JP3308135B2 - インプロセス膜厚モニター装置及び方法 - Google Patents

インプロセス膜厚モニター装置及び方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、製膜装置において
製膜厚をオンライン制御するためのインプロセス膜厚モ
ニター装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体産業において製膜装置を用いた薄
膜形成は不可欠であり、近年、製膜厚を精度よく制御す
ることの必要性が高まってきた。従来の製膜装置におけ
る製膜厚制御として、オフライン計測により膜厚を測定
し、その製膜時のオペレーティングパラメーターとの関
係から製膜時間を調節、管理する方法が主に用いられて
きた。インプロセス膜厚モニターとしては、水晶振動子
を用いたモニタリングシステムがある。また、真空蒸着
装置においては、原子吸光法を用いた製膜レート制御も
行われている。
【０００３】以下、従来の真空蒸着装置における原子吸
光法による製膜レート制御装置について図面を参照しな
がら説明する。図１８に示す概略構成において、光源１
と、飛散粒子の特性波長光のみを透過する光学フィルタ
ー２を備えた光検出器３とが、製膜粒子源４および膜形
成用基板５を内部に収納した真空チャンバ６の外面に絶
縁されて固定されている。また、光検出器３の出力と予
め設定した電圧値とを比較するコンパレータ７、その比
較結果がフィードバックされる投入パワー源８等が備え
られている。
【０００４】まず、真空チャンバ５内にある製膜粒子源
４に対して投入パワー源８から所定量のエネルギーが導
入されると、製膜粒子源４の物質が蒸発し、飛散した粒
子が基板５に付着して膜になる。この過程において、製
膜粒子源４の物質（蒸着物質）の特性波長を含む光束９
が光源１から照射されて真空容器６内の粒子飛散領域を
通過すると、光束９中に存在する粒子の数（密度）に応
じて通過光の特性波長における光強度が低下する。この
低下の割合、即ち吸光度は製膜粒子源４からの物質の単
位時間当たりの蒸発量、つまり製膜レートと強い相関を
有する。
【０００５】そこで、真空容器６内の粒子飛散領域を通
過し、さらに光学フィルター２を通過した後の光強度を
光検出器３によって検出する。そして、蒸着中の光強度
と蒸着開始直前の光強度との比から吸光度を求め、予め
実験により求めた所望の製膜レートに対応する基準の吸
光度と検出された蒸着中の吸光度とをコンパレータ７に
より比較する。検出吸光度が基準吸光度より大きい場合
は投入パワー源８のパワーを低下し、検出吸光度が基準
吸光度より小さい場合には投入パワー源８のパワーを上
昇する。このようにして、製膜レートが一定の範囲内に
収まるように投入パワー源を制御することにより、所定
の製膜時間で所定の厚さの膜を形成することができる。
【０００６】また、光検出器２で受光する光束に外光が
混入することにより発生するノイズの除去を以下のよう
にして行っている。光源１を駆動するための光源用電源
１０は所定周波数のＴＴＬレベルの矩形波を生成し、こ
れを増幅して光源１の駆動電流とすると共に、その矩形
波を位相検出器１１にも送る。位相検出器１１は、入力
された矩形波を参照信号として、光検出器３から得られ
た信号の位相検出を行い、光源１が駆動されている期間
の検出信号と駆動されていない期間の検出信号とを識別
することによりノイズ成分を除去する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来装置は、以下のような改善すべき問題点を含んでい
た。吸光度と製膜レートとの関係は、製膜装置の特性パ
ラメータやモニタリングシステムの配置が定まると図１
９に示すような関係が成り立つ。この図からわかるよう
に、製膜レートが比較的小さい領域では、製膜レートの
上昇に伴って吸光度が小さくなるが、製膜レートがある
程度以上になると吸光度の変化が小さくなり、吸光度と
製膜レートとを精度よく対応させることが難しくなる。
【０００８】また、スパッタリング装置のように飛散粒
子エネルギーが大きい装置に適用しようとすると、飛散
粒子の持つ特性波長と同一の波長の励起光が多量に発生
するため、これが大きなノイズ源となり、位相比較によ
ってノイズ成分を除去しようとしてもＳ／Ｎ比が非常に
小さくなると共にダイナミックレンジが低下する。そし
て、単純な位相比較によるノイズ成分除去法ではノイズ
を十分に除去することが難しい。
【０００９】また、光源１の発光強度は時間的に不安定
である。さらに、光源光束９が透過する真空容器６のガ
ラス窓に粒子が付着してガラス窓の透過率が低下するこ
とによって検出器３に検出される光の強度が本来検出さ
れるべき強度より小さくなってしまう。これらの問題が
従来の製膜レート制御装置をインプロセス膜厚モニター
として使用する場合の大きな障害となっていた。
【００１０】また、外光等によるノイズ成分を除去する
ために前述のように光源用電源１０からの出力を周期的
にオン・オフして光源１をパルス駆動する場合、あるい
は交流高圧電源を用いて正弦波駆動する場合、光源から
の光強度が時間的に不安定になりやすい。加えて、測定
精度を上げるべく駆動周波数を高くすると、光源からの
光強度の時間変化波形が歪みやすくなる。
【００１１】さらに、光源として飛散粒子の元素を用い
たホローカソードランプを用いると、使用できる対象が
その一種に限られてしまい、汎用性に欠けることにな
る。また、合金のように複数種の元素を用いた製膜の場
合に各元素の成分比を知ることができなかった。複数組
の光源及び検出器を用いれば複数種の粒子の成分比を検
出することが可能であるが、通常、製膜装置に光がアク
セスできるポートの数は限られており、また、スペース
面でも問題がある。
【００１２】また、水晶振動子を用いたモニタリングシ
ステムの場合は、飛散粒子が全く特定できない。しか
も、スパッタ装置内に設置した場合は測定可能な期間が
短く、頻繁に取り替える必要がある。また、連続使用す
ると振動子自身の温度上昇による測定値のシフトが起こ
るので、連続使用が困難であるという問題もある。
【００１３】本発明は上記のような従来の種々の問題点
を改善し、適用可能な製膜レートの範囲が広く、スパッ
タリングのように飛散粒子の特性波長と同じ波長の光が
大量に発生している雰囲気の中でも高精度のモニターが
可能で、各元素についての二次元膜厚分布を知ることが
でき、しかも長期にわたる連続使用が可能なインプロセ
ス膜厚モニター装置及び方法を提供することを目的とす
る。
【００１４】上記目的を達成するための本発明によるイ
ンプロセス膜厚モニター装置の特徴は、製膜装置内の飛
散粒子の特性波長を含む光源と、その光源から出た光束
を粒子飛散領域を通過する探査光束と通過しない参照光
束とに分割する光分割手段と、粒子飛散領域通過後の探
査光束と前記参照光束との光強度を測定する光検出器
と、前記光検出器に前記特性波長成分の光のみを入射さ
せるための光フィルタと、前記光検出器から出力される
探査光強度信号と参照光強度信号とに基づいて前記製膜
装置内の飛散粒子による吸光度を算出し、この吸光度か
ら製膜レートを推定するデータ処理手段とを備え、複数
の前記探査光束が前記粒子飛散領域の異なる場所を通過
するように前記光源及び光分割手段が構成され、前記光
検出器は前記粒子飛散領域を通過した複数の前記探査光
束の光強度を測定するように構成され、前記データ処理
手段が、前記光検出器から出力される複数の前記探査光
強度信号と前記参照光強度信号とに基づいて製膜レート
又は製膜厚の二次元分布を推定する点にある。
【００１５】好ましくは、光束が前記分割手段を通過す
る前に光束を断続させるチョッピング手段が設置され、
前記探査光強度信号のうちの少なくともチョッピング周
波数以下の低周波成分をカットする電気フィルターが備
られ、前記データ処理手段が、前記参照光強度信号に基
づいて前記探査光強度信号のノイズ成分及び光源の光強
度変動の影響を除去し、得られた探査光強度と参照光強
度との比から製膜レートに対応する吸光度を算出し、そ
の吸光度を製膜開始時点から時間積分することにより製
膜厚を推定する。
【００１６】製膜装置内において、製膜粒子源からみて
製膜基板の背後又は同一面に製膜レートに応じた適切な
大きさの開口を有する遮蔽板を設け、前記探査光束が前
記開口の背後を通過するように構成し、あるいは単に、
探査光束が製膜粒子源からみて製膜基板の背後を通過す
るように構成することにより、スパッタリングのように
製膜レートが高い場合にも適用することができる。
【００１７】さらに、複数の探査光束が粒子飛散領域の
異なる場所を通過するように前記光源及び光分割手段を
構成し、粒子飛散領域を通過した複数の探査光束の光強
度を測定するように前記光検出器を構成し、前記光検出
器から出力される複数の探査光強度信号と参照光強度信
号とに基づいて製膜レート又は製膜厚の二次元分布を推
定するように前記データ処理手段を構成してもよい。
【００１８】また、製膜装置内の飛散粒子が複数の元素
を含む場合、それらの複数の特性波長を含む光源を用
い、粒子飛散領域通過後の探査光束から少なくとも１つ
の特性波長成分を選択する分光器を設け、各特性波長成
分ごとに光検出器から探査光強度信号を得ることによ
り、前記データ処理手段が各元素ごとの製膜レート又は
製膜厚を推定するように構成することもできる。
【００１９】光ファイバーを用いて粒子飛散領域まで探
査光を導くと共に、粒子飛散領域通過後の探査光束を光
ファイバーを用いて製膜装置の槽の外部に導き出す構成
も好ましい。つまり、入射用光ファイバーの端部と射出
用光ファイバーの端部とが接続された枠体状のヘッド部
を製膜装置内の粒子飛散領域に挿入し、入射用光ファイ
バーの端部から出た探査光束が前記ヘッド部の開口部で
制限された粒子飛散領域を通過したのち前記射出用光フ
ァイバーの端部に入射するように構成することができ
る。これによってモニター装置を製膜用真空槽に装着す
る際の自由度が増える。
【００２０】上記ヘッド部に反射ミラーを設けて光路長
を稼いだり、ハーフミラー等を用いて、波長成分によっ
て光路長を変えたりすることもできる。その他の好まし
い実施形態については後述する。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明をマグネトロンスパ
ッタ装置に適用した好ましい実施形態について図１〜１
７を参照しながら説明する。
【００２２】まず、図１に第１の実施形態に係るインプ
ロセス膜厚制御装置の概略構成を示す。図において、飛
散粒子の特性波長を含む光束を発する光源１から発した
光束９は、チョッピング手段１８によって所定の周期で
断続され、光分割手段１７によって、探査光束１４と参
照光束１５とに分割される。探査光束１４は集束光学系
１６によって適当なスポットサイズに集束された後、真
空容器６内の粒子飛７散領域１３に入射する。スポット
サイズ（ビーム径）が調整されることにより、光束１４
が粒子飛散領域１３と交差する空間の体積が調整される
ことになる。
【００２３】粒子飛散領域１３を通過した光束は、特性
波長光のみを通過させる光学フィルタ２ａと光検出器３
ａとを含む光学測定系１９に入射する。光検出器３ａに
よって検出された光強度に対応する信号は、所定の周波
数帯域の電気信号のみを通過させるバンドパスフィルタ
２１ａを通り、探査光強度信号２３としてデータ処理系
２０に入力される。
【００２４】一方、参照光束１５は粒子飛散領域１３を
通らずに、上記の２ａと同様の光学フィルタ２ｂを通っ
て３ａと同様の光検出器３ｂに入射される。検出された
光強度に対応する信号は２１ａと同様のバンドパスフィ
ルタ２１ｂを通って参照光強度信号２２としてデータ処
理系２０に入力される。
【００２５】真空容器６内で、製膜粒子源４から飛散し
た粒子は基板５に付着して薄膜を形成するが、飛散粒子
の一部が探査光束１４中を通過することにより探査光束
１４の光エネルギーが吸収され、これによって光検出器
３ａに検出される光強度が低下する。その低下率からデ
ータ処理系２０が製膜レートを推定する。
【００２６】データ処理系２０は、まず、位相検出器１
１によって、探査光強度信号２３の位相と参照光強度信
号２２の位相とを比較してノイズ成分を除く。つまり、
チョッピング手段１８によって探査光及び参照光は共に
周期的に断続されているので、参照光強度信号２２がゼ
ロレベルのときの探査光強度信号２３のレベルがノイズ
レベルであるとみなして、参照光強度信号２２がゼロレ
ベルでない期間の探査光強度信号２３のレベルからノイ
ズレベルを差し引くことにより、ノイズ成分を除く。
【００２７】データ処理系２０は、次に、レベル検出器
３１によって探査光強度信号２３のレベルと参照光強度
信号２２のレベルとの比を求める。これによって、吸光
度、つまり製膜レートに対応する値がリアルタイムで得
られる。そして、この値を製膜開始時点から時間積分す
ることによって膜厚を推定することができる。この積分
処理を行うのがデータ処理系２０に含まれている積分器
２４である。
【００２８】なお、説明の便宜上、データ処理系２０の
機能を位相検出器１１、レベル検出器３１、及び積分器
２４に分けたが、実際には、これらの処理をまとめてマ
イクロコンピュータによって行うことができる。この場
合、データ処理系２０は、探査光強度信号２３及び参照
光強度信号２２をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換
器を含むことになる。
【００２９】本実施形態の装置によれば、探査光強度信
号２３のレベルと参照光強度信号２２のレベルとの比か
ら吸光度を求めるので、光源光束９の光強度が変動した
場合、探査光強度と参照光強度が同じように変化し、光
源光束９の光強度変動の影響は相殺される。これによっ
て光源の時間変動に影響されない高精度の検出が可能と
なる。
【００３０】また、飛散粒子の特性波長と同じ波長の励
起光が製膜雰囲気中で大量に発生する場合は、Ｓ／Ｎ比
が小さくなりダイナミックレンジが低下すると共に、前
述の位相検出によるノイズ除去が難しくなるが、探査光
束１４の周波数以外の周波数成分をカットするバンドパ
スフィルタ２１ｂの併用によってノイズ除去能力を高め
ている。なお、光源自体をオン・オフ駆動することは周
波数が高くなれば困難であり、時間的に光強度が不安定
になりやすいが、本実施形態のように、チョッピング手
段１８を用いて光束を断続させれば、上記のような問題
なしに製膜条件に応じて最適の周波数を選択することが
できる。
【００３１】また、図１では製膜粒子源４から基板５ま
での領域に探査光束１４を通過させているが、実際には
図２に示すように、製膜粒子源４から見て基板５の背後
になる領域に探査光束１４を通過させることが好まし
い。これによって、スパッタリングのように製膜レート
が高くて吸光度が飽和しやすい場合であっても、基板５
によって飛散粒子が遮られ制限された領域において、比
較的少量の粒子によって吸光が生ずるので、飽和するこ
となく製膜レートを推定することができる。あるいは、
図３に示すように、開口を有する遮蔽板２５を設けて、
その開口の背後の領域に探査光束１４を通過させてもよ
い。この場合、開口寸法を変えることによって、探査光
束１４が飛散粒子領域１３と交差する距離２６を調整す
ることができる。つまり、集束光学系１６によって光束
のビーム径を調節する他に、上記の交差距離２６を調整
することによっても探査光束１４が粒子飛散領域１３と
交差する空間の体積を調整することができる。
【００３２】なお、チョッピング手段１８を光分割手段
１７の前ではなく後に挿入し、参照光束１５を光源の光
強度変動の影響を除くためにのみ用いるようにしてもよ
い。この場合、位相検出によるノイズ除去のための参照
信号はチョッピング手段１８の駆動信号から得ることが
できる。
【００３３】本実施形態のインプロセス膜厚モニター装
置によって得られた膜厚レート、及びその時間積分であ
る膜厚推定データは、従来技術の説明で述べたように、
製膜用電源の投入パワーを制御するためのフィードバッ
クデータとして用いることができる。
【００３４】次に、本発明の第２の実施形態を図４に基
づいて説明する。図４（ａ）は、真空容器内を上方から
みた模式図である。本実施形態の膜厚モニター装置は、
図１に示したモニター装置を４組備えている。そのうち
の一組を例にとれば、光源１ａから出た光束は、チョッ
ピング手段１８ａによって断続され、光分割手段１７ａ
によって探査光束１４ａと参照光束１５ａとに分割され
る。探査光束１４ａは、飛散粒子領域１３を通過したの
ち光学フィルタ及び光検出器を含む光学測定系１９ａに
入射する。検出された光強度に対応する信号はバンドパ
スフィルタ２１ａを通ってデータ処理系２０ａに入力さ
れる。他の組についても同様であり、これらの動作は第
１実施形態において詳しく説明した通りである。
【００３５】４組のモニター装置によって、各データ処
理系２０ａ−ｄに１つずつ、合計４つの吸光度が得られ
る。例えば、データ処理系２０ａに得られる吸光度は、
粒子飛散領域１３における探査光束１４ａを積分経路と
する飛散粒子の数に対応する線積分値である。４つのデ
ータ処理系に得られる吸光度はそれぞれ異なる経路によ
る線積分値であり、通常は互いに相違している。
【００３６】そこで、図４（ｂ）に示すように、粒子飛
散領域１３をいくつかのブロック２７に分割し、各ブロ
ック２７に対する探査光束１４ａ−ｄの寄与の度合いを
数値化したマトリックス２８を作成し、未知数である各
ブロック内での吸光度を要素とする列ベクトル２９を考
える。すると、マトリックス２８と列ベクトル２９との
積が線積分値である探査光強度２３ａ−ｄの行ベクトル
となる。したがって、この行列式の未知数である列ベク
トル２９の要素を算出すれば、各ブロック２７内での吸
光度、換言すれば粒子飛散領域における吸光度（即ち製
膜レート）の二次元分布を知ることができる。このよう
な処理を行うのが図４（ａ）における分布演算手段２０
ｚである。なお、各ブロック２７ごとに、製膜開始時点
からの製膜レートを時間積分することによって製膜厚の
二次元分布を推定することができる。
【００３７】図４（ｃ）では粒子飛散領域１３を９個の
ブロック２７に分割しているが、もっと細かく分割して
もよい。また、探査光束の数についても４本にかぎら
ず、もっと増やしてもよい。本実施形態では上記のよう
に行列式で表される連立方程式を解くことによって各ブ
ロック２７ごとの吸光度を求めるが、その解法として、
適当な初期値を与えて繰り返し演算による近似値を求め
る方法がある。あるいは、二次元分布の対称性を仮定し
てアーベル変換等の処理によって求めることもできる。
【００３８】また、図４（ａ）では探査光束と同じ数の
光源、チョッピング手段、光分割手段等を用いている
が、図５（ａ）〜（ｃ）に例示するように、一つの光源
から出た光束をチョッピングした後に３つ以上の光束に
分割し、そのうちの少なくとも一つを参照光束とするよ
うに構成すれば、光源、チョッピング手段、光分割手段
等の数を全体として削減することができる。
【００３９】本実施形態のインプロセス膜厚モニター装
置によって得られた膜厚レート、及び製膜厚推定値の二
次元分布データは、製膜用電源の投入パワーや基板・製
膜粒子間距離等を制御して均一な製膜厚を得るためのフ
ィードバックデータとして用いることができる。
【００４０】次に第３の実施形態を図６に基づいて説明
する。図６は真空容器内を製膜粒子源側から見た模式図
である。この実施形態も第２の実施形態と同様に複数組
のモニター装置を備えているが、製膜粒子源側から見て
基板の背後に、複数の開口３０ａ−ｄを有する遮蔽板２
５が設けられ、各開口３０ａ−ｄの背後にそれぞれの探
査光束１４ａ−ｄを通過させている点が第２の実施形態
と異なる。
【００４１】遮蔽板２５の開口３０ａ−ｄの大きさを調
整することによって各探査光束１４ａ−ｄが各開口３０
ａ−ｄの背後の粒子飛散領域と交差する距離、従って体
積を調整することができる。また、複数の開口３０ａ−
ｄの配置に基づいて、膜厚レート、ひいては膜厚の二次
元分布を推定することができる。開口３０ａ−ｄ及び探
査光束１４ａ−ｄの数を必要に応じて増やせば二次元分
布をより細かく推定することができる。
【００４２】次に、本発明の第４の実施形態を図７に基
づいて説明する。本実施形態は、図１に示した第１実施
形態と比べると、探査光束１４に含まれる波長成分のう
ちの特性波長成分のみを選択して一定方向に射出する機
能を有するグレーティング３３を含む分光器３２が備え
られている点が異なる。この場合、光学測定系１９にの
特性波長光のみを透過する光学フィルターは無くてもよ
い。
【００４３】本実施形態の膜厚モニター装置の動作は、
第１実施形態において説明した動作と基本的には同じで
ある。以下、第１実施形態と異なる点、及び補足事項を
中心に説明する。
【００４４】チョッピング手段１８は所定の周期で光源
光束９を断続する、従って、光分割手段１７によって分
割された参照光束１５が光学測定系１９´に入射されて
得られた参照光強度信号２２は矩形波状の信号である。
この参照光強度信号２２は、データ処理系２０の位相検
出器１１及びレベル検出器へ入力される。レベル検出器
はサンプルホールド回路を含み、チョッピング周波数よ
りも低いサンプリング周波数に対しては適切に光源光強
度の時間変化をとらえることができる。このように参照
光強度信号２２から位相と光強度の二つの情報を取り出
して、探査光強度信号２３の補正を行うことにより、ノ
イズ成分と光源光束９の光強度変動の影響を除去して測
定精度を高めている。
【００４５】データ処理系２０の位相検出器１１は、参
照光強度信号２２のレベルがゼロであるときの探査光強
度信号２３のレベルをノイズレベルとみなして、参照光
強度信号２２のレベルがゼロでない期間の探査光強度信
号２３のレベルからノイズレベルを差し引く処理を行
う。通常のロックインアンプを用いる場合は、参照光強
度信号と探査光強度信号との位相差が時間的に変化して
いる場合にも対応できるように、内部のＰＳＤ回路（疑
似ヘテロダイン方式の位相検波回路）による掛算を行っ
た後、適当な周波数の正弦波を発生させ、この正弦波を
用いて再び掛算を行い、これによって探査光強度信号と
参照光強度信号との位相差がある場合の位相補正を行っ
ている。第二回目の掛算を行う代わりに、いずれか一方
の信号を遅延させて二つの信号の位相を合わせた後にＰ
ＳＤ回路による掛算を行うことにより、測定精度に大き
な影響を与える二回目の掛算回路を省くことができる。
この遅延は、参照光強度信号について行うことが望まし
い。また、位相を自動的に合わせるように遅延時間を制
御できる回路を用いてもよい。参照光強度信号と探査光
強度信号との位相差は、信号ケーブルの長さやインピー
ダンスの違いに起因する僅かな信号遅延によって生じ得
るが、上記のように参照光強度信号を遅延させることに
より、両信号の位相を合わせて高精度のノイズ除去が可
能となる。
【００４６】飛散粒子の特性波長と同一の波長が製膜雰
囲気中で励起光等として多量に発生する場合には、Ｓ／
Ｎ比が非常に小さくなりダイナミックレンジが低下する
と共に、位相比較ではノイズ成分が十分に取り除けなく
なるので、探査光束１４及び参照光束１５の駆動周波数
以外の周波数成分を予め光検出器３の出力からカットし
て位相検出器１１に入力する。かかるノイズ発生源とし
て、製膜装置への投入パワー源として使用する機器のリ
ップルによるノイズ光の変動を考慮する必要がある。
【００４７】例えば、６０Ｈｚの３相２００Ｖ入力によ
るＤＣスパッタリング電源と単相２００Ｖ入力のＤＣス
パッタリング電源を用いて製膜を行う場合、６０Ｈｚの
３相２００Ｖ入力の直流化によって３６０Ｈｚのリップ
ル成分が生じ、６０Ｈｚの単相２００Ｖ入力の直流化に
よって１２０Ｈｚのリップル成分が生ずる。そこで、変
動しないノイズ成分及び主要な機器を駆動している６０
Ｈｚのノイズ成分を合わせて、ＤＣ，６０Ｈｚ，１２０
Ｈｚ，３６０Ｈｚの４つの周波数成分をバンドパスフィ
ルターを用いて取り除く。これにより、信号周波数付近
以外の全ての周波数成分を取り除くバンドパスフィルタ
ーを用いた従来の方法に比べて、信号の時間応答性が良
くなり、また、矩形信号の歪みが小さくなる。
【００４８】また、一般に、矩形波をバンドパスフィル
ターを通して低周波のノイズ成分を除去しようとする
と、矩形波の立上がり部及び立ち下がり部以外の部分の
信号がＤＣ成分とみなされてバンドパスフィルターの出
力波形の歪みが大きくなる。そこで、積分時定数が可変
である積分器を挿入して波形整形を行い、その後ロック
インアンプに入力することによりロックインアンプの動
作を安定化している。
【００４９】また、光源自体をオン・オフ駆動させるの
ではなく、チョッピング手段１８を用いて光束を断続さ
せるので、光強度が不安定になることがなく、安定した
強度の光束が得られる。チョッピング手段１８の駆動周
波数を時間的に変調する事によって製膜条件に応じた最
適な周波数を選択することも可能である。なお、光源自
体をオン・オフ駆動させる場合は、最初はＤＣあるいは
数Ｈｚ程度の低周波で点灯させておき、徐々に周波数を
上げていくようにすれば、比較的安定して光源を点灯す
ることができる。
【００５０】また、第１実施形態で説明したのと同様
に、本実施形態についても、製膜レートが高くて吸光度
が飽和しやすい場合は、図８に示す変形例のように製膜
粒子源４から見て基板５の背後になる領域に探査光束１
４を通過させることによって、飽和することなく製膜レ
ートを推定することができる。あるいは図９に示す変形
例のように、開口を有する遮蔽板２５を設けて、その背
後の領域に探査光束１４を通過させてもよい。この場
合、開口寸法を変えることによって、探査光束１４が飛
散粒子領域１３と交差する距離２６を調整することがで
きる。
【００５１】本実施形態では光分割手段１７の後の集束
光学系を省略しているが、第１実施形態と同様にこれを
設けることは好ましい。また、本実施形態では真空容器
の対向する壁面に窓を設けて探査光束を透過させている
が、そのような窓を形成することが難しい場合は、図１
０に示すように開口部３０を有する枠状のヘッド部３９
に入射用及び射出用の光ファイバー３６を接続したもの
真空容器内に挿入してもよい。探査光束は接続部３７を
介して入射用光ファイバー３６に入り、入射用光ファイ
バー３６中を伝播してヘッド部３９に至る。ヘッド部３
９で入射用光ファイバー３６から出た探査光束は、ヘッ
ド部３９の開口部３０で制限された粒子飛散領域を通過
した後、射出用光ファイバー３６に入り、光ファイバー
３６中を伝播して接続部３８を経て分光器３２に至る。
この場合、光入出射部材３９の開口部３０の大きさを調
節することにより広い製膜レート範囲に対応することが
できる。例えば、製膜レートが速いために粒子飛散領域
と探査光束との交差する距離を短くする必要がある場合
は開口部３０の大きさを小さくすればよい。光ファイバ
を用いることによって光学系を一カ所にまとめて設置
し、製膜装置から遠ざけることも可能になる。次に、本
発明の第５の実施形態を図１１に基づいて説明する。こ
の実施形態は、図７に示した第４の実施形態と以下の点
で異なっている。つまり、飛散粒子領域１３を通過した
探査光束はグレーティング３３を含む分光器３２によっ
て、複数の原子の特性波長に対応する複数の波長成分に
分光される。そして、各原子種ごとに探査光強度の測定
が可能なように、分光された光束が入射される複数の光
学測定系１９が配置されている。
【００５２】このような構成によって本実施形態の膜厚
モニター装置は、例えば合金をターゲットとして用いる
スパッタリングのように、飛散粒子に複数の元素が含ま
れている場合に、各元素ごとの吸光度、即ち製膜レート
を検出することができる。
【００５３】図１１の場合は、２つの光学測定系１９，
１９’が用意されており、２種類の波長成分について探
査光強度信号２３が得られる。そして、データ処理系２
０は２系統の位相検出器１１，１１’とレベル検出器３
１，３１’を備え、各波長成分ごとにノイズ成分の除去
と光源変動の補正を行って吸光度を求める。尚、分光チ
ャンネル数及び光学測定系の数等を３以上に増やした場
合も同様である。
【００５４】また、本実施形態の膜厚モニター装置を単
一元素の製膜に用いる場合、同一の元素の複数の異なる
特性波長を選択するように設定し、得られた複数のデー
タを処理することによって測定精度を高めることができ
る。また、グレーティングを用いた分光器においてグレ
ーティングを製膜レートの変化が予想される周期より短
い周期で繰り返し、必要な波長の光強度が検出できる範
囲でグレーティングの角度を変化させることにより、複
数の波長のモニターを一つの光学測定系でまかなうよう
にしてもよい。
【００５５】次に、本発明の第６の実施形態を図１２に
示す。図１２は、真空容器内を上方からみた模式図であ
る。本実施形態の膜厚モニター装置は、図４に示した第
２実施形態と上述の第５実施形態とを組み合わせたもの
である。つまり、複数組のモニター装置によって吸光度
の二次元分布を測定を可能にし、しかも各組ごとに分光
器３３及び複数系統の光学測定系等を備えることによっ
て、複数の元素に対応する波長成分ごとに吸光度、即ち
製膜レートの二次元分布を求めることができるようにし
ている。
【００５６】次に、本発明の第７の実施形態を図１３に
基づいて説明する。図１３において、真空容器内の粒子
飛散領域１３に挿入されたヘッド部５１が示されてい
る。ヘッド部５１は、開口部５２を囲む枠体、その内壁
に取り付けられた反射ミラー５３、そして、反射ミラー
と対向する内壁に設けられた入射用光ファイバー接続部
５４及び射出用光ファイバー接続部５５とを備えてい
る。
【００５７】既述の各実施形態と同様に、飛散粒子の特
性波長を含む光束が光源から発せられ、チョッピング手
段によって所定の周期で断続された光束９が光分割手段
１７によって探査光束１４と参照光束１５とに分割され
る。探査光束１４は入射接続部材３７を介して接続され
た入射用光ファイバー５６に入射し、光ファイバー５６
中を伝播してヘッド部５１に達する。そしてヘッド部５
１において入射用光ファイバー接続部５４を通って開口
部５２へ射出された探査光束１４は、開口部５２を囲む
枠の内壁に取り付けられた反射ミラー５３によって反射
した後、射出用光ファイバー接続部５５を介して射出用
光ファイバー５７に入射する。射出用光ファイバー５７
中を伝播した光束は射出接続部材３８及び分光器５９
（グレーティング３３）を介して既述の各実施形態と同
様の光測定系に導入され、処理される。
【００５８】真空容器内の粒子飛散領域１３に挿入され
たヘッド部５１の開口部５２を往復する探査光束１４
は、その光路中に存在する飛散粒子によって光エネルギ
ーが吸収される。この吸光度を検出することによって既
述の実施形態と同様に製膜レートを測定することができ
る。
【００５９】ここで、粒子飛散領域１３中の飛散粒子は
開口部５１によってによって探査光束１４中を通過する
ものと通過しないものとに一定の割合で分離されるの
で、製膜レートが高い場合にも、吸光度が飽和しない範
囲で適用することができる。また、本実施形態の膜厚モ
ニター装置の場合は、入射用及び射出用の光ファイバー
を通す箇所を真空容器の壁面一か所に設ければよく、そ
の位置は比較的自由度があるので、既述の実施形態の場
合のように真空容器の対向する壁面に窓を設けて探査光
を通過させることが構造上難しい場合に有効である。
【００６０】また、ヘッド部５１の開口部５１の大きさ
を調節することにより、広範囲の製膜レートに対応する
ことができる。あるいは、複数のミラーをヘッド部５１
の対向する内壁に順次ずらせて配置することにより、開
口部５１での探査光束１４の反射回数を増やすことがが
でき、その反射回数を調節することによって広範囲の製
膜レートに対応することもできる。尚、ヘッド部５１の
外形及び開口部の形状は矩形に限らず、他の形状にして
もよい。
【００６１】また、ヘッド部５１を粒子飛散領域１３内
で移動させる手段およびその位置を制御する手段を設け
ることにより、製膜レートの二次元分布を測定すること
も可能である。
【００６２】尚、分光器を通した後、複数の光検出器に
よって複数の波長成分の光強度を検出することによって
複数の元素ごとに製膜レートを測定する等、既述の実施
形態で説明した種々の変形例については本実施形態にも
適用することができる。
【００６３】尚、本実施形態の変形例として、粒子飛散
領域１３内に挿入された１又は複数のヘッド部からの複
数の射出用光ファイバー５７ａ，５７ｂを図１４に示す
ように、一つの分光器５９の入り口スリット部６０に沿
って所定の間隔をあけて取り付けてもよい。入り口スリ
ット部６０は分光器５９内のグレーティング６１の回転
軸６２にほぼ平行に設けられ、各射出用光ファイバー５
７ａ，５７ｂから出たそれぞれの光束６３ａ，ｂは回転
軸６２に対して垂直に、かつ、互いに干渉しない程度の
間隔を確保して平行に入射する。各光線６３ａ，ｂがグ
レーティング６１で反射され分光した後のそれぞれの光
束６４ａａ−ｂｂに対応する位置に、それらの光強度を
各別に検出する光検出器３ａａ−ｂｂが配置されてい
る。図１４は２つのヘッド部からの２つの光束を処理す
る場合を示しているが、３つ以上の光束を処理する場合
も同様である。
【００６４】次に、本発明の第８の実施形態を図１５に
基づいて説明する。この実施形態は以下の点で図１３に
示した第７の実施形態と異なる。つまり、図１３におけ
る反射ミラー５３がハーフミラー６７で置き換えられ、
２本の射出用光ファイバーのうちの１本５７ｂがハーフ
ミラー６７の裏に接続部５５ｂを介して接続されてい
る。もう一つの射出用光ファイバー５７ａは図１３と同
様に入射用光ファイバー５６と同じ側に接続されてい
る。
【００６５】ハーフミラー６７には波長選択性を有する
ものが使用される。探査光束には一つの元素の特性波長
λ１の成分と他の元素の特性波長λ２の成分とが含まれ
ている。入射用光ファイバー５６の端部から出た探査光
束は、開口部５２によって制限された粒子飛散領域を通
過してハーフミラー６７に達する、そして、探査光束の
うちの波長λ１の成分６５はハーフミラー６７を透過し
て一方の射出用光ファイバー５７ｂに導入され、波長λ
２の成分６６はハーフミラー６７で反射してさらに度開
口部５２で制限された粒子飛散領域を通過した後、他方
の射出用光ファイバー５７ａに入射する。
【００６６】本実施形態の製膜モニター装置は、複数元
素による製膜の際、即ち、飛散粒子に複数の元素が含ま
れている場合に、各元素ごとの吸光度、即ち製膜レート
を検出する組成比モニターとして使用することができ
る。図１５からわかるように、波長λ２の光の光路長は
波長λ１の光路長の２倍になるので、特性波長λ１の元
素と特性波長λ２の元素との組成比（つまり、飛散レー
ト）が約２対１の割合である場合に、これらの２成分に
ついてほぼ同じレベルの吸光度を得ることができる。従
って、いずれの成分についても、図１９に示した吸光度
対製膜レート特性の有効領域における高精度な測定を行
うことが容易になる。
【００６７】尚、飛散粒子に含まれる元素が３種以上の
場合も同じ原理でそれぞれの特性波長ごとに光束を分離
することができる。例えば、３種類の波長成分を分離す
るには、射出用光ファイバー５７ａの接続部５５ａにも
波長選択性ハーフミラーを設け、そのミラーで反射した
成分を受ける第３の射出用光ファイバーを第１のハーフ
ミラー６７の側に接続すればよい。また、組成比が２対
１より大きい場合は、さらに反射の回数を増やして光路
長の比を大きくすることによって対応することができ
る。
【００６８】本実施形態の変形例として、波長選択性ハ
ーフミラーを用いる代わりに、図１６に示すように、波
長により反射角が異なるグレーティング６８を用い、各
波長成分の反射先に射出用光ファイバー接続部５５ａ，
５５ｂを配置するようにしてもよい。また、反射ミラー
との組み合わせによって波長成分ごとに開口部を通過す
る回数を変えてもよい。
【００６９】尚、既述の実施形態で述べたように、製膜
中にヘッド部の位置を制御しながら移動させることによ
って製膜レートの二次元分布を測定する等の変形例は本
実施形態にも適用できる。
【００７０】次に、本発明の第９の実施形態を図１７に
基づいて説明する。この実施形態は図３や図６等に示し
たような探査光束が飛散粒子と交差する領域を制限する
ための開口付き遮蔽板の改良に関するものである。本実
施形態の遮蔽板２５は図１７（ａ）及び（ｂ）に示す２
枚の円板状の遮蔽板部材２５ａ，２５ｂを重ね合わせて
構成される。一方の遮蔽板部材２５ａには半径に沿って
中心から周部まで延びたスリット状の開口６９が形成さ
れている。他方の遮蔽板部材２５ｂには、円柱座表系で
（ｒ×θ／２π，θ）で示される渦巻き線と（ｒ×θ／
２π＋ｄ，θ）で示される渦巻き線とで挟まれた幅ｄの
渦巻きスリット状の開口７０が形成されている。
【００７１】一方の遮蔽板部材２５ａはスリット状開口
６９が探査光路に沿って位置するようにセットされ、他
方の遮蔽板部材２５ｂは、遮蔽板部材２５ａに重ねてセ
ットされると共に所定速度で回転させられる。遮蔽板部
材２５ａの開口６９と遮蔽板部材２５ｂの開口７０との
重なり部に遮蔽板２５としての開口が形成され、この開
口は遮蔽板部材２５ｂの回転に伴って半径方向に移動す
る。そして、その位置は遮蔽板部材２５ｂの回転角を検
出することにより知ることができる。したがって、遮蔽
板の半径に沿って吸光度すなわち製膜レートの分布を測
定することができる。
【００７２】なお、第７の実施形態等において、入射用
光ファイバー及び射出用光ファイバーの端部が接続され
た枠体状のヘッド部が基板ホルダーを兼ねるように構成
することができる。つまり、基板を支持する基板ホルダ
−に入射用光ファイバー及び射出用光ファイバーの端部
を埋設し、基板ホルダ−の開口部、即ち基板が飛散粒子
にさらされる領域を探査光が通過するように構成すれば
よい。
【００７３】また、各実施形態において、探査光強度信
号の時間変化に基づいて製膜装置の異常を判別して製膜
を中断するようにしてもよい。例えば本格的な製膜の前
段階として予備製膜段階を設け、シャッターを開けた後
に探査光強度信号の時間変化を所定時間計測する。そし
て、計測された探査光強度信号の時間変化に所定の周波
数（製膜装置に固有の周波数）以上の周期的変化が検出
された場合は製膜を中断する。この場合は製膜装置自体
に問題があり、製膜を続けても無駄になると推定される
からである。
【００７４】また、光計測系をまとめて真空容器あるい
は窒素充填容器に封入することにより、製膜装置の外部
における外乱要因（外光、温度、湿度等）の影響を緩和
することができる。
【００７５】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、スパッタ
リングのように製膜レートの光学的検出が難しい条件下
でも、精度良く製膜レート及び精膜厚を推定することが
でき、さらにその二次元分布を推定することもできる。
また、複数の元素の粒子が飛散している場合に、各元素
に対応する特性波長ごとに製膜レート及び精膜厚を精度
良く推定することができ、これによって組成比の推定も
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るインプロセス膜
厚モニター装置の概略構成図
【図２】図１のインプロセス膜厚モニター装置におい
て、粒子飛散領域と探査光束との交差距離を制限するた
めに探査光束を基板の背後に通過させるように配置した
構成の概略構成図
【図３】図１のインプロセス膜厚モニター装置におい
て、粒子飛散領域と探査光束との交差距離を制限するた
めに開口を有する遮蔽板を配置した構成の概略構成図
【図４】本発明の第２の実施形態に係るインプロセス膜
厚モニター装置の真空容器内部の粒子源側から見た図
【図５】図４及びのインプロセス膜厚モニター装置にお
いて、探査光及び参照光の分割方法の例を示した概略構
成図
【図６】本発明の第３の実施形態に係るインプロセス膜
厚モニター装置の真空容器内部の粒子源側から見た図
【図７】本発明の第４の実施形態に係るインプロセス膜
厚モニター装置の概略構成図
【図８】図７のインプロセス膜厚モニター装置におい
て、粒子飛散領域と探査光束との交差距離を制限するた
めに探査光束を基板の背後に通過させるように配置した
構成の概略構成図
【図９】図７のインプロセス膜厚モニター装置におい
て、粒子飛散領域と探査光束との交差距離を制限するた
めに開口を有する遮蔽板を配置した構成の概略構成図
【図１０】図７のインプロセス膜厚モニター装置におい
て、光ファイバーを用いて探査光束を真空容器内に導入
すると共に、粒子飛散領域通過後の探査光束を光ファイ
バーを用いて真空容器外へ導き出した構成の概略構成図
【図１１】本発明の第５の実施形態に係るインプロセス
膜厚モニター装置であって、複数の元素の粒子について
膜厚をモニターする構成の概略構成図
【図１２】本発明の第６の実施形態に係るインプロセス
膜厚モニター装置の概略構成図
【図１３】本発明の第７の実施形態に係るインプロセス
膜厚モニター装置のヘッド部を中心とする概略構成図
【図１４】図１３のインプロセス膜厚モニター装置にお
いて、１つの分光器で複数の光ファイバーからの信号を
分光する構成の概略構成図
【図１５】本発明の第８の実施形態に係るインプロセス
膜厚モニター装置のヘッド部を中心とする概略構成図
【図１６】図１５のインプロセス膜厚モニター装置のヘ
ッド部にグレーティングを用いた構成の概略構成図
【図１７】本発明のインプロセス膜厚モニター装置にお
ける遮蔽板の改良例を示す図
【図１８】従来例に係る蒸着装置用製膜レートモニター
装置の概略構成図
【図１９】製膜レートと吸光度との関係を示すグラフ
【符号の説明】
１ 光源 ２ａ，２ｂ 光学フィルター ３ａ，３ｂ 光検出器 ４ 粒子源 ５ 基板 ６ 真空容器（製膜装置） ８ 投入パワー源 ９ 光束 １０ 光源用電源 １１ 位相検出器 １２ 膜厚モニター装置 １３ 粒子飛散領域 １４ 探査光束 １５ 参照光束 １６ 集束光学系 １７ 光分割手段 １８ チョッピング手段 １９ 光学測定系 ２０ データ処理系 ２１ バンドパスフィルター ２２ 参照光強度信号 ２３ 探査光強度信号 ２４ 演算手段 ２５，２５ａ，２５ｂ 遮蔽板 ２６ 探査光束が飛散粒子量域と交差する距離 ２７ ブロック ２８ 各ブロックに対する探査光束の寄与の度合を数値
化したマトリックス ２９ 各ブロック内での吸光度を要素とする列ベクトル ３０ａ，１０ｂ，３０ｃ，３０ｄ 開口 ３１ レベル検出器 ５１ ヘッド部 ５２ 開口部 ５３ 反射ミラー ５４ 入射用光ファイバー接続部 ５５ 射出用光ファイバー接続部 ５６ 入射用光ファイバー ５７，５７ａ，５７ｂ 射出用光ファイバー ５９ 分光器 ６０ 入射スリット部 ６１ グレーティング ６２ グレーティングの回転軸 ６３ａ，６３ｂ 射出用光ファイバーから射出した光束 ６４ 分光された光束 ６５ 波長λ１の光束 ６６ 波長λ２の光束 ６７ 波長選択性ハーフミラー ６８ 波長により反射角の異なるグレーティング ６９ 第１遮蔽板部材の直線状スリット ７０ 第２遮蔽板部材の渦巻き状スリット
フロントページの続き (72)発明者 安井 秀明 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 向井 裕二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 平尾 孝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−240962（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−300531（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−172977（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−147240（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−205517（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−110352（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−58793（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−63204（ＪＰ，Ａ) 特公 昭50−32640（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 C23C 16/00 - 16/56 G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 製膜装置内の飛散粒子の特性波長を含む
    光源と、その光源から出た光束を粒子飛散領域を通過す
    る探査光束と通過しない参照光束とに分割する光分割手
    段と、前記粒子飛散領域通過後の前記探査光束と前記参
    照光束との光強度を測定する光検出器と、前記光検出器
    に前記特性波長成分の光のみを入射させるための光フィ
    ルタと、前記光検出器から出力される探査光強度信号と
    参照光強度信号とに基づいて前記製膜装置内の飛散粒子
    による吸光度を算出し、この吸光度から製膜レートを推
    定するデータ処理手段とを備え、 複数の前記探査光束が前記粒子飛散領域の異なる場所を
    通過するように前記光源及び光分割手段が構成され、前
    記光検出器は前記粒子飛散領域を通過した複数の前記探
    査光束の光強度を測定するように構成され、前記データ
    処理手段が、前記光検出器から出力される複数の前記探
    査光強度信号と前記参照光強度信号とに基づいて製膜レ
    ート又は製膜厚の二次元分布を推定することを特徴とす
    る インプロセス膜厚モニター装置。
  2. 【請求項２】 光束が前記光分割手段を通過する前に光
    束を断続させるチョッピング手段が設置され、前記探査
    光強度信号のうちの少なくともチョッピング周波数以下
    の低周波成分をカットする電気フィルターが備えられ、
    前記データ処理手段が、前記参照光強度信号に基づいて
    前記探査光強度信号のノイズ成分及び光源の光強度変動
    の影響を除去し、得られた探査光強度と参照光強度との
    比から製膜レートに対応する吸光度を算出し、その吸光
    度を製膜開始時点から時間積分することにより製膜厚を
    推定する請求項１記載のインプロセス膜厚モニター装
    置。
  3. 【請求項３】 製膜装置内において、製膜粒子源からみ
    て製膜基板の背後又は同一面に製膜レートに応じた適切
    な大きさの開口を有する遮蔽板を設け、前記探査光束が
    前記開口の背後を通過するように構成されている請求項
    １記載のインプロセス膜厚モニター装置。
  4. 【請求項４】 前記遮蔽板が第１及び第２の円板状部材
    を重ね合わせて構成され、第１の部材には半径に沿って
    延びる直線状スリットが形成され、第２の部材には中心
    から渦巻き状に周部へ延びる渦巻きスリットが形成さ
    れ、 前記直線状スリットが探査光路に沿うように第１の部材
    がセットされ、第２の 部材が第１の部材に対して回転す
    ることにより、前記直線状スリットと前記渦巻きスリッ
    トとの重なり部が半径方向に移動するように構成されて
    いる請求項３記載のインプロセス膜厚モニター装置。
  5. 【請求項５】 製膜装置内において、探査光束が製膜粒
    子源からみて製膜基板の背後を通過するように構成され
    ている請求項１記載のインプロセス膜厚モニター装置。
  6. 【請求項６】 前記データ処理手段は、前記探査光強度
    信号と前記参照光強度信号との位相比較を行うことによ
    りノイズ成分を除去する位相検出器を含み、さらに、前
    記探査光強度信号のうちの粒子飛散領域で発生する光ノ
    イズの周波数帯域の信号を減衰させる電気フィルタを備
    え、前記探査光強度信号が前記電気フィルタを通過した
    後に前記位相検出器に入力されるように構成され、前記
    電気フィルタは、直流成分、６０Ｈｚ成分、１２０Ｈｚ
    成分、及び３６０Ｈｚ成分を減衰させる複数のフィルタ
    で構成されている請求項１記載の膜厚モニター装置。
  7. 【請求項７】 製膜装置内の飛散粒子の複数の特性波長
    を含む光源と、その光源から出た光束を、粒子飛散領域
    を通過する探査光束と通過しない参照光束とに分割する
    光分割手段と、その光分割手段へ入射する前の光束を断
    続させるチョッピング手段と、粒子飛散領域通過後の探
    査光束から少なくとも１つの特性波長成分を選択する分
    光器と、分光器からの光束が入射されて特性波長成分ご
    との探査光強度信号を出力する探査光検出器と、前記参
    照光束が入射されて参照光強度信号を出力する参照光検
    出器と、前記探査光強度信号のうちの少なくともチョッ
    ピング周波数以下の低周波成分をカットする電気フィル
    ターと、前記探査光検出器から出力される複数の探査光
    強度信号と前記参照光検出器から出力される参照光強度
    信号とに基づいて製膜レート又は製膜厚を複数の特性波
    長ごとに推定するデータ処理手段とを備え、 複数の前記探査光束が前記粒子飛散領域の異なる場所を
    通過するように、前記光源から前記データ処理手段に至
    る一連の計測系を複数組備えることにより、複数の特性
    波長ごとの製膜レート又は製膜厚の二次元分布を推定す
    ることを特徴とするインプロセス膜厚モニター装置。
  8. 【請求項８】 前記光源、分光器、粒子飛散領域を囲む
    容器、及び光検出器が 光ファイバーによって接続されて
    いる請求項７記載のインプロセス膜厚モニター装置。
  9. 【請求項９】 製膜装置内の飛散粒子の複数の特性波長
    を含む光源と、その光源から出た光束を、粒子飛散領域
    を通過する探査光束と通過しない参照光束とに分割する
    光分割手段と、その光分割手段へ入射する前の光束を断
    続させるチョッピング手段と、粒子飛散領域まで探査光
    を導く入射用光ファイバーと、その入射用光ファイバー
    の端部と複数の射出用光ファイバーの端部とが接続され
    た枠体状のヘッド部と、前記複数の射出用光ファイバー
    の他端側にそれぞれ接続された、前記粒子飛散領域通過
    後の前記探査光のうち前記特性波長の成分を取り出す手
    段と、その特性波長成分の光強度を測定する探査光検出
    器と、前記参照光束の光強度を測定する参照光検出器
    と、前記探査光検出器から出力される探査光強度信号と
    前記参照光検出器から出力される参照光強度信号とに基
    づいて前記製膜装置内の飛散粒子による吸光度を算出
    し、この吸光度から製膜レートを推定するデータ処理手
    段とを備え、 前記ヘッド部は１又は複数の反射ミラーを備え、前記反
    射ミラーの一部又は全部がハーフミラーであり、 前記ヘッド部は、製膜装置内の粒子飛散領域に挿入さ
    れ、前記入射用光ファイバーの端部から出て前記開口部
    で制限された粒子飛散領域を通過した探査光束のうちの
    一部の波長成分が前記ハーフミラーを通過して複数の前
    記射出用光ファイバーのうちの１本に入り、他の波長成
    分はそのハーフミラーで反射し、さらに前記開口部で制
    限された粒子飛散領域を通過した後、他の前記射出用光
    ファイバーに入るように構成されたインプロセス膜厚モ
    ニター装置。
  10. 【請求項１０】 前記ハーフミラーに代えて、波長によ
    って反射方向が異なるグレーティングを用いた請求項９
    記載のインプロセス膜厚モニター装置。
  11. 【請求項１１】 前記複数の射出用光ファイバーの他端
    側で特性波長の成分を取り出す手段が一つの分光器で兼
    用され、 各射出用光ファイバーから出たそれぞれの光束が、前記
    分光器のグレーティングの回転軸に対して垂直に、か
    つ、互いに干渉しない程度の間隔を確保して平行に入射
    するように、各射出用光ファイバーが前記分光器に接続
    されている請求項 ９記載のインプロセス膜厚モニター装
    置。
  12. 【請求項１２】 前記枠体状のヘッド部が基板ホルダー
    を兼ね、基板が飛散粒子にさらされている領域を前記探
    査光が通過する請求項９記載のインプロセス膜厚モニタ
    ー装置。
  13. 【請求項１３】 製膜装置内の飛散粒子の特性波長を含
    む光源から出た光束を所定の周期でチョッピングした
    後、粒子飛散領域を通過する探査光束と通過しない参照
    光束とに分割し、粒子飛散領域通過後の探査光束のうち
    の前記特性波長の成分から探査光強度信号を得、前記参
    照光束のうちの前記特性波長成分から参照光強度信号を
    得、両光強度信号の位相を比較することによりノイズ成
    分を除去すると共に、両光強度信号のレベル比から前記
    製膜装置内の飛散粒子による吸光度を算出し、この吸光
    度から製膜レートを推定する膜厚モニター方法であっ
    て、 複数の前記探査光線を粒子飛散領域の異なる箇所に通過
    させ、得られた複数の前記探査光強度信号と前記参照光
    強度信号とから製膜レート又は製膜厚の二次元分布を推
    定することを特徴とする膜厚モニター方法。
  14. 【請求項１４】 製膜装置内の飛散粒子の複数の特性波
    長を含む光源から出た光束を所定の周期でチョッピング
    した後、粒子飛散領域を通過する探査光束と通過しない
    参照光束とに分割し、粒子飛散領域通過後の探査光束お
    よび前記参照光束から前記複数種の特性波長ごとの探査
    光強度信号および参照光強度信号を得、両光強度信号の
    位相を比較することによりノイズ成分を除去すると共
    に、両光強度信号のレベル比から前記製膜装置内の飛散
    粒子の元素ごとに吸光度を算出し、この吸光度から元素
    ごとの製膜レートを推定する膜厚モニター方法であっ
    て、 光ファイバーを用いて前記探査光束を前記製膜装置内に
    導き、前記光ファイバーの端部から出て前記粒子飛散領
    域を通過した前記探査光束のうちの一部の波長成分につ
    いては、波長選択性を有するハーフミラーを通過させて
    別の光ファイバーに入射させ、他の波長成分については
    そのハーフミラーで反射させて、さらに粒子飛散領域を
    通過させた後、さらに別の光ファイバーに入射させ、こ
    れらの複数の光ファイバーによって粒子飛散領域通過後
    の探査光束を波長成分ごとに前記製膜装置の外部へ導き
    出すことを特徴とする膜厚モニター方法。
  15. 【請求項１５】 前記ハーフミラーに代えて、波長によ
    って反射方向が異なる グレーティングを用い、これによ
    って、探査光束を特性波長ごとに異なる距離だけ粒子飛
    散領域に通過させた後、複数の光ファイバーによって波
    長成分ごとに前記製膜装置の外部へ導き出す請求項１４
    記載の膜厚モニター方法。
  16. 【請求項１６】 前記光ファイバーの端部から出た探査
    光束を粒子飛散領域に通過させたのち別の光ファイバー
    に入射させるために粒子飛散領域に挿入される、複数の
    光ファイバーの端部が接続されたヘッド部を粒子飛散領
    域中で位置制御しながら移動させることにより、製膜レ
    ート又は製膜厚の二次元分布を推定する請求項１４また
    は１５記載の膜厚モニター方法。
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