【手続補正書】
【提出日】平成23年3月8日(2011.3.8)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実基板に測定光を透過させて光学膜厚を測定する光学式膜厚計であって、
前記実基板に向けて前記測定光としての出射光を出射する投光手段と、
前記実基板を介して前記投光手段と反対側の位置で、前記出射光を反射する反射ミラーと、
前記実基板を透過し、且つ前記反射ミラーで反射して前記実基板を透過した前記測定光を受光する受光手段と、
該受光手段により受光された前記測定光を検出する光検出手段と、を備え、
前記実基板の成膜面に対する垂線は、前記測定光の光軸に対して所定角度を有して配設されていることを特徴とする光学式膜厚計。
【請求項２】
前記測定光である前記出射光と前記反射ミラーで反射された反射光は、前記実基板の略同一箇所を透過することを特徴とする請求項１記載の光学式膜厚計。
【請求項３】
前記反射ミラーは、前記測定光の光軸に対してほぼ垂直方向に反射面が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の光学式膜厚計。
【請求項４】
前記反射ミラーは、前記反射ミラーの反射面に対する垂線と、前記測定光の光軸とのなす角度が−５．０〜＋５．０°の範囲になるように配設されてなる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。
【請求項５】
前記実基板の成膜面に対する垂線と、前記測定光の光軸とが成す所定角度が、略４．５°以上であ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。
【請求項６】
前記実基板は所定速度で動き、前記反射ミラーは、前記実基板に対し一定の位置に固定されて配設されていることを特徴とする請求項１、３乃至５のいずれか一項に記載の光学式膜厚計。
【請求項７】
真空容器内に実基板を支持して回転可能なドーム状の基板ホルダと、
蒸着材料を蒸発させる蒸着手段と前記基板ホルダとの間の位置に、前記真空容器側に固定されて配設される補正板と、
前記基板ホルダに前記実基板を取り付けた状態で、前記実基板に測定光を透過させて光学膜厚を測定する光学式膜厚計と、を備えた薄膜形成装置であって、
前記光学式膜厚計は、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学式膜厚計を用いたことを特徴とする光学式膜厚計を備えた薄膜形成装置。
【請求項８】
前記反射ミラーは前記補正板に配設されていることを特徴とする請求項７記載の光学式膜厚計を備えた薄膜形成装置。
【請求項９】
真空容器内に実基板を支持して回転可能な略円筒状の基板ホルダと、
前記基板ホルダの外側に配設されたスパッタ手段と、
前記基板ホルダに前記実基板を取り付けた状態で、前記実基板に測定光を透過させて光学膜厚を測定する光学式膜厚計と、を備えた薄膜形成装置であって、
前記光学式膜厚計は、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学式膜厚計を用いたことを特徴とする光学式膜厚計を備えた薄膜形成装置。
【請求項１０】
前記反射ミラーは前記基板ホルダ内に配設されていることを特徴とする請求項９記載の光学式膜厚計を備えた薄膜形成装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
また、従来の光学式膜厚計は、図９に示すように、薄膜形成装置３に取り付けられており、低屈折率膜に対する測定精度を上げることが難しい。例えば、蒸着材料として多用されるＳｉＯ２は、モニタガラスとの屈折率差が小さいことから、特に透過測光系においては、その場測定（ｉｎ−ｓｉｔｕ）での光量変化量が小さく、制御することが困難であるという不都合がある。つまり、光量変化量が小さいと、限られた変化量に基づいて制御せざるを得ず、精度を高くすることが困難になってしまう。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
前記課題は本発明に係る光学式膜厚計によれば、実基板に測定光を透過させて光学膜厚を測定する光学式膜厚計であって、前記実基板に向けて前記測定光としての出射光を出射する投光手段と、前記実基板を介して前記投光手段と反対側の位置で、前記出射光を反射する反射ミラーと、前記実基板を透過し、且つ前記反射ミラーで反射して前記実基板を透過した前記測定光を受光する受光手段と、該受光手段により受光された前記測定光を検出する光検出手段と、を備え、前記実基板の成膜面に対する垂線は、前記測定光の光軸に対して所定角度を有して配設されていることにより、解決される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
前記測定光である前記出射光と前記反射ミラーで反射された反射光は、前記実基板の略同一箇所を透過するので、反射ミラーで反射される前後の測定光である出射光と反射光は、実基板のそれぞれ同じ部分を透過させることができ、透過位置の違いによる測定誤差の発生を防止することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、前記実基板の成膜面に対する垂線と、前記測定光の光軸とが成す所定角度が、略４．５°以上であると好適である。このとき、所定の経路を通って実基板を透過していない光（不要な反射光）を光検出手段に検出されないようにするので基板の透過光だけを正確に測定する事が可能となる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、前記課題は、本発明の光学式膜厚計を備えた薄膜形成装置によれば、真空容器内に実基板を支持して回転可能なドーム状の基板ホルダと、蒸着材料を蒸発させる蒸着手段と前記基板ホルダとの間の位置に、前記真空容器側に固定されて配設される補正板と、前記基板ホルダに前記実基板を取り付けた状態で、前記実基板に測定光を透過させて光学膜厚を測定する光学式膜厚計と、を備えた薄膜形成装置であって、前記光学式膜厚計は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学式膜厚計を用いたこと、により解決される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
前記課題は、本発明の薄膜形成装置によれば、真空容器内に実基板を支持して回転可能な略円筒状の基板ホルダと、前記基板ホルダの外側に配設されたスパッタ手段と、前記基板ホルダに前記実基板を取り付けた状態で、前記実基板に測定光を透過させて光学膜厚を測定する光学式膜厚計と、を備えた薄膜形成装置であって、前記光学式膜厚計は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学式膜厚計を用いたことにより、解決される。このとき、前記反射ミラーは前記基板ホルダ内に配設されていると好適である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
【図１】回転ドラム式ホルダを備える薄膜形成装置を上方から見た概略構成説明図である。
【図２】ドーム式ホルダを備える薄膜形成装置を側方から見た概略構成説明図である。
【図３】光軸に対する反射ミラー角度と測定光強度の関係を示すグラフ図である。
【図４】基板の傾きと測定光の割合変化を示す説明図である。
【図５】基板角度と測定光強度の関係を示すグラフ図である。
【図６】ＢＫ−７基板の透過率測定結果を示すグラフ図である。
【図７】ＩＲカットフィルタの透過率測定結果を示すグラフ図である。
【図８】ＳｉＯ２単層成膜時の、波長５２０ｎｍにおける光学膜厚の時間経過による光量変化の計算結果を示すグラフ図である。
【図９】従来の透過型光学式膜厚計を備える薄膜形成装置の概略構成説明図である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
図１及び図２は、本発明に係る光学式膜厚計及び薄膜形成装置を示すもので、図１は回転ドラム式ホルダを備える薄膜形成装置を上方から見た概略構成説明図、図２はドーム式ホルダを備える薄膜形成装置を側方から見た概略構成説明図である。
また、図３乃至図８は、本発明に係る光学式膜厚計に関するもので、図３は光軸に対する反射ミラー角度と測定光強度の関係を示すグラフ図、図４は基板の傾きと測定光の割合変化を示す説明図、図５は基板角度と測定光強度の関係を示すグラフ図、図６はＢＫ−７基板の透過率測定結果を示すグラフ図、図７はＩＲカットフィルタの透過率測定結果を示すグラフ図、図８はＳｉＯ２単層成膜時の、波長５２０ｎｍにおける光学膜厚の時間経過による光量変化の計算結果を示すグラフ図である。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
反射ミラー１７は、実基板Ｓの裏側に配設されており、実基板Ｓを透過した投光器１１からの出射光Ｌ１を反射するものである。反射ミラー１７は、Ａｌ膜、Ａｇ膜をコーティングしたミラーや、これらＡｌ膜やＡｇ膜上にＭｇＦ２又はＳｉＯをオーバーコートしたミラー、また、その他の誘電体膜をオーバーコートしたミラーを用いることができる。反射面のサイズは任意であるが、実基板Ｓのサイズと同等程度とされることが望ましく、数ｃｍ程度である。反射ミラー１７の反射面は８０％程度の反射率を有している。反射ミラー１７は、実基板Ｓに照射される出射光Ｌ１の光軸に対してほぼ垂直（直角）に配設されているため、出射光Ｌ１を反射して反射光Ｌ２とし、出射光Ｌ１の光軸と同経路で反射光Ｌ２が実基板Ｓを透過する。
なお、球面アクロマティックレンズ１５と実基板Ｓと反射ミラー１７は、光ファイバ端部１４からの測定光の光軸に沿って配設されている。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
実基板Ｓとしては、ガラス等の材料で形成された部材を用いると好適である。本実施形態では、実基板Ｓとして板状のものを用いているが、実基板Ｓの形状としてはこのような板状のものに限定されない。また、表面に薄膜を形成できる他の形状、例えばレンズ形状、円筒状、円環状といった形状であってもよい。ここで、ガラス材料とは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で形成された材料であり、具体的には、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラスなどが挙げられる。なお、本実施形態において実基板Ｓとは、光学フィルタＦも含むものとしている。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
図３は、光軸に対する反射ミラー角度θと測定光強度の関係を示すグラフ図であり、反射ミラー角度が−６〜＋６°までの測定結果である。
ここで、反射ミラー１７の反射ミラー角度θは、反射ミラー１７の反射面に対する垂線、測定光の光軸とのなす角度である。
図３で判明するように、反射ミラー１７の角度θが０°において反射光の光量が最大値となる。なお、図３において、反射ミラー１７の反射率は１００％として換算したデータを示した。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
また、反射光の測定光強度は反射ミラー角度θが０°で最大となるものの、反射ミラー角度θが±１．０°において、反射ミラー角度θ＝０°に比して、８２〜８７％以上の測定光強度を有しており、反射ミラー角度θが±０．６°の場合には、９４〜９６％以上の測定光強度を有している。なお、図３において、反射光の光量は、出射光Ｌ１の光量に対する、反射ミラー１７において測定された光量（反射光Ｌ２の光量）の割合をパーセントで示した値である。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
また、許容できる反射ミラー１７の反射ミラー角度θ（＝−５．０〜＋５．０°）は、反射ミラー１７と球面アクロマティックレンズ１５若しくは光ファイバ端部１４との距離に応じ、上記範囲において変化する値である。すなわち、反射ミラー１７と球面アクロマティックレンズ１５若しくは光ファイバ端部１４との距離が長くなれば、許容できる反射ミラー１７の反射ミラー角度θは狭くなる。
なお、薄膜形成装置１においては、反射ミラー１７と球面アクロマティックレンズ１５との間の距離は、６０〜３５０ｍｍ程度である。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
図４は、基板の傾きと測定光の割合変化を示す説明図であり、実基板Ｓの傾きと測定光（出射光及び反射光）の経路と光の割合変化を示すもので、図４（ａ）は、実基板Ｓの傾き角度α＝０°の場合（傾いていない場合）、図４（ｂ）は実基板Ｓの傾き角度αが所定の値を有する場合である。ここで、実基板Ｓの傾き角度αは、実基板Ｓの成膜面に対する垂線と、測定光の光軸とのなす角度である。
なお、図４中の光量は、実基板Ｓを取り付けない状態で測定した光量を１００％とした模式図である。また、ここでは反射ミラー１７の反射率は８０％としている。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
まず、図４（ａ）に示した、基板Ｓの傾き角度α＝０°での測定光の経路と光の割合変化について説明する。
真空容器３１の測定窓２５から入射された光（出射光Ｌ１）は、実基板Ｓを透過する。このとき、入射された光（出射光Ｌ１）の全光量を「１００」とすると、実基板Ｓの両側の表面で、透過せずにそれぞれ４．２５％ずつ反射される（合計光量８．５）。この光量８．５の光は、反射光Ｌ２−１として測定窓２５から出射される。したがって、実基板Ｓを透過する光量は９１．５となる。この透過された光量９１．５の光は、実基板Ｓの裏側に配設された反射ミラー１７によって反射される。この折り返し反射光は、再度実基板Ｓを透過する事になり、同様に、合計８．５％の反射率を考慮し、残りの９１．５％が実基板Ｓを透過する。即ち、光量８３．７（１回目の透過光９１．５×反射ミラー１７からの折り返しによる２回目の透過率９１．５％）がＬ２−２として測定窓２５から出射される。このとき、反射ミラー１７の反射率を無視するのは、実基板Ｓの測定前に、実基板Ｓが無い（反射ミラー１７の反射のみ）の状態で１００％ベースライン測定を行う為である。
折り返し反射光が実基板Ｓを透過する際、実基板Ｓで反射された光量７．７８（９１．５×８．５％）が再度反射ミラー１７によって反射する場合、光量６．２２（７．７８×反射ミラー反射率８０％）が再度実基板Ｓへ向かう。この光量６．２２の再反射光も同様に実基板Ｓでそれぞれ４．２５％ずつ合計８．５％が反射され、光量５．６９（６．２２×９１．５％）がＬ２−３として測定窓２５から出射される。
すなわち、測定窓２５から出射される光は、Ｌ２−１〜３であり、実基板Ｓの反射光も混在してしまう。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
（実施例２）
図７はＩＲカットフィルタの透過率測定結果を示すグラフ図である。ＩＲ（赤外線）カットフィルタは、ＢＫ−７基板上に、Ｎｂ２Ｏ５／ＳｉＯ２を積層させた光学フィルタＦである。図７においても、図６と同様に、Ｘ軸とＹ軸は、それぞれ測定波長と透過率を示しており、また、本発明に係る光学式膜厚計による測定結果（２回透過）と、分光光度計による測定（１回透過）と、１回透過のデータを２回透過に換算した（換算値）が示されている。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
（実施例３）
図８は、ＳｉＯ２単層膜成膜時の、波長５２０ｎｍにおける光学膜厚の時間経過による光量変化を示すグラフ図で、ＳｉＯ２単層膜フィルタの光量変化計算結果であり、１回透過による計算結果と、本発明に係る光学式膜厚計によるＳｉＯ２単層膜フィルタの２回透過の計算結果と、を比較したものである。ＳｉＯ２単層膜フィルタは、ＢＫ−７にＳｉＯ２単層膜を形成した光学フィルタＦである。Ｘ軸は成膜時間（膜厚に比例）、Ｙ軸は透過光量を示している。また、光量変化計算は、波長５２０ｎｍの値である。