專利名稱：光學式膜厚計以及具有光學式膜厚計的薄膜形成裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學式膜厚計以及具有光學式膜厚計的薄膜形成裝置，尤其涉及能夠進行高精度的膜厚測定的光學式膜厚計以及具有光學式膜厚計的薄膜形成裝置。
背景技術：
為了提高對光學設備的控制精度，希望提高光學薄膜的膜厚精度。在光學薄膜的高精度的膜厚控制中，測定是不可或缺的，因此提出了用于膜厚控制的各種膜厚測定方法以及膜厚計。在膜厚測定中希望使用在響應性等方面良好的光學式膜厚計。此外，這里所說的膜厚表示光學薄膜的膜厚，其具有取決于物理上的膜厚和折射率的值。光學式膜厚計可大致分為反射式和透過式。反射式是利用以下現(xiàn)象來測定膜厚的技術，所述現(xiàn)象是在光學薄膜表面上反射的光線和在基板與光學膜的界面上反射的光線因路徑不同而產(chǎn)生相位差，從而發(fā)生干涉，并且，關于反射式，由于光線整體的反射率相對于膜厚周期性地變化，所以大多用于鍍膜層數(shù)少的情況或可進行相對測定的情況，存在用途比較受限的問題。另一方面，如圖9所示，透過式是使配置在鏡盒107內(nèi)的反射鏡105反射從投光器 11射出的光來測定透過光學薄膜的光線的技術，并且能夠根據(jù)光量的透過率來求出膜厚與分光特性這兩者。因為不容易受到因?qū)嶋H基板S的角度變化引起的光量變化的影響，所以具有可高精度地進行測定的優(yōu)點。但是，因為采用了監(jiān)控專用基板，并將該監(jiān)控專用基板的配置位置配置在與實際基板不同的位置處，所以在監(jiān)控專用基板與實際基板之間存在膜厚差，為了校正該膜厚差需要鍍膜操作者的經(jīng)驗和知識，因此，這成為鍍膜工藝不穩(wěn)定的要因，存在會產(chǎn)生膜厚控制誤差的問題。另外，如圖9所示，現(xiàn)有的光學式膜厚計被安裝在薄膜形成裝置3中，難以提高對于低折射率膜的測定精度。例如，常被用為蒸鍍材料的SiO2與監(jiān)控玻璃之間的折射率差小， 所以尤其在透過式測光系統(tǒng)中，存在場測定(in-situ)中的光量變化量小、難以進行控制的不良狀況。即，當光量變化量小時，不得不基于受限的變化量來進行控制，難以提高精度。為了解決這樣的問題，提出了如下這樣的技術通過角錐棱鏡對透過測定基板的光線(出射光)進行反射，測定再次透過測定基板的光線(反射光)，由此測定膜厚等(例如，參照專利文獻1)。專利文獻1 日本特開2006-45673號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題但是，在專利文獻1所記載的技術中，由于是通過角錐棱鏡對透過測定基板的光線(出射光)進行反射，所以測定基板上的出射光與反射光的透過位置不同，進行透過測定的部分不同，因此存在因微小的膜厚分布而產(chǎn)生測定誤差的不良狀況。另外，在此技術中，為了使反射光可全部用于測定，需要形成防反射膜(AR膜)，當在各個面上未預先形成AR膜時，會測定到基板與角錐棱鏡之間的多重反射光成分，存在無法進行準確測定的問題。本發(fā)明的目的在于，提供能夠?qū)嶋H基板進行測定并將測定位置的誤差限制為最小限度的光學式膜厚計以及具有光學式膜厚計的薄膜形成裝置。另外，本發(fā)明的另一目的在于，提供無需測定用的AR膜就能夠以高精度進行光學膜厚和分光特性的計測的光學式膜厚計以及具有光學式膜厚計的薄膜形成裝置。用于解決課題的手段根據(jù)本發(fā)明的光學式膜厚計，可通過以下方式來解決上述課題該光學式膜厚計使測定光透過實際基板來測定光學膜厚，其中，該光學式膜厚計具備投光單元，其向上述實際基板射出作為上述測定光的出射光；反射鏡，其在隔著上述實際基板與上述投光單元相反側(cè)的位置處反射上述出射光；受光單元，其接收透過上述實際基板且由上述反射鏡反射而透過上述實際基板的上述測定光；以及光檢測單元，其檢測該受光單元所接收到的上述測定光，上述實際基板被配置成相對于由上述投光單元和上述反射鏡構成的光學系統(tǒng)傾斜。這樣，光學式膜厚計利用透過實際基板且由上述反射鏡反射而透過實際基板的測定光來進行測定，所以測定光(出射光和反射光)2次透過實際基板，能夠增大透過率(光量)的變化量，能夠提高膜厚測定的控制精度。另外，通過將實際基板配置成相對于由投光單元和反射鏡構成的光學系統(tǒng)傾斜， 由此，僅由反射鏡反射的測定光透過實際基板，能夠去除因反射產(chǎn)生的不利于測定的反射光。更詳細地說，上述實際基板以相對于上述測定光的光軸具有規(guī)定角度的方式被配置在上述反射鏡與上述投光單元之間的位置。因為作為上述測定光的上述出射光與上述反射鏡所反射的反射光透過上述實際基板的大致同一部位，所以，能夠使反射鏡反射前后的測定光即出射光與反射光透過實際基板的彼此相同的部分，能夠防止因透過位置的不同而產(chǎn)生測定誤差。另外，優(yōu)選的是，上述反射鏡在相對于上述測定光的光軸大致垂直的方向上形成有反射面。由此，反射鏡能夠以如下方式進行反射使從投光單元入射并透過實際基板的測定光在不發(fā)生損失的情況下再次通過與入射路徑相同的路徑而透過實際基板。此外，優(yōu)選的是，上述反射鏡被配置成上述反射鏡的反射面的垂線與上述測定光的光軸所成的角度處于-5.0 +5.0°的范圍。此時，確保至光量的損失不會對測定精度帶來影響的程度，所以對于反射鏡的安裝位置，能夠確保一定的自由度。另外，優(yōu)選的是，上述實際基板的相對于由上述投光單元和上述反射鏡構成的光學系統(tǒng)的傾斜為大約4. 5°以上。此時，因為光檢測單元不會檢測到未通過規(guī)定路徑而透過實際基板的光(無用的反射光)，所以能夠僅針對基板的透過光準確地進行測定。另外，優(yōu)選的是，上述實際基板以規(guī)定速度運動，上述反射鏡相對于上述實際基板被固定地配置在恒定位置處。當這樣地固定反射鏡時，光學系統(tǒng)穩(wěn)定。另外，根據(jù)本發(fā)明的具有光學式膜厚計的薄膜形成裝置，可通過以下方式來解決上述課題該薄膜形成裝置具備能夠旋轉(zhuǎn)的穹頂狀的基板保持器，其在真空容器內(nèi)支撐實際基板；校正板，其在蒸發(fā)蒸鍍材料的蒸鍍單元與上述基板保持器之間的位置處，被固定地配置于上述真空容器側(cè)；以及光學式膜厚計，其在上述基板保持器上安裝著上述實際基板的狀態(tài)下，使測定光透過上述實際基板來測定光學膜厚，其中，上述光學式膜厚計具備 投光單元，其向上述實際基板射出作為上述測定光的出射光；反射鏡，其在隔著上述實際基板與上述投光單元相反側(cè)的位置處反射上述出射光；受光單元，其接收透過上述實際基板且由上述反射鏡反射而透過上述實際基板的上述測定光；以及光檢測單元，其檢測該受光單元所接收到的上述測定光，上述實際基板被配置成相對于由上述投光單元和上述反射鏡構成的光學系統(tǒng)傾斜。這樣，根據(jù)本發(fā)明，可提供如下的薄膜形成裝置該薄膜形成裝置能夠制造利用光學式膜厚計充分實現(xiàn)了實際基板的膜厚控制的基板(光學產(chǎn)品)。此外，優(yōu)選上述反射鏡被配置在上述校正板上，從而能夠在固定狀態(tài)下穩(wěn)定地利用反射鏡來反射測定光。另外，利用被固定的校正板不容易受到來自蒸鍍源、等離子放電的雜散光的影響。根據(jù)本發(fā)明的薄膜形成裝置，可通過如下方式來解決上述課題該薄膜形成裝置具有能夠旋轉(zhuǎn)的大致圓筒狀的基板保持器，其在真空容器內(nèi)支撐實際基板；濺射單元，其配置在上述基板保持器的外側(cè)；以及光學式膜厚計，其在上述基板保持器上安裝著上述實際基板的狀態(tài)下，使測定光透過上述實際基板來測定光學膜厚，其中，上述光學式膜厚計具備投光單元，其向上述實際基板射出作為上述測定光的出射光；反射鏡，其在隔著上述實際基板與上述投光單元相反側(cè)的位置處反射上述出射光；受光單元，其接收透過上述實際基板且由上述反射鏡反射而透過上述實際基板的上述測定光；以及光檢測單元，其檢測該受光單元所接收到的上述測定光，上述實際基板被配置成相對于由上述投光單元和上述反射鏡構成的光學系統(tǒng)傾斜。此時優(yōu)選的是，上述反射鏡被配置在上述基板保持器內(nèi)。這樣，因為在基板保持器內(nèi)配置反射鏡，所以反射鏡不容易產(chǎn)生污垢，而且也不容易受到來自濺射中的等離子放電的雜散光的影響。根據(jù)本發(fā)明的光學式膜厚計以及薄膜形成裝置，能夠?qū)嶋H基板本身進行測定， 所以與監(jiān)控基板的測定不同，不容易產(chǎn)生測定誤差等。另外，測定光(出射光以及反射光)2 次透過實際基板，能夠增大透過率(光量)的變化量，能夠提高膜厚測定的控制精度。并且， 因為實際基板被配置成相對于測定光的光軸具有規(guī)定角度，所以僅由反射鏡反射的測定光透過實際基板，能夠去除在反射鏡與實際基板之間產(chǎn)生的多重反射的反射光成分。


圖1是從上方觀察具有旋轉(zhuǎn)鼓式保持器的薄膜形成裝置的概略結(jié)構說明圖。圖2是從側(cè)方觀察具有穹頂式保持器的薄膜形成裝置的概略結(jié)構說明圖。圖3是示出相對于光軸的反射鏡角度與測定光強度的關系的曲線圖。圖4是示出基板的傾斜度與測定光的比例變化的說明圖。圖5是示出基板角度與測定光強度的關系的曲線圖。圖6是示出BK-7基板的透過率測定結(jié)果的曲線圖。圖7是示出IR截止濾光器的透過率測定結(jié)果的曲線圖。圖8是示出SiO2單層鍍膜時、波長為520nm時的光學膜厚隨時間經(jīng)過的光量變化的計算結(jié)果的曲線圖。圖9是現(xiàn)有的具備透過型光學式膜厚計的薄膜形成裝置的概略結(jié)構說明圖。符號說明S實際基板(測定基板)F光學濾光器Ll出射光L2(L2-1、L2-2、L2_3)反射光1、2、3薄膜形成裝置11投光器Ila Ref■電路13 光纖13a出射光側(cè)光纖13b反射光側(cè)光纖14光纖端部15球面消色差透鏡17反射鏡19受光器20分光器21光源用穩(wěn)定電源23計算機(運算用PC)25測定窗31、41、101 真空容器33旋轉(zhuǎn)鼓式保持器35濺射單元43、103旋轉(zhuǎn)保持器45蒸鍍單元47校正板105反射鏡107 鏡盒
具體實施例方式以下，參照附圖來說明本發(fā)明的一個實施方式。此外，以下說明的部件、配置等只是發(fā)明具體化的一例，不對本發(fā)明進行限定，顯然可依照本發(fā)明的主旨進行各種改變。圖1以及圖2示出了本發(fā)明的光學式膜厚計以及薄膜形成裝置，圖1是從上方觀察具有旋轉(zhuǎn)鼓式保持器的薄膜形成裝置的概略結(jié)構說明圖，圖2是從側(cè)方觀察具有穹頂式保持器的薄膜形成裝置的概略結(jié)構說明圖。另外，圖3至圖8是與本發(fā)明的光學式膜厚計相關的圖，圖3是示出相對于光軸的反射鏡角度與測定光強度的關系的曲線圖，圖4是示出基板的傾斜度與測定光的比例變化的說明圖，圖5是示出基板角度與測定光強度的關系的曲線圖，圖6是示出BK-7基板的透過率測定結(jié)果的曲線圖，圖7是示出IR截止濾光器的透過率測定結(jié)果的曲線圖，圖8是示出SiO2單層鍍膜時、波長為520nm時的光學膜厚隨時間經(jīng)過的光量變化的計算結(jié)果的曲線圖。本發(fā)明的光學式膜厚計不對測定專用的監(jiān)控基板進行測定，而是對作為測定基板的實際基板(產(chǎn)品)s的膜厚進行測定，如圖1以及圖2所示，本發(fā)明的光學式膜厚計構成為具有作為光源或投光單元的投光器11、作為導光單元的光纖13(13a、13b)、球面消色差透鏡15、反射鏡17和作為受光單元的受光器19。另外，經(jīng)由光源用穩(wěn)定電源21對投光器 11施加電壓，受光器19與計算機(運算用PC) 23連接。此外如圖4所示，在本說明書中，區(qū)別地將由反射鏡17反射前的測定光記為出射光Li、將反射后的測定光記為反射光L2 (L2-l、L2-2、L2-3)。投光器11是輸出測定用的出射光Ll的裝置，其構成為裝有Ref電路11a，并且從光源用穩(wěn)定電源21對投光器11供電，將具有任意波長的測定光射出到出射光側(cè)光纖13a。受光器19是如下這樣的裝置出射光Ll透過作為測定基板的實際基板S后的光被反射鏡17反射從而再次透過實際基板S，由此得到的反射光L2經(jīng)由反射光側(cè)光纖13b而輸入到該裝置。受光器19具有作為光檢測單元的分光器20，能夠?qū)y定光的波長及透過率進行測定，并且與計算機(運算用PC) 23連接，該計算機23用于根據(jù)分光器20的分析結(jié)果計算并顯示光學薄膜的膜厚、光學特性。光纖13由包括出射光側(cè)光纖13a和反射光側(cè)光纖13b的二分支束狀光纖構成，且被匯集到不銹鋼制的二分支軟管內(nèi)。出射光側(cè)光纖13a的一端部側(cè)與投光器11連接，反射光側(cè)光纖13b的一端部側(cè)與受光器19連接。出射光側(cè)光纖13a以及反射光側(cè)光纖13b各自的光纖端部14被匯集為1束，且光軸是朝向球面消色差透鏡15和作為測定基板的實際基板S而配置的。從光纖端部14照射的出射光Ll的截面為直徑5 6mm左右的圓形。球面消色差透鏡15是用于去除因波長引起的像差(色差)和球面像差的透鏡，能夠?qū)崿F(xiàn)測定精度的提高，并被配置在光纖端部14與形成于薄膜形成裝置1、2上的測定窗25 之間。反射鏡17被配置在實際基板S的背側(cè)，對透過實際基板S的來自投光器11的出射光Ll進行反射。反射鏡17可采用涂布有Al膜、Ag膜的反射鏡、在這些Al膜、Ag膜上再涂布MgF2或SiO后的反射鏡、以及還涂布有其它電介質(zhì)膜的反射鏡。反射面的尺寸是任意的，但優(yōu)選為與實際基板S的尺寸等同的程度，是幾cm左右。反射鏡17的反射面具有80% 左右的反射率。反射鏡17被配置成與向?qū)嶋H基板S照射的出射光Ll的光軸大致垂直(直角)，所以對出射光Ll進行反射而形成反射光L2，反射光L2以與出射光Ll的光軸相同的路徑透過實際基板S。此外，沿著來自光纖端部14的測定光的光軸來配置球面消色差透鏡15、實際基板 S和反射鏡17。作為實際基板S，優(yōu)選采用由玻璃等材料形成的部件。在本實施方式中，采用了板狀的基板作為實際基板S，但實際基板S的形狀不限于板狀。另外，可以是在表面上能形成薄膜的其它形狀，例如透鏡形狀、圓筒狀、圓環(huán)狀等形狀。這里，所謂玻璃材料，是指由二氧化硅(SiO2)形成的材料，具體可舉出石英玻璃、堿石灰玻璃、硼硅酸玻璃等。此外，在本實施方式中，實際基板S還包含光學濾光器F。另外，實際基板S的材料不限于玻璃，還可以是塑料樹脂等。作為塑料樹脂的例子，例如可舉出從以下的組中選擇出的樹脂材料或這些材料與玻璃纖維和/或碳纖維的混合物等，上述的組包括聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、尼龍、聚碳酸酯-聚對苯二甲酸乙二醇酯共聚物、聚碳酸酯-聚對苯二甲酸丁二醇酯共聚物、丙烯酸、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯。這里，說明從投光器11射出的測定光(出射光Ll以及反射光L2)入射到受光器 19的路徑。從投光器11射出的測定光即出射光Ll經(jīng)由投光側(cè)光纖13a從光纖端部14照射到球面消色差透鏡15，并通過薄膜形成裝置1、2上形成的測定窗25而照射到實際基板S。照射到實際基板S的出射光Ll透過實際基板S，被配置在該實際基板S背側(cè)的反射鏡17反射，成為反射光L2。被反射鏡17反射的反射光L2再次透過實際基板S、測定窗 25、球面消色差透鏡15而到達光纖端部14。然后，僅來自實際基板S側(cè)的測定光(反射光 L2)通過反射光側(cè)光纖13b而被導入受光器19。此外，如后所述，實際基板S被配置成相對于測定光的光軸具有傾斜角度。接著，說明光學式膜厚計在薄膜形成裝置1、2中的安裝狀態(tài)。圖1所示的薄膜形成裝置1是具有旋轉(zhuǎn)鼓式保持器33的濺射(磁控濺射)裝置， 其構成為至少具有真空容器31、安裝實際基板S的作為基板保持器的旋轉(zhuǎn)鼓式保持器33、 相對地設置在旋轉(zhuǎn)鼓式保持器33外側(cè)的濺射單元35、以及未圖示的濺射氣體供給單元。真空容器31是由公知的薄膜形成裝置所通常使用的不銹鋼制成的，是大致呈長方體形狀的中空體。另外，在真空容器31的側(cè)面?zhèn)燃凑婵杖萜?1的旋轉(zhuǎn)鼓式保持器33的徑向側(cè)，形成有測定窗25。旋轉(zhuǎn)鼓式保持器33形成為大致圓筒狀，其旋轉(zhuǎn)軸是朝向真空容器31的上下方向配置的。旋轉(zhuǎn)鼓式保持器33具有作為實際基板S的保持單元的功能，在該旋轉(zhuǎn)鼓式保持器 33的外周面上，通過未圖示的基板保持器等并排地安裝實際基板S。在旋轉(zhuǎn)鼓式保持器33的安裝實際基板S的部分處形成有規(guī)定尺寸的開口部(未圖示)，所以，透過實際基板S的測定光可入射到旋轉(zhuǎn)鼓式保持器33的內(nèi)側(cè)。此外，旋轉(zhuǎn)鼓式保持器33也可形成為中空棱柱狀。濺射單元35由一對靶材、保持靶材的一對磁控濺射電極和電源裝置(都未圖示) 構成。靶材的形狀是平板狀，且被設置成靶材的長邊方向與旋轉(zhuǎn)鼓式保持器33的旋轉(zhuǎn)軸線平行。在濺射單元35的周邊設置有提供氬氣等濺射氣體的濺射氣體供給單元。在靶材的周邊為惰性氣體氛圍的狀態(tài)下，當從電源向磁控濺射電極施加交流電壓時，靶材周邊的濺射氣體的一部分釋放出電子而離子化。通過對該離子進行加速而使其撞擊靶材，由此，靶材表面的原子、粒子(在靶材為鈮的情況下是指鈮原子、鈮粒子)被擊出。該鈮原子、鈮粒子是作為薄膜原料的膜原料物質(zhì)(蒸鍍物質(zhì))，其附著在實際基板S的表面而形成薄膜。在薄膜形成裝置1中，當旋轉(zhuǎn)鼓式保持器33旋轉(zhuǎn)時，被保持在旋轉(zhuǎn)鼓式保持器33 的外周面上的實際基板S進行公轉(zhuǎn)，反復移動到面向濺射單元35的兩處位置。并且，通過使實際基板S這樣地公轉(zhuǎn)，依次反復地進行濺射單元35的濺射處理，在實際基板S的表面上形成薄膜。此外，可構成為在薄膜形成裝置1中安裝等離子產(chǎn)生單元，在形成薄膜的同時， 進行對薄膜形成前的實際基板S的表面實施等離子處理的前處理工序和對薄膜形成后的實際基板S表面實施等離子處理的后處理工序。顯然，也可采用其它鍍膜單元來代替濺射單元35。在薄膜形成裝置1中，本發(fā)明的光學式膜厚計從形成在真空容器31的一部分上的測定窗25向?qū)嶋H基板S照射出射光Li，利用設置在實際基板S背側(cè)的反射鏡17對透過實際基板S的出射光Ll進行反射，使得由此得到的反射光L2可再次透過實際基板S。具體地說，與投光器11和受光器19連接的光纖13的另一端部以及球面消色差透鏡15被配置在真空容器31的外側(cè)，反射鏡17被固定于實際基板S背側(cè)的、旋轉(zhuǎn)鼓式保持器33的內(nèi)側(cè)位置。在旋轉(zhuǎn)鼓式保持器33的安裝實際基板S的位置處形成有開口部，所以可使透過實際基板S的出射光Ll通過旋轉(zhuǎn)鼓式保持器33的開口部而由配置在其內(nèi)側(cè)的反射鏡17進行反射。這樣，通過安裝光學式膜厚計，從而在鍍膜中也能測定被安裝于旋轉(zhuǎn)鼓式保持器 33上的實際基板S的光學膜厚及光學特性等。具體地說，對于旋轉(zhuǎn)鼓式保持器33，在實際基板S的測定部分與測定光的光軸重合的規(guī)定位置處，進行膜厚等的測定。此外，實際基板 S被配置成相對于測定光的光軸具有傾斜角度。在薄膜形成裝置1中，反射鏡17被固定于實際基板S背側(cè)的、旋轉(zhuǎn)鼓式保持器33 的內(nèi)側(cè)位置。因此，具有如下優(yōu)點反射鏡17不容易產(chǎn)生污垢，而且也不容易因濺射中的等離子放電而受到雜散光的影響。另外，可針對多個實際基板S安裝反射鏡17。即，在將實際基板S與反射鏡17成對組裝的情況下，能夠在與出射光Ll的位置對應的規(guī)定位置處，針對實際基板S的膜厚、光學特性進行各個實際基板S的多次測定。基于這樣的結(jié)構，通過使旋轉(zhuǎn)鼓式保持器33旋轉(zhuǎn)而使實際基板S配置到規(guī)定位置處，由此，能夠使測定光依次透過處于被安裝于旋轉(zhuǎn)鼓式保持器33上的狀態(tài)的多個實際基板S來測定光學膜厚。因此，能夠得到這樣的薄膜形成裝置其能夠同時測定多個實際基板S的膜厚，能以更高的精度進行光學膜厚的測量。接著，圖2所示的薄膜形成裝置2是配置在真空容器41內(nèi)的具有旋轉(zhuǎn)保持器43 的蒸鍍裝置，其構成為作為基板保持器，至少具備安裝實際基板S的穹頂狀旋轉(zhuǎn)保持器43 和與旋轉(zhuǎn)保持器43相對地設置在下方側(cè)的蒸鍍單元45。另外，在本實施方式的薄膜形成裝置2中，在旋轉(zhuǎn)保持器43與蒸鍍單元45之間的位置處配置有校正板47。真空容器41是由公知的薄膜形成裝置所通常使用的不銹鋼制成的，且是大致呈長方體形狀的中空體。另外，在旋轉(zhuǎn)保持器43的上側(cè)面形成有測定窗25。旋轉(zhuǎn)保持器43形成為大致穹頂狀，且以旋轉(zhuǎn)軸朝著上下方向的方式被配置在真空容器41內(nèi)，具有作為基板保持單元的功能，在旋轉(zhuǎn)保持器43上可通過未圖示的安裝夾具安裝多個實際基板S。在旋轉(zhuǎn)保持器43的安裝實際基板S的部分處形成有規(guī)定尺寸的開口部(未圖示)。蒸鍍單元45被設置在真空容器41下方側(cè)的與旋轉(zhuǎn)保持器43相對的位置處，該蒸鍍單元45例如由放入到坩堝中的蒸鍍物質(zhì)和用于對蒸鍍物質(zhì)進行加熱的電子光束源或高頻線圈等構成。顯然，蒸鍍單元也可采用由靶材、電極和電源構成的濺射源。
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校正板47是校正因旋轉(zhuǎn)保持器43的安裝位置而產(chǎn)生的實際基板S上的膜厚差的大致板狀的部件，并被固定于真空容器41側(cè)。由此，當在實際基板S上形成薄膜時，通過局部地阻止從蒸鍍單元45向?qū)嶋H基板S蒸發(fā)的蒸發(fā)物質(zhì)的堆積，能夠?qū)δず襁M行校正。在薄膜形成裝置2中，從蒸鍍單元45蒸發(fā)的蒸發(fā)物質(zhì)堆積到被安裝于旋轉(zhuǎn)保持器43上的實際基板S上，由此進行鍍膜。此時，通過旋轉(zhuǎn)保持器43的旋轉(zhuǎn)和校正板47來校正因?qū)嶋H基板 S的位置引起的膜厚差。在薄膜形成裝置2中，本發(fā)明的光學式膜厚計從形成在真空容器41的一部分上的測定窗25向?qū)嶋H基板S照射出射光Li，利用設置在實際基板S下方側(cè)的校正板47上的反射鏡17對透過實際基板S的出射光Ll進行反射，形成反射光L2，從而再次透過實際基板 S0具體地說，與投光器11和受光器19連接的光纖端部14以及球面消色差透鏡15 被配置在真空容器41的外側(cè)，反射鏡17被固定于實際基板S的下方側(cè)的、校正板47的上側(cè)位置處。在旋轉(zhuǎn)保持器43的安裝實際基板S的位置處形成有開口部，所以可使透過實際基板S的出射光Ll通過旋轉(zhuǎn)保持器43的開口部而由配置在其下方側(cè)的反射鏡17進行反射。這樣，通過安裝光學式膜厚計，從而在鍍膜中也能測定被安裝于旋轉(zhuǎn)保持器43上的實際基板S的膜厚等光學特性。具體地說，對于旋轉(zhuǎn)保持器43，在實際基板S的測定部分與測定光的光軸重合的規(guī)定位置處，進行膜厚等的測定。此外，光學式膜厚計被配置成實際基板S相對于測定光的光軸具有傾斜角度。另外，因為在校正板47的實際基板S側(cè)安裝有反射鏡17，所以能夠在已固定的狀態(tài)下對配置于測定圓周上的實際基板S進行測定，因此能夠進行穩(wěn)定的測定。在薄膜形成裝置2中，在校正板47的與實際基板S相同的一側(cè)安裝反射鏡17，來自蒸鍍單元45的蒸鍍物質(zhì)可能會蔓延而附著到反射鏡17的反射面上，所以可在反射鏡17 的緊前方安裝蔓延防止玻璃。而且，還可以進一步用筒狀的罩圍起來，使得在蔓延防止玻璃上也不附著蒸鍍物質(zhì)。此外，優(yōu)選定期更換蔓延防止玻璃。另外，蔓延防止玻璃進一步優(yōu)選為與實際基板 S同樣，被配置成相對于測定光的光軸具有角度。另外，在薄膜形成裝置1、2中，當用光學式膜厚計進行測定時，需要將實際基板S 準確地定位到測定位置處。因此，薄膜形成裝置1、2都具備用于使旋轉(zhuǎn)鼓式保持器33或旋轉(zhuǎn)保持器43停止于測定位置處的旋轉(zhuǎn)控制單元。作為旋轉(zhuǎn)控制單元，可應用公知的裝置， 例如，可構成為具備位置傳感器和能夠始終監(jiān)視和控制旋轉(zhuǎn)角度的電動機。在薄膜形成裝置1、2中，測定窗25也被配置成相對于測定光的光軸具有規(guī)定角度。這與傾斜規(guī)定角度而配置實際基板S的理由相同。因此，也防止了被測定窗25的玻璃部件反射的光線入射到受光器19側(cè)。以下，根據(jù)圖3至圖8來說明本發(fā)明的光學式膜厚計。此外，以下所示的測定或計算例雖然是安裝有本發(fā)明的光學式膜厚計的薄膜形成裝置1中的結(jié)果，但從測定結(jié)果中導出的效果等也可直接應用于薄膜形成裝置2。圖3是示出相對于光軸的反射鏡角度θ和測定光強度的關系的曲線圖，是反射鏡角度θ為-6 +6°的測定結(jié)果。
這里，反射鏡17的反射鏡角度θ是對于反射鏡17的反射面的垂線與測定光的光軸所成的角度。由圖3可知，在反射鏡17的角度θ為0°時，反射光的光量為最大值。此外，在圖 3中，反射鏡17的反射率表示已換算為100%的數(shù)據(jù)。另外，在反射鏡角度θ為0°時反射光的測定光強度最大，而在反射鏡角度θ為士 1.0°時，與反射鏡角度Θ =0°相比，具有82 87%以上的測定光強度，且當反射鏡角度θ為士 0.6°時，具有94 96%以上的測定光強度。此外在圖3中，反射光的光量是用百分比(％ )表示在反射鏡17上測定到的光量(反射光L2的光量)占出射光Ll的光量的比例而得到的值。另外，可容許的反射鏡17的反射鏡角度θ = -5. 0 +5. 0°是根據(jù)反射鏡17與球面消色差透鏡15或光纖端部14之間的距離而變化的值。即，如果反射鏡17與球面消色差透鏡15或光纖端部14之間的距離變長，則可容許的反射鏡17的反射鏡角度θ變窄。此外，在薄膜形成裝置1中，反射鏡17與球面消色差透鏡15之間的距離為60 350mm左右。圖4是示出基板的傾斜度與測定光的比例變化的說明圖，示出了實際基板S的傾斜度、測定光(出射光及反射光)的路徑和光的比例變化，圖4(a)是實際基板S的傾斜角度α = 0°的情況(未傾斜的情況)，圖4(b)是實際基板S的傾斜角度α具有規(guī)定值的情況。這里，實際基板S的傾斜角度α是實際基板S的鍍膜面的垂線與測定光的光軸所成的角度。此外，圖4中的光量是將在未安裝實際基板S的狀態(tài)下測定到的光量設為100%的示意圖。另外，這里反射鏡17的反射率為80%。首先，說明圖4 (a)所示的基板的傾斜角度α =0°時的測定光的路徑與光的比例變化。從真空容器31的測定窗25入射的光(出射光Li)透過實際基板S。此時，當將入射的光(出射光Li)的總光量設為“100”時，在實際基板S兩側(cè)的表面上未透過而各自反射的量為4. 25% (共計光量8. 5)。該光量8. 5的光作為反射光L2-1從測定窗25射出。 因此，透過實際基板S的光量為91. 5。該透過的光量91. 5的光被配置在實際基板S背側(cè)的反射鏡17反射。該折返的反射光再次透過實際基板S，同樣，考慮到共計8. 5%的反射率， 其余的91. 5%透過實際基板S。S卩，光量83. 7(第1次的透過光91. 5X從反射鏡17折返而得到的第2次透過率91. 5%)作為L2-2從測定窗25射出。此時，之所以忽略反射鏡17 的反射率，是因為在實際基板S的測定之前，以不存在實際基板S (僅有反射鏡17的反射) 的狀態(tài)進行了 100%的基線測定。當折返的反射光透過實際基板S時，在實際基板S所反射的光量 7. 78(91.5X8.5% )再次被反射鏡17反射的情況下，光量6. 22(7. 78X反射鏡的反射率 80% )再次朝向?qū)嶋H基板S。該光量6. 22的再反射光也同樣在實際基板S上發(fā)生各自 4. 25%共計8. 5%的發(fā)射，從而光量5. 69(6. 22X91. 5% )作為L2-3從測定窗25射出。S卩，從測定窗25射出的光是L2-1 L2_3，其中也混有實際基板S的反射光。S卩，從測定窗25入射的光(出射光Li)大致分為(因為反射光L2-4以上的多重反射光十分微弱，所以在該模型中將其忽略)
(1)反射光L2-1…8. 5(實際基板S的兩面反射光)(2)反射光L2-2…83. 7(因反射鏡17的反射而2次透過實際基板S的光)(3)反射光L2-3…5. 69 (因反射鏡17的再次反射而透過實際基板S的光)因此，光量成為從測定窗25入射的光(出射光Li)中的97. 89 (8. 5+83. 7+5.69) 左右，這作為反射光L2而朝向真空容器31的測定窗25。因為實際基板的傾斜角度是0°， 所以反射的光線全部通過同一路徑。S卩，在實際基板S的傾斜角度是0°的情況下，入射到受光器19的光(反射光L2) 中的14. 19(8. 5+5. 69)左右的光就是實際基板S的反射光。因此，當實際基板S的傾斜角度為0°時，在入射到受光器19的反射光L2中包含10%以上的通過期望路徑以外的路徑的光線，這成為產(chǎn)生測定誤差的原因。接著，說明圖4(b)所示的基板傾斜角度具有規(guī)定值時的測定光的路徑與光的比例變化。與上述圖4(a)相同，會產(chǎn)生出射光Ll以及反射光L2的透過、反射，但因為實際基板S傾斜了規(guī)定角度，所以在實際基板S的表面上反射的8. 5%的光向與實際基板S的傾斜度相應的方向反射。因此，如果實際基板S的傾斜角度為規(guī)定值以上，則在實際基板S的表面上反射的光線不會朝向受光器19。另外，在反射鏡17所反射的反射光L2中被實際基板S反射的光也是朝向與實際基板S的傾斜度對應的方向被反射，從而也會不朝向受光器19。S卩，當使實際基板S傾斜了規(guī)定角度時，僅2次透過實際基板S的光線(光量83. 7) 入射至受光器19。因此，產(chǎn)生誤差的因素少，可期待測定的高精度化。圖5是示出基板角度與測定光強度的關系的曲線圖，關于實際基板S的傾斜角度 α與反射光光量的關系的測定結(jié)果，圖5(a)是傾斜角度α為_6 +6°的測定結(jié)果，圖 5(b)是針對傾斜角度α =+3 +5.5°而放大了圖5(a)的結(jié)果后的圖。此外，圖5中的光量以在未安裝實際基板S的狀態(tài)下所測定的數(shù)據(jù)為基準。如圖5(a)可知，在不存在實際基板S的傾斜角度的α = 0°時，反射光的光量為最大值。這是因為，如圖4(a)所說明的那樣，還包含在實際基板S的正面背面所反射的光線。當實際基板S的角度逐漸傾斜時，在實際基板S的表面上反射的光線朝向與實際基板S的傾斜度對應的方向反射，所以受光器19所測定到的光量隨著實際基板S的傾斜角度而逐漸減小。并且，在傾斜角度為大致4. 5°以上的區(qū)域中，光量展現(xiàn)出大致恒定的值。 這是因為，如圖4(b)所說明的那樣，在受光器19中不會接收到在實際基板S的正面背面反射的光。根據(jù)圖5 (b)，在大致傾斜角度4. 5°以上示出了恒定值，所以實際基板S的傾斜角度優(yōu)選設定為4. 5°以上。這里，無論實際基板S向哪一方向傾斜都能夠獲得同樣的效果， 所以傾斜角度是相對于與測定光的光軸垂直的面的角度的絕對值。S卩，優(yōu)選將實際基板S的傾斜角度設定為士4. 5°以上。另外，實際基板S的傾斜角度優(yōu)選為在光量示出恒定值的范圍內(nèi)最小的值。這里， 根據(jù)圖5(b)可知，雖然在傾斜角度4. 5°左右的情況下在光量變化中確認到略微的傾斜度，但在傾斜角度=5°左右以上的情況下，未發(fā)現(xiàn)光量的變化。
另外，實際基板S的傾斜角度是根據(jù)實際基板S與反射鏡17、或者實際基板S與球面消色差透鏡15或光纖端部14之間的距離而變化的值。例如，當實際基板S與球面消色差透鏡15或光纖端部14之間的距離變長時，可容許的實際基板S的傾斜角度為較小的值。如上所述，在薄膜形成裝置1中，反射鏡17與球面消色差透鏡15之間的距離為 60 350mm左右。圖6至圖8是本發(fā)明的光學式膜厚計的測定例，這些圖是利用光學式膜厚計測定實際基板S (BK-7基板)、光學濾光器F而得到的結(jié)果，并與1次透過后測定的結(jié)果進行了比較。在以下說明的任意例子中，所測定的實際基板S均是以傾斜角度=5°進行了測定。(實施例1)圖6是表示BK-7基板的透過率測定結(jié)果的曲線圖。X軸是測定波長，Y軸是光量 (透過率)。在圖6中，示出了本發(fā)明的光學式膜厚計的2次透過時的透過率測定結(jié)果、分光光度計SolidSpeC3700 (島津制作所研制)的1次透過時的透過率測定結(jié)果、以及將1次測定的數(shù)據(jù)換算為2次測定的換算值。由圖6可知，BK-7基板在所測定的整個波段中具有大致平坦的透過率特性(光學特性)，2次透過的測定值和將1次透過換算為2次透過的換算值在整個波段中展現(xiàn)出大致相同的值。這表明本發(fā)明的光學式膜厚計是在真空容器31內(nèi)配置了反射鏡17的簡單結(jié)構，并且相對于100 %光量的變化量大，即能夠提高膜厚測定的控制精度。(實施例2)圖7是示出IR截止濾光器的透過率測定結(jié)果的曲線圖。IR(紅外線)截止濾光器是在BK-7基板上層疊有Nb205/Si02的光學濾光器F。在圖7中也與圖6相同，X軸和Y軸分別表示測定波長和透過率，另外，示出了本發(fā)明的光學式膜厚計的測定結(jié)果(2次透過)、 分光光度計的測定(1次透過)和將1次透過的數(shù)據(jù)換算為2次透過的(換算值)。根據(jù)圖7，對于IR截止濾光器，大致700nm以上的紅外線波段中的透過率展現(xiàn)出 0%附近的值。在該IR截止濾光器的測定中，2次透過的測定值和將1次透過換算為2次透過的換算值也在整個波段中展現(xiàn)出大致相同的值。因此可以說，在IR截止濾光器的測定中，本發(fā)明的光學式膜厚計也具有與現(xiàn)有的1次透過型的光學式膜厚計至少同等的測定精度。圖8是將本發(fā)明的光學式膜厚計的特性與現(xiàn)有的測定法進行比較的圖，在該圖中將本發(fā)明的光學式膜厚計所計算出的結(jié)果與現(xiàn)有的1次透過所計算出的結(jié)果進行了比較。 在計算(仿真)中采用市場上銷售的光學運算理論軟件。(實施例3)圖8是表示SiO2單層膜鍍膜時、波長為520nm時的光學膜厚隨時間經(jīng)過的光量變化的曲線圖，是SiO2單層膜濾光器的光量變化計算結(jié)果，且對1次透過的計算結(jié)果與基于本發(fā)明的光學式膜厚計而計算的SiO2單層膜濾光器的2次透過的計算結(jié)果進行了比較。 SiO2單層膜濾光器是在BK-7上形成有SiO2單層膜的光學濾光器F。X軸表示鍍膜時間(與膜厚成比例)，Y軸表示透過光量。另外，光量變化計算是波長520nm的值。如圖8所示，對于本發(fā)明的光學式膜厚計的2次透過的計算值(2次透過)與1次透過的計算值(1次透過)而言，在本發(fā)明的2次透過的情況下，透過率的變化量以及透過光量的變化量都變大，與現(xiàn)有例相比，測定精度提高了與該變化量的增大相應的量。
在圖8中可知，當比較本發(fā)明的光學式膜厚計的測定值的計算結(jié)果與1次透過的測定值的計算結(jié)果時，本發(fā)明的光學式膜厚計的測定變化率更高。變化量的差大約為1.6 至1.8倍。這是因為，透過率因2次透過實際基板S而減小，從而變化量變大。因為測定值的變化量大，所以能夠?qū)崿F(xiàn)測定精度的提高，可以說，本發(fā)明的光學式膜厚計具有比現(xiàn)有的 1次透過型光學式膜厚計更優(yōu)異的測定精度。
權利要求
1.一種光學式膜厚計，該光學式膜厚計使測定光透過實際基板來測定光學膜厚，其特征在于，該光學式膜厚計具備投光單元，其向上述實際基板射出作為上述測定光的出射光； 反射鏡，其在隔著上述實際基板與上述投光單元相反側(cè)的位置處反射上述出射光； 受光單元，其接收透過上述實際基板且由上述反射鏡反射而透過上述實際基板的上述測定光；以及光檢測單元，其檢測該受光單元所接收到的上述測定光，上述實際基板被配置成相對于由上述投光單元和上述反射鏡構成的光學系統(tǒng)傾斜。
2.根據(jù)權利要求1所述的光學式膜厚計，其特征在于，上述實際基板以相對于上述測定光的光軸具有規(guī)定角度的方式被配置在上述反射鏡與上述投光單元之間的位置。
3.根據(jù)權利要求1所述的光學式膜厚計，其特征在于，作為上述測定光的上述出射光和由上述反射鏡反射的反射光透過上述實際基板的大致同一部位。
4.根據(jù)權利要求1所述的光學式膜厚計，其特征在于，上述反射鏡在相對于上述測定光的光軸大致垂直的方向上形成有反射面。
5.根據(jù)權利要求4所述的光學式膜厚計，其特征在于，上述反射鏡被配置成上述反射鏡的反射面的垂線與上述測定光的光軸所成的角度處于-5.0 +5.0°的范圍。
6.根據(jù)權利要求1所述的光學式膜厚計，其特征在于，上述實際基板的相對于由上述投光單元和上述反射鏡構成的光學系統(tǒng)的傾斜為大約 4.5°以上。
7.根據(jù)權利要求1、2、4、5、6中任意一項所述的光學式膜厚計，其特征在于，上述實際基板以規(guī)定速度運動，上述反射鏡相對于上述實際基板被固定地配置在恒定位置處。
8.一種具有光學式膜厚計的薄膜形成裝置，其具有能夠旋轉(zhuǎn)的穹頂狀的基板保持器，其在真空容器內(nèi)支撐實際基板； 校正板，其在蒸發(fā)蒸鍍材料的蒸鍍單元與上述基板保持器之間的位置處，被固定地配置于上述真空容器側(cè)；以及光學式膜厚計，其在上述基板保持器上安裝著上述實際基板的狀態(tài)下，使測定光透過上述實際基板來測定光學膜厚， 該薄膜形成裝置的特征在于， 上述光學式膜厚計具備投光單元，其向上述實際基板射出作為上述測定光的出射光； 反射鏡，其在隔著上述實際基板與上述投光單元相反側(cè)的位置處反射上述出射光； 受光單元，其接收透過上述實際基板且由上述反射鏡反射而透過上述實際基板的上述測定光；以及光檢測單元，其檢測該受光單元所接收到的上述測定光，上述實際基板被配置成相對于由上述投光單元和上述反射鏡構成的光學系統(tǒng)傾斜。
9.根據(jù)權利要求8所述的具有光學式膜厚計的薄膜形成裝置，其特征在于， 上述反射鏡被配置在上述校正板上。
10.一種具有光學式膜厚計的薄膜形成裝置，其具有能夠旋轉(zhuǎn)的大致圓筒狀的基板保持器，其在真空容器內(nèi)支撐實際基板； 濺射單元，其配置在上述基板保持器的外側(cè)；以及光學式膜厚計，其在上述基板保持器上安裝著上述實際基板的狀態(tài)下，使測定光透過上述實際基板來測定光學膜厚， 該薄膜形成裝置的特征在于， 上述光學式膜厚計具備投光單元，其向上述實際基板射出作為上述測定光的出射光； 反射鏡，其在隔著上述實際基板與上述投光單元相反側(cè)的位置處反射上述出射光； 受光單元，其接收透過上述實際基板且由上述反射鏡反射而透過上述實際基板的上述測定光；以及光檢測單元，其檢測該受光單元所接收到的上述測定光，上述實際基板被配置成相對于由上述投光單元和上述反射鏡構成的光學系統(tǒng)傾斜。
11.根據(jù)權利要求10所述的具有光學式膜厚計的薄膜形成裝置，其特征在于， 上述反射鏡被配置在上述基板保持器內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠高精度地計測光學膜厚和分光特性的光學式膜厚計以及具有光學式膜厚計的薄膜形成裝置。光學式膜厚計由投光器(11)、反射鏡(17)、受光器(19)和分光器(20)構成，具有反射鏡(17)，該反射鏡(17)相對于測定光的入射方向位于實際基板(S)的相反側(cè)，且反射面被配置成與測定光的光軸大致垂直。另外，實際基板(S)被配置成相對于測定光的光軸具有規(guī)定的傾斜角度(α)。測定光(出射光和反射光)2次透過實際基板(S)，能夠增大透過率(光量)的變化量，能夠提高膜厚測定的控制精度。另外，能夠防止因透過位置的不同而產(chǎn)生測定誤差，另外，在受光器(19)側(cè)不會檢測到未通過規(guī)定路徑而2次透過測定基板的測定光，所以能夠高精度地計測光學膜厚和分光特性。
文檔編號G01B11/06GK102472611SQ20108002935
公開日2012年5月23日 申請日期2010年6月29日 優(yōu)先權日2009年7月3日
發(fā)明者佐井旭陽, 大瀧芳幸, 姜友松, 日向陽平 申請人:株式會社新柯隆