(57)【要約】  本発明は、真空チャンバ内の積層プロセスを光学的にモニタリングするための測定装置に関する。ここで光源は真空チャンバ内に、基板保持部と、基板保持部の下方に配置されたブラインドとの間に配置されており、受光ユニットは真空チャンバ外に光源のビーム路内に配置されている。基板保持部は少なくとも１つの基板を収容するように設計されており、真空チャンバ内で、積層源上で運動可能であり、有利には軸を中心に回転する。ここで１つまたは複数の基板は、光源と受光ユニットとの間で透過度測定のためにビーム路と交差し、ブラインドは積層源上の測定領域を暗くする。
2008533452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ（１）内の積層プロセスを光学的にモニタリングするための測定装置であって、
殊に、基板（３）上に積層プロセスの間に被着された層の層厚を測定するための測定装置であって、
当該装置は少なくとも
送光部と、
当該送光部のビーム路（１２）内に配置された受光ユニット（１０）と、
真空チャンバ（１）内で積層源上で運動可能な、少なくとも１つの基板（３）を有する基板保持部（２）とを含んでおり、
当該基板保持部によって前記少なくとも１つの基板（３）が、前記送光部と受光ユニット（１０）との間でビーム路（１２）内に位置づけされる形式のものにおいて、
前記送光部は真空チャンバ（１）内に基板保持部（２）とブラインド（５）の間に配置されており、
当該ブラインド（５）は基板保持部（２）の下方に配置されており、
前記ブラインド（５）は積層源上の測定領域を暗くする、
ことを特徴とする、積層プロセスを光学的にモニタリングするための測定装置。
【請求項２】
前記送光部は光導体、殊にコリメータまたは結像光学系を有する光導体を含む、請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
前記送光部は光源（４）を含む、請求項１記載の測定装置。
【請求項４】
前記光源（４）は帯域幅が広い光源、殊にハロゲンランプである、請求項３記載の測定装置。
【請求項５】
前記光源（４）はハウジング（６）内に配置されている、請求項３または４記載の測定装置。
【請求項６】
前記ハウジング（６）はコリメータ、結像光学系および／または反射体を有している、請求項５記載の測定装置。
【請求項７】
前記送光部は、積層源の方を向いていない、ブラインド（５）の面上に配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項８】
前記受光ユニット（１０）はコリメータレンズを伴う光導体（８）を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項９】
前記受光ユニット（１０）は真空チャンバ（１）外に配置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項１０】
前記受光ユニット（１０）は真空チャンバ（１）の測定窓（９）上に配置されている、請求項９記載の測定装置。
【請求項１１】
前記受光ユニット（１０）はアライメント手段（１１）を有している、請求項１から１０までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項１２】
前記受光ユニット（１０）には光検出器ユニットが結合されており、
当該光検出器ユニットは少なくとも１つの分散部材と光検出器を含み、
前記分散部材を介して、光検出器に供給された光の光波長が調整される、請求項１から１１までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項１３】
前記分散部材はモノクロメータまたはポリクロメータである、請求項１２記載の測定装置。
【請求項１４】
前記光検出器ユニットは信号増幅器およびＡ／Ｄ変換器を有している、請求項１から１３までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項１５】
前記光検出器ユニットは、光検出器ユニットに加わる光信号を評価するためにプロセッサユニットと接続されている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項１６】
前記基板保持部（２）は軸（７）を中心に回転し、ここで少なくなくとも１つの基板（３）は基板保持部（２）の半径領域上に配置されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項１７】
前記基板保持部（２）は球面カロットである、請求項１６記載の測定装置。
【請求項１８】
前記基板保持部（２）は、光源（４）と受光ユニット（１０）との間で基準光路を開放するための少なくとも１つの切り欠き（１３）を有しており、
当該切り欠き（１３）は前記基板（３）と同じ半径領域上に配置されている、請求項１６または１７記載の測定装置。
【請求項１９】
前記基板保持部（２）は、光源（４）と受光ユニット（１０）との間でビーム路を中断するための少なくとも１つの暗領域（１４）を有しており、
当該暗領域（１４）は前記基板（３）と同じ半径領域上に配置されている、請求項１６から１８までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項２０】
回転式基板保持部（２）の回転運動を検出するために、基板保持部（２）の回転駆動部はプロセッサユニットと接続されている、または接続可能である、請求項１６から１９までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項２１】
前記回転駆動部はインクリメンタル信号発生器およびカウンタを介してプロセッサユニットと接続可能であるか、または接続されている、請求項２０記載の測定装置。
【請求項２２】
前記基板保持部（２）および光検出器ユニットは、測定フェーズ、基準フェーズおよび少なくとも１つの暗フェーズを生成するために、プロセッサユニットと接続されているか、または接続可能である、請求項２０または２１記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空チャンバ内で積層プロセスを光学的にモニタリングするための測定装置、殊に積層プロセス中に基板上に被着された層の層厚測定のための測定装置に関する。この測定装置は、光結合のためのシステムおよび受光装置を含む。
【０００２】
特定の光学的特性を得るために、光波長のオーダーの薄い層が積層されている基板では、特定の透過特性または反射特性を得るために、高い均一性と正確な層厚で層が被着されなければならない。層厚は透過度測定または反射度測定を介して求められ、その場で結果が生じ、積層プロセスが正確に制御される。このように薄い層厚を測定するためにはフォトメータが複数回使用される。フォトメータは測定フェーズにおいて、積層された基板のモノクロ式透過信号または反射信号を検出し、フォトメータの光源の基準信号が検出される。しかしこのようなフォトメータ装置は次のような欠点を有している。すなわち、信号が２つの異なる検出器によって検出され、これらの検出器のずれが測定結果に影響を及ぼし、さらに光源の色温度の変化が不十分にしか考慮されないという欠点を有している。
【０００３】
このような欠点を除去するために、ＥＰ０２５７２２９Ｂ１号では、チョッパによって時間的に順次連続して、測定フェーズを第１の光線路内で生成し、別の光線路内で基準フェーズを生成し、さらに暗フェーズを生成することが提案されている。測定フェーズおよび基準フェーズにおける光信号の検出は、共通の光検出器によって行われる。ここでは、モノクロメータを介して調整された同じ波長が選定されている。従って、光源および検出器の劣化現象および温度変化が補償される。暗フェーズは外部影響および電子増幅の変化によるエラーを補償するために用いられる。信号の評価は、プロセッサユニットによって行われる。
【０００４】
光学式モニタリングシステムに対する既知の測定装置は比較的問題なく、スパッタリング装置内で、回転式の平らな基板保持部とともに、一時中断する積層とともに使用可能である。なぜなら、積層源と基板との間の僅かな間隔の故に真空チャンバ内の光路が非常に短く、積層源と測定装置との容易な空間的分割が可能だからであり、光源および受光部を容易に真空チャンバ外に配置することができるからである。
【０００５】
積層が蒸着装置の真空チャンバ内で、および／またはプラズマビームサポートプロセスまたはイオンビームサポートプロセスによって行われる場合、積層源、イオン源またはプラズマ源は基板に対してより大きい距離を有するので、真空チャンバは格段に大きく、透過度測定に対する光路が延長される。従って光源の光の僅かな部分のみが受光部に達し、測定は積層源またはイオン源またはプラズマ源の外光によって妨害されてしまう。
【０００６】
従って本発明の課題は、容易かつ、蒸着装置および／またはプラズマビームサポート積層プロセスまたはイオンビームサポート積層プロセスのための装置に適した、光学式モニタリングのための測定装置を提供することであり、ここでこの測定装置は可動基板保持部上に配置された基板の透過度測定に対して高い測定精度を有している。
【０００７】
上述の課題は、請求項１に記載された測定装置によって解決される。
【０００８】
真空チャンバ内の積層プロセスを光学式にモニタリングするための本発明の測定装置は測定装置を含み、ここでは送光部が真空チャンバ内に、基板保持部と、基板保持部の下方に配置されたブラインドの間に配置されている。基板保持部は少なくとも１つの基板を収容するように設計されており、真空チャンバ内で、積層源上で運動可能であり、有利には軸のまわりを回転する。ここで１つまたは複数の基板は、送光部と受光ユニットとの間で、透過度測定のためにビーム路と交差し、ブラインドは積層源上の測定領域を暗くする。
【０００９】
その場で行われるモニタリングのためのこの測定装置は殊に、真空積層装置内での基板での透過度測定に適しており、ここで積層は積層材料の蒸着によって、例えば電子ビーム蒸着またはプラズマビームサポートまたはイオンビームサポートＰＶＤまたはＣＶＤプロセスによって行われる。ここで測定装置によって、継続した積層プロセスの間にも測定と積層が容易に別個にされる。基板保持部の下方に近接して送光部を配置することによって、ここでは短い光路、ひいては高い光効率および低い信号ノイズが可能になる。
【００１０】
本発明の有利な実施形態において受光ユニットを真空チャンバ外に配置する場合には、測定装置は殊に、高いプロセス温度で行われるプロセスに適している。このような場合には測定装置は、真空タンクの機械的引き出しに対して、または真空状態にする際および加熱時および蒸着源および／またはイオン源またはプラズマ源の作動時の個々の構成部分の局部的なシフトに対して比較的感度が低い。ブラインドはここで送光部および真空チャンバの測定窓を不所望な積層から保護し、積層源および／またはプラズマ源またはイオン源による測定装置内の外光影響を阻止する。
【００１１】
いずれにせよ真空チャンバ内に、積層源と基板保持部との間に配置されたブラインドが暗化ないし層厚分布のために設けられている場合には、測定装置の有利な構成においてこれは同時に測定装置のためのブラインドとして用いられる。
【００１２】
別の有利な構成では送光部は直接的に、積層源の方を向いてないブラインドの面に固定され、これによって付加的に固定手段が省かれる。
【００１３】
有利には、積層中に軸を中心に球面カロットとして構成された基板保持部が回転する場合、複数の基板または少なくとも１つの基板は透過度測定のために有利には、基板保持部の半径範囲上に配置される。ここでは、カロット上のこの半径範囲外に、積層のために別の基板が配置されることは排除されない。ここでは送光部が基板保持部下に次のように配置される。すなわち、この半径範囲上に存在する基板が、基板保持部の回転時に送光部と受光ユニットとの間でビーム路と交差し、各回転時に一時中断する透過度測定が行われるように配置される。
【００１４】
送光部は本発明の有利な構成では、直接的に真空チャンバ内に配置された光源として、または真空チャンバ外に存在する光源の光を真空チャンバ内に導く光導体として構成される。送光部が真空チャンバ内の光源として構成されている場合、光源への電流供給は有利には、既に存在している、真空チャンバの真空電流フィードスルーを介して行われる。送光部を光導体として構成する場合には、真空チャンバ内に、光導体用の付加的な真空フィードスルーが設けられるべきである。真空チャンバ内に配置された光導体を有する実施形態では殊に、幅の広いスペクトル領域および高い光効率を有する任意の光源を使用することができる。これは例えばハロゲンランプ、重水素ランプまたはキセノンランプである。さらにチョッパされた光の結合が可能になる。これによって測定精度が高まり、外光影響が補償される。有利には、光導体として構成された送光部は、下方から、ブラインドの穿孔部を介して案内され、ブラインド上またはブランド保持部に固定される。
【００１５】
測定装置は、殊に光源を真空チャンバ内に配置した場合には、有利には幅の広い光源、殊にハロゲンランプを有する。従って、光学的積層に対する広い帯域幅にわたるモニタリング、有利には４００ｎｍ〜１８００ｎｍの間のスペクトル領域におけるモニタリングが可能である。さらに、真空室内で光源を保護するために有利には、これらはハウジング内に配置される。ハウジングはさらに有利な構成では、光源の光効率を上げるためにコリメータ、結像光学系および／または反射体を有している。
【００１６】
ハロゲンランプは約３５０ｎｍ〜３０００ｎｍの範囲の光を放出するので、モニタリング用のスペクトル領域の境界は主に使用されている光検出器、殊にその信号ノイズによって定められる。標準的なＳｉ光検出器によって、例えば４００ｎｍ〜１１００ｎｍまでの範囲において良好な信号ノイズ比が得られる。標準的なＩｎＧａＡｓ光検出器によって、１０００ｎｍ〜１７００ｎｍまでの範囲が問題なく検出される。ＵＶ領域（３５０ｎｍ〜４００ｎｍ）に対しては例えばＰＭＴ光検出器が適している。
【００１７】
送光器から送出された光を受光するために、受光ユニットは有利には、コリメータレンズを備えた光導体を有する。光導体を伴う受光ユニットを構成する場合には次のことが可能である。すなわち、これを真空チャンバ内で、基板保持部上方に配置することが可能である。ここで光導体に対して真空フィードスルーが真空チャンバ内に設けられる、ないしは、光導体として構成された送光部の真空フィードスルーが使用される。さらに、真空チャンバ外に受光ユニットを送光部のビーム路内に、真空チャンバの測定窓上に配置することも可能である。
【００１８】
本発明の別の有利な実施形態では、受光ユニットは光検出器ユニットと接続されている。ここで光検出器ユニットは光検出器および分散部材、殊にモノクロメータを含む。この分散部材を介して、光検出器に供給された光の光波長が調整可能であり、従って、スペクトルフォトメータによる測定が可能である。モノクロメータの代わりに、列状光検出器を伴うポリクロメータを使用してもよい。この場合に、ダイオード列またはCCD列は光学格子によって照明される。列状光検出器の各個別部材は、異なる波長によって照明される。これによって全ての波長スペクトルが同時に測定可能であり、広い帯域幅にわたったモニタリングが可能になる。
【００１９】
光検出器によって検出された光強度をさらに処理するために、光検出器の出力側に加えられた信号は有利には増幅され、A／C変換器によってデジタル化され、さらなる処理のために、光検出器ユニットと接続されているプロセッサユニットに転送される。
受光ユニットは有利な構成では真空チャンバの測定窓上に次のように配置および配向されている。すなわち、これが送光部の光を受光するように配置および配向されている。送光部のビーム路上に受光ユニットを正確に配向するために、有利には真空チャンバと接続されている受光ユニットには、アライメント手段、殊に保持部が装備される。これは真空チャンバ上に取り付けられており、受光ユニットが少なくとも１つの軸を中心に傾斜することが可能になる。
【００２０】
積層プロセスの間に基板上に蒸着された層の層厚を正確に測定することを可能にするために、有利には光源の光強度が基準フェーズにおいて、基板によって透過された光の光強度が測定フェーズにおいて、残光強度が少なくとも１つの暗フェーズにおいて順次連続して光検出器によって検出され、ここから、積層された基板の透過に対する値が導出される。検出された値から有利には、それぞれ、測定フェーズおよび暗フェーズから差分値が形成され、基準フェーズおよび暗フェーズから差分値が形成される。このようにして求められた差分値間の比（Imess-Idunkel/Iref-Idunkel)は、積層された基板の透過度に対する尺度を形成する。これによって、光源および検出器感度の変動が補償される。
【００２１】
測定装置の有利な実施形態では基板保持部は、測定フェーズおよび基準フェーズおよび暗フェーズを調整するために構成されている。基板保持部はこのために少なくとも１つの切り欠きを基準光路の解放のために有しており、少なくとも１つの暗領域を、光源と受光ユニットとの間でビーム路を中断するために有している。
【００２２】
さらに有利には、プロセッサユニットに回転式基板保持部の回転駆動部が接続され、基板保持部上に配置された基板の位置が測定フェーズの間に検出され、基準フェーズの間に切り欠きの位置が検出され、暗フェーズの間に暗領域の位置が検出される。これは有利には、回転駆動部と結合されているインクリメンタル信号発生器を介して可能である。このインクリメンタル信号発生器は各回転毎に、所定の回転角で、カウンタを所定の値にセットし、この回転角に依存してパルスをカウンタに送出する。これによってカウンタ状態に常に回転角、ひいては基板の位置、切り欠きの位置および暗領域の位置を割り当てることができる。カウンタ状態はプロセッサユニットによって評価され、ここから信号が光検出器ユニットの駆動制御のために、基準フェーズおよび測定フェーズおよび暗フェーズにおける測定値の検出のために導出される。
【００２３】
本発明を以下で、実施例に基づいてより詳細に説明する。図面
図１は、例として示された測定装置の概略図であり、
図２は、測定、基準、暗測定を行う基板保持部のセグメントである。
【００２４】
例として示された測定装置を、蒸着装置の真空チャンバ１内で積層された基板３の透過度測定のケースで説明する。積層されるべき基板３はカロット状の基板保持部２上に配置されている。この基板保持部は基板３の積層の間、積層源（図示されていない）上で、軸７を中心に回転される。層厚分布を最適化するために、基板保持部２の下方にブラインド５が、基板保持部の回転駆動部用の真空フィードスルーに固定して取り付けられている。
【００２５】
測定装置用の光源４としては帯域幅の広いハロゲンランプが設けられている。このハロゲンランプは、ハウジング６内に設けられ、基板保持部２のすぐ下にブラインド５上に取り付けられている。ハウジング６はここでは次のように構成されている。すなわちハロゲンランプの光が配向された光ビームとして流出するように構成されている。層厚分布用のブラインド５はここで同時に、測定装置用のブラインド５として用いられる。光源４への電流供給は例えばケーブルによって、真空電流フィードスルーを介して行われる。
【００２６】
受光ユニット１０は保持部１５とともに、真空チャンバ１の測定窓９上に取り付けられている。ここで光導体８はコリメータレンズとともに正確に、光源４の光ビームのビーム路１２上に配向されている。コリメータレンズによって、受光された光は光導体８内で束化され、光検出器ユニットへ転送される。受光ユニット１０を正確に配向するために、これはアライメント用手段１１を有する。これは例えば調節ボルトであり、この調節ボルトによって受光装置１０は正確にポジショニングされる。検出器アレイを有する光検出器ユニット内では受信された光信号が増幅され、デジタル化され、評価のためにプロセッサユニットへ転送される。
【００２７】
光源４および真空窓９はここではブラインド５によって、不所望な積層化から保護される。さらに受光ユニットは真空源の外光に対してブロックされている。
【００２８】
基板保持部２のセグメントには、図２に示されているように、測定、基準、暗測定を行うために、基板３用、切り下欠き１３用および暗領域１４用の複数の測定取り付け部が設けられている。ここでこれらの測定取り付け部は基板保持部２の半径領域上に配置されており、これはビーム路１２と交差する。ここでカロット状基板保持部２の別のセグメント上には、別の基板３が積層のために配置可能である。これによって基板保持部２の回転の間に、少なくとも測定フェーズの間に、基板３によって透過された光の測定が行われ、基準フェーズにおいて光源４から切り欠き１３を通って直接的に放出された光の測定が行われ、暗フェーズでは暗領域１４によって隠された光源４のもとで測定が行われる。
【００２９】
測定フェーズの間に基板保持部２上に配置された基板３の位置を検出するため、および基準フェーズのための切り欠き１３の位置を検出するため、および暗フェーズのための暗領域１４の位置を検出するため、並びに受光ユニット１０に接続された光検出器ユニットを回転式基板保持部と同期させるために、基板保持部２の駆動部は、回転駆動部と固定結合されているインクリメントタル信号発生器およびカウンタを介してプロセッサユニットと接続されている。
【００３０】
光信号の評価はプロセッサユニット内で行われ、このプロセッサユニット内では測定フェーズ、基準フェーズおよび暗フェーズにおける信号から、積層された基板３の透過度に対する値が導出される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】例として示された測定装置の概略図
【図２】測定、基準、暗測定を行う基板保持部のセグメント
【符号の説明】
【００３２】
１  真空チャンバ、  ２  基板保持部、  ３  基板、  ４  光源、  ５  ブラインド、
６  ハウジング、  ７  軸、  ８  光導体、  ９  測定窓、  １０  受光ユニット、  １１  アライメント手段、  １２  ビーム路、  １３  切り欠き、  １４  暗領域、  １５  保持部
【図１】
2008533452.tif 000003
【図２】
2008533452.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成18年9月13日(2006.9.13)
【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】
真空チャンバ（１）内の積層プロセスを光学的にモニタリングするための測定装置であって、
殊に、基板（３）上に積層プロセスの間に被着された層の層厚を測定するための測定装置であって、
当該装置は少なくとも
送光部と、
当該送光部のビーム路（１２）内に配置された受光ユニット（１０）と、
真空チャンバ（１）内で積層源上で運動可能な、積層されるべき少なくとも１つの基板（３）を有する基板保持部（２）とを含んでおり、
当該基板保持部によって前記少なくとも１つの基板（３）が、前記送光部と受光ユニット（１０）との間でビーム路（１２）内に位置づけされる形式のものにおいて、
前記送光部は真空チャンバ（１）内に基板保持部（２）とブラインド（５）の間に配置されており、
当該ブラインド（５）は基板保持部（２）の下方に配置されており、
前記ブラインド（５）は積層源上の測定領域を暗くする、
ことを特徴とする、積層プロセスを光学的にモニタリングするための測定装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
前記送光部は光導体、殊にコリメータまたは結像光学系を有する光導体を含む、請求項１記載の測定装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
前記送光部は光源（４）を含む、請求項１記載の測定装置。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
前記光源（４）は帯域幅が広い光源、殊にハロゲンランプである、請求項３記載の測定装置。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
前記光源（４）はハウジング（６）内に配置されている、請求項３または４記載の測定装置。
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項６】
前記ハウジング（６）はコリメータ、結像光学系および／または反射体を有している、請求項５記載の測定装置。
【国際調査報告】
2008533452.tif 000005
2008533452.tif 000006
2008533452.tif 000007
2008533452.tif 000008
2008533452.tif 000009
2008533452.tif 000010