JP2000028325A

JP2000028325A - 膜厚測定装置

Info

Publication number: JP2000028325A
Application number: JP10210353A
Authority: JP
Inventors: Ikuyoshi Nakatani; 郁祥中谷
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-07-08
Filing date: 1998-07-08
Publication date: 2000-01-28
Anticipated expiration: 2018-07-08
Also published as: JP4070887B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光源から射出される光の強度の時間的な変動
に依らず、薄膜の膜厚を正確に測定することができる技
術を提供する。【解決手段】光源部から射出された光は、基板を照射
する第１の光と基板を照射しない第２の光とに分離され
る。第１の受光部１３０は、基板を照射する第１の光の
うち基板からの反射光を測定する。第２の受光部１４０
は、第１の受光部における測定と同時に、第２の光を測
定する。第１の受光部によって測定された第１の測定値
を第２の測定によって測定された第２の測定値を用いて
補正することによって求められる第１の光の反射率の実
測値と、薄膜の複数の膜厚値から予測される反射率の予
測値とから、薄膜の膜厚を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体基板や、
液晶パネル用のガラス基板などの基板上に形成された薄
膜の膜厚を測定する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造工程においては、
基板上に薄膜が形成される場合が多い。例えば、基板上
にパターンを形成する際にはフォトレジスト膜が形成さ
れ、また、ＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor）
構造を形成する際には絶縁膜が形成される。

【０００３】基板上に形成された薄膜の膜厚は、通常、
光学的手法を用いて測定される。すなわち、薄膜が形成
された基板上に光を照射し、基板において反射した光の
強度から反射率を求めることによって膜厚が決定され
る。なお、このような測定を行う装置では、光源として
白熱電球や水銀ランプ、タングステンランプなどが採用
され、また、反射光の強度の測定には、回折格子と受光
素子とを組み合わせた分光計が採用されている。

【０００４】上記の測定においては、予め、光源から射
出された基準となる光の強度が測定される。反射率は、
薄膜が形成された基板について測定された反射光の強度
と、基準となる光の強度との比から求められる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、光源から射出
される光の強度は、時間とともに常に変動している。し
たがって、基準となる光の強度を測定した時点と、薄膜
が形成された基板からの反射光の強度を測定した時点と
では、光源から射出される光の強度は異なっている。光
源から射出される光の強度の時間的な変動が無視できな
い場合には、反射率を精度よく求めることができず、膜
厚を正確に決定できないという問題があった。

【０００６】この発明は、従来技術における上述の課題
を解決するためになされたものであり、光源から射出さ
れる光の強度の時間的な変動に依らず、薄膜の膜厚を正
確に測定することができる技術を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の装
置は、基板上に形成された薄膜の膜厚を測定するための
膜厚測定装置であって、前記薄膜の膜厚を測定するのに
適した光を射出する光源部と、前記光源部から射出され
た光を、前記基板を照射する第１の光と、前記基板を照
射しない第２の光とに分離する光分離部と、前記基板を
照射する前記第１の光のうち、前記基板からの反射光を
測定するための第１の受光部と、前記第１の受光部にお
ける測定と同時に、前記第２の光を測定するための第２
の受光部と、前記第１の受光部によって測定された第１
の測定値を、前記第２の測定によって測定された第２の
測定値を用いて補正することによって求められる前記第
１の光の反射率の実測値と、前記薄膜の複数の膜厚値か
ら予測される反射率の予測値とから、前記薄膜の膜厚を
決定する膜厚決定部と、を備えることを特徴とする。

【０００８】この膜厚測定装置では、第１の光のうち基
板から反射される光を測定すると同時に、光源から射出
される第２の光を測定することができる。したがって、
光源から射出される光の時間的な変動が無視できない場
合にも、第１の測定値と第２の測定値とから求められる
反射率の実測値と、複数の薄膜の膜厚値に応じた反射率
の予測値とを用いて、薄膜の膜厚を正確に測定すること
ができる。

【０００９】上記の膜厚測定装置において、前記光源部
は、ほぼ単色の光を射出する半導体発光素子を含むよう
にしてもよい。

【００１０】光源部として半導体発光素子を用いる場合
には、白熱電球や水銀ランプなどを用いた場合に比べ、
その点灯時から安定した光を射出することができる。し
たがって、光源部として半導体発光素子を用いて、光源
部から射出される光の変動をできるだけ小さくすれば、
より正確に膜厚を測定することが可能となる。

【００１１】また、上記の膜厚測定装置において、前記
半導体発光素子は、異なる複数の光を射出する発光ダイ
オードを含むようにしてもよい。

【００１２】このように、光源部として異なる複数の光
を射出する発光ダイオードを用いれば、複数の波長につ
いて反射率の実測値を求めることができるので、より正
確に膜厚を測定することが可能となる。

【００１３】

【発明の他の態様】この発明は、以下のような他の態様
も含んでいる。第１の態様は、上記の発明の各部の機能
をコンピュータに実現させるためのコンピュータプログ
ラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体で
ある。

【００１４】第２の態様は、コンピュータに上記の発明
の各部の機能を実現させるコンピュータプログラムを通
信経路を介して供給するプログラム供給装置としての態
様である。こうした態様では、プログラムをネットワー
ク上のサーバなどに置き、通信経路を介して、必要なプ
ログラムをコンピュータにダウンロードし、これを実行
することで、上記の装置を実現することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】Ａ．第１実施例：以下、本発明の
実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は、本発
明の第１実施例としての膜厚測定装置の構成を示す説明
図である。この膜厚測定装置は、半導体ウェハＷに形成
された絶縁膜の膜厚を測定するための装置であり、測定
光学系を配置するための筐体１００と、信号処理部２０
０と、駆動系コントロール部３００とを備えている。

【００１６】筐体１００は、その底部に水平面内で移動
可能なＸＹステージ１１０を備えている。ウェハＷは、
ＸＹステージ１１０上に載置される。筐体１００の上面
には、その中央付近に光源部１２０が設けられている。
図中、光源部１２０の左側には、第１の受光部１３０
が、支持柱１３２とブラケット１３４とを介して筐体１
００に取り付けられている。光源部１２０の右側には、
第２の受光部１４０が、支持柱１４２とブラケット１４
４とを介して筐体１００に取り付けられている。また、
筐体１００には、光源部１２０から射出された光を２つ
の受光部１３０，１４０に導くためのハーフミラー１５
０と、２つの集光レンズ１６０，１７０とが設けられて
いる。第１の集光レンズ１６０は、筐体１００の側壁に
設けられた支持柱１６２とブラケット１６４とを介して
筐体１００に取り付けられている。第２の集光レンズ１
７０は、筐体１００の上面に設けられた支持柱１７２と
ブラケット１７４とを介して筐体１００に取り付けられ
ている。同様に、ハーフミラー１５０も図示しない支持
柱、ブラケットによって筐体１００に取り付けられてい
る。

【００１７】光源部１２０から一定の角度で射出された
光は、その一部がハーフミラー１５０を透過し、他の一
部はハーフミラー１５０で反射する。ハーフミラー１５
０を透過した一部の光は、集光レンズ１６０を通過して
ウェハＷを照射する。ウェハＷ上で反射された光束は、
集光レンズ１６０を通過した後、ハーフミラー１５０で
反射され、第１の受光部１３０に到達する。一方、光源
部１２０から射出され、ハーフミラー１５０で反射した
他の一部の光は、第２の集光レンズ１７０を通過して第
２の受光部１４０に到達する。

【００１８】上記の説明から分かるように、第１の受光
部１３０は、ウェハＷから反射された光の強度を測定す
る。第２の受光部１４０は、光源部１２０から射出され
た光の強度を測定する。このような構成を採用すること
により、第１の受光部１３０においてウェハＷからの反
射光の強度を測定すると同時に、第２の受光部１４０
は、光源部１２０からの光の強度を測定することができ
る。したがって、第１の受光部１３０で測定された光の
強度Ｉ_m1を、第２の受光部１４０で測定された光の強度
Ｉ_m2を用いて補正すれば、ウェハＷ上で反射する光の反
射率を正確に求めることができる。

【００１９】また、このようにすれば、光源部１２０か
ら射出される光の強度が、時間的に変動する場合であっ
ても、時間的な変動に応じた光の強度を第２の受光部１
４０において測定することができるので、第１の受光部
１３０において測定されるウェハＷからの反射光の強度
をうまく補正することができる。これにより、光源部１
２０から射出される光の強度に影響されることなく、精
度の高い反射率を求めることができる。

【００２０】なお、光源部１２０としては、射出される
光の強度の時間的な変動が少ないものを用いることが好
ましい。本実施例においては、光源部１２０として、光
の強度の時間的な変動が少ない発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）を用いている。ところで、ウェハＷ上で反射される
光の強度は波長に依存するので、通常の膜厚測定では、
分光器を用いて反射光のスペクトルを測定している。一
方、発光ダイオードは、ほぼ単色の光を射出するので、
反射光の波長は既知であり、その強度を測定できればよ
く、分光器を用いる必要はない。そこで、本実施例で
は、２つの受光部１３０，１４０として、フォトダイオ
ード（ＰＤ）が用いられている。

【００２１】信号処理部２００（図１）は、図示しない
メインメモリとＣＰＵと入力装置と表示装置とを備えた
コンピュータであり、そのメインメモリには、膜厚決定
部２１０としての機能を実現するためのコンピュータプ
ログラムが格納されている。信号処理部２００には、ウ
ェハＷで反射される光の分光反射率の予測値Ｒｃを格納
するハードディスク装置２２０が電気的に接続されてい
る。また、信号処理部２００には、２つの受光部１３
０，１４０が電気的に接続されている。

【００２２】膜厚決定部２１０は、２つの受光部１３
０，１４０において測定された光の強度に基づいて、反
射率の実測値Ｒｍを求める。膜厚決定部２１０は、反射
率の実測値Ｒｍと、分光反射率の予測値Ｒｃとを比較し
て、予測値Ｒｃと実測値Ｒｍとの一致度から膜厚を決定
する。

【００２３】さらに、信号処理部２００には、筐体１０
０のＸＹステージ１１０を駆動するための駆動系コント
ロール部３００が電気的に接続されている。したがっ
て、駆動系コントロール部３００によってＸＹステージ
１１０を制御することにより、ウェハＷ上の任意の位置
を測定位置として決定することができる。

【００２４】なお、上述の膜厚決定部２１０の機能を実
現するコンピュータプログラムは、フレキシブルディス
クやＣＤ−ＲＯＭ等の、コンピュータ読み取り可能な記
録媒体に記録された形態で提供される。コンピュータ
は、その記録媒体からコンピュータプログラムを読み取
って内部記憶装置または外部記憶装置に転送する。ある
いは、通信経路を介してコンピュータにコンピュータプ
ログラムを供給するようにしてもよい。コンピュータプ
ログラムの機能を実現する時には、内部記憶装置に格納
されたコンピュータプログラムがコンピュータのマイク
ロプロセッサによって実行される。また、記録媒体に記
録されたコンピュータプログラムをコンピュータが読み
取って直接実行するようにしてもよい。

【００２５】この明細書において、コンピュータとは、
ハードウェア装置とオペレーションシステムとを含む概
念であり、オペレーションシステムの制御の下で動作す
るハードウェア装置を意味している。また、オペレーシ
ョンシステムが不要でアプリケーションプログラム単独
でハードウェア装置を動作させるような場合には、その
ハードウェア装置自体がコンピュータに相当する。ハー
ドウェア装置は、ＣＰＵ等のマイクロプロセッサと、記
録媒体に記録されたコンピュータプログラムを読み取る
ための手段とを少なくとも備えている。コンピュータプ
ログラムは、このようなコンピュータに、上述の各手段
の機能を実現させるプログラムコードを含んでいる。な
お、上述の機能の一部は、アプリケーションプログラム
でなく、オペレーションシステムによって実現されてい
ても良い。

【００２６】なお、この発明における「記録媒体」とし
ては、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ、光磁気デ
ィスク、ＩＣカード、ＲＯＭカートリッジ、パンチカー
ド、バーコードなどの符号が印刷された印刷物、コンピ
ュータの内部記憶装置（ＲＡＭやＲＯＭなどのメモリ）
および外部記憶装置等の、コンピュータが読取り可能な
種々の媒体を利用できる。

【００２７】図２は、反射率の分光特性の予測値Ｒｃ
（λ）の一例を示すグラフである。反射率の分光特性の
予測値Ｒｃ（λ）は、基板および薄膜の光学定数、薄膜
の膜厚から求められる。図２のグラフには、半導体基板
上に酸化膜が形成されたウェハＷについて、膜厚ｄがそ
れぞれ１０ｎｍ，５ｎｍである場合の反射率の分光特性
の予測値Ｒｃ（λ）が示されている。図２に示す反射率
Ｒは、ウェハＷからの反射光の強度を、酸化膜が形成さ
れていない半導体基板から反射された光の強度が１００
％となるように調整されている。すなわち、酸化膜が形
成されていない半導体基板から反射された光の強度が、
反射率を求める際の基準となっている。このときの反射
率の分光特性Ｒｃ（λ）は、以下の式（１）で表され
る。

【００２８】Ｒｃ（λ）＝Ｉ_WO（λ）／Ｉ_SO（λ）・・・（１）

【００２９】ここで、Ｉ_WO（λ）は、ウェハＷからの反
射光のうち波長λの光の強度を示しており、Ｉ_SO（λ）
は、酸化膜が形成されていない半導体基板から反射され
た光のうち波長λの光の強度を示している。

【００３０】図２のグラフから分かるように、酸化膜の
光学的厚みが光の波長に対して非常に小さい（波長の約
１／１０以下）場合には、反射率Ｒの１００％からの差
は小さい。例えば、酸化膜の膜厚ｄが１０ｎｍの場合に
は、波長４００〜５００ｎｍの光に対して反射率Ｒは約
９７〜９８％となっており、酸化膜が形成されていない
半導体基板から反射された場合の反射率（図２において
は１００％）との差は約２〜３％である。

【００３１】このように、酸化膜の光学的厚みが光の波
長に対して非常に小さく、反射率の差があまり表れない
場合にも、本実施例の膜厚測定装置（図１）を用いれ
ば、膜厚を決定することができる。すなわち、この膜厚
測定装置では、第１の受光部１３０においてウェハＷか
らの反射光の強度を測定するのと同時に、第２の受光部
１４０において光源部１２０から射出される光の強度を
測定するので、膜厚に応じた反射率の差がわずかである
場合にも、精度よく反射率を求めることができる。

【００３２】この膜厚測定装置では、第１の受光部１３
０で測定されたウェハＷからの反射光の強度Ｉ_m1は、第
２の受光部１４０で測定された光源部１２０から射出さ
れた光の強度Ｉ_m2を用いて補正される。すなわち、光源
部１２０から射出された光の強度が反射率を求める際の
基準となる。このときの反射率Ｒｍ（λ）は、以下の式
（２）で表される。

【００３３】Ｒｍ（λ）＝ｋ（λ）×Ｉ_m1（λ）／Ｉ_m2（λ）・・・（２）

【００３４】ここで、Ｉ_m1（λ）は、第１の受光部１３
０で測定されたウェハＷからの反射光の強度を示してお
り、Ｉ_m2（λ）は、第１の受光部１３０においてＩ
_m1（λ）が測定されるのと同時に、第２の受光部１４０
で測定されたハーフミラー１５０において反射した光の
強度を示している。また、ｋ（λ）は、光の波長λに依
存する所定の関数である。

【００３５】本実施例の膜厚測定装置（図１）において
は、関数ｋ（λ）として、予め第１および第２の受光部
１３０，１４０において、酸化膜が形成されていない半
導体基板について測定される次の式（３）で表される値
が用いられる。

【００３６】

【００３７】ここで、Ｉ_m10（λ）は、第１の受光部１
３０で測定される酸化膜が形成されていない半導体基板
からの反射光の強度を示しており、Ｉ_m20（λ）は、第
１の受光部１３０においてＩ_m10（λ）が測定されるの
と同時に、第２の受光部１４０で測定された光の強度を
示している。

【００３８】このように決定される関数ｋ（λ）を用い
れば、式（２）から得られる反射率の実測値Ｒm（λ）
と、図２の予測値Ｒｃ（λ）とを直接比較することがで
きる。

【００３９】関数ｋ（λ）は、本実施例においては、上
記のように酸化膜が形成されていない半導体基板につい
て予め測定を行うことによって求められるが、計算によ
ってもおおよそ見積もることができる。すなわち、ハー
フミラー１５０の反射率、透過率、および酸化膜が形成
されていない半導体基板の反射率が既知であれば、式
（３）のＩ_m10（λ），Ｉ_m20（λ）の値を見積もること
ができるので、関数ｋ（λ）を求めることが可能であ
る。ただし、本実施例のように、関数ｋ（λ）を酸化膜
が形成されていない半導体基板について測定を行うこと
によって求める場合には、より正確に反射率を求めるこ
とができるという利点がある。

【００４０】上記のように得られる分光特性の実測値Ｒ
ｍ（λ）を用いれば、図１の光源部１２０から射出され
た光が、ほぼ単色の光とみなせる場合にも、その波長に
対する反射率から膜厚を決定することができる。例え
ば、光源部１２０が、中心波長４７０ｎｍのほぼ単色の
光を射出するＬＥＤである場合に、その反射率の実測値
Ｒｍ（４７０ｎｍ）としてほぼ９８％の値が得られた場
合には、図２の反射率の分光特性の予測値Ｒｃ（λ）に
従って、膜厚を１０ｎｍと決定することができる。

【００４１】このように、本実施例の膜厚測定装置を用
いれば、基板上の薄膜の光学的厚みが、光の波長に対し
てかなり小さい場合にも、反射率の実測値Ｒｍを精度よ
く求めることができる。これにより、膜厚ｄを正確に決
定することが可能となる。

【００４２】なお、本実施例においては、光源部１２０
としてほぼ単色とみなせるＬＥＤを用いているが、波長
の異なる複数のＬＥＤを組み合わせて用いてもよい。こ
の場合には、波長の異なる複数のＬＥＤが１パッケージ
に収められているものを使用することができる。こうす
れば、複数の異なる波長の光についてそれぞれ反射率の
実測値Ｒｍが得られるので、これらの複数の実測値Ｒｍ
を用いてより正確な膜厚を決定することができる。

【００４３】Ｂ．第２実施例：図３は、本発明の第２実
施例としての膜厚測定装置の構成を示す概念図である。
この膜厚測定装置は、図１の装置とほぼ同様の構成を有
するので、詳細な説明は省略する。なお、図３に示す膜
厚測定装置では、図１の測定光学系を位置決めするため
の筐体１００の図示は省略されている。

【００４４】本実施例の装置では、図１の集光レンズ１
７０が備えられていない。したがって、この装置では、
光源部１２０から射出された光束のうちハーフミラー１
５０で反射された光が、集光されずに第２の受光部１４
０に向かう。このとき、ハーフミラー１５０で反射され
た光は、第２の受光部１４０が設けられた位置では、そ
の受光領域より大きな径を有する光束となっている。し
たがって、受光部１４０には、ハーフミラー１５０で反
射された光束の一部のみが入射する。

【００４５】この場合にも、第２の受光部１４０は、光
源部１２０から射出される光の強度の時間的な変動を捉
えることができるので、第１の受光部１３０においてウ
ェハＷからの反射光を測定すると同時に、第２の受光部
１４０において光源部１２０からの光を測定することが
できる。したがって、第１実施例において説明したよう
に、第１の受光部１３０で測定された光の強度を、第２
の受光部１４０で測定された光の強度で補正すれば、ウ
ェハＷ上で反射する光の反射率を求めて膜厚を決定する
ことができる。

【００４６】Ｃ．第３実施例：図４は、本発明の第３実
施例としての膜厚測定装置の構成を示す概念図である。
この膜厚測定装置は、図１，図３の装置とほぼ同様の構
成を有するので、詳細な説明は省略する。なお、図４で
は、図１の測定光学系を位置決めするための筐体１００
の図示は省略されている。

【００４７】図４に示す装置では、図１，図３に示すハ
ーフミラー１５０に代えて、両面ミラー１５２が備えら
れている。両面ミラー１５２は、光源部１２０から射出
された光束の右側半分のみを反射する位置に設置されて
いる。このとき、両面ミラー１５２で反射された光は、
集光レンズ１８２を通過した後、第２の受光部１４０に
入射する。一方、光源部１２０から射出された光束の左
側半分は、集光レンズ１８０の左半分の領域を通過した
後、ウェハＷに到達する。ウェハＷで反射した光は、集
光レンズ１８０の右側半分の領域を通過した後、両面ミ
ラー１５２で反射される。両面ミラー１５２で反射され
た光は、第１の受光部１３０に入射する。

【００４８】本実施例においても、第１の受光部１３０
においてウェハＷからの反射光の強度を測定すると同時
に、第２の受光部１４０において光源部１２０からの光
の強度を測定することができる。したがって、第１の受
光部１３０で測定された光の強度を、第２の受光部１４
０で測定された光の強度で補正することができるので、
ウェハＷ上で反射する光の反射率を正確に求めることが
できる。

【００４９】また、本実施例の構成を用いれば、第１の
受光部１３０に入射するウェハＷからの反射光の強度を
大きくすることができる。すなわち、本実施例において
は、ウェハＷからの反射光が、両面ミラー１５２によっ
てほとんどすべて反射されるので、第１の受光部１３０
において測定される光の強度は、ハーフミラーによって
反射される場合に比べ、ほぼ２倍の強度となる。こうす
れば、さらに精度よく反射率を測定して、正確な膜厚を
決定することが可能となる。

【００５０】Ｄ．第４実施例：図５は、本発明の第４実
施例としての膜厚測定装置の構成を示す概念図である。
なお、図５では、図１の測定光学系を位置決めするため
の筐体１００の図示は省略されている。本実施例の膜厚
測定装置では、光源部１２０から射出された光を分離す
るために、偏光ビームスプリッタ４００を用いている。

【００５１】光源部１２０から射出されたｐ偏光とｓ偏
光とを含む光束は、集光レンズ１８４によって平行光と
された後、偏光ビームスプリッタ４００に入射する。偏
光ビームスプリッタ４００に入射した光は、２つのプリ
ズムの界面に形成された偏光分離膜４０２によってｐ偏
光とｓ偏光とに分離される。ｓ偏光は、偏光分離膜４０
２で反射された後、集光レンズ１８５を通過して第２の
受光部１４０に到達する。一方、ｐ偏光は、偏光分離膜
４０２を透過した後、集光レンズを通過してλ／４板４
２０に入射する。λ／４板４２０は、入射した直線偏光
を円偏光に変換する機能を有している。したがって、λ
／４板４２０に入射したｐ偏光は、円偏光に変換され
て、ウェハＷに到達する。ウェハＷを反射した光はさら
にλ／４板４２０を通過することによりｓ偏光に変換さ
れる。このｓ偏光は、集光レンズ１８６を通過した後、
偏光ビームスプリッタ４００の偏光分離膜４０２によっ
て反射される。反射されたｓ偏光は、集光レンズ１８７
を通過した後、第１の受光部１３０に到達する。

【００５２】図５に示すように、図１，図３に示すハー
フミラー１５０、あるいは図４に示す両面ミラー１５２
に代えて偏光ビームスプリッタ４００を用いた場合に
も、第１の受光部１３０において、光源部１２０から射
出された一部の光のウェハＷからの反射光を測定すると
同時に、第２の受光部１４０において光源部１２０から
の光の一部を測定することができる。

【００５３】また、本実施例の構成を用いれば、第３実
施例と同様に、第１の受光部１３０において測定される
光の強度を大きくすることができる。すなわち、本実施
例においては、ウェハＷで反射された光がλ／４板４２
０によってｓ偏光に変換される。変換されたｓ偏光は偏
光ビームスプリッタ４００の偏光分離膜４０２によって
ほとんどすべて反射されるので、第１の受光部１３０に
おいて測定される光の強度は、ハーフミラーによって反
射される場合に比べ、ほぼ２倍の強度となる。これによ
り、反射率を精度よく測定することができるので、より
正確な膜厚を決定することが可能となる。

【００５４】以上、説明したように、上記実施例におい
ては、２つの受光部１３０，１４０を用いて、ウェハＷ
から反射された光を測定すると同時に、光源部１２０か
ら射出された光の一部を測定しているので、光源部１２
０から射出される光の強度が時間的に変動する場合に
も、ウェハＷから反射される光の反射率の実測値Ｒｍを
精度よく求めることができる。したがって、反射率の実
測値Ｒｍと予測値Ｒｃとから、ウェハＷに形成された薄
膜の膜厚を正確に決定することが可能となる。

【００５５】なお、この発明は上記の実施例や実施形態
に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の態様において実施することが可能であり、
例えば次のような変形も可能である。

【００５６】（１）上記実施例においては、光源部１２
０としてほぼ単色の光とみなせる発光ダイオードを用い
ているが、光源部１２０としては、半導体レーザなどの
他の半導体発光素子を用いてもよい。半導体レーザは、
単一波長であるため、より正確な測定ができる可能性が
あるが、異なる複数の光を射出する発光ダイオードを用
いた場合の方が安価に膜厚測定装置を構成することがで
きるという利点がある。

【００５７】（２）上記実施例においては、光源部１２
０としてＬＥＤを用いているが、これに代えて波長領域
の広い光源、例えば、重水素放電管やハロゲンランプ、
水銀ランプなどを用いてもよい。この場合には、２つの
受光部１３０，１４０として、分光計を用いればよい。
あるいは、第２の受光部１４０への光の入射側にフィル
タを設けるようにしてもよい。こうすれば、広い波長領
域での反射率を連続的に測定することができるので、反
射率の連続的な実測値Ｒｍと予測値Ｒｃとから、膜厚を
決定することができる。ただし、上記実施例のように、
光源部１２０としてＬＥＤを用いれば、重水素放電管や
ハロゲンランプなどを用いた場合と比べ、光の強度の時
間的な変動が少ないという利点があるとともに、安価に
膜厚測定装置を構成することができるという利点があ
る。

【００５８】（３）上記実施例では、光源部１２０から
射出された光がウェハＷにほぼ垂直に入射する場合につ
いて説明したが、本発明は、光がウェハＷに対して斜め
に入射する場合にも適用可能である。この場合には、ウ
ェハＷへの光の入射角度に応じて分光反射率の予測値Ｒ
ｃを求めればよい。

【００５９】（４）上記実施例において、ハードウェア
によって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置
き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによっ
て実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換え
るようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例としての膜厚測定装置の構
成を示す説明図。

【図２】反射率の分光特性の予測値Ｒｃ（λ）の一例を
示すグラフ。

【図３】本発明の第２実施例としての膜厚測定装置の構
成を示す概念図。

【図４】本発明の第３実施例としての膜厚測定装置の構
成を示す概念図。

【図５】本発明の第４実施例としての膜厚測定装置の構
成を示す概念図。

【符号の説明】

１００…筐体１１０…ＸＹステージ１２０…光源部１３０，１４０…受光部１３２，１４２，１６２，１７２…支持柱１３４，１４４，１６４，１７４…ブラケット１５０…ハーフミラー１５２…両面ミラー１６０，１７０…集光レンズ１８０，１８２…集光レンズ１８４，１８５，１８６，１８７…集光レンズ２００…信号処理部２１０…膜厚決定部２２０…ハードディスク装置３００…駆動系コントロール部４００…偏光ビームスプリッタ４０２…偏光分離膜Ｗ…半導体ウェハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された薄膜の膜厚を測定す
るための膜厚測定装置であって、前記薄膜の膜厚を測定するのに適した光を射出する光源
部と、前記光源部から射出された光を、前記基板を照射する第
１の光と、前記基板を照射しない第２の光とに分離する
光分離部と、前記基板を照射する前記第１の光のうち、前記基板から
の反射光を測定するための第１の受光部と、前記第１の受光部における測定と同時に、前記第２の光
を測定するための第２の受光部と、前記第１の受光部によって測定された第１の測定値を、
前記第２の測定によって測定された第２の測定値を用い
て補正することによって求められる前記第１の光の反射
率の実測値と、前記薄膜の複数の膜厚値から予測される
反射率の予測値とから、前記薄膜の膜厚を決定する膜厚
決定部と、を備えることを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項２】請求項１記載の膜厚測定装置であって、前記光源部は、ほぼ単色の光を射出する半導体発光素子
を含む、膜厚測定装置。
【請求項３】請求項２記載の膜厚測定装置であって、前記半導体発光素子は、異なる複数の光を射出する発光
ダイオードを含む、膜厚測定装置。