JP2009097857A - Device and method for measuring optical characteristics - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical characteristics measuring device and an optical characteristics measuring method, capable of measuring the optical characteristics, with higher accuracy, such as film thickness and refractive index, in a thin-film sample whose refractive index is unknown. <P>SOLUTION: Extremal values (peak positions and valley positions) appearing in an absolute reflectivity spectrum at each measured incident angle are extracted. Wavenumber 1/λ values which are the reciprocals of the wavelength λ values, corresponding to the extracted extremal values are acquired one by one. The wavenumber 1/λ values are rearranged in their ascending order, i.e. in the descending order of the wavelength λ values, the order of the longest wavelength λ value is set with N=1, and integers obtained by increasing the order N by an increment of 1 each time are assigned one by one to the remaining ones. Parameters are determined through fitting, with respect to the relation with respect to the order N and the wavenumber 1/λ. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、光学特性測定装置および光学特性測定方法に関し、より特定的には薄膜における膜厚や屈折率といった光学特性をより高い精度で測定する技術に関する。   The present invention relates to an optical characteristic measuring apparatus and an optical characteristic measuring method, and more particularly to a technique for measuring optical characteristics such as film thickness and refractive index in a thin film with higher accuracy.

従来から、機能性樹脂フィルムや半導体基板に形成された薄膜の膜厚を測定する方法として、反射率スペクトルを用いる方法が知られている。より具体的には、まず、白色光を薄膜試料に照射し、その反射光の反射率スペクトルを取得する。そして、取得された反射率スペクトルのデータに対して、ゼロフィリング処理やフィルタ処理などを行なった後、フーリエ変換を用いてパワースペクトルを取得する。さらに、このパワースペクトルに現れるピークから光学的膜厚ｎｄ(但し、ｎは膜の屈折率、ｄは膜厚)を算出し、この光学的膜厚ｎｄを既知の屈折率ｎで除することにより、幾何学的な膜厚ｄを算出する。このような膜厚測定方法は、たとえば、特開２００５−３０８３９４号公報（特許文献１）、特開２００５−３７３１５号公報（特許文献２）、特開平０７−２９４２２０号公報（特許文献３）、特開平１０−３１１７０８号公報（特許文献４）、特開２００３−１３０６１４号公報（特許文献５）、特開２００１−２２７９１６号公報（特許文献６）などに記載されている。
特開２００５−３０８３９４号公報 特開２００５−３７３１５号公報 特開平０７−２９４２２０号公報 特開平１０−３１１７０８号公報 特開２００３−１３０６１４号公報 特開２００１−２２７９１６号公報 Conventionally, a method using a reflectance spectrum is known as a method for measuring the thickness of a thin film formed on a functional resin film or a semiconductor substrate. More specifically, first, the thin film sample is irradiated with white light, and the reflectance spectrum of the reflected light is acquired. And after performing a zero filling process, a filter process, etc. with respect to the data of the acquired reflectance spectrum, a power spectrum is acquired using a Fourier transform. Further, the optical film thickness nd (where n is the refractive index of the film and d is the film thickness) is calculated from the peak appearing in the power spectrum, and this optical film thickness nd is divided by the known refractive index n. The geometric film thickness d is calculated. Such film thickness measurement methods are disclosed in, for example, JP-A-2005-308394 (Patent Document 1), JP-A-2005-37315 (Patent Document 2), JP-A-07-294220 (Patent Document 3), JP-A-10-311708 (Patent Document 4), JP-A-2003-130614 (Patent Document 5), JP-A-2001-227916 (Patent Document 6) and the like.
JP 2005-308394 A JP 2005-37315 A JP 07-294220 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-311708 JP 2003-130614 A JP 2001-227916 A

しかしながら、上述の方法は、対象とする薄膜試料の屈折率が既知であることを前提とするものであり、屈折率が未知の場合には適用できない。一般に、薄膜試料の膜構造を解析する場合には、薄膜の屈折率が未知であることが多く、また新たな膜材料の開発過程においては、その膜材料の屈折率は実際に測定しなければわからない。   However, the above-described method is based on the premise that the refractive index of the target thin film sample is known, and cannot be applied when the refractive index is unknown. In general, when analyzing the film structure of a thin film sample, the refractive index of the thin film is often unknown, and in the process of developing a new film material, the refractive index of the film material must be actually measured. do not know.

ところで、多くの薄膜試料に含まれる膜は誘電体で構成されており、この誘電体からなる膜の屈折率を測定する方法として、反射率スペクトルまたは透過率のスペクトルに対して、誘電体の電気双極子の電磁波との相互作用を考慮した誘電関数を用いて、非線形二乗法によるフィッティングを行なう方法が一般的となっている。   By the way, the film included in many thin film samples is made of a dielectric, and as a method for measuring the refractive index of the film made of this dielectric, the dielectric electric power is measured against the reflectance spectrum or the transmittance spectrum. A method of fitting by a non-linear square method using a dielectric function that takes into account the interaction of a dipole with an electromagnetic wave has become common.

このようなフィッティング方法を多層構造の薄膜試料に適用した場合には、フィッテイングパラメータが多くなり、数学的な解法が難しい場合がある。このような場合において、多層構造の薄膜試料のある一層の屈折率が未知であれば、反射率スペクトルまたは透過率のスペクトルに対して、周波数変換・フィルタ処理・周波数逆変換を順に行なうことで、当該層に起因する反射率スペクトルまたは透過率のスペクトルを抽出し、この抽出したスペクトルに対して、フィッティングを行なう方法が提案されている。この方法によれば、抽出された反射率スペクトルまたは透過率のスペクトルでは、本来の反射率または透過率の形状（全体的な特性）に略一致するが、その値（強度）は本来の値を反映したものとはならない。ここで、誘電関数を用いた非線形最小二乗法によるフィッティングによって屈折率を算出するための条件としては、測定された反射率または屈折率の値が正確でなければならず、上述のように本来の値を反映しない反射率スペクトルまたは透過率のスペクトルを用いたのでは、屈折率や膜厚といった光学特性を正確に測定することができない。   When such a fitting method is applied to a thin film sample having a multi-layer structure, there are cases where fitting parameters increase and mathematical solution is difficult. In such a case, if the refractive index of a certain layer of the thin film sample having a multilayer structure is unknown, the frequency conversion, filter processing, and frequency reverse conversion are sequentially performed on the reflectance spectrum or the transmittance spectrum, A method has been proposed in which a reflectance spectrum or a transmittance spectrum caused by the layer is extracted and fitting is performed on the extracted spectrum. According to this method, the extracted reflectance spectrum or transmittance spectrum substantially matches the original reflectance or transmittance shape (overall characteristics), but its value (intensity) is the original value. It does not reflect. Here, as a condition for calculating the refractive index by fitting by a nonlinear least square method using a dielectric function, the measured reflectance or refractive index value must be accurate, and as described above, If a reflectance spectrum or transmittance spectrum that does not reflect the value is used, optical characteristics such as refractive index and film thickness cannot be measured accurately.

さらに、対象とする試料が単相構造であっても、その膜厚が数μｍオーダーであるような相対的に厚い膜の場合には、分光部での迷光やコンボリーション、あるいは測定光の平行度（膜上面と膜下面との間における測定光のスポット径の相違）などにより、反射率または透過率を正確に測定することは困難である。そのため、このような場合にも屈折率や膜厚といった光学特性を正確に測定することができない。   Furthermore, even if the target sample has a single-phase structure, if the film thickness is relatively large, such as on the order of several μm, stray light or convolution in the spectroscopic section, or measurement light It is difficult to accurately measure reflectance or transmittance due to parallelism (difference in spot diameter of measurement light between the film upper surface and the film lower surface). Therefore, even in such a case, optical characteristics such as refractive index and film thickness cannot be measured accurately.

上述のように、従来の方法では薄膜試料における屈折率を正確に測定することは容易でなく、その結果、光学的膜厚から膜厚を正しく算出することも非常に困難であった。   As described above, in the conventional method, it is not easy to accurately measure the refractive index in a thin film sample, and as a result, it is very difficult to correctly calculate the film thickness from the optical film thickness.

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、その屈折率が未知の薄膜試料における膜厚や屈折率といった光学特性をより高い精度を測定することが可能な光学特性測定装置および光学特性測定方法を提供することである。   The present invention has been made to solve such problems, and its purpose is to measure the optical characteristics such as film thickness and refractive index of a thin film sample whose refractive index is unknown with higher accuracy. It is to provide an optical property measuring apparatus and an optical property measuring method capable of performing the above.

この発明のある局面に従う光学特性測定装置は、基板上に少なくとも１つの膜が形成された試料に対して所定の波長範囲をもつ測定光を照射する光源と、試料で反射された光または試料を透過した光に基づいて、反射率または透過率の波長分布特性を取得する分光部と、測定光が、非ゼロの値を含む少なくとも１つの入射角で試料へ入射する場合に取得される少なくとも１つの波長分布特性に対して、極値およびその極値に対応する波数を順次抽出する抽出手段と、抽出手段によって順次抽出された波数の変化特性に基づいて、膜の特性を示すモデル式のパラメータをフィッティングにより決定するパラメータ決定手段と、パラメータ決定手段によって決定されたパラメータから試料における光学特性を算出する光学特性算出手段とを含む。   An optical property measurement apparatus according to an aspect of the present invention includes a light source that irradiates measurement light having a predetermined wavelength range with respect to a sample in which at least one film is formed on a substrate, and light or the sample reflected by the sample. A spectroscopic unit that acquires reflectance or transmittance wavelength distribution characteristics based on the transmitted light, and at least one acquired when the measurement light is incident on the sample at at least one incident angle including a non-zero value. Extraction means for sequentially extracting the extreme values and the wave numbers corresponding to the extreme values for one wavelength distribution characteristic, and a parameter of the model formula indicating the film characteristics based on the change characteristics of the wave numbers sequentially extracted by the extraction means Parameter determining means for determining the optical characteristics of the sample from the parameters determined by the parameter determining means.

好ましくは、波長分布特性は、試料で反射された光に基づいて取得される反射率の波長分布特性であり、波数の変化特性は、抽出された複数の波数と、複数の波数の各々に付された次数との対応関係であり、モデル式は、以下に示す次数Ｎについての式である。   Preferably, the wavelength distribution characteristic is a reflectance wavelength distribution characteristic acquired based on light reflected by the sample, and the wave number change characteristic is attached to each of the plurality of extracted wave numbers and the plurality of wave numbers. The model expression is an expression for the order N shown below.

Figure 2009097857
Figure 2009097857

さらに好ましくは、次数は、抽出された複数の波数に対してその値の昇順に割当てられる。   More preferably, the orders are assigned to the extracted plurality of wave numbers in ascending order of the values.

また好ましくは、膜の屈折率波長分散モデル式ｎ１（λ）は、以下に示す式である。 Further preferably, the refractive index wavelength dispersion model expression n 1 (λ) of the film is an expression shown below.

Figure 2009097857
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好ましくは、抽出手段は、測定光が、実質的にゼロの入射角で試料へ入射する場合に取得される第１波長分布特性に対して、極値およびその極値に対応する波数を順次抽出する第１極値抽出手段と、測定光が、非ゼロの入射角で試料へ入射する場合に取得される第２波長分布特性に対して、極値およびその極値に対応する波数を順次抽出する第２極値抽出手段とを含む。パラメータ決定手段は、第１極値抽出手段によって順次抽出された波数の変化特性に基づいて、モデル式に含まれるパラメータの一部のパラメータをフィッティングにより決定する第１フィッティング手段と、第２極値抽出手段によって順次抽出された波数の変化特性に基づいて、モデル式に含まれるパラメータのうち、第１フィッティング手段によって決定されたパラメータを除いた残りのパラメータをフィッティングにより決定する第２フィッティング手段とを含む。   Preferably, the extraction unit sequentially extracts an extreme value and a wave number corresponding to the extreme value with respect to the first wavelength distribution characteristic acquired when the measurement light is incident on the sample at a substantially zero incident angle. First extreme value extraction means, and the second wavelength distribution characteristic acquired when the measurement light is incident on the sample at a non-zero incident angle, sequentially extracts the extreme value and the wave number corresponding to the extreme value. Second extremum extraction means. The parameter determining means includes a first fitting means for determining, by fitting, some parameters included in the model formula based on the wave number variation characteristics sequentially extracted by the first extreme value extracting means, and a second extreme value. Second fitting means for determining by fitting the remaining parameters excluding the parameters determined by the first fitting means among the parameters included in the model formula based on the wave number variation characteristic sequentially extracted by the extracting means; Including.

好ましくは、光学特性測定装置は、少なくとも屈折率および膜厚が規定された層構造情報を複数格納する層構造格納手段と、複数の層構造情報のうち少なくとも１つの層構造情報に基づいて、層構造候補を順次選択する選択手段と、層構造候補に対応する層構造情報に基づいて、層構造候補における反射率または透過率の波長分布特性を算出する波長分布特性算出手段と、層構造候補の波長分布特性から、波数特性変換手段および周波数変換手段と同一の処理によって周波数変換後の波数分布特性を算出する波数分布特性算出手段と、実測された波長分布特性から算出された周波数変換後の波数分布特性と、波数分布特性算出手段によって算出された周波数変換後の波数分布特性との間の相関値を算出する相関値算出手段と、相関値に基づいて、選択手段が順次選択する層構造候補のうち実測値に最も近いものを決定する決定手段とをさらに含む。   Preferably, the optical characteristic measurement device includes a layer structure storage unit that stores a plurality of layer structure information in which at least a refractive index and a film thickness are defined, and a layer based on at least one layer structure information among the plurality of layer structure information. A selection means for sequentially selecting structure candidates; a wavelength distribution characteristic calculating means for calculating a wavelength distribution characteristic of reflectance or transmittance in the layer structure candidate based on the layer structure information corresponding to the layer structure candidate; Wave number distribution characteristic calculating means for calculating the wave number distribution characteristic after frequency conversion by the same processing as the wave number characteristic converting means and frequency converting means from the wavelength distribution characteristic, and the wave number after frequency conversion calculated from the actually measured wavelength distribution characteristic Correlation value calculating means for calculating a correlation value between the distribution characteristic and the wave number distribution characteristic after frequency conversion calculated by the wave number distribution characteristic calculating means, and based on the correlation value Further comprising a determination means for determining the closest match to the measured value of the layer structure candidate selection means sequentially selects.

この発明の別の局面に従う光学特性測定方法は、基板上に少なくとも１つの膜が形成された試料に対して所定の波長範囲をもつ測定光を照射するステップと、試料で反射された光または試料を透過した光に基づいて、反射率または透過率の波長分布特性を取得するステップと、測定光が、非ゼロの値を含む少なくとも１つの入射角で試料へ入射する場合に取得される少なくとも１つの波長分布特性に対して、極値およびその極値に対応する波数を順次抽出するステップと、抽出するステップにおいて順次抽出された波数の変化特性に基づいて、膜の特性を示すモデル式のパラメータをフィッティングにより決定するステップと、決定するステップにおいて決定されたパラメータから試料における光学特性を算出するステップとを含む。   An optical property measurement method according to another aspect of the present invention includes a step of irradiating a sample having at least one film formed on a substrate with measurement light having a predetermined wavelength range, and light or sample reflected by the sample. Obtaining a reflectance or transmittance wavelength distribution characteristic based on the light transmitted through the light, and at least one obtained when the measurement light is incident on the sample at at least one incident angle including a non-zero value. A parameter for a model equation that indicates the characteristics of the film based on the step of sequentially extracting the extreme value and the wave number corresponding to the extreme value for the two wavelength distribution characteristics, and the change characteristic of the wave number extracted sequentially in the extracting step Are determined by fitting, and optical properties of the sample are calculated from the parameters determined in the determining step.

この発明によれば、その屈折率が未知の薄膜試料における膜厚や屈折率といった光学特性をより高い精度を測定することができる。   According to the present invention, it is possible to measure the optical characteristics such as film thickness and refractive index of a thin film sample whose refractive index is unknown with higher accuracy.

この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

図１は、この発明の実施の形態に従う光学特性測定装置１００の概略構成図である。
本実施の形態に従う光学特性測定装置１００は、代表的に、薄膜試料で反射された反射光の波長分布特性（以下「スペクトル」とも称す。）に基づいて、薄膜試料における各層の膜厚や屈折率といった光学特性の測定を行なう。なお、反射光のスペクトルに代えて、薄膜試料を透過した光のスペクトル（透過光スペクトル）を用いてもよい。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical property measuring apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
Optical characteristic measuring apparatus 100 according to the present embodiment typically has a film thickness and refraction of each layer in a thin film sample based on wavelength distribution characteristics (hereinafter also referred to as “spectrum”) of reflected light reflected by the thin film sample. Measure optical properties such as rate. Instead of the spectrum of reflected light, a spectrum of light that has passed through the thin film sample (transmitted light spectrum) may be used.

本明細書において薄膜試料とは、基板上に少なくとも１つの膜が形成された試料を意味する。代表的な薄膜試料としては、半導体基板、ガラス基板、サファイア基板、石英基板、フィルムなどの表面に薄膜が形成（コーティング）されたものが挙げられる。より具体的には、薄膜形成されたガラス基板は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）やプラズマディスプレイ（ＰＤＰ：Plasma Display Panel）などのフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ：Flat Panel Display）のディスプレイ部として使用される。また、薄膜形成されたサファイア基板は、窒化物半導体（ＧａＮ：Gallium Nitride）系のＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）として使用される。また、薄膜形成された石英基板は、各種の光学フィルタや光学部品およびプロジェクション液晶などに使用される。なお、以下では、薄膜試料を単に「試料」とも記す。   In this specification, a thin film sample means a sample in which at least one film is formed on a substrate. Typical thin film samples include a semiconductor substrate, a glass substrate, a sapphire substrate, a quartz substrate, a film, etc., on which a thin film is formed (coated). More specifically, the thin-film-formed glass substrate is used as a display part of a flat panel display (FPD) such as a liquid crystal display (LCD) or a plasma display panel (PDP). Is done. The thin-film sapphire substrate is used as a nitride semiconductor (GaN: Gallium Nitride) LED (Light Emitting Diode) or LD (Laser Diode). The quartz substrate formed with a thin film is used for various optical filters, optical components, projection liquid crystals, and the like. Hereinafter, the thin film sample is also simply referred to as “sample”.

図１を参照して、光学特性測定装置１００は、測定用光源１０と、コリメートレンズ１２と、カットフィルタ１４と、結像レンズ１６，３６と、絞り部１８と、ビームスプリッタ２０，３０と、観察用光源２２と、光ファイバ２４と、出射部２６と、ピンホールミラー３２と、軸変換ミラー３４と、観察用カメラ３８と、表示部３９と、対物レンズ４０とステージ５０と、可動機構５２と、分光測定部６０と、データ処理部７０とを備える。   Referring to FIG. 1, an optical characteristic measurement apparatus 100 includes a measurement light source 10, a collimator lens 12, a cut filter 14, imaging lenses 16 and 36, a diaphragm unit 18, beam splitters 20 and 30, Observation light source 22, optical fiber 24, emitting section 26, pinhole mirror 32, axis conversion mirror 34, observation camera 38, display section 39, objective lens 40, stage 50, and movable mechanism 52. And a spectroscopic measurement unit 60 and a data processing unit 70.

測定用光源１０は、試料の反射光のスペクトルを取得するために、所定の波長範囲をもつ測定光を発生する光源であり、その波長幅が比較的広い白色光光源が用いられる。代表的に、測定用光源１０は、重水素ランプ（Ｄ２ランプ）やタングステンランプ、またはそれらの組合せからなる。 The measurement light source 10 is a light source that generates measurement light having a predetermined wavelength range in order to acquire a spectrum of reflected light from a sample, and a white light source having a relatively wide wavelength width is used. Typically, the measurement light source 10 is composed of a deuterium lamp (D 2 lamp) or a tungsten lamp or a combination thereof.

コリメートレンズ１２と、カットフィルタ１４と、結像レンズ１６と、絞り部１８とは、測定用光源１０とビームスプリッタ３０とを結ぶ光軸ＡＸ２上に配置され、測定用光源１０から出射される測定光を光学的に調整する。   The collimating lens 12, the cut filter 14, the imaging lens 16, and the aperture unit 18 are arranged on the optical axis AX <b> 2 connecting the measurement light source 10 and the beam splitter 30, and are measured from the measurement light source 10. Adjust light optically.

具体的には、コリメートレンズ１２は、測定用光源１０からの測定光が最初に入射する光学部品であり、拡散光線として伝播する測定光を屈折させて平行光線に変換する。コリメートレンズ１２を通過した測定光はカットフィルタ１４に入射する。カットフィルタ１４は、測定光に含まれる不要な波長成分を遮断する。代表的に、カットフィルタ１４は、ガラス基板などに蒸着された多層膜によって形成される。結像レンズ１６は、測定光のビーム径を調整するために、カットフィルタ１４を通過した測定光を平行光線から収束光線に変換する。結像レンズ１６を通過した測定光は絞り部１８に入射する。絞り部１８は、測定光の光量を所定量に調整した上でビームスプリッタ３０へ出射する。好ましくは、絞り部１８は、結像レンズ１６によって変換された測定光の結像位置に配置される。なお、絞り部１８の絞り量は、試料に入射する測定光の被写界深度や必要な光強度などに応じて適宜設定される。   Specifically, the collimating lens 12 is an optical component on which the measurement light from the measurement light source 10 first enters, and refracts the measurement light propagating as a diffused light and converts it into parallel light. The measurement light that has passed through the collimating lens 12 enters the cut filter 14. The cut filter 14 blocks unnecessary wavelength components included in the measurement light. Typically, the cut filter 14 is formed of a multilayer film deposited on a glass substrate or the like. The imaging lens 16 converts the measurement light that has passed through the cut filter 14 from parallel light into convergent light in order to adjust the beam diameter of the measurement light. The measurement light that has passed through the imaging lens 16 is incident on the diaphragm 18. The diaphragm 18 adjusts the amount of measurement light to a predetermined amount and then emits the light to the beam splitter 30. Preferably, the diaphragm unit 18 is disposed at the imaging position of the measurement light converted by the imaging lens 16. The diaphragm amount of the diaphragm unit 18 is appropriately set according to the depth of field of the measurement light incident on the sample, the required light intensity, and the like.

一方、観察用光源２２は、試料への焦点合わせや測定位置の確認に使用される観察光を生成する光源である。そして、観察用光源２２が発生する観察光は、試料で反射可能な波長を含むように選択される。観察用光源２２は、光ファイバ２４を介して出射部２６と接続されており、観察用光源２２で生成された観察光は、光導波路である光ファイバ２４を伝播した後に出射部２６からビームスプリッタ２０へ向けて出射される。   On the other hand, the observation light source 22 is a light source that generates observation light used for focusing on a sample and confirming a measurement position. The observation light generated by the observation light source 22 is selected so as to include a wavelength that can be reflected by the sample. The observation light source 22 is connected to the emission unit 26 via the optical fiber 24, and the observation light generated by the observation light source 22 propagates through the optical fiber 24, which is an optical waveguide, and then travels from the emission unit 26 to the beam splitter. It is emitted toward 20.

出射部２６は、試料に所定の観察基準像が投射されるように、観察用光源２２で生成された観察光の一部をマスクするマスク部２６ａを含む。この観察基準像は、その表面に何らの模様（パターン）も形成されていない試料（代表的に、透明なガラス基板など）に対しても、ユーザによる焦点合わせを容易化するためのものである。なお、レチクル像の形状はいずれであってもよいが、一例として同心円状や十字状のパターンなどを用いることができる。   The emission unit 26 includes a mask unit 26a that masks a part of the observation light generated by the observation light source 22 so that a predetermined observation reference image is projected onto the sample. This observation reference image is for facilitating user focusing even on a sample (typically a transparent glass substrate or the like) on which no pattern is formed. . Note that the shape of the reticle image may be any, but as an example, a concentric or cruciform pattern may be used.

すなわち、観察用光源２２で生成された直後の観察光のビーム断面における光強度（光量）は略均一であるが、マスク部２６ａがこの観察光の一部をマスク（遮へい）することで、観察光は、そのビーム断面において光強度が略ゼロである領域（影領域）が形成される。この影領域が観察基準像として試料に投射される。   That is, the light intensity (light quantity) in the beam cross section of the observation light immediately after being generated by the observation light source 22 is substantially uniform, but the mask portion 26a masks (shields) a part of the observation light, thereby observing. The light has a region (shadow region) where the light intensity is substantially zero in the beam cross section. This shadow region is projected onto the sample as an observation reference image.

ステージ５０は、試料を配置するための試料台であり、その配置面は回転自在に構成される。これは、測定光が試料に入射する入射角を任意に調整可能にするためである。さらに、ステージ５０は、一例として機械的に連結された可動機構５２によって、３方向（Ｘ方向・Ｙ方向・Ｚ方向）に自在に駆動される。可動機構５２は、代表的に３軸分のサーボモータと、各サーボモータを駆動するためのサーボドライバとを含んで構成される。そして、可動機構５２は、ユーザまたは図示しない制御装置などからのステージ位置指令に応答してステージ５０を駆動する。このステージ５０の駆動によって、試料と後述する対物レンズ４０との間の位置関係が変更される。   The stage 50 is a sample stage for arranging samples, and the arrangement surface thereof is configured to be rotatable. This is to make it possible to arbitrarily adjust the incident angle at which the measurement light enters the sample. Furthermore, the stage 50 is freely driven in three directions (X direction, Y direction, and Z direction) by a mechanically connected movable mechanism 52 as an example. The movable mechanism 52 typically includes a servo motor for three axes and a servo driver for driving each servo motor. The movable mechanism 52 drives the stage 50 in response to a stage position command from a user or a control device (not shown). The positional relationship between the sample and an objective lens 40 described later is changed by driving the stage 50.

対物レンズ４０と、ビームスプリッタ２０と、ビームスプリッタ３０と、ピンホールミラー３２とは、光軸ＡＸ１上に配置される。   The objective lens 40, the beam splitter 20, the beam splitter 30, and the pinhole mirror 32 are disposed on the optical axis AX1.

ビームスプリッタ３０は、測定用光源１０で生成される測定光を反射することで、その伝播方向を光軸ＡＸ１の紙面下向きに変換する。また、ビームスプリッタ３０は、光軸ＡＸ１を紙面上向きに伝播する試料からの反射光を透過させる。代表的に、ビームスプリッタ３０はハーフミラーで構成される。   The beam splitter 30 reflects the measurement light generated by the measurement light source 10, thereby converting the propagation direction of the optical axis AX1 downward in the drawing. The beam splitter 30 transmits the reflected light from the sample propagating along the optical axis AX1 upward in the drawing. Typically, the beam splitter 30 is composed of a half mirror.

一方、ビームスプリッタ２０は、観察用光源２２で生成される観察光を反射することで、その伝播方向を光軸ＡＸ１の紙面下向きに変換する。同時に、ビームスプリッタ２０は、光軸ＡＸ１を紙面下向きに伝播するビームスプリッタ３０で反射された測定光を透過させる。すなわち、ビームスプリッタ２０は、測定用光源１０から集光光学系である対物レンズ４０までの光学経路上の所定位置において観察光を注入する光注入部として機能する。このビームスプリッタ２０で合成された測定光と観察光とは、対物レンズ４０に入射する。また、ビームスプリッタ２０は、光軸ＡＸ１を紙面上向きに伝播する試料からの反射光を透過させる。代表的に、ビームスプリッタ２０はハーフミラーで構成される。   On the other hand, the beam splitter 20 reflects the observation light generated by the observation light source 22, thereby converting the propagation direction of the optical axis AX <b> 1 downward in the drawing. At the same time, the beam splitter 20 transmits the measurement light reflected by the beam splitter 30 that propagates along the optical axis AX1 downward in the drawing. That is, the beam splitter 20 functions as a light injection unit that injects observation light at a predetermined position on the optical path from the measurement light source 10 to the objective lens 40 that is a condensing optical system. The measurement light and the observation light synthesized by the beam splitter 20 enter the objective lens 40. The beam splitter 20 transmits the reflected light from the sample propagating along the optical axis AX1 upward in the drawing. Typically, the beam splitter 20 is composed of a half mirror.

対物レンズ４０は、光軸ＡＸ１を紙面下向きに伝播する測定光および観察光を集光するための集光光学系である。すなわち、対物レンズ４０は、試料またはその近接した位置で結像するように測定光および観察光を収束させる。また、対物レンズ４０は、所定の倍率（たとえば、１０倍，２０倍，３０倍，４０倍など）を有する拡大レンズであり、試料の光学特性を測定する領域を対物レンズ４０に入射する光のビーム断面に比較してより微小化できる。   The objective lens 40 is a condensing optical system for condensing measurement light and observation light that propagates along the optical axis AX1 downward in the drawing. That is, the objective lens 40 converges the measurement light and the observation light so as to form an image at the sample or a position close thereto. The objective lens 40 is a magnifying lens having a predetermined magnification (for example, 10 times, 20 times, 30 times, 40 times, etc.), and a region for measuring the optical characteristics of the sample is incident on the objective lens 40. Compared to the beam cross section, it can be further miniaturized.

また、対物レンズ４０から試料に入射した測定光および観察光は、試料で反射され、光軸ＡＸ１上を紙面上向きに伝播する。この反射光は、対物レンズ４０に透過した後、ビームスプリッタ２０および３０を透過してピンホールミラー３２まで到達する。   Further, the measurement light and observation light incident on the sample from the objective lens 40 are reflected by the sample and propagate upward on the optical axis AX1. The reflected light passes through the objective lens 40 and then passes through the beam splitters 20 and 30 to reach the pinhole mirror 32.

ピンホールミラー３２は、試料で生じる反射光のうち、測定反射光と観察反射光とを分離する光分離部として機能する。具体的には、ピンホールミラー３２は、光軸ＡＸ１を紙面上向きに伝播する試料からの反射光を反射する反射面を含み、その反射面と光軸ＡＸ１との交点を中心とする穴あき部（ピンホール）３２ａが形成されている。このピンホール３２ａの大きさは、測定用光源１０からの測定光が試料で反射されて生じる測定反射光の、ピンホールミラー３２の位置におけるビーム径に比較して小さくなるように形成される。また、このピンホール３２ａは、それぞれ測定光および観察光が試料で反射されて生じる測定反射光および観察反射光の結像位置と一致するように配置される。このような構成によって、試料で生じた反射光は、ピンホール３２ａを通過して分光測定部６０に入射する。一方、反射光の残部は、その伝播方向を変換されて軸変換ミラー３４へ入射する。   The pinhole mirror 32 functions as a light separation unit that separates measurement reflected light and observation reflected light among the reflected light generated in the sample. Specifically, the pinhole mirror 32 includes a reflective surface that reflects the reflected light from the sample propagating along the optical axis AX1 upward in the drawing, and has a hole with a center at the intersection of the reflective surface and the optical axis AX1. (Pinhole) 32a is formed. The size of the pinhole 32a is formed so as to be smaller than the beam diameter at the position of the pinhole mirror 32 of the measurement reflected light generated when the measurement light from the measurement light source 10 is reflected by the sample. Further, the pinhole 32a is disposed so as to coincide with the imaging positions of the measurement reflected light and the observation reflected light generated by reflecting the measurement light and the observation light on the sample, respectively. With such a configuration, the reflected light generated in the sample passes through the pinhole 32a and enters the spectroscopic measurement unit 60. On the other hand, the remaining part of the reflected light is converted in its propagation direction and enters the axis conversion mirror 34.

分光測定部６０は、ピンホールミラー３２を通過した測定反射光のスペクトルを測定し、その測定結果をデータ処理部７０へ出力する。より詳細には、分光測定部６０は、回折格子（グレーティング）６２と、検出部６４と、カットフィルタ６６と、シャッタ６８とを含む。   The spectroscopic measurement unit 60 measures the spectrum of the reflected measurement light that has passed through the pinhole mirror 32 and outputs the measurement result to the data processing unit 70. More specifically, the spectroscopic measurement unit 60 includes a diffraction grating (grating) 62, a detection unit 64, a cut filter 66, and a shutter 68.

カットフィルタ６６と、シャッタ６８と、回折格子６２とは、光軸ＡＸ１上に配置される。カットフィルタ６６は、ピンホールを通過して分光測定部６０に入射する測定反射光に含まれる測定範囲外の波長成分を制限するための光学フィルタであり、特に測定範囲外の波長成分を遮断する。シャッタ６８は、検出部６４をリセットするときなどに、検出部６４に入射する光を遮断するために使用される。シャッタ６８は、代表的に電磁力によって駆動する機械式のシャッタからなる。   The cut filter 66, the shutter 68, and the diffraction grating 62 are disposed on the optical axis AX1. The cut filter 66 is an optical filter for limiting a wavelength component outside the measurement range included in the measurement reflected light that passes through the pinhole and enters the spectroscopic measurement unit 60, and particularly blocks the wavelength component outside the measurement range. . The shutter 68 is used to block light incident on the detection unit 64 when the detection unit 64 is reset. The shutter 68 is typically a mechanical shutter that is driven by electromagnetic force.

回折格子６２は、入射する測定反射光を分光した上で、各分光波を検出部６４へ導く。具体的には、回折格子６２は、反射型の回折格子であり、所定の波長間隔毎の回折波が対応する各方向に反射するように構成される。このような構成を有する回折格子６２に測定反射波が入射すると、含まれる各波長成分は対応する方向に反射されて、検出部６４の所定の検出領域に入射する。回折格子６２は、代表的にフラットフォーカス型球面グレーティングからなる。   The diffraction grating 62 separates the incident measurement reflected light and guides each spectral wave to the detection unit 64. Specifically, the diffraction grating 62 is a reflection type diffraction grating, and is configured so that a diffracted wave for each predetermined wavelength interval is reflected in each corresponding direction. When the measurement reflected wave is incident on the diffraction grating 62 having such a configuration, each wavelength component included is reflected in a corresponding direction and is incident on a predetermined detection region of the detection unit 64. The diffraction grating 62 is typically composed of a flat focus type spherical grating.

検出部６４は、試料の反射率スペクトルを測定するために、回折格子６２で分光された測定反射光に含まれる各波長成分の光強度に応じた電気信号を出力する。検出部６４は、代表的にフォトダイオードなどの検出素子をアレイ状に配置したフォトダイオードアレイや、マトリックス状に配置されたＣＣＤ（Charged Coupled Device）などからなる。   The detection unit 64 outputs an electrical signal corresponding to the light intensity of each wavelength component included in the measurement reflected light that has been dispersed by the diffraction grating 62 in order to measure the reflectance spectrum of the sample. The detection unit 64 typically includes a photodiode array in which detection elements such as photodiodes are arranged in an array, a CCD (Charged Coupled Device) arranged in a matrix, and the like.

なお、回折格子６２および検出部６４は、光学特性の測定波長範囲および測定波長間隔などに応じて適宜設計される。   The diffraction grating 62 and the detection unit 64 are appropriately designed according to the measurement wavelength range and the measurement wavelength interval of the optical characteristics.

データ処理部７０は、検出部６４によって取得された反射率スペクトルに対して、本発明に係る特徴的な処理を行なうことで、試料の膜厚や屈折率といった光学特性を測定する。さらに、データ処理部７０は、試料の層構造を解析することも可能である。試料の膜厚や屈折率の測定方法および層構造の解析方法については後述する。そして、データ処理部７０は、測定した試料の膜厚や層構造などを光学特性として出力する。   The data processing unit 70 measures optical characteristics such as a film thickness and a refractive index of the sample by performing a characteristic process according to the present invention on the reflectance spectrum acquired by the detection unit 64. Furthermore, the data processing unit 70 can also analyze the layer structure of the sample. A method for measuring the thickness and refractive index of the sample and a method for analyzing the layer structure will be described later. Then, the data processing unit 70 outputs the measured film thickness and layer structure of the sample as optical characteristics.

一方、ピンホールミラー３２で反射された観測反射光は光軸ＡＸ３に沿って伝播し、軸変換ミラー３４へ入射する。軸変換ミラー３４は、観測反射光の伝播方向を光軸ＡＸ３から光軸ＡＸ４に変換する。すると、観測反射光は、光軸ＡＸ４に沿って伝播し、観察用カメラ３８へ入射する。   On the other hand, the observation reflected light reflected by the pinhole mirror 32 propagates along the optical axis AX3 and enters the axis conversion mirror 34. The axis conversion mirror 34 converts the propagation direction of the observation reflected light from the optical axis AX3 to the optical axis AX4. Then, the observation reflected light propagates along the optical axis AX4 and enters the observation camera 38.

観察用カメラ３８は、観察反射光によって得られる反射像を取得する撮像部であり、代表的にはＣＣＤ（Charged Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなどからなる。なお、観察用カメラ３８は、代表的に可視帯域に感度をもつものであり、所定の測定範囲に感度をもつ検出部６４とは異なる感度特性をもつ場合が多い。そして、観察用カメラ３８は、観察反射光によって得られる反射像に応じた映像信号を表示部３９へ出力する。表示部３９は、観察用カメラ３８からの映像信号に基づいて反射像を画面上に表示する。ユーザは、この表示部３９に表示される反射像を目視して、試料に対する焦点合わせや測定位置の確認などを行なう。表示部３９は、代表的に液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などからなる。なお、観察用カメラ３８および表示部３９に代えて、ユーザが反射像を直接的に目視できるファインダーを設けてもよい。   The observation camera 38 is an imaging unit that acquires a reflected image obtained by the observation reflected light, and typically includes a CCD (Charged Coupled Device), a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor, or the like. Note that the observation camera 38 typically has sensitivity in the visible band, and often has sensitivity characteristics different from those of the detection unit 64 having sensitivity in a predetermined measurement range. Then, the observation camera 38 outputs a video signal corresponding to the reflected image obtained by the observation reflected light to the display unit 39. The display unit 39 displays a reflected image on the screen based on the video signal from the observation camera 38. The user visually observes the reflected image displayed on the display unit 39 to perform focusing on the sample and confirmation of the measurement position. The display unit 39 typically includes a liquid crystal display (LCD). Instead of the observation camera 38 and the display unit 39, a finder that allows the user to directly view the reflected image may be provided.

図１に示す制御構造と本願発明との対応関係については、測定用光源１０が「光源」に対応し、分光測定部６０が「分光部」に対応する。   Regarding the correspondence between the control structure shown in FIG. 1 and the present invention, the measurement light source 10 corresponds to a “light source”, and the spectroscopic measurement unit 60 corresponds to a “spectral unit”.

（薄膜特性値取得処理）
以下では、データ処理部７０による試料の光学特性（代表的に、膜厚および屈折率）の取得処理について説明する。 (Thin film characteristic value acquisition process)
Below, the acquisition process of the optical characteristic (typically film thickness and refractive index) of the sample by the data processing part 70 is demonstrated.

本実施の形態に従う光学特性の測定方法は、測定される反射率スペクトルまたは透過率スペクトルの強度ではなく、これらのスペクトルに現れる極値（ピークまたはバレイ）の波長位置に基づいて、膜厚および屈折率を測定する。本方法によれば、スペクトルに現れる極値の波長位置のみを正確に求めることができれば、膜厚および屈折率を正確に測定できるので、測定系や演算処理過程における不完全さに起因する反射強度または透過強度の変調影響を無視できる。すなわち、従来の方法では、反射強度または透過強度が正確に測定できないような試料は、相対的に大きな膜厚を有する試料である可能性が高く、このような試料では、反射率スペクトルまたは透過率スペクトルに膜内干渉に由来するピーク部分およびバレイ部分が必然的に現れると考えられる。このようなピーク部分およびバレイ部分は、膜内干渉にのみ由来するので、分光測定部の波長校正が十分に正確であれば、膜厚および屈折率を正確に測定できる。以下、本方法について詳述する。   The optical property measurement method according to this embodiment is based on the wavelength position of the extreme value (peak or valley) appearing in these spectra, not the intensity of the measured reflectance spectrum or transmittance spectrum, and the film thickness and refraction. Measure the rate. According to this method, if only the extreme wavelength position appearing in the spectrum can be obtained accurately, the film thickness and refractive index can be measured accurately, so the reflection intensity due to imperfections in the measurement system and the calculation process. Alternatively, the transmission intensity modulation effect can be ignored. That is, in the conventional method, a sample whose reflection intensity or transmission intensity cannot be measured accurately is likely to be a sample having a relatively large film thickness. In such a sample, the reflectance spectrum or transmittance It is considered that a peak portion and a valley portion derived from intra-film interference appear inevitably in the spectrum. Since such peak portions and valley portions are derived only from intra-film interference, if the wavelength calibration of the spectroscopic measurement unit is sufficiently accurate, the film thickness and refractive index can be measured accurately. Hereinafter, this method will be described in detail.

図２は、代表的な薄膜試料の断面模式図である。
説明を簡単化するために、図２に示すような、空気や真空などの雰囲気層（添え字０）、測定対象とする薄膜（添え字１）、基板層（添え字２）の３層からなる代表的な薄膜試料を考える。各層における屈折率を添え字ｉを用いて、屈折率ｎｉと表す。また、互いに異なる屈折率をもつ層の界面では光の反射が生じるため、屈折率の異なるｉ層とｉ＋１層との間の各境界面での振幅反射率をｒｉ（ｉ＋１）と表わすと、図２に示す３層系の試料における反射率Ｒは、以下のようになる。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a typical thin film sample.
In order to simplify the explanation, from the three layers shown in FIG. 2, an atmosphere layer such as air or vacuum (subscript 0), a thin film to be measured (subscript 1), and a substrate layer (subscript 2). Consider a typical thin film sample. With index i the refractive index of each layer, expressed as the refractive index n i. In addition, since light is reflected at the interface between layers having different refractive indexes, the amplitude reflectance at each interface between the i layer and the i + 1 layer having different refractive indexes is represented by ri (i + 1) . The reflectance R in the three-layered sample shown in FIG. 2 is as follows.

Figure 2009097857
Figure 2009097857

ここで、β１は薄膜における光の位相角である。最上層の雰囲気層（０層）における入射角をφ０とすると、以下に示すSnellの法則
ｎ０ｓｉｎφ０＝ｎ１ｓｉｎφ１
によって算出される薄膜（１層）における入射角φ１を用いて、位相角β１は以下のように表わすことができる。なお、入射角は、入射面の垂線に対する角度として規定され、光が対象の試料面に対して垂直に入射する場合に、入射角はゼロとなる。 Here, β 1 is the phase angle of light in the thin film. When the incident angle in the uppermost atmosphere layer (0 layer) is φ 0 , Snell's law shown below n 0 sin φ 0 = n 1 sin φ 1
The phase angle β 1 can be expressed as follows using the incident angle φ 1 in the thin film (single layer) calculated by: The incident angle is defined as an angle with respect to the normal of the incident surface, and the incident angle is zero when light is incident perpendicular to the target sample surface.

Figure 2009097857
Figure 2009097857

ここで、薄膜内での干渉により、反射率Ｒのスペクトル上でピーク（山）とバレイ（谷）とが交互に現れる場合、それぞれのピークおよびバレイである極値においては、∂Ｒ／∂λ＝０となる。この条件を、上述の反射率Ｒの式に適用すると、以下の関係式が成立する。   Here, when peaks (peaks) and valleys (valleys) appear alternately on the spectrum of reflectance R due to interference in the thin film, ∂R / ∂λ at each peak and valley extreme value. = 0. When this condition is applied to the above-described equation for reflectance R, the following relational expression is established.

Figure 2009097857
Figure 2009097857

ここで、ｍを基準の極値における初期次数（ｍ＝０，１，…）とし、ｍに対応する基準の極値からの相対的な次数をＮとすると、上式は以下のように変形できる。   Here, when m is an initial order (m = 0, 1,...) At a reference extreme value and N is a relative order from the reference extreme value corresponding to m, the above equation is transformed as follows: it can.

Figure 2009097857
Figure 2009097857

ここで、次数とは、測定対象の膜内において干渉を生じる最大の波長に相当する極値（ピークまたはバレイ）の位置（波数）を基準次数として、より波長が短くなる方向に向かって生じる位相角の回転周期の数を意味する。より具体的には、測定対象の膜内において干渉を生じる最大の波長に相当する極値の位置（波数）を次数「１」として、より波長が短くなる方向に向かって生じる極値の次数は順次インクリメントされる整数となる。そのため、最大の波長に相当する極値に隣接する極値の位置（波数）の次数は「２」となる。また、上述の式においてｍを導入した理由は、測定光に含まれる波長範囲内で発生する各極値の位置（波数）における絶対的な次数を知ることは困難である。そのため、当該波長範囲内で最も波長の長い極値の位置（波数）の次数を仮にｍに設定し、この仮の次数に対する相対的な次数に基づいて評価するためである。   Here, the order is a phase generated in the direction in which the wavelength becomes shorter with the position (wave number) of the extreme value (peak or valley) corresponding to the maximum wavelength causing interference in the film to be measured as a reference order. Means the number of angular rotation cycles. More specifically, the position (wave number) of the extreme value corresponding to the maximum wavelength that causes interference in the film to be measured is the order “1”, and the order of the extreme value generated in the direction of shorter wavelengths is It is an integer that is incremented sequentially. Therefore, the order of the position (wave number) of the extreme value adjacent to the extreme value corresponding to the maximum wavelength is “2”. The reason why m is introduced in the above formula is that it is difficult to know the absolute order at the position (wave number) of each extreme value generated within the wavelength range included in the measurement light. Therefore, the order of the extreme position (wave number) having the longest wavelength in the wavelength range is temporarily set to m, and evaluation is performed based on the relative order with respect to the temporary order.

雰囲気層（０層）における入射角をφ０とすると、上式は以下のように変形できる。 When the incident angle in the atmosphere layer (Layer 0) and phi 0, the above equation can be modified as follows.

Figure 2009097857
Figure 2009097857

さらに、入射角φ０が任意の角度θである場合には、以下のようになる。 Further, when the incident angle φ 0 is an arbitrary angle θ, the following occurs.

Figure 2009097857
Figure 2009097857

ここで、Ｄ１は一般的に波長λについての関数である。そのため、Ｄ１の波長依存性（波長分散）に関して、膜の光学特性を示す適切なモデルを設定することができる。すなわち、Ｄ１に含まれる屈折率ｎ１（λ）として、波長λに関する屈折率波長分散モデル式を採用することができる。このような屈折率波長分散モデル式の一例として、一般的に、誘電体からなり、かつ消衰係数がゼロである薄膜の屈折率ｎ１に関しては、たとえば、以下に示すCauchyの式を用いることができる。 Here, D 1 is generally a function for wavelength λ. Therefore, the wavelength dependence of D 1 with respect to (wavelength dispersion), it is possible to set an appropriate model showing optical characteristics of the film. That is, as the refractive index n 1 (λ) included in D 1 , a refractive index chromatic dispersion model formula for the wavelength λ can be employed. As an example of such a refractive index chromatic dispersion model formula, in general, for the refractive index n 1 of a thin film made of a dielectric material and having an extinction coefficient of zero, for example, the following Cauchy formula is used. Can do.

Figure 2009097857
Figure 2009097857

また、以下に示すSellmeierの式を用いることもできる。   The following Sellmeier equation can also be used.

Figure 2009097857
Figure 2009097857

代表的に、上述したCauchyの式をＤ１の式に適用すると、以下のようになる。 Typically, when applying equation of Cauchy described above in formula D 1, as follows.

Figure 2009097857
Figure 2009097857

この式を用いて、極値の位置（波数）の次数に付された次数Ｎθについての式を表現すると、以下のような膜の特性を示すモデル式が得られる。 Using this equation, when expressing the expression for orders N theta attached to the order of the positions of the extreme value (wave number), the model equation is obtained that shows the characteristics such as the following film.

Figure 2009097857
Figure 2009097857

したがって、少なくとも、非ゼロの入射角φ０（φ０≠０）の条件下において、実際に測定された反射率のスペクトルに現れる極値の次数Ｎを波数１／λについてプロットしたデータを用意した上で、上式中のパラメータＡ，Ｂ，Ｃ，ｍθ，ｄ１をフィッティングによって決定できる。そして、これらのパラメータを決定できれば、係数ａ，ｂ，ｃを算出できるので、各波長の屈折率ｎ１（λ）を求めることができる。 Therefore, data is prepared by plotting the order N of the extreme value appearing in the spectrum of the actually measured reflectance with respect to the wave number 1 / λ under the condition of at least a non-zero incident angle φ 0 (φ 0 ≠ 0). Above, the parameters A, B, C, m θ , d 1 in the above equation can be determined by fitting. If these parameters can be determined, the coefficients a, b, and c can be calculated, so that the refractive index n 1 (λ) of each wavelength can be obtained.

なお、入射角φ０を実質的にゼロ（φ０＝０°）および非ゼロの角度θ（θ≠０）とした条件下において、反射率スペクトルをそれぞれ測定し、これらの反射率スペクトルを用いてフィッティングを行うことで、フィッティングによる屈折率ｎ１（λ）の決定精度を高めることができる。すなわち、 Note that the reflectance spectrum was measured under the condition that the incident angle φ 0 was substantially zero (φ 0 = 0 °) and the non-zero angle θ (θ ≠ 0), and these reflectance spectra were used. By performing the fitting, the accuracy of determining the refractive index n 1 (λ) by fitting can be increased. That is,

Figure 2009097857
Figure 2009097857

となる。そのため、入射角φ０＝０の条件下において、実際に測定された反射率のスペクトルに現れる極値の次数Ｎを波数１／λについてプロットしたデータを用意した上で、モデル式に含まれるパラメータのうち、一部のパラメータＡ，Ｂ，Ｃ，ｍ０をフィッティングによって決定できる。パラメータＡ，Ｂ，Ｃ，ｍ０を決定できれば、薄膜の各波長λにおけるＤ１（λ）を算出できる。さらに、この算出されたＤ１（λ）を用いて非ゼロの任意の入射角φ０＝θの条件下において、実際に測定された反射率のスペクトルに現れる極値の次数Ｎを波数１／λについて同様にプロットしたデータを用意した上で、 It becomes. Therefore, after preparing data in which the extreme order N appearing in the spectrum of the reflectance actually measured under the condition of the incident angle φ 0 = 0 is plotted with respect to the wave number 1 / λ, parameters included in the model formula are prepared. Among them, some parameters A, B, C, m 0 can be determined by fitting. If the parameters A, B, C, m 0 can be determined, D 1 (λ) at each wavelength λ of the thin film can be calculated. Further, the extreme value N appearing in the spectrum of the reflectance actually measured under the condition of an arbitrary incident angle φ 0 = θ that is non-zero using the calculated D 1 (λ) is expressed as the wave number 1 / After preparing the data plotted similarly for λ,

Figure 2009097857
Figure 2009097857

を用いて膜厚ｄ１を算出できる。さらに、 It can be calculated the thickness d 1 using. further,

Figure 2009097857
Figure 2009097857

の関係式に基づいて、各波長における屈折率ｎ１（λ）を算出できる。
なお、上述した手順において、ｍ０およびｍθは整数であるので、フィッティングによってこれらの係数を決定した後に、整数に丸めた上で、残りのパラメータについてフィッティング処理を再度実行してもよい。 Based on this relational expression, the refractive index n 1 (λ) at each wavelength can be calculated.
In the above-described procedure, m 0 and m θ are integers. Therefore, after determining these coefficients by fitting, the coefficients may be rounded to integers, and the fitting process may be executed again for the remaining parameters.

このように、入射角φ０＝０の条件下において取得された反射率スペクトルを用いてフィッティングを行うことで、決定精度を高めることができる。また、各入射角φ０における初期次数ｍの整数性を利用を利用することによっても、決定精度をより高めることができる。 Thus, determination accuracy can be increased by performing fitting using the reflectance spectrum acquired under the condition of the incident angle φ 0 = 0. Also, by utilizing the use of integer of the initial order m at each incident angle phi 0, it is possible to improve the determination accuracy.

（測定例）
図３は、同一の試料に対して入射角φ０＝０°および入射角φ０＝７０°について測定された反射率スペクトルを示す図である。図４は、図３に示す反射率スペクトルから抽出された次数Ｎと波数１／λとの関係を示す図である。図５は、図４に示す関係から本実施の形態に従う方法を用いて測定された屈折率を示す図である。 (Measurement example)
FIG. 3 is a diagram showing reflectance spectra measured with respect to the same sample at an incident angle φ 0 = 0 ° and an incident angle φ 0 = 70 °. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the order N extracted from the reflectance spectrum shown in FIG. 3 and the wave number 1 / λ. FIG. 5 is a diagram showing the refractive index measured using the method according to the present embodiment from the relationship shown in FIG.

図３〜図５において対象とした試料は、ＢＫ７のガラス基板上に二酸化ケイ素膜（ＳｉＯ２膜）を、膜厚約６μｍを目標にして形成したものである。ここで、二酸化ケイ素膜は、その成膜条件にあまり依存することなく安定して屈折率を生じ、かつ多くの文献などで波長別の屈折率が正確に測定されている。そのため、本測定例では、上記試料に対して本実施の形態に従う方法を用いて膜厚および波長別の屈折率を測定し、さらにこの測定された波長別の屈折率と文献値と比較を行なった。 3 to 5 is a sample in which a silicon dioxide film (SiO 2 film) is formed on a glass substrate of BK7 with a target thickness of about 6 μm. Here, the silicon dioxide film stably generates a refractive index without much depending on the film forming conditions, and the refractive index for each wavelength is accurately measured in many literatures. Therefore, in this measurement example, the refractive index for each film thickness and wavelength is measured for the sample using the method according to this embodiment, and the measured refractive index for each wavelength is compared with the literature value. It was.

まず、図３を参照して、測定されたそれぞれの入射角における反射率スペクトルに現れる極値（ピーク位置およびバレイ位置）を抽出する。一般的に、反射率スペクトルの測定データは離散的となるので、ピーク位置またはバレイ位置の近傍における離散データをシンプレックス法などで補間した上で、それぞれの極値を抽出した。具体的には、極値を抽出するとともに、この抽出した極値に対応する波長λの逆数である波数１／λを順次取得する。そして、波数１／λの小さい順（昇順）、すなわち波長λの長い順に並べ替えて、最も波長λの長いものを次数Ｎ＝１とし、次数Ｎを１ずつインクリメントした整数を残りのものに順次割当てる。このように割当てた次数Ｎと対応する波数１／λとの関係をプロットしたものが図４である。   First, referring to FIG. 3, extreme values (peak position and valley position) appearing in the reflectance spectrum at each measured incident angle are extracted. In general, since the reflectance spectrum measurement data is discrete, the extreme values are extracted after interpolating discrete data in the vicinity of the peak position or valley position by the simplex method or the like. Specifically, the extreme value is extracted, and the wave number 1 / λ that is the reciprocal of the wavelength λ corresponding to the extracted extreme value is sequentially acquired. Then, the wave number 1 / λ is sorted in ascending order (ascending order), that is, in order from the longest wavelength λ, the longest wavelength λ is set to the order N = 1, and the integer obtained by incrementing the order N by 1 is sequentially changed to the remaining ones. Assign. FIG. 4 is a plot of the relationship between the assigned order N and the corresponding wave number 1 / λ.

入射角φ０＝０°について測定された反射率スペクトルから抽出された次数Ｎと波数１／λとの関係に対して、フィッティングによって上述のパラメータＡ，Ｂ，Ｃ，ｍ０を決定すると、Ａ＝−０．０００４６μｍ５，Ｂ＝０．０２４４５２μｍ３，Ｃ＝８．７０６７９μｍ，ｍ０＝４６が得られた。 When the above-described parameters A, B, C, and m 0 are determined by fitting with respect to the relationship between the order N extracted from the reflectance spectrum measured for the incident angle φ 0 = 0 ° and the wave number 1 / λ, A = -0.00046 μm 5 , B = 0.024452 μm 3 , C = 8.70679 μm, m 0 = 46.

これらのパラメータ値を用いて薄膜の各波長λにおけるＤ１（λ）を算出した上で、入射角φ０＝７０°について測定された反射率スペクトルから抽出された次数Ｎと波数１／λとの関係に対して、膜厚ｄ１をフィッティングによって求めると、膜厚ｄ１＝６．０１５９μｍが得られた。 After calculating D 1 (λ) at each wavelength λ of the thin film using these parameter values, the order N and the wave number 1 / λ extracted from the reflectance spectrum measured for the incident angle φ 0 = 70 ° When the film thickness d 1 was determined by fitting with respect to the relationship, the film thickness d 1 = 6.0159 μm was obtained.

さらに、各波長λにおけるＤ１（λ）および膜厚ｄ１を用いて、対象の薄膜における各波長の屈折率を算出した結果を図４に示す。この図４では、この算出された屈折率とともに文献値をプロットした。この図４に示すように、本実施の形態に従う方法によって算出された屈折率は、文献値とよく一致していることがわかる。 Furthermore, the result of having calculated the refractive index of each wavelength in the target thin film using D 1 (λ) and the film thickness d 1 at each wavelength λ is shown in FIG. In FIG. 4, literature values are plotted together with the calculated refractive index. As shown in FIG. 4, it can be seen that the refractive index calculated by the method according to the present embodiment is in good agreement with the literature value.

また、上述と同様の手順によって、試料の透過率についても正確に算出することができる。   Further, the transmittance of the sample can be accurately calculated by the same procedure as described above.

（データ処理部の構成）
図６は、この発明の実施の形態に従うデータ処理部７０の概略のハードウェア構成を示す模式図である。 (Configuration of data processing unit)
FIG. 6 is a schematic diagram showing a schematic hardware configuration of data processing unit 70 according to the embodiment of the present invention.

図６を参照して、データ処理部７０は、代表的にコンピュータによって実現され、オペレーティングシステム（ＯＳ：Operating System）を含む各種プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）２００と、ＣＰＵ２００でのプログラムの実行に必要なデータを一時的に記憶するメモリ部２１２と、ＣＰＵ２００で実行されるプログラムを不揮発的に記憶するハードディスク部（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）２１０とを含む。また、ハードディスク部２１０には、後述するような処理を実現するためのプログラムが予め記憶されており、このようなプログラムは、ＦＤＤドライブ２１６またはＣＤ−ＲＯＭドライブ２１４によって、それぞれフレキシブルディスク２１６ａまたはＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory）２１４ａなどから読み取られる。   Referring to FIG. 6, data processing unit 70 is typically realized by a computer, and executes a CPU (Central Processing Unit) 200 that executes various programs including an operating system (OS), and a program executed by CPU 200. A memory unit 212 that temporarily stores data necessary for execution and a hard disk unit (HDD: Hard Disk Drive) 210 that stores a program executed by the CPU 200 in a nonvolatile manner are included. The hard disk unit 210 stores a program for realizing processing as will be described later, and such a program is stored in the flexible disk 216a or the CD-ROM by the FDD drive 216 or the CD-ROM drive 214, respectively. It is read from a ROM (Compact Disk-Read Only Memory) 214a or the like.

ＣＰＵ２００は、キーボードやマウスなどからなる入力部２０８を介してユーザなどからの指示を受取るとともに、プログラムの実行によって測定される測定結果などをディスプレイ部２０４へ出力する。   The CPU 200 receives an instruction from a user or the like via the input unit 208 including a keyboard and a mouse, and outputs a measurement result measured by executing the program to the display unit 204.

（制御構造）
図７は、この発明の実施の形態に従う光学特性取得処理を実現するための制御構造を示すブロック図である。図７に示すブロック図は、ＣＰＵ２００がハードディスク部２１０などの予め格納されたプログラムをメモリ部２１２などに読み出して実行することで実現される。 (Control structure)
FIG. 7 is a block diagram showing a control structure for realizing the optical property acquisition processing according to the embodiment of the present invention. The block diagram shown in FIG. 7 is realized by the CPU 200 reading a program stored in advance such as the hard disk unit 210 into the memory unit 212 and executing the program.

図７を参照して、データ処理部７０（図１）は、バッファ部７１１，７１２，７３１，７３２と、極値抽出部７２１，７２２と、フィッティング部７４１，７４２と、Ｄ１算出部７５０と、屈折率算出部７６０とを含む。 Referring to FIG. 7, data processing unit 70 (FIG. 1) includes buffer units 711, 712, 731, 732, extreme value extraction units 721, 722, fitting units 741, 742, and D 1 calculation unit 750. And a refractive index calculation unit 760.

バッファ部７１１は、入射角φ０＝０の条件下において分光測定部６０（図１）から出力される反射率スペクトルＲ（λ）を一時的に格納する。より具体的には、分光測定部６０からは所定の波長分解能毎に反射率の値が出力されるので、バッファ部７１１は、波長とその波長における反射率とを対応付けて格納する。 The buffer unit 711 temporarily stores the reflectance spectrum R (λ) output from the spectroscopic measurement unit 60 (FIG. 1) under the condition of the incident angle φ 0 = 0. More specifically, since the reflectance value is output from the spectroscopic measurement unit 60 for each predetermined wavelength resolution, the buffer unit 711 stores the wavelength and the reflectance at that wavelength in association with each other.

極値抽出部７２１は、バッファ部７１１に格納された反射率スペクトルＲ（λ）に現れる極値（ピーク位置およびバレイ位置）およびその極値に対応する波長λを抽出する。極値抽出部７２１は、離散的に測定される反射率スペクトルＲ（λ）のデータに対して、シンプレックス法などを用いてデータ補間した上で極値を抽出することが好ましい。そして、極値抽出部７２１は、抽出した極値に対応する波長λの逆数である波数１／λを順次取得する。さらに、極値抽出部７２１は、抽出した波数１／λをその値が小さい順に並べ替えた上で、次数Ｎを順次割当てる。最終的に、極値抽出部７２１は、この次数Ｎと波数１／λとを対応付けてバッファ部７３１へ出力する。   The extreme value extraction unit 721 extracts an extreme value (peak position and valley position) appearing in the reflectance spectrum R (λ) stored in the buffer unit 711 and a wavelength λ corresponding to the extreme value. It is preferable that the extreme value extraction unit 721 extracts the extreme value after performing data interpolation on the data of the reflectance spectrum R (λ) measured discretely using a simplex method or the like. Then, the extreme value extraction unit 721 sequentially acquires the wave number 1 / λ that is the reciprocal of the wavelength λ corresponding to the extracted extreme value. Further, the extreme value extraction unit 721 rearranges the extracted wave numbers 1 / λ in ascending order of values, and sequentially assigns orders N. Finally, the extremum extraction unit 721 associates the order N with the wave number 1 / λ and outputs it to the buffer unit 731.

バッファ部７３１は、極値抽出部７２１から順次出力される次数Ｎと波数１／λとを対応付けて格納する。すなわち、バッファ部７３１には、極値に対応する波数１／λについての次数Ｎの変化特性Ｎ（１／λ）が格納される。   The buffer unit 731 stores the order N and the wave number 1 / λ sequentially output from the extreme value extraction unit 721 in association with each other. That is, the buffer unit 731 stores the change characteristic N (1 / λ) of the order N with respect to the wave number 1 / λ corresponding to the extreme value.

バッファ部７１２は、入射角φ０＝θの条件下において分光測定部６０（図１）から出力される反射率スペクトルＲ（λ）を一時的に格納する。より具体的には、分光測定部６０からは所定の波長分解能毎に反射率の値が出力されるので、バッファ部７１２は、波長とその波長における反射率とを対応付けて格納する。 The buffer unit 712 temporarily stores the reflectance spectrum R (λ) output from the spectroscopic measurement unit 60 (FIG. 1) under the condition of the incident angle φ 0 = θ. More specifically, since the reflectance value is output from the spectroscopic measurement unit 60 for each predetermined wavelength resolution, the buffer unit 712 stores the wavelength and the reflectance at that wavelength in association with each other.

極値抽出部７２２は、極値抽出部７２１と同様に、バッファ部７１２に格納された反射率スペクトルＲ（λ）に現れる極値（ピーク位置およびバレイ位置）およびその極値に対応する波長λを抽出する。そして、極値抽出部７２１は、抽出した波長λの逆数である波数１／λをその値が小さい順に並べ替えた上で次数Ｎを順次割当て、この次数Ｎと波数１／λとを対応付けてバッファ部７３２へ出力する。   Similar to the extreme value extraction unit 721, the extreme value extraction unit 722 has an extreme value (peak position and valley position) appearing in the reflectance spectrum R (λ) stored in the buffer unit 712 and a wavelength λ corresponding to the extreme value. To extract. Then, the extreme value extraction unit 721 rearranges the wave number 1 / λ, which is the reciprocal of the extracted wavelength λ, in order from the smallest value and sequentially assigns the order N, and associates the order N with the wave number 1 / λ. Output to the buffer unit 732.

バッファ部７３２は、極値抽出部７２２から順次出力される次数Ｎと波数１／λとを対応付けて格納する。   The buffer unit 732 stores the order N and the wave number 1 / λ sequentially output from the extreme value extraction unit 722 in association with each other.

フィッティング部７４１は、バッファ部７３１に格納される変化特性Ｎ（１／λ）に対して、上述のパラメータＡ，Ｂ，Ｃ，ｍ０を決定するためにフィッティング処理を実行する。そして、フィッティング部７４１は、決定したパラメータＡ，Ｂ，Ｃ，ｍ０をＤ１算出部７５０へ出力する。 The fitting unit 741 performs a fitting process on the change characteristic N (1 / λ) stored in the buffer unit 731 in order to determine the parameters A, B, C, and m 0 described above. Then, the fitting unit 741 outputs the determined parameters A, B, C, m 0 to the D 1 calculating unit 750.

Ｄ１算出部７５０は、フィッティング部７４１で決定されたパラメータＡ，Ｂ，Ｃ，ｍ０に基づいて、薄膜の各波長λにおけるＤ１を順次算出する。そして、Ｄ１算出部７５０は、算出した各波長λにおけるＤ１をフィッティング部７４２および屈折率算出部７６０へそれぞれ出力する。 The D 1 calculation unit 750 sequentially calculates D 1 at each wavelength λ of the thin film based on the parameters A, B, C, and m 0 determined by the fitting unit 741. Then, D 1 calculating unit 750, and outputs the D 1 at each wavelength λ calculated to fitting portion 742 and the refractive index calculator 760.

フィッティング部７４２は、Ｄ１算出部７５０で算出された各波長λにおけるＤ１を用いて、バッファ部７３２に格納される変化特性Ｎ（１／λ）に対して、膜厚ｄ１を決定するためにフィッティング処理を実行する。そして、フィッティング部７４２は、決定した膜厚ｄ１を屈折率算出部７６０へ出力するとともに、その値を測定対象の試料の膜厚として出力する。 Fitting unit 742, using D 1 at each wavelength lambda calculated by D 1 calculator 750, to changes characteristic N which is stored in the buffer section 732 (1 / λ), determines the film thickness d 1 Therefore, the fitting process is executed. The fitting unit 742 outputs the determined film thickness d 1 to the refractive index calculation unit 760 and outputs the value as the film thickness of the sample to be measured.

屈折率算出部７６０は、Ｄ１算出部７５０で算出された各波長λにおけるＤ１と、フィッティング部７４２で決定された膜厚ｄ１とに基づいて、波長別の屈折率ｎ１（λ）を順次算出する。そして、屈折率算出部７６０は、この算出した特性値を測定対象の試料の屈折率として出力する。 The refractive index calculation unit 760 uses the refractive index n 1 (λ) for each wavelength based on D 1 at each wavelength λ calculated by the D 1 calculation unit 750 and the film thickness d 1 determined by the fitting unit 742. Are calculated sequentially. Then, the refractive index calculation unit 760 outputs the calculated characteristic value as the refractive index of the sample to be measured.

フィッティング部７４２および屈折率算出部７６０が算出する測定結果は、ユーザや図示しない上位のコンピュータなどへ出力される。   The measurement results calculated by the fitting unit 742 and the refractive index calculation unit 760 are output to a user, a host computer (not shown), or the like.

図７に示す制御構造と本願発明との対応関係については、極値抽出部７２１および極値抽出部７２２が「抽出手段」に対応し、フィッティング部７４１およびフィッティング部７４２が「パラメータ決定手段」に対応する。   Regarding the correspondence relationship between the control structure shown in FIG. 7 and the present invention, the extreme value extraction unit 721 and the extreme value extraction unit 722 correspond to “extraction means”, and the fitting unit 741 and the fitting unit 742 become “parameter determination means”. Correspond.

（処理手順）
図８は、この発明の実施の形態に従う膜厚特性値取得に係る処理手順を示すフローチャートである。 (Processing procedure)
FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure for obtaining a film thickness characteristic value according to the embodiment of the present invention.

図８を参照して、まず、ユーザは、測定対象の試料をステージ５０（図１）上に配置するとともに、当該試料への入射角φ０を実質的に０°に設定する（ステップＳ１００）。ここで、観察用光源２２からは観察光の照射が開始され、ユーザは、表示部３９に表示される観察用カメラ３８で撮影された反射像を参照しながら、可動機構５２にステージ位置指令を与えて、測定領域の調整や焦点合わせを行なう（ステップＳ１０２）。 Referring to FIG. 8, first, the user places the sample to be measured on stage 50 (FIG. 1), and sets incident angle φ 0 to the sample to substantially 0 ° (step S100). . Here, irradiation of observation light is started from the observation light source 22, and the user gives a stage position command to the movable mechanism 52 while referring to the reflection image taken by the observation camera 38 displayed on the display unit 39. Then, adjustment of the measurement region and focus adjustment are performed (step S102).

測定領域の調整や焦点合わせが完了すると、ユーザが測定開始指令を与える。すると、測定用光源１０から測定光の発生が開始され、分光測定部６０は、試料からの反射光から取得される反射率スペクトルをデータ処理部７０へ出力する（ステップＳ１０４）。   When adjustment of the measurement area and focusing are completed, the user gives a measurement start command. Then, generation of measurement light from the measurement light source 10 is started, and the spectroscopic measurement unit 60 outputs a reflectance spectrum acquired from reflected light from the sample to the data processing unit 70 (step S104).

データ処理部７０のＣＰＵ２００は、分光測定部６０からの反射率スペクトルをメモリ部２１２などに一時的に格納する（ステップＳ１０６）。そして、ＣＰＵ２００は、格納された反射率スペクトルに現れる極値（ピーク位置およびバレイ位置）およびその極値に対応する波長を抽出する（ステップＳ１０８）。このとき、ＣＰＵ２００は、離散的に測定される反射率スペクトルのデータに対して、シンプレックス法などを用いてデータ補間を行なう。さらに、ＣＰＵ２００は、抽出した波長λの逆数をその値が小さい順に並べ替えた上で次数Ｎを順次割当てて、波長λの逆数である波数１／λについての次数Ｎの変化特性Ｎ（１／λ）を生成する（ステップＳ１１０）。   The CPU 200 of the data processing unit 70 temporarily stores the reflectance spectrum from the spectroscopic measurement unit 60 in the memory unit 212 or the like (step S106). Then, CPU 200 extracts extreme values (peak position and valley position) appearing in the stored reflectance spectrum and wavelengths corresponding to the extreme values (step S108). At this time, the CPU 200 performs data interpolation on the reflectance spectrum data measured discretely using a simplex method or the like. Further, the CPU 200 rearranges the reciprocal of the extracted wavelength λ in ascending order and assigns the order N in order, and the change characteristic N of the order N with respect to the wave number 1 / λ that is the reciprocal of the wavelength λ (1 / (λ) is generated (step S110).

続いて、ユーザは、試料への入射角φ０を非ゼロのθに変更する（ステップＳ１１２）。この入射角の変更が完了すると、ユーザが測定開始指令を与える。すると、測定用光源１０から測定光の発生が開始され、分光測定部６０は、試料からの反射光から取得される反射率スペクトルをデータ処理部７０へ出力する（ステップＳ１１４）。 Then, the user changes the incident angle phi 0 to sample nonzero theta (step S112). When the change of the incident angle is completed, the user gives a measurement start command. Then, generation of measurement light from the measurement light source 10 is started, and the spectroscopic measurement unit 60 outputs a reflectance spectrum acquired from reflected light from the sample to the data processing unit 70 (step S114).

データ処理部７０のＣＰＵ２００は、分光測定部６０からの反射率スペクトルをメモリ部２１２などに一時的に格納する（ステップＳ１１６）。そして、ＣＰＵ２００は、格納された反射率スペクトルに現れる極値（ピーク位置およびバレイ位置）およびその極値に対応する波長を抽出する（ステップＳ１１８）。このとき、ＣＰＵ２００は、離散的に測定される反射率スペクトルのデータに対して、シンプレックス法などを用いてデータ補間を行なう。さらに、ＣＰＵ２００は、抽出した波長λの逆数である波数をその値が小さい順に並べ替えた上で次数Ｎを順次割当てて、波数１／λについての次数Ｎの変化特性Ｎ（１／λ）を生成する（ステップＳ１２０）。   The CPU 200 of the data processing unit 70 temporarily stores the reflectance spectrum from the spectroscopic measurement unit 60 in the memory unit 212 or the like (step S116). Then, CPU 200 extracts extreme values (peak position and valley position) appearing in the stored reflectance spectrum and wavelengths corresponding to the extreme values (step S118). At this time, the CPU 200 performs data interpolation on the reflectance spectrum data measured discretely using a simplex method or the like. Further, the CPU 200 rearranges the wave numbers, which are the reciprocals of the extracted wavelength λ, in order of increasing values, and then assigns the order N in order, and changes the change characteristic N (1 / λ) of the order N with respect to the wave number 1 / λ. Generate (step S120).

上述のスペクトルの測定処理が完了すると、ＣＰＵ２００は、生成した波数１／λについての次数Ｎの変化特性Ｎ（１／λ）に基づいて、膜の特性を示すモデル式のパラメータをフィッティングにより決定する。   When the above-described spectrum measurement processing is completed, the CPU 200 determines the parameters of the model equation indicating the film characteristics by fitting based on the change characteristic N (1 / λ) of the order N with respect to the generated wave number 1 / λ. .

具体的には、ＣＰＵ２００は、ステップＳ１１０において生成した、入射角φ０＝０°における変化特性Ｎ（１／λ）に対して、パラメータＡ，Ｂ，Ｃ，ｍ０を決定するためにフィッティング処理を実行する（ステップＳ１２２）。さらに、ＣＰＵ２００は、ステップＳ１２２のフィッティング処理によって決定したパラメータＡ，Ｂ，Ｃ，ｍ０に基づいて、薄膜の各波長λにおけるＤ１を順次算出する（ステップＳ１２４）。 Specifically, the CPU 200 performs the fitting process to determine the parameters A, B, C, and m 0 with respect to the change characteristic N (1 / λ) at the incident angle φ 0 = 0 ° generated in step S110. Is executed (step S122). Further, the CPU 200 sequentially calculates D 1 at each wavelength λ of the thin film based on the parameters A, B, C, m 0 determined by the fitting process in step S122 (step S124).

続いて、ＣＰＵ２００は、ステップＳ１２４において算出した各波長λにおけるＤ１を用いて、ステップＳ１２０において生成した、入射角φ０＝θにおける変化特性Ｎ（１／λ）に対して、膜厚ｄ１を決定するためにフィッティング処理を実行する（ステップＳ１２６）。 Subsequently, the CPU 200 uses the D 1 at each wavelength λ calculated in step S124, and the film thickness d 1 with respect to the change characteristic N (1 / λ) at the incident angle φ 0 = θ generated in step S120. To determine the fitting process (step S126).

さらに、ＣＰＵ２００は、ステップＳ１２４において算出した各波長λにおけるＤ１と、ステップＳ１２６において決定した膜厚ｄ１とに基づいて、波長別の屈折率ｎ１（λ）を算出する（ステップＳ１２８）。最終的に、ＣＰＵ２００は、ステップＳ１２６において決定した膜厚ｄ１およびステップＳ１２８において算出した波長別の屈折率ｎ１（λ）を、ディスプレイ部２０４やインターフェイス部２０６を介して図示しない上位のコンピュータなどへ出力する（ステップＳ１３０）。 Furthermore, the CPU 200 calculates the refractive index n 1 (λ) for each wavelength based on D 1 at each wavelength λ calculated in step S124 and the film thickness d 1 determined in step S126 (step S128). Finally, the CPU 200 determines the film thickness d 1 determined in step S126 and the refractive index n 1 (λ) for each wavelength calculated in step S128 via a display unit 204 or an interface unit 206, such as a host computer not shown. (Step S130).

以上のような一連の処理に従って、対象とする薄膜試料の光学特性を取得できる。
（層構造同定処理）
反射率スペクトルをフーリエ変換して得られるパワースペクトルには、薄膜試料の層構造に応じたピークが現れる。しかしながら、算出されるパワースペクトルは、その算出過程において、各種のフィルタ処理・打ち切り処理・アポダイゼーション（apodization）処理といった前処理や、ベースラインの設定に伴うＤＣオフセットピークといった擬似ピークの発生の影響を受ける。また、層間の間にも光学的な現象が生じ得る。そのため、パワースペクトルには、１つの層から１つのピークが現れるわけではなく、層の組合せに応じた複数のピークが出現する。そのため、層構造が予め既知の場合であっても、パワースペクトルに現れるピークがいずれの層の干渉に起因するものであるかをスペクトルの形状だけで判断することは困難な場合が多い。ましてや層構造が未知の場合には、スペクトルの形状から層構造を特定することは困難である。 According to a series of processes as described above, the optical characteristics of the target thin film sample can be acquired.
(Layer structure identification process)
In the power spectrum obtained by Fourier transforming the reflectance spectrum, a peak corresponding to the layer structure of the thin film sample appears. However, in the calculation process, the calculated power spectrum is affected by the generation of pseudo-peaks such as pre-processing such as various filter processing, truncation processing, and apodization processing, and DC offset peak associated with the baseline setting. . Also, an optical phenomenon can occur between the layers. Therefore, in the power spectrum, one peak does not appear from one layer, but a plurality of peaks appear according to the combination of layers. For this reason, even when the layer structure is known in advance, it is often difficult to determine from which spectrum the peak that appears in the power spectrum is due to the interference of which layer. If the layer structure is unknown, it is difficult to identify the layer structure from the shape of the spectrum.

そこで、本実施の形態に従う光学特性測定装置は、対象とする試料の層構造を同定する機能を備える。この層構造を同定する機能は、代表的にデータ処理部７０に実装される。具体的には、予め規定された複数の層構造のうち所定数を抽出することで仮想の層構造を設定して、この仮想の層構造から反射率スペクトル（理論値）を計算し、さらにこの反射率スペクトルをフーリエ変換してパワースペクトルを算出する。同時に、実測値の反射率スペクトルから同じ処理手順でフーリエ変換してパワースペクトルを算出する。そして、これらのパワースペクトルの間で相関係数を算出し、この算出された相関係数に基づいて、仮想の層構造を順次変更していき、最も相関係数が高くなった組合せをその試料における層構造として決定する。   Therefore, the optical property measurement apparatus according to the present embodiment has a function of identifying the layer structure of the target sample. The function of identifying this layer structure is typically implemented in the data processing unit 70. Specifically, a virtual layer structure is set by extracting a predetermined number from a plurality of predefined layer structures, and a reflectance spectrum (theoretical value) is calculated from the virtual layer structure. The power spectrum is calculated by Fourier transforming the reflectance spectrum. At the same time, a power spectrum is calculated from the reflectance spectrum of the actually measured value by Fourier transform in the same processing procedure. Then, a correlation coefficient is calculated between these power spectra, and the virtual layer structure is sequentially changed based on the calculated correlation coefficient, and the combination with the highest correlation coefficient is selected as the sample. Determined as the layer structure.

図９は、この発明の実施の形態に従う層構造同定処理を実現するための制御構造を示すブロック図である。図９に示すブロック図は、ＣＰＵ２００がハードディスク部２１０などの予め格納されたプログラムをメモリ部２１２などに読み出して実行することで実現される。   FIG. 9 is a block diagram showing a control structure for realizing the layer structure identification process according to the embodiment of the present invention. The block diagram shown in FIG. 9 is realized by the CPU 200 reading a program stored in advance such as the hard disk unit 210 into the memory unit 212 and executing the program.

図９を参照して、データ処理部７０は、層構造データベース３００と、組合せ部３０４と、反射率算出部３０６と、理論スペクトル算出部３０８と、パワースペクトル算出部３１０，３２０と、バッファ部３１８と、相関係数算出部３３０と、層構造決定部３３２とをその機能として含む。   Referring to FIG. 9, the data processing unit 70 includes a layer structure database 300, a combination unit 304, a reflectance calculation unit 306, a theoretical spectrum calculation unit 308, power spectrum calculation units 310 and 320, and a buffer unit 318. And a correlation coefficient calculation unit 330 and a layer structure determination unit 332 as functions thereof.

層構造データベース３００は、複数の層構造情報３０２を予め格納する。この層構造情報３０２の各々は、各層について、少なくとも屈折率および膜厚の情報を含む。この層構造情報は、上述の膜厚測定処理によって算出された膜厚や既知の屈折率などに基づいて、ユーザが任意に設定することができる。   The layer structure database 300 stores a plurality of layer structure information 302 in advance. Each of the layer structure information 302 includes at least information of refractive index and film thickness for each layer. The layer structure information can be arbitrarily set by the user based on the film thickness calculated by the above-described film thickness measurement process, the known refractive index, and the like.

組合せ部３０４は、層構造データベース３００に格納される複数の層構造情報３０２のうち、所定数の層構造情報３０２を組合せて、候補となる層構造を選択する。なお、組合せ部３０４が組合せる層の数については、予めユーザが設定するようにしてもよい。   The combination unit 304 selects a candidate layer structure by combining a predetermined number of layer structure information 302 among the plurality of layer structure information 302 stored in the layer structure database 300. Note that the number of layers to be combined by the combining unit 304 may be set in advance by the user.

反射率算出部３０６は、組合せ部３０４によって組合せられた候補に対応する層構造情報（膜厚および屈折率）に基づいて、当該層構造における反射率を解析的に算出する。なお、反射率に代えて透過率を算出してもよい。   Based on the layer structure information (film thickness and refractive index) corresponding to the candidates combined by the combination unit 304, the reflectance calculation unit 306 analytically calculates the reflectance in the layer structure. Note that the transmittance may be calculated instead of the reflectance.

この反射率（あるいは、屈折率）の算出については、上述したように、隣接する層界面におけるフレネル係数の計算、および各層の干渉による位相角の計算を順次行ない、薄膜内において無限に反射が繰返されるとして、無限等比級数の収束値（の２乗）として反射率（または、透過率）を解析的に計算できる。   In calculating the reflectivity (or refractive index), as described above, the Fresnel coefficient at the adjacent layer interface and the phase angle due to interference of each layer are sequentially calculated, and reflection is repeated infinitely within the thin film. As a result, the reflectance (or transmittance) can be analytically calculated as the convergence value (square) of an infinite geometric series.

理論スペクトル算出部３０８は、反射率算出部３０６によって算出された候補となる層構造の反射率の演算式に基づいて、各波長における強度値を順次算出して、候補となる層構造における反射率スペクトル（理論値）を算出する。なお、この反射率スペクトルの波長分解能は、測定される反射率スペクトルの分解能と同程度とすることが好ましい。   The theoretical spectrum calculation unit 308 sequentially calculates the intensity value at each wavelength based on the calculation formula of the reflectance of the candidate layer structure calculated by the reflectance calculation unit 306, and reflects the reflectance in the candidate layer structure. A spectrum (theoretical value) is calculated. The wavelength resolution of the reflectance spectrum is preferably about the same as the resolution of the reflectance spectrum to be measured.

パワースペクトル算出部３１０は、理論スペクトル算出部３０８で算出される反射率スペクトル（理論値）をフーリエ変換してパワースペクトル（理論値）を算出する。   The power spectrum calculation unit 310 performs Fourier transform on the reflectance spectrum (theoretical value) calculated by the theoretical spectrum calculation unit 308 to calculate a power spectrum (theoretical value).

一方、バッファ部３１８は、分光測定部６０で実測された反射率スペクトルを一時的に格納する。そして、パワースペクトル算出部３２０は、この反射率スペクトル（実測値）を上述したパワースペクトル算出部３１０と同一のパワースペクトル算出処理によって、パワースペクトル（実測値）を算出する。   On the other hand, the buffer unit 318 temporarily stores the reflectance spectrum actually measured by the spectroscopic measurement unit 60. Then, the power spectrum calculation unit 320 calculates the power spectrum (measured value) from the reflectance spectrum (measured value) by the same power spectrum calculation process as that of the power spectrum calculation unit 310 described above.

相関係数算出部３３０は、パワースペクトル算出部３１０によって算出されたパワースペクトル（理論値）と、パワースペクトル算出部３２０によって算出されたパワースペクトル（実測値）との間で相関係数を算出する。このような相関係数の算出の一例としては、パワースペクトル（実測値）をＲｍ（Ｋ）とし、パワースペクトル（理論値）をＲｃ（Ｋ）とすると、２つのパワースペクトルの相互相関関数Ｃｍｃ＝＜Ｒｍ（Ｋ）Ｒｃ（Ｋ＋κ）＞に従って算出することができる。あるいは、Pearsonの線形相関係数を算出してもよい。 The correlation coefficient calculation unit 330 calculates a correlation coefficient between the power spectrum (theoretical value) calculated by the power spectrum calculation unit 310 and the power spectrum (actual measurement value) calculated by the power spectrum calculation unit 320. . As an example of calculation of such a correlation coefficient, when the power spectrum (actual value) is R m (K) and the power spectrum (theoretical value) is R c (K), the cross-correlation function of the two power spectra It can be calculated according to C mc = <R m (K) R c (K + κ)>. Alternatively, Pearson's linear correlation coefficient may be calculated.

層構造決定部３３２は、相関係数算出部３３０によって算出された相関係数とそのときの候補となる層構造とを対応付けて格納し、すべての組合せについての相関係数の算出が完了した後に、最も相関係数が高い組合せをその試料における層構造として決定する。   The layer structure determination unit 332 stores the correlation coefficient calculated by the correlation coefficient calculation unit 330 in association with the candidate layer structure at that time, and the calculation of correlation coefficients for all combinations is completed. Later, the combination with the highest correlation coefficient is determined as the layer structure in the sample.

図１０は、この発明の実施の形態に従う層構造同定処理に係る処理手順を示すフローチャートである。   FIG. 10 is a flowchart showing a processing procedure related to the layer structure identification processing according to the embodiment of the present invention.

図１０を参照して、まず、ユーザは、図８に示す膜厚測定に係る処理手順のステップＳ１００〜Ｓ１０４と同様の手順に従って、試料からの反射光に基づいて反射率スペクトル（実測値）を取得する（ステップＳ２００）。この反射率スペクトルがデータ処理部７０へ入力されると、データ処理部７０のＣＰＵ２００は、この反射率スペクトルをメモリ部２１２などに一時的に格納する（ステップＳ２０２）。そして、ＣＰＵ２００は、反射率スペクトル（実測値）からパワースペクトルを算出する（ステップＳ２０４）。   Referring to FIG. 10, first, the user follows the procedure similar to steps S100 to S104 in the processing procedure related to the film thickness measurement shown in FIG. 8, and calculates the reflectance spectrum (measured value) based on the reflected light from the sample. Obtain (step S200). When the reflectance spectrum is input to the data processing unit 70, the CPU 200 of the data processing unit 70 temporarily stores the reflectance spectrum in the memory unit 212 or the like (step S202). Then, the CPU 200 calculates a power spectrum from the reflectance spectrum (actually measured value) (step S204).

一方、ＣＰＵ２００は、ハードディスク部２１０（層構造データベース３００）に格納される複数の層構造情報３０２のうち、所定数の層構造情報３０２を組合せて、候補となる層構造を選択する（ステップＳ２０６）。そして、ＣＰＵ２００は、候補となる層構造に対応する層構造情報（膜厚および屈折率）に基づいて、選択した層構造における反射率を解析的に算出する（ステップＳ２０８）。さらに、ＣＰＵ２００は、候補となる層構造の反射率の演算式に基づいて、選択した層構造における反射率スペクトル（理論値）を算出する（ステップＳ２１０）。さらに、ＣＰＵ２００は、反射率スペクトル（理論値）からパワースペクトルを算出する（ステップＳ２１２）。   On the other hand, the CPU 200 selects a candidate layer structure by combining a predetermined number of layer structure information 302 among the plurality of layer structure information 302 stored in the hard disk unit 210 (layer structure database 300) (step S206). . Then, the CPU 200 analytically calculates the reflectance in the selected layer structure based on the layer structure information (film thickness and refractive index) corresponding to the candidate layer structure (step S208). Further, the CPU 200 calculates the reflectance spectrum (theoretical value) in the selected layer structure based on the calculation formula of the reflectance of the candidate layer structure (step S210). Further, the CPU 200 calculates a power spectrum from the reflectance spectrum (theoretical value) (step S212).

その後、ＣＰＵ２００は、パワースペクトル（理論値）と、パワースペクトル（実測値）との間で相関係数を算出し（ステップＳ２１４）、この算出した相関係数と選択されている層構造（組合せ）とを対応付けて、メモリ部２１２などに格納する（ステップＳ２１６）。そして、ＣＰＵ２００は、ハードディスク部２１０（層構造データベース３００）に格納される複数の層構造情報３０２について、未選択の組合せが存在するか否かを判断する（ステップＳ２１８）。未選択の組合せが存在する場合（ステップＳ２１８においてＹＥＳ）には、ステップＳ２０６以下の処理が繰返される。   Thereafter, the CPU 200 calculates a correlation coefficient between the power spectrum (theoretical value) and the power spectrum (actual measurement value) (step S214), and the calculated correlation coefficient and the selected layer structure (combination). Are associated with each other and stored in the memory unit 212 or the like (step S216). Then, the CPU 200 determines whether or not an unselected combination exists for the plurality of layer structure information 302 stored in the hard disk unit 210 (layer structure database 300) (step S218). If there is an unselected combination (YES in step S218), the processes in and after step S206 are repeated.

これに対して、未選択の組合せが存在しない場合（ステップＳ２１８においてＮＯ）には、ＣＰＵ２００は、メモリ部２１２に格納した相関係数のうち、最も高いものに対応する層構造を対象となる試料における層構造に決定する（ステップＳ２２０）。そして、ＣＰＵ２００は、決定した層構造をディスプレイ部２０４やインターフェイス部２０６を介して図示しない上位のコンピュータなどへ出力する（ステップＳ２２２）。   On the other hand, when there is no unselected combination (NO in step S218), the CPU 200 targets the layer structure corresponding to the highest one of the correlation coefficients stored in the memory unit 212. The layer structure is determined at (step S220). Then, the CPU 200 outputs the determined layer structure to an upper computer (not shown) or the like via the display unit 204 or the interface unit 206 (step S222).

以上のような一連の処理に従って、層構造の同定ができる。
図１１は、任意の試料に対して測定された反射率スペクトルを示す測定例である。 The layer structure can be identified according to the series of processes as described above.
FIG. 11 is a measurement example showing a reflectance spectrum measured for an arbitrary sample.

図１２は、この発明の実施の形態に従う層構造同定処理を用いて図１１に示す反射率スペクトルに対して同定した結果の一例を示す図である。   FIG. 12 is a diagram showing an example of the result of identification for the reflectance spectrum shown in FIG. 11 using the layer structure identification processing according to the embodiment of the present invention.

図１１および図１２に示すように、本実施の形態に従う層構造同定処理によれば、薄膜試料の膜構造を高精度に同定することができる。   As shown in FIGS. 11 and 12, according to the layer structure identification process according to the present embodiment, the film structure of the thin film sample can be identified with high accuracy.

この発明の実施の形態によれば、反射率や透過率の強度の情報を用いる代わりに、反射率スペクトル（あるいは、透過率スペクトル）に現れる極値（ピークおよびバレイ）の波長位置に基づいて膜厚および屈折率などの光学特性を測定する。すなわち、本実施の形態によれば、スペクトルに現れる極値の波長位置のみを正確に求めることができれば、膜厚および屈折率を測定できるので、測定系や演算処理過程における不完全さに起因する反射強度または透過強度の変調による影響を受けることなく、これらの光学特性を正確に測定することができる。   According to the embodiment of the present invention, instead of using information on the intensity of reflectance or transmittance, the film is based on the wavelength position of the extreme value (peak and valley) appearing in the reflectance spectrum (or transmittance spectrum). Measure optical properties such as thickness and refractive index. That is, according to the present embodiment, if only the extreme wavelength position appearing in the spectrum can be accurately obtained, the film thickness and the refractive index can be measured. These optical properties can be accurately measured without being affected by the modulation of reflection intensity or transmission intensity.

また、この発明の実施の形態によれば、予め定められた複数の層構造情報から候補となる層構造を順次選択した上で、この候補となる層構造における反射率スペクトル（理論値）を算出し、さらにこの反射率スペクトルからパワースペクトル（理論値）を算出する。そして、実際に測定された反射率スペクトルから算出されるパワースペクトル（実測値）とパワースペクトル（理論値）との相関係数に基づいて、最も確からしい層構造が決定される。これにより、多数の層が積層された薄膜試料であっても、その層構造をより正確に特定できる。   Further, according to the embodiment of the present invention, a candidate layer structure is sequentially selected from a plurality of predetermined layer structure information, and a reflectance spectrum (theoretical value) in the candidate layer structure is calculated. Further, a power spectrum (theoretical value) is calculated from the reflectance spectrum. The most probable layer structure is determined based on the correlation coefficient between the power spectrum (measured value) calculated from the actually measured reflectance spectrum and the power spectrum (theoretical value). Thereby, even if it is a thin film sample on which many layers were laminated | stacked, the layer structure can be pinpointed more correctly.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

この発明の実施の形態に従う光学特性測定装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the optical characteristic measuring apparatus according to embodiment of this invention. 代表的な薄膜試料の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of a typical thin film sample. 同一の試料に対して入射角φ０＝０°および入射角φ０＝７０°について測定された反射率スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the reflectance spectrum measured about incident angle (phi) 0 = 0 degree and incident angle (phi) 0 = 70 degree with respect to the same sample. 図３に示す反射率スペクトルから抽出された次数Ｎと波数１／λとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the order N extracted from the reflectance spectrum shown in FIG. 3, and wave number 1 / (lambda). 図４に示す関係から本実施の形態に従う方法を用いて測定された屈折率を示す図である。It is a figure which shows the refractive index measured using the method according to this Embodiment from the relationship shown in FIG. この発明の実施の形態に従うデータ処理部の概略のハードウェア構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the schematic hardware constitutions of the data processing part according to embodiment of this invention. この発明の実施の形態に従う薄膜特性値取得処理を実現するための制御構造を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control structure for implement | achieving the thin film characteristic value acquisition process according to embodiment of this invention. この発明の実施の形態に従う膜厚特性値取得に係る処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence which concerns on the film thickness characteristic value acquisition according to embodiment of this invention. この発明の実施の形態に従う層構造同定処理を実現するための制御構造を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control structure for implement | achieving the layer structure identification process according to embodiment of this invention. この発明の実施の形態に従う層構造同定処理に係る処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence which concerns on the layer structure identification process according to embodiment of this invention. 任意の試料に対して測定された反射率スペクトルを示す測定例である。It is a measurement example which shows the reflectance spectrum measured with respect to arbitrary samples. この発明の実施の形態に従う層構造同定処理を用いて図１１に示す反射率スペクトルに対して同定した結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the result identified with respect to the reflectance spectrum shown in FIG. 11 using the layer structure identification process according to embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 測定用光源、１２ コリメートレンズ、１４，６６ カットフィルタ、１６，３６ 結像レンズ、１８ しぼり部、２０，３０ ビームスプリッタ、２２ 観察用光源、２４ 光ファイバ、２６ 出射部、２６ａ マスク部、３２ ピンホールミラー、３２ａ ピンホール、３４ 軸変換ミラー、３８ 観察用カメラ、３９ 表示部、４０ 対物レンズ、５０ ステージ、５２ 可動機構、６０ 分光測定部、６２ 回折格子、６４ 検出部、６８ シャッタ、７０ データ処理部、１００ 光学特性測定装置、２０４ ディスプレイ部、２０６ インターフェイス部、２０８ 入力部、２１０ ハードディスク部（ＨＤＤ）、２１２ メモリ部、２１４ ＣＤ−ＲＯＭドライブ、２１４ａ ＣＤ−ＲＯＭ、２１６ ＦＤＤドライブ、２１６ａ フレキシブルディスク、３００ 層構造データベース、３０２ 層構造情報、３０４ 組合せ部、３０６ 反射率算出部、３０８ 理論スペクトル算出部、３１０，３２０ パワースペクトル算出部、３３０ 相関係数算出部、３３２ 層構造決定部、３１８，７１１，７１２，７３１，７３２ バッファ部、７２１，７２２ 極値抽出部、７４１，７４２ フィッティング部、７５０ Ｄ１算出部、７６０ 屈折率算出部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Measurement light source, 12 Collimate lens, 14,66 Cut filter, 16,36 Imaging lens, 18 Focusing part, 20, 30 Beam splitter, 22 Observation light source, 24 Optical fiber, 26 Output part, 26a Mask part, 32 Pinhole mirror, 32a Pinhole, 34 axis conversion mirror, 38 Observation camera, 39 Display unit, 40 Objective lens, 50 Stage, 52 Movable mechanism, 60 Spectrometer, 62 Diffraction grating, 64 Detector, 68 Shutter, 70 Data processing unit, 100 optical characteristic measuring device, 204 display unit, 206 interface unit, 208 input unit, 210 hard disk unit (HDD), 212 memory unit, 214 CD-ROM drive, 214a CD-ROM, 216 FDD drive, 216a flexible Disc, 300 layer structure Database, 302 layer structure information, 304 combination unit, 306 reflectance calculation unit, 308 theoretical spectrum calculation unit, 310, 320 power spectrum calculation unit, 330 correlation coefficient calculation unit, 332 layer structure determination unit, 318, 711, 712 731, 732 Buffer unit, 721, 722 Extreme value extraction unit, 741, 742 Fitting unit, 750 D 1 calculation unit, 760 Refractive index calculation unit.

Claims (7)

基板上に少なくとも１つの膜が形成された試料に対して所定の波長範囲をもつ測定光を照射する光源と、
前記試料で反射された光または前記試料を透過した光に基づいて、反射率または透過率の波長分布特性を取得する分光部と、
前記測定光が、非ゼロの値を含む少なくとも１つの入射角で前記試料へ入射する場合に取得される少なくとも１つの波長分布特性に対して、極値およびその極値に対応する波数を順次抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって順次抽出された波数の変化特性に基づいて、前記膜の特性を示すモデル式のパラメータをフィッティングにより決定するパラメータ決定手段と、
前記パラメータ決定手段によって決定されたパラメータから前記試料における光学特性を算出する光学特性算出手段とを備える、光学特性測定装置。 A light source that emits measurement light having a predetermined wavelength range to a sample having at least one film formed on a substrate;
A spectroscopic unit that acquires reflectance or transmittance wavelength distribution characteristics based on light reflected by the sample or light transmitted through the sample;
For at least one wavelength distribution characteristic acquired when the measurement light is incident on the sample at at least one incident angle including a non-zero value, an extreme value and a wave number corresponding to the extreme value are sequentially extracted. Extraction means to
Parameter determining means for determining, by fitting, parameters of a model formula indicating the characteristics of the film, based on the wave number change characteristics sequentially extracted by the extracting means;
An optical characteristic measuring apparatus comprising: an optical characteristic calculating unit that calculates an optical characteristic of the sample from the parameter determined by the parameter determining unit. 前記波長分布特性は、前記試料で反射された光に基づいて取得される反射率の波長分布特性であり、
前記波数の変化特性は、抽出された複数の波数と、前記複数の波数の各々に付された次数との対応関係であり、
前記モデル式は、以下に示す次数Ｎについての式である、
Figure 2009097857
 請求項１に記載の光学特性測定装置。 The wavelength distribution characteristic is a reflectance wavelength distribution characteristic acquired based on light reflected by the sample,
The change characteristic of the wave number is a correspondence relationship between the extracted plurality of wave numbers and the orders given to each of the plurality of wave numbers,
The model formula is a formula for the order N shown below.
Figure 2009097857
 The optical property measuring apparatus according to claim 1. 前記次数は、抽出された複数の波数に対してその値の昇順に割当てられる、請求項２に記載の光学特性測定装置。   The optical characteristic measuring apparatus according to claim 2, wherein the order is assigned to the extracted plurality of wave numbers in ascending order of values. 前記膜の屈折率波長分散モデル式ｎ１（λ）は、以下に示す式である、
Figure 2009097857
 請求項２または３に記載の光学特性測定装置。 The refractive index wavelength dispersion model equation n 1 (λ) of the film is an equation shown below.
Figure 2009097857
 The optical property measuring device according to claim 2 or 3. 前記抽出手段は、
前記測定光が、実質的にゼロの入射角で前記試料へ入射する場合に取得される第１波長分布特性に対して、極値およびその極値に対応する波数を順次抽出する第１極値抽出手段と、
前記測定光が、非ゼロの入射角で前記試料へ入射する場合に取得される第２波長分布特性に対して、極値およびその極値に対応する波数を順次抽出する第２極値抽出手段とを含み、
前記パラメータ決定手段は、
前記第１極値抽出手段によって順次抽出された波数の変化特性に基づいて、前記モデル式に含まれるパラメータの一部のパラメータをフィッティングにより決定する第１フィッティング手段と、
前記第２極値抽出手段によって順次抽出された波数の変化特性に基づいて、前記モデル式に含まれるパラメータのうち、前記第１フィッティング手段によって決定されたパラメータを除いた残りのパラメータをフィッティングにより決定する第２フィッティング手段とを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。 The extraction means includes
A first extreme value for sequentially extracting an extreme value and a wave number corresponding to the extreme value with respect to the first wavelength distribution characteristic acquired when the measurement light is incident on the sample at a substantially zero incident angle. Extraction means;
Second extreme value extraction means for sequentially extracting an extreme value and a wave number corresponding to the extreme value with respect to the second wavelength distribution characteristic acquired when the measurement light is incident on the sample at a non-zero incident angle. Including
The parameter determination means includes
First fitting means for determining, by fitting, some parameters included in the model formula based on the wave number variation characteristic sequentially extracted by the first extreme value extracting means;
Based on the wave number variation characteristic sequentially extracted by the second extreme value extracting means, the remaining parameters excluding the parameters determined by the first fitting means among the parameters included in the model formula are determined by fitting. The optical characteristic measuring device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a second fitting means. 少なくとも屈折率および膜厚が規定された層構造情報を複数格納する層構造格納手段と、
複数の前記層構造情報のうち少なくとも１つの層構造情報に基づいて、層構造候補を順次選択する選択手段と、
前記層構造候補に対応する前記層構造情報に基づいて、前記層構造候補における反射率または透過率の波長分布特性を算出する波長分布特性算出手段と、
前記層構造候補の前記波長分布特性から、前記波数特性変換手段および前記周波数変換手段と同一の処理によって周波数変換後の波数分布特性を算出する波数分布特性算出手段と、
実測された前記波長分布特性から算出された周波数変換後の波数分布特性と、前記波数分布特性算出手段によって算出された周波数変換後の波数分布特性との間の相関値を算出する相関値算出手段と、
前記相関値に基づいて、前記選択手段が順次選択する層構造候補のうち実測値に最も近いものを決定する決定手段とをさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。 Layer structure storage means for storing a plurality of layer structure information in which at least the refractive index and the film thickness are defined,
Selection means for sequentially selecting layer structure candidates based on at least one layer structure information among the plurality of layer structure information;
Based on the layer structure information corresponding to the layer structure candidate, wavelength distribution characteristic calculating means for calculating a wavelength distribution characteristic of reflectance or transmittance in the layer structure candidate;
From the wavelength distribution characteristic of the layer structure candidate, a wave number distribution characteristic calculating means for calculating a wave number distribution characteristic after frequency conversion by the same processing as the wave number characteristic converting means and the frequency converting means,
Correlation value calculating means for calculating a correlation value between the wave number distribution characteristic after frequency conversion calculated from the actually measured wavelength distribution characteristic and the wave number distribution characteristic after frequency conversion calculated by the wave number distribution characteristic calculating means. When,
6. The optical characteristic according to claim 1, further comprising: a determination unit that determines a layer structure candidate that is sequentially selected by the selection unit based on the correlation value, and that determines a closest one to an actual measurement value. measuring device. 基板上に少なくとも１つの膜が形成された試料に対して所定の波長範囲をもつ測定光を照射するステップと、
前記試料で反射された光または前記試料を透過した光に基づいて、反射率または透過率の波長分布特性を取得するステップと、
前記測定光が、非ゼロの値を含む少なくとも１つの入射角で前記試料へ入射する場合に取得される少なくとも１つの波長分布特性に対して、極値およびその極値に対応する波数を順次抽出するステップと、
前記抽出するステップにおいて順次抽出された波数の変化特性に基づいて、前記膜の特性を示すモデル式のパラメータをフィッティングにより決定するステップと、
前記決定するステップにおいて決定されたパラメータから前記試料における光学特性を算出するステップとを備える、光学特性測定方法。 Irradiating a sample having at least one film formed on a substrate with measurement light having a predetermined wavelength range;
Obtaining a reflectance or transmittance wavelength distribution characteristic based on light reflected by the sample or transmitted through the sample;
For at least one wavelength distribution characteristic acquired when the measurement light is incident on the sample at at least one incident angle including a non-zero value, an extreme value and a wave number corresponding to the extreme value are sequentially extracted. And steps to
Determining, by fitting, parameters of a model formula indicating the characteristics of the film, based on the wave number variation characteristics sequentially extracted in the extracting step;
Calculating an optical property of the sample from the parameter determined in the determining step.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106248625A (en) * 2016-09-28 2016-12-21 中国计量大学 A kind of hydrogen gas sensor
JP2021165701A (en) * 2020-04-08 2021-10-14 大塚電子株式会社 Optical measurement system, and optical measurement method

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63241321A (en) * 1987-03-28 1988-10-06 Shigeo Minami Spectral analysis of membrane like specimen
JPH0296640A (en) * 1988-10-03 1990-04-09 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Method for measuring dispersion of refractive index and thickness of film
JPH04313006A (en) * 1991-04-10 1992-11-05 Toyobo Co Ltd Film thickness measuring method
JPH0755435A (en) * 1993-08-20 1995-03-03 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Film thickness measuring method for multilayer film sample
JP2003042722A (en) * 2001-08-01 2003-02-13 Toppan Printing Co Ltd Film-thickness measuring method
JP2003121119A (en) * 2001-10-15 2003-04-23 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Film thickness monitoring apparatus and method therefor
JP2003207315A (en) * 2002-01-15 2003-07-25 Hitachi Ltd Film thickness measuring method and device, manufacturing method and device for thin film device using the measuring method and device
JP2004085276A (en) * 2002-08-23 2004-03-18 Shimadzu Corp Film-thickness measuring method and film-thickness measuring apparatus
JP2004286468A (en) * 2003-03-19 2004-10-14 Horiba Ltd Method for analyzing thin film three-layer structure using spectroscopic ellipsometer
JP2005003401A (en) * 2003-06-10 2005-01-06 Shimadzu Corp Film thickness measuring method and film thickness measuring device
JP2005337927A (en) * 2004-05-27 2005-12-08 Hitachi High-Technologies Corp Film thickness measuring method and film thickness measuring instrument
JP2006071381A (en) * 2004-08-31 2006-03-16 Omron Corp Thin film measuring device
JP2006349648A (en) * 2005-06-20 2006-12-28 Toyota Industries Corp Analysis method of organic material used for organic electroluminescence element, analysis method of composite film and analysis method of multilayer film using spectral ellipsometer

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63241321A (en) * 1987-03-28 1988-10-06 Shigeo Minami Spectral analysis of membrane like specimen
JPH0296640A (en) * 1988-10-03 1990-04-09 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Method for measuring dispersion of refractive index and thickness of film
JPH04313006A (en) * 1991-04-10 1992-11-05 Toyobo Co Ltd Film thickness measuring method
JPH0755435A (en) * 1993-08-20 1995-03-03 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Film thickness measuring method for multilayer film sample
JP2003042722A (en) * 2001-08-01 2003-02-13 Toppan Printing Co Ltd Film-thickness measuring method
JP2003121119A (en) * 2001-10-15 2003-04-23 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Film thickness monitoring apparatus and method therefor
JP2003207315A (en) * 2002-01-15 2003-07-25 Hitachi Ltd Film thickness measuring method and device, manufacturing method and device for thin film device using the measuring method and device
JP2004085276A (en) * 2002-08-23 2004-03-18 Shimadzu Corp Film-thickness measuring method and film-thickness measuring apparatus
JP2004286468A (en) * 2003-03-19 2004-10-14 Horiba Ltd Method for analyzing thin film three-layer structure using spectroscopic ellipsometer
JP2005003401A (en) * 2003-06-10 2005-01-06 Shimadzu Corp Film thickness measuring method and film thickness measuring device
JP2005337927A (en) * 2004-05-27 2005-12-08 Hitachi High-Technologies Corp Film thickness measuring method and film thickness measuring instrument
JP2006071381A (en) * 2004-08-31 2006-03-16 Omron Corp Thin film measuring device
JP2006349648A (en) * 2005-06-20 2006-12-28 Toyota Industries Corp Analysis method of organic material used for organic electroluminescence element, analysis method of composite film and analysis method of multilayer film using spectral ellipsometer

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106248625A (en) * 2016-09-28 2016-12-21 中国计量大学 A kind of hydrogen gas sensor
CN106248625B (en) * 2016-09-28 2023-11-21 中国计量大学 Hydrogen sensor
JP2021165701A (en) * 2020-04-08 2021-10-14 大塚電子株式会社 Optical measurement system, and optical measurement method

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