。因此，本實施形態之膜厚測定裝置6能以良好的精度來測定光學膜厚。

再者，於在光學感測器用探針13之前端面與監測基板Sm之間未設置有光學零件之情況下，關於有效投光點之直徑，可視為相當於照射側纖維f1與受光側纖維f2所形成之束狀光纖之直徑、即束狀光纖徑者。此處，所謂束狀光纖徑，係指根據配置在光學感測器用探針13之前端面的複數個照射側纖維f1之端面及複數個受光側纖維f2之端面中相隔最遠之2個端面所規定之長度，本實施形態中為約1.8 mm。

第2不同點係：光學感測器用探針13之前端面與監測基板Sm之成膜面之間的距離為束狀光纖徑之2倍以上。若成為此種構成，則光相對於薄膜之入射角度、換言之為由薄膜反射之光之反射角度成為受光側纖維f2之數值孔徑NA以下。本實施形態中，利用以上之性質，將光學感測器用探針13之前端面與監測基板Sm之成膜面之間的距離確保為束狀光纖徑之2倍以上。其結果為，通過受光側纖維f2而接受光時之受光效率進一步提高，可進一步以良好的精度來測定光學膜厚。

又，若光學感測器用探針13之前端面與監測基板Sm之成膜面之間的距離過度地變短，則光相對於薄膜之入射角度及由薄膜反射之光之反射角度變大，因此光學感測器用探針13之受光效率(以光學感測器用探針13接受之光量相對於被反射之光量的比率)降低，因此測定精度降低。另一方面，若光學感測器用探針13之前端面與監測基板Sm之成膜面之間的距離過度地變長，則自光由薄膜反射起至藉由光學感測器用探針13 接受為止的期間內之衰減程度變大，因此測定精度降低。相對於此，若光學感測器用探針13之前端面與監測基板Sm之成膜面之間的距離為束狀光纖徑之2倍以上、較理想為2倍~3倍之範圍內，則可達成較佳之測定精度。

再者，以下，為方便說明，將光學感測器用探針13之前端面與監測基板Sm之成膜面之間的距離稱為動作距離WD。

第3不同點係：於在實際基板S形成多層膜期間，在真空容器1內配置相同之監測基板Sm，且亦於監測基板Sm形成上述多層膜。即，本實施形態中，於在實際基板S形成多層膜之中途並不更換監測基板Sm。而且，膜厚測定裝置6係測定形成於監測基板Sm之多層膜中每一層膜的光學膜厚。其結果為，於按層來測定多層膜之各層之光學膜厚時，可抑制每次測定時因監測基板Sm變化而產生之影響。

若具體地說明，則於形成多層膜之先前之成膜裝置中，存在搭載有監測基板變換器(未圖示)者，該裝置中，當每次於實際基板S形成多層膜之各層時，監測基板變換器會更換監測基板Sm。然而，於監測基板間，尺寸、表面狀態及加工精度存在不均，存在因該不均而對薄膜測定精度造成影響之情況。即，於膜厚測定之再現性之方面，在多層膜形成中途更換監測基板存在問題。

相對於此，本實施形態中，於在實際基板S形成多層膜之期間，在真空容器1內連續地配置相同之監測基板Sm，因此，因監測基板Sm間之不均而產生之影響不會波及薄膜測定之精度。相應地，能以良好的精度來測定形成於監測基板Sm之多層膜之各層的膜厚，進而，可基於該測定結果以更佳的精度來控制形成於實際基板S側之膜的光學膜厚。

再者，本實施形態中，如上所述，使用圓環狀之基板作為監測基板Sm，另一方面，可於膜厚測定裝置6側進行膜厚之多點監測。進而，本實施形態中，束狀光纖徑為約1.8 mm，光學感測器用探針13藉由20根以上之照射側纖維f1及受光側纖維f2而構成。其結果為，本實施形態之膜厚測定裝置6可使監測點數(測定點數)為80點。一般，就使光量感度提高之目的而言，於監測基板Sm上形成高折射率之蒸鍍材料與低折射率之蒸鍍材料的2種蒸鍍層，因此，若為80點之監測點數，則亦可應對形成有由例如160層(80×2)構成之多層膜之情況。

第4不同點係：於作為光學感測器用探針13之前端面之小徑部25b之一端面，配置有照射側纖維f1及受光側纖維f2之各者之端面之位置。若具體地說明，則本實施形態中，於光學感測器用探針13之前端面，複數個配置之照射側纖維f1之端面的各者均於與至少1個受光側纖維f2之端面相鄰的狀態下配置成圓弧狀或圓環狀。同樣地，於上述一端面，複數個配置之受光側纖維f2之端面的各者均於與至少1個照射側纖維f1之端面之各者相鄰的狀態下配置成圓弧狀或圓環狀。

如上所述，於光學感測器用探針13之前端面，若照射側纖維f1之端面與受光側纖維f2之端面彼此相鄰，則自投光器11對薄膜照射之光之入射角度進一步減小。此處，入射角度之大小係自照射側纖維f1之端面照射之光去往薄膜時之光路、與該光由薄膜之表面或監測基板Sm與薄膜之分界面反射而去往受光側纖維f2之端面時之光路所成之角度的1/2。

另一方面，入射角度θ與膜厚之測定值d之間，上述式(1)所示之關係成立，因此入射角度θ越大，膜厚之測定誤差△d越大。若具 體地說明，則於將成膜材料之折射率設為n=1.47之情況下，當入射角度θ為3°、5°、8°、10°、12°時，測定誤差△d分別為0.07%、0.2%、0.5%、0.7%、1.0%。反之，入射角度θ越小，膜厚之測定誤差△d越小。

如上所述，照射側纖維f1之端面與受光側纖維f2之端面越分離，由薄膜反射之光量中通過受光側纖維f2而接受之光量所占的比率、即受光效率越低。反之，若照射側纖維f1之端面與受光側纖維f2之端面彼此相鄰，則受光效率提高。

另外，由於光學感測器用探針13之前端面之光纖之填充率越高則膜厚測定之精度越高，因此通常於光學感測器用探針13之前端面內，以密集狀態配置光纖之端面。另一方面，光纖之端面越密集，照射側纖維f1之端面彼此及受光側纖維f2之端面彼此越容易密集。而且，若同種類光纖之端面彼此密集地配置成塊狀，則照射側纖維f1之端面與受光側纖維f2之端面容易分離。

相對於此，若於光學感測器用探針13之前端面，以照射側纖維f1之端面與受光側纖維f2之端面分別排列成圓弧狀或圓環狀之方式配置各光纖，則可有效率地實現如照射側纖維f1與受光側纖維f2彼此相鄰之光纖配置。

再者，作為如照射側纖維f1與受光側纖維f2彼此相鄰之光纖配置，亦可考慮到如下之配置：於光學感測器用探針13之前端面，照射側纖維f1之端面與受光側纖維f2之端面分別形成行，且各種類光纖之行交替排列。然而，根據上述理由而於光學感測器用探針13之前端面內以密集狀態配置光纖之端面之狀況下，如照射側纖維f1之端面與受光側纖維f2之端面分別形 成為行且各種類光纖之行交替排列般之光纖配置難以於物理上實現。因此，如本實施形態般以各種類光纖之端面排列成圓弧狀或圓環狀之方式配置各光纖者更有效率，故而較佳。

藉由如上之作用，與先前之裝置相比，本實施形態之膜厚測定裝置6能以更佳的精度來測定光學膜厚。

其次，一面參照圖3至8一面對關於光學感測器用探針13之前端面之照射側纖維f1及受光側纖維f2之各者之端面之配置位置的具體例(第1例~第3例)進行說明。

圖3(A)及(B)係表示第1例中之光纖之配置位置之圖。圖4係表示比較例中之光纖之配置位置之圖。圖5(A)及(B)係表示第2例中之光纖之配置位置之圖。圖6係關於本實施形態之光纖之配置位置之有效性之說明圖，圖中，實線之曲線表示第1例之資料，虛線之曲線表示比較例之資料。圖7(A)及(B)係表示關於第2例之其他變化之圖。圖8(A)及(B)係表示第3例中之光纖之配置位置之圖。圖3、4、6、7及8中，黑圓表示照射側纖維f1之配置位置，白圓表示受光側纖維f2之配置位置。

首先，若對第1例中光纖之配置位置進行說明，則如圖3(A)及(B)所示，照射側纖維f1及受光側纖維f2係以照射側纖維f1及受光側纖維f2形成為相互反向之螺旋之方式排列，束整體上成為圓狀之配置。再者，圖3(A)及(B)表示使照射側纖維f1之配置位置與受光側纖維f2之配置位置相互反轉之構成，因此以下僅說明圖3(A)所圖示之構成。

第1例中，如上所述，照射側纖維f1及受光側纖維f2分別 排列成圓弧狀、更具體而言排列為螺旋狀而配置。藉此，第1例中，能以均勻之光量對監測基板Sm中有效投光範圍之各部分照射光，進而，能以均勻之條件接受由監測基板Sm反射之光。

又，第1例中，最大入射角度約為8.4°，實效入射角度約為1.5°。此處，最大入射角度相當於在光學感測器用探針13之前端面相互相隔最遠的照射側纖維f1與受光側纖維f2之間之角度的一半，圖3(A)中，相當於自位於最外側之照射側纖維f1照射之光之光路、與去往位於束中央之受光側纖維f2之光之光路所成之角度的一半。又，所謂實效入射角度，相當於自照射側纖維f1照射之光之光路、與去往鄰接於該光纖f1之受光側纖維f2之光之光路所成之角度的一半。

若對第1例之光纖之配置位置之有效性進行說明，則第1例中，與圖4所圖示之比較例相比，最大入射角度及實效入射角度變小。若更具體地說明，則比較例中，複數根照射側纖維f1集合成半圓狀，且複數根受光側纖維f2集合成半圓狀，束整體上成為圓狀之配置。

而且，比較例中，最大入射角度約為11.1°，實效入射角度約為6°。此處，比較例中之最大入射角度相當於自位於最外側之照射側纖維f1照射之光之光路、與去往與該光纖f1相隔最遠之受光側纖維f2之光之光路所成之角度的一半。又，比較例中之實效入射角度相當於自位於重心位置之照射側纖維f1照射之光之光路、與去往位於重心位置之受光側纖維f2之光之光路所成之角度的一半。再者，所謂重心位置，係指集合成半圓狀之光纖群之重心位置，於將光纖群所形成之半圓之直徑設為r時，重心相對於該半圓之中心之相對位置可由(0，2r/π)之座標表示。

如上所述，第1例中，與比較例相比，最大入射角度及實效入射角度變小。其原因為，第1例中，相對於比較例而言，照射側纖維f1及受光側纖維f2各者之散亂程度較大，照射側纖維f1中鄰接於受光側纖維f2者之比率及受光側纖維f2中鄰接於照射側纖維f1者之比率進一步提高。藉此，第1例中，相對於比較例而言，有效投光範圍變小，光學膜厚之測定誤差亦變小。

又，第1例中，相對於比較例而言，動作距離WD為0~7 mm之範圍內之相對反射光量(反射光之光量相對於入射光之光量的比率)進一步增大。因此，於動作距離WD為0~7 mm之範圍內之情況下，在第1例中，與比較例相比，能以更高的光量接受反射光。藉此，分光器14之分光分析之精度提高，結果，光學膜厚之測定精度提高。

其次，若對第2例中之光纖之配置位置進行說明，則如圖5(A)及(B)所示，照射側纖維f1及受光側纖維f2分別排列成圓環狀，各光纖f1、f2所形成之圓環以同心圓狀交替地配置。再者，圖5(A)及(B)表示使照射側纖維f1之配置位置與受光側纖維f2之配置位置相互反轉之構成，以下僅說明圖5(A)所圖示之構成。

第2例中，如上所述，照射側纖維f1及受光側纖維f2分別排列成圓環狀而配置，藉此，能以均勻之光量對監測基板Sm中有效投光範圍之各部分照射光，進而，能以均勻之條件接受由監測基板Sm反射之光。

又，第2例中，最大入射角度約為4.2°，實效入射角度約為1.5°。進而，如圖6所示，第2例中，與比較例相比，動作距離WD為0~7 mm之範圍內之相對反射光量進一步增大。因此，於動作距離WD為0~7 mm 之範圍內之情況下，第2例中，與比較例相比，能以更高光量接受反射光，結果，分光器14之分光分析之精度提高，光學膜厚之測定精度提高。

再者，作為將各光纖配置成圓環狀之其他變化，亦可考慮如下構成：如圖7(A)及(B)所示，於照射側纖維f1所形成之圓環中位於最外側之圓環中，以約90°之間隔將照射側纖維f1置換為受光側纖維f2。藉由此種配置，第2例中，與第1例相比，束中之光纖數中受光側纖維f2所占之比率與照射側纖維f1所占之比率之差進一步減小。即，於探針之功能方面，較理想的是照射側纖維f1之數量與受光側纖維f2之數量接近，就該理由而言，亦可採用如圖7(A)或(B)之光纖配置。

其次，對第3例中之光纖之配置位置進行說明。第3例中，照射側纖維f1及受光側纖維f2之各者並不排列成圓弧狀或圓環狀，該方面與上述之第1例及第2例不同。若具體地說明，則第3例中，如圖8(A)及(B)所示，大致排列成V字狀之照射側纖維f1係沿束之外周以每隔一定間隔而配置於5個部位，且以埋入其間隙及束中央之方式配置受光側纖維f2，束整體上成為圓狀之配置。而且，第3例中，最大入射角度約為8.4°，實效入射角度約為1.5°。因此，第3例中，與比較例相比，最大入射角度及實效入射角度亦變小，有效投光範圍亦變小。再者，圖8(A)及(B)表示使照射側纖維f1之配置位置與受光側纖維f2之配置位置相互反轉之構成。

以上已對本實施形態之膜厚測定裝置及成膜裝置進行了說明，但本實施形態僅僅係為了使本發明容易理解之一例，上述構件、配置等並非限定本發明者，當然可根據本發明之宗旨而進行各種改變、改良， 並且，本發明中包含其等價物。例如，作為構成薄膜測定裝置之各機器之尺寸或大小、形狀、材質，上述內容僅僅係用以發揮本發明之效果之一例，並不限定本發明。

又，上述實施形態中，作為成膜裝置之一例，對藉由真空蒸鍍法而成膜之真空蒸鍍裝置100進行了說明，但對於藉由離子電鍍法而成膜之成膜裝置、藉由離子束蒸鍍法而成膜之成膜裝置，亦可應用本發明。又，本發明亦可應用於採用使離子與靶碰撞而成膜之濺鍍法的成膜裝置中。

又，上述實施形態中，為了提高反射光之受光效率，而將光學感測器用探針13之前端面與監測基板Sm之成膜面之間的距離、即動作距離WD設為束狀光纖徑之2倍以上。但是，並不限定於此，光學感測器用探針13之前端面與監測基板Sm之成膜面之間的距離亦可未達束狀光纖徑之2倍。

又，上述實施形態中，使用圓環狀之基板作為監測基板Sm。圓環狀之基板例如於進行光學膜厚之測定並且利用水晶膜厚計進行膜厚測定之情況下較為有效。其原因為，一般，於使用圓環狀之監測基板Sm之成膜裝置中，就裝置構造上之理由而言，可將水晶膜厚計配置於裝置中央、具體為相當於基板保持器2之中央的位置。但是，監測基板Sm並不限定於圓環狀之基板，亦可為其他形狀之基板、例如圓盤狀之基板。

又，上述實施形態中，於在實際基板S形成多層膜期間內，未更換監測基板Sm，而亦於監測基板Sm側形成多層膜，但並不限定於此。即，亦可於每次形成多層膜中之各層膜時，更換監測基板Sm。但是，如上所述，於監測基板間，尺寸、表面狀態及加工精度存在不均，若於每次測 定各層之膜厚時更換監測基板Sm，則上述不均會對測定精度造成影響。於該方面，較理想的是於在實際基板S形成多層膜之期間不更換監測基板Sm。

再者，上述實施形態中，列舉於實際基板S形成多層膜之成膜裝置作為例子進行了說明，但本發明亦可應用於在實際基板S形成單層膜之裝置。

13‧‧‧光學感測器用探針

25b‧‧‧小徑部

f1‧‧‧照射側纖維

f2‧‧‧受光側纖維

Claims (7)

1. 一種膜厚測定裝置，具備：照射裝置：其係為了測定形成於被測定用基板之膜的光學膜厚，而通過由光纖構成之照射側纖維向該被測定用基板照射光；受光裝置：其係為了測定該光學膜厚，而通過由光纖構成之受光側纖維，接受於自該照射裝置照射後由該被測定用基板反射之光；及探針：其係捆束複數根該照射側纖維及複數根該受光側纖維而形成；於該探針之作為端面而設於與該被測定用基板相對向之側的對向面，分別配置有複數個該照射側纖維之端面及該受光側纖維之端面，於該對向面，複數個配置之該照射側纖維之端面的各者均係於與至少1個該受光側纖維之端面相鄰的狀態下排列成圓弧狀或圓環狀，且複數個配置之該受光側纖維之端面的各者均係於與至少1個該照射側纖維之端面之各者相鄰的狀態下排列成圓弧狀或圓環狀。
2. 如申請專利範圍第1項之膜厚測定裝置，其中，該探針係於在該對向面與該被測定用基板之間未設置有光學零件的狀態下，以該對向面與該被測定用基板中位於形成有該膜之側相反側的非成膜面相對向。
3. 如申請專利範圍第2項之膜厚測定裝置，其中，構成該探針之複數根該照射側纖維及複數根該受光側纖維係形成為端面於該對向面對齊之束狀光纖，該對向面與該成膜面之間的距離為該束狀光纖之直徑的2倍以上。
4. 如申請專利範圍第3項之膜厚測定裝置，其中，該被測定用基板為圓盤 狀或圓環狀之基板。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之膜厚測定裝置，其具有：該照射裝置；直流穩定化電源：其對設置於該照射裝置之光源供給直流電流；該探針；分光器：其具備該受光裝置，輸出與該受光裝置接受由該被測定用基板反射之光時之受光強度對應的類比訊號；放大器：其放大自該分光器輸出之該類比訊號；A/D轉換器：其將藉由該放大器放大之該類比訊號轉換為數位訊號；電子計算機：其基於該數位訊號而運算該光學膜厚；及訊號處理電路：其介於該A/D轉換器與該電子計算機之間，於該電子計算機運算該光學膜厚時用以對該數位訊號執行特定之訊號處理。
6. 一種成膜裝置，其係藉由在真空容器內使蒸鍍材料蒸鍍於基板之表面而在該基板形成膜，其特徵在於具備：蒸發機構：其用以使該蒸鍍材料蒸發；開閉構件：其為了阻斷該蒸發機構蒸發之該蒸鍍材料往該基板表面時的路線而進行開閉動作；控制機構：其控制該開閉構件之開閉；及申請專利範圍第1至5項中任一項之膜厚測定裝置；於該基板及該被測定用基板之兩者被收容於該真空容器內的狀態 下，該蒸發機構使該蒸鍍材料蒸發，以使該蒸鍍材料蒸鍍於該兩者之表面，該膜厚測定裝置測定形成於該被測定用基板之膜的該光學膜厚，該控制機構根據由該膜厚測定裝置所得之該光學膜厚的測定結果來控制該開閉構件之開閉。
7. 如申請專利範圍第6項之成膜裝置，其中，於將多層膜形成於該基板之期間，於該真空容器內配置相同之該被測定用基板，亦將該多層膜形成於該被測定用基板，該膜厚測定裝置係測定形成於該被測定用基板之該多層膜中每一層膜的該光學膜厚。