JPH04301506A - 真空蒸着装置に於ける光学定数と膜厚の測定方法及び測定装置 - Google Patents
真空蒸着装置に於ける光学定数と膜厚の測定方法及び測定装置Info
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- JPH04301506A JPH04301506A JP3065175A JP6517591A JPH04301506A JP H04301506 A JPH04301506 A JP H04301506A JP 3065175 A JP3065175 A JP 3065175A JP 6517591 A JP6517591 A JP 6517591A JP H04301506 A JPH04301506 A JP H04301506A
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Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、真空蒸着により基板に
形成される薄膜の光学定数や膜厚をその形成中或いは形
成直後に測定する方法と装置に関する。
形成される薄膜の光学定数や膜厚をその形成中或いは形
成直後に測定する方法と装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、真空蒸着装置内の基板に形成され
る光学薄膜の光学定数を測定する装置として、図1に示
す装置が知られている(米国特許第4335961号)
。また、一般の大気中に於いて光学定数を分光測定で測
定する方法として、(R,T)測定法(Thomas
C.Paulick:Applied Optic
sVol.25,No.4 pp.562〜564,
1986年参照)や、(T,Rm)測定法(A.Hjo
rtsberg:Applied Optics,V
ol.20,No.7,pp.1254〜1263,1
981年)などが知られている。
る光学薄膜の光学定数を測定する装置として、図1に示
す装置が知られている(米国特許第4335961号)
。また、一般の大気中に於いて光学定数を分光測定で測
定する方法として、(R,T)測定法(Thomas
C.Paulick:Applied Optic
sVol.25,No.4 pp.562〜564,
1986年参照)や、(T,Rm)測定法(A.Hjo
rtsberg:Applied Optics,V
ol.20,No.7,pp.1254〜1263,1
981年)などが知られている。
【0003】(R,T)測定法は、透明基板上に形成さ
れた単層の光学膜の垂直又は垂直に近い入射光に対する
分光反射率測定値Rexp(λ)及び分光透過率測定値
Texp(λ)から、所定の膜厚と光学定数を持つ単層
膜の分光反射率及び分光透過率を与える理論式に基づい
て、波長λにおける光学定数n(λ)−ik(λ)を逆
算して求めるものである。
れた単層の光学膜の垂直又は垂直に近い入射光に対する
分光反射率測定値Rexp(λ)及び分光透過率測定値
Texp(λ)から、所定の膜厚と光学定数を持つ単層
膜の分光反射率及び分光透過率を与える理論式に基づい
て、波長λにおける光学定数n(λ)−ik(λ)を逆
算して求めるものである。
【0004】(T,Rm)測定法は、その一部にAl(
アルミニウム)などの反射率が高い遮光膜が被覆されて
いる透明基板に、光学定数を測定したい薄膜を単層に被
覆したものを用意し、透明部分の分光透過率Texp
(λ)と、不透明部分の膜面からの入射光に対する反射
率Rmexp (λ)とを測定し、これから前記(R,
T)測定法と同様の方法で光学定数を求めるものである
。
アルミニウム)などの反射率が高い遮光膜が被覆されて
いる透明基板に、光学定数を測定したい薄膜を単層に被
覆したものを用意し、透明部分の分光透過率Texp
(λ)と、不透明部分の膜面からの入射光に対する反射
率Rmexp (λ)とを測定し、これから前記(R,
T)測定法と同様の方法で光学定数を求めるものである
。
【0005】図1に示した装置は、真空排気口1を備え
た真空蒸着室2内に回転する基板ホルダー3を設け、該
基板ホルダー3に取り付けた複数個の基板4へ、シャッ
ター5が開かれたときに下方の2つの蒸発源6、7から
の蒸気流8、9を浴びせて該基板4に形成した薄膜の分
光反射率及び分光透過率を測定する装置で、該基板4の
近傍にモニター基板10を設け、これに外部の光源11
から透光窓12を介して導入した入射光13を当てるこ
とによりその測定が行われる。該光源11の光は、単色
フィルター又はモノクロメータ14及び第1反射鏡15
を介してモニター基板10へ入射し、その反射光16を
透光窓12及び外部の第2反射鏡17を介して外部の受
光器18に受光すると共にその透過光19を透光窓20
を介して受光器21で受光し、各受光信号を増幅器22
、23及びA・D変換器24、25を介してコンピュー
タ26に入力させて分光反射率及び分光透過率のデータ
処理が行なわれる。27はレコーダー、28は開口部2
8aを備えたマスクである。該モニター基板10には他
の基板4と共に蒸着が施され、該モニター基板10の分
光反射率を逐次多波長測定し、各蒸着時間ti (i=
1,2…)、蒸着膜厚di に対する反射率の極値Rp
(λ)と波長λi から、 計算式Rp (λ) ={(ns (λi )−ns(λ))/(n
s(λ)+n2(λi ))}2 によって、光学薄膜の波長λi における屈折率n(λ
i )を求めるものである。ここに、ns(λi )は
モニター基板10の波長λi における屈折率である。 また、従来の一般の(R,T)測定法及び(T,Rm)
測定法は、通常の分光光度計などによって、試料の反射
率及び透過率を測定し、測定データを解析して光学定数
を求めていた。
た真空蒸着室2内に回転する基板ホルダー3を設け、該
基板ホルダー3に取り付けた複数個の基板4へ、シャッ
ター5が開かれたときに下方の2つの蒸発源6、7から
の蒸気流8、9を浴びせて該基板4に形成した薄膜の分
光反射率及び分光透過率を測定する装置で、該基板4の
近傍にモニター基板10を設け、これに外部の光源11
から透光窓12を介して導入した入射光13を当てるこ
とによりその測定が行われる。該光源11の光は、単色
フィルター又はモノクロメータ14及び第1反射鏡15
を介してモニター基板10へ入射し、その反射光16を
透光窓12及び外部の第2反射鏡17を介して外部の受
光器18に受光すると共にその透過光19を透光窓20
を介して受光器21で受光し、各受光信号を増幅器22
、23及びA・D変換器24、25を介してコンピュー
タ26に入力させて分光反射率及び分光透過率のデータ
処理が行なわれる。27はレコーダー、28は開口部2
8aを備えたマスクである。該モニター基板10には他
の基板4と共に蒸着が施され、該モニター基板10の分
光反射率を逐次多波長測定し、各蒸着時間ti (i=
1,2…)、蒸着膜厚di に対する反射率の極値Rp
(λ)と波長λi から、 計算式Rp (λ) ={(ns (λi )−ns(λ))/(n
s(λ)+n2(λi ))}2 によって、光学薄膜の波長λi における屈折率n(λ
i )を求めるものである。ここに、ns(λi )は
モニター基板10の波長λi における屈折率である。 また、従来の一般の(R,T)測定法及び(T,Rm)
測定法は、通常の分光光度計などによって、試料の反射
率及び透過率を測定し、測定データを解析して光学定数
を求めていた。
【0006】従来の光学定数を求める手順は、図2にス
テップS1〜S8に示す如くであり、膜厚dは触針式膜
厚計等で測定しておき、データ処理のための入力データ
として使用する。波長λにおける反射率Rex(λ)及
び透過率Tex(λ)が前記の測定法で得られたら、コ
ンピュータを用いてステップS5に示す連立方程式を逆
算して波長λにおける光学定数がステップS6に示すよ
うに一般に多重根N1(λ),N2(λ),…Nm(λ
)として得られ、どの根もステップS5に示す連立方程
式を満足する。これら多重根の中から正しい解を判別す
るために、他に入射角を変えた測定や、Kramers
−Kronig解析、その他手間の掛かる測定手段、解
析手段を併用する必要があった。
テップS1〜S8に示す如くであり、膜厚dは触針式膜
厚計等で測定しておき、データ処理のための入力データ
として使用する。波長λにおける反射率Rex(λ)及
び透過率Tex(λ)が前記の測定法で得られたら、コ
ンピュータを用いてステップS5に示す連立方程式を逆
算して波長λにおける光学定数がステップS6に示すよ
うに一般に多重根N1(λ),N2(λ),…Nm(λ
)として得られ、どの根もステップS5に示す連立方程
式を満足する。これら多重根の中から正しい解を判別す
るために、他に入射角を変えた測定や、Kramers
−Kronig解析、その他手間の掛かる測定手段、解
析手段を併用する必要があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の真空蒸着装置内
の光学薄膜の光学定数の測定法では、定量的な測定は無
吸収の透明な光学薄膜試料に限られており、求めれる光
学定数は屈折率nに限定される。吸収膜の光学定数の測
定方法としては、大気中における一般の前記(R,T)
測定法や(T,Rm)測定法があるが、これは通常の分
光光度計によるものであって、真空蒸着装置内の試料に
ついて、分光反射率と分光透過率を同時に測定するもの
ではない。また、仮に真空蒸着装置内の試料について分
光反射率と分光透過率の測定がなされたとしても、デー
タ処理における求める光学定数の多重解の判別の困難性
が伴なう。前記多重根が出る原因は、自然法則に根ざし
たもので、(R,T)測定法を図示した図3や(T,R
m)測定法を図示した図4に見られるように、反射率の
等高線と透過率の等高線の交点として光学定数n−ik
が求められるが、このような交点は一般に2つ以上存在
する。図3の場合、薄膜被覆透明基板(屈折率ns=1
.5)への垂直入射光の透過率Tのn−k面上の等高線
(点線)と、反射率Rの等高線(実線)の交点の座標で
薄膜の光学定数n−ikが与えられる。また、図4は、
一部分に金属薄膜を被覆した透明基板上に形成された膜
厚dの吸収膜の光学定数を測定する(T,Rm)測定法
の場合を示し、点線は透明部分の垂直入射光透過率Tの
n−k面上の等高線、実線は金属薄膜部分の垂直入射光
反射率Rmの等高線を示す。該吸収膜の光学定数(複素
屈折率)N=n−ikは、Tの等高線とRmの等高線の
交点(一般に複数)の座標で与えられる。尚、透明基板
の屈折率nsは、ns=1.5、金属薄膜部分の光学定
数Nmは、Nm=20−i70、d/λ=0.1の座標
である。従来は、これらの多重根の中から正しい解を判
別するために手間のかかる測定手段や解析手段を併用す
る必要があり、正しい光学定数を求めるための自動化が
困難であった。また、(R,T)測定法や(T,Rm)
測定法で得られる光学定数は、膜厚に敏感で、精度良く
膜厚を測定しておかないと得られる光学定数の誤差が大
きくなり、触針式膜厚計などの測定精度の限界によって
光学定数を精度良く求めるのが困難であった。
の光学薄膜の光学定数の測定法では、定量的な測定は無
吸収の透明な光学薄膜試料に限られており、求めれる光
学定数は屈折率nに限定される。吸収膜の光学定数の測
定方法としては、大気中における一般の前記(R,T)
測定法や(T,Rm)測定法があるが、これは通常の分
光光度計によるものであって、真空蒸着装置内の試料に
ついて、分光反射率と分光透過率を同時に測定するもの
ではない。また、仮に真空蒸着装置内の試料について分
光反射率と分光透過率の測定がなされたとしても、デー
タ処理における求める光学定数の多重解の判別の困難性
が伴なう。前記多重根が出る原因は、自然法則に根ざし
たもので、(R,T)測定法を図示した図3や(T,R
m)測定法を図示した図4に見られるように、反射率の
等高線と透過率の等高線の交点として光学定数n−ik
が求められるが、このような交点は一般に2つ以上存在
する。図3の場合、薄膜被覆透明基板(屈折率ns=1
.5)への垂直入射光の透過率Tのn−k面上の等高線
(点線)と、反射率Rの等高線(実線)の交点の座標で
薄膜の光学定数n−ikが与えられる。また、図4は、
一部分に金属薄膜を被覆した透明基板上に形成された膜
厚dの吸収膜の光学定数を測定する(T,Rm)測定法
の場合を示し、点線は透明部分の垂直入射光透過率Tの
n−k面上の等高線、実線は金属薄膜部分の垂直入射光
反射率Rmの等高線を示す。該吸収膜の光学定数(複素
屈折率)N=n−ikは、Tの等高線とRmの等高線の
交点(一般に複数)の座標で与えられる。尚、透明基板
の屈折率nsは、ns=1.5、金属薄膜部分の光学定
数Nmは、Nm=20−i70、d/λ=0.1の座標
である。従来は、これらの多重根の中から正しい解を判
別するために手間のかかる測定手段や解析手段を併用す
る必要があり、正しい光学定数を求めるための自動化が
困難であった。また、(R,T)測定法や(T,Rm)
測定法で得られる光学定数は、膜厚に敏感で、精度良く
膜厚を測定しておかないと得られる光学定数の誤差が大
きくなり、触針式膜厚計などの測定精度の限界によって
光学定数を精度良く求めるのが困難であった。
【0008】本発明は、基板に蒸着される吸収膜の光学
定数と膜厚を、前記多重解の中から正しい解を簡単に判
別し且つ膜厚が精度良く測定されていなくてもリアルタ
イムで得ることの可能な測定方法を提供すること及び分
光反射率と分光透過率を同時に測定可能な真空蒸着装置
の分光測定装置を提供することを目的とするものである
。
定数と膜厚を、前記多重解の中から正しい解を簡単に判
別し且つ膜厚が精度良く測定されていなくてもリアルタ
イムで得ることの可能な測定方法を提供すること及び分
光反射率と分光透過率を同時に測定可能な真空蒸着装置
の分光測定装置を提供することを目的とするものである
。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明では、真空蒸着室
内の蒸着される基板の近傍に設けたモニター基板に、該
真空蒸着室の外部から導入した光を照射し、該モニター
基板の分光反射率と分光透過率を測定してその測定値を
コンピュータシステムから成るデータ処理部で演算処理
することにより該モニター基板に形成される薄膜の光学
定数と膜厚を測定する方法に於いて、該モニター基板に
、求めようとする光学定数の波長の光とこれとは別の波
長の光とを入射させて各波長における分光反射率及び分
光透過率の測定を行ない、求めようとする光学定数の波
長における分光反射率及び分光透過率の測定値から逆算
して得られる光学定数の多重解の各々について分散を無
視して得られる前記別の波長の分光反射率及び分光透過
率を計算し、その計算値と前記別の波長の分光反射率及
び分光透過率の測定値とを比較演算して前記別波長の分
光反射率及び分光透過率の測定値と最も良く合う計算値
に対応する解である光学定数を採用することにより、基
板に蒸着される吸収膜の光学定数と膜厚を、前記多重解
の中から正しい解を簡単に判別し且つ膜厚が精度良く測
定されていなくてもリアルタイムで得ることができる。
内の蒸着される基板の近傍に設けたモニター基板に、該
真空蒸着室の外部から導入した光を照射し、該モニター
基板の分光反射率と分光透過率を測定してその測定値を
コンピュータシステムから成るデータ処理部で演算処理
することにより該モニター基板に形成される薄膜の光学
定数と膜厚を測定する方法に於いて、該モニター基板に
、求めようとする光学定数の波長の光とこれとは別の波
長の光とを入射させて各波長における分光反射率及び分
光透過率の測定を行ない、求めようとする光学定数の波
長における分光反射率及び分光透過率の測定値から逆算
して得られる光学定数の多重解の各々について分散を無
視して得られる前記別の波長の分光反射率及び分光透過
率を計算し、その計算値と前記別の波長の分光反射率及
び分光透過率の測定値とを比較演算して前記別波長の分
光反射率及び分光透過率の測定値と最も良く合う計算値
に対応する解である光学定数を採用することにより、基
板に蒸着される吸収膜の光学定数と膜厚を、前記多重解
の中から正しい解を簡単に判別し且つ膜厚が精度良く測
定されていなくてもリアルタイムで得ることができる。
【0010】また、真空蒸着装置の真空蒸着室内の蒸着
される基板の近傍にモニター基板を設け、該真空蒸着室
の外部から透光窓を介して該モニター基板に光を照射し
、その反射光と透過光を測定する測定手段とその測定値
を演算処理するコンピュータシステムから成るデータ処
理部で演算処理することにより該モニター基板に形成さ
れる薄膜の光学定数と膜厚を測定する装置に於いて、該
モニター基板を、参照用ミラーと、参照用ニュートラル
デンシティフィルター及び較正用開口部を備えたモニタ
ーホルダーに取り付けすることにより、真空蒸着装置の
分光反射率と分光透過率を同時に測定可能になる。
される基板の近傍にモニター基板を設け、該真空蒸着室
の外部から透光窓を介して該モニター基板に光を照射し
、その反射光と透過光を測定する測定手段とその測定値
を演算処理するコンピュータシステムから成るデータ処
理部で演算処理することにより該モニター基板に形成さ
れる薄膜の光学定数と膜厚を測定する装置に於いて、該
モニター基板を、参照用ミラーと、参照用ニュートラル
デンシティフィルター及び較正用開口部を備えたモニタ
ーホルダーに取り付けすることにより、真空蒸着装置の
分光反射率と分光透過率を同時に測定可能になる。
【0011】
【作用】真空蒸着装置の真空蒸着室内に、モニター基板
の他に参照用ミラーと、参照用ニュートラルデンシティ
フィルター及び較正用開口部を備えたモニターホルダー
が設けられているので、真空中でも該モニターホルダー
を移動させることにより、これに設けた参照用ミラー等
を使用して分光反射率及び分光透過率の較正を随時行な
うことができる。該モニターホルダーに、透明基板の一
部に金属膜を被覆したモニター基板を搭載し、該透明基
板の部分と不透明部分とに交互に光を入射させて透明部
分の透過率と金属膜で被覆した不透明部分の反射率を同
時に測定することが可能になるので、(T,Rm)測定
法で光学定数と膜厚を測定することができる。
の他に参照用ミラーと、参照用ニュートラルデンシティ
フィルター及び較正用開口部を備えたモニターホルダー
が設けられているので、真空中でも該モニターホルダー
を移動させることにより、これに設けた参照用ミラー等
を使用して分光反射率及び分光透過率の較正を随時行な
うことができる。該モニターホルダーに、透明基板の一
部に金属膜を被覆したモニター基板を搭載し、該透明基
板の部分と不透明部分とに交互に光を入射させて透明部
分の透過率と金属膜で被覆した不透明部分の反射率を同
時に測定することが可能になるので、(T,Rm)測定
法で光学定数と膜厚を測定することができる。
【0012】モニター基板の分光反射率及び分光透過率
を測定しただけでは光学定数及び膜厚は測定できない。 (R,T)測定法及び(T,Rm)測定法では、図2の
ステップS5に示すような波長λにおける光学定数N(
λ)=n(λ)−ik(λ)を含む連立方程式を逆算し
て、波長λにおける光学定数を得ようとするものである
が、図2のステップS6に示すように、一般に多重根N
1(λ)、N2(λ)…Nm(λ)が得られ、そのどの
解もステップS5に示す連立方程式を満足する。即ち、
波長λにおける分光反射率及び分光透過率測定値が理論
値と一致し、どの解が正しい解であるのか判断に苦しむ
。
を測定しただけでは光学定数及び膜厚は測定できない。 (R,T)測定法及び(T,Rm)測定法では、図2の
ステップS5に示すような波長λにおける光学定数N(
λ)=n(λ)−ik(λ)を含む連立方程式を逆算し
て、波長λにおける光学定数を得ようとするものである
が、図2のステップS6に示すように、一般に多重根N
1(λ)、N2(λ)…Nm(λ)が得られ、そのどの
解もステップS5に示す連立方程式を満足する。即ち、
波長λにおける分光反射率及び分光透過率測定値が理論
値と一致し、どの解が正しい解であるのか判断に苦しむ
。
【0013】しかし、本発明の方法では、光学定数N(
λ)の分散(即ち、波長依存性)をひとまず無視して、
求めようとしている光学定数の波長λとは別の波長λ´
(λ´≠λ)における光学定数N(λ´)も波長λにお
ける光学定数N(λ)と等しいと仮定して、それぞれの
解について波長λ´における分光反射率及び分光透過率
を理論式に基づいて計算し、この計算値を波長λ´にお
ける分光反射率及び分光透過率測定値と比較してみると
、測定値と合う解と合わない解が判別されるようになり
、一般に測定値と合う解は一つだけ得られる。尚、付け
加えると、仮に、前記波長λ´における分光反射率及び
分光透過率測定値を逆算してみても、波長λ´における
光学定数の多重解が得られ、そのどの解も波長λ´にお
ける測定値を説明するので、問題の解決にはならない。
λ)の分散(即ち、波長依存性)をひとまず無視して、
求めようとしている光学定数の波長λとは別の波長λ´
(λ´≠λ)における光学定数N(λ´)も波長λにお
ける光学定数N(λ)と等しいと仮定して、それぞれの
解について波長λ´における分光反射率及び分光透過率
を理論式に基づいて計算し、この計算値を波長λ´にお
ける分光反射率及び分光透過率測定値と比較してみると
、測定値と合う解と合わない解が判別されるようになり
、一般に測定値と合う解は一つだけ得られる。尚、付け
加えると、仮に、前記波長λ´における分光反射率及び
分光透過率測定値を逆算してみても、波長λ´における
光学定数の多重解が得られ、そのどの解も波長λ´にお
ける測定値を説明するので、問題の解決にはならない。
【0014】前記波長λ´における計算値と測定値を比
較演算ために、計算値の測定値に対する誤差を計算する
と演算が簡単化され、この誤差が最小になる解が正しい
解に対応する。膜厚が未知の場合、膜厚の範囲を推定し
、この膜厚範囲内で仮想的に膜厚を変化させると、正し
い解については前記誤差は正しい膜厚のところで極小値
を示すが、正しくない解については、誤差が大きい上に
極小値を示さないので、正しい膜厚と光学定数の判別は
容易になる。
較演算ために、計算値の測定値に対する誤差を計算する
と演算が簡単化され、この誤差が最小になる解が正しい
解に対応する。膜厚が未知の場合、膜厚の範囲を推定し
、この膜厚範囲内で仮想的に膜厚を変化させると、正し
い解については前記誤差は正しい膜厚のところで極小値
を示すが、正しくない解については、誤差が大きい上に
極小値を示さないので、正しい膜厚と光学定数の判別は
容易になる。
【0015】
【実施例】まず本発明の実施に使用された装置の一例を
図5に基づき説明する。同図に於いて、図1に示した従
来の測定装置と共通する構成部分は図1と同一の符号が
付されており、モニター基板10がモーター30により
回転されるモニターホルダー31に取り付けられたこと
、単色フィルター又はモノクロメータ14からの光を反
射する第1反射鏡15の前方に退去自在の第3反射鏡3
2を設け、モニターホルダー31の後方に膜厚及びレイ
トモニター測定子33を設けたことが図1の構成と異な
る主要な構成部分である。該モニターホルダー31は、
図6に示すように円板状の形状を有し、その内側と外側
に複数個の小円形のレイトモニター測定用の開口部34
と大円形の開口部35が形成され、大円形の開口部35
には、参照用ミラー36、参照用ニュートラルデンシテ
ィフィルター37、ガラス板のモニター基板10、半分
にAlを蒸着した透明のガラス板のモニター基板10a
が嵌め込まれ、必要に応じて該開口部35は何も嵌め込
まれない空洞状態として較正用開口部38に使用される
。
図5に基づき説明する。同図に於いて、図1に示した従
来の測定装置と共通する構成部分は図1と同一の符号が
付されており、モニター基板10がモーター30により
回転されるモニターホルダー31に取り付けられたこと
、単色フィルター又はモノクロメータ14からの光を反
射する第1反射鏡15の前方に退去自在の第3反射鏡3
2を設け、モニターホルダー31の後方に膜厚及びレイ
トモニター測定子33を設けたことが図1の構成と異な
る主要な構成部分である。該モニターホルダー31は、
図6に示すように円板状の形状を有し、その内側と外側
に複数個の小円形のレイトモニター測定用の開口部34
と大円形の開口部35が形成され、大円形の開口部35
には、参照用ミラー36、参照用ニュートラルデンシテ
ィフィルター37、ガラス板のモニター基板10、半分
にAlを蒸着した透明のガラス板のモニター基板10a
が嵌め込まれ、必要に応じて該開口部35は何も嵌め込
まれない空洞状態として較正用開口部38に使用される
。
【0016】各シャッター5、蒸発源6、7、単色フィ
ルター又はモノクロメータ14、モーター30、膜厚及
びレイトモニター測定子33は、コンピュータ26に接
続された制御部39に接続される。製品用の基板4の板
面には、シャッター5が開かれたときに下方の2つの蒸
発源6、7からの蒸気流8、9を浴びて光学膜が形成さ
れるが、このとき同時にモニター基板10,10aにも
光学膜が形成される。そして、該モニター基板10、1
0aに光源11から求めようとする光学定数の波長とこ
の波長とは別の波長の単色光を入射させ、その反射光と
透過光を受光器18、21で受光し、各受光信号を増幅
器22、23、A・D変換器24、25及び制御部39
を介してコンピュータ26に入力させて分光反射率及び
分光透過率のデータ処理が行なわれる。40は補助(又
は外部)記憶装置、41はキーボード、42はCRT、
43はプリンターである。
ルター又はモノクロメータ14、モーター30、膜厚及
びレイトモニター測定子33は、コンピュータ26に接
続された制御部39に接続される。製品用の基板4の板
面には、シャッター5が開かれたときに下方の2つの蒸
発源6、7からの蒸気流8、9を浴びて光学膜が形成さ
れるが、このとき同時にモニター基板10,10aにも
光学膜が形成される。そして、該モニター基板10、1
0aに光源11から求めようとする光学定数の波長とこ
の波長とは別の波長の単色光を入射させ、その反射光と
透過光を受光器18、21で受光し、各受光信号を増幅
器22、23、A・D変換器24、25及び制御部39
を介してコンピュータ26に入力させて分光反射率及び
分光透過率のデータ処理が行なわれる。40は補助(又
は外部)記憶装置、41はキーボード、42はCRT、
43はプリンターである。
【0017】本発明方法の実施例を説明すると次の通り
である。 第1実施例 この実施例は、(T,Rm)測定法によるもので、図5
の装置と図6のモニターホルダー31を使用した。該モ
ニターホルダー31には、参照用ミラー36、較正用開
口部38及び透明ガラス板の半分に予めAlを蒸着した
モニター基板10aを設けた。第1反射鏡15の前方に
は、半円形の回転反射鏡で構成した光路から退去自在の
第3反射鏡32を取り付けた。蒸発源6又は7には蒸発
物質としてZnSタブレットを充填した。
である。 第1実施例 この実施例は、(T,Rm)測定法によるもので、図5
の装置と図6のモニターホルダー31を使用した。該モ
ニターホルダー31には、参照用ミラー36、較正用開
口部38及び透明ガラス板の半分に予めAlを蒸着した
モニター基板10aを設けた。第1反射鏡15の前方に
は、半円形の回転反射鏡で構成した光路から退去自在の
第3反射鏡32を取り付けた。蒸発源6又は7には蒸発
物質としてZnSタブレットを充填した。
【0018】真空蒸着室2内を排気したのち、蒸着に先
立って第3反射鏡32を閉即ち光路に進出させ、モータ
ー30によってマスク28の開口部28aにモニターホ
ルダー31の較正用開口部38を位置させる。そして、
光源11からの透過光19に対し、受光器21からの出
力信号に対する増幅器23の増幅率を調整して透過率出
力を1つの測定波長において100%に較正し、各測定
波長に対する出力信号はコンピュータ26に記憶させた
。次いで、モーター30により、モニターホルダー31
を回転させて、マスク開口部28aに参照用Al蒸着ミ
ラー36を位置させる。そして第3反射鏡32を開即ち
光路から退去させ、参照用ミラー36からの反射光出力
を1つの測定波長に対して100%に設定し、各測定波
長に対する出力信号はコンピューター26に記憶させた
。蒸着に先立ち、マスク開口部28aにモニターホルダ
ー31のモニター基板10aを位置させる。尚、第3反
射鏡32が開の時、モニター基板10aのAl蒸着部に
光が当たり、その反射率が測定され、該第3反射鏡32
が閉の時、該モニター基板10aの透明部の透過率が測
定されるようにモニター基板10aがセットされる。 シャッター5を開き、蒸発源6又は7からの蒸発速度が
一定になるようにレイトモニター測定子33とレイトコ
ントローラによって制御し、波長λにおける透過率の膜
厚dに対する極値を観測しながら膜厚dがnd=5/4
・λ(λ=500nm)になるまでZnSをモニター基
板10a上に蒸着した。nの文献値2.37を用いると
、d=26.4nmである。モニター基板10aとして
は、石英板を使用した。
立って第3反射鏡32を閉即ち光路に進出させ、モータ
ー30によってマスク28の開口部28aにモニターホ
ルダー31の較正用開口部38を位置させる。そして、
光源11からの透過光19に対し、受光器21からの出
力信号に対する増幅器23の増幅率を調整して透過率出
力を1つの測定波長において100%に較正し、各測定
波長に対する出力信号はコンピュータ26に記憶させた
。次いで、モーター30により、モニターホルダー31
を回転させて、マスク開口部28aに参照用Al蒸着ミ
ラー36を位置させる。そして第3反射鏡32を開即ち
光路から退去させ、参照用ミラー36からの反射光出力
を1つの測定波長に対して100%に設定し、各測定波
長に対する出力信号はコンピューター26に記憶させた
。蒸着に先立ち、マスク開口部28aにモニターホルダ
ー31のモニター基板10aを位置させる。尚、第3反
射鏡32が開の時、モニター基板10aのAl蒸着部に
光が当たり、その反射率が測定され、該第3反射鏡32
が閉の時、該モニター基板10aの透明部の透過率が測
定されるようにモニター基板10aがセットされる。 シャッター5を開き、蒸発源6又は7からの蒸発速度が
一定になるようにレイトモニター測定子33とレイトコ
ントローラによって制御し、波長λにおける透過率の膜
厚dに対する極値を観測しながら膜厚dがnd=5/4
・λ(λ=500nm)になるまでZnSをモニター基
板10a上に蒸着した。nの文献値2.37を用いると
、d=26.4nmである。モニター基板10aとして
は、石英板を使用した。
【0019】蒸着直後のモニター基板10aについて、
(T,Rm)測定法によって光学定数の波長λと別波長
λ´で透明部分の透過率Texpと不透明部分の反射率
Rexpを測定し、測定データをコンピュータ26によ
りデータ処理して膜厚dと光学定数n(λ)−ik(λ
)を得た。波長の値はλ=500nm,λ´=480n
m及び520nmに設定した。モニター基板10aの反
射率絶対値Rは、R=RAl・RRから計算した。RA
lは参照用ミラー36の反射率、RRは反射率相対値で
ある。測定される反射率及び透過率は一般に透明基板裏
面からの多重反射の効果を含むが、これはデータ処理過
程で考慮した。モニター基板10aのAl蒸着膜厚は約
100nmである。入力した光学定数はモニター基板1
0aの屈折率ng =1.47,参照用ミラー36のA
l蒸着膜の光学定数は波長500nmでN2 =0.6
67−5.57iを用いた。分光反射率及び分光透過率
測定値は、図5のコンピュータ26の主記憶装置や補助
記憶装置40に記録され、CRT42やプリンター43
などの出力装置に測定波長と共に出力した。光学定数や
膜厚を求めるためのデータ処理は、データの一括入力及
び一括入力で行った。
(T,Rm)測定法によって光学定数の波長λと別波長
λ´で透明部分の透過率Texpと不透明部分の反射率
Rexpを測定し、測定データをコンピュータ26によ
りデータ処理して膜厚dと光学定数n(λ)−ik(λ
)を得た。波長の値はλ=500nm,λ´=480n
m及び520nmに設定した。モニター基板10aの反
射率絶対値Rは、R=RAl・RRから計算した。RA
lは参照用ミラー36の反射率、RRは反射率相対値で
ある。測定される反射率及び透過率は一般に透明基板裏
面からの多重反射の効果を含むが、これはデータ処理過
程で考慮した。モニター基板10aのAl蒸着膜厚は約
100nmである。入力した光学定数はモニター基板1
0aの屈折率ng =1.47,参照用ミラー36のA
l蒸着膜の光学定数は波長500nmでN2 =0.6
67−5.57iを用いた。分光反射率及び分光透過率
測定値は、図5のコンピュータ26の主記憶装置や補助
記憶装置40に記録され、CRT42やプリンター43
などの出力装置に測定波長と共に出力した。光学定数や
膜厚を求めるためのデータ処理は、データの一括入力及
び一括入力で行った。
【0020】(T,Rm)測定法で透明石英基板に前記
のZnSを蒸着したモニター基板10aについて分光測
定を行い、第1表の測定結果を得た。
のZnSを蒸着したモニター基板10aについて分光測
定を行い、第1表の測定結果を得た。
【0021】
【表1】
【0022】まず、膜厚dexp が既知であるとして
、図7に示す流れ図に従ってデータ処理を行った。de
xp =264nmとした。
、図7に示す流れ図に従ってデータ処理を行った。de
xp =264nmとした。
【0023】第1表において、Rexp (λ)、Te
xp (λ)は、波長λにおける分光反射率測定値及び
分光透過率測定値、Rexp (λ´)、Texp (
λ´)は、波長λ´における分光反射率測定値及び分光
透過率測定値である。図7のステップS7に示す連立方
程式の左辺に現れるR(N,dexp /λ),T(N
,dexp /λ)は、それぞれ膜厚dexp ,波長
λにおける光学定数N=N(λ)=n(λ)−ik(λ
)である単層膜の分光反射率及び分光透過率の理論的表
式であって、膜厚dexp、波長λの他に空気或いは真
空の屈折率n0=1、透明基板屈折率ng 、金属基板
屈折率N2 =N2 (λ)=n2 (λ)−ik2
(λ)を含んでおり、この理論的表式は、Americ
an Instituteof Phisics
Handbook 第3版 MacGrawHi
llBook Company pp.6−118
〜6−123(1982年)その他に記載がある。
xp (λ)は、波長λにおける分光反射率測定値及び
分光透過率測定値、Rexp (λ´)、Texp (
λ´)は、波長λ´における分光反射率測定値及び分光
透過率測定値である。図7のステップS7に示す連立方
程式の左辺に現れるR(N,dexp /λ),T(N
,dexp /λ)は、それぞれ膜厚dexp ,波長
λにおける光学定数N=N(λ)=n(λ)−ik(λ
)である単層膜の分光反射率及び分光透過率の理論的表
式であって、膜厚dexp、波長λの他に空気或いは真
空の屈折率n0=1、透明基板屈折率ng 、金属基板
屈折率N2 =N2 (λ)=n2 (λ)−ik2
(λ)を含んでおり、この理論的表式は、Americ
an Instituteof Phisics
Handbook 第3版 MacGrawHi
llBook Company pp.6−118
〜6−123(1982年)その他に記載がある。
【0024】図7のステップS7を図8の手順で演算す
ると、図7のステップS8で示すように多重根N1(λ
),N2(λ),…Nm(λ)を出力し、第1表の入力
データに対しては第2表に示すように波長λ=500n
mにおいて7つの多重根(m=7)を出力する。これら
の多重根の各々について、ステップS10に示すように
、求めようとする光学定数N(λ)の波長λとは別の波
長λ´における分光反射率及び分光透過率R(p) c
al (λ´,dex),T(p) cal (λ´,
dex)を分散を無視して計算する。更にステップS1
1で前記計算値の測定値に対する誤差の目安となるメリ
ット関数MF(p) (λ,dexp )を計算する。 計算結果は第2表に示す通りであり、誤差が最も小さい
解はp=4に対応する解N(p) =n(p) (λ)
−ik(p) (λ)=2.394−0.00275i
であって、この解は誤差が最も小さい解であると共に別
波長λ´における分光反射率及び分光透過率計算値が測
定値と最も良く合う解となっている。
ると、図7のステップS8で示すように多重根N1(λ
),N2(λ),…Nm(λ)を出力し、第1表の入力
データに対しては第2表に示すように波長λ=500n
mにおいて7つの多重根(m=7)を出力する。これら
の多重根の各々について、ステップS10に示すように
、求めようとする光学定数N(λ)の波長λとは別の波
長λ´における分光反射率及び分光透過率R(p) c
al (λ´,dex),T(p) cal (λ´,
dex)を分散を無視して計算する。更にステップS1
1で前記計算値の測定値に対する誤差の目安となるメリ
ット関数MF(p) (λ,dexp )を計算する。 計算結果は第2表に示す通りであり、誤差が最も小さい
解はp=4に対応する解N(p) =n(p) (λ)
−ik(p) (λ)=2.394−0.00275i
であって、この解は誤差が最も小さい解であると共に別
波長λ´における分光反射率及び分光透過率計算値が測
定値と最も良く合う解となっている。
【0025】
【表2】
【0026】ここに示した内容の比較演算を図7のステ
ップS12で行ない、その結果がステップS15に示す
ように正しい光学定数はN(λ)=N2(λ)=2.3
94−0.00275iの形で自動的に出力される。説
明を簡単化するため、図7では別波長λ´の数MW=1
としたが、一般にはMW≧1であってよく、ステップS
11のメリット関数の計算に際してはすべての別波長λ
´について計算して平均値を誤差の目安とする。
ップS12で行ない、その結果がステップS15に示す
ように正しい光学定数はN(λ)=N2(λ)=2.3
94−0.00275iの形で自動的に出力される。説
明を簡単化するため、図7では別波長λ´の数MW=1
としたが、一般にはMW≧1であってよく、ステップS
11のメリット関数の計算に際してはすべての別波長λ
´について計算して平均値を誤差の目安とする。
【0027】次に、膜厚dは未知であると想定して、図
9の流れ図に従って第1表の分光測定値についてデータ
処理を行なった。図9のステップS6では、推定膜厚範
囲を(dmin ,dmax )=(0,300)nm
とした。 ステップS14のメリット関数は次式で計算した。
9の流れ図に従って第1表の分光測定値についてデータ
処理を行なった。図9のステップS6では、推定膜厚範
囲を(dmin ,dmax )=(0,300)nm
とした。 ステップS14のメリット関数は次式で計算した。
【0028】
【数1】
【0029】膜厚を仮想的に変化させたデータ処理の結
果を図10に示す。得られた膜厚と光学定数の値は、前
記の結果即ちd=264nm,及び第2表の解N4=n
4(λ)−ik4(λ)=2.394−0.00275
iと一致した。
果を図10に示す。得られた膜厚と光学定数の値は、前
記の結果即ちd=264nm,及び第2表の解N4=n
4(λ)−ik4(λ)=2.394−0.00275
iと一致した。
【0030】第2実施例
第2実施例は(R,T)測定法によった。
図5において、第3反射鏡32を常時開とし、モニター
基板10として透明石英基板を用いた。蒸着に先立って
第1実施例と同様の手順で、まずモニターホルダー31
の較正用開口部38によって波長λ=500nmで透過
率を100%に較正し、参照用ミラー36によって反射
率を100%に較正した。光学定数の波長はλ=500
nm,別波長はλ´=450nmである。モノクロメー
ター14としては、図11に示すような単色フィルター
44とミラー45及び回転鏡46を組み合わせたものを
使用した。各測定波長に対する出力信号はコンピュータ
ー26に記憶させた。
基板10として透明石英基板を用いた。蒸着に先立って
第1実施例と同様の手順で、まずモニターホルダー31
の較正用開口部38によって波長λ=500nmで透過
率を100%に較正し、参照用ミラー36によって反射
率を100%に較正した。光学定数の波長はλ=500
nm,別波長はλ´=450nmである。モノクロメー
ター14としては、図11に示すような単色フィルター
44とミラー45及び回転鏡46を組み合わせたものを
使用した。各測定波長に対する出力信号はコンピュータ
ー26に記憶させた。
【0031】蒸発源6に蒸発物質としてCrを充填し、
該蒸発源6を電子ビーム加熱し、水晶振動式膜厚モニタ
ー(レイトモニター)とレイトコントローラーによって
蒸着速度を一定に保ちながら、反応蒸着によって酸化ク
ロム(CrOx)の膜をモニター基板10及び製品基板
4の上に形成した。反応ガスとして酸素をガス導入口4
7から導入してCrと反応させるようにした。蒸着しな
がらモニター基板10の蒸着膜について、分光反射率と
分光透過率を測定(分光測定という)し、コンピュータ
26によってリアルタイムでデータ処理した。分光測定
のサンプリング時間は1分おきとし、データ処理は蒸着
開始後4分後のデータについて行なった。分光測定デー
タとデータ処理結果を第3表に示す。
該蒸発源6を電子ビーム加熱し、水晶振動式膜厚モニタ
ー(レイトモニター)とレイトコントローラーによって
蒸着速度を一定に保ちながら、反応蒸着によって酸化ク
ロム(CrOx)の膜をモニター基板10及び製品基板
4の上に形成した。反応ガスとして酸素をガス導入口4
7から導入してCrと反応させるようにした。蒸着しな
がらモニター基板10の蒸着膜について、分光反射率と
分光透過率を測定(分光測定という)し、コンピュータ
26によってリアルタイムでデータ処理した。分光測定
のサンプリング時間は1分おきとし、データ処理は蒸着
開始後4分後のデータについて行なった。分光測定デー
タとデータ処理結果を第3表に示す。
【0032】膜厚及びレイトモニター33によって、時
間t=4分における推定膜厚が約28nmであることか
ら、第1実施例と同様の手順で推定膜厚の近くで±4n
m位の範囲で膜厚を仮想的に変化させ、誤差が最低且つ
極小になる光学定数と膜厚を測定値として出力した。得
られた膜厚に基づいて、t=5分以後の時間について図
12のように膜厚を直線で外挿して推定膜厚の中心膜厚
とした。膜厚は各サンプリング時間で幅±4nmの範囲
で仮想的に変化させ、誤差が最小且つ極小値を示す光学
定数と膜厚を出力させた。膜厚と光学定数の出力結果を
図12乃至図15及び第3表に示す。
間t=4分における推定膜厚が約28nmであることか
ら、第1実施例と同様の手順で推定膜厚の近くで±4n
m位の範囲で膜厚を仮想的に変化させ、誤差が最低且つ
極小になる光学定数と膜厚を測定値として出力した。得
られた膜厚に基づいて、t=5分以後の時間について図
12のように膜厚を直線で外挿して推定膜厚の中心膜厚
とした。膜厚は各サンプリング時間で幅±4nmの範囲
で仮想的に変化させ、誤差が最小且つ極小値を示す光学
定数と膜厚を出力させた。膜厚と光学定数の出力結果を
図12乃至図15及び第3表に示す。
【0033】
【表3】
【0034】図9のステップS5で入力する光学定数の
設定範囲については、図14から期待されるように、蒸
着条件さえ変わらなければ、膜厚は変化しても光学定数
の値は余り変わらないので、第3表に示すように、t=
4分では(n,k)設定範囲Iとし、t=5分以後設定
範囲II即ちより狭い範囲でデータ処理を行なって演算
処理時間の節約を計った。基板4及びモニター基板10
への蒸着時間は8分、膜厚は56.4nm,平均蒸着速
度は約7nm/分であった。CrOx膜を蒸着したモニ
ター基板10について、蒸着後、真空蒸着室2から取り
出して触針式膜厚計による測定を行なったところ、膜厚
約56nmを得た。図13は、蒸着終了後、補助記憶装
置40(図5)に記録されたデータを一括入力、一括デ
ータ処理によって、光学定数の設定範囲Iで全サンプリ
ング時間についてデータ処理を行なった結果を合わせて
示したものである。正しい解は、サンプリング時間4〜
8分を通して不変である。膜厚を変化させる場合は、誤
差が最小で、不変な解をもって正しい光学定数値の測定
値であるとすることもできる。
設定範囲については、図14から期待されるように、蒸
着条件さえ変わらなければ、膜厚は変化しても光学定数
の値は余り変わらないので、第3表に示すように、t=
4分では(n,k)設定範囲Iとし、t=5分以後設定
範囲II即ちより狭い範囲でデータ処理を行なって演算
処理時間の節約を計った。基板4及びモニター基板10
への蒸着時間は8分、膜厚は56.4nm,平均蒸着速
度は約7nm/分であった。CrOx膜を蒸着したモニ
ター基板10について、蒸着後、真空蒸着室2から取り
出して触針式膜厚計による測定を行なったところ、膜厚
約56nmを得た。図13は、蒸着終了後、補助記憶装
置40(図5)に記録されたデータを一括入力、一括デ
ータ処理によって、光学定数の設定範囲Iで全サンプリ
ング時間についてデータ処理を行なった結果を合わせて
示したものである。正しい解は、サンプリング時間4〜
8分を通して不変である。膜厚を変化させる場合は、誤
差が最小で、不変な解をもって正しい光学定数値の測定
値であるとすることもできる。
【0035】第3実施例
第1、第2実施例と同様の方法で、蒸着中のZnSの光
学膜について(R,T)測定法でオンラインで膜厚と光
学定数を測定した。蒸着方法は第1実施例と同じである
。蒸着時間10分、膜厚264nm,蒸着平均速度26
.4nm/分でZnSを透明石英基板の上に蒸着した。 蒸着速度を一定に制御し、1分おきに分光測定を行なっ
た。データ処理は図16の流れ図によった。本実施例で
は、膜厚を仮想的に変化させる時、図16のステップS
8及び図17が示すように、膜厚dと波長λをd/λ=
E=一定として変化させるもので、これによって、演算
処理時間の短縮化を計った。更に、分光測定時間の節約
を計るために、蒸着過程で推定中心膜厚d(t)と、λ
(t)/Eで与えられる波長λ(t)の周辺で±(Δλ
+Δλ´)の波長範囲内だけ分光測定を行なうようにし
た。ここに、Δλ=Δd/Eは膜厚の変化幅Δdに対応
する波長変化幅、Δλ´は別波長の範囲である。 これを図示したものが図18である。推定中心膜厚d(
t)は、図5の膜厚及びレイトモニター測定子33から
推定した。図18に対応する推定中心膜厚と分光測定波
長及び分光測定データの一部を第4表に示した。
学膜について(R,T)測定法でオンラインで膜厚と光
学定数を測定した。蒸着方法は第1実施例と同じである
。蒸着時間10分、膜厚264nm,蒸着平均速度26
.4nm/分でZnSを透明石英基板の上に蒸着した。 蒸着速度を一定に制御し、1分おきに分光測定を行なっ
た。データ処理は図16の流れ図によった。本実施例で
は、膜厚を仮想的に変化させる時、図16のステップS
8及び図17が示すように、膜厚dと波長λをd/λ=
E=一定として変化させるもので、これによって、演算
処理時間の短縮化を計った。更に、分光測定時間の節約
を計るために、蒸着過程で推定中心膜厚d(t)と、λ
(t)/Eで与えられる波長λ(t)の周辺で±(Δλ
+Δλ´)の波長範囲内だけ分光測定を行なうようにし
た。ここに、Δλ=Δd/Eは膜厚の変化幅Δdに対応
する波長変化幅、Δλ´は別波長の範囲である。 これを図示したものが図18である。推定中心膜厚d(
t)は、図5の膜厚及びレイトモニター測定子33から
推定した。図18に対応する推定中心膜厚と分光測定波
長及び分光測定データの一部を第4表に示した。
【0036】
【表4】
【0037】分光測定のサンプリングは、1分おきに行
ない、データ処理は蒸着開始後6分から行なった。光学
定数の設定範囲は、第5表に示すように、時間と共に順
次狭くして行くことにより、演算処理時間の短縮化を計
った。膜厚d及び対応する波長λ=d/Eにおける光学
定数の測定結果を第5表に示す。図19には、サンプリ
ング時間10分における出力結果を図示した。
ない、データ処理は蒸着開始後6分から行なった。光学
定数の設定範囲は、第5表に示すように、時間と共に順
次狭くして行くことにより、演算処理時間の短縮化を計
った。膜厚d及び対応する波長λ=d/Eにおける光学
定数の測定結果を第5表に示す。図19には、サンプリ
ング時間10分における出力結果を図示した。
【0038】
【表5】
【0039】図5において、第3反射鏡32は必要に応
じて設けられるもので、これを使用すると、光源11か
らの光をモニター基板10aの不透明部分と透明部分に
交互に入射させて(T,Rm)測定法による測定が可能
になる。また、モニターホルダー31に、較正用開口部
38を設けると共に、参照用ミラー36、参照用NDフ
ィルター37を取り付け、モーター30により該モニタ
ーホルダー31を回転させてマスク開口部28aの位置
にこれら参照用ミラー36等を位置させることにより、
真空中でも分光透過率の較正、膜厚(レイト)モニター
33の併用、分光反射率の較正ができる。従来の如く求
めようとする光学定数のN(λ)=n(λ)−ik(λ
)の波長λに対応する分光反射率測定値Rexp (λ
)及び分光透過率測定値Texp (λ)だけに着目し
ていた場合は、逆算によって、第1実施例の第2表が示
すように多重解が出力され、どの解も分光測定値Rex
p (λ)、Texp (λ)を説明するので、正しい
解を区別できないが、上記実施例の如く別波長λ´にお
ける分光反射率及び分光透過率Rexp (λ´),T
exp (λ´)と、波長λにおける光学定数N(λ)
からの分散を無視した計算値Rcal (λ´),Tc
al (λ´)とを比較演算すると、誤差が最小になる
解として、第2表が示すように正しい解が一つ判別され
る。また、膜厚が不明でも、推定膜厚範囲で仮想的に膜
厚を変化させつつ光学定数と誤差を計算することにより
、図10、図15、図19が示すように、膜厚を仮想的
に変化させたとき、正しい光学定数及び膜厚は誤差が最
小、極小を示す解に対応していることから、他の正しく
ない解と膜厚から区別できる。膜厚及びレイトモニター
33などの併用によって、大体の膜厚が推定できる場合
は、図15が示すように推定膜厚範囲を狭くとることが
でき、演算処理時間の短縮が可能になる。また、蒸着条
件が一定なら、図14が示すように、光学定数は膜厚が
変化してもほぼ一定の筈だから、一度光学定数が決定さ
れると、それ以後は、第3表や第5表が示すように、光
学定数の設定範囲を狭くとることができ、更に、データ
処理時間が短縮できる。図17、図18及び第4表が示
すように、蒸着膜厚d(t)の増大に伴って、光学定数
の測定波長λをλ=d(t)/E(E=一定)のように
設定し、この波長を中心として、比較的狭い波長範囲±
(Δλ+Δλ´)の中で分光測定とデータ処理を行なえ
ばよいので、分光測定時間が短縮されると共に、d/λ
=E=一定として、膜厚dを仮想的に変化させればよく
、図8のステップS2〜S3が示すように、演算処理時
間を長くする最大原因であるステップS3の計算をλ=
一定、d=可変(従ってE=d/λ=可変)の場合のよ
うに、何度も行なう必要がなくなり、更に、演算処理時
間が短縮され、オンラインデータ処理が容易になる。ま
た、蒸着条件が一定ならば、膜厚が変化しても光学定数
が不変であることから、図13が示すように、正しい解
は、誤差が最小且つ光学定数の解の時間変化が小さい解
に対応する。従って、膜厚変化に対し不変な解をもって
、正しい測定値とすることもできる。
じて設けられるもので、これを使用すると、光源11か
らの光をモニター基板10aの不透明部分と透明部分に
交互に入射させて(T,Rm)測定法による測定が可能
になる。また、モニターホルダー31に、較正用開口部
38を設けると共に、参照用ミラー36、参照用NDフ
ィルター37を取り付け、モーター30により該モニタ
ーホルダー31を回転させてマスク開口部28aの位置
にこれら参照用ミラー36等を位置させることにより、
真空中でも分光透過率の較正、膜厚(レイト)モニター
33の併用、分光反射率の較正ができる。従来の如く求
めようとする光学定数のN(λ)=n(λ)−ik(λ
)の波長λに対応する分光反射率測定値Rexp (λ
)及び分光透過率測定値Texp (λ)だけに着目し
ていた場合は、逆算によって、第1実施例の第2表が示
すように多重解が出力され、どの解も分光測定値Rex
p (λ)、Texp (λ)を説明するので、正しい
解を区別できないが、上記実施例の如く別波長λ´にお
ける分光反射率及び分光透過率Rexp (λ´),T
exp (λ´)と、波長λにおける光学定数N(λ)
からの分散を無視した計算値Rcal (λ´),Tc
al (λ´)とを比較演算すると、誤差が最小になる
解として、第2表が示すように正しい解が一つ判別され
る。また、膜厚が不明でも、推定膜厚範囲で仮想的に膜
厚を変化させつつ光学定数と誤差を計算することにより
、図10、図15、図19が示すように、膜厚を仮想的
に変化させたとき、正しい光学定数及び膜厚は誤差が最
小、極小を示す解に対応していることから、他の正しく
ない解と膜厚から区別できる。膜厚及びレイトモニター
33などの併用によって、大体の膜厚が推定できる場合
は、図15が示すように推定膜厚範囲を狭くとることが
でき、演算処理時間の短縮が可能になる。また、蒸着条
件が一定なら、図14が示すように、光学定数は膜厚が
変化してもほぼ一定の筈だから、一度光学定数が決定さ
れると、それ以後は、第3表や第5表が示すように、光
学定数の設定範囲を狭くとることができ、更に、データ
処理時間が短縮できる。図17、図18及び第4表が示
すように、蒸着膜厚d(t)の増大に伴って、光学定数
の測定波長λをλ=d(t)/E(E=一定)のように
設定し、この波長を中心として、比較的狭い波長範囲±
(Δλ+Δλ´)の中で分光測定とデータ処理を行なえ
ばよいので、分光測定時間が短縮されると共に、d/λ
=E=一定として、膜厚dを仮想的に変化させればよく
、図8のステップS2〜S3が示すように、演算処理時
間を長くする最大原因であるステップS3の計算をλ=
一定、d=可変(従ってE=d/λ=可変)の場合のよ
うに、何度も行なう必要がなくなり、更に、演算処理時
間が短縮され、オンラインデータ処理が容易になる。ま
た、蒸着条件が一定ならば、膜厚が変化しても光学定数
が不変であることから、図13が示すように、正しい解
は、誤差が最小且つ光学定数の解の時間変化が小さい解
に対応する。従って、膜厚変化に対し不変な解をもって
、正しい測定値とすることもできる。
【0040】本実施例により得られた膜厚と光学定数の
測定結果を、オンラインで、シャッター5や蒸発源6、
7のコントローラーにフィードバックすることにより、
膜厚と光学定数の制御にも適用できる。また、本実施例
では、図8のステップS3において、データ処理の段階
ではじめてE=d/λについて反射率及び透過率を計算
したが、あらかじめE=d/λのいろいろな値について
前記ステップS3の計算をしておいて、計算結果をデー
タとして補助記憶装置40に記憶しておいて、データ処
理の段階で必要に応じてデータを読み出すことにより、
データ処理時間の短縮化を計るようにしてもよい。図5
の実施例では、光源11のすぐ後にモノクロメーター1
4を置いたが、図20に示すようなホログラフィックグ
レーティング48とダイオードアレイ49を受光器18
、21の代わりに設けるようにすれば、多波長分光測定
時間の短縮化が計れる。更に、実施例ではモニターホル
ダー31の較正用開口部38を用いて較正を行なったが
、参照用NDフィルター37を用いてその較正を行なっ
てもよい。
測定結果を、オンラインで、シャッター5や蒸発源6、
7のコントローラーにフィードバックすることにより、
膜厚と光学定数の制御にも適用できる。また、本実施例
では、図8のステップS3において、データ処理の段階
ではじめてE=d/λについて反射率及び透過率を計算
したが、あらかじめE=d/λのいろいろな値について
前記ステップS3の計算をしておいて、計算結果をデー
タとして補助記憶装置40に記憶しておいて、データ処
理の段階で必要に応じてデータを読み出すことにより、
データ処理時間の短縮化を計るようにしてもよい。図5
の実施例では、光源11のすぐ後にモノクロメーター1
4を置いたが、図20に示すようなホログラフィックグ
レーティング48とダイオードアレイ49を受光器18
、21の代わりに設けるようにすれば、多波長分光測定
時間の短縮化が計れる。更に、実施例ではモニターホル
ダー31の較正用開口部38を用いて較正を行なったが
、参照用NDフィルター37を用いてその較正を行なっ
てもよい。
【0041】
【発明の効果】以上のように、本発明の方法によれば、
真空蒸着室内に設けたモニター基板の分光反射率及び分
光透過率を2つ以上の波長について測定し、測定される
分光反射率及び分光透過率から逆算して得られる多重解
の中から正しい光学定数を選び出し、正しい膜厚も簡単
に求めることができるデータ処理を施すようにしたので
、真空蒸着室内の蒸着中や蒸着直後の光吸収性の光学薄
膜を含む一般の光学薄膜の膜厚と光学定数をオンライン
で簡単に測定することができる効果が得られる。また、
本発明の装置によれば、参照用ミラー、参照用ニュート
ラルデンシティフィルターを搭載し、参照用開口部を備
えたモニターホルダーを設けたので、蒸着装置の透光窓
が汚れても、適宜、分光測定系を較正でき、その都度真
空を破って較正する必要がなくなり、効率よく光学膜の
製造を行なえる効果がある。
真空蒸着室内に設けたモニター基板の分光反射率及び分
光透過率を2つ以上の波長について測定し、測定される
分光反射率及び分光透過率から逆算して得られる多重解
の中から正しい光学定数を選び出し、正しい膜厚も簡単
に求めることができるデータ処理を施すようにしたので
、真空蒸着室内の蒸着中や蒸着直後の光吸収性の光学薄
膜を含む一般の光学薄膜の膜厚と光学定数をオンライン
で簡単に測定することができる効果が得られる。また、
本発明の装置によれば、参照用ミラー、参照用ニュート
ラルデンシティフィルターを搭載し、参照用開口部を備
えたモニターホルダーを設けたので、蒸着装置の透光窓
が汚れても、適宜、分光測定系を較正でき、その都度真
空を破って較正する必要がなくなり、効率よく光学膜の
製造を行なえる効果がある。
【0042】更に本発明の方法に基づき、蒸着中の光学
膜について、時間を追って色々な膜厚について分光測定
を広い波長範囲で行ない、各時間での分光測定値につい
て膜厚と波長の比を一定に保ちつつ膜厚を仮想的に変化
させてデータ処理を行ない、計算時間の節約を計れば、
短時間で各時間における膜厚と広い波長範囲における光
学定数を測定することが可能となる効果があり、時間と
共に測定を重ねるにつれて、光学定数や膜厚入力範囲或
いは分光測定波長範囲を狭くすれば、計算時間が節約さ
れ、短時間で測定が可能になる。また、本発明の装置に
おいて、モニターホルダーに、透明基板の一部に金属膜
を被覆したモニター基板を搭載し、第3反射鏡を設けて
該モニター基板の透明部分と不透明部分の反射率を測定
することで、(R,T)測定法ばかりでなく(T,Rm
)測定法での測定も行なえ、より精度の高い光学定数の
測定が可能になる効果がある。
膜について、時間を追って色々な膜厚について分光測定
を広い波長範囲で行ない、各時間での分光測定値につい
て膜厚と波長の比を一定に保ちつつ膜厚を仮想的に変化
させてデータ処理を行ない、計算時間の節約を計れば、
短時間で各時間における膜厚と広い波長範囲における光
学定数を測定することが可能となる効果があり、時間と
共に測定を重ねるにつれて、光学定数や膜厚入力範囲或
いは分光測定波長範囲を狭くすれば、計算時間が節約さ
れ、短時間で測定が可能になる。また、本発明の装置に
おいて、モニターホルダーに、透明基板の一部に金属膜
を被覆したモニター基板を搭載し、第3反射鏡を設けて
該モニター基板の透明部分と不透明部分の反射率を測定
することで、(R,T)測定法ばかりでなく(T,Rm
)測定法での測定も行なえ、より精度の高い光学定数の
測定が可能になる効果がある。
【図1】従来の装置の説明図
【図2】従来の光学定数の求め方を示す流れ図
【図3】
(R,T)測定法の説明図
(R,T)測定法の説明図
【図4】(T,Rm)測定法の説明図
【図5】本発明の実施例の説明図
【図6】図5のモニターホルダの拡大平面図
【図7】本
発明の光学定数の求め方の流れ図
発明の光学定数の求め方の流れ図
【図8】本発明の光学
定数の求め方の流れ図
定数の求め方の流れ図
【図9】本発明の第1、第2実施
例の光学定数の求め方の流れ図
例の光学定数の求め方の流れ図
【図10】本発明の第1実施例のデータ処理結果の線図
【図11】本発明に使用した2波長測定用モノクロメー
ターの説明図
ターの説明図
【図12】本発明の第2実施例のデータ処理結果の線図
【図13】本発明の第2実施例のデータ処理方法の説明
図
図
【図14】本発明の第2実施例のデータ処理方法の説明
図
図
【図15】本発明の第2実施例のデータ測定結果の線図
【図16】本発明の第3実施例の光学定数の求め方の流
れ図
れ図
【図17】本発明の第3実施例のデータ処理方法の説明
図
図
【図18】本発明の第3実施例のデータ測定方法の説明
図
図
【図19】本発明の第3実施例のデータ測定結果の線図
【図20】モノクロメーターと受光器の変形例の説明図
2 真空蒸着室 4 基板10、1
0a モニター基板 11 光源1
2 透光窓 13
入射光 20 透光窓 26 コンピュータ 31 モ
ニターホルダー34、35 開口部
36 参照用ミラー37 参照用ニュートラル
デンシティフィルター38 較正用開口部
0a モニター基板 11 光源1
2 透光窓 13
入射光 20 透光窓 26 コンピュータ 31 モ
ニターホルダー34、35 開口部
36 参照用ミラー37 参照用ニュートラル
デンシティフィルター38 較正用開口部
Claims (10)
- 【請求項1】真空蒸着室内の蒸着される基板の近傍に設
けたモニター基板に、該真空蒸着室の外部から導入した
光を照射し、該モニター基板の分光反射率と分光透過率
を測定してその測定値をコンピュータシステムから成る
データ処理部で演算処理することにより該モニター基板
に形成される薄膜の光学定数と膜厚を測定する方法に於
いて、該モニター基板に、求めようとする光学定数の波
長の光とこれとは別の波長の光とを入射させて各波長に
おける分光反射率及び分光透過率の測定を行ない、求め
ようとする光学定数の波長における分光反射率及び分光
透過率の測定値から逆算して得られる光学定数の多重解
の各々について分散を無視して得られる前記別の波長の
分光反射率及び分光透過率を計算し、その計算値と前記
別の波長の分光反射率及び分光透過率の測定値とを比較
演算して前記別波長の分光反射率及び分光透過率の測定
値と最も良く合う計算値に対応する解である光学定数を
採用することを特徴とする真空蒸着装置に於ける光学定
数と膜厚の測定方法。 - 【請求項2】前記比較演算する方法として、前記別の波
長の分光反射率及び分光透過率の測定値に対する前記計
算値の誤差を算出することを特徴とする請求項1に記載
の真空蒸着装置に於ける光学定数と膜厚の測定方法。 - 【請求項3】前記モニター基板の膜厚の範囲を推定し、
その膜厚の範囲内で仮想的に膜厚を変化させ、前記誤差
が最も小さくなる膜厚と光学定数を採用することを特徴
とする請求項2に記載の真空蒸着装置に於ける光学定数
と膜厚の測定方法。 - 【請求項4】分光反射率及び分光透過率を広い波長範囲
で行ない、膜厚dと波長λをその比E=d/λを一定に
保ったまま仮想的に変化させてデータ処理を行なうこと
を特徴とする請求項1に記載の真空蒸着装置に於ける光
学定数と膜厚の測定方法。 - 【請求項5】時間tと共に膜厚d(t)が変化する各段
階で、分光反射率と分光透過率を限られた波長範囲で行
ない、前記各段階の分光反射率及び分光透過率について
膜厚dと波長λの比E=d/λを一定に保ったまま膜厚
を仮想的に変化させてデータ処理を行なうことにより、
前記各段階に於ける正しい膜厚d(t)とλ=d(t)
/Eで与えられる波長λにおける光学定数を求めること
を特徴とする請求項1に記載の真空蒸着装置に於ける光
学定数と膜厚の測定方法。 - 【請求項6】時間と共に測定を重ねるにつれて、入力す
る光学定数や膜厚の範囲、或いは入力する分光反射率及
び分光透過率の測定波長の範囲を狭くしていくことによ
り、データ処理時間或いは分光反射率及び分光透過率の
測定時間の節約を計ることを特徴とする請求項1に記載
の真空蒸着装置に於ける光学定数と膜厚の測定方法。 - 【請求項7】求めようとする光学定数の波長λに対する
分光反射率及び分光透過率を逆算して得られる光学定数
の多重解のうち、膜厚の時間変化に対して不変である光
学定数を選択することを特徴とする請求項1に記載の真
空蒸着装置に於ける光学定数と膜厚の測定方法。 - 【請求項8】真空蒸着装置の真空蒸着室内の蒸着される
基板の近傍にモニター基板を設け、該真空蒸着室の外部
から透光窓を介して該モニター基板に光を照射し、その
反射光と透過光を測定する測定手段とその測定値を演算
処理するコンピュータシステムから成るデータ処理部で
演算処理することにより該モニター基板に形成される薄
膜の光学定数と膜厚を測定する装置に於いて、該モニタ
ー基板を、参照用ミラーと、参照用ニュートラルデンシ
ティフィルター及び較正用開口部を備えたモニターホル
ダーに取り付けしたことを特徴とする真空蒸着装置に於
ける光学定数と膜厚の測定装置。 - 【請求項9】前記モニターホルダーには、レイトモニタ
ー測定用の開口部を有することを特徴とする請求項8に
記載の真空蒸着装置に於ける光学定数と膜厚の測定装置
。 - 【請求項10】前記モニターホルダーには、透明基板の
一部に金属膜を被覆したモニター基板が搭載され、該モ
ニター基板の透明部分の透過率と金属膜で被覆した不透
明部分の反射率を測定するようにした請求項9に記載の
真空蒸着装置に於ける光学定数と膜厚の測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6517591A JP3000303B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 真空蒸着装置に於ける光学定数と膜厚の測定方法及び測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6517591A JP3000303B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 真空蒸着装置に於ける光学定数と膜厚の測定方法及び測定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04301506A true JPH04301506A (ja) | 1992-10-26 |
JP3000303B2 JP3000303B2 (ja) | 2000-01-17 |
Family
ID=13279304
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6517591A Expired - Fee Related JP3000303B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 真空蒸着装置に於ける光学定数と膜厚の測定方法及び測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3000303B2 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07198342A (ja) * | 1993-11-09 | 1995-08-01 | Nova Measuring Instr Ltd | 薄膜厚測定装置 |
JP2000065536A (ja) * | 1998-08-20 | 2000-03-03 | Otsuka Denshi Kk | 膜厚及び光学定数の測定方法及び装置 |
JP2002081916A (ja) * | 2000-09-08 | 2002-03-22 | Omron Corp | 膜厚測定方法およびその方法を用いた膜厚センサ |
KR100624542B1 (ko) * | 2004-03-04 | 2006-09-19 | 다이니폰 스크린 세이조우 가부시키가이샤 | 막 두께 측정 방법 및 장치 |
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