测量装置和成膜装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种能够实现更高速的测量并能够获得更高精度的测量结果的装置，来作为对薄膜的光学特性值和光学膜厚值中的至少一个值进行测量的测量装置。对形成于监视基板(Sm)的薄膜的包括光学特性值和光学膜厚值中的至少一方的值进行测量的测量装置(101)具备：光信号产生机构(10)，其将多个LED单元(11a～11f)利用光学滤光镜所生成的单色光调制成对于每个光源单元互不相同的设定频率，并发出多个光信号；照射机构(20)，其对该多个光信号进行复用而生成复用信号，并通过光纤将复用信号向监视基板(Sm)照射；检测机构(30)，其通过光纤检测由监视基板(Sm)反射的复用信号并输出电信号；信号分离机构(50)，其对检测机构(30)所输出的电信号实施带通滤波器的滤波处理，从该电信号中将每个设定频率的成分信号分离出来；以及计算机构(80)，其基于分离出来的每个设定频率的成分信号，按照每个设定频率计算出成分信号所表示的光学特性值，该测量装置同时测量多个所述光学特性值。
【专利说明】测量装置和成膜装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于测量与膜厚相关的特性值的测量装置和搭载有该测量装置的成膜装置，特别是涉及能够将光学特性值、光学膜厚值作为特性值的测量装置和搭载有该测量装置的成膜装置。
【背景技术】
[0002]在制造电介质多层膜滤光镜这样的光学薄膜产品的工序中，经常进行下述操作:一边监视在基板上形成的薄膜的光学特性、光学膜厚一边控制成膜条件。即，用于测量薄膜的光学特性值、光学膜厚值的测量装置和搭载有该测量装置的成膜装置已经较为公知。
[0003]另外，在用于测量薄膜的光学特性值、光学膜厚值的测量装置中，存在能够在正进行成膜处理的真空容器内测量成膜过程中途的薄膜的光学特性值的变化的装置、即能够进行in-situ测量(原地测量)的装置。例如，在利用基于蒸镀进行成膜的成膜装置来制造陷波滤波器等的情况下，如果能够通过in-situ测量在成膜过程中的阶段测量蒸镀材料的折射率，则能够高效地利用该蒸镀材料，因此能够提高成品率。
[0004]此外，在专利文献I所述的成膜装置中，作为能够进行in-situ测量的装置的一个示例，公开了对成膜过程中的薄膜投射测量光并将该测量光的衰减计测为光谱(分光7?夕卜 >)的测量装置。并且，在专利文献I所述的成膜装置中，能够在通过计测测量光的衰减所得到的光谱从目标光谱变动时，实时地控制成膜条件。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开平7-90593号公报
【发明内容】
[0008]发明要解决的课题
[0009]可是，作为测量装置的性能，当然要求实现更高速的测量并获得更高精度的测量结果。另一方面，希望测量装置的结构更加简单化。特别是在专利文献I所述的成膜装置中，使用了多色仪或多道分析器等计测光谱所需要的分光器，与此相应，构成设备的数量增多，设置空间和制造成本变得比较大。
[0010]此外，对于执行in-situ测量，在为了在成膜处理中将蒸镀材料蒸镀至基板而使用电子束或等离子体的情况下，会从电子束或等离子体产生杂散光。这样的杂散光所造成的影响在现有的分光测量中无法排除，至今为止，难以在使用了电子束或等离子体的成膜处理中执行in-situ测量。
[0011]因此，本发明的目的在于，提供一种能够实现更高速的测量并能够获得更高精度的测量结果的装置，来作为对薄膜的光学特性值和光学膜厚值中的至少一个值进行测量的测量装置。
[0012]另外，本发明的其他目的在于，对实现上述目的的测量装置进一步简化结构。
[0013]进而，本发明的其他目的在于提供一种成膜装置，其能够在成膜工序中排除了由来自电子束或等离子体的杂散光所造成的影响后执行由测量装置实现的in-situ测量。
[0014]用于解决问题的手段
[0015]所述课题通过下述方式来解决，根据本发明的测量装置，所述测量装置针对形成于被测量用基板的薄膜，测量包括光学膜厚值在内的光学特性值，其中，所述测量装置具备以下部分而同时测量多个所述光学特性值:光信号产生机构，所述光信号产生机构具备利用光学滤光镜生成单色光的多个光源单元，所述光信号产生机构将该多个光源单元各自生成的单色光调制成对于每个光源单元互不相同的设定频率而发出多个光信号；照射机构，所述照射机构对从该光信号产生机构发出的所述多个光信号进行复用而生成复用信号，并通过光纤向所述被测量用基板照射所述复用信号；检测机构，所述检测机构在通过光纤接收到被该照射机构照射后由所述被测量用基板反射或透过所述被测量用基板的所述复用信号时，输出电信号作为检测信号；信号分离机构，所述信号分离机构对该检测机构输出的所述电信号实施带通滤波器的滤波处理，由此从所述电信号中分离并提取与所述多个光信号分别对应的每个所述设定频率的成分信号；以及计算机构，所述计算机构基于该信号分离机构从所述电信号中分离出来的每个所述设定频率的所述成分信号，按照每个所述设定频率计算出所述成分信号所表示的所述光学特性值。
[0016]另外，所述课题通过下述方式来解决，根据本发明的另一个测量装置，所述测量装置针对形成于被测量用基板的薄膜，同时测量多个包括光学膜厚值在内的光学特性值，所述测量装置具备以下部分而同时测量多个所述光学特性值:光信号产生机构，所述光信号产生机构具备利用光学滤光镜生成单色光的多个光源单元，所述光信号产生机构将该多个光源单元各自生成的单色光调制成对于每个光源单元互不相同的设定频率而发出多个光信号；照射机构，所述照射机构对从该光信号产生机构发出的所述多个光信号进行复用而生成复用信号，并通过光纤向所述被测量用基板照射所述复用信号；检测机构，所述检测机构在通过光纤接收到被该照射机构照射后由所述被测量用基板反射或透过所述被测量用基板的所述复用信号时，输出电信号作为检测信号；信号分离机构，所述信号分离机构从该检测机构输出的所述电信号中将与所述多个光信号分别对应的每个所述设定频率的成分信号分离出来；以及计算机构，所述计算机构基于该信号分离机构从所述电信号中分离出来的每个所述设定频率的所述成分信号，按照每个所述设定频率计算出所述成分信号所表示的所述光学特性值，所述信号分离机构具备锁定放大器，所述锁定放大器检测特定频率的信号并对该信号进行放大，通过将所述检测机构输出的所述电信号输入到该锁定放大器，所述信号分离机构从所述电信号中提取与所述多个光信号分别对应的每个所述设定频率的所述成分信号而进行放大。
[0017]如果是上述2个测量装置中的任意一个装置，则可以通过频率复用技术来实现高速且高精度的测量。即，如果是本发明的测量装置，则能够同时取得多个信息，更具体来说，能够一次取得与设定频率的种类相应的数量的测量结果。并且，利用本发明的测量装置一次得到多个测量结果的结果是，与仅使用设定为单一频率的光信号的现有测量法相比，能够提高测量精度，并且测量速度变得更快。
[0018]更加详细地进行说明，在本发明的测量装置中，同时照射与设定频率对应的各通道的光信号。另一方面，随着作为被测量对象的薄膜的膜厚发生变化，各通道的光信号的透射后或反射后的光强度分别发生变化，但是，通过在各通道中确定该变化，能够按照各个通道同时得到上述薄膜的光学特性值。由此，能够在各通道、换而言之在各设定频率处高精度且瞬时地取得光学特性值。这样的效果无法通过在分光器中组合CMOS或CCD传感器而成的光谱仪来实现。这是因为，在光谱仪中，虽然能够高速地取得光学特性值，但另一方面，由于CMOS或CXD传感器中的电路会产生固有的噪音等，因此会产生不小的测量误差。因此，本发明的上述2个测量装置不但都能够与光谱仪相同地高速取得多个光学特性值，而且与光谱仪相比，还能够实现更高精度的测量。
[0019]此外，在上述2个测量装置中，对于任意一个来说，在分割复用的信号时不使用分光器即可完成，因此相应地，测量装置的结构变得简单。
[0020]另外，在上述的测量装置中，可以为:在所述测量装置中还设置有数字信号处理器，所述数字信号处理器对从所述检测信号中分离出来的每个所述设定频率的所述频率成分信号分别实施放大处理，所述计算机构基于所述放大处理后的所述成分信号来计算所述成分信号所表示的所述光学特性值。
[0021]如果是以上的结构，则由于使用了放大处理后的成分信号作为在计算机构所进行的计算处理中使用的信号，因此，能够获得更加准确的计算结果。即，如果是上述的结构，则能够获得更加准确的结果作为测量装置的测量结果。
[0022]进而，前述的课题通过下述方式来解决，一种成膜装置，所述成膜装置具备真空容器和蒸镀机构，所述真空容器收纳基板，所述蒸镀机构在该真空容器内利用电子束或等离子体将蒸镀材料蒸镀至所述基板，其中，所述成膜装置具备权利要求2至4中的任意一项所述的测量装置，在所述真空容器内在所述基板上形成薄膜的期间，在所述真空容器内收纳有所述被测量用基板，所述蒸镀机构也将所述蒸镀材料蒸镀至所述被测量用基板，在所述真空容器内在所述基板上形成薄膜的期间，所述测量装置在保持所述被测量用基板收纳于所述真空容器内的状态下，针对形成于所述被测量用基板侧的薄膜，同时测量包括光学膜厚值在内的多个光学特性值。
[0023]在上述的成膜装置中，能够利用带通滤波器或锁定放大器的功能去除从检测机构输出的电信号中的、与从电子束或等离子体发出的杂散光相对应的成分。由此，在成膜工序中，能够在不受电子束或等离子体的杂散光的影响的情况下执行in-situ测量。获得该效果的结果是:可以节省为了测量光学特性值、光学膜厚值而以分批处理的方式制作监视用薄膜产品这样的工夫，因此，使得光学薄膜制品的生产率提高，另外，蒸镀材料的使用量也得到节约。
[0024]发明的效果
[0025]如果是权利要求1或2所述的测量装置，由于能够利用频率复用技术实现高速且高精度的测量，因此，不但能够与光谱仪相同地高速取得多个光学特性值，而且，与光谱仪相比，还能够实现更高精度的测量。另外，与不使用分光器相应地，测量装置的结构变得简单。
[0026]如果是权利要求3所述的测量装置，则能够获得更加准确的结果作为测量装置的测量结果。
[0027]如果是权利要求4所述的成膜装置，则在成膜工序中，能够在不受从电子束或等离子体发出的杂散光的影响的情况下执行in-situ测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是示出本实施方式的成膜装置的概要结构的图。
[0029]图2是示出本实施方式的光信号产生机构和照射机构的结构的示意图。
[0030]图3是示出本实施方式的测量方法的概念图。
[0031]图4是示出本实施方式的第I例的检测机构和信号分离机构的示意图。
[0032]图5是示出本实施方式的第2例的检测机构和信号分离机构的示意图。
【具体实施方式】
[0033]以下，参照附图对本发明的实施方式(以下，称为本实施方式)进行说明。
[0034]图1是示出本实施方式的成膜装置的概要结构的图。图2是示出本实施方式的光信号产生机构和照射机构的结构的示意图。图3是示出本实施方式的测量方法的概念图。图4是示出本实施方式的第I例的检测机构和信号分离机构的示意图。图5是示出本实施方式的第2例的检测机构和信号分离机构的示意图。
[0035]首先，参照图1对本实施方式的成膜装置的概要结构进行说明。
[0036]成膜装置是通过在真空容器I内将蒸镀材料蒸镀至基板的表面来形成薄膜的装置。下面，作为成膜装置的一个示例，以蒸镀装置100为例进行说明，所述蒸镀装置100利用通过照射电子束EB而蒸发的蒸镀材料来进行成膜。但是，并不限定于此，作为能够应用本发明的成膜装置，可以考虑利用等离子体CVD (化学蒸镀)法即使用等离子体将蒸镀材料蒸镀至基板的方法来进行成膜的装置、利用使离子撞击靶来进行成膜的溅镀法或者离子镀覆法来进行成膜的装置。
[0037]在本实施方式的蒸镀装置100中，在真空容器I内设置有基板(以下，称为实际基板S)和膜厚测量用的监视基板Sm，成膜工序中，能够一边监视形成于监视基板Sm侧的薄膜的膜质量一边适当地调整成膜条件。
[0038]更具体进行说明，在本实施方式中，在将薄膜形成于实际基板S上的成膜工序中，以与实际基板S相同的条件也在监视基板S上形成薄膜。即，在本实施方式中，同等看待在实际基板S侧形成的薄膜的膜质量和在监视基板Sm侧形成的薄膜的膜质量，通过对监视基板Sm侧的薄膜的膜质量进行监视，由此来管理实际基板S侧的薄膜的膜质量。
[0039]在此，实际基板S是实际被用作光学薄膜产品的基板。另一方面，监视基板Sm相当于被测量用基板，如前述那样，监视基板Sm是为了监视膜质量而使用的基板。
[0040]并且，膜质量是与薄膜的光学特征相关的指标、即薄膜的光学特性值，在本实施方式中，光学特性值是包括光学膜厚值在内的概念。另外，光学特性值除了光学膜厚值以外还包括薄膜(更严格来说，是构成薄膜的蒸镀材料)的反射率、透射率、折射率、吸收率。
[0041]对蒸镀装置100的结构进行说明，如图1所示，作为主要的构成部件，蒸镀装置100具备真空容器1、基板保持器2、蒸镀机构5和测量装置101。关于蒸镀装置100的各构成部件，除了测量装置101外，其余的构成部件与作为真空蒸镀方式的成膜装置而公知的装置上搭载的部件大致相同。
[0042]具体进行说明，在中空状的真空容器I的内部空间上部配置有拱形的基板保持器2，在该基板保持器2的内表面上安装有多个实际基板S。另外，在基板保持器2的中央部形成有开口，在该开口的正下方设置有一个监视基板Sm。此外，出于使实际基板S之间的成膜量均匀的目的，在成膜工序的执行过程中，使基板保持器2以沿着铅直方向的旋转轴为中心旋转。
[0043]在真空容器I的内部空间下部配置有蒸镀机构5。本实施方式的蒸镀机构5在成膜处理的过程中，在真空容器I内利用电子束EB将蒸镀材料蒸镀至实际基板S。更具体进行说明，蒸镀机构5具有收纳蒸镀材料的坩埚3和照射电子束EB的电子枪4，蒸镀机构5将来自电子枪4的电子束EB照射至坩埚3内的蒸镀材料以使蒸镀材料蒸发。
[0044]利用以上结构的蒸镀装置100来执行在实际基板S上形成薄膜的成膜工序。另外，如前所述，在真空容器I内在实际基板S上形成薄膜的期间，在真空容器I内收纳有监视基板Sm，蒸镀机构5也将蒸镀材料蒸镀至监视基板Sm。即，在本实施方式中，在成膜工序中，在实际基板S和监视基板Sm双方上形成大致相同的薄膜。
[0045]并且，由控制器90来控制蒸镀装置100中的、在调整成膜条件时工作的设备。该控制器90对控制对象设备输出控制信号。并且，控制对象设备收到从控制器90输出的控制信号后根据该信号而工作，由此调整成膜条件。
[0046]接下来，对蒸镀装置100的构成部件中的、作为本实施方式的特征的测量装置101进行说明。
[0047]测量装置101对形成于监视基板Sm的薄膜的包括光学特性值和光学膜厚值中的至少一方在内的值进行测量。以下，以测量装置101为具体例进行说明，所述测量装置101对作为光学特性值的折射率和光学膜厚值双方进行测量。但是，并不限定于此，也可以是对折射率以外的光学特性值进行测量的装置、或仅对光学特性值和光学膜厚值中的任意一个值进行测量的装置。
[0048]为了测量折射率和光学膜厚值，测量装置101使光入射至形成于监视基板Sm的薄膜。该光相当于测量光，该光在监视基板Sm上反射或通过监视基板Sm，其反射光或透射光被后述的检测机构30接收。并且，测量装置101基于检测机构30在接收到上述的反射光或透射光时输出的检测信号，来计算作为该检测信号所表示的值的薄膜的折射率和光学膜厚值。
[0049]更具体进行说明，如图1所示，作为主要的构成部件，测量装置101具有光信号产生机构10、照射机构20、检测机构30、信号分离机构50、数字信号处理器70 (在图1、4和5中标记为DSP)和计算机构80。以下，对测量装置101的各构成部件进行说明。
[0050]光信号产生机构10具有光源，其利用聚光透镜等光学部件将从光源发出的光信号引导至照射机构20。
[0051]并且,本实施方式的光信号产生机构10由多个光源构成,其将从各光源发出的光调制成规定的频率，并将调制后的光作为光信号引导至照射机构20。在此，光信号产生机构10产生的光信号的频率即调制后的频率被设定成对于每个光源互不相同。即，本实施方式的光信号产生机构10发出多个光信号，所述多个光信号被调制成互不相同的设定频率。
[0052]如图2所示，光信号产生机构10具备多个搭载于投光器的作为光源单元的LED单元。特别是，在本实施方式中，设置有6个LED单元。并且，LED单元的个数并不限定于上述的数量，只要是至少2个以上，就可以设定为任意的数量。
[0053]以下，将6个LED单元分别称为第ILED单元11a、第2LED单元lib、第3LED单元11c、第 4LED 单元 lid、第 5LED 单元 lie、第 6LED 单元 Ilf。
[0054]第ILED单元Ila?第6LED单元Ilf分别具备白色LED或RGB系的单色LED、用于对LED供给恒定电流的恒定电流驱动器、用于将光调整为平行光的准直透镜、光学滤光镜和聚光透镜。在此，对于各LED单元Ila?Ilf的作为光源的LED，使用了具有在规定的波段出现输出功率的峰值的输出波长特性的LED。并且，为了便于图示，对这些部件并未进行图示。
[0055]通过上述的结构，各LED单元Ila?Ilf利用光学滤光镜生成单色光。具体进行说明，在各LED单元Ila?Ilf中，在LED与聚光透镜之间，以相对于LED的光轴使镜面倾斜大约45度的状态配置有作为第I光学滤光镜的分色镜。另外，在LED与分色镜之间，更具体来说，在准直透镜的下游侧且分色镜的上游侧，配置有作为第2光学滤光镜的带通滤光镜。在此，第2光学滤光镜优选构成为:使朝向位于下游侧的第I光学滤光镜射出的射出光具有成为20nm(优选为15nm)以下的半值宽度这样的光输出的光谱分布。由此，能够通过聚光透镜射出波段较窄的输出光，有助于提高光学膜厚的测量精度。
[0056]进而,对于来自各LED单兀Ila?Ilf的光信号的发出，米用以对正确的石英振荡器的频率进行分频所得到的分频频率来发出光信号的脉冲驱动方式。由此，对从各LED单元发出的光信号进行调制，关于调制后的光信号(以下，也称作调制后光信号)的频率，在第ILED单元Ila中为1310Hz，在第2LED单元Ilb中为1092Hz，在第3LED单元Ilc中为867Hz，在第4LED单元Ild中为678Hz，在第5LED单元Ile中为437Hz，在第6LED单元Ilf中为218Hz。
[0057]并且，关于光信号的调制方式，并不限定于上述的内容，只要能够将光信号调制为上述的频率，则也可以利用公知的调制方法、例如直接数字式频率合成器(Direct DigitalSynthesizer, DDS)来进行调制。
[0058]另外，关于各个调制后光信号的频率，并不限定于上述的设定值，只要是设定成能够恰当地执行测量的值即可，也可以设定成上述的值以外的值。
[0059]照射机构20对从光信号产生机构10发出的5种调制后光信号进行复用而生成复用信号。并且，照射机构20通过光纤LF向监视基板Sm照射复用信号。S卩，在本实施方式中，不是将5种调制后信号分别照射至监视基板Sm，而是如图3所示那样将5种调制后信号(图中，标记为fl、f2、f3、f4、f5、f6)复用而作为一个信号照射至监视基板Sm。因此，关于构成传送路径的光纤LF，不需要针对每个调制后信号都设置光纤LF，如图3所示，仅设置一个用于传送复用信号的光纤LF即可。
[0060]具有以上功能的照射机构20与光信号产生机构10即6个LED单元Ila?Ilf 一起搭载于投光器。并且，作为主要的构成部件，照射机构20具备多个分色镜21和聚光透镜22。
[0061]对本实施方式的照射机构20的结构进行详细说明，设置有5个分色镜21，如图2所示，各个分色镜21配置成分别与第2LED单元Ilb?第6LED单元Ilf对应。并且，关于分色镜21的个数，并不限定于上述的个数(5个)，不过，优选的是与LED单元的个数相应的个数、特别是如本实施方式这样比LED的个数仅少一个的数量。
[0062]5个分色镜21配置成沿着朝向聚光透镜22的光路呈直线状排列。另外，各分色镜21配置成相对于从对应的LED单兀发出的调制后光信号的光路倾斜45度的状态。另一方面，第ILED单元Ila与上述5个分色镜21并排配置，更详细来说，第ILED单元Ila配置成位于比上述的光路中位于最上游侧的分色镜21更靠上游侧的位置。
[0063]在此，各个分色镜21具有仅使规定的波长(换而言之，规定的频率)的光通过并使除此以外的波长的光反射的性质。在本实施方式中，利用这样的分色镜21的分光特性，能够将多个调制后光信号合成而生成复用信号。
[0064]具体进行说明，呈直线状排列的5个分色镜21的透射波段(透過帯域)从上游侧起依次被设定为 620 ?780nm、580 ?780nm、540 ?780nm、500 ?780nm、440 ?780nm。
[0065]在从第ILED单元Ila向如上那样设定了波段的5个分色镜21发出光信号时，只有波长为640nm的光信号通过分色镜21。另外,在从第2LED单兀Ilb发出光信号时,与第2LED单元Ilb对应的分色镜21使得不处于其波段(580?780nm)中的光反射。并且，只有其反射光中的波长为600nm的光信号通过其余的分色镜21。
[0066]通过以上这样的作用，分别从第ILED单元Ila和第2LED单元Ilb发出的调制后光信号由分色镜21合成。按照同样的顺序，对于来自第3LED单兀Ilc的调制后光信号,只有波长为560nm的信号被提取，对于来自第4LED单元Ild的调制后光信号，只有波长为520nm的信号被提取，对于来自第5LED单兀Ile的调制后光信号,只有波长为480nm的信号被提取，对于来自第6LED单元Ilf的调制后光信号，只有波长为440nm的信号被提取。
[0067]然后，将调制后光信号中的、通过了分色镜21后的透射光合成，由此生成对5种调制后光信号进行复用而成的复用信号。复用信号由聚光透镜23聚光后通过光纤向监视基板Sm照射。
[0068]并且，在本实施方式中，使用了分色镜21对光信号进行复用，但并不限定于此。即，关于对光信号进行复用的方法，可以是使用分色镜21的方法之外的公知的方法，例如，可以是使用光多路复用器或电介质多层膜滤光镜的方法。
[0069]检测机构30通过光纤来检测被照射机构20照射后、由监视基板Sm反射或透过监视基板Sm的复用信号，并输出检测信号。特别是，本实施方式的检测机构30具备光电转换元件，所述检测机构30接收被照射机构20照射后、由监视基板Sm反射的复用信号，并输出电信号作为检测信号。
[0070]信号分离机构50从检测机构30所输出的电信号中分离出与各调制后光信号对应的每个设定频率的成分信号。在此，存在与调制后光信号相同数量的、即5种成分信号，如图3所示，成分信号与调制后光信号的频率对应。
[0071]更容易理解地进行说明，上述的电信号是检测机构30在接收到由监视基板Sm反射的复用信号时所输出的电信号，可以说是将检测机构30在分别接收到复用后的调制后光信号的各个反射光时所输出的电信号合成而成的电信号。并且，信号分离机构50从检测机构30所输出的电信号中，提取并分离出与从各LED单元发出的调制后光信号的频率相同的频率的成分信号。即，可以将由信号分离机构50分离出的各成分信号同等地看作是检测机构30在分别接收到复用后的调制后光信号的各个反射光时所输出的电信号。
[0072]并且，在图3中，各调制后光信号的频率被标记为nl?n6，成分信号被标记为gl?g6,在括号中标记了与成分信号对应的频率。例如，成分信号gl与从第ILED单兀Ila发出的调制后光信号fl的频率nl相对应，成分信号g3与从第3LED单元Ilc发出的调制后光信号f3的频率n3相对应。
[0073]如上所述，在本实施方式的测量装置101中，采用了频分复用技术，由此可以实现高速且高精度的测量。即，在本实施方式中，能够以成分信号这样的形式同时取得与调制后光信号的频率即设定频率的种类相同数量的电信号。因此，能够同时取得各成分信号所表示的值、即与成分信号相同的数量(换而言之，与设定频率的种类相应的数量)的关于监视基板Sm的测量结果。其结果是，在本实施方式中，与现有的测量方法相比，提高了测量精度，并且测量速度也变得更快。
[0074]在此，如前所述，本实施方式的测量装置101的上述效果无法通过在分光器中组合CMOS或CCD传感器而成的光谱仪来实现。这是因为:在光谱仪的情况下，由于在CMOS或CCD传感器中的电路内产生的固有噪音以及在真空容器I内产生的等离子光或杂散光等，会产生不小的测量误差。与此相对，在本实施方式的测量装置101中，能够排除上述的误差要因，从而实现高速且高精度的测量。
[0075]并且，各成分信号所表示的值是构成薄膜的蒸镀材料的折射率和光学膜厚值，能够按照每个设定频率取得所述值。另外，在图3中，每个设定频率的光学膜厚值由标号dl?d6表示,每个设定频率的折射率由标号si?s6表示。
[0076]对本实施方式的检测机构30和信号分离机构50的结构进行详细说明。
[0077]本实施方式的检测机构30由图4和5中所图示的光敏放大器31 (在图中，标记为PSA)构成。在该光敏放大器31中内置有作为光电转换元件的光电二极管，该光敏放大器31将光电二极管接收到光时所发出的光电流转换为电压，并输出电压信号。即，本实施方式的检测机构30在通过光电二极管接收到复用信号后进行I/V转换，并将电信号更具体来说是电压信号作为检测信号输出。
[0078]关于本实施方式的信号分离机构50的结构，其一个示例在图4中示出。具体进行说明，本实施方式的信号分离机构50通过前置放大器51将检测机构30所输出的电信号放大，并对放大处理后的电信号实施滤波处理。按照该顺序，信号分离机构50从上述的电信号中提取每个设定频率的成分信号。在此，在滤波处理中使用的滤波器52是模拟滤波器，更具体来说，是使多个通道通过的带通滤波器。即，在本实施方式中，带通滤波器的各透射波段的中心频率被设定为与设定频率相同的频率，具体来说，被设定为1310Hz、1092Hz、867Hz、678Hz、437Hz、218Hz。
[0079]这样，在本实施方式中，在从复用的信号、更具体来说是从电信号中分离每个设定频率的成分信号时，使用滤波器。即，在本实施方式中，由于在分割复用的信号时不使用分光器即可完成，因此相应地，装置结构变得简单。
[0080]并且，分离出的每个设定频率的成分信号在由A/D转换器53转换为数字信号后被提交至数字信号处理器70。
[0081]并且，在本实施方式中，仅使用带通滤波器作为滤波器52，但是并不限定于此，也可以采用带通滤波器以外的模拟滤波器，即可以组合使用高通滤波器和低通滤波器。
[0082]另外，在本实施方式中，使用了模拟滤波器作为滤波器52，但是，也可以使用作为数字滤波器的FIR滤波器(有限长单位冲激响应滤波器)。即，如果使用中心频率被设定为与设定频率相同的频率、具体来说中心频率被设定为1310HZ、1092Hz、867Hz、678Hz、437Hz、218Hz的数字滤波器，则能够从检测机构30所输出的电信号中分离出每个设定频率的成分信号。并且，在使用FIR滤波器作为数字滤波器情况下，其阶数被设定为175?512。
[0083]另外，关于本实施方式的信号分离机构50的结构，也可以考虑上述结构、即使用滤波器52来分离成分信号的结构之外的结构。具体进行说明，作为信号分离机构50的结构，还可以考虑图5所示的结构。图5中所图示的结构的信号分离机构50将检测机构30所输出的电信号输入到作为主放大器的锁定放大器60。该锁定放大器60具有将输入的信号中的特定频率的信号检测出来并对其进行放大的功能。
[0084]特别是，本实施方式的锁定放大器60具有与设定频率的种类相同数量的通道。因此，通过将检测机构30所输出的电信号输入到锁定放大器60，由此，图5所图示的信号分离机构50从该电信号中将每个设定频率的成分信号提取出来而进行放大。
[0085]对锁定放大器60进行更详细的说明，如前所述，从检测机构50输出的电信号被输入到锁定放大器60。与此同时，将设定为与设定频率相同的频率的参照信号从参照信号生成装置67输入到锁定放大器60。另外，如图5所示，锁定放大器60具备:前置放大器61，其对输入的电信号、具体来说是电压信号进行放大；滤波器62，其去除电信号中含有的高次谐波和重叠信号；波形成形电路65，其使参照信号成形为矩形波状；以及转移处理电路66，其调整参照信号与电信号之间的相位差。并且，作为上述的滤波器62，例如可以利用带通滤波器或抗混叠滤波器。
[0086]锁定放大器60还具备:同步检波电路63，其进行基于同步检波的频率转换；和低通滤波器64(在图5中，标记为LPF)，其从同步检波电路63的输出信号中去除交流成分后将直流成分取出。根据以上这样的结构，锁定放大器60能够利用输入的电信号和参照信号将电信号中的每个设定频率的成分信号提取出来而进行放大。即，锁定放大器60的中心频率被设定为与设定频率相同的频率，具体来说，被设定为1310Hz、1092Ηζ、867Ηζ、678Ηζ、437Ηζ、218Ηζ。
[0087]如上所述，在利用锁定放大器60将复用后的信号、更具体来说是将电信号分割成每个设定频率的成分信号的结构中，也与使用带通滤波器52的情况相同，在分割复用的信号时不使用分光器即可完成，因此相应地，装置结构变得简单。
[0088]并且，分离出的每个设定频率的成分信号在由A/D转换器53转换为数字信号后被提交至数字信号处理器70。
[0089]并且，关于锁定放大器60，可以利用模拟式的锁定放大器、数字式的锁定放大器、由数字信号处理器或计算机构成的数字式的锁定放大器。
[0090]数字信号处理器70对由信号分离机构50分离出的每个设定频率的成分信号分别实施使信号放大的数字信号处理、即放大处理。然后，数字信号处理器70将放大处理后的成分信号提交至计算机构80。
[0091]计算机构80基于由信号分离机构50分离出的每个设定频率的成分信号，按照每个设定频率计算各成分信号所表示的值。特别是，本实施方式的计算机构80基于由数字信号处理器70进行了放大处理后的成分信号来计算成分信号所表示的值。这样，通过使用放大处理后的成分信号作为在计算机构80的计算处理中使用的信号，能够得到更加准确的计算结果。即，在本实施方式中，能够得到更加准确的结果来作为测量装置101的测量结果O
[0092]计算机构80由计算机构成，其通过对作为数字信号的成分信号执行规定的计算处理来解析该成分信号。通过该解析，可以获得成分信号所表示的值、具体来说是形成于监视基板Sm的薄膜的折射率(严格来讲，是构成薄膜的蒸镀材料的折射率)和光学膜厚值。
[0093]并且，在本实施方式中，针对每个成分信号、换而言之针对每个设定频率执行上述的解析。因此，在本实施方式中，按照每个设定频率来确定薄膜的折射率和光学膜厚值。
[0094]更具体进行说明，对成膜过程中的基板照射光信号时的反射率对应于光学膜厚而变化。另外，关于表示光学膜厚与反射率之间的相关性的曲线的形状，已知所述曲线的形状对应于照射的光信号的频率(波长)而变化。利用这样的性质，在本实施方式中，通过使用被调制成互不相同的多个频率的光信号，能够按照各个设定频率分别计算出光学膜厚。
[0095]进而，计算机构80向控制器90发送表示作为计算结果的薄膜的折射率和光学膜厚值的数据。收到该数据的控制器90能够根据该数据所指定的薄膜的折射率、光学膜厚值来调整成膜条件。
[0096]在搭载有如上述这样构成的测量装置101的成膜装置100中，能够在执行成膜工序的期间监视在处于真空容器I内的监视基板Sm上形成的薄膜。即，通过使用本实施方式的测量装置101，能够在真空容器I内在实际基板S上形成薄膜的期间，在保持监视基板Sm收纳于真空容器I内的状态下对形成于监视基板Sm的薄膜的折射率和光学膜厚值进行in-situ 测量。
[0097]对能够在本实施方式中进行in-situ测量的原因进行说明，在使用电子束EB或等离子体将蒸镀材料蒸镀至实际基板S的情况下，从电子束EB或等离子体发出的杂散光的影响会对与薄膜的折射率、光学膜厚值相关的测量结果产生影响。与此相对，在本实施方式中，能够利用前述的带通滤波器等滤波器52或锁定放大器60的功能，将从检测机构30输出的电信号中的与上述杂散光相对应的成分滤除。由此，即使在成膜工序中，也能够执行in-situ测量，而不会受到电子束EB或等离子体的杂散光的影响。
[0098]并且，在本实施方式中，由于能够良好地执行in-situ测量，因此，不需要花费为了测量折射率或光学膜厚值而以分批处理的方式在监视基板Sm上形成薄膜的功夫。其结果是，成膜处理的操作性、换而言之薄膜产品的生产率得到提高。
[0099]另外，由于无需另行进行在监视基板Sm上形成测量用的薄膜的分批处理，因此，蒸镀材料的消耗量也能够得到抑制。
[0100]此外，由于能够按照每个设定频率取得薄膜的折射率、光学膜厚值，因此，还能够指定作为测量对象的薄膜中的折射率分布、膜厚分布，如果将与该分布相关的信息反映到成膜条件的调整中，则能够更加准确地进行薄膜的成膜控制。
[0101]至此，对本实施方式的测量装置和成膜装置进行了说明，但是，本实施方式只不过是用于使本发明的理解变得容易的一个示例，上述的部件、配置等并不限定本发明，当然可以按照本发明的宗旨进行各种改变、改良，并且，本发明当然还包括其等同物。例如，关于构成测量装置的各设备的大小、尺寸、形状、材质，上面叙述的内容只不过是用于发挥本发明的效果的一个示例，并不限定本发明。
[0102]标号说明:
[0103]1:真空容器；
[0104]2:基板保持器；
[0105]3:?甘埚；
[0106]4:电子枪；
[0107]5:蒸镀机构；
[0108]10:光信号产生机构；
[0109]lla、llb、llc、lld、lle、llf:LED 单元；
[0110]20:照射机构；
[0111]21:分色镜;
[0112]22:聚光透镜；
[0113]30:检测机构；
[0114]31:光敏放大器；
[0115]50:信号分离器；
[0116]51:前置放大器；
[0117]52:滤波器；
[0118]53:A/D 转换器；
[0119]60:锁定放大器；
[0120]61:前置放大器；
[0121]62:滤波器；
[0122]63:同步检波电路；
[0123]64:低通滤波器；
[0124]65:波形成形电路；
[0125]66:转移处理电路；
[0126]67:参照信号生成装置；
[0127]70:数字信号处理器；
[0128]80:计算机构；
[0129]90:控制器；
[0130]100:成膜装置；
[0131]101:测量装置；
[0132]LF:光纤；
[0133]S:实际基板；
[0134]Sm:监视基板。
【权利要求】
1.一种测量装置，所述测量装置针对形成于被测量用基板的薄膜，测量包括光学膜厚值在内的光学特性值， 所述测量装置的特征在于， 所述测量装置具备以下部分而同时测量多个所述光学特性值: 光信号产生机构，所述光信号产生机构具备利用光学滤光镜生成单色光的多个光源单元，所述光信号产生机构将该多个光源单元各自生成的单色光调制成对于每个光源单元互不相同的设定频率而发出多个光信号； 照射机构，所述照射机构对从该光信号产生机构发出的所述多个光信号进行复用而生成复用信号，并通过光纤向所述被测量用基板照射所述复用信号； 检测机构，所述检测机构在通过光纤接收到被该照射机构照射后由所述被测量用基板反射或透过所述被测量用基板的所述复用信号时，输出电信号作为检测信号； 信号分离机构，所述信号分离机构对该检测机构输出的所述电信号实施带通滤波器的滤波处理，由此从所述电信号中分离并提取与所述多个光信号分别对应的每个所述设定频率的成分信号；以及 计算机构，所述计算机构基于该信号分离机构从所述电信号中分离出来的每个所述设定频率的所述成分信号，按照每个所述设定频率计算出所述成分信号所表示的所述光学特性值。
2.一种测量装置，所述测量装置针对形成于被测量用基板的薄膜，测量包括光学膜厚值在内的光学特性值， 所述测量装置的特征在于， 所述测量装置具备以下部分而同时测量多个所述光学特性值: 光信号产生机构，所述光信号产生机构具备利用光学滤光镜生成单色光的多个光源单元，所述光信号产生机构将该多个光源单元各自生成的单色光调制成对于每个光源单元互不相同的设定频率而发出多个光信号； 照射机构，所述照射机构对从该光信号产生机构发出的所述多个光信号进行复用而生成复用信号，并通过光纤向所述被测量用基板照射所述复用信号； 检测机构，所述检测机构在通过光纤接收到被该照射机构照射后由所述被测量用基板反射或透过所述被测量用基板的所述复用信号时，输出电信号作为检测信号； 信号分离机构，所述信号分离机构从该检测机构输出的所述电信号中将与所述多个光信号分别对应的每个所述设定频率的成分信号分离出来；以及 计算机构，所述计算机构基于该信号分离机构从所述电信号中分离出来的每个所述设定频率的所述成分信号，按照每个所述设定频率计算出所述成分信号所表示的所述光学特性值， 所述信号分离机构具备锁定放大器，所述锁定放大器检测特定频率的信号并对该信号进行放大，通过将所述检测机构输出的所述电信号输入到该锁定放大器，所述信号分离机构从所述电信号中提取与所述多个光信号分别对应的每个所述设定频率的所述成分信号而进行放大。
3.根据权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于， 在所述测量装置中还设置有数字信号处理器，所述数字信号处理器对从所述检测信号中分离出来的每个所述设定频率的所述频率成分信号分别实施放大处理， 所述计算机构基于所述放大处理后的所述成分信号来计算所述成分信号所表示的所述光学特性值。
4.一种成膜装置，所述成膜装置具备真空容器和蒸镀机构，其中所述真空容器收纳基板，所述蒸镀机构在该真空容器内利用电子束或等离子体将蒸镀材料蒸镀至所述基板，所述成膜装置的特征在于， 所述成膜装置具备权利要求1至3中的任意一项所述的测量装置， 在所述真空容器内在所述基板上形成薄膜的期间，在所述真空容器内收纳有所述被测量用基板，所述蒸镀机构也将所述蒸镀材料蒸镀至所述被测量用基板， 在所述真空容器内在所述基板上形成薄膜的期间，所述测量装置在保持所述被测量用基板收纳于所述真空容器内的状态下，针对形成于所述被测量用基板侧的薄膜，同时测量多个包括光学膜厚值在内的光学特性值。
【文档编号】G01B11/06GK104350380SQ201280073844
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2012年9月10日 优先权日:2012年9月10日
【发明者】佐井旭阳, 日向阳平, 大泷芳幸, 姜友松 申请人:株式会社新柯隆