TWI515407B - A light emitting diode light source device, a film thickness measuring apparatus, and a thin film forming apparatus - Google Patents

Description

發光二極體光源裝置、膜厚測定裝置以及薄膜形成裝置

本發明特別是關於發光二極體光源裝置、包含此光源裝置來作為投光器的膜厚測定裝置、納入此膜厚測定裝置的薄膜形成裝置，其中此發光二極體光源裝置是適用於在 光學薄膜的膜厚測定裝置使用的投光器。

用以對膜厚測定的對象基板照射分布在既定的波長域的光之光源裝置，使用複數個發光二極體(LED)作為其發光源者為已知(專利文獻1)。另外，用於觀察、檢查等的光源裝置，使用複數個發光二極體者亦為已知(專利文獻2)。專利文獻1、2的發光二極體光源裝置均是在複數個發光二極體的下游側，設置分光濾鏡作為光學濾光器。

【先行技術文獻】

【專利文獻】

【專利文獻1】特開2002-81910號公報

【專利文獻2】特開2006-139044號公報

然而，在上述習知的發光二極體光源裝置中，由於僅使用分光濾鏡作為光學濾光器，使來自上述光源裝置的照射光的波長帶變寬。具體而言，其照射光的半高寬(full width at half maximum；FWHM)是寬逾20nm。

而為了提升對光學裝置的控制精度，較好為提升光學薄膜的膜厚精度。為了光學薄膜的高精度膜厚控制，膜厚的測定是不可或缺的，有人發表了用於控制膜厚的膜厚測定裝置。在膜厚測定方面，較好為使用在響應性等方面優 異的光學式膜厚計。另外，在此處所稱膜厚是表示光學薄膜的膜厚，是依存於物理性膜厚與折射率的值。關於這樣的光學膜厚的測定，在使用上述半高寬較寬的照射光時，光量變化量較小，因此難以控制光學膜厚，而會有控制精度不良的情況。

根據本發明的一個面向，是提供可在用於膜厚測定時加大光量變化量的發光二極體光源裝置、提高控制精度的膜厚測定裝置、使用此膜厚測定裝置的薄膜形成裝置。

本案諸位發明人針對適用於光學薄膜的測定、膜厚控制等且用於膜厚測定裝置的發光二極體光源裝置不斷地精心研究的結果，發現：若以可照射控制波長域狹窄、具體而言半高寬為20nm程度以下之窄波長帶的照射光的方式來構成光源裝置，可加大將此光源裝置用於膜厚測定時的光量變化量。另外，亦發現：藉由使用此特定的發光二極體光源裝置而構成膜厚測定裝置，則提高光學膜厚的控制精度。

另外，在下文中，是針對顯示發明的實施形態的圖式賦予對應的元件符號及名稱，但這些符號及名稱的目的僅為使發明容易理解，而非為了限定發明的範圍。

根據本發明，是提供既定結構的發光二極體光源裝置(發光二極體光源投光器30)。此發光二極體光源裝置(發光二極體光源投光器30)具有：複數個發光二極體發光源(發光二極體34~36)；複數個準直工具(準直透鏡342、 352、362)，配置於各發光源的下游側，使來自各發光源的入射光平行化後射出；複數個第一濾光工具(分光濾鏡37、38)，配置於各準直工具的下游側，僅使入射光中的特定波長域以上的光透過及/或反射、或是僅使特定波長域以下的光透過及/或反射而射出；以及一集光工具(集光透鏡39)，配置於下游側的第一濾光工具(分光濾鏡38)的更下游側，將來自各第一濾光工具的入射光集光而射出；其特徵在於：在各準直工具(準直透鏡342、352、362)的下游側、且在各第一濾光工具(分光濾鏡37、38)的上游側，配置有第二濾光工具(干涉濾光器344、354、364)，上述第二濾光工具僅使來自各準直工具的入射光中的特定範圍的波長透過而射出。

根據本發明，是提供既定結構的膜厚測定裝置(光學式膜厚計1)。此膜厚測定裝置(光學式膜厚計1)為光學式的膜厚測定裝置，以來自投光器(投光器3)的光作為出射光(出射光L1)照射在已形成有薄膜的基板(監視基板或實基板S)的上述薄膜面之同時，根據基於此出射光之來自此基板的反射光(反射光L2)的受光資訊，而識別上述薄膜的厚度，其特徵在於：上述投光器是由上述發光二極體光源裝置(發光二極體光源投光器30)構成；以及將來自上述集光工具(集光透鏡39)的出射光(出射光L1)作為來自上述投光器(投光器3)的光而使用。

另外根據本發明，是提供既定結構的薄膜形成裝置(蒸鍍裝置100)。此薄膜形成裝置(蒸鍍裝置100)具有：可旋 轉的圓頂狀的一基板托座(旋轉托座104)，裝設於真空容器(真空容器102)內；一成膜工具(成膜工具106)，在真空容器內與基板托座對向配置；以及一膜厚測定工具，將光照射在固定於基板托座的基板(監視基板或實基板S)而進行沉積於上述基板的薄膜的膜厚測定；其特徵在於：此膜厚測定工具是由上述膜厚測定裝置(光學式膜厚計1)構成。

另外根據本發明，是提供既定結構的薄膜形成裝置(濺鍍裝置200)。此薄膜形成裝置(濺鍍裝置200)具有：可旋轉的大致圓筒狀的一基板托座(旋轉鼓式托座204)，裝設於真空容器(真空容器202)內；一濺鍍工具(濺鍍工具206)，在真空容器內裝設在基板托座的外側；以及一膜厚測定工具，將光照射在固定於基板托座的基板(監視基板或實基板S)而進行沉積於上述基板的薄膜的膜厚測定；其特徵在於：此膜厚測定工具是由上述膜厚測定裝置(光學式膜厚計1)構成。

根據本發明的發光二極體光源裝置，複數個準直工具配置於複數個各發光源的下游側，複數個第一濾光工具僅使入射光中的特定波長域以上或以下的光透過，第二濾光工具僅使來自各準直工具的入射光中的特定範圍的波長透過，由於在上述準直工具的各自的下游側、且在上述第一濾光工具的上游側，配置上述第二濾光工具，可以使來自光源裝置的出射光的波長帶(半高寬)變窄。其結果，將此發光二極體光源裝置使用於膜厚測定裝置的投光器時，可 以加大透光率或反射率的變化量(光量變化量)，而得以提高膜厚的控制精度。

根據本發明相關的膜厚測定裝置，由於是以上述發光二極體裝置構成投光器，可以從投光器將波長帶窄的出射光照射在測定對象的基板的薄膜面，提高膜厚的控制精度。

根據本發明相關的薄膜形成裝置，由於具有上述膜厚測定裝置，在薄膜的成膜時，可提高膜厚的控制精度。

【用以實施發明的最佳形態】

以下，根據圖式來說明上述發明的實施形態。

首先，說明光學式膜厚計1的構成例，此光學式膜厚計是本發明相關的膜厚測定裝置的一例。

如第1圖所示，本例的光學式膜厚計1是反射式的光學式膜厚計，具有投光器3、光纖體5、受光器7作為主要的構成元件。

投光器3是輸出用於測定的出射光(亦稱為「測定光」)L1的裝置，在本例中是以發光二極體光源投光器30(請參考第2圖)構成，其細節會在後文敘述，而發光二極體光源投光器30是本發明相關的發光二極體光源裝置之一例。投光器3是由電源(省略圖示)得到電力的供應，而被夠成為將具有任意波長的測定光L1輸出至後文所述的第一光纖52的一端。

光纖體5是由投光側的第一光纖52與受光側的第二光 纖54構成的雙分歧的束狀光纖(bundle fiber)所構成，而被匯集在不鏽鋼製的雙分歧的可撓管內。第一光纖52的一端連接於投光器3，第二光纖54的一端連接於受光器7。第一光纖52及第二光纖54的兩個另一端52a、54a則被匯集成一束而構成光纖體端部5a，此端部5a是朝向測定對象之監視基板或實基板S(請參考第5、6圖，以下相同)裝設。從光纖體端部5a照射的出射光L1是呈現直徑5~6mm程度的圓形截面。

受光器7是一受光裝置，經由第二光纖54接收基於出射光L1之來自監視基板或實基板S的反射光L2，亦可具備作為光檢測工具的分光器(省略圖示)。藉由分光器，是根據以受光器7接收的反射光L2的受光資訊而進行既定的分析(反射光L2的波長、反射率等的測定等)，根據此分析結果，藉由膜厚計控制用個人電腦(亦稱為「控制裝置」)9來計算出光學薄膜的膜厚、光學特性等。

在本例中，從投光器3輸出出射光L1到由受光器7接收反射光L2的路徑，是如下所述。從投光器3輸出的出射光L1是在第一光纖52中從一端導光至另一端52a的方向，從光纖體端部5a向監視基板或實基板S照射。照射在監視基板或實基板S的出射光L1，是在監視基板或實基板S的表面受到反射而成為反射光L2，此反射光L2到達光纖體端部5a。然後，僅有來自監視基板或實基板S的測定光(反射光L2)是從受光側的光纖54的另一端54a導光至一端的方向，而被導引至受光器7。

作為監視基板S或或成膜對象之實基板S者，可適用以玻璃等的材料形成的構件。在本例中，是使用板狀的構件作為監視基板或實基板S，但其形狀被非限定為如此的板狀構件，另外亦可以是可在表面形成薄膜的其他形狀，例如透鏡狀、圓筒狀、圓環狀此類的形狀。在此處，玻璃材料指的是以二氧化矽(SiO₂)形成的材料，具體上可舉出石英玻璃、鈉鈣玻璃、硼矽酸玻璃等。

另外，監視基板或實基板S的材料不限於玻璃，亦可以是塑膠樹脂等。作為塑膠樹脂之例者，可列舉出選自例如聚碳酸酯(polycarbonate)、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate；PET)、聚對苯二甲酸二丁酯(polybutylene terephthalate；PBT)、丙烯腈(acrylonitrile)-丁二烯(butadiene)-苯乙烯(styrene)共聚物、尼龍(nylon)、聚碳酸酯-聚對苯二甲酸乙二酯共聚物、聚碳酸酯-聚對苯二甲酸二丁酯共聚物、丙烯酸酯(acrylics)、聚苯乙烯、聚丙烯(polypropylene；PP)所組成之族群的樹脂材料、或是這些材料與玻璃纖維及/或碳纖的混合物等。

如第2圖所示，本例的發光二極體光源投光器30具有框體32。在框體32內，複數個發光源、複數個準直工具、複數個第二濾光工具、複數個第一濾光工具、集光工具是分別固定配置在既定位置，其中複數個準直工具是將來自各光源而具有某種程度發散的出射光分別平行化後射出，複數個第二濾光工具是僅使來自各準直工具的入射光(透 過光)中的特定範圍的波長透過而射出，複數個第一濾光工具是使來自各第二濾光工具的出射光(透過光)中的特定波長域以上的光透過、或是使特定波長域以下的光透過而射出，集光工具是將來自下游側的第一濾光工具的出射光(含透過光與反射光二者)集光並射出。

在框體32是連接第一光纖52(請亦參考第1圖)的一端，在此一端是接收來自集光工具的出射光L1(請參考第1圖)的輸出。另外，在框體32內之作為集光工具的集光透鏡(後文敘述)的下游側，亦可具備斷續器機構(省略圖示)。此情況的斷續器機構可由例如作為驅動源的步進馬達、旋轉式的遮蔽板、位置檢測器等構成。遮蔽板是由例如遮蔽部、缺口部構成，遮蔽部是遮蔽來自集光透鏡的出射光，缺口部是使此出射光通過至第一光纖52側，藉由遮蔽板的旋轉，可構成為將週期性的脈衝狀的光束送出至第一光纖52側。步進馬達可以以例如接受來自控制裝置9(請參考第1圖)的控制信號而使遮蔽板以既定轉速旋轉的方式來構成。

在本例中，是使用輸出波長的特性不同的三個發光二極體(LED)34~36，作為複數個發光源。特別是，較好為使用有數百mA以上的電流流動的功率發光二極體。此功率發光二極體與砲彈型發光二極體比較，在光量與熱穩定性等方面較有利。另外，在本發明將發光源的個數設為「複數個」，是為了排除僅使用一個發光二極體之情況，當然不是以限制在本例的三個為目的。

在本例中，是例示以下情況：使用紅色發光用的功率發光二極體(R-發光二極體)作為第一發光二極體34、使用綠色發光用的功率發光二極體(G-發光二極體)作為第二發光二極體35、使用藍色發光用的功率發光二極體(B-發光二極體)作為第三發光二極體36。

在本例中，用於第一發光二極體34的光源所具有的輸出波長特性是輸出功率的峰值出現在620~640nm(較好為630nm)附近；用於第二發光二極體35的光源所具有的輸出波長特性是輸出功率的峰值出現在510~530nm(較好為520nm)附近；用於第三發光二極體36的光源所具有的輸出波長特性是輸出功率的峰值出現在440~460nm(較好為450nm)附近。但是在本發明，作為發光源的發光二極體，除了上述單色發光二極體外，亦可將發光二極體34~36的至少一個置換為白色發光用的功率發光二極體(W-發光二極體)。作為W-發光二極體者，例示有例如對發光二極體晶片施以添加螢光塗料的樹脂模封者。可用於此類的W-發光二極體的光源所具有的輸出波長特性是分布在約420~700nm的波長域、且在470nm附近出現第一峰值、在560nm附近出現第二峰值。

作為複數個準直工具者，列舉有準直透鏡(平凸透鏡、消色透鏡(achromatic lens))342、352、362。

作為複數個第一濾光工具者，列舉有分光濾鏡(dichroic filter)(長通濾光器(long pass filter)或短通濾光器(short pass filter))37、38等。第一分光濾鏡 37是使用具備對於520nm以前的光的透光率近似於0、且對於600nm以後的波長域的光的透光率近似於100之透過特性的物質。配置在第一分光濾鏡37的下游側的第二分光濾鏡38是使用具備對於450nm以前的光的透光率近似於0、且對於600nm以後的波長域的光的透光率近似於100之透過特性的物質。

作為集光工具者，列舉有集光透鏡39等。

在本例中，作為R-發光二極體的第一發光二極體34，是以光軸與集光透鏡39的透鏡中心一致的狀態，設置在框體32內以既定距離與集光透鏡39分離的位置。在此第一發光二極體34與集光透鏡39之間，將分光濾鏡37、38以鏡面分別對該第一發光二極體34的光軸傾斜45度的狀態，隔著既定間隔而配置。相對於此，作為G-發光二極體的第二發光二極體35、與作為B-發光二極體的第三發光二極體36之兩發光二極體35、36，是以使光軸一致的狀態下設置而使其光軸分別對分光濾鏡37、38的鏡面具有45度的角度、且與第一發光二極體34的光軸直交。

第一分光濾鏡37是設置在第一發光二極體34與第二發光二極體35的兩光軸交叉的位置。第二分光濾鏡38是設置在第一發光二極體34與第三發光二極體36的兩光軸交叉的位置。

作為複數個第二濾光工具者，列舉有干涉濾光器(BPF)344、354、364。另外，亦可使用色散元件來取代上述BPF(帶通濾光器；band pass filter)。在本例中，其 特徵在於：在各準直工具的下游側、且在各第一濾光工具的上游側，配置有這樣的第二濾光工具。特別是較好為構成第二濾光工具，而使其具有以下的光輸出的頻譜分布：往下游側的第一濾光工具的出射光為20nm以下(較好15nm程度以下)的半高寬。

如此，可從集光透鏡39射出波長帶窄的出射光L1，而可對憑藉膜厚計1的光學膜厚的控制精度的提升有貢獻。

在本發明中，半高寬是指在光輸出的頻譜分布中，在相對輻射強度為峰值的50%之波長幅度。另外，在頻譜線的輪廓中，其極大值的二分之一強度的二點間隔稱為半高全寬(full width at half maximum；FWHM)，其一半稱為半高半寬(half width at half maximum；HWHM)，本發明的半高寬是意指前者。

將來自半高寬較寬的第二濾光工具的出射光用於光學膜厚的測定時，反射率的變化量(在本例之光量變化量)會變小。若光量變化量小，控制光學膜厚時的控制精度會降低。相對於此，將出射光的半高寬調整為狹窄至20nm以下的範圍，可以增大膜厚控制時的光量變化量，最終可提升控制精度。

在本例中，對應於第一發光二極體34的第一干涉濾光器344是使用具備對於620~640nm(較好為630nm)附近的光的透光率近似於100、且對於上述以外的波長域的光的透光率近似於0之透過特性的物質。對應於第二發光二極體 35的第二干涉濾光器354是使用具備對於510~530nm(較好為520nm)附近的光的透光率近似於100、且對於上述以外的波長域的光的透光率近似於0之透過特性的物質。對應於第三發光二極體36的第三干涉濾光器364是使用具備對於440~460nm(較好為450nm)附近的光的透光率近似於100、且對於上述以外的波長域的光的透光率近似於0之透過特性的物質。作為發光源者，將上述單色發光二極體(發光二極體34~36)的至少一個置換為W-發光二極體時，以符合此置換的W-發光二極體所持輸出特性、與在上述單色發光二極體的情況的相同要點來構成干涉濾光器，作為對應於此置換的W-發光二極體的干涉濾光器。

第3圖是一光譜分布圖，顯示在本例使用之來自干涉濾光器344、354、364的出射光的透光特性、與配置於干涉濾光器344、354、364的下游側的分光濾鏡37、38的出射光的透光特性。

在本例中，無論如何如第3圖所示，無論是單色發光二極體、白色發光二極體，在第一發光二極體34的位置的來自發光二極體的出射光之中通過第一干涉濾光器344的出射光，均具備以下的透光特性：對於620~640nm(較好為630nm)附近的光的透光率近似於100、且對於上述以外的波長域的光的透光率近似於0。而且上述出射光是依序穿透分光濾鏡37、38，而被導引至集光透鏡39。

關於在第二發光二極體35的位置的來自發光二極體的出射光之中通過第二干涉濾光器354的出射光，均具備 以下的透光特性：對於510~530nm(較好為520nm)附近的光的透光率近似於100、且對於上述以外的波長域的光的透光率近似於0。一方面上述出射光是在分光濾鏡37反射，而穿透接下來的分光濾鏡38，而被導引至集光透鏡39。

關於在第三發光二極體36的位置的來自發光二極體的出射光之中通過第三干涉濾光器364的出射光，均具備以下的透光特性：對於440~460nm(較好為450nm)附近的光的透光率近似於100、且對於上述以外的波長域的光的透光率近似於0。上述出射光是在分光濾鏡38反射，而被導引至集光透鏡39。

另外，穿透各分光濾鏡37、38或被其反射而被導引至集光透鏡39以外的方向的光，則被光吸收體(省略圖示)吸收。

回到第2圖。在本例的各發光二極體34~36，是分別納入用以個別控制輸出功率的驅動電路346、356、366，較好為依照來自控制裝置9(亦參考第1圖)的指令來實行各電路346、356、366的控制。控制裝置9是藉由個別控制此電路346、356、366，而可以個別調整來自各發光二極體34~36的輸出等級。藉此，在各發光二極體34~36流動的電流值為可變，而可以使來自各發光二極體34~36的各波長的出射光的相對感度(強度)一致。

第4圖是顯示使用第2圖的發光二極體光源投光器30而對各發光二極體34~36施加同一電力時、與對發光二極體34~36施加已調整之不同電力時，透過各干涉濾光器 344、354、364與各分光濾鏡37、38之來自各發光二極體34~36的出射光的強度特性。

如第4圖所示，在使各波長的出射光的相對感度一致(在第4圖中，使來自全部的發光二極體34~36的輸出感度一致而為100)之下，我們認為理應：由於在實際的膜厚控制時進行增益調整(gain adjustment)、且此調整是成為大致相同，電性雜訊亦成為大致相同水平，在最終提升膜厚的控制精度。另外在第4圖中，經由各電路346、356、366的電力調整比為：第一發光二極體34：第二發光二極體35：第三發光二極體36=1：3：5.1。

相對於此，在未使來自各發光二極體34~36的各波長的出射光的相對感度一致時，例如實際光量的水平，來自第一發光二極體34的出射光為18%、來自第二發光二極體35的出射光為28%、來自第三發光二極體36的出射光為80%時，將其在膜厚控制時分別作為90%利用時，膜厚調整時的增益調整的程度各自不同，其結果，發生的電性雜訊的水平會不同。在此例之情況，在來自第一發光二極體34的出射光的增益調整程度大，在此處容易產生雜訊。在產生這樣的雜訊之下，膜厚的控制精度變差。

如以上說明，本例的發光二極體光源投光器30，是在配置於複數個各發光二極體34~36的下游側之複數個準直透鏡342、352、362的各自的下游側、且在複數個分光濾鏡37、38的上游側，配置干涉濾光器344、354、364，可以僅讓來自各準直透鏡342、352、362的入射光中的特定 範圍的波長、具體而言為半寬高20nm以下的出射光穿透，而入射至集光透鏡39。其結果，使用含投光器30的膜厚計1來進行膜厚控制時，可以加大光量變化量，而可以提高膜厚的控制精度。

接下來說明本例的光學式膜厚計1之安裝至薄膜形成裝置的例子。

如第5圖所示，作為薄膜形成裝置之一例的蒸鍍裝置100，是具有旋轉托座104與成膜工具106，旋轉托座104是裝設在真空容器102內，成膜工具106是與此旋轉托座104對向而設於下方側。

真空容器102是如同一般在已知的薄膜形成裝置使用之不鏽鋼製、大略直方體形狀的中空體。

旋轉托座104是形成為大致圓頂狀，將旋轉軸朝向上下方向而配置在真空容器102內，而具有作為基板固定工具的功能。在旋轉托座104的基板固定面設有既定尺寸的開口部(省略圖示)，在成膜之時，在此處經由安裝治具(省略圖示)安裝、固定監視基板或實基板S。

成膜工具106是設置在與真空容器102的下方側的旋轉托座104對向的位置，例如由置入在坩堝的蒸鍍物質、與用來加熱蒸鍍物質的電子束源、電阻加熱源或高頻線圈等所構成。另外，亦可使用以靶材、電極與電源構成的濺鍍源，作為成膜工具106。

在本例中，在真空容器102的上側面部分，插入來自光學式膜厚計1的光纖體5。另外，圖中的符號「108」是 表示設於真空容器102的上側面的真空密封部。

從投光器3輸出的出射光L1是在第一光纖52中導光，從光纖體5的端部5a向監視基板或實基板S照射。照射在監視基板或實基板S的出射光L1是被監視基板或實基板S反射而成為反射光L2，此反射光L2從光纖體5的端部5a而在第二光纖54中導光，而往受光器7導引。

如第6圖所示，作為薄膜形成裝置之一例的濺鍍裝置200是進行磁控濺鍍的裝置，具有真空容器202、作為基板托座的旋轉鼓式托座204、濺鍍工具206、濺鍍氣體供應工具(省略圖示)，旋轉鼓式托座204是安裝監視基板或實基板S，濺鍍工具206是與旋轉鼓式托座204的外側對向設置。

真空容器202是與上述第5圖的真空容器102同樣，是如同一般在已知的薄膜形成裝置使用之不鏽鋼製、大略直方體形狀的中空體。

旋轉鼓式托座204是形成為大致圓筒狀，將旋轉軸朝向真空容器202上下方向而配置。旋轉鼓式托座204是具有作為監視基板或實基板S的固定工具的功能，監視基板或實基板S是經由基板托座(省略圖示)等，排列、安裝在此旋轉鼓式托座204的外圈面。另外，亦可將托座204形成為中空角柱狀。

濺鍍工具206是藉由一對的靶材、固定靶材的一對磁控濺鍍電極、電源裝置(均省略圖示)所構成。靶材的形狀為平板狀，並設置為使靶材的長邊方向與旋轉鼓式托座204 的旋轉軸線平行。

在濺鍍工具206的周邊，是設有濺鍍氣體供應工具(省略圖示)來供應氬等的濺鍍氣體。在靶材的周邊成為非活性氣體氣氛的狀態下，一旦從電源對磁控濺鍍電極施加交流電壓，靶材周邊的濺鍍氣體的一部分會釋出電子而離子化。此離子受到加速，而撞擊在靶材，將靶材的表面的原子、粒子(靶材為鈮之時為鈮原子、鈮粒子等)敲出。此鈮原子、鈮粒子等為薄膜的原料之膜原料物質(蒸鍍物質)，附著於監視基板或實基板S的表面而形成薄膜。

在濺鍍裝置200中，一旦旋轉鼓式托座204旋轉，固定於旋轉鼓式托座204的外圈面的實基板、監視基板或實基板S會公轉，而在面向濺鍍工具206的二個位置反覆移動。然後，如此在監視基板或實基板S及實基板的公轉下，依序反覆進行在濺鍍工具206的濺鍍處理，而在監視基板或實基板S及實基板的各表面形成薄膜。

另外，在濺鍍裝置200安裝電漿產生工具(省略圖示)，亦可以成為可在薄膜形成的同時、或是在形成薄膜之前(前處理)、或是在形成薄膜之後(後處理)進行電漿處理的結構。另外，亦可成為使用其他成膜工具來取代濺鍍工具206的結構。

在本例中，在真空容器202的橫側面部分，插入來自光學式膜厚計1的光纖體5。另外，圖中的符號「208」是表示設於真空容器202的橫側面的真空密封部。

從投光器3輸出的出射光L1是在第一光纖52中導 光，從光纖體5的端部5a向監視基板或實基板S照射。照射在監視基板或實基板S的出射光L1是被監視基板或實基板S反射而成為反射光L2，此反射光L2從光纖體5的端部5a而在第二光纖54中導光，而往受光器7導引。

如上所述，藉由對上述裝置100、200安裝光學式膜厚計1，即使在成膜中亦可測定安裝於托座104、204的監視基板或實基板S的膜厚等的光學特性。

另外，在上述的例子中，是例示使用第1圖所示的反射式的光學式膜厚計來作為光學式膜厚計之情況，但是亦可以以第7圖所示結構的透光式來取代第1圖的反射式。在第7圖是顯示在蒸鍍裝置100a安裝透光式的光學式膜厚計的情況。如第7圖所示，作為其他例的光學式膜厚計1a是透光式的光學式膜厚計，具備投光器3、投光側的第一光纖52、受光側的第二光纖54、受光器7作為主要的構成元件。

投光器3是與上述同樣，以發光二極體光源投光器30(請參考第2圖)來構成。此構成是如上所述。

第一光纖52的一端連接於投光器3，第二光纖54的一端連接於受光器7。第一光纖52的另一端52a是朝向測定對象之監視基板或實基板S(請參考第5、6圖，以下相同)而裝設。藉此，可朝向監視基板或實基板S照射出射光L1。第二光纖54的另一端54a是裝設為可接收穿透監視基板或實基板S的透過光L3。

受光器7是一受光裝置，經由第二光纖54接收基於出 射光L1之來自監視基板或實基板S的透過光L3，亦可具備作為光檢測工具的分光器(省略圖示)。藉由分光器，是根據以受光器7接收的透過光L3的受光資訊而進行既定的分析(透過光L3的波長、反射率等的測定等)，根據此分析結果，藉由膜厚計控制用個人電腦(亦稱為「控制裝置」)9來計算出光學薄膜的膜厚、光學特性等。

在本例中，從投光器3輸出出射光L1到由受光器7接收透過光L3的路徑，是如下所述。從投光器3輸出的出射光L1是在第一光纖52中從一端導光至另一端52a的方向，從此另一端52a向監視基板或實基板S照射。照射在監視基板或實基板S的出射光L1，是穿透監視基板或實基板S而成為透過光L3，此透過光L3是從受光側的光纖54的另一端54a導光至一端的方向，而被導引至受光器7。

另外，如第8圖所示，亦可對作為薄膜形成裝置之一例的蒸鍍裝置100b，安裝第1圖所示的反射式的光學式膜厚計1、第7圖的透光式的光學式膜厚計1a二者。另外，在此例的光學式膜厚計1a中，是例示經由以使鏡面傾斜45度狀態配置的反射鏡，使從投光器3輸出的出射光L1向監視基板或實基板S照射之情況。如此，對於一片監視基板或實基板S，藉由使用透光與反射二種的光學式膜厚計1、1a，可以更進一步地提升薄膜成膜之時的膜厚的控制精度。

【實施例】 [實施例1]

準備含第2圖的發光二極體光源投光器30之光學式膜厚計1，僅使投光器30的驅動電路356動作而點亮第二發光二極體35，將來自此第二發光二極體35的入射光依序穿透第二準直透鏡352、第二干涉濾光器354、分光濾鏡37、38、集光透鏡39，而獲得出射光。使用此出射光，以光學式膜厚計1的受光器7檢測接收光量。

另外，使用白色發光二極體(W-發光二極體)作為投光器30的第二發光二極體35，另外使用具備對520nm附近的光的透光率為95%、對上述以外的波長域的光的透光率近似於0之透光特性者作為第二干涉濾光器354。此干涉濾光器的半高全寬(FWHM)為10nm。

使用第5圖所示蒸鍍裝置100進行膜厚控制的驗證。驗證條件如下所示。

‧薄膜組成：TiO₂；‧薄膜的折射率：2.5095(520nm)；‧目標物理膜厚：73.7nm；‧開始光量：15%。

其結果，得到以下的結果。另外，「峰值光量」是意指在監視基板上的光學性膜厚為λ/4之處的光量，「停止光量」是意指成膜終了時的光量，「膜厚誤差」是意指對比於目標膜厚之實際的物理膜厚的比例。

‧峰值光量：71.6%；‧停止光量：55.24%；‧獲得的物理膜厚：73.7nm； ‧膜厚誤差：0%。

另外在本例中，是獲得如同目標物理膜厚的73.7nm。

[實施例2]

不設置第二干涉濾光器354，還有使用作為第二發光二極體35的綠光發光二極體(G-發光二極體。輸出光的頻譜的半高全寬為50nm)，除上述之外以與實施例1相同條件獲得出射光，使用此出射光，以光學式膜厚計1的受光器7檢測接收光量。

以與實施例1同樣的手法、條件進行膜厚控制的驗證。其結果，得到以下的結果。

‧峰值光量：71.33%；‧停止光量：55.24%；‧獲得的物理膜厚：73.25nm；‧膜厚誤差：0.61%。

另外在本例中，是獲得薄於目標物理膜厚的73.25nm。

[實施例3]

準備含第2圖的發光二極體光源投光器30之光學式膜厚計1，僅使投光器30的驅動電路366動作而點亮第三發光二極體36，將來自此第三發光二極體36的入射光依序穿透第二準直透鏡362、第二干涉濾光器364、分光濾鏡38、集光透鏡39，而獲得出射光。使用此出射光，以光學式膜厚計1的受光器7檢測接收光量。

另外，使用白色發光二極體(W-發光二極體)作為投光器30的第三發光二極體36，另外使用具備對520nm附近 的光的透光率為95%、對上述以外的波長域的光的透光率近似於0之透光特性者作為第二干涉濾光器364。此干涉濾光器的半高全寬(FWHM)為10nm。

使用第5圖所示蒸鍍裝置100進行膜厚控制的驗證。驗證條件如下所示。

‧薄膜組成：TiO₂；‧薄膜的折射率：2.605(450nm)；‧目標物理膜厚：36.53nm；‧開始光量：15%。

其結果，得到以下的結果。另外，「無峰值光量」是由於監視基板上的光學性膜厚未達λ/4。

‧峰值光量：無；‧停止光量：72.94%；‧獲得的物理膜厚：36.53nm；‧膜厚誤差：0%。

另外在本例中，是獲得如同目標物理膜厚的36.53nm。

[實施例4]

不設置第二干涉濾光器364，還有使用作為第三發光二極體36的藍光發光二極體(B-發光二極體。輸出光的頻譜的半高全寬為50nm)，除上述之外以與實施例3相同條件獲得出射光，使用此出射光，以光學式膜厚計1的受光器7檢測接收光量。

以與實施例3同樣的手法、條件進行膜厚控制的驗證。其結果，得到以下的結果。

‧峰值光量：無；‧停止光量：72.94%；‧獲得的物理膜厚：37.0nm；‧膜厚誤差：1.29%。

另外在本例中，是獲得厚於目標物理膜厚的37.0nm。

[探討]

在實施例1、3中，可確認作為目的的薄膜(目標物理膜厚)是理想地成膜，使折射率、膜厚都如同設計值(與理論值幾乎一致)。這顯示對100%光量的變化量大，也就是可以提升膜厚測定的控制精度。相對於此，實施例2、4中，確認膜厚誤差大(實施例2：-0.61%、實施例4：1.29%)，而無法形成如同設計值的薄膜。這顯示對100%光量的變化量小，也就是膜厚測定的控制精度變差。一旦控制精度變差，隨著監視膜的層數的增加，測定膜厚的誤差有進一步增加的傾向，而無法將已成膜的層積膜用來作為光學薄膜。藉由以上敘述，可確認本發明之一例的實施例1、3的意義。

1‧‧‧光學式膜厚計

1a‧‧‧光學式膜厚計

3‧‧‧投光器

5‧‧‧光纖體

5a‧‧‧光纖體端部

7‧‧‧受光器

9‧‧‧膜厚計控制用個人電腦(控制裝置)

30‧‧‧發光二極體光源投光器

32‧‧‧框體

34‧‧‧(第一)發光二極體

35‧‧‧(第二)發光二極體

36‧‧‧(第三)發光二極體

37‧‧‧(第一)分光濾鏡

38‧‧‧(第二)分光濾鏡

39‧‧‧集光透鏡

52‧‧‧第一光纖

52a‧‧‧另一端

54‧‧‧第二光纖

54a‧‧‧另一端

100‧‧‧蒸鍍裝置

100a‧‧‧蒸鍍裝置

100b‧‧‧蒸鍍裝置

102‧‧‧真空容器

104‧‧‧旋轉托座

106‧‧‧成膜工具

108‧‧‧真空密封部

200‧‧‧濺鍍裝置

202‧‧‧真空容器

204‧‧‧旋轉鼓式托座

206‧‧‧濺鍍工具

208‧‧‧真空密封部

342‧‧‧準直透鏡

344‧‧‧干涉濾光器

346‧‧‧驅動電路

352‧‧‧準直透鏡

354‧‧‧干涉濾光器

356‧‧‧驅動電路

362‧‧‧準直透鏡

364‧‧‧干涉濾光器

366‧‧‧驅動電路

L1‧‧‧出射光(測定光)

L2‧‧‧反射光

L3‧‧‧透過光

S‧‧‧監視基板或實基板

第1圖是顯示本發明相關的膜厚測定裝置之一例的光學式膜厚計的系統構成圖。

第2圖是顯示本發明相關的發光二極體光源裝置之一例的發光二極體光源投光器的系統構成圖。

第3圖是一光譜分布圖，顯示使用第2圖的發光二極 體光源投光器之來自各干涉濾光器的出射光的透光特性、與配置於各干涉濾光器的下游側的分光濾鏡的出射光的透光特性。

第4圖是顯示使用第2圖的發光二極體光源投光器而對各發光二極體施加同一電力時、與對各發光二極體施加已調整之不同電力時，透過各干涉濾光器與各分光濾鏡之來自發光二極體的出射光的強度特性。

第5圖是顯示正面觀察具有圓頂式托座的濺鍍裝置時的概略結構說明圖，此濺鍍裝置是本發明相關的薄膜形成裝置的一例。

第6圖是顯示平面觀察具有旋轉鼓式托座的蒸鍍裝置時的概略結構說明圖，此蒸鍍裝置是本發明相關的薄膜形成裝置的一例。

第7圖是顯示本發明相關的膜厚測定裝置的其他例子之光學式膜厚計的系統結構圖。

第8圖是顯示對於第5圖所示的蒸鍍裝置納入第1圖的反射式膜厚計與第7圖的透過式膜厚計之二者時的概念圖。

9‧‧‧膜厚計控制用個人電腦(控制裝置)

30‧‧‧發光二極體光源投光器

32‧‧‧框體

34‧‧‧(第一)發光二極體

35‧‧‧(第二)發光二極體

36‧‧‧(第三)發光二極體

37‧‧‧(第一)分光濾鏡

38‧‧‧(第二)分光濾鏡

39‧‧‧集光透鏡

52‧‧‧第一光纖

342‧‧‧準直透鏡

344‧‧‧干涉濾光器

346‧‧‧驅動電路

352‧‧‧準直透鏡

354‧‧‧干涉濾光器

356‧‧‧驅動電路

362‧‧‧準直透鏡

364‧‧‧干涉濾光器

366‧‧‧驅動電路

Claims (6)

1. 一種發光二極體光源裝置，用於光學式的膜厚測定裝置的投光器，上述光學式的膜厚測定裝置具有：上述投光器，對於成膜中的基板，將出射光照射於上述基板的薄膜形成面；以及識別工具，根據基於從該投光器照射的出射光之來自上述基板的透過光或反射光的受光資訊，而識別當時形成於上述基板的薄膜的厚度；上述發光二極體光源裝置具有：複數個發光二極體發光源，各自以驅動電流為數百mA以上且具有在帶寬為20nm以內的範圍出現輸出功率的峰值的輸出波長特性之功率發光二極體構成；複數個準直工具，配置於各發光源的下游側，使來自各發光源的入射光平行化後射出；複數個第一濾光工具，配置於各準直工具的下游側，僅使入射光中的特定波長域以上的光透過及/或反射、或是僅使特定波長域以下的光透過及/或反射而射出；以及一集光工具，配置於下游側的第一濾光工具的更下游側，將來自各第一濾光工具的入射光集光而射出；其特徵在於：在各準直工具的下游側、且在各第一濾光工具的上游側，配置有第二濾光工具，上述第二濾光工具僅使來自各準直工具的入射光中的特定範圍的波長透過而射出，該第二濾光工具是被構成為向各第一濾光工具的出射光所具有 的光輸出的頻譜分布為20nm以下的半高寬(full width at half maximum；FWHM)，而將半高寬為20nm以下的窄波長帶的照射光作為來自上述投光器的出射光而從集光工具射出。
2. 一種發光二極體光源裝置，用於光學式的膜厚測定裝置的投光器，上述光學式的膜厚測定裝置具有：上述投光器，對於成膜中的基板，將出射光照射於上述基板的薄膜形成面；以及識別工具，根據基於從該投光器照射的出射光之來自上述基板的透過光或反射光的受光資訊，而識別當時形成於上述基板的薄膜的厚度；上述發光二極體光源裝置具有：第一發光二極體、第二發光二極體及第三發光二極體作為發光源，上述發光源是各自以驅動電流為數百mA以上且具有在帶寬為20nm以內的範圍出現輸出功率的峰值的輸出波長特性之功率發光二極體構成；作為準直工具的三個準直透鏡，配置在各發光源的下游側，使來自各發光源的入射光分別平行化後射出；作為第一濾光工具的第一分光濾鏡(dichroic filter)及第二分光濾鏡，該第一分光濾鏡是配置在各準直工具的下游側並僅使入射光中的特定波長域以上的光透過及/或反射，該第二分光濾鏡配置在比該第一分光濾鏡還下游側；作為集光工具的集光透鏡，配置於該第二分光濾鏡的下游側，將來自該第二分光濾鏡的入射光集光而射出；其 特徵在於：該第一發光二極體是以光軸與該集光透鏡的透鏡中心一致的狀態，設置在以既定距離與該集光透鏡分離的位置之同時，在該第一發光二極體與該集光透鏡之間，將兩分光濾鏡以鏡面分別對該第一發光二極體的光軸傾斜45度的狀態，隔著既定間隔而配置；該第二發光二極體與該第三發光二極體是以使光軸一致的狀態下設置而使其光軸分別對兩分光濾鏡的鏡面具有45度的角度、且與該第一發光二極體的光軸直交之同時，該第一分光濾鏡是設置在該第一發光二極體與該第二發光二極體的兩光軸交叉的位置，該第二分光濾鏡是設置在該第一發光二極體與該第三發光二極體的兩光軸交叉的位置；在各準直透鏡的下游側、且各分光濾鏡的上游側，配置有作為第二濾光工具的第一干涉濾光器、第二干涉濾光器、第三干涉濾光器，上述第二濾光工具僅使來自各準直透鏡的入射光中的特定範圍的波長透過而射出，該各干涉濾光器是被構成為向兩分光濾鏡的出射光所具有的光輸出的頻譜分布為20nm以下的半高寬，而將半高寬為20nm以下的窄波長帶的照射光作為來自上述投光器的出射光而從集光透鏡射出。
3. 一種膜厚測定裝置，其為光學式的膜厚測定裝置，具有：投光器，對於成膜中的基板，將出射光照射於上述基 板的薄膜形成面；以及識別工具，根據基於從該投光器照射的出射光之來自該基板的透過光或反射光的受光資訊，而識別當時形成於上述基板的薄膜的厚度，其中：該投光器是由申請專利範圍第1或2項記載之發光二極體光源裝置構成；以及將來自該發光二極體光源裝置的該集光工具的出射光作為從該投光器照射的出射光而使用。
4. 一種薄膜形成裝置，具有：可旋轉的圓頂狀的一基板托座，裝設於真空容器內；一成膜工具，在該真空容器內與該基板托座對向配置；以及一膜厚測定工具，在固定基板的狀態使該基板托座作動的同時，在對該基板的表面成膜的過程中作動，上述成膜是使上述成膜工具作動而造成；其特徵在於：該膜厚測定工具是由申請專利範圍第3項記載之膜厚測定裝置構成；以及來自固定於旋轉中的該基板托座的該基板之透過光或反射光達到與目標膜厚具有關連的既定光量時，停止上述成膜工具的作動，上述透過光或反射光是基於從該膜厚測定裝置的投光器照射的出射光。
5. 一種薄膜形成裝置，具有：可旋轉的大致圓筒狀的一基板托座，裝設於真空容器內； 一濺鍍工具，裝設在該真空容器內且在該基板托座的外側；以及一膜厚測定工具，在固定基板的狀態使該基板托座作動的同時，在對該基板的表面成膜的過程中作動，上述成膜是使上述濺鍍工具作動而造成；其特徵在於：該膜厚測定工具是由申請專利範圍第3項記載之膜厚測定裝置構成；以及來自固定於旋轉中的該基板托座的該基板之透過光或反射光達到與目標膜厚具有關連的既定光量時，停止上述濺鍍工具的作動，上述透過光或反射光是基於從該膜厚測定裝置的投光器照射的出射光。
6. 如申請專利範圍第4或5項所述之薄膜形成裝置，其中使用透光式與反射式的二種類的膜厚測定裝置作為上述膜厚測定工具，上述二種類的膜厚測定裝置均是由申請專利範圍第3項記載之膜厚測定裝置構成。