专利名称：光学式膜厚计以及具有光学式膜厚计的薄膜形成装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学式膜厚计以及具有光学式膜厚计的薄膜形成装置，尤其涉及能够进行高精度的膜厚测定的光学式膜厚计以及具有光学式膜厚计的薄膜形成装置。
背景技术：
为了提高对光学设备的控制精度，希望提高光学薄膜的膜厚精度。在光学薄膜的高精度的膜厚控制中，测定是不可或缺的，因此提出了用于膜厚控制的各种膜厚测定方法以及膜厚计。在膜厚测定中希望使用在响应性等方面良好的光学式膜厚计。此外，这里所说的膜厚表示光学薄膜的膜厚，其具有取决于物理上的膜厚和折射率的值。光学式膜厚计可大致分为反射式和透过式。反射式是利用以下现象来测定膜厚的技术，所述现象是在光学薄膜表面上反射的光线和在基板与光学膜的界面上反射的光线因路径不同而产生相位差，从而发生干涉，并且，关于反射式，由于光线整体的反射率相对于膜厚周期性地变化，所以大多用于镀膜层数少的情况或可进行相对测定的情况，存在用途比较受限的问题。另一方面，如图9所示，透过式是使配置在镜盒107内的反射镜105反射从投光器 11射出的光来测定透过光学薄膜的光线的技术，并且能够根据光量的透过率来求出膜厚与分光特性这两者。因为不容易受到因实际基板S的角度变化引起的光量变化的影响，所以具有可高精度地进行测定的优点。但是，因为采用了监控专用基板，并将该监控专用基板的配置位置配置在与实际基板不同的位置处，所以在监控专用基板与实际基板之间存在膜厚差，为了校正该膜厚差需要镀膜操作者的经验和知识，因此，这成为镀膜工艺不稳定的要因，存在会产生膜厚控制误差的问题。另外，如图9所示，现有的光学式膜厚计被安装在薄膜形成装置3中，难以提高对于低折射率膜的测定精度。例如，常被用为蒸镀材料的SiO2与监控玻璃之间的折射率差�。� 所以尤其在透过式测光系统中，存在场测定(in-situ)中的光量变化量小、难以进行控制的不良状况。即，当光量变化量小时，不得不基于受限的变化量来进行控制，难以提高精度。为了解决这样的问题，提出了如下这样的技术通过角锥棱镜对透过测定基板的光线(出射光)进行反射，测定再次透过测定基板的光线(反射光)，由此测定膜厚等(例如，参照专利文献1)。专利文献1 日本特开2006-45673号公报
发明内容
发明所要解决的课题但是，在专利文献1所记载的技术中，由于是通过角锥棱镜对透过测定基板的光线(出射光)进行反射，所以测定基板上的出射光与反射光的透过位置不同，进行透过测定的部分不同，因此存在因微小的膜厚分布而产生测定误差的不良状况。另外，在此技术中，为了使反射光可全部用于测定，需要形成防反射膜(AR膜)，当在各个面上未预先形成AR膜时，会测定到基板与角锥棱镜之间的多重反射光成分，存在无法进行准确测定的问题。本发明的目的在于，提供能够对实际基板进行测定并将测定位置的误差限制为最小限度的光学式膜厚计以及具有光学式膜厚计的薄膜形成装置。另外，本发明的另一目的在于，提供无需测定用的AR膜就能够以高精度进行光学膜厚和分光特性的计测的光学式膜厚计以及具有光学式膜厚计的薄膜形成装置。用于解决课题的手段根据本发明的光学式膜厚计，可通过以下方式来解决上述课题该光学式膜厚计使测定光透过实际基板来测定光学膜厚，其中，该光学式膜厚计具备投光单元，其向上述实际基板射出作为上述测定光的出射光；反射镜，其在隔着上述实际基板与上述投光单元相反侧的位置处反射上述出射光；受光单元，其接收透过上述实际基板且由上述反射镜反射而透过上述实际基板的上述测定光；以及光检测单元，其检测该受光单元所接收到的上述测定光，上述实际基板被配置成相对于由上述投光单元和上述反射镜构成的光学系统倾斜。这样，光学式膜厚计利用透过实际基板且由上述反射镜反射而透过实际基板的测定光来进行测定，所以测定光(出射光和反射光)2次透过实际基板，能够增大透过率(光量)的变化量，能够提高膜厚测定的控制精度。另外，通过将实际基板配置成相对于由投光单元和反射镜构成的光学系统倾斜， 由此，仅由反射镜反射的测定光透过实际基板，能够去除因反射产生的不利于测定的反射光。更详细地说，上述实际基板以相对于上述测定光的光轴具有规定角度的方式被配置在上述反射镜与上述投光单元之间的位置。因为作为上述测定光的上述出射光与上述反射镜所反射的反射光透过上述实际基板的大致同一部位，所以，能够使反射镜反射前后的测定光即出射光与反射光透过实际基板的彼此相同的部分，能够防止因透过位置的不同而产生测定误差。另外，优选的是，上述反射镜在相对于上述测定光的光轴大致垂直的方向上形成有反射面。由此，反射镜能够以如下方式进行反射使从投光单元入射并透过实际基板的测定光在不发生损失的情况下再次通过与入射路径相同的路径而透过实际基板。此外，优选的是，上述反射镜被配置成上述反射镜的反射面的垂线与上述测定光的光轴所成的角度处于-5.0 +5.0°的范围。此时，确保至光量的损失不会对测定精度带来影响的程度，所以对于反射镜的安装位置，能够确保一定的自由度。另外，优选的是，上述实际基板的相对于由上述投光单元和上述反射镜构成的光学系统的倾斜为大约4. 5°以上。此时，因为光检测单元不会检测到未通过规定路径而透过实际基板的光(无用的反射光)，所以能够仅针对基板的透过光准确地进行测定。另外，优选的是，上述实际基板以规定速度运动，上述反射镜相对于上述实际基板被固定地配置在恒定位置处。当这样地固定反射镜时，光学系统稳定。另外，根据本发明的具有光学式膜厚计的薄膜形成装置，可通过以下方式来解决上述课题该薄膜形成装置具备能够旋转的穹顶状的基板保持器，其在真空容器内支撑实际基板；校正板，其在蒸发蒸镀材料的蒸镀单元与上述基板保持器之间的位置处，被固定地配置于上述真空容器侧；以及光学式膜厚计，其在上述基板保持器上安装着上述实际基板的状态下，使测定光透过上述实际基板来测定光学膜厚，其中，上述光学式膜厚计具备 投光单元，其向上述实际基板射出作为上述测定光的出射光；反射镜，其在隔着上述实际基板与上述投光单元相反侧的位置处反射上述出射光；受光单元，其接收透过上述实际基板且由上述反射镜反射而透过上述实际基板的上述测定光；以及光检测单元，其检测该受光单元所接收到的上述测定光，上述实际基板被配置成相对于由上述投光单元和上述反射镜构成的光学系统倾斜。这样，根据本发明，可提供如下的薄膜形成装置该薄膜形成装置能够制造利用光学式膜厚计充分实现了实际基板的膜厚控制的基板(光学产品)。此外，优选上述反射镜被配置在上述校正板上，从而能够在固定状态下稳定地利用反射镜来反射测定光。另外，利用被固定的校正板不容易受到来自蒸镀源、等离子放电的杂散光的影响。根据本发明的薄膜形成装置，可通过如下方式来解决上述课题该薄膜形成装置具有能够旋转的大致圆筒状的基板保持器，其在真空容器内支撑实际基板；溅射单元，其配置在上述基板保持器的外侧；以及光学式膜厚计，其在上述基板保持器上安装着上述实际基板的状态下，使测定光透过上述实际基板来测定光学膜厚，其中，上述光学式膜厚计具备投光单元，其向上述实际基板射出作为上述测定光的出射光；反射镜，其在隔着上述实际基板与上述投光单元相反侧的位置处反射上述出射光；受光单元，其接收透过上述实际基板且由上述反射镜反射而透过上述实际基板的上述测定光；以及光检测单元，其检测该受光单元所接收到的上述测定光，上述实际基板被配置成相对于由上述投光单元和上述反射镜构成的光学系统倾斜。此时优选的是，上述反射镜被配置在上述基板保持器内。这样，因为在基板保持器内配置反射镜，所以反射镜不容易产生污垢，而且也不容易受到来自溅射中的等离子放电的杂散光的影响。根据本发明的光学式膜厚计以及薄膜形成装置，能够对实际基板本身进行测定， 所以与监控基板的测定不同，不容易产生测定误差等。另外，测定光(出射光以及反射光)2 次透过实际基板，能够增大透过率(光量)的变化量，能够提高膜厚测定的控制精度。并且， 因为实际基板被配置成相对于测定光的光轴具有规定角度，所以仅由反射镜反射的测定光透过实际基板，能够去除在反射镜与实际基板之间产生的多重反射的反射光成分。
图1是从上方观察具有旋转鼓式保持器的薄膜形成装置的概略结构说明图。图2是从侧方观察具有穹顶式保持器的薄膜形成装置的概略结构说明图。图3是示出相对于光轴的反射镜角度与测定光强度的关系的曲线图。图4是示出基板的倾斜度与测定光的比例变化的说明图。图5是示出基板角度与测定光强度的关系的曲线图。图6是示出BK-7基板的透过率测定结果的曲线图。图7是示出IR截止滤光器的透过率测定结果的曲线图。图8是示出SiO2单层镀膜时、波长为520nm时的光学膜厚随时间经过的光量变化的计算结果的曲线图。图9是现有的具备透过型光学式膜厚计的薄膜形成装置的概略结构说明图。符号说明S实际基板(测定基板)F光学滤光器Ll出射光L2(L2-1、L2-2、L2_3)反射光1、2、3薄膜形成装置11投光器Ila Ref■电路13 光纤13a出射光侧光纤13b反射光侧光纤14光纤端部15球面消色差透镜17反射镜19受光器20分光器21光源用稳定电源23计算机(运算用PC)25测定窗31、41、101 真空容器33旋转鼓式保持器35溅射单元43、103旋转保持器45蒸镀单元47校正板105反射镜107 镜盒
具体实施例方式以下，参照附图来说明本发明的一个实施方式。此外，以下说明的部件、配置等只是发明具体化的一例，不对本发明进行限定，显然可依照本发明的主旨进行各种改变。图1以及图2示出了本发明的光学式膜厚计以及薄膜形成装置，图1是从上方观察具有旋转鼓式保持器的薄膜形成装置的概略结构说明图，图2是从侧方观察具有穹顶式保持器的薄膜形成装置的概略结构说明图。另外，图3至图8是与本发明的光学式膜厚计相关的图，图3是示出相对于光轴的反射镜角度与测定光强度的关系的曲线图，图4是示出基板的倾斜度与测定光的比例变化的说明图，图5是示出基板角度与测定光强度的关系的曲线图，图6是示出BK-7基板的透过率测定结果的曲线图，图7是示出IR截止滤光器的透过率测定结果的曲线图，图8是示出SiO2单层镀膜时、波长为520nm时的光学膜厚随时间经过的光量变化的计算结果的曲线图。本发明的光学式膜厚计不对测定专用的监控基板进行测定，而是对作为测定基板的实际基板(产品)s的膜厚进行测定，如图1以及图2所示，本发明的光学式膜厚计构成为具有作为光源或投光单元的投光器11、作为导光单元的光纤13(13a、13b)、球面消色差透镜15、反射镜17和作为受光单元的受光器19。另外，经由光源用稳定电源21对投光器 11施加电压，受光器19与计算机(运算用PC) 23连接。此外如图4所示，在本说明书中，区别地将由反射镜17反射前的测定光记为出射光Li、将反射后的测定光记为反射光L2 (L2-l、L2-2、L2-3)。投光器11是输出测定用的出射光Ll的装置，其构成为装有Ref电路11a，并且从光源用稳定电源21对投光器11供电，将具有任意波长的测定光射出到出射光侧光纤13a。受光器19是如下这样的装置出射光Ll透过作为测定基板的实际基板S后的光被反射镜17反射从而再次透过实际基板S，由此得到的反射光L2经由反射光侧光纤13b而输入到该装置。受光器19具有作为光检测单元的分光器20，能够对测定光的波长及透过率进行测定，并且与计算机(运算用PC) 23连接，该计算机23用于根据分光器20的分析结果计算并显示光学薄膜的膜厚、光学特性。光纤13由包括出射光侧光纤13a和反射光侧光纤13b的二分支束状光纤构成，且被汇集到不锈钢制的二分支软管内。出射光侧光纤13a的一端部侧与投光器11连接，反射光侧光纤13b的一端部侧与受光器19连接。出射光侧光纤13a以及反射光侧光纤13b各自的光纤端部14被汇集为1束，且光轴是朝向球面消色差透镜15和作为测定基板的实际基板S而配置的。从光纤端部14照射的出射光Ll的截面为直径5 6mm左右的圆形。球面消色差透镜15是用于去除因波长引起的像差(色差)和球面像差的透镜，能够实现测定精度的提高，并被配置在光纤端部14与形成于薄膜形成装置1、2上的测定窗25 之间。反射镜17被配置在实际基板S的背侧，对透过实际基板S的来自投光器11的出射光Ll进行反射。反射镜17可采用涂布有Al膜、Ag膜的反射镜、在这些Al膜、Ag膜上再涂布MgF2或SiO后的反射镜、以及还涂布有其它电介质膜的反射镜。反射面的尺寸是任意的，但优选为与实际基板S的尺寸等同的程度，是几cm左右。反射镜17的反射面具有80% 左右的反射率。反射镜17被配置成与向实际基板S照射的出射光Ll的光轴大致垂直(直角)，所以对出射光Ll进行反射而形成反射光L2，反射光L2以与出射光Ll的光轴相同的路径透过实际基板S。此外，沿着来自光纤端部14的测定光的光轴来配置球面消色差透镜15、实际基板 S和反射镜17。作为实际基板S，优选采用由玻璃等材料形成的部件。在本实施方式中，采用了板状的基板作为实际基板S，但实际基板S的形状不限于板状。另外，可以是在表面上能形成薄膜的其它形状，例如透镜形状、圆筒状、圆环状等形状。这里，所谓玻璃材料，是指由二氧化硅(SiO2)形成的材料，具体可举出石英玻璃、碱石灰玻璃、硼硅酸玻璃等。此外，在本实施方式中，实际基板S还包含光学滤光器F。另外，实际基板S的材料不限于玻璃，还可以是塑料树脂等。作为塑料树脂的例子，例如可举出从以下的组中选择出的树脂材料或这些材料与玻璃纤维和/或碳纤维的混合物等，上述的组包括聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、尼龙、聚碳酸酯-聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物、聚碳酸酯-聚对苯二甲酸丁二醇酯共聚物、丙烯酸、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯。这里，说明从投光器11射出的测定光(出射光Ll以及反射光L2)入射到受光器 19的路径。从投光器11射出的测定光即出射光Ll经由投光侧光纤13a从光纤端部14照射到球面消色差透镜15，并通过薄膜形成装置1、2上形成的测定窗25而照射到实际基板S。照射到实际基板S的出射光Ll透过实际基板S，被配置在该实际基板S背侧的反射镜17反射，成为反射光L2。被反射镜17反射的反射光L2再次透过实际基板S、测定窗 25、球面消色差透镜15而到达光纤端部14。然后，仅来自实际基板S侧的测定光(反射光 L2)通过反射光侧光纤13b而被导入受光器19。此外，如后所述，实际基板S被配置成相对于测定光的光轴具有倾斜角度。接着，说明光学式膜厚计在薄膜形成装置1、2中的安装状态。图1所示的薄膜形成装置1是具有旋转鼓式保持器33的溅射(磁控溅射)装置， 其构成为至少具有真空容器31、安装实际基板S的作为基板保持器的旋转鼓式保持器33、 相对地设置在旋转鼓式保持器33外侧的溅射单元35、以及未图示的溅射气体供给单元。真空容器31是由公知的薄膜形成装置所通常使用的不锈钢制成的，是大致呈长方体形状的中空体。另外，在真空容器31的侧面侧即真空容器31的旋转鼓式保持器33的径向侧，形成有测定窗25。旋转鼓式保持器33形成为大致圆筒状，其旋转轴是朝向真空容器31的上下方向配置的。旋转鼓式保持器33具有作为实际基板S的保持单元的功能，在该旋转鼓式保持器 33的外周面上，通过未图示的基板保持器等并排地安装实际基板S。在旋转鼓式保持器33的安装实际基板S的部分处形成有规定尺寸的开口部(未图示)，所以，透过实际基板S的测定光可入射到旋转鼓式保持器33的内侧。此外，旋转鼓式保持器33也可形成为中空棱柱状。溅射单元35由一对靶材、保持靶材的一对磁控溅射电极和电源装置(都未图示) 构成。靶材的形状是平板状，且被设置成靶材的长边方向与旋转鼓式保持器33的旋转轴线平行。在溅射单元35的周边设置有提供氩气等溅射气体的溅射气体供给单元。在靶材的周边为惰性气体氛围的状态下，当从电源向磁控溅射电极施加交流电压时，靶材周边的溅射气体的一部分释放出电子而离子化。通过对该离子进行加速而使其撞击靶材，由此，靶材表面的原子、粒子(在靶材为铌的情况下是指铌原子、铌粒子)被击出。该铌原子、铌粒子是作为薄膜原料的膜原料物质(蒸镀物质)，其附着在实际基板S的表面而形成薄膜。在薄膜形成装置1中，当旋转鼓式保持器33旋转时，被保持在旋转鼓式保持器33 的外周面上的实际基板S进行公转，反复移动到面向溅射单元35的两处位置。并且，通过使实际基板S这样地公转，依次反复地进行溅射单元35的溅射处理，在实际基板S的表面上形成薄膜。此外，可构成为在薄膜形成装置1中安装等离子产生单元，在形成薄膜的同时， 进行对薄膜形成前的实际基板S的表面实施等离子处理的前处理工序和对薄膜形成后的实际基板S表面实施等离子处理的后处理工序。显然，也可采用其它镀膜单元来代替溅射单元35。在薄膜形成装置1中，本发明的光学式膜厚计从形成在真空容器31的一部分上的测定窗25向实际基板S照射出射光Li，利用设置在实际基板S背侧的反射镜17对透过实际基板S的出射光Ll进行反射，使得由此得到的反射光L2可再次透过实际基板S。具体地说，与投光器11和受光器19连接的光纤13的另一端部以及球面消色差透镜15被配置在真空容器31的外侧，反射镜17被固定于实际基板S背侧的、旋转鼓式保持器33的内侧位置。在旋转鼓式保持器33的安装实际基板S的位置处形成有开口部，所以可使透过实际基板S的出射光Ll通过旋转鼓式保持器33的开口部而由配置在其内侧的反射镜17进行反射。这样，通过安装光学式膜厚计，从而在镀膜中也能测定被安装于旋转鼓式保持器 33上的实际基板S的光学膜厚及光学特性等。具体地说，对于旋转鼓式保持器33，在实际基板S的测定部分与测定光的光轴重合的规定位置处，进行膜厚等的测定。此外，实际基板 S被配置成相对于测定光的光轴具有倾斜角度。在薄膜形成装置1中，反射镜17被固定于实际基板S背侧的、旋转鼓式保持器33 的内侧位置。因此，具有如下优点反射镜17不容易产生污垢，而且也不容易因溅射中的等离子放电而受到杂散光的影响。另外，可针对多个实际基板S安装反射镜17。即，在将实际基板S与反射镜17成对组装的情况下，能够在与出射光Ll的位置对应的规定位置处，针对实际基板S的膜厚、光学特性进行各个实际基板S的多次测定。基于这样的结构，通过使旋转鼓式保持器33旋转而使实际基板S配置到规定位置处，由此，能够使测定光依次透过处于被安装于旋转鼓式保持器33上的状态的多个实际基板S来测定光学膜厚。因此，能够得到这样的薄膜形成装置其能够同时测定多个实际基板S的膜厚，能以更高的精度进行光学膜厚的测量。接着，图2所示的薄膜形成装置2是配置在真空容器41内的具有旋转保持器43 的蒸镀装置，其构成为作为基板保持器，至少具备安装实际基板S的穹顶状旋转保持器43 和与旋转保持器43相对地设置在下方侧的蒸镀单元45。另外，在本实施方式的薄膜形成装置2中，在旋转保持器43与蒸镀单元45之间的位置处配置有校正板47。真空容器41是由公知的薄膜形成装置所通常使用的不锈钢制成的，且是大致呈长方体形状的中空体。另外，在旋转保持器43的上侧面形成有测定窗25。旋转保持器43形成为大致穹顶状，且以旋转轴朝着上下方向的方式被配置在真空容器41内，具有作为基板保持单元的功能，在旋转保持器43上可通过未图示的安装夹具安装多个实际基板S。在旋转保持器43的安装实际基板S的部分处形成有规定尺寸的开口部(未图示)。蒸镀单元45被设置在真空容器41下方侧的与旋转保持器43相对的位置处，该蒸镀单元45例如由放入到坩埚中的蒸镀物质和用于对蒸镀物质进行加热的电子光束源或高频线圈等构成。显然，蒸镀单元也可采用由靶材、电极和电源构成的溅射源。
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校正板47是校正因旋转保持器43的安装位置而产生的实际基板S上的膜厚差的大致板状的部件，并被固定于真空容器41侧。由此，当在实际基板S上形成薄膜时，通过局部地阻止从蒸镀单元45向实际基板S蒸发的蒸发物质的堆积，能够对膜厚进行校正。在薄膜形成装置2中，从蒸镀单元45蒸发的蒸发物质堆积到被安装于旋转保持器43上的实际基板S上，由此进行镀膜。此时，通过旋转保持器43的旋转和校正板47来校正因实际基板 S的位置引起的膜厚差。在薄膜形成装置2中，本发明的光学式膜厚计从形成在真空容器41的一部分上的测定窗25向实际基板S照射出射光Li，利用设置在实际基板S下方侧的校正板47上的反射镜17对透过实际基板S的出射光Ll进行反射，形成反射光L2，从而再次透过实际基板 S0具体地说，与投光器11和受光器19连接的光纤端部14以及球面消色差透镜15 被配置在真空容器41的外侧，反射镜17被固定于实际基板S的下方侧的、校正板47的上侧位置处。在旋转保持器43的安装实际基板S的位置处形成有开口部，所以可使透过实际基板S的出射光Ll通过旋转保持器43的开口部而由配置在其下方侧的反射镜17进行反射。这样，通过安装光学式膜厚计，从而在镀膜中也能测定被安装于旋转保持器43上的实际基板S的膜厚等光学特性。具体地说，对于旋转保持器43，在实际基板S的测定部分与测定光的光轴重合的规定位置处，进行膜厚等的测定。此外，光学式膜厚计被配置成实际基板S相对于测定光的光轴具有倾斜角度。另外，因为在校正板47的实际基板S侧安装有反射镜17，所以能够在已固定的状态下对配置于测定圆周上的实际基板S进行测定，因此能够进行稳定的测定。在薄膜形成装置2中，在校正板47的与实际基板S相同的一侧安装反射镜17，来自蒸镀单元45的蒸镀物质可能会蔓延而附着到反射镜17的反射面上，所以可在反射镜17 的紧前方安装蔓延防止玻璃。而且，还可以进一步用筒状的罩围起来，使得在蔓延防止玻璃上也不附着蒸镀物质。此外，优选定期更换蔓延防止玻璃。另外，蔓延防止玻璃进一步优选为与实际基板 S同样，被配置成相对于测定光的光轴具有角度。另外，在薄膜形成装置1、2中，当用光学式膜厚计进行测定时，需要将实际基板S 准确地定位到测定位置处。因此，薄膜形成装置1、2都具备用于使旋转鼓式保持器33或旋转保持器43停止于测定位置处的旋转控制单元。作为旋转控制单元，可应用公知的装置， 例如，可构成为具备位置传感器和能够始终监视和控制旋转角度的电动机。在薄膜形成装置1、2中，测定窗25也被配置成相对于测定光的光轴具有规定角度。这与倾斜规定角度而配置实际基板S的理由相同。因此，也防止了被测定窗25的玻璃部件反射的光线入射到受光器19侧。以下，根据图3至图8来说明本发明的光学式膜厚计。此外，以下所示的测定或计算例虽然是安装有本发明的光学式膜厚计的薄膜形成装置1中的结果，但从测定结果中导出的效果等也可直接应用于薄膜形成装置2。图3是示出相对于光轴的反射镜角度θ和测定光强度的关系的曲线图，是反射镜角度θ为-6 +6°的测定结果。
这里，反射镜17的反射镜角度θ是对于反射镜17的反射面的垂线与测定光的光轴所成的角度。由图3可知，在反射镜17的角度θ为0°时，反射光的光量为最大值。此外，在图 3中，反射镜17的反射率表示已换算为100%的数据。另外，在反射镜角度θ为0°时反射光的测定光强度最大，而在反射镜角度θ为士 1.0°时，与反射镜角度Θ =0°相比，具有82 87%以上的测定光强度，且当反射镜角度θ为士 0.6°时，具有94 96%以上的测定光强度。此外在图3中，反射光的光量是用百分比(％ )表示在反射镜17上测定到的光量(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，可容许的反射镜17的反射镜角度θ = -5. 0 +5. 0°是根据反射镜17与球面消色差透镜15或光纤端部14之间的距离而变化的值。即，如果反射镜17与球面消色差透镜15或光纤端部14之间的距离变长，则可容许的反射镜17的反射镜角度θ变窄。此外，在薄膜形成装置1中，反射镜17与球面消色差透镜15之间的距离为60 350mm左右。图4是示出基板的倾斜度与测定光的比例变化的说明图，示出了实际基板S的倾斜度、测定光(出射光及反射光)的路径和光的比例变化，图4(a)是实际基板S的倾斜角度α = 0°的情况(未倾斜的情况)，图4(b)是实际基板S的倾斜角度α具有规定值的情况。这里，实际基板S的倾斜角度α是实际基板S的镀膜面的垂线与测定光的光轴所成的角度。此外，图4中的光量是将在未安装实际基板S的状态下测定到的光量设为100%的示意图。另外，这里反射镜17的反射率为80%。首先，说明图4 (a)所示的基板的倾斜角度α =0°时的测定光的路径与光的比例变化。从真空容器31的测定窗25入射的光(出射光Li)透过实际基板S。此时，当将入射的光(出射光Li)的总光量设为“100”时，在实际基板S两侧的表面上未透过而各自反射的量为4. 25% (共计光量8. 5)。该光量8. 5的光作为反射光L2-1从测定窗25射出。 因此，透过实际基板S的光量为91. 5。该透过的光量91. 5的光被配置在实际基板S背侧的反射镜17反射。该折返的反射光再次透过实际基板S，同样，考虑到共计8. 5%的反射率， 其余的91. 5%透过实际基板S。S卩，光量83. 7(第1次的透过光91. 5X从反射镜17折返而得到的第2次透过率91. 5%)作为L2-2从测定窗25射出。此时，之所以忽略反射镜17 的反射率，是因为在实际基板S的测定之前，以不存在实际基板S (仅有反射镜17的反射) 的状态进行了 100%的基线测定。当折返的反射光透过实际基板S时，在实际基板S所反射的光量 7. 78(91.5X8.5% )再次被反射镜17反射的情况下，光量6. 22(7. 78X反射镜的反射率 80% )再次朝向实际基板S。该光量6. 22的再反射光也同样在实际基板S上发生各自 4. 25%共计8. 5%的发射，从而光量5. 69(6. 22X91. 5% )作为L2-3从测定窗25射出。S卩，从测定窗25射出的光是L2-1 L2_3，其中也混有实际基板S的反射光。S卩，从测定窗25入射的光(出射光Li)大致分为(因为反射光L2-4以上的多重反射光十分微弱，所以在该模型中将其忽略)
(1)反射光L2-1…8. 5(实际基板S的两面反射光)(2)反射光L2-2…83. 7(因反射镜17的反射而2次透过实际基板S的光)(3)反射光L2-3…5. 69 (因反射镜17的再次反射而透过实际基板S的光)因此，光量成为从测定窗25入射的光(出射光Li)中的97. 89 (8. 5+83. 7+5.69) 左右，这作为反射光L2而朝向真空容器31的测定窗25。因为实际基板的倾斜角度是0°， 所以反射的光线全部通过同一路径。S卩，在实际基板S的倾斜角度是0°的情况下，入射到受光器19的光(反射光L2) 中的14. 19(8. 5+5. 69)左右的光就是实际基板S的反射光。因此，当实际基板S的倾斜角度为0°时，在入射到受光器19的反射光L2中包含10%以上的通过期望路径以外的路径的光线，这成为产生测定误差的原因。接着，说明图4(b)所示的基板倾斜角度具有规定值时的测定光的路径与光的比例变化。与上述图4(a)相同，会产生出射光Ll以及反射光L2的透过、反射，但因为实际基板S倾斜了规定角度，所以在实际基板S的表面上反射的8. 5%的光向与实际基板S的倾斜度相应的方向反射。因此，如果实际基板S的倾斜角度为规定值以上，则在实际基板S的表面上反射的光线不会朝向受光器19。另外，在反射镜17所反射的反射光L2中被实际基板S反射的光也是朝向与实际基板S的倾斜度对应的方向被反射，从而也会不朝向受光器19。S卩，当使实际基板S倾斜了规定角度时，仅2次透过实际基板S的光线(光量83. 7) 入射至受光器19。因此，产生误差的因素少，可期待测定的高精度化。图5是示出基板角度与测定光强度的关系的曲线图，关于实际基板S的倾斜角度 α与反射光光量的关系的测定结果，图5(a)是倾斜角度α为_6 +6°的测定结果，图 5(b)是针对倾斜角度α =+3 +5.5°而放大了图5(a)的结果后的图。此外，图5中的光量以在未安装实际基板S的状态下所测定的数据为基准。如图5(a)可知，在不存在实际基板S的倾斜角度的α = 0°时，反射光的光量为最大值。这是因为，如图4(a)所说明的那样，还包含在实际基板S的正面背面所反射的光线。当实际基板S的角度逐渐倾斜时，在实际基板S的表面上反射的光线朝向与实际基板S的倾斜度对应的方向反射，所以受光器19所测定到的光量随着实际基板S的倾斜角度而逐渐减小。并且，在倾斜角度为大致4. 5°以上的区域中，光量展现出大致恒定的值。 这是因为，如图4(b)所说明的那样，在受光器19中不会接收到在实际基板S的正面背面反射的光。根据图5 (b)，在大致倾斜角度4. 5°以上示出了恒定值，所以实际基板S的倾斜角度优选设定为4. 5°以上。这里，无论实际基板S向哪一方向倾斜都能够获得同样的效果， 所以倾斜角度是相对于与测定光的光轴垂直的面的角度的绝对值。S卩，优选将实际基板S的倾斜角度设定为士4. 5°以上。另外，实际基板S的倾斜角度优选为在光量示出恒定值的范围内最小的值。这里， 根据图5(b)可知，虽然在倾斜角度4. 5°左右的情况下在光量变化中确认到略微的倾斜度，但在倾斜角度=5°左右以上的情况下，未发现光量的变化。
另外，实际基板S的倾斜角度是根据实际基板S与反射镜17、或者实际基板S与球面消色差透镜15或光纤端部14之间的距离而变化的值。例如，当实际基板S与球面消色差透镜15或光纤端部14之间的距离变长时，可容许的实际基板S的倾斜角度为较小的值。如上所述，在薄膜形成装置1中，反射镜17与球面消色差透镜15之间的距离为 60 350mm左右。图6至图8是本发明的光学式膜厚计的测定例，这些图是利用光学式膜厚计测定实际基板S (BK-7基板)、光学滤光器F而得到的结果，并与1次透过后测定的结果进行了比较。在以下说明的任意例子中，所测定的实际基板S均是以倾斜角度=5°进行了测定。(实施例1)图6是表示BK-7基板的透过率测定结果的曲线图。X轴是测定波长，Y轴是光量 (透过率)。在图6中，示出了本发明的光学式膜厚计的2次透过时的透过率测定结果、分光光度计SolidSpeC3700 (岛津制作所研制)的1次透过时的透过率测定结果、以及将1次测定的数据换算为2次测定的换算值。由图6可知，BK-7基板在所测定的整个波段中具有大致平坦的透过率特性(光学特性)，2次透过的测定值和将1次透过换算为2次透过的换算值在整个波段中展现出大致相同的值。这表明本发明的光学式膜厚计是在真空容器31内配置了反射镜17的简单结构，并且相对于100 %光量的变化量大，即能够提高膜厚测定的控制精度。(实施例2)图7是示出IR截止滤光器的透过率测定结果的曲线图。IR(红外线)截止滤光器是在BK-7基板上层叠有Nb205/Si02的光学滤光器F。在图7中也与图6相同，X轴和Y轴分别表示测定波长和透过率，另外，示出了本发明的光学式膜厚计的测定结果(2次透过)、 分光光度计的测定(1次透过)和将1次透过的数据换算为2次透过的(换算值)。根据图7，对于IR截止滤光器，大致700nm以上的红外线波段中的透过率展现出 0%附近的值。在该IR截止滤光器的测定中，2次透过的测定值和将1次透过换算为2次透过的换算值也在整个波段中展现出大致相同的值。因此可以说，在IR截止滤光器的测定中，本发明的光学式膜厚计也具有与现有的1次透过型的光学式膜厚计至少同等的测定精度。图8是将本发明的光学式膜厚计的特性与现有的测定法进行比较的图，在该图中将本发明的光学式膜厚计所计算出的结果与现有的1次透过所计算出的结果进行了比较。 在计算(仿真)中采用市场上销售的光学运算理论软件。(实施例3)图8是表示SiO2单层膜镀膜时、波长为520nm时的光学膜厚随时间经过的光量变化的曲线图，是SiO2单层膜滤光器的光量变化计算结果，且对1次透过的计算结果与基于本发明的光学式膜厚计而计算的SiO2单层膜滤光器的2次透过的计算结果进行了比较。 SiO2单层膜滤光器是在BK-7上形成有SiO2单层膜的光学滤光器F。X轴表示镀膜时间(与膜厚成比例)，Y轴表示透过光量。另外，光量变化计算是波长520nm的值。如图8所示，对于本发明的光学式膜厚计的2次透过的计算值(2次透过)与1次透过的计算值(1次透过)而言，在本发明的2次透过的情况下，透过率的变化量以及透过光量的变化量都变大，与现有例相比，测定精度提高了与该变化量的增大相应的量。
在图8中可知，当比较本发明的光学式膜厚计的测定值的计算结果与1次透过的测定值的计算结果时，本发明的光学式膜厚计的测定变化率更高。变化量的差大约为1.6 至1.8倍。这是因为，透过率因2次透过实际基板S而减�。佣浠勘浯�。因为测定值的变化量大，所以能够实现测定精度的提高，可以说，本发明的光学式膜厚计具有比现有的 1次透过型光学式膜厚计更优异的测定精度。
权利要求
1.一种光学式膜厚计，该光学式膜厚计使测定光透过实际基板来测定光学膜厚，其特征在于，该光学式膜厚计具备投光单元，其向上述实际基板射出作为上述测定光的出射光； 反射镜，其在隔着上述实际基板与上述投光单元相反侧的位置处反射上述出射光； 受光单元，其接收透过上述实际基板且由上述反射镜反射而透过上述实际基板的上述测定光；以及光检测单元，其检测该受光单元所接收到的上述测定光，上述实际基板被配置成相对于由上述投光单元和上述反射镜构成的光学系统倾斜。
2.根据权利要求1所述的光学式膜厚计，其特征在于，上述实际基板以相对于上述测定光的光轴具有规定角度的方式被配置在上述反射镜与上述投光单元之间的位置。
3.根据权利要求1所述的光学式膜厚计，其特征在于，作为上述测定光的上述出射光和由上述反射镜反射的反射光透过上述实际基板的大致同一部位。
4.根据权利要求1所述的光学式膜厚计，其特征在于，上述反射镜在相对于上述测定光的光轴大致垂直的方向上形成有反射面。
5.根据权利要求4所述的光学式膜厚计，其特征在于，上述反射镜被配置成上述反射镜的反射面的垂线与上述测定光的光轴所成的角度处于-5.0 +5.0°的范围。
6.根据权利要求1所述的光学式膜厚计，其特征在于，上述实际基板的相对于由上述投光单元和上述反射镜构成的光学系统的倾斜为大约 4.5°以上。
7.根据权利要求1、2、4、5、6中任意一项所述的光学式膜厚计，其特征在于，上述实际基板以规定速度运动，上述反射镜相对于上述实际基板被固定地配置在恒定位置处。
8.一种具有光学式膜厚计的薄膜形成装置，其具有能够旋转的穹顶状的基板保持器，其在真空容器内支撑实际基板； 校正板，其在蒸发蒸镀材料的蒸镀单元与上述基板保持器之间的位置处，被固定地配置于上述真空容器侧；以及光学式膜厚计，其在上述基板保持器上安装着上述实际基板的状态下，使测定光透过上述实际基板来测定光学膜厚， 该薄膜形成装置的特征在于， 上述光学式膜厚计具备投光单元，其向上述实际基板射出作为上述测定光的出射光； 反射镜，其在隔着上述实际基板与上述投光单元相反侧的位置处反射上述出射光； 受光单元，其接收透过上述实际基板且由上述反射镜反射而透过上述实际基板的上述测定光；以及光检测单元，其检测该受光单元所接收到的上述测定光，上述实际基板被配置成相对于由上述投光单元和上述反射镜构成的光学系统倾斜。
9.根据权利要求8所述的具有光学式膜厚计的薄膜形成装置，其特征在于， 上述反射镜被配置在上述校正板上。
10.一种具有光学式膜厚计的薄膜形成装置，其具有能够旋转的大致圆筒状的基板保持器，其在真空容器内支撑实际基板； 溅射单元，其配置在上述基板保持器的外侧；以及光学式膜厚计，其在上述基板保持器上安装着上述实际基板的状态下，使测定光透过上述实际基板来测定光学膜厚， 该薄膜形成装置的特征在于， 上述光学式膜厚计具备投光单元，其向上述实际基板射出作为上述测定光的出射光； 反射镜，其在隔着上述实际基板与上述投光单元相反侧的位置处反射上述出射光； 受光单元，其接收透过上述实际基板且由上述反射镜反射而透过上述实际基板的上述测定光；以及光检测单元，其检测该受光单元所接收到的上述测定光，上述实际基板被配置成相对于由上述投光单元和上述反射镜构成的光学系统倾斜。
11.根据权利要求10所述的具有光学式膜厚计的薄膜形成装置，其特征在于， 上述反射镜被配置在上述基板保持器内。
全文摘要
本发明提供能够高精度地计测光学膜厚和分光特性的光学式膜厚计以及具有光学式膜厚计的薄膜形成装置。光学式膜厚计由投光器(11)、反射镜(17)、受光器(19)和分光器(20)构成，具有反射镜(17)，该反射镜(17)相对于测定光的入射方向位于实际基板(S)的相反侧，且反射面被配置成与测定光的光轴大致垂直。另外，实际基板(S)被配置成相对于测定光的光轴具有规定的倾斜角度(α)。测定光(出射光和反射光)2次透过实际基板(S)，能够增大透过率(光量)的变化量，能够提高膜厚测定的控制精度。另外，能够防止因透过位置的不同而产生测定误差，另外，在受光器(19)侧不会检测到未通过规定路径而2次透过测定基板的测定光，所以能够高精度地计测光学膜厚和分光特性。
文档编号G01B11/06GK102472611SQ20108002935
公开日2012年5月23日 申请日期2010年6月29日 优先权日2009年7月3日
发明者佐井旭阳, 大泷芳幸, 姜友松, 日向阳平 申请人:株式会社新柯隆
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