(57)【要約】  モニタ基板を用いずに、製品の膜厚をリアルタイムに直接測定し、高精度で測定する光学式膜厚計測装置を提供する。  光学式膜厚計測装置は、投光部と、受光部と、測定光を基体へ反射する複数の基体保持手段内の内部ビームスプリッタと、複数の内部ビームスプリッタのうち最も近い内部ビームスプリッタからの測定光を全反射する内部光反射部材と、複数の内部ビームスプリッタからの測定光を受光部へ向けて反射する複数の外部ビームスプリッタと、光反射部材からの測定光を受光部へ向けて反射する外部光反射部材を備えている。内部ビームスプリッタ及び内部光反射部材により反射された測定光を、基体を透過させた後で、外部ビームスプリッタ及び外部光反射部材で反射させて受光部へ導き、測定光を受光する。
2013121546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転型の基体保持手段を備えた光学薄膜形成装置の光学式膜厚計測装置であって、
前記回転型の基体保持手段の回転軸線の一方の側から前記基体保持手段の内部に向けて測定光を投光する投光部と、
該投光部からの測定光を受光する受光部と、
前記基体保持手段の内部に設けられると共に、前記投光部から投光された前記測定光を基体へ反射する複数の内部ビームスプリッタと、
前記基体保持手段の内部に設けられると共に、前記複数の内部ビームスプリッタのうち最も近い内部ビームスプリッタからの測定光を全反射する内部光反射部材と、
前記基体保持手段の外側に設けられると共に、前記複数の内部ビームスプリッタからの測定光を前記受光部へ向けて反射する複数の外部ビームスプリッタと、
前記基体保持手段の外側に設けられると共に、前記光反射部材からの測定光を前記受光部へ向けて反射する外部光反射部材と、を備え、
前記複数の内部ビームスプリッタ及び前記内部光反射部材により反射された測定光を、前記基体に透過させた後で、前記複数の外部ビームスプリッタ及び前記外部光反射部材で反射させて前記受光部へ導き、測定光を受光することを特徴とする光学式膜厚計測装置。
【請求項２】
前記基体保持手段の回転軸線は、前記基体保持手段の中心を構成する中空状の回転軸体内に位置し、前記内部ビームスプリッタ及び前記内部光反射部材は、前記回転軸体内に配置され、前記回転軸体の壁面は、前記反射された測定光を通過可能に構成されていることを特徴とする請求項１記載の光学式膜厚計測装置。
【請求項３】
前記内部ビームスプリッタ及び前記内部光反射部材によって、反射される測定光は、略等しい光量であることを特徴とする請求項１又は２記載の光学式膜厚計測装置。
【請求項４】
前記受光部で受光された前記測定光に基づいて前記基体に形成される薄膜の膜厚を演算する膜厚演算部を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学式膜厚計測装置。
【請求項５】
前記複数の外部ビームスプリッタ及び前記外部光反射部材は、中空の筐体で覆われ、該筐体の測定光が入射する部分は、測定光を通過可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学式膜厚計測装置。
【請求項６】
前記複数の外部ビームスプリッタ及び前記外部光反射部材の間には、シャッタ装置が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学式膜厚計測装置。
【請求項７】
前記投光部と前記受光部は、前記光学薄膜形成装置の同じ方向または同じ面の位置に設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学式膜厚計測装置。
【請求項８】
前記投光部と前記受光部は、前記光学薄膜形成装置の反対側の方向または反対側の面の位置に設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学式膜厚計測装置。
【請求項９】
真空容器内に配置された基体を保持した状態で回転軸線を中心に回転可能な基体保持手段と、
前記真空容器に薄膜を形成する膜原料物質を供給する膜原料物質供給手段と、
前記基体に薄膜を形成する成膜プロセス領域と、を備えた薄膜を形成する回転型の薄膜形成装置であって、
前記請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光学式膜厚計測装置を用いた薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学式膜厚計測装置及び光学式膜厚計測装置を用いた薄膜形成装置に係り、特に製品の膜厚を直接測定し、膜分布計測が可能な光学式膜厚計測装置及び光学式膜厚計測装置を用いた薄膜形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般に、デジタルカメラやプロジェクタ、ＤＶＤなどには、精密光学フィルタを使用しており、これらの精密光学フィルタの成膜には、スパッタリングや真空蒸着などのＰＶＤ（物理蒸着法）が用いられている。また、基板の表面に光学薄膜を形成させる技術として、ＣＶＤなどの化学蒸着が知られている。【０００３】
このような薄膜形成技術の分野で、基板（基体）を保持する基体保持手段の回転機構の一つとして、カルーセル式の回転機構が知られている。カルーセル式の回転機構では、横断面形状が円形または多角形の回転ドラム（すなわち、基体保持手段）の外周面に複数の基板（基体）が保持されており、この状態で、回転軸を中心に回転ドラムは回転している。このように、カルーセル式の薄膜形成装置では、回転ドラムの外周面に基板（基体）が保持されているため、回転ドラムが回転している間は一箇所にとどまった状態の基板（基体）が存在せず、すべての基板（基体）は回転軸を中心に回転している。【０００４】
このため、光学方式で膜厚等の薄膜の光学特性を測定するには、回転ドラムの回転を一旦停止してから基板（基体）に対して光学測定を行う必要があった。このような測定方法では、膜厚測定のたびに薄膜形成工程を停止しなければならないため、薄膜形成工程に時間がかかるという不都合があった。【０００５】
上述のような不都合を解決するために、回転ドラムが回転した状態でリアルタイムに膜厚を光学測定することが考えられる。例えば、回転ドラムの外側から基板（基体）に向けて測定光を投光し、基板（基体）から反射する反射光を受光する方法が考えられる。しかしながら、この方法では、上述したように回転ドラムは回転しているため、基板（基体）に入射する光の角度が随時変わってしまい、膜厚の正確な測定が困難であるという不都合があった。【０００６】
上述のような各課題を解決するため、中空軸である回転ドラムの回転軸を介して投光・受光を行う膜厚計測装置、及びこの膜厚計測装置を備えた薄膜形成装置が開発されている。この膜厚計測装置は、中空軸である回転軸を備えた回転ドラムと、この回転軸内に配置された全反射ミラーと、回転軸の軸延長上に配置された全反射ミラーと、ハーフミラーを介して回転軸延長上に配置された全反射ミラーに測定光を照射する光源と、回転軸延長上に配置された全反射ミラーからの反射光をこのハーフミラーを介して受光する受光器と、を備えている（例えば、特許文献１参照）。【０００７】
この膜厚計測装置によれば、光源からの測定光は、ハーフミラーを介して回転軸延長上に配置された全反射ミラーに照射する。この回転軸内の全反射ミラーに照射された測定光は回転ドラムに保持された測定用ガラス（モニタ基板）に反射する。一方、測定用ガラス（モニタ基板）に照射する測定光は同じく全反射ミラーに反射する。この反射光はハーフミラーを介して受光器に照射する。【０００８】
このように、従来の薄膜形成装置によれば、中空軸である回転ドラムの回転軸を介して測定光や反射光を導いているので、回転ドラムが回転しているにもかかわらずリアルタイムに測定用ガラスの膜厚を測定することが可能となる。【０００９】
しかしながら、この膜厚計測装置では、回転軸内に設けられた単一の全反射ミラーを介して測定用ガラスへの測定光の照射と測定用ガラス（モニタ基板）からの反射光の反射が行われているため、回転軸の同じ端部から測定光と反射光が導入出される。このため、回転軸のぶれ、振動などにより測定光や反射光の強度が変化して、得られる膜厚値に誤差が生じることがある。【００１０】
そこで、上記不都合を解消するべく、本出願人は既に、膜厚測定技術を提案している。この提案技術は、回転軸線の一方の側から基体保持手段の内部に向けて測定光を投光する投光部と、基体保持手段の内部に設けられると共に投光部から投光された測定光を基体へ反射する第一の光反射部材と、基体保持手段の内部に設けられると共に基体から反射された反射光を回転軸線の他方の側へ向けて反射する第二の光反射部材と、第二の光反射部材により反射された反射光を受光する受光部と、受光部で受光された反射光に基づいて基体に形成される薄膜の膜厚を演算する膜厚演算部とを備えた技術である（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−０８８５３１号公報（第１〜５頁、第１図、第２図）
【特許文献２】特開２００７−２１１３１１号公報
【００１２】
上記特許文献２で提案された技術は、回転軸線の異なる方向から測定光と反射光がそれぞれ入射および出射されるため、誤差が少なく精度の高い膜厚値を得ることが可能となり、特に反射率の低い材料からなる薄膜の膜厚を測定するような場合であっても、高い感度で精度の高い膜厚値を得ることが期待されるなど優れたものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、上記提案技術は、複数の基板を計測するときに、モニタ基板を用いるために、場所の異なる位置に配置された基板（１２０度異なる位置）を測定することになってしまう。つまり、モニタ基板（モニタガラス）と成膜する製品基板（ワークの基板）の間は位置的または空間的に異なるため、間接の計測であり、モニタ基板（モニタガラス）と成膜する製品基板（ワークの基板）間に差ができてしまうため、所定のパラメータで補正を行うことで、膜厚を計測している。【００１４】
上記間接的な計測に対して、直視式光学モニタによる光学式膜厚計が知られている。しかし、直視式光学モニタによる光学式膜厚計は、単一の製品基板（ワークの基板）に対して対応しているのが一般的であり、複数の製品基板を対象とするものは存在しなかった。【００１５】
このように、光学フィルタをＰＶＤ等によって大量生産、製造するときに、例えばスパッタや蒸着の場合、トラム或いはドーム上に製品基板（ワークの基板）を配置させ、この製品基板（ワークの基板）に成膜するが、膜厚を均一にして、膜を試作し、補正版の修正という工程を繰り返すことにより、均一な性能の揃った光学フィルタを得ることができる。
そして、このためには、膜分布計測を計測することになるが、複数チャンネルの光ファイバを用い、複数台の分光器を備えた高価の膜厚計となり、操作が煩雑であり、コストもかかるという不都合があった。【００１６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、特にカルーセル式の回転機構を備えた薄膜形成装置において、モニタ基板を用いることなく、製品の膜厚を直接測定することが可能であり、同一列に配置された複数の基板に形成される薄膜の膜厚をリアルタイムに、かつ高い精度で測定することが可能な光学式膜厚計測装置を提供することにある。【００１７】
本発明の他の目的は、モニタ基板ではなく、製品を直接測定し、この製品の膜厚を制御できる光学式膜厚計測装置を用いた薄膜形成装置を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、一つの光学系を用いて、回転ドラムの上下複数段にある製品の膜厚を測定すると共に、膜厚制御することのできる光学式膜厚計測装置及び光学式膜厚計測装置を用いた薄膜形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題は、本発明の光学式膜厚計測装置によれば、回転型の基体保持手段を備えた光学薄膜形成装置の光学式膜厚計測装置であって、前記回転型の基体保持手段の回転軸線の一方の側から前記基体保持手段の内部に向けて測定光を投光する投光部と、該投光部からの測定光を受光する受光部と、前記基体保持手段の内部に設けられると共に、前記投光部から投光された前記測定光を基体へ反射する複数の内部ビームスプリッタと、前記基体保持手段の内部に設けられると共に、前記複数の内部ビームスプリッタのうち最も近い内部ビームスプリッタからの測定光を全反射する内部光反射部材と、前記基体保持手段の外側に設けられると共に、前記複数の内部ビームスプリッタからの測定光を前記受光部へ向けて反射する複数の外部ビームスプリッタと、前記基体保持手段の外側に設けられると共に、前記光反射部材からの測定光を前記受光部へ向けて反射する外部光反射部材と、を備え、前記複数の内部ビームスプリッタ及び前記内部光反射部材により反射された測定光を、前記基体を透過させた後で、前記複数の外部ビームスプリッタ及び前記外部光反射部材で反射させて前記受光部へ導き、測定光を受光すること、により解決される。【００１９】
このように構成されているために、モニタ基板を用いることなく、製品の膜厚を直接測定することが可能であり、同一列に配置された複数の基板に形成される薄膜の膜厚をリアルタイムに、かつ高い精度で測定することが可能である。そして、一つの光学系を用いて、且つ可動光学部品を使用していないので、信頼性が高く、メンテナンス性が向上する。【００２０】
このとき、前記基体保持手段の回転軸線は、前記基体保持手段の中心を構成する中空状の回転軸体内に位置し、前記内部ビームスプリッタ及び前記内部光反射部材は、前記回転軸体内に配置され、前記回転軸体の壁面は、前記反射された測定光を通過可能に構成すると好適である。また、前記内部ビームスプリッタ及び前記内部光反射部材によって、反射される測定光は、略等しい光量にしている。
このように、各製品である基体（基板）には、同一光量の測定光が照射されると、同じ測定感度（精度）が得られる。【００２１】
また、前記受光部で受光された前記測定光に基づいて前記基体に形成される薄膜の膜厚を演算する膜厚演算部を備えると好適である。【００２２】
さらに、前記複数の外部ビームスプリッタ及び前記外部光反射部材は、中空の筐体で覆われ、該筐体の測定光が入射する部分は、測定光を通過可能に構成すると好適である。
このように構成すると、外部ビームスプリッタ及び外部光反射部材の汚れ等を防止でき、メンテナンス性がより向上する。【００２３】
さらにまた、前記複数の外部ビームスプリッタ及び前記外部光反射部材の間には、シャッタ装置が設けられていると好適である。
このようにシャッタ装置を用いることにより、光路を遮断することが可能となり、測定すべき対象である基体（基板）が装着されていない場合において、測定対象から外すことが可能となる。【００２４】
また、前記投光部と前記受光部は、前記光学薄膜形成装置の同じ方向または同じ面の位置に設けられていると好適である。
このように、前記投光部と前記受光部が光学薄膜形成装置の同じ方向または同じ面の位置、例えば基板保持手段の上面に設けられていると、前記投光部と前記受光部が同じ方向または同じ面の位置であるために、前記投光部と前記受光部の据付等が容易であり、光学式膜厚計測装置の取付けやメンテナンス性が向上する。特に上面側に位置しているので、下面側に配置するよりも、取付けやメンテナンス等各種作業が容易となる。【００２５】
また、前記投光部と前記受光部は、前記光学薄膜形成装置の反対側の方向または反対側の面の位置に設けるように構成することも可能である。
このように構成すると、投光部と受光部の位置を従来装置のように、反対側に設けることができるので、従来技術の装置のレイアウトを変更することを防止することが可能となる。【００２６】
上記課題は、本発明の薄膜形成装置によれば、真空容器内に配置された基体を保持した状態で回転軸線を中心に回転可能な基体保持手段と、前記真空容器に薄膜を形成する膜原料物質を供給する膜原料物質供給手段と、前記基体に薄膜を形成する成膜プロセス領域と、を備えた薄膜を形成する回転型の薄膜形成装置であって、前記請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学式膜厚計測装置を用いたこと、により解決される。
本発明に係る薄膜形成装置によれば、上記光学式膜厚計測装置の特性を利用した装置を提供することが可能となる。【００２７】
このように、本発明の光学式膜厚計測装置及び薄膜形成装置によれば、基体保持手段の回転軸線に沿って複数のビームスプリッタ及び全反射ミラーが配設されているため、基体保持手段の回転軸線に沿って配置された複数の製品となる基体（基板）の膜厚を、それぞれ直接測定することが可能となっているため、これら複数の基体を測定することで、実際の製品である基体（基板）の膜厚を測定でき、モニタ基板ではなく、製品そのものの膜厚を直接制御することが可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、モニタ基板を用いることなく、製品の膜厚を直接測定することが可能であり、同一列に配置された複数の基板に形成される薄膜の膜厚をリアルタイムに、かつ高い精度で測定することが可能となる。
また、光学式膜厚計に求められる性能を満たし、薄膜を形成するときに、回転型の基体保持手段に取り付けられた基体（製品である基板）を直接測定できるもので、一つの光学系を用いて、回転ドラムの上下複数段にある製品の膜厚を同じ測定感度（精度）が得られると共に、膜厚制御することが可能な光学式膜厚計測装置及び光学式膜厚計測装置を用いた薄膜形成装置を提供することができる。特に、可動光学部品を使用していないので、信頼性が高く、メンテナンス性が向上し、メンテナンスを含めたコストを低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る光学式膜厚計測装置及び薄膜形成装置を上方から見た断面説明図である。
【図２】図１の薄膜形成装置を矢視Ａ−Ａ方向に見た断面説明図である。
【図３】図２の回転ドラムを斜め上方から見た部分断面斜視図である。
【図４】第３実施形態を示す図３と同様な部分断面斜視図である。
【図５】第３実施形態の他の例を示す図２と同様な断面説明図である。
【図６】図５の回転ドラムを斜め上方から見た部分断面斜視図である。
【図７】第５実施形態の他の例を示す図２と同様な断面説明図である。
【図８】投光レンズの配置例を示す説明図である。
【図９】ミラーユニットの説明図である。
【図１０】ミラーユニットの説明図である。
【図１１】本発明の各実施形態に係る光学式膜厚計測装置及び薄膜形成装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図１２】他の実施形態を示す図２と同様な断面説明図である。
【図１３】投光部と受光部とが同じ方向における光学式膜厚計測装置の基本構成の説明図である。
【図１４】投光部と受光部とが反対方向における光学式膜厚計測装置の基本構成の説明図である。
【図１５】図１３及び図１４の出力光の算出方法と光の相対出力比較の説明図である。
【図１６】第１実施形態における基体（基板）からの出力を示す図である。
【図１７】第２実施形態における基体（基板）からの出力を示す図である。
【図１８】第３実施形態における基体（基板）からの出力を示す図である。
【図１９】第４実施形態における基体（基板）からの出力を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  薄膜形成装置
１０  処理容器
１１  真空容器
１１ａ  薄膜形成室
１１ｂ  ロードロック室
１１ｃ，１１ｄ  扉
１３  回転ドラム（基体保持手段）
１３ａ  回転軸
１３ｂ，１７ａ  ギヤ
１３ｃ  開口
１４  仕切壁
１５  真空ポンプ
１６ａ，１６ｂ  配管
１７  回転ドラム駆動モータ
２０  スパッタ手段
２２ａ，２２ｂ  ターゲット
２４ａ  交流電源
３０  スパッタガス供給手段
３１，３３  マスフローコントローラ
３２  スパッタガスボンベ
３４  反応性ガスボンベ
３５  配管
３５ａ，３５ｂ  補正板駆動モータ
３６ａ，３６ｂ，３６ｃ  膜厚補正板
４０  プラズマ発生手段
４１  ケース体
４２  誘導体板
４３  アンテナ
４４  マッチングボックス
４５  高周波電源
５０  反応性ガス供給手段
５１  酸素ガスボンベ
５２，５４  マスフローコントローラ
５３  アルゴンガスボンベ
５５  配管
６０  光学式膜厚計測装置
６１  光源
６１ａ  発光素子
６１ｂ  フィルタ
６２  投光用光ファイバ
６３  投光ヘッド
６４  投光側集光レンズ
６５ａ  第１ビームスプリッタ
６５ｂ  第２ビームスプリッタ
６５ｃ  第１全反射ミラー
６６ａ  第３ビームスプリッタ
６６ｂ  第４ビームスプリッタ
６６ｃ  第２全反射ミラー
６６ｋ  全反射ミラー
６６ｌ，６６ｍ  ビームスプリッタ
６７  受光側光ファイバ
６８  受光側集光レンズ
６９  受光ヘッド
７１  分光測定装置
７１ａ  受光素子
７１ｂ  分光素子
８０  膜厚演算コンピュータ
８１  ＣＰＵ
８２  メモリ
８３  ハードディスク
８４  Ｉ／Ｏモータ
８３ａ  膜厚相関関係データ
８３ｂ  膜厚演算プログラム
９０  膜厚制御装置
９１  膜厚制御信号生成部
１００ａ，１００ｂ，１００ｃ  光路切替シャッタ
１０１  駆動部
１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ  遮蔽板
１６０  筒状体
１６５ａ〜１６５ｄ  ビームスプリッタ（ＢＳ１〜ＢＳ４）
１６６ａ〜１６６ｄ  ビームスプリッタ（ＢＳ５〜ＢＳ８）
１６５ｅ，１６６ｅ  全反射ミラー
Ｖ  バルブ
Ｓ  基体（基板）
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に、本発明の第一の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は、本発明に限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。
【００３２】
図１〜図１９は本発明の実施形態に係るものであり、図１は光学式膜厚計測装置及び薄膜形成装置を上方から見た断面説明図、図２は図１の薄膜形成装置を矢視Ａ−Ａ方向に見た断面説明図、図３は図２の回転ドラムを斜め上方から見た部分断面斜視図、図４は第３実施形態を示す図３と同様な部分断面斜視図、図５は第３実施形態の他の例を示す図２と同様な断面説明図、図６は図５の回転ドラムを斜め上方から見た部分断面斜視図、図７は第５実施形態の他の例を示す図２と同様な断面説明図、図８は投光レンズの配置例を示す説明図、図９及び図１０はミラーユニットの説明図、図１１は各実施形態に係る光学式膜厚計測装置及び薄膜形成装置の機能的構成を示すブロック図、図１２は他の実施形態を示す図２と同様な断面説明図、図１３は投光部と受光部とが同じ方向における光学式膜厚計測装置の基本構成の説明図、図１４は投光部と受光部とが反対方向における光学式膜厚計測装置の基本構成の説明図、図１５は図１３及び図１４の出力光の算出方法と光の相対出力比較の説明図、図１６は第１実施形態における基体（基板）からの出力を示す図、図１７は第２実施形態における基体（基板）からの出力を示す図、図１８は第３実施形態における基体（基板）からの出力を示す図、図１９は第４実施形態における基体（基板）からの出力を示す図である。
【００３３】
本実施形態の薄膜形成装置１では、ターゲットをスパッタして膜原料物質を基板表面に付着させることで目的の膜厚よりも相当程度薄い薄膜を基板表面に付着するスパッタ処理と、この膜原料物質に対して酸化などの処理を行って薄膜の組成を変換するプラズマ処理とにより基板表面に中間薄膜を形成し、このスパッタ処理とプラズマ処理を複数回繰り返すことで、中間薄膜を複数層積層して目的の膜厚を有する最終薄膜を基板表面に形成している。
【００３４】
具体的には、スパッタ処理とプラズマ処理によって組成変換後における膜厚の平均値が０．０１〜１.５ｎｍ程度の中間薄膜を基板表面に形成し、回転ドラムの回転毎に繰り返すことにより複数の中間薄膜を積層させ、目的とする数ｎｍ〜数百ｎｍ程度の膜厚を有する最終薄膜を形成している。
【００３５】
図１及び２で示すように、薄膜形成装置１は、真空容器１１及び回転ドラム１３を備えた処理容器１０と、スパッタ手段２０と、スパッタガス供給手段３０と、プラズマ発生手段４０と、反応性ガス供給手段５０と、光学式膜厚計測装置６０と、を主要な構成要素としている。なお、図中では、スパッタ手段２０は破線、スパッタガス供給手段３０は一点鎖線、プラズマ発生手段４０は破線、反応性ガス供給手段５０は二点鎖線で囲んで表示している。
【００３６】
反応プロセス処理は、成膜プロセス処理で基体（基板）Ｓの表面に付着した膜原料物質をプラズマ発生手段４０でプラズマ処理して、膜原料物質の完全反応物や不完全反応物からなる中間薄膜を形成している。
【００３７】
プラズマ発生手段４０は、ケース体４１と、誘電体板４２と、アンテナ４３と、マッチングボックス４４と、高周波電源４５と、を有して構成されている。ケース体４１は、真空容器１１の壁面に形成された開口を塞ぐ形状を備え、真空容器１１の開口を塞ぐように固定され、このケース体４１が真空容器１１の壁面に固定されることで、プラズマ発生手段４０は真空容器１１の壁面に取り付けられている。
【００３８】
反応性ガス供給手段５０は、酸素ガスを貯蔵する酸素ガスボンベ５１と、この酸素ガスボンベ５１より供給される酸素ガスの流量を調整するマスフローコントローラ５２と、アルゴンガスを貯蔵するアルゴンガスボンベ５３と、アルゴンガスボンベ５３より供給されるアルゴンガスの流量を調整するマスフローコントローラ５４と、酸素ガスおよびアルゴンガスからなる混合ガスを反応プロセス領域に導入する配管５５を主要な構成要素としている。
そして、スパッタ等により基体（基板）Ｓの表面に付着した膜原料物質をプラズマ発生手段４０でプラズマ処理して、膜原料物質の完全反応物や不完全反応物からなる中間薄膜を形成している。
【００３９】
酸素ガスボンベ５１およびアルゴンガスボンベ５３から配管５５の導入口を通じて酸素ガスが反応プロセス領域に導入された状態で、アンテナ４３に高周波電源４５から電力が供給されると、反応プロセス領域内のアンテナ４３に面した領域にプラズマが発生する。このプラズマにより、基体（基板）Ｓの表面に形成された膜原料物質中のケイ素（Ｓｉ）やケイ素の不完全酸化物（ＳｉＯｘ（ここで、０＜ｘ＜２））が酸化されて、ケイ素の完全酸化物（ＳｉＯ２）や不完全酸化物（ＳｉＯｘ（ここで、０＜ｘ＜２））から形成される中間薄膜となる。
【００４０】
次に、本発明に係る実施形態の光学式膜厚計測装置６０について説明する。光学式膜厚計測装置６０は、基体（基板）Ｓの表面に形成される薄膜の膜厚を測定するものである。本実施形態では、図２〜図７及び図１２に示すように、光学式膜厚計測装置６０は、測定光を出射する出射側と、基体（基板）Ｓを透過した測定光の受光側とを備えている。
【００４１】
図８は出射側の投光レンズの配置例を示す説明図であり、出射側は、測定光を発する光源６１と、この光源６１からの測定光を伝送する投光用光ファイバ６２と、投光用光ファイバ６２で伝送した測定光を投光ヘッド６３へ導くものである。
投光ヘッド６３は、回転軸内に配置された第１ビームスプリッタ（ＢＳ１）６５ａ、第２ビームスプリッタ（ＢＳ２）６５ｂ及び第１全反射ミラー６５ｃに測定光を出射するものである。なお、投光側集光レンズ６４は、投光ヘッド６３からの測定光を収束するものである。
【００４２】
図９及び図１０はミラーユニットの説明図であり、図９は汚れ防止シールドを装着した状態のものであり、図１０は汚れ防止シールドを外したミラーユニットの説明図である。この図９及び図１０に示す全反射ミラーは誘電体ミラーである。
【００４３】
本実施形態では、投光ヘッド６３からの測定光の一部を透過させ、一部を基体としての製品基体（基板）Ｓへ導く第１ビームスプリッタ（ＢＳ１）６５ａと、この第１ビームスプリッタ（ＢＳ１）６５ａを透過した測定光を、さらに一部を透過させ、一部の測定光を製品基体（基板）Ｓへ導く第２ビームスプリッタ（ＢＳ２）６５ｂと、この第２ビームスプリッタ（ＢＳ２）６５ｂを透過した測定光を反射する第１全反射ミラー６５ｃと、から構成されている。光源６１には投光用光ファイバ６２が接続され、投光用光ファイバ６２の一端は光源６１内に導入され、光源６１のフィルタで透過した測定光がその端面に入射し、投光ヘッド６３へと導かれるように配置されている。
【００４４】
投光ヘッド６３は、回転軸１３ａの上側（図２）の真空容器１１外部に配置されており、回転軸１３ａの内部に配置された第１ビームスプリッタ（ＢＳ１）６５ａ，第２ビームスプリッタ（ＢＳ２）６５ｂ及び第１全反射ミラー６５ｃに指向しており、投光ヘッド６３から出射した測定光は、回転軸１３ａの一端から入射して回転軸１３ａ内を軸線方向に沿って通過して第１ビームスプリッタ（ＢＳ１）６５ａ，第２ビームスプリッタ（ＢＳ２）６５ｂ及び第１全反射ミラー６５ｃに照射される。
第１ビームスプリッタ（ＢＳ１）６５ａ，第２ビームスプリッタ（ＢＳ２）６５ｂ及び第１全反射ミラー６５ｃは、回転軸１３ａの内側で所定位置に固定できるように構成されており、このとき、角度位置を調整できるように構成されている。
【００４５】
受光側は、基体（基板）Ｓを透過した測定光を受光ヘッド６９側へ向けて反射する第３ビームスプリッタ（ＢＳ３）６６ａ，第４ビームスプリッタ（ＢＳ４）６６ｂ及び第２全反射ミラー６６ｃと、これら第３ビームスプリッタ（ＢＳ３）６６ａ，第４ビームスプリッタ（ＢＳ４）６６ｂ及び第２全反射ミラー６６ｃで透過或いは反射した測定光を収束する受光側集光レンズ６８と、受光ヘッド６９と、受光ヘッド６９で受光した測定光を伝送する受光側光ファイバ６７と、受光側光ファイバ６７で伝送された測定光を分光する分光測定装置７１と、を主要な構成要素として備えている。つまり、第３ビームスプリッタ（ＢＳ３）６６ａ，第４ビームスプリッタ（ＢＳ４）６６ｂ及び第２全反射ミラー６６ｃで透過或いは反射された、基体（基板）Ｓを透過した測定光を、第３ビームスプリッタ（ＢＳ３）６６ａ，第４ビームスプリッタ（ＢＳ４）６６ｂ及び第２全反射ミラー６６ｃで反射或いは透過させて、測定光として分光測定装置７１へ導くものである。
【００４６】
なお、光源６１、投光用光ファイバ６２、および投光ヘッド６３は、本発明の投光部に相当する。さらに、受光ヘッド６９、受光側光ファイバ６７、および分光測定装置７１は受光部に相当する。また、第１全反射ミラー６５ｃは内部光反射部材、第２全反射ミラー６６ｃは外部光反射部材に相当する。
上記受光側の第３ビームスプリッタ（ＢＳ３）６６ａ，第４ビームスプリッタ（ＢＳ４）６６ｂ及び第２全反射ミラー６６ｃは、不図示の保持部材（例えば棒状体で断面形状は問わない）によって、所定位置で固定できるように構成されており、このとき、角度位置を調整できるように構成されている。
【００４７】
また、符号１００ａ〜ｃは光路切替シャッタであり、駆動部１０１と遮蔽板１０２ａ〜ｃとから構成されている。
この光路切替シャッタ１００ａ〜ｃは、駆動部１０１としてサーボモータ（その他のアクチュエータ等）を用いており、駆動部１０１によって遮蔽板１０２ａ〜ｃが可動し、遮蔽板１０２ａ〜ｃが出射側からの測定光を、第３ビームスプリッタ（ＢＳ３）６６ａ，第４ビームスプリッタ（ＢＳ４）６６ｂ及び第２全反射ミラー６６ｃを遮断する位置と、遮断しない位置とに可動するように構成されている。遮蔽板１０２ａ〜ｃは、測定光を阻止できるようにすればよく、形状等については特に限定されない。この光路切替シャッタ１００ａ〜ｃには、駆動元として、真空容器１１の外部に駆動部１０１が取付けられている。
【００４８】
遮蔽板１０２ａ〜ｃはビームスプリッタ（ＢＳ１，ＢＳ２）６５ａ、６５ｂ，第一反射ミラー６５ｃからの測定光を遮断位置としない位置に可動するように構成されている。遮蔽板１０２ａ〜ｃは汚れ防止の役割も兼ねている。駆動部１０１は真空室外に配置している。
【００４９】
また、第１全反射ミラー６５ｃ及び第２全反射ミラー６６ｃはガラスなどの基材の表面にアルミなどの薄膜を形成して作成した部材であり、少なくとも測定光の波長ではほぼ１００％の高い反射率を有している。本実施形態の全反射ミラーは、ほぼ正方形の板状部材で構成されている。この全反射ミラーは、回転軸１３ａの中空体内部に配設されており、回転軸１３ａの内壁面に溶接やネジ止めなどにより固定されている。
【００５０】
本実施形態の光源６１はハロゲンランプ、または白色ＬＥＤなどを用いており、真空容器１１の外部に設置され、膜厚測定用の測定光を発する装置である。この光源６１は、図１１で示すように、電源（図示せず）から電力の供給を受けて光を発する発光素子６１ａと、この発光素子６１ａから発する光のうち特定の波長領域の光を透過するフィルタ６１ｂを備えている。
【００５１】
回転軸１３ａの中央部には、側壁の一部を切り欠いた開口１３ｃが形成され、ビームスプリッタ（ＢＳ１，ＢＳ２）６５ａ，６５ｂ及び第１全反射ミラー６５ｃから反射した測定光は、この開口１３ｃを通過して、回転ドラム１３に保持された基体（基板）Ｓに照射される。なお本実施形態では、開口１３ｃを形成した例を示しているが、完全に透過できるガラス材を用いて密閉するように構成することも可能である。
【００５２】
以上のように、本発明では、従来技術のように膜厚測定用のためのモニタ基板は不要であり、製品となる基板そのものの膜厚を直接測定するもので、従来技術のように、モニタ基板として、透明のガラス材料、或いは測定光の波長を高い透過率で透過する材料としてプラスチックなどを選定する必要がない。
【００５３】
出射側から基体（基板）Ｓに照射される測定光は、ビームスプリッタによって基体（基板）Ｓ側に向かう測定光と、透過する測定光とに別れ、最後に全反射ミラーによって反射される。
つまり第１ビームスプリッタ（ＢＳ１）６５ａに照射された測定光は、一部が反射して、基体（基板）Ｓの裏面側（すなわち、回転軸１３ａ側）から入射して、基体（基板）Ｓ内部を透過する。第１ビームスプリッタ（ＢＳ１）６５ａで反射せずに、透過した測定光は、次の第２ビームスプリッタ（ＢＳ２）６５ｂに導かれ、この第２ビームスプリッタ（ＢＳ２）６５ｂで一部が反射して、基体（基板）Ｓの裏面側（すなわち、回転軸１３ａ側）から入射して、基体（基板）Ｓ内部を透過する。さらに、第２ビームスプリッタ（ＢＳ２）６５ｂで反射せずに、透過した測定光は、第１全反射ミラー６５ｃに導かれる。なお、第１全反射ミラー６５ｃは、測定光の波長ではほぼ１００％の高い反射率を有する部材から構成されている。これら出射側から照射された測定光は、受光側で受光される。
【００５４】
受光ヘッド６９は、投光ヘッド６３と同様に、回転軸１３ａの上側（図２）の真空容器１１外部に配置されており、出射側から照射された測定を反射して受光ヘッド６９に導くための、第３ビームスプリッタ（ＢＳ３）６６ａ，第４ビームスプリッタ（ＢＳ４）６６ｂ及び第２全反射ミラー６６ｃが真空容器１１内に配置された回転ドラム１３の外周側の所定位置に配置されている。本実施形態では、図２で示すように、スパッタ手段２０及びプラズマ発生手段４０から最も遠い位置に配置されている。これによりスパッタ手段２０及びプラズマ発生手段４０からの影響を受けにくいように構成されている。
【００５５】
受光ヘッド６９は、第１ビームスプリッタ（ＢＳ１）６５ａ，第２ビームスプリッタ（ＢＳ２）６５ｂ及び第１全反射ミラー６５ｃで反射した測定光が入射する位置に配置され、受光ヘッド６９には、受光側光ファイバ６７の一端が接続されており、他端は分光測定装置７１に接続されている。基体（基板）Ｓを透過した測定光は、第３ビームスプリッタ（ＢＳ３）６６ａ，第４ビームスプリッタ（ＢＳ４）６６ｂ及び第２全反射ミラー６６ｃで反射して、受光側集光レンズ６８収束されたのち、受光ヘッド６９に入射する。この入射した測定光は、受光側光ファイバ６７に導かれ分光測定装置７１に導入される。
【００５６】
このように投光ヘッド６３と受光ヘッド６９は、いずれも真空容器１１の外部に設けられているので、回転ドラム１３の内部に配置した場合に生じる光ファイバが回転ドラム１３の回転によりねじれたり、絡まったりする虞を防止することが可能となる。また、真空容器１１の外部にあるため、回転ドラム１３が成膜の過程で加熱されて高温となり、この熱による投光ヘッドや受光ヘッドが熱変性するといった不都合が生じることもない。このように、本発明では、光ファイバのねじれや絡まりや、成膜の過程で発生する熱による影響を防止して、安定した膜厚測定を行うことが可能となる。
【００５７】
分光測定装置７１は、反射光のうち所定の波長の光の強度を測定する装置であり、膜厚測定で使用される公知の分光測定装置と同様の構成を備えている。すなわち、図１１に示すように、分光測定装置７１は、反射光のうち所定の波長領域の光を透過する分光素子７１ｂと、この分光素子７１ｂを透過した光を受光して光の強度に応じた電流値を出力する受光素子７１ａを備えている。
【００５８】
分光素子７１ｂは、例えばグレイティングのような回折格子を備えた部材で構成され、所定の波長領域の光を透過する。本実施形態では、分光素子７１ｂは測定光の波長を少なくともほぼ１００％の透過率で透過する。この分光素子７１ｂを透過した光は受光素子７１ａに導かれる。受光素子７１ａは、例えばフォトダイオードなどの半導体素子から構成されるもので、例えばｐ型およびｎ型の半導体を接合した素子が持ち入れられる。このｐ型およびｎ型の接合面に光が当たるとその光の強度に応じた電流が発生し、この電流は、分光測定装置７１内のＡ／Ｄ変換回路によりデジタル信号化されて、分光測定装置７１から後述する膜厚演算コンピュータ８０に出力される。
【００５９】
膜厚演算コンピュータ８０は、分光測定装置７１で測定した測定光の強度に基づいて、基体（基板）Ｓに形成された薄膜の膜厚を演算する手段である。図１１に示すように、膜厚演算コンピュータ８０は、演算手段としてのＣＰＵ８１と、記憶手段としてのハードディスク８３およびメモリ（具体的には、ＲＯＭ、ＲＡＭ）８２と、外部装置等との間で信号を送受信する際の入出力ポートとしてのＩ／Ｏポート８４と、を備えている。なお、膜厚演算コンピュータ８０は本発明の膜厚演算部に相当する。
【００６０】
膜厚演算コンピュータ８０には、分光測定装置７１が電気的に接続されており、分光測定装置７１でデジタル化された測定光の強度の信号は、膜厚演算コンピュータ８０のＩ／Ｏポート８４を介して、記憶手段としてのハードディスク８３およびメモリ（具体的には、ＲＯＭ、ＲＡＭ）８２に入力される。例えば、ハードディスク８３には、測定光の強度の変化と基体（基板）Ｓに形成された薄膜の膜厚との相関関係が記憶された膜厚相関関係データ８３ａと、分光測定装置７１から送信される測定光の強度信号とこの膜厚相関関係データ８３ａに基づいて膜厚を演算する膜厚演算プログラム８３ｂが記憶されている。なお、この膜厚相関関係データ８３ａ及び膜厚演算プログラム８３ｂは、ＲＡＭ、ＲＯＭ等に記憶するように構成することもできる。
【００６１】
以下に、膜厚演算コンピュータ８０で膜厚を測定する原理について説明する。基体（基板）Ｓに照射された測定光は、基体（基板）Ｓと薄膜の間の境界、および薄膜と真空容器側の間の境界で反射する。この時、これらの反射光が互いに干渉を起こして、反射光の強度に変化が生じる。
【００６２】
ここで、薄膜の反射光若しくは透過光の強度と膜厚との間には、所定の相関関係がある。より詳細には、薄膜の屈折率ｎ，波長λ，幾何学的膜厚ｄとすると、光学的膜厚ｎｄがλ／４の整数倍となる毎に周期的に反射光の強度はピークを示すことが知られている。ピークの高さ（ピーク値Ｐ）と屈折率には所定の相関関係があるため、ピーク値Ｐを求めることで屈折率を求めることが可能となる。すなわち、反射光の強度を測定することでピーク値Ｐが求められ、このピーク値Ｐの屈折率ｎと波長λの値に基づいて、光学的膜厚ｎｄから幾何学的膜厚ｄを算出することが可能となる。
【００６３】
膜厚演算コンピュータ８０は、測定光の波長λを予め設定値として記憶している。そして、膜厚演算プログラム８３ｂは、分光測定装置７１から送信される反射光の強度信号からピーク値Ｐの高さを求めて屈折率ｎを演算する。さらに、この屈折率ｎと波長λの値に基づいて、幾何学的膜厚ｄを算出する。
【００６４】
膜厚演算コンピュータ８０は、膜厚制御装置９０と電気的に接続されている。膜厚制御装置９０は、ＭＰＵなどの演算手段と、ＲＯＭ，ＲＡＭなどの記憶手段と、他の装置と電気信号を送受信する入出力ポートを備えている。膜厚制御装置９０には、膜厚演算コンピュータ８０で測定した膜厚（すなわち、幾何学的膜厚ｄ）が入力される。膜厚制御装置９０は、膜厚制御信号生成部９１を備えており、この膜厚制御信号生成部９１による膜厚の信号に基づいて、成膜レートや成膜時間を調整することにより、膜厚を制御する。
【００６５】
具体的には、膜厚制御装置９０は、膜厚演算コンピュータ８０で取得した膜厚に基づいて、スパッタ手段２０の交流電源２４ａからターゲット２２ａ，２２ｂに供給される電力の増減、スパッタガス供給手段３０により成膜プロセス領域に供給されるスパッタガスや反応性ガスの供給量の増減、補正板駆動モータ３５ａ，３５ｂによる膜厚補正板３６ａ，３６ｂの進退移動のいずれか１つ以上の方法により、成膜レートを調整する。なお、符号３６ｃも膜厚補正板であり、また膜厚制御装置９０は膜厚調整手段に相当する。
【００６６】
また、成膜時間を調整することによって膜厚を調整することも可能である。すなわち、膜厚演算コンピュータ８０で取得した基体（基板）Ｓの膜厚が予め設定した膜厚よりも小さい場合は、膜厚制御装置９０は、所定の成膜終了時間で成膜を終了せずに成膜時間を延長するよう、予め設定した膜厚まで膜厚を増加させる。一方、膜厚演算コンピュータ８０で取得した基体（基板）Ｓの膜厚が予め設定した膜厚よりも大きい場合は、膜厚制御装置９０は、所定の成膜終了時間よりも前に成膜を終了させることで成膜時間を短縮して、予め設定した膜厚で成膜を終了する。なお、これらの膜厚制御方法は、いずれか１つのみを用いて膜厚を調整してもよいし、複数の方法を組み合わせて膜厚を調整してもよい。
【００６７】
このように、本実施形態の光学式膜厚計は、成膜中に、自動的にレートを算出して、膜厚の制御を行なうことが可能となる。そして、自動補正板機構へ制御信号を送出することにより、光学薄膜製品の膜厚や品質管理を行なうことができる。例えば、停止測光方式の場合は、基体（基板）Ｓの分光特性の測定結果から、膜厚の解析により、制御が行える。
一方、回転中の測光は、基体（基板）Ｓの透過光量が測定され、膜厚制御を実現することができる。
【００６８】
先ず、本発明の基本的な構成は、図１３乃至図１５で示すように構成している。すなわち、１分岐の場合：投光と受光の間にミラー１、ミラー２を用いている。２分岐の場合：投光と受光の間に２つのＢＳ（ＢＳ１、ＢＳ２）と２つのミラー（ミラー１、ミラー２）を用いている。３分岐の場合：４つのＢＳ（ＢＳ１〜ＢＳ４）と２つのミラー（ミラー１、ミラー２）を用いている。４分岐の場合：６つのＢＳ（ＢＳ１〜ＢＳ６）と２つのミラー（ミラー１、ミラー２）を用いている。５分岐の場合：８つのＢＳ（ＢＳ１〜ＢＳ８）と２つのミラー（ミラー１、ミラー２）を用いている。
【００６９】
そして、投光部と受光部が同じ方向の場合と異なる方向場合とでは、ミラーとＢＳの配置は、１分岐の場合を除き、同方向の場合には、ミラーが対向して配置され、同方向のミラーの場合には、最後の反射する位置で対向する位置に常時配置され、反対方向の場合には、受光部側のミラーは最初に配置された位置で固定され、投光側配置されるミラーは分岐ごとに順次下方へ移動した位置に配置されるものである。
【００７０】
また、投光部と受光部とが同じ方向の出力光の算出方法は、光の相対出力Ｐ＝（１００％／ｎ）＾２であり、１分岐はＰ＝１００％、２分岐はｎ＝２  Ｐ＝２５％、３分岐はｎ＝３  Ｐ＝１１．１％・・・というよう計算される。
【００７１】
同様に、投光部と受光部とが反対方向の出力光の算出方法は、光の相対出力Ｐ＝（５０％）＾ｎであり、１分岐はＰ＝１００％、２分岐はｎ＝２  Ｐ＝２５％、３分岐はｎ＝３  Ｐ＝１２．５％・・・というよう計算される。
各分岐の場合の相対出力比較は図１５の表のとおりである。
【００７２】
そこで、図１６〜図１９を参照して、第１実施形態〜第４実施形態について、具体的に説明する。
＜第１実施形態＞
第１実施形態は、第１及び第２全反射ミラー６５ｃ，６６ｃとして、反射率９０％のアルミ反射ミラーを用いた例である。第１ビームスプリッタ（ＢＳ１）６５ａは、反射／透過について、１８／８２、第２ビームスプリッタ（ＢＳ２）６５ｂは反射／透過について、４５／５５、第１全反射ミラー６５ｃ及び第２全反射ミラー６６ｃは、アルミ反射ミラーとして反射率は９０％で、第３ビームスプリッタ（ＢＳ３）６６ａ及び第４ビームスプリッタ（ＢＳ４）６６ｂ、反射／透過について、５０／５０を用いて、上段、中段及び下段の各製品の基体（基板）Ｓの測定光の透過率（効率）はそれぞれ９％，９．２％，９．１％である。なお、光路切替シャッタ１００ａ〜ｃによって光路を切り替えることができる。
【００７３】
ドラム上段、中段、下段の基体（基板）Ｓの透過率測定の手順は次の通りである。
上段      中段      下段
遮蔽板１０２ａ    ｏｆｆ    ｏｎ      ｏｎ
遮蔽板１０２ｂ    ｏｎ      ｏｆｆ    ｏｎ
遮蔽板１０２ｃ    ｏｎ      ｏｎ      ｏｆｆ
または、製品の基体（基板）Ｓの平均透過率測定は、Ｔ（平均）＝（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）／３、遮蔽板１０２ａ、１０２ｂ，１０２ｃがすべてｏｆｆ状態である。
【００７４】
更に説明すると、上段製品の基体（基板）Ｓから中段製品の基体（基板）Ｓを介して下段製品の基体（基板）Ｓの透過率測定手順は、次のとおりである。
上段製品の基体（基板）Ｓ−中段製品の基体（基板）Ｓ−下段製品の基体（基板）Ｓについて、
光路切替シャッタ１００ａ→ＯＮ→ＯＦＦ→ＯＮ
光路切替シャッタ１００ｂ→ＯＦＦ→ＯＮ→ＯＦＦ
光路切替シャッタ１００ｃ→ＯＦＦ→ＯＦＦ→ＯＦＦ
であり、
暗電流測定は、
暗電流１：光路切替シャッタ１００ａがｏｎで光路切替シャッタ１００ｂ，ｃがｏｆｆ、
暗電流２：光路切替シャッタ１００ｂがｏｎで光路切替シャッタ１００ａ，ｃがｏｆｆ、
暗電流３：光路切替シャッタ１００ｂがｏｎで光路切替シャッタ１００ａ，ｂがｏｆｆ、
であり、製品の基体（基板）Ｓの平均透過率測定は、Ｔ（平均）＝（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）／３であり、３個の光路切替シャッタ１００ａ〜ｃはｏｆｆである。
この第１実施形態における上段製品の基体（基板）Ｓ、中段製品の基体（基板）Ｓ、下段製品の基体（基板）Ｓの相対光強度％は、図１６の通りであった。測定光は非常に均等に分配できている。
【００７５】
＜第２実施形態＞
第２実施形態の第１ビームスプリッタ（ＢＳ１）６５ａ及び第３ビームスプリッタ（ＢＳ３）６６ａ、誘電体ミラーからなり、図１７に示すように、反射／透過について、３３．３／６６．７のものを用いている。第２ビームスプリッタ（ＢＳ２）６５ｂ及び第４ビームスプリッタ（ＢＳ４）６６ｂは、反射／透過について、５０／５０のものを用いている。また第１全反射ミラー６５ｃ及び第２全反射ミラー６６ｃは、反射率９９．９％の誘電体ミラーのものを用いている（つまり、第１実施形態は、第１及び第２全反射ミラー６５ｃ，６６ｃとして、反射率９０％のアルミミラーを用いた例であり、これに対して、第２実施形態は、第１及び第２全反射ミラー６５ｃ，６６ｃとして反射率９９．９％の誘電体ミラーを用いる所は異なる特徴である）。
このように、第２実施形態では、マルチワーク測光光学系であり、第１ビームスプリッタ（ＢＳ１）６５ａは、反射／透過について、３３．３／６６．７、第２ビームスプリッタ（ＢＳ２）６５ｂは反射／透過について、５０／５０、第１全反射ミラー６５ｃ及び第２全反射ミラー６６ｃは誘導体が９９．９％である。第３ビームスプリッタ（ＢＳ４）６６ａは反射／透過について、３３．３／６６．７、第４ビームスプリッタ（ＢＳ４）６６ｂは反射／透過について、５０／５０を用いて、上段、中段及び下段の各製品の基体（基板）Ｓの測定光の透過率（効率）は、全てが１１％，１１％，１１％である。なお、光路切替シャッタ１００ａ〜ｃによって光路を切り替えることができる。
この第２実施形態における上段製品の基体（基板）Ｓ、中段製品の基体（基板）Ｓ、下段製品の基体（基板）Ｓの相対光強度％は、図１７の通りである。
【００７６】
＜第３実施形態＞
図４及び図１８は、第３実施形態を示す図３と同様な部分断面斜視図であり、本実施形態ではシャッタ装置を用いていない例を示すもので、且つ５分岐の例を示すものである。なお前記実施形態と同様材料、同様部材、同様配置等には同一符号を付してその説明を省略する。
本実施形態では、ビームスプリッタ（１６５ａ〜１６５ｄ、１６６ａ〜１６６ｄ）を出射側及び受光側でそれぞれ４個、全反射ミラーを各１個（１６５ｅ，１６６ｅ）用いている例を示している。この例のように構成すると、保持部に取付けられた基体（基板）Ｓの膜厚の全てを測定するようにすることができる。
【００７７】
このとき、前記した実施例と同様に、全ての基体（基板）Ｓへの測定光が同じ強さになるように、ビームスプリッタを選定することになる。つまり、５つの基体（基板）Ｓへ向かう測定光が、等しくなるようにするために、ビームスプリッタは第１ビームスプリッタ（ＢＳ１）１６５ａにおいて、測定光が２０％基体（基板）Ｓ側へ向かうようなものを用いる。同様にして、第１ビームスプリッタ（ＢＳ１）１６５ａにおいて透過した８０％のうち、第１ビームスプリッタ（ＢＳ１）１６５ａと同じ２０％測定光が基体（基板）Ｓ（基板）Ｓ側へ向かうようなビームスプリッタを用いるものであり、順次同様なものを用いる。これによって、最後の全反射ミラー１６５ｅにおいても、当初の２０％測定光が基体（基板）Ｓ側へ向けて照射されることになる。また、受光側においては、出射側とは反対の構成のビームスプリッタを用いる。以上のように構成することによって、光路切替シャッタ１００ａ〜ｃが不要となる。
【００７８】
より具体的には、第１ビームスプリッタ（ＢＳ１）１６５ａ及び第５ビームスプリッタ（ＢＳ５）１６６ａは２０％、第２ビームスプリッタ（ＢＳ２）１６５ｂ及び第６ビームスプリッタ（ＢＳ６）１６６ｂは２５％、第３ビームスプリッタ（ＢＳ３）１６５ｃ及び第７ビームスプリッタ（ＢＳ７）１６６ｃは３３．３％、第４ビームスプリッタ（ＢＳ４）１６５ｄ及び第８ビームスプリッタ（ＢＳ８）１６６ｄは５０％のものを用いている。
【００７９】
５分岐以上の場合も対応可能である。光の相対出力は、
１分岐        １００％
２分岐          ２５％
３分岐          １１％
４分岐          ６．２５％
５分岐          ４％
ｎ分岐の場合を仮定し、光の相対出力はＰ＝（１００％／ｎ）＾２である。
ここで、第１ビームスプリッタ１（ＢＳ１）はＸ１＝１００％−１００％／ｎ，Ｙ１＝Ｘ１である。
第１ビームスプリッタ１（ＢＳ１）はＹ１：Ｘ１を用いる。
第２ビームスプリッタ２（ＢＳ２）は、同様に、Ｘ２＝１００％−１００％／（ｎ−１），Ｙ２＝Ｘ２を用いる。
第３ビームスプリッタ３（ＢＳ３）は、Ｘ３＝１００％−１００％／（ｎ−２），Ｙ３＝Ｘ３のようになる。
したがって、第ｉビームスプリッタｉ（ＢＳｉ）は、Ｘｉ＝１００％−１００％／（ｎ−ｉ），Ｙｉ＝Ｘｉ、ｉ＜ｎ、として決定する。
【００８０】
＜第４実施形態＞
図１９は、第４実施形態を示すものである。前記したように、第ｉビームスプリッタｉ（ＢＳｉ）は、Ｘｉ＝１００％−１００％／（ｎ−ｉ），Ｙｉ＝Ｘｉ、ｉ＜ｎ、として決定するもので、この例では４分岐の例を示している。
より具体的には、第１ビームスプリッタ（ＢＳ１）及び第４ビームスプリッタ（ＢＳ４）は７５％、第２ビームスプリッタ（ＢＳ２）及び第５ビームスプリッタ（ＢＳ５）は３３．３％、第３ビームスプリッタ（ＢＳ３）及び第６ビームスプリッタ（ＢＳ６）は５０％のものを用いている。
【００８１】
図５及び図６は、装置の他の実施形態を示すもので、図５は図２と同様な断面説明図、図６は図５の回転ドラムを斜め上方から見た部分断面斜視図である。この実施形態においても、前記各実施形態と同様材料、同様部材、同様配置等には同一符号を付してその説明を省略する。
本実施形態では、出射側の回転軸１３ａと同様に、受光側のビームスプリッタ１６６ａ〜１６６ｄ及び全反射ミラー１６６ｅを筒状体１６０内に装着した例を示すものである。また、受光側のビームスプリッタ１６６ａ〜１６６ｄ及び全反射ミラー１６６ｅは、筒状体１６０に公知の手段によって取付けられるが、傾きを調整可能に取付けられる。さらに、筒状体１６０の測定光の光路に相当する位置には、受光側のビームスプリッタ１６６ａ〜１６６ｄ及び全反射ミラー１６６ｅへの測定光の邪魔にならないように開口が形成されている。本実施形態では、開口を形成した例を示しているが、完全に透過できるガラス材を用いて密閉するように構成することも可能である。
このように構成することにより、筒状体１６０を真空容器１１内に装着するだけで、受光側の配置が可能となり、取付けが容易であると共に、メンテナンスのときにも、筒状体１６０を引き出して、調整・修理等を行なうことが可能となる。
【００８２】
＜第５実施形態＞
次に、図７で示す第５実施形態について説明する。この例は、前記第１実施形態が、受光部が投光部と同じ方向（或いは同じ面）にあるのに対し、図７で示すように、受光部と投光部とが反対側にある例である。この実施形態においても、前記各実施形態と同様材料、同様部材、同様配置等には同一符号を付してその説明を省略する。
この例では、第１ビームスプリッタ（ＢＳ１）６５ａ及び第２ビームスプリッタ（ＢＳ２）６５ｂは反射／透過について、５０％、全反射ミラー６６ｃ及び６６ｋは誘電体ミラーでＲ＞９９．９％のもの、ビームスプリッタ（ＢＳ３）６６ｌ及びビームスプリッタ（ＢＳ４）６６ｍは５０％のものを用いている。基本的には、図１４及び図１５で示したように構成されているものである。
このようにして、投光部と受光部は、光学薄膜形成装置の反対側の方向または反対側の面の位置に設けるように構成することができる。なお当然のことながら、この実施形態においても、第２実施形態乃至第４実施形態並びに各図で示される構成を可能な限り適用できることは言うまでもない。
【００８３】
図１２は他の実施形態を示す図２と同様な断面説明図である。この例では、回転軸１３ａの内側に出射側のビームスプリッタ６５ａ，６５ｂ、全反射ミラー６５ｃを配置した例を示している。回転軸１３ａには真空を保つために真空磁気シールドが配置され、真空を保つように構成されている。なお、出射側には窓ガラスが配置されており、異物や不純物の侵入を防止している。このように構成すると、各ビームスプリッタに汚れ防止シールドを配置しない構成とすることが可能となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年8月16日(2012.8.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
回転型の基体保持手段を備えた光学薄膜形成装置の光学式膜厚計測装置であって、
前記回転型の基体保持手段の回転軸線の一方の側から前記基体保持手段の内部に向けて測定光を投光する投光部と、
該投光部からの測定光を受光する受光部と、
前記基体保持手段の内部に設けられると共に、前記投光部から投光された前記測定光を基体へ反射する複数の内部ビームスプリッタと、
前記基体保持手段の内部に設けられると共に、前記複数の内部ビームスプリッタのうち最も近い内部ビームスプリッタからの測定光を全反射する内部光反射部材と、
前記基体保持手段の外側に設けられると共に、前記複数の内部ビームスプリッタからの測定光を前記受光部へ向けて反射する複数の外部ビームスプリッタと、
前記基体保持手段の外側に設けられると共に、前記内部光反射部材からの測定光を前記受光部へ向けて反射する外部光反射部材と、を備え、
前記複数の内部ビームスプリッタ及び前記内部光反射部材により反射された測定光を、前記基体に透過させた後で、前記複数の外部ビームスプリッタ及び前記外部光反射部材で反射させて前記受光部へ導き、測定光を受光することを特徴とする光学式膜厚計測装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
上記課題は、本発明の光学式膜厚計測装置によれば、回転型の基体保持手段を備えた光学薄膜形成装置の光学式膜厚計測装置であって、前記回転型の基体保持手段の回転軸線の一方の側から前記基体保持手段の内部に向けて測定光を投光する投光部と、該投光部からの測定光を受光する受光部と、前記基体保持手段の内部に設けられると共に、前記投光部から投光された前記測定光を基体へ反射する複数の内部ビームスプリッタと、前記基体保持手段の内部に設けられると共に、前記複数の内部ビームスプリッタのうち最も近い内部ビームスプリッタからの測定光を全反射する内部光反射部材と、前記基体保持手段の外側に設けられると共に、前記複数の内部ビームスプリッタからの測定光を前記受光部へ向けて反射する複数の外部ビームスプリッタと、前記基体保持手段の外側に設けられると共に、前記内部光反射部材からの測定光を前記受光部へ向けて反射する外部光反射部材と、を備え、前記複数の内部ビームスプリッタ及び前記内部光反射部材により反射された測定光を、前記基体を透過させた後で、前記複数の外部ビームスプリッタ及び前記外部光反射部材で反射させて前記受光部へ導き、測定光を受光すること、により解決される。
【国際調査報告】
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