JP7497544B1 - 膜厚計測装置及び膜厚計測方法 - Google Patents

Abstract

膜厚計測装置１では、第１の画素領域２１Ａによって計測光Ｌの分光像Ｐを第１の露光時間Ｔ１で受光し、第２の画素領域２１Ｂによって計測光Ｌの分光像Ｐを第１の露光時間Ｔ１よりも長い第２の露光時間Ｔ２で受光し、第１の画素領域２１Ａから得られた第１の計測スペクトルデータＳ１における長波長領域のデータと、第２の画素領域２１Ｂから得られた第２の計測スペクトルデータＳ２における短波長領域のデータとを結合し、解析用スペクトルデータＤｓを生成する。

Description

本開示は、膜厚計測装置及び膜厚計測方法に関する。

インライン膜厚モニタなどへの適用を鑑み、分光を利用した膜厚計測装置の開発が進められている。多層膜の膜厚に対する反射率スペクトルの変化量は、可視域に比べて紫外域のほうが大きくなる傾向を有している。このため、デバイスの多層化及び薄膜化が進んでいる現状では、測定精度の向上の観点から、紫外域の光を用いた分光を行うことが有効であると考えられる。しかしながら、紫外域の光を扱う場合、迷光、分散、散乱、輝度、耐久性、コストといった様々な技術的課題が存在する。特に、紫外域の光に対して可視域の光の強度が大幅に上回る場合、検出系において可視域の光の感度が飽和しない範囲に露光時間が制限され、必要とする紫外域の光の感度が得られ難くなるおそれがある。

このような課題に対し、例えば特許文献１に記載の膜厚測定装置は、紫外域から可視域にわたる波長の光が入力される入力部と、色収差を生じさせた状態で光を集光する光学系と、色収差が生じた光のうち、可視域の波長の光が結像せず、紫外域の波長の光が結像する開口部とを有する光学ユニットを備えている。この光学ユニットでは、開口部から出力する光の紫外域のスペクトル強度を可視域のスペクトル強度に対して相対的に増大させることが可能となっている。

国際特開第２０２１／１０６２９９号公報

上述した特許文献１のような膜厚計測装置では、検出系において必要とされる紫外域の光の感度が得られ易くなり、膜厚計測に最適なスペクトルを構成できる点で有意である。一方、このような装置をインライン膜厚測定に適用する際には、計測光に対する反射強度（反射率）が計測対象となる試料によって様々であることを考慮する必要がある。例えば計測した試料の反射率データにカーブフィッティング法を適用して膜厚を算出する場合、紫外域だけでなく、可視域を含む長波長域のスペクトル強度を加味したフィッティングを行うことで、膜厚算出の精度が高まると考えられる。これを前提とし、膜厚のインライン測定の汎用性を高める観点からは、相対的にスペクトル強度を増大させる波長域や、各波長域での計測光の検出強度のバランスなどを任意に調整できる技術が必要となる。

本開示は、上記課題の解決のためになされたものであり、膜厚のインライン測定の汎用性を高めることができる膜厚計測装置及び膜厚計測方法を提供することを目的とする。

本開示の一側面に係る膜厚計測装置は、光源から出力して試料で反射した計測光を分光する分光部と、分光部によって分光された計測光の分光像を検出する検出する検出部と、計測光の分光像の検出結果から得られたスペクトルデータを用いて解析用スペクトルデータを生成する生成部と、解析用スペクトルデータに基づいて試料の膜厚を解析する解析部と、を備え、分光部は、計測光を第１の方向に波長分解すると共に、第１の方向に交差する第２の方向に波長毎の分光像を結像させ、検出部は、第２の方向に分割された第１の画素領域及び第２の画素領域を有し、第１の画素領域によって計測光の分光像を第１の露光時間で受光し、第２の画素領域によって計測光の分光像を第１の露光時間よりも長い第２の露光時間で受光し、生成部は、第１の画素領域から得られた第１の計測スペクトルデータにおける長波長領域のデータと、第２の画素領域から得られた第２の計測スペクトルデータにおける短波長領域のデータとを結合し、解析用スペクトルデータを生成する。

この膜厚計測装置では、第１の画素領域において第１の露光時間で取得した第１の計測スペクトルデータの長波長領域のデータと、第２の画素領域において第１の露光時間よりも長い第２の露光時間で取得した第２の計測スペクトルデータの短波長領域のデータと結合し、試料の膜厚の解析に用いる解析用スペクトルデータを生成する。生成された解析用スペクトルデータには、短波長領域における計測光の感度を十分に高めた状態で短波長領域のデータが含まれる。このような解析用スペクトルデータを用い、紫外域及び可視域を含むスペクトルデータに対してカーブフィッティングを行うことで、膜厚の計測精度を高めることができる。また、この膜厚計測装置では、第１の画素領域及び第２の画素領域によって第１の計測スペクトルデータと第２の計測スペクトルデータとを独立して取得するため、解析用スペクトルデータの生成にあたって、第１の計測スペクトルデータと第２の計測スペクトルデータとの結合の境界波長を任意に設定でき、その結果、長波長領域のデータと短波長領域のデータとの間の強度バランスも任意に調整できる。したがって、計測光に対する反射強度（反射率）が試料によって異なる場合でも、試料のスペクトルデータの取得条件の最適化が可能となり、膜厚のインライン測定の汎用性を高めることができる。

検出部は、第１の画素領域の各列で生成された電荷が転送される第１の水平シフトレジスタと、第２の画素領域の各列で生成された電荷が転送される第２の水平シフトレジスタと、を有するＣＣＤ光検出器であってもよい。このような構成により、第１の画素領域で受光した計測光の分光像に対応する各画素の電荷の読み出しと、第２の画素領域で受光した計測光の分光像に対応する各画素の電荷の読み出しとを並行して実施できる。また、ＣＣＤ光検出器を用いることで、各列の画素で生じた電荷を読み出す際の読出ノイズの増加を回避できる。

検出部は、第１の画素領域の各列で生成された電荷が蓄積される第１の蓄積部と、第２の画素領域の各列で生成された電荷が蓄積される第２の蓄積部と、第１の蓄積部で蓄積された電荷の大きさに応じた各列の電気信号を出力する第１の読出部と、第２の蓄積部で蓄積された電荷の大きさに応じた各列の電気信号を出力する第２の読出部と、を有するＣＣＤ光検出器であってもよい。このような構成においても、第１の画素領域で受光した計測光の分光像に対応する各画素の電荷の読み出しと、第２の画素領域で受光した計測光の分光像に対応する各画素の電荷の読み出しとを並行して実施できる。また、ＣＣＤ光検出器を用いることで、各列の画素で生じた電荷を読み出す際の読出ノイズの増加を回避できる。

検出部は、第１の画素領域の各列で生成された電荷を出力する第１の読出部と、第２の画素領域の各列で生成された電荷を出力する第２の読出部と、を有するＣＭＯＳ光検出器であってもよい。このような構成においても、第１の画素領域で受光した計測光の分光像に対応する各画素の電荷の読み出しと、第２の画素領域で受光した計測光の分光像に対応する各画素の電荷の読み出しとを並行して実施できる。

生成部は、第１の画素領域と第２の画素領域との間の露光時間比と、試料における反射スペクトルデータの見積もり値とに基づいて、解析用スペクトルデータを生成する際の第１の計測スペクトルデータにおける長波長領域のデータと第２の計測スペクトルデータにおける短波長領域のデータとの境界波長を設定してもよい。第１の画素領域と第２の画素領域との間の露光時間比と、試料における反射スペクトルデータの見積もり値とを指標とすることで、第１の計測スペクトルデータと第２の計測スペクトルデータとの間の強度バランスを最適化した状態で、第１の計測スペクトルデータの長波長領域のデータと、第２の計測スペクトルデータの短波長領域のデータとを結合できる。このような解析用スペクトルデータに対してカーブフィッティングを行うことで、膜厚の計測精度を一層高めることができる。

生成部は、短波長領域のデータに含まれる計測光のピーク強度が飽和強度の８０％以上１００％未満となる波長から境界波長を設定してもよい。これにより、第１の計測スペクトルデータと第２の計測スペクトルデータとの間の強度バランスの一層の最適化が図られる。

本開示の一実施形態に係る膜厚計測方法は、光源から出力して試料で反射した計測光を分光する分光ステップと、分光ステップによって分光された計測光の分光像を検出する検出する検出ステップと、計測光の分光像の検出結果から得られたスペクトルデータを用いて解析用スペクトルデータを生成する生成ステップと、解析用スペクトルデータに基づいて試料の膜厚を解析する解析ステップと、を備え、分光ステップでは、計測光を第１の方向に波長分解すると共に、第１の方向に交差する第２の方向に波長毎の分光像を結像させ、検出ステップでは、第２の方向に分割された第１の画素領域及び第２の画素領域を用い、第１の画素領域によって計測光の分光像を第１の露光時間で受光し、第２の画素領域によって計測光の分光像第１の露光時間よりも長い第２の露光時間で受光し、生成ステップでは、第１の画素領域から得られた第１の計測スペクトルデータにおける長波長領域のデータと、第２の画素領域から得られた第２の計測スペクトルデータにおける短波長領域のデータとを結合し、解析用スペクトルデータを生成する。

この膜厚計測方法では、第１の画素領域において第１の露光時間で取得した第１の計測スペクトルデータの長波長領域のデータと、第２の画素領域において第１の露光時間よりも長い第２の露光時間で取得した第２の計測スペクトルデータの短波長領域のデータと結合し、試料の膜厚の解析に用いる解析用スペクトルデータを生成する。生成された解析用スペクトルデータには、短波長領域における計測光の感度を十分に高めた状態で短波長領域のデータが含まれる。このような解析用スペクトルデータを用い、紫外域及び可視域を含むスペクトルデータに対してカーブフィッティングを行うことで、膜厚の計測精度を高めることができる。また、この膜厚計測方法では、第１の画素領域及び第２の画素領域によって第１の計測スペクトルデータと第２の計測スペクトルデータとを独立して取得するため、解析用スペクトルデータの生成にあたって、第１の計測スペクトルデータと第２の計測スペクトルデータとの結合の境界波長を任意に設定でき、その結果、長波長領域のデータと短波長領域のデータとの間の強度バランスも任意に調整できる。。したがって、計測光に対する反射強度（反射率）が試料によって異なる場合でも、試料のスペクトルデータの取得条件の最適化が可能となり、膜厚のインライン測定の汎用性を高めることができる。

本開示によれば、膜厚のインライン測定の汎用性を高めることができる。

本開示の一実施形態に係る膜厚計測装置を示す概略図である。 検出部における計測光の分光像の結像の様子を示す模式的な図である。 検出部を構成するＣＣＤ光検出器の一例を示す図である。 検出部を構成するＣＣＤ光検出器の別例を示す図である。 検出部を構成するＣＣＤ光検出器の別例を示す図である。 検出部を構成するＣＭＯＳ光検出器の一例を示す図である。 本開示の一実施形態に係る膜厚測定方法を示すフローチャートである。 （ａ）は、第１の計測スペクトルデータの一例を示す図であり、（ｂ）は、第２の計測スペクトルデータの一例を示す図である。 （ａ）は、第１の基準スペクトルデータの一例を示す図であり、（ｂ）は、第２の基準スペクトルデータの一例を示す図である。 （ａ）は、解析用スペクトルデータの一例を示す図であり、（ｂ）は、解析用基準スペクトルデータの一例を示す図である。 （ａ）は、比較例に係る手法で得られた反射率スペクトルデータの一例を示す図であり、（ｂ）は、実施例に係る手法で得られた反射率スペクトルデータの一例を示す図である。 （ａ）は、基準試料に対する反射スペクトルデータを示す模式的な図であり、（ｂ）は、試料の大まかな反射率スペクトルデータを示す模式的な図であり、（ｃ）は、試料の反射スペクトルデータの見積もり値を示す模式的な図であり、（ｄ）は、試料の反射スペクトルデータの見積もり値に対する飽和強度の関係を示す模式的な図である。 境界波長の設定の一例を示す模式的な図である。 比較例における膜厚計測の再現性の評価結果を示す図である。 実施例における膜厚計測の再現性の評価結果を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の一側面に係る膜厚計測装置及び膜厚計測方法の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本開示の一実施形態に係る膜厚計測装置を示す概略図である。図１に示す膜厚計測装置１は、例えば成膜チャンバを用いた試料Ｍの成膜工程において、当該試料Ｍの膜厚のインライン測定を行う装置として構成されている。試料Ｍとしては、例えば光学フィルム、ディプレイパネル向け薄膜、半導体ウェハ向け薄膜などが挙げられる。膜厚計測装置１は、光源２と、光学系３と、計測ヘッド４と、分光部５と、検出部６と、生成部７と、解析部８とを備えている。

光源２は、試料Ｍに向けて計測光Ｌを出力する装置である。光源２としては、例えば１８５ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の波長域を含む光を出力する白色光源が用いられる。光源２としては、例えば繰返周波数が１ｋＨｚ以上のパルス光を出力する光源（例えばキセノンフラッシュランプ）が用いられる。

光学系３は、光源２と計測ヘッド４と分光部５との間で計測光Ｌを導光する系である。本実施形態では、光学系３は、第１の光ファイバ９Ａと、第２の光ファイバ９Ｂとを有している。第１の光ファイバ９Ａは、計測光Ｌを光源２から計測ヘッド４に導光する光ファイバである。第２の光ファイバ９Ｂは、計測光Ｌを計測ヘッド４から分光部５に導光する光ファイバである。

計測ヘッド４は、試料Ｍへの計測光Ｌの照射を行う部分である。計測ヘッド４は、例えばハーフミラー及び集光レンズを含んで構成されている。第１の光ファイバ９Ａを介して光源２から計測ヘッド４の入力端に入力された計測光Ｌは、ハーフミラー及び集光レンズを経て試料Ｍに照射される。試料Ｍで反射した計測光Ｌは、集光レンズ及びハーフミラーを経て計測ヘッド４の出力端から出力し、第２の光ファイバ９Ｂを介して分光部５に入力される。

分光部５は、光源２から出力して試料Ｍで反射した計測光Ｌを分光する部分である。分光部５としては、結像性の良好な分光器が用いられる。分光部５を構成する分光器としては、例えば非点収差補正が可能なツェルニターナ型分光器、ダイソン型分光器、オフナー型分光器などが挙げられる。

分光部５は、例えば図２に示すように、計測光Ｌを第１の方向Ｄ１に波長分解すると共に、第１の方向Ｄ１に交差する第２の方向Ｄ２に波長毎の分光像Ｐを結像させる。ここでは、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２とは、互いに直交する方向となっている。図２の例では、第１の方向Ｄ１は、検出部６を構成する画素領域２１の行方向に沿っており、第２の方向Ｄ２は、当該画素領域２１の列方向に沿っている。

検出部６は、分光部５によって分光された計測光Ｌの分光像Ｐを検出する部分である。検出部６は、図２に示すように、分光像Ｐを撮像する画素領域２１を有している。画素領域２１では、複数の画素２２が行方向及び列方向に配列されている。図２の例では、第１の方向Ｄ１に対応する行方向は、分光部５による分光像Ｐの波長分解方向に沿っており、第２の方向Ｄ２に対応する列方向は、各画素２２の電荷転送方向に沿っている。各画素２２は、波長分解された分光像Ｐを受光し、光の強度に応じた電荷を発生及び蓄積する。

図２の例では、画素領域２１は、行方向の画素数が列方向の画素数よりも多い横長の長方形状の領域をなしている。画素領域２１は、第２の方向Ｄ２に分割された第１の画素領域２１Ａ及び第２の画素領域２１Ｂを有している。ここでは、第１の画素領域２１Ａと第２の画素領域２１Ｂとは、列方向の中央にて区分されている。すなわち、画素領域２１において、列方向の中央よりも一方側の画素２２は、第１の画素領域２１Ａに属し、列方向の中央よりも他方側の画素２２は、第２の画素領域２１Ｂに属している。

分光像Ｐは、画素２２の列方向に直線状に延在し、行方向に互いに離間した状態で第１の画素領域２１Ａ及び第２の画素領域２１Ｂにそれぞれ結像する。図２の例では、分光部５で波長分解された計測光Ｌの５つの分光像Ｐのそれぞれにおける第２の方向Ｄ２の一方の半分部分は、第１の画素領域２１Ａに結像する。また、分光部５で波長分解された計測光Ｌの５つの分光像Ｐのそれぞれにおける第２の方向Ｄ２の他方の半分部分は、第１の画素領域２１Ａにおける分光像Ｐの結像と同じタイミングで第２の画素領域２１Ｂに結像する。検出部６は、第１の画素領域２１Ａでの検出結果に基づくデータ（第１の計測スペクトルデータＳ１）と、第２の画素領域２１Ｂでの検出結果に基づくデータ（第２の計測スペクトルデータＳ２）とを解析部８に出力する。

第１の画素領域２１Ａにおける各画素２２の第１の露光時間Ｔ１と、第２の画素領域２１Ｂにおける各画素２２の第２の露光時間Ｔ２とは、互いに独立して設定可能となっている。第１の画素領域２１Ａと第２の画素領域２１Ｂとの間の露光時間比Ｔ２／Ｔ１は、試料Ｍにおける膜の種類などに応じて設定される。第１の画素領域２１Ａの第１の露光時間Ｔ１を一定とし、試料Ｍにおける膜の種類などに応じて、第２の画素領域２１Ｂの第２の露光時間Ｔ２を調整してもよい。

検出部６は、例えばＣＣＤ光検出或いはＣＭＯＳ光検出器によって構成することができる。図３は、検出部を構成するＣＣＤ光検出器の一例を示す図である。図３に示すＣＣＤ光検出器Ｖ１は、上述した第１の画素領域２１Ａ及び第２の画素領域２１Ｂを含む画素領域２１と、第１の画素領域２１Ａに対応する第１の水平シフトレジスタ３２Ａと、第２の画素領域２１Ｂに対応する第２の水平シフトレジスタ３２Ｂと、複数のダミー画素３３とを含んで構成されている。

第１の画素領域２１Ａの各画素２２で生成及び蓄積される電荷は、第１の水平シフトレジスタ３２Ａに転送される。転送にあたって、各列の画素２２の電荷が第１の水平シフトレジスタ３２Ａにおいて列毎に足し合わされ（縦転送）、列毎に足し合わされた電荷が第１の水平シフトレジスタ３２Ａから順次読み出される（横転送）。第１の水平シフトレジスタ３２Ａから読み出された電荷の量に応じた電圧値は、アンプ３４Ａから出力される。アンプ３４Ａから出力された電圧値は、ＡＤ変換器によってデジタル値に変換される。

第２の画素領域２１Ｂの各画素２２で生成及び蓄積される電荷は、第２の水平シフトレジスタ３２Ｂに転送される。転送にあたって、各列の画素２２の電荷が第２の水平シフトレジスタ３２Ｂにおいて列毎に足し合わされ（縦転送）、列毎に足し合わされた電荷が第２の水平シフトレジスタ３２Ｂから順次読み出される（横転送）。第２の水平シフトレジスタ３２Ｂから読み出された電荷の量に応じた電圧値は、アンプ３４Ｂから出力される。アンプ３４Ｂから出力された電圧値は、ＡＤ変換器によってデジタル値に変換される。

ＣＣＤ光検出器Ｖ１では、第１の画素領域２１Ａの第１の露光時間Ｔ１及び第２の画素領域２１Ｂの第２の露光時間Ｔ２は、例えば電子シャッタによって設定することができる。電子シャッタは、例えばアンチブルーミングゲートを利用することで実現できる。第１の画素領域２１Ａからの信号の出力動作と第２の画素領域２１Ｂからの信号の出力動作とは、独立して制御されるが、互いに同期していることが好ましい。この場合、一方の出力動作を指示する信号が他方の出力動作を出力信号に対してノイズとして重複してしまうことを防止できる。

図４及び図５は、検出部を構成するＣＣＤ光検出器の別例を示す図である。図４及び図５に示すＣＣＤ光検出器Ｖ２は、変換基板４０と、第１の画素領域２１Ａの各列で生成された電荷が蓄積される第１の蓄積部４１Ａと、第２の画素領域２１Ｂの各列で生成された電荷が蓄積される第２の蓄積部４１Ｂと、第１の蓄積部４１Ａで蓄積された電荷の大きさに応じた各列の電気信号を出力する第１の読出部４２Ａと、第２の蓄積部４１Ｂで蓄積された電荷の大きさに応じた各列の電気信号を出力する第２の読出部４２Ｂとを有している。

変換基板４０は、画素領域２１の脇に列方向に沿って配置されている。変換基板４０には、画素２２の電荷の転送を制御するための電圧信号（ドライブ信号）が供給される。第１の画素領域２１Ａに属する各列の画素２２の電荷は、変換基板４０に供給される電圧信号に基づいて、各列の第１の蓄積部４１Ａに転送される。第２の画素領域２１Ｂに属する各列の画素２２の電荷は、変換基板４０に供給される電圧信号に基づいて、各列の第２の蓄積部４１Ｂに転送される。

第１の蓄積部４１Ａは、第１の画素領域２１Ａの列方向の端部に列毎に配置され、第１の画素領域２１Ａの各列の画素２２で生じた電荷を蓄積する。第２の蓄積部４１Ｂは、第２の画素領域２１Ｂの列方向の端部に列毎に配置され、第２の画素領域２１Ｂの各列の画素２２で生じた電荷を蓄積する。第１の読出部４２Ａは、第１の画素領域２１Ａの列方向の端部において、第１の蓄積部４１Ａの後段に配置され、第２の読出部４２Ｂは、第２の画素領域２１Ｂの列方向の端部において、第２の蓄積部４１Ｂの後段に配置されている。

第１の読出部４２Ａは、図４に示すように、例えばトランジスタ４３Ａと、信号出力用のボンディングパッド４４Ａとを有している。トランジスタ４３Ａの制御端子（ゲート）は、第１の蓄積部４１Ａに電気的に接続されている。トランジスタ４３Ａの一方の電流端子（ドレイン）は、第１の画素領域２１Ａの各列にわたって共通に設けられた配線４５Ａを介してボンディングパッド４６Ａに電気的に接続されている。ボンディングパッド４６Ａには、所定の大きさの電圧が常に印加される。

トランジスタ４３Ａの他方の電流端子（ソース）は、信号出力用のボンディングパッド４４Ａに電気的に接続されている。トランジスタ４３Ａの制御端子には、第１の蓄積部４１Ａから出力される第１の電気信号に応じた電圧が印加される。トランジスタ４３Ａの他方の電流端子からは、印加電圧に応じた電流が出力され、信号出力用のボンディングパッド４４Ａを介して外部に取り出される。

第２の読出部４２Ｂは、図５に示すように、例えばトランジスタ４３Ｂと、信号出力用のボンディングパッド４４Ｂとを有している。トランジスタ４３Ｂの制御端子（ゲート）は、第２の蓄積部４１Ｂに電気的に接続されている。トランジスタ４３Ｂの一方の電流端子（ドレイン）は、第２の画素領域２１Ｂの各列にわたって共通に設けられた配線４５Ｂを介してボンディングパッド４６Ｂに電気的に接続されている。ボンディングパッド４６Ｂには、所定の大きさの電圧が常に印加される。

トランジスタ４３Ｂの他方の電流端子（ソース）は、信号出力用のボンディングパッド４４Ｂに電気的に接続されている。トランジスタ４３Ｂの制御端子には、第２の蓄積部４１Ｂから出力される第２の電気信号に応じた電圧が印加される。トランジスタ４３Ｂの他方の電流端子からは、印加電圧に応じた電流が出力され、信号出力用のボンディングパッド４４Ｂを介して外部に取り出される。

図６は、検出部を構成するＣＭＯＳ光検出器の一例を示す図である。同図に示すＣＭＯＳ光検出器Ｖ３では、画素領域２１を構成する各画素２２は、フォトダイオード５１と、アンプ５２とを有している。フォトダイオード５１は、光の入力によって生成された電子（光電子）を電荷として蓄積する。アンプ５２は、フォトダイオード５１に蓄積された電荷を電気信号に変換し、変換後の信号を増幅する。

アンプ５２によって増幅された電気信号は、各画素２２の選択スイッチ５３の切り替えによって、行方向の画素２２同士を接続する垂直信号線５４に転送される。垂直信号線５４のそれぞれには、ＣＤＳ（correlated double sampling）回路５５が配置されている。ＣＤＳ回路５５は、各画素２２間の読み出しノイズを軽減すると共に、垂直信号線５４に転送された電気信号を一時的に保管する。ＣＤＳ回路５５は、変換部５６に電気的に接続されている。変換部５６は、各画素２２のそれぞれのアンプ５２から出力される電圧値をデジタル値に変換する。本実施形態では、変換部５６は、Ａ／Ｄコンバータによって構成されている。Ａ／Ｄコンバータは、ＣＤＳ回路５５に保管された電圧値をデジタル値（画素値）に変換する。

ＣＭＯＳ光検出器Ｖ３は、第１の画素領域２１Ａの各列で生成された電荷を出力する第１の読出部５７Ａと、第２の画素領域２１Ｂの各列で生成された電荷を出力する第２の読出部５７Ｂとを有している。第１の読出部５７Ａは、第１の画素領域２１Ａに属する各画素２２の垂直信号線５４に対応するＡ／Ｄコンバータに接続されている。第１の読出部５７Ａは、第１の画素領域２１Ａに属する各画素２２の画素値を出力する。第２の読出部５７Ｂは、第２の画素領域２１Ｂに属する各画素２２の垂直信号線５４に対応するＡ／Ｄコンバータに接続されている。第２の読出部５７Ｂは、第２の画素領域２１Ｂに属する各画素２２の画素値を出力する。

図１に戻り、生成部７及び解析部８について説明する。生成部７及び解析部８は、物理的には、例えばＣＰＵ等のプロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶媒体を備えるコンピュータ９によって構成されている。コンピュータ９は、表示部や入力部を一体に備えたスマートフォン或いはタブレット端末であってもよい。コンピュータ９は、マイコンやＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）で構成されていてもよい。

生成部７は、計測光Ｌの分光像Ｐの検出結果から得られたスペクトルデータを用いて解析用スペクトルデータを生成する部分である。生成部７は、第１の画素領域２１Ａから得られた第１の計測スペクトルデータＳ１における長波長領域のデータＳ１Ｌと、第２の画素領域２１Ｂから得られた第２の計測スペクトルデータＳ２における短波長領域のデータＳ２Ｓとを結合し、解析用スペクトルデータＤｓを生成する（図１０（ａ）参照）。生成部７は、生成した解析用スペクトルデータＤｓを解析部８に出力する。

また、生成部７は、例えば分光反射率データが既知である基準試料（不図示）に対する計測光Ｌのスペクトルデータ（基準スペクトルデータ）を予め保有している。生成部７は、第１の画素領域２１Ａから得られた第１の基準スペクトルデータＲ１における長波長領域のデータＲ１Ｌと、第２の画素領域２１Ｂから得られた第２の基準スペクトルデータＲ２における短波長領域のデータＲ２Ｓとを結合し、解析用基準スペクトルデータＤｒを生成する（図１０（ｂ）参照）。生成部７は、生成した解析用基準スペクトルデータＤｒを解析部８に出力する。

解析部８は、解析用スペクトルデータＤｓに基づいて試料Ｍの膜厚を解析する部分である。解析部８は、基準試料の反射率に関するスペクトルデータ（基準用反射率スペクトルデータＨｒ）を予め保有している。解析部８は、生成部７から受け取った解析用スペクトルデータＤｓ及び解析用基準スペクトルデータＤｒと、基準用反射率スペクトルデータＨｒとに基づいて、計測対象である試料Ｍの反射率に関するスペクトルデータ（解析用反射率スペクトルデータＨｓ）を算出する。解析部８は、算出した解析用反射率スペクトルデータＨｓと理論反射率スペクトルデータとのカーブフィッティングにより、試料Ｍの膜厚を解析する。

次に、本開示の一実施形態に係る膜厚計測方法について説明する。図７は、本開示の一実施形態に係る膜厚測定方法を示すフローチャートである。図７に示すように、この膜厚測定方法は、分光ステップＳ０１と、検出ステップＳ０２と、生成ステップＳ０３と、解析ステップＳ０４とを含んで構成されている。上述した膜厚計測装置１を用いてステップＳ０１～ステップＳ０４を含む膜厚測定方法を実施する。

分光ステップＳ０１は、光源２から出力して試料Ｍで反射した計測光Ｌを分光するステップである。分光ステップＳ０１では、まず、膜厚の計測対象となる試料Ｍに対して計測ヘッド４をセットする。計測ヘッド４のセットの後、第１の画素領域２１Ａの第１の露光時間Ｔ１、及び第２の画素領域２１Ｂの第２の露光時間Ｔ２をそれぞれ設定する。露光時間の設定の後、光源２をＯＮとし、光源２から計測光Ｌを出力する。試料Ｍで反射した計測光Ｌを分光部５によって波長分解する。

検出ステップＳ０２は、分光ステップＳ０１によって分光された計測光Ｌの分光像Ｐを検出する検出するステップである。検出ステップＳ０２では、波長分解方向（第１の方向Ｄ１）に波長分解された計測光Ｌの分光像Ｐを検出部６の第１の画素領域２１Ａ及び第２の画素領域２１Ｂでそれぞれ検出する。検出ステップＳ０２では、第１の画素領域２１Ａによって計測光Ｌの分光像Ｐを第１の露光時間Ｔ１で受光し、第２の画素領域２１Ｂによって計測光Ｌの分光像Ｐを第１の露光時間Ｔ１よりも長い第２の露光時間Ｔ２で受光する。これにより、第１の画素領域２１Ａからの第１の計測スペクトルデータＳ１と、第２の画素領域２１Ｂからの第２の計測スペクトルデータＳ２とをそれぞれ取得する。

生成ステップＳ０３は、計測光Ｌの分光像Ｐの検出結果から得られたスペクトルデータを用いて解析用スペクトルデータＤｓを生成するステップである。より具体的には、生成ステップＳ０３では、第１の画素領域２１Ａから得られた第１の計測スペクトルデータＳ１における長波長領域のデータＳ１Ｌと、第２の画素領域２１Ｂから得られた第２の計測スペクトルデータＳ２における短波長領域のデータＳ２Ｓとを結合（繋ぎ合わせ）し、解析用スペクトルデータＤｓを生成する。また、生成ステップＳ０３では、第１の基準スペクトルデータＲ１における長波長領域のデータＲ１Ｌと、第２の基準スペクトルデータＲ２における短波長領域のデータＲ２Ｓとを結合（繋ぎ合わせ）し、解析用基準スペクトルデータＤｒを生成する。

図８（ａ）は、第１の計測スペクトルデータＳ１の一例を示す図である。図８（ｂ）は、第２の計測スペクトルデータＳ２の一例を示す図である。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、ＳｉＯ_２膜が形成されたシリコンウェハを計測対象の試料Ｍとした場合の第１の計測スペクトルデータＳ１及び第２の計測スペクトルデータＳ２の一例である。この場合、試料Ｍを反射した計測光Ｌは、紫外域よりも長波長側では一定の強度を有するが、紫外域では長波長側に比べて強度が弱くなる傾向がある。

第１の計測スペクトルデータＳ１は、第１の画素領域２１Ａにおいて、相対的に短い第１の露光時間Ｔ１で計測光Ｌの分光像Ｐを受光することによって得られるデータである。図８（ａ）に示す第１の計測スペクトルデータＳ１の例においては、長波長側（例えば３００ｎｍ以上）では一定の感度で計測光Ｌの強度が検出されているが、短波長側（例えば３００ｎｍ未満）では、長波長側に比べて微弱な強度が検出されている。

第２の計測スペクトルデータＳ２は、第２の画素領域２１Ｂにおいて、相対的に長い第２の露光時間Ｔ２で計測光Ｌの分光像Ｐを受光することによって得られるデータである。このため、図８（ｂ）に示す第２の計測スペクトルデータＳ２の例においては、長波長側（例えば３００ｎｍ以上）では、その大部分で計測光Ｌの強度が飽和しており、短波長側（例えば３００ｎｍ未満）では、第１の計測スペクトルデータＳ１の短波長側の強度と比べて十分な強度が検出されている。

図９（ａ）は、第１の基準スペクトルデータＲ１の一例を示す図である。図９（ｂ）は、第２の基準スペクトルデータＲ２の一例を示す図である。基準スペクトルデータは、上述したように、分光反射率データが既知である基準試料（不図示）に対する計測光Ｌのスペクトルデータである。ここでは、基準試料は、ＳｉＯ_２膜が形成されていないベアシリコンウェハである。本実施形態では、基準試料で反射した計測光Ｌを分光部５で分光し、その分光像を検出部６の第１の画素領域２１Ａ及び第２の画素領域２１Ｂでそれぞれ検出することで、第１の基準スペクトルデータＲ１及び第２の基準スペクトルデータＲ２が予め取得されている。

第１の基準スペクトルデータＲ１の波形及び第２の基準スペクトルデータＲ２の波形は、第１の計測スペクトルデータＳ１及び第２の計測スペクトルデータＳ２の波形に準じている。すなわち、図９（ａ）に示す第１の基準スペクトルデータＲ１の例においては、長波長側（例えば３００ｎｍ以上）では一定の感度で計測光Ｌの強度が検出されているが、短波長側（例えば３００ｎｍ未満）では、長波長側に比べて微弱な強度が検出されている。図９（ｂ）に示す第２の基準スペクトルデータＲ２の例においては、長波長側（例えば３００ｎｍ以上）では、その大部分で計測光Ｌの強度が飽和しており、短波長側（例えば３００ｎｍ未満）では、第１の基準スペクトルデータＲ１の短波長側の強度と比べて十分な強度が検出されている。

図１０（ａ）は、解析用スペクトルデータの一例を示す図であり、図１０（ｂ）は、解析用基準スペクトルデータの一例を示す図である。図１０（ａ）の例では、境界波長λｒを２８０ｎｍとして、第１の計測スペクトルデータＳ１における長波長領域のデータＳ１Ｌと、第２の計測スペクトルデータＳ２における短波長領域のデータＳ２Ｓとが結合されることにより、解析用スペクトルデータＤｓが生成されている。解析用スペクトルデータＤｓでは、長波長側の計測光Ｌの強度が飽和せず、短波長側でも計測光Ｌの強度が十分に得られた状態となっている。

解析用基準スペクトルデータＤｒにおいても、同一の境界波長λｒが用いられる。図１０（ｂ）の例では、境界波長λｒを２８０ｎｍとして、第１の基準スペクトルデータＲ１における長波長領域のデータＲ１Ｌと、第２の基準スペクトルデータＲ２における短波長領域のデータＲ２Ｓとが結合されることにより、解析用基準スペクトルデータＤｒが生成されている。解析用基準スペクトルデータＤｒにおいても、長波長側の計測光Ｌの強度が飽和せず、短波長側でも計測光Ｌの強度が十分に得られた状態となっている。

境界波長λｒは、試料Ｍの種類、計測光Ｌに対する反射強度（反射率）などに応じて、膜厚計測装置１のユーザが任意に設定できる。境界波長λｒは、試料ＭとしてＳｉＯ_２膜が形成されたシリコンウェハを想定する場合には、例えば２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲、特に３００ｎｍ及びその近傍の波長から選択される。

解析ステップＳ０４は、解析用スペクトルデータＤｓに基づいて試料Ｍの膜厚を解析するステップである。一般的な膜厚の算出手法では、まず、下記の式（１）によって試料Ｍの反射率スペクトルデータを算出する。そして、算出した試料Ｍの反射率に関するスペクトルデータと理論反射率スペクトルデータとのカーブフィッティングにより、試料Ｍの膜厚を解析する。
試料の反射率に関するスペクトルデータ＝（試料の反射スペクトルデータ／基準試料の反射スペクトルデータ）×基準試料の反射率に関するスペクトルデータ…（１）

上記式（１）を用いた一般的な試料の反射率に関するスペクトルデータの算出は、本実施形態では、例えば図８（ａ）に示した第１の計測スペクトルデータＳ１を図９（ａ）に示した第１の基準スペクトルデータＲ１で除算し、これに基準用反射率スペクトルデータＨｒを乗算したものに相当する。このような手法で得られた反射率スペクトルデータＨｓ’は、図１１（ａ）に示すように、計測波長域の全体にわたってＳ／Ｎ比が低く、特に短波長側でのＳ／Ｎ比が得られにくい傾向がある。

これに対し、本実施形態では、下記の式（２）によって試料Ｍの解析用反射率スペクトルデータＨｓを算出する。そして、算出した解析用反射率スペクトルデータと理論反射率スペクトルデータとのカーブフィッティングにより、試料Ｍの膜厚を解析する。
解析用反射率スペクトルデータ＝（解析用スペクトルデータ／解析用基準スペクトルデータ）×基準試料の反射率に関するスペクトルデータ…（２）

上記式（２）を用いた本実施形態の解析用反射率スペクトルデータの算出は、図１０（ａ）に示した解析用スペクトルデータＤｓ（すなわち、第１の計測スペクトルデータＳ１における長波長領域のデータＳ１Ｌと、第２の計測スペクトルデータＳ２における短波長領域のデータＳ２Ｓとを結合して生成したデータ）を、図１０（ｂ）に示した解析用基準スペクトルデータＤｒ（すなわち、第１の基準スペクトルデータＲ１における長波長領域のデータＲ１Ｌと、第２の基準スペクトルデータＲ２における短波長領域のデータＲ２Ｓとを結合して生成したデータ）で除算し、これに基準用反射率スペクトルデータＨｒを乗算したものに相当する。このような手法で得られた解析用反射率スペクトルデータＨｓは、図１１（ｂ）に示すように、計測波長域の全体にわたって図１１（ａ）に示した反射率スペクトルデータＨｓ’よりもＳ／Ｎ比が良好となり、短波長側でのＳ／Ｎ比も向上する。

上述した生成ステップＳ０３において、第１の計測スペクトルデータＳ１における長波長領域のデータＳ１Ｌと、第２の計測スペクトルデータＳ２における短波長領域のデータＳ２Ｓとの結合に用いる境界波長λｒは、第１の画素領域２１Ａと第２の画素領域２１Ｂとの間の露光時間比Ｔ２／Ｔ１と、試料Ｍにおける反射スペクトルデータの見積もり値Ｆとに基づいて設定してもよい。

試料Ｍにおいては、層構造、各層の光学特性、各層の大まかな厚さが分かれば、その大まかな反射率スペクトルデータを算出できる。このため、基準試料に対する反射スペクトルデータＰ１（図１２（ａ）参照）に、試料Ｍの大まかな反射率スペクトルデータＱ１（図１２（ｂ）参照）を乗算することにより、試料Ｍの反射スペクトルデータの見積もり値Ｆを算出できる（図１２（ｃ）参照）。さらに、算出した試料Ｍの反射スペクトルデータの見積もり値に露光時間比Ｔ２／Ｔ１を乗算することにより、試料Ｍの反射スペクトルデータの見積もり値Ｆに対する飽和強度の関係を取得できる（図１２（ｄ）参照）。

次に、図１３に示すように、試料Ｍの反射スペクトルデータの見積もり値Ｆに対する飽和強度の関係に基づいて、短波長領域のデータに含まれる計測光Ｌのピーク強度が飽和強度の８０％以上１００％未満となる波長範囲λｗを算出し、λｗの範囲から境界波長λｒを設定する。図１３の例では、短波長領域のデータに含まれる計測光Ｌのピーク強度が飽和強度の８０％となる波長が境界波長λｒとして設定されている。

境界波長λｒの設定は、上述の方法に限られず、膜厚計測装置１のユーザが任意の値に設定してもよい。この場合、例えば第２の計測スペクトルデータＳ２をモニタに表示し、表示された第２の計測スペクトルデータＳ２のうち、計測光Ｌの強度が飽和していない波長範囲において、膜厚計測装置１のユーザが境界波長λｒを設定してもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る膜厚計測装置１及び膜厚計測方法では、第１の画素領域２１Ａにおいて第１の露光時間Ｔ１で取得した第１の計測スペクトルデータＳ１の長波長領域のデータＳ１Ｌと、第２の画素領域２１Ｂにおいて第１の露光時間Ｔ１よりも長い第２の露光時間Ｔ２で取得した第２の計測スペクトルデータＳ２の短波長領域のデータＳ２Ｓとを結合し、試料Ｍの膜厚の解析に用いる解析用スペクトルデータＤｓを生成する。生成された解析用スペクトルデータＤｓには、短波長領域における計測光の感度を十分に高めた状態で短波長領域のデータが含まれる。このような解析用スペクトルデータＤｓを用い、紫外域及び可視域を含むスペクトルデータに対してカーブフィッティングを行うことで、膜厚の計測精度を高めることができる。

また、本実施形態に係る膜厚計測装置１及び膜発計測方法では、第１の画素領域２１Ａ及び第２の画素領域２１Ｂによって第１の計測スペクトルデータＳ１と第２の計測スペクトルデータＳ２とを独立して取得するため、解析用スペクトルデータＤｓの生成にあたって、第１の計測スペクトルデータＳ１と第２の計測スペクトルデータＳ２との結合の境界波長λｒを任意に設定でき、その結果、長波長領域のデータＳ１Ｌと短波長領域のデータＳ２Ｓとの間の強度バランスも任意に調整できる。したがって、計測光Ｌに対する反射強度（反射率）が試料Ｍによって異なる場合でも、試料Ｍのスペクトルデータの取得条件の最適化が可能となり、膜厚のインライン測定の汎用性を高めることができる。

本実施形態では、検出部６は、第１の画素領域２１Ａの各列で生成された電荷が転送される第１の水平シフトレジスタ３２Ａと、第２の画素領域２１Ｂの各列で生成された電荷が転送される第２の水平シフトレジスタ３２Ｂと、を有するＣＣＤ光検出器Ｖ１によって構成され得る。このような構成により、第１の画素領域２１Ａで受光した計測光Ｌの分光像Ｐに対応する各画素２２の電荷の読み出しと、第２の画素領域２１Ｂで受光した計測光Ｌの分光像Ｐに対応する各画素２２の電荷の読み出しとを並行して実施できる。また、ＣＣＤ光検出器Ｖ１を用いることで、各列の画素２２で生じた電荷を読み出す際の読出ノイズの増加を回避できる。

本実施形態では、検出部６は、第１の画素領域２１Ａの各列で生成された電荷が蓄積される第１の蓄積部４１Ａと、第２の画素領域２１Ｂの各列で生成された電荷が蓄積される第２の蓄積部４１Ｂと、第１の蓄積部４１Ａで蓄積された電荷の大きさに応じた各列の電気信号を出力する第１の読出部４２Ａと、第２の蓄積部４１Ｂで蓄積された電荷の大きさに応じた各列の電気信号を出力する第２の読出部４２Ｂと、を有するＣＣＤ光検出器Ｖ２によって構成され得る。このような構成においても、第１の画素領域２１Ａで受光した計測光Ｌの分光像Ｐに対応する各画素２２の電荷の読み出しと、第２の画素領域２１Ｂで受光した計測光Ｌの分光像Ｐに対応する各画素２２の電荷の読み出しとを並行して実施できる。また、ＣＣＤ光検出器Ｖ２を用いることで、各列の画素で生じた電荷を読み出す際の読出ノイズの増加を回避できる。

本実施形態では、検出部６は、第１の画素領域２１Ａの各列で生成された電荷を出力する第１の読出部５７Ａと、第２の画素領域２１Ｂの各列で生成された電荷を出力する第２の読出部５７Ｂと、を有するＣＭＯＳ光検出器Ｖ３によって構成され得る。このような構成においても、第１の画素領域２１Ａで受光した計測光Ｌの分光像Ｐに対応する各画素２２の電荷の読み出しと、第２の画素領域２１Ｂで受光した計測光Ｌの分光像Ｐに対応する各画素２２の電荷の読み出しとを並行して実施できる。

本実施形態では、生成部７は、第１の画素領域２１Ａと第２の画素領域２１Ｂとの間の露光時間比Ｔ２／Ｔ１と、試料Ｍにおける反射スペクトルデータの見積もり値Ｆとに基づいて、解析用スペクトルデータＤｓを生成する際の第１の計測スペクトルデータＳ１における長波長領域のデータＳ１Ｌと第２の計測スペクトルデータＳ２における短波長領域のデータＳ２Ｓとの境界波長λｒを設定する。第１の画素領域２１Ａと第２の画素領域２１Ｂとの間の露光時間比Ｔ２／Ｔ１と、試料Ｍにおける反射スペクトルデータの見積もり値Ｆとを指標とすることで、第１の計測スペクトルデータＳ１と第２の計測スペクトルデータＳ２との間の強度バランスを最適化した状態で、第１の計測スペクトルデータＳ１の長波長領域のデータＳ１Ｌと、第２の計測スペクトルデータＳ２の短波長領域のデータＳ２Ｓとを結合できる。このような解析用スペクトルデータＤｓに対してカーブフィッティングを行うことで、膜厚の計測精度を一層高めることができる。

本実施形態では、生成部７は、短波長領域のデータに含まれる計測光Ｌのピーク強度が飽和強度の８０％以上１００％未満となる波長から境界波長λｒを設定する。これにより、第１の計測スペクトルデータＳ１と第２の計測スペクトルデータＳ２との間の強度バランスの一層の最適化が図られる。

本開示に係る膜厚計測装置及び膜厚計測方法の評価試験結果について説明する。図１４は、比較例における膜厚計測の再現性の評価結果を示す図である。また、図１５は、実施例における膜厚計測の再現性の評価結果を示す図である。この評価試験では、ＳｉＯ_２膜が形成されたシリコンウェハをサンプルとし、ＳｉＯ_２膜の膜厚の計測を１０回にわたって実施した後、計測結果の平均値及び標準偏差を算出した。サンプルにおけるＳｉＯ_２膜の膜厚は、１ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍの３種類とした。

比較例では、一般的な算出手法で得られた反射率スペクトルデータ（図１１（ａ）参照）を用いて、サンプルの反射率スペクトルデータと理論反射率スペクトルデータとのカーブフィッティングを行った。実施例では、本実施形態の算出手法（図１１（ｂ）参照）で得られた反射率スペクトルデータを用いて、サンプルの反射率スペクトルデータと理論反射率スペクトルデータとのカーブフィッティングを行った。

図１４に示すように、比較例では、膜厚が１ｎｍのサンプルに対する計測結果の平均値は０．５７、標準偏差は０．２５であった。膜厚が５ｎｍのサンプルに対する計測結果の平均値は２．３３、標準偏差は０．２１であった。膜厚が１０ｎｍのサンプルに対する計測結果の平均値は４．９、標準偏差は０．２であった。

これに対し、図１５に示すように、実施例では、膜厚が１ｎｍのサンプルに対する計測結果の平均値は１．２９、標準偏差は０．０９であった。膜厚が５ｎｍのサンプルに対する計測結果の平均値は４．９５、標準偏差は０．１０であった。膜厚が１０ｎｍのサンプルに対する計測結果の平均値は９．８５、標準偏差は０．０５であった。この結果から、本実施形態に係る手法が膜厚の計測精度を高め、更に再現性の向上にも寄与することが確認できた。

１…膜厚計測装置、２…光源、５…分光部、６…検出部、７…生成部、８…解析部、２１Ａ…第１の画素領域、２１Ｂ…第２の画素領域、３２Ａ…第１の水平シフトレジスタ、３２Ｂ…第２の水平シフトレジスタ、４１Ａ…第１の蓄積部、４１Ｂ…第２の蓄積部、４２Ａ…第１の読出部、４２Ｂ…第２の読出部、５７Ａ…第１の読出部、５７Ｂ…第２の読出部、Ｌ…計測光、Ｄ１…第１の方向、Ｄ２…第２の方向、Ｍ…試料、Ｐ…分光像、Ｖ１，Ｖ２…ＣＣＤ光検出器、Ｖ３…ＣＭＯＳ光検出器、λｒ…境界波長。

Claims (7)

1. 光源から出力して試料で反射した計測光を分光する分光部と、
   前記分光部によって分光された前記計測光の分光像を検出する検出する検出部と、
   前記計測光の分光像の検出結果から得られたスペクトルデータを用いて解析用スペクトルデータを生成する生成部と、
   前記解析用スペクトルデータに基づいて前記試料の膜厚を解析する解析部と、を備え、
   前記分光部は、前記計測光を第１の方向に波長分解すると共に、前記第１の方向に交差する第２の方向に波長毎の分光像を結像させ、
   前記検出部は、前記第２の方向に分割された第１の画素領域及び第２の画素領域を有し、前記第１の画素領域によって前記計測光の分光像を第１の露光時間で受光し、前記第２の画素領域によって前記計測光の分光像を第１の露光時間よりも長い第２の露光時間で受光し、
   前記生成部は、前記第１の画素領域から得られた第１の計測スペクトルデータにおける長波長領域のデータと、前記第２の画素領域から得られた第２の計測スペクトルデータにおける短波長領域のデータとを結合し、前記解析用スペクトルデータを生成する膜厚計測装置。
2. 前記検出部は、
   前記第１の画素領域の各列で生成された電荷が転送される第１の水平シフトレジスタと、
   前記第２の画素領域の各列で生成された電荷が転送される第２の水平シフトレジスタと、を有するＣＣＤ光検出器である請求項１記載の膜厚計測装置。
3. 前記検出部は、
   前記第１の画素領域の各列で生成された電荷が蓄積される第１の蓄積部と、
   前記第２の画素領域の各列で生成された電荷が蓄積される第２の蓄積部と、
   前記第１の蓄積部で蓄積された電荷の大きさに応じた各列の電気信号を出力する第１の読出部と、
   前記第２の蓄積部で蓄積された電荷の大きさに応じた各列の電気信号を出力する第２の読出部と、を有するＣＣＤ光検出器である請求項１記載の膜厚計測装置。
4. 前記検出部は、
   前記第１の画素領域の各列で生成された電荷を出力する第１の読出部と、
   前記第２の画素領域の各列で生成された電荷を出力する第２の読出部と、を有するＣＭＯＳ光検出器である請求項１記載の膜厚計測装置。
5. 前記生成部は、前記第１の画素領域と前記第２の画素領域との間の露光時間比と、前記試料における反射スペクトルデータの見積もり値とに基づいて、前記解析用スペクトルデータを生成する際の第１の計測スペクトルデータにおける長波長領域のデータと前記第２の計測スペクトルデータにおける前記短波長領域のデータとの境界波長を設定する請求項１～４のいずれか一項記載の膜厚計測装置。
6. 前記生成部は、前記短波長領域のデータに含まれる前記計測光のピーク強度が飽和強度の８０％以上１００％未満となる波長から前記境界波長を設定する請求項５記載の膜厚計測装置。
7. 光源から出力して試料で反射した計測光を分光する分光ステップと、
   前記分光ステップによって分光された前記計測光の分光像を検出する検出する検出ステップと、
   前記計測光の分光像の検出結果から得られたスペクトルデータを用いて解析用スペクトルデータを生成する生成ステップと、
   前記解析用スペクトルデータに基づいて前記試料の膜厚を解析する解析ステップと、を備え、
   前記分光ステップでは、前記計測光を第１の方向に波長分解すると共に、前記第１の方向に交差する第２の方向に波長毎の分光像を結像させ、
   前記検出ステップでは、前記第２の方向に分割された第１の画素領域及び第２の画素領域を用い、前記第１の画素領域によって前記計測光の分光像を第１の露光時間で受光し、前記第２の画素領域によって前記計測光の分光像を第１の露光時間よりも長い第２の露光時間で受光し、
   前記生成ステップでは、前記第１の画素領域から得られた第１の計測スペクトルデータにおける長波長領域のデータと、前記第２の画素領域から得られた第２の計測スペクトルデータにおける短波長領域のデータとを結合し、前記解析用スペクトルデータを生成する膜厚計測方法。

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