JP6402273B1

JP6402273B1 - 光学測定装置及び光学測定方法

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Publication number: JP6402273B1
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Inventors: 俊輝新家; 史朗川口; 展幸井上
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Abstract

【課題】試料における一方の表面に対して光を照射する光学測定装置において、プローブと試料との間の距離と、試料の膜厚と、を測定する。
【解決手段】本開示の厚み測定装置は、参照面を有する透過光学部材を含み、前記参照面を介して試料に光を照射し、前記参照面からの第１の反射光、前記試料の表面からの第２の反射光、及び前記試料の裏面からの第３の反射光を受光するプローブと、前記第１の反射光と前記第２の反射光により生じる第１の反射干渉光を用いて、前記参照面から前記試料の表面までの第１の距離を算出し、前記第２の反射光と前記第３の反射光により生じる第２の反射干渉光を用いて、前記試料の厚みを算出する演算部と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学測定装置及び光学測定方法に関する。

従来、例えば下記特許文献１においては、試料における一方の表面に対して、プローブから光を照射し、その反射光を分析することによって、試料の膜厚を算出する光学測定装置が開示されている。

特開２００９−９２４５４号公報

しかし、従来の光学測定装置では、プローブと試料との間の距離が計測できないことが課題となっていた。

本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、試料における一方の表面に対して光を照射する光学測定装置において、プローブと試料との間の距離と、試料の膜厚と、を測定することにある。

上記課題を解決するために、本開示に係る光学測定装置は、参照面を有する透過光学部材を含み、前記参照面を介して試料に光を照射し、前記参照面からの第１の反射光、前記試料の表面からの第２の反射光、及び前記試料の裏面からの第３の反射光を受光するプローブと、前記第１の反射光と前記第２の反射光により生じる第１の反射干渉光を用いて、前記参照面から前記試料の表面までの第１の距離を算出し、前記第２の反射光と前記第３の反射光により生じる第２の反射干渉光を用いて、前記試料の厚みを算出する演算部と、を含む。

また、本開示に係る光学測定方法は、参照面を有する透過光学部材を含むプローブを用いた光学測定方法であって、前記プローブを用いて、前記参照面を介して試料に光を照射し、前記プローブに、前記参照面からの第１の反射光、前記試料の表面からの第２の反射光、及び前記試料の裏面からの第３の反射光を受光させ、前記第１の反射光と前記第２の反射光により生じる第１の反射干渉光を用いて、前記参照面から前記試料の表面までの第１の距離を算出し、前記第２の反射光と前記第３の反射光により生じる第２の反射干渉光を用いて、前記試料の厚みを算出する。

図１は第１の実施形態の光学測定装置の概略構成を示す模式図である。図２Ａは第１の実施形態の光学測定装置におけるステージとプローブの配置関係を示す模式図である。図２Ｂは第１の実施形態の光学測定装置におけるステージとプローブの配置関係を示す模式図である。図３は第１の実施形態の光学測定装置が取得する反射率スペクトルを示す模式図である。図４は第１の実施形態の光学測定装置が取得するパワースペクトルを示す模式図である。図５は第１の実施形態の光学測定装置におけるステージ、プローブと、試料との配置関係を示す模式図である。図６は第１の実施形態の光学測定方法における第３の距離を算出する方法を示すフローチャート図である。図７は第１の実施形態の光学測定装置が取得する反射率スペクトルを示す模式図である。図８は第１の実施形態の光学測定装置が取得するパワースペクトルを示す模式図である。図９は第１の実施形態における光学測定方法による測定結果を示すグラフである。図１０は第１の実施形態における光学測定装置の分光器の内部構造を示す模式図である。図１１は、光学厚みが可干渉光学厚みの上限値である試料を測定したときの干渉波形の周期とリニアイメージセンサの素子間隔との関係を表した模式図である。

［第１の実施形態］
本開示における第１の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。

図１は、本実施形態の光学測定装置１０１の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態の光学測定装置１０１は、参照面１Ａを有する透過光学部材１を含むプローブ１０を備える。プローブ１０は、参照面１Ａを介して試料１５１に光を照射する。また、プローブ１０は、参照面１Ａからの第１の反射光、試料１５１の表面からの第２の反射光、及び試料１５１の裏面からの第３の反射光を受光する。

プローブ１０が受光した第１の反射光、及び第２の反射光により、第１の反射干渉光が生じる。また、プローブ１０が受光した第２の反射光、及び第３の反射光により、第２の反射干渉光が生じる。第１の反射干渉光、及び第２の反射干渉光は、演算部６に伝達される。

演算部６は、第１の反射干渉光を用いて、参照面１Ａから試料１５１までの第１の距離ｄ１を算出する。また、演算部６は、第２の反射干渉光を用いて、試料１５１の厚みｔｘを算出する。

このような構成により、試料１５１における一方の表面に対して光を照射する光学測定装置において、プローブ１０の参照面１Ａと試料１５１との間の第１の距離ｄ１と、試料１５１の厚みｔｘと、を測定することができる。

また、試料１５１における表面側からの光照射のみで足りるため、試料１５１の裏面側に他のプローブを配置する必要がない。そのため、プローブ１０の光軸の位置と、裏面側のプローブの光軸の位置を調整する必要がない。さらに、裏面側にプローブを配置する必要がないため、試料１５１を空間的に浮かせるように設置する必要もなく、試料１５１の裏面側におけるプローブを配置するスペースも不要となる。

以下、任意の構成も含めた、本実施形態における光学測定装置１０１の具体的な構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る光学測定装置１０１は、上述した構成の他に、光源２、光学系３、分光器４、ステージ７などを備える。

光学系３は、光ファイバ３１、３３、３４、及びファイバジャンクション３５を含む。光源２によって出力された光は、光ファイバ３４を介してファイバジャンクション３５へ伝送され、光ファイバ３１を介してプローブ１０へ伝送される。

光ファイバ３１の端面を透過した入射光は、プローブ１０内のコリメートレンズ１１によって平行光に変換され、集光レンズ１２により集光される。プローブ１０は、集光レンズ１２により集光した光を、参照面１Ａを介して試料１５１に光を照射する。本実施形態において、プローブ１０から照射される光は、試料１５１を透過する波長を有している。そのため、プローブ１０から照射された光は、試料の１５１の表面のみならず、試料１５１の裏面にまで到達する。本実施形態においては、光源２が近赤外域のインコヒーレント光を発生させるＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光源であり、プローブ１０から照射される光が、近赤外域のインコヒーレント光である構成としている。

プローブ１０から照射される光は、プローブ１０内における参照面１Ａにおいて反射される。この参照面１Ａにおいて反射された光を第１の反射光とする。また、プローブ１０から照射された光は、試料１５１の表面、及び裏面において反射される。試料１５１の表面において反射された光を第２の反射光、試料１５１の裏面において反射された光を第３の反射光とする。

プローブ１０は、参照面１Ａからの第１の反射光、試料１５１の表面からの第２の反射光、及び試料１５１の裏面からの第３の反射光を受光する。

本実施形態においては、プローブ１０が、集光レンズ１２を有しており、試料１５１の表面付近に焦点が位置するように調整されている。そのため、測定スポット径を小さくすることができ、試料１５１の微細な表面形状の分布を反映した測定が可能となる。また、照射光が集光されるため、投光量に対する受光量の減少を抑制することができる。受光量の減少を抑制することができるため、短い露光時間での測定が可能となる。更に、プローブ１０の光軸が、試料１５１の表面に対して垂直でない場合や、試料１５１の表面の平坦度が低いような場合でも、受光量の減少を抑制することが可能となる。

なお、透過光学部材１の厚みｔｔは、第１の距離ｄ１よりも大きいことが望ましい。透過光学部材１の厚みｔｔを、第１の距離ｄ１よりも大きくすることにより、透過光学部材１における参照面１Ａと反対側の面１Ｂにおいて、プローブ１０から照射される光のフォーカス度合いを下げることができる。その結果として、反対側の面１Ｂからの反射光の強度を弱くすることができ、当該反対側の面１Ｂからの反射光と、第１の反射光、第２の反射光、及び第３の反射光との干渉の発生を抑制することができる。

また、透過光学部材１の厚みｔｔに透過光学部材１の屈折率を乗じた光学厚みは、後述する分光器４の可干渉光学厚み範囲の上限より大きいことが望ましい。なお、分光器４の可干渉光学厚み範囲の上限は、以下の式により表すことができる。

（数１）において、d_maxが可干渉光学厚み範囲の上限値である。λ_maxは分光器４の測定波長範囲の上限値である。k_minはλ_maxに対応する波数であり、k_min＝１/λ_maxの関係にある。k₁は、干渉波形においてk_minと同位相で、且つk_minに隣接する波数である。λ_１は、k₁に対応する波長であり、k₁＝１/λ₁の関係にある。Δλは、波長分解能であり、以下の式により表すことができる。

（数２）においてＳｐは、後述する検出部４４におけるリニアイメージセンサの素子数である。λ_maxは分光器４の測定波長範囲の上限値であり、λ_minは分光器４の測定波長範囲の下限値である。図１１は、分光器４を用いて、光学厚みが可干渉光学厚みの上限値d_maxである試料を測定したときの、干渉波形の周期とリニアイメージセンサの素子間隔（サンプリング点の間隔）との関係を表した模式図である。図１１を参照して、上記（数１）は、反射率スペクトルにおける干渉波形の１周期が、検出部４４におけるリニアイメージセンサの隣接する２素子分に相当するデータとなるように算出している。従ってd_maxは、周波数解析におけるナイキストのサンプリング定理を満たすぎりぎりの光学厚みと解釈できる。

なお、反対側の面１ＢにAnti-Reflectionコートを施す、あるいは、反対側の面１Ｂをプローブ１０の光軸に対して斜めに交差するよう配置することが望ましい。そのような構成を採用することにより、反対側の面１Ｂからの反射光と、第１の反射光、第２の反射光、及び第３の反射光との干渉の発生を抑制することができる。

なお、プローブ１０に装着される光ファイバ３１の端面は、斜め球面のＡＰＣ（Angled Physical Contact）研磨がなされていることが望ましい。光ファイバ３１の端面は、斜め球面のＡＰＣ研磨しておくことにより、光ファイバ３１の端面での反射光と、第１の反射光、第２の反射光、及び第３の反射光との干渉の発生を抑制することができる。

プローブ１０により受光された第１の反射光と第２の反射光により、第１の反射干渉光が生じる。また、第２の反射光と第３の反射光により、第２の反射干渉光が生じる。この第１の反射干渉光、及び第２の反射干渉光を含む測定反射光は、光ファイバ３１、ファイバジャンクション３５、光ファイバ３３を介して分光器４へ伝送される。

分光器４は、測定反射光の反射率スペクトルを測定し、その測定結果を演算部６へ出力する。分光器４は、シャッター４１、カットフィルタ４２、回折格子４３、及び検出部４４を含む。

シャッター４１は、検出部４４をリセットするときなど、検出部４４に入射する光を遮断するために設けられている。シャッター４１は、例えば、電磁力によって駆動する機械式のシャッターである。

カットフィルタ４２は、分光器４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遮断するための光学フィルタである。図１０に示すように、カットフィルタ４２は、スリットを通過して入射した測定反射光の内、分光器４の測定波長範囲の下限付近に生じる迷光を遮断する。本実施形態においては、カットフィルタ４２が、例えば波長約1000nm以下の波長を遮断する。その結果、回折格子４３の１次光のみを透過し高次光を遮断することができ、分光器４において、高次回折光が重なることに起因する測定不具合の発生を抑制することができる。カットフィルタ４２を透過した測定反射光は、例えばコリメートミラーに反射され、回折格子４３へ入射する。

回折格子４３は、第１の反射干渉光、及び第２の反射干渉光を含む測定反射光を分光した上で、各分光波を検出部４４へ導く。具体的には、回折格子４３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４３に測定反射光が入射すると、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４４の所定の検出領域に入射する。回折格子４３は、例えば、ブレーズドホログラフィック平面グレーティングからなる。なお、図１０に示すように、回折格子４３と検出部４４との間にフォーカスミラーが介在し、回折格子４３に反射された測定反射光が、更にフォーカスミラーに反射され、検出部４４に入射する構成としてもよい。

検出部４４には、例えば、近赤外帯域に感度をもつ複数の素子が直線状に配置されたリニアイメージセンサを用いる。検出部４４は、回折格子４３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演算部６に出力する。

演算部６は、検出部４４から電気信号を受信すると、電気信号が示す波長ごとの強度を、波長ごとの反射率に変換し、反射率スペクトル、又は透過率スペクトルを生成する。

また、演算部６は、例えば、分光器４に光が入らないようにした状態において検出部４４から受けた電気信号が示す波長ごとの強度を、ダークスペクトルデータとして保持している。

さらに、演算部６は、例えば、アルミ板等の参照物がステージ７に設置されている状態において、検出部４４から受けた電気信号の示す波長ごとの強度に対して、ダークスペクトルデータに含まれる波長ごとの強度をそれぞれ差し引いた波長ごとの強度を、参照スペクトルデータとして保持している。

演算部６は、試料１５１がステージ７に設置された状態において、検出部４４から受けた電気信号が示す波長ごとの強度に対して、ダークスペクトルデータに含まれる波長ごとの強度をそれぞれ差し引いた後、参照スペクトルデータに含まれる波長ごとの強度でそれぞれ除することにより、波長ごとの反射率スペクトルデータ、又は透過率スペクトルデータを生成する。

本実施形態においては、演算部６が、図３に示すような反射率スペクトルを取得する例について説明する。図３に示す反射率スペクトルにおいて、横軸は波長を示し、縦軸は反射率を示す。上述したとおり、測定反射光には、第１の反射光と第２の反射光により生じる第１の反射干渉光と、第２の反射光と第３の反射光により生じる第２の反射干渉光とが含まれている。そのため、当該反射率スペクトル又は透過率スペクトルには、第１の反射干渉光と、第２の反射干渉光に関する情報が含まれている。

演算部６は、生成した反射率スペクトル（又は透過率スペクトル）を用いて、第１の距離ｄ１、及び試料１５１の厚みｔｘを算出する。本実施形態においては、分光器４から取得した反射率スペクトル（又は透過率スペクトル）の横軸を波数に変換し、縦軸を波数変換反射率（又は波数変換透過率）に変換し、波数変換反射率スペクトル（又は波数変換透過率スペクトル）を取得する。その後、波数変換反射率スペクトル（又は波数変換透過率スペクトル）の波数についてフーリエ変換することにより、図４に示すような各周波数成分のパワースペクトルを取得する。なお、試料１５１の厚みｔｘを算出する際には、試料１５１の屈折率波長依存性を考慮した膜厚演算を行うことも可能である。すなわち、反射率スペクトルの横軸を波長から波数へ変換する際に、試料の波長毎の屈折率値と波長値から波数を算出するとともに、縦軸を反射率Rから波数変換反射率R’＝R/(1-R)へ、または透過率Tから波数変換透過率T’＝1/Tへ変換する。この変換により得られる、波数変換反射率スペクトル（又は波数変換透過率スペクトル）を、波数についてフーリエ変換を施すことにより、試料１５１の屈折率波長依存性を考慮した、より高精度な厚みｔｘの算出が可能となる。屈折率波長依存性を考慮した高精度な膜厚算出方法としては、例えば、特開２００９−９２４５４号公報に記載の方法を用いることができる。

上述した通り、検出部４４により測定された反射率スペクトル又は透過率スペクトルには、上述した第１の反射干渉光と、第２の反射干渉光に関する情報が含まれている。そのため、図４に示すパワースペクトルにおいては、第１の反射干渉光に基づく第１のピークｐ１と、第２の反射干渉光に基づく第２のピークｐ２とが現れる。第１のピークｐ１が、プローブ１０の参照面１Ａと試料１５１との間の第１の距離ｄ１に関する情報を示し、第２のピークｐ２が、試料１５１の厚みｔｘに関する情報を示す。この図４に示すパワースペクトルにおいて、横軸は光学膜厚を示す。そのため、空気中の距離を示す第１の距離ｄ１については、この図４に示される第１のピークｐ１における光学膜厚の値そのものが、第１の距離ｄ１を示す。一方、試料１５１の厚みｔｘについては、図４に示される第２のピークｐ２における光学膜厚の値を、試料１５１の屈折率で除算した値が、厚みｔｘを示す。

上述したような構成により、試料１５１における一方の表面に対して光を照射する光学測定装置１０１において、プローブ１０の参照面１Ａと試料１５１との間の第１の距離ｄ１と、試料１５１の厚みｔｘと、を測定することができる。

なお、図２Ａに示す試料１５１が配置されたステージ７と、プローブ１０と、の内の少なくとも一方を、プローブ１０の光軸に交差する第１の方向（例えばステージ７のＸ軸方向）に移動させるとともに、プローブ１０が、試料に光を照射することにより、第１の方向における複数の位置において、第２の反射光、及び前記第３の反射光を受光する構成としてもよい。そして、演算部６が、第１の方向における複数の位置において、上述した第１の距離ｄ１と、試料１５１の厚みｔｘと、を算出する構成としてもよい。

このような構成とすることにより、所望の線分上における試料１５１の表裏面形状に関する情報を取得することができる。即ち、第１の方向における複数の位置において、プローブ１０の参照面１Ａと試料１５１の表面との距離である第１の距離ｄ１を取得することにより、所望の線分上における、試料１５１の表面形状に関する情報を取得することができる。更に、同一線分上における、試料１５１の厚みｔｘを取得することにより、第１の距離ｄ１と厚みｔｘから、試料１５１の裏面形状に関する情報を取得することができる。その結果、所望の線分上における試料１５１の表裏面に形成された、傷や圧痕の位置を取得することができる。

更に、図２Ａに示すステージ７と、プローブ１０と、の内の少なくとも一方を、第１の方向に移動させるのみならず、プローブ１０の光軸方向に交差し、且つ第１の方向に交差する第２の方向（例えばステージ７のＹ軸方向）に移動させるとともに、プローブ１０が、試料１５１に光を照射することにより、第１の方向、及び第２の方向における複数の位置において、第２の反射光、及び前記第３の反射光を受光する構成としてもよい。そして、演算部６が、第２の方向における複数の位置において、第１の距離ｄ１と、試料１５１の厚みｔｘと、を算出する構成としてもよい。

このような構成とすることにより、所望の面上における試料１５１の表裏面形状に関する情報を取得することができる。即ち、第１の方向、及び第２の方向における複数の位置において、プローブ１０の参照面１Ａと試料１５１の表面との距離である第１の距離ｄ１を取得することにより、所望の面上における、試料１５１の表面形状に関する情報を取得することができる。更に、同一面上における、試料１５１の厚みｔｘを取得することにより、第１の距離ｄ１と厚みｔｘから、試料１５１の裏面形状に関する情報を取得することができる。その結果、所望の面上における試料１５１の表裏面に形成された、傷や圧痕の位置を取得することができる。

なお、所望の面上における試料１５１の表裏面形状に関する情報を取得する例として、ステージ７のＸ軸方向、Ｙ軸方向に、ステージ７と、プローブ１０と、の内の少なくとも一方を移動させる構成を例に挙げたが、本開示はこれに限定されない。例えば、図２Ｂに示すように、試料１５１が配置されたプローブ１０を、ステージ７の中心点から半径方向Ｒ（第１の方向）に移動させると同時に、ステージ７を円周方向θ（第２の方向）に移動させる構成としてもよい。

なお、図５に示すように、試料１５１に反りがあるような場合、試料１５１とステージ７との間に空間が生じることがある。以下、試料１５１とステージ７との間における第３の距離ｄ３を算出する方法について説明する。図６は、本実施形態の光学測定方法における第３の距離を算出する方法を示すフローチャート図である。

まず、第１のステップＳ００１として、試料１５１がステージ７に設置されていない状態において、プローブ１０から、参照面１Ａを介してステージ７に光を照射する。プローブ１０は、ステージ７の表面からの第４の反射光を受光する。また、プローブ１０は、参照面１Ａからの第１の反射光を受光する。

そして、第２のステップＳ００２として、演算部６が、第１の反射光、及び第４の反射光により生じる第３の反射干渉光を用いて、参照面１Ａからステージ７までの第２の距離ｄ２を算出する。以下、第２の距離ｄ２の算出方法について説明する。

検出部４４は、回折格子４３で分光された第３の反射干渉光を含む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演算部６に出力する。

本実施形態においては、演算部６が、図７に示すような反射率スペクトルを生成する例について説明する。上述したとおり、測定反射光には、第１の反射光と第４の反射光により生じる第３の反射干渉光が含まれている。そのため、当該反射率スペクトル又は透過率スペクトルには、第３の反射干渉光に関する情報が含まれている。

演算部６は、生成した反射率スペクトル（又は透過率スペクトル）を用いて、参照面１Ａからステージ７までの第２の距離ｄ２を算出する。本実施形態においては、分光器４から取得した反射率スペクトル（又は透過率スペクトル）の横軸を波数に変換し、横軸を波数変換反射率（又は波数変換透過率）に変換し、波数変換反射率スペクトル（又は波数変換透過率スペクトル）を取得する。その後、波数変換反射率スペクトル（又は波数変換透過率スペクトル）の波数についてフーリエ変換することにより、図８に示すような各周波数成分のパワースペクトルを取得する。なお、試料１５１の厚みｔｘを算出する際には、試料１５１の屈折率波長依存性を考慮した膜厚演算を行うことも可能である。すなわち、反射率スペクトルの横軸を波長から波数へ変換する際に、試料１５１の波長毎の屈折率値と波長値から波数を算出するとともに、縦軸を反射率Rから波数変換反射率R’＝R/(1-R)へ、または透過率Tから波数変換透過率T’＝1/Tへ変換する。この変換により得られる、波数変換反射率スペクトル（又は波数変換透過率スペクトル）を、波数についてフーリエ変換を施すことにより、試料１５１の屈折率波長依存性を考慮した、より高精度な厚みｔｘの算出が可能となる。屈折率波長依存性を考慮した高精度な膜厚算出方法の詳細としては、例えば、特開２００９−９２４５４号公報に記載の方法を用いることができる。

上述した通り、演算部６により生成された反射率スペクトル又は透過率スペクトルには、第３の反射干渉光に関する情報が含まれている。そのため、この図８に示すパワースペクトルにおいては、第３の反射干渉光に基づく第３のピークｐ３が現れる。第３のピークｐ３が、プローブ１０の参照面１Ａとステージ７との間の第２の距離ｄ２に関する情報を示す。この図８に示すパワースペクトルにおいて、横軸は光学膜厚を示す。そのため、空気中の距離を示す第２の距離ｄ２については、この図８に示される第３のピークｐ３における光学膜厚の値そのものが、第２の距離ｄ２を示す。

そして、第３のステップＳ００３として、試料１５１がステージ７に設置された状態において、プローブ１０から、参照面１Ａを介して試料１５１に光を照射する。プローブ１０は、試料１５１の表面からの第２の反射光を受光し、試料１５１の裏面から第３の反射光を受光する。また、プローブ１０は、参照面１Ａからの第１の反射光を受光する。

そして、第４のステップＳ００４として、演算部６が、第１の反射光と第２の反射光により生じる第１の反射干渉光を用いて、参照面１Ａから試料１５１の表面までの第１の距離ｄ１を算出し、第２の反射光と第３の反射光により生じる第２の反射干渉光を用いて、試料１５１の厚みｔｘを算出する。

なお、第３のステップＳ００３及び第４のステップＳ００４を、第１のステップＳ００１及び第２のステップＳ００２よりも先に行ってもよい。

また、先に第１のステップＳ００１及び第３のステップＳ００３を行った後、第２のステップＳ００２及び第４のステップＳ００４を、まとめて行ってもよい。

最後に、第５のステップＳ００５として、演算部６は、図５に示した第２の距離ｄ２を加算要素とし、第１の距離ｄ１、及び試料１５１の厚みｔｘを減算要素として、試料１５１とステージ７との間の第３の距離ｄ３を算出する。

上述したような光学測定方法により、試料１５１における一方の表面に対して光を照射する光学測定装置において、試料１５１とステージ７との間の第３の距離ｄ３を測定することができる。

なお、第１のステップＳ００１において、図２Ａ、図２Ｂに示したステージ７と、プローブ１０と、の内の少なくとも一方を、第１の方向（例えば、ステージのＸ軸方向、あるいは半径方向）に移動させるとともに、プローブ１０が、ステージ７に光を照射することにより、第１の方向における複数の位置において、第４の反射光を受光する方法としてもよい。

そして、第３のステップＳ００３において、図２Ａに、２Ｂに示したステージ７と、プローブ１０と、の内の少なくとも一方を、第１の方向に移動させるとともに、プローブ１０が、試料１５１に光を照射することにより、第４の反射光の受光位置と対応する複数の位置において、第２の反射光、第３の反射光を受光する方法としてもよい。

このような方法とすることにより、第５のステップＳ００５において、演算部６が、第１の方向における複数の位置において、試料１５１の厚みｔｘ、第１の距離ｄ１、第２の距離ｄ２、及び第３の距離ｄ３を算出する。その結果として、所望の線分上における試料１５１の反りに関する情報を取得することができる。

なお、第３のステップＳ００３において、プローブ１０が、第４の反射光の受光位置と対応する複数の位置において、第２の反射光、第３の反射光を受光するために、演算部６が、第１のステップＳ００１において、第４の反射光の受光位置を記憶する構成としてもよい。

また、第３のステップＳ００３を第１のステップＳ００１よりも先に行ってもよい。その場合は、演算部６が、第３のステップＳ００３において、第２の反射光、第３の反射光の受光位置を記憶する構成としてもよい。

このような構成とすることにより、第１のステップＳ００１における受光位置と、第３のステップＳ００３における受光位置を対応させることができる。即ち、第３のステップＳ００３において、第４の反射光の受光位置と対応する複数の位置において、第２の反射光、第３の反射光を受光することが可能となる。

図９は、本実施形態における光学測定方法による測定結果を示すグラフである。

図９において、実線が第２の距離ｄ２、破線が第１の距離ｄ１、長破線が試料１５１の厚みｔｘを示す。これら第２の距離ｄ２、第１の距離ｄ１、及び厚みｔｘは、第１の方向における複数の位置において、上述したパワースペクトルのピーク値から、演算部６が算出したものである。

更に、図９において、一点鎖線が、ステージ７を基準とした、試料１５１の表面形状に関する情報を示す。また、二点鎖線が、ステージ７を基準とした、試料１５１の裏面形状に関する情報を示し、所望の線分上における試料１５１の反りに関する情報を示す。一点鎖線で示す試料１５１の表面形状に関する情報は、第２の距離ｄ２から第１の距離ｄ１を減算することにより求めることができる。また、二点鎖線で示す試料１５１の裏面形状に関する情報は、試料１５１とステージ７との間の第３の距離ｄ３であり、第２の距離ｄ２から、第１の距離ｄ１、厚みｔｘを減算することにより求めることができる。

このように、第１の方向における複数の位置において、第３の距離ｄ３を算出することにより、所望の線分上における試料１５１の反りに関する情報を取得することができる。

更に、第１のステップＳ００１において、図２Ａ、図２Ｂに示したステージ７と、プローブ１０と、の内の少なくとも一方を、第１の方向（例えば、ステージのＸ軸方向、あるいは半径方向）に移動させるのみならず、プローブ１０の光軸方向に交差し、且つ第１の方向に交差する第２の方向（例えば、ステージのＹ軸方向、あるいは円周方向））に移動させるとともに、プローブ１０が、ステージ７に光を照射することにより、第１の方向、及び第２の方向における複数の位置において、第４の反射光を受光する方法としてもよい。

そして、第３のステップＳ００３において、図２Ａ、図２Ｂに示したステージ７と、プローブ１０と、の内の少なくとも一方を、第１の方向、及び第２の方向に移動させるとともに、プローブ１０が、試料１５１に光を照射することにより、第４の反射光の受光位置と対応する複数の位置において、第２の反射光、第３の反射光を受光する方法としてもよい。

このような方法とすることにより、第５のステップＳ００５において、演算部６が、第１の方向における複数の位置において、試料１５１の厚みｔｘ、第１の距離ｄ１、第２の距離ｄ２、及び第３の距離ｄ３を算出する。その結果として、所望の面上における試料１５１の反りに関する情報を取得することができる。

１透過光学部材、１Ａ参照面、１Ｂ反対側の面、１０プローブ、１１コリメートレンズ、１２集光レンズ、２光源、３光学系、３１光ファイバ、３３光ファイバ、３４光ファイバ、３５ファイバジャンクション、４分光器、４１シャッター、４２カットフィルタ、４３回折格子、４４検出部、６演算部、７ステージ、１０１光学測定装置、１５１試料、ｔｘ厚み、ｔｔ厚み、ｄ１第１の距離、ｄ２第２の距離、ｄ３第３の距離、ｐ１第１のピーク、ｐ２第２のピーク、ｐ３第３のピーク。

Claims

参照面を有する透過光学部材を含み、前記参照面を介して試料に光を照射し、前記参照面からの第１の反射光、前記試料の表面からの第２の反射光、及び前記試料の裏面からの第３の反射光を受光するプローブと、
前記第１の反射光と前記第２の反射光により生じる第１の反射干渉光、及び前記第２の反射光と前記第３の反射光により生じる第２の反射干渉光を含む測定反射光のスペクトルを測定する分光器と、
前記第１の反射干渉光を用いて、前記参照面から前記試料の表面までの第１の距離を算出し、前記第２の反射干渉光を用いて、前記試料の厚みを算出する演算部と、を含み、
前記透過光学部材の光学厚みが、前記分光器の測定波長範囲の上限値と波長分解能とによって規定される可干渉光学厚みの上限値よりも大きい、
光学測定装置。
前記光は、前記試料を透過する波長を有する、
請求項１に記載の光学測定装置。
前記試料が配置されたステージと、前記プローブと、の内の少なくとも一方を、第１の方向に移動させるとともに、
前記プローブが、前記試料に前記光を照射することにより、前記第１の方向における複数の位置において、前記第１の反射光、前記第２の反射光、及び前記第３の反射光を受光し、
前記演算部が、前記第１の方向における前記複数の位置において、前記第１の距離と、前記試料の厚みと、を算出する、
請求項１に記載の光学測定装置。
前記ステージと、前記プローブと、の内の少なくとも一方を、前記第１の方向に交差する第２の方向に移動させるとともに、
前記プローブが、前記試料に前記光を照射することにより、前記第２の方向における複数の位置において、前記第１の反射光、前記第２の反射光、及び前記第３の反射光を受光し、
前記演算部が、前記第２の方向における前記複数の位置において、前記第１の距離と、前記試料の厚みと、を算出する、
請求項３に記載の光学測定装置。
参照面を有する透過光学部材を含み、前記参照面を介して試料に光を照射し、前記参照面からの第１の反射光、前記試料の表面からの第２の反射光、及び前記試料の裏面からの第３の反射光を受光するプローブと、
前記第１の反射光と前記第２の反射光により生じる第１の反射干渉光を用いて、前記参照面から前記試料の表面までの第１の距離を算出し、前記第２の反射光と前記第３の反射光により生じる第２の反射干渉光を用いて、前記試料の厚みを算出する演算部と、
を含み、
前記試料がステージに設置されていない状態において、
前記プローブが、
前記参照面を介して前記ステージに光を照射し、前記第１の反射光、及び前記ステージの表面からの第４の反射光を受光し、
前記演算部が、
前記第１の反射光と前記第４の反射光により生じる第３の反射干渉光を用いて、前記参照面から前記ステージまでの第２の距離を算出し、
前記第２の距離を加算要素とし、前記第１の距離、及び前記試料の厚みを減算要素として、前記試料の裏面と前記ステージとの間の第３の距離を算出する、
光学測定装置。
前記試料が前記ステージに設置されていない状態において、
前記ステージと、前記プローブと、の内の少なくとも一方を、第１の方向に移動させるとともに、
前記プローブが、前記ステージに前記光を照射することにより、前記第１の方向における複数の位置において、前記第１の反射光、及び前記第４の反射光を受光し、
前記試料が前記ステージに設置された状態において、
前記ステージと、前記プローブと、の内の少なくとも一方を、第１の方向に移動させるとともに、
前記プローブが、前記試料に前記光を照射することにより、前記第４の反射光の受光位置と対応する複数の位置において、前記第１の反射光、前記第２の反射光、及び前記第３の反射光を受光し、
前記演算部が、
前記第１の方向における前記複数の位置において、前記試料の厚み、前記第１の距離、前記第２の距離、及び前記第３の距離を算出する、
請求項５に記載の光学測定装置。
前記試料が前記ステージに設置されていない状態において、
前記ステージと、前記プローブと、の内の少なくとも一方を、前記第１の方向に交差する第２の方向に移動させるとともに、
前記プローブが、前記ステージに前記光を照射することにより、前記第２の方向における複数の位置において、前記第１の反射光、及び前記第４の反射光を受光し、
前記試料が前記ステージに設置された状態において、
前記ステージと、前記プローブと、の内の少なくとも一方を、前記第２の方向に移動させるとともに、
前記プローブが、前記試料に前記光を照射することにより、前記第４の反射光の受光位置と対応する複数の位置において、前記第１の反射光、前記第２の反射光、及び前記第３の反射光を受光し、
前記演算部が、
前記第２の方向における前記複数の位置において、前記試料の厚み、前記第１の距離、前記第２の距離、及び前記第３の距離を算出する、
請求項６に記載の光学測定装置。
前記第１の反射干渉光及び前記第２の反射干渉光を含む測定反射光のスペクトルを測定し、その測定結果を前記演算部に出力する分光器を更に含み、
前記透過光学部材の光学厚みが、前記分光器の測定波長範囲の上限値と波長分解能とによって規定される可干渉光学厚みの上限値よりも大きい、
請求項５に記載の光学測定装置。
参照面を有する透過光学部材を含むプローブと、分光器と、を用いた光学測定方法であって、
前記プローブを用いて、前記参照面を介して試料に光を照射し、
前記プローブに、前記参照面からの第１の反射光、前記試料の表面からの第２の反射光、及び前記試料の裏面からの第３の反射光を受光させ、
前記分光器を用いて、前記第１の反射光と前記第２の反射光により生じる第１の反射干渉光、及び前記第２の反射光と前記第３の反射光により生じる第２の反射干渉光を含む測定反射光のスペクトルを測定し、
前記第１の反射干渉光を用いて、前記参照面から前記試料の表面までの第１の距離を算出し、前記第２の反射干渉光を用いて、前記試料の厚みを算出し、
前記透過光学部材の光学厚みが、前記分光器の測定波長範囲の上限値と波長分解能とによって規定される可干渉光学厚みの上限値よりも大きい、
光学測定方法。
前記光は、前記試料を透過する波長を有する、
請求項９に記載の光学測定方法。
前記試料が配置されたステージと、前記プローブと、の内の少なくとも一方を、第１の方向に移動させるとともに、
前記プローブから、前記試料に前記光を照射することにより、前記プローブに、前記第１の方向における複数の位置において、前記第１の反射光、前記第２の反射光、及び前記第３の反射光を受光させ、
前記第１の方向における前記複数の位置において、前記第１の距離と、前記試料の厚みと、を算出する、
請求項９に記載の光学測定方法。
前記ステージと、前記プローブと、の内の少なくとも一方を、前記第１の方向に交差する第２の方向に移動させるとともに、
前記プローブから、前記試料に前記光を照射することにより、前記プローブに、前記第２の方向における複数の位置において、前記第１の反射光、前記第２の反射光、及び前記第３の反射光を受光させ、
前記第２の方向における前記複数の位置において、前記第１の距離と、前記試料の厚みと、を算出する、
請求項１１に記載の光学測定方法。
参照面を有する透過光学部材を含むプローブを用いた光学測定方法であって、
前記プローブを用いて、前記参照面を介して試料に光を照射し、
前記プローブに、前記参照面からの第１の反射光、前記試料の表面からの第２の反射光、及び前記試料の裏面からの第３の反射光を受光させ、
前記第１の反射光と前記第２の反射光により生じる第１の反射干渉光を用いて、前記参照面から前記試料までの第１の距離を算出し、前記第２の反射光と前記第３の反射光により生じる第２の反射干渉光を用いて、前記試料の厚みを算出し、
前記試料がステージに設置されていない状態において、
前記プローブを用いて、前記参照面を介して前記ステージに光を照射し、前記プローブに、前記第１の反射光、及び前記ステージの表面からの第４の反射光を受光させ、
前記第１の反射光と前記第４の反射光により生じる第３の反射干渉光を用いて、前記参照面から前記ステージまでの第２の距離を算出し、
前記第２の距離を加算要素とし、前記第１の距離、及び前記試料の厚みを減算要素として、前記試料の裏面と前記ステージとの間の第３の距離を算出する、
光学測定方法。
前記試料が前記ステージに設置されていない状態において、
前記ステージと、前記プローブと、の内の少なくとも一方を、第１の方向に移動させるとともに、
前記プローブから、前記ステージに前記光を照射することにより、前記プローブに、前記第１の方向における複数の位置において、前記第１の反射光、及び前記第４の反射光を受光させ、
前記試料が前記ステージに設置された状態において、
前記ステージと、前記プローブと、の内の少なくとも一方を、第１の方向に移動させるとともに、
前記プローブから、前記試料に前記光を照射することにより、前記プローブに、前記第４の反射光の受光位置と対応する複数の位置において、前記第１の反射光、前記第２の反射光、及び前記第３の反射光を受光させ、
前記第１の方向における前記複数の位置において、前記試料の厚み、前記第１の距離、前記第２の距離、及び前記第３の距離を算出する、
請求項１３に記載の光学測定方法。
前記試料が前記ステージに設置されていない状態において、
前記ステージと、前記プローブと、の内の少なくとも一方を、前記第１の方向に交差する第２の方向に移動させるとともに、
前記プローブから、前記ステージに前記光を照射することにより、前記プローブに、前記第２の方向における複数の位置において、前記第１の反射光、及び前記第４の反射光を受光させ、
前記試料が前記ステージに設置された状態において、
前記ステージと、前記プローブと、の内の少なくとも一方を、前記第２の方向に移動させるとともに、
前記プローブから、前記試料に前記光を照射することにより、前記プローブに、前記第４の反射光の受光位置と対応する複数の位置において、前記第１の反射光、前記第２の反射光、及び前記第３の反射光を受光させ、
前記第２の方向における前記複数の位置において、前記試料の厚み、前記第１の距離、前記第２の距離、及び前記第３の距離を算出する、
請求項１４に記載の光学測定方法。
分光器を用いて、前記第１の反射干渉光及び前記第２の反射干渉光を含む測定反射光のスペクトルを測定し、
前記透過光学部材の光学厚みが、前記分光器の測定波長範囲の上限値と波長分解能とによって規定される可干渉光学厚みの上限値よりも大きい、
請求項１３に記載の光学測定方法。