JPH0933222A - 膜厚測定装置 - Google Patents
膜厚測定装置Info
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- JPH0933222A JPH0933222A JP7181813A JP18181395A JPH0933222A JP H0933222 A JPH0933222 A JP H0933222A JP 7181813 A JP7181813 A JP 7181813A JP 18181395 A JP18181395 A JP 18181395A JP H0933222 A JPH0933222 A JP H0933222A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
- G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
- G01B11/0625—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating with measurement of absorption or reflection
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 被測定試料ＳＰ面の傾斜に拘らず、基板上の
薄膜の膜厚を再現性良く測定可能とする膜厚測定装置を
提供すること。 【構成】 照明光学系２０が光源ＨＬ，ＤＬの輝度分布
の波長依存性を補償するガラスロッドＧＬを有するの
で、被測定試料ＳＰが傾斜して反射光のケラレが生じる
ことによって反射光のエネルギーが減少した場合にも、
分光ユニット４０に入射する反射光のスペクトルの分布
状態がほぼ維持される。したがって、制御ユニット５０
において、分光ユニット４０の出力に基づいて決定した
実測相対反射率の平均値に対する検量線相対反射率の平
均値の比を実測相対反射率に掛けるデータ変換を行った
後に両者の偏差を求めれば、被測定試料ＳＰの傾斜の影
響を防止して正確に膜厚測定を行うことが可能となる。
薄膜の膜厚を再現性良く測定可能とする膜厚測定装置を
提供すること。 【構成】 照明光学系２０が光源ＨＬ，ＤＬの輝度分布
の波長依存性を補償するガラスロッドＧＬを有するの
で、被測定試料ＳＰが傾斜して反射光のケラレが生じる
ことによって反射光のエネルギーが減少した場合にも、
分光ユニット４０に入射する反射光のスペクトルの分布
状態がほぼ維持される。したがって、制御ユニット５０
において、分光ユニット４０の出力に基づいて決定した
実測相対反射率の平均値に対する検量線相対反射率の平
均値の比を実測相対反射率に掛けるデータ変換を行った
後に両者の偏差を求めれば、被測定試料ＳＰの傾斜の影
響を防止して正確に膜厚測定を行うことが可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、基板上の薄膜の膜厚
を反射光の分光特性に基づいて非接触・非破壊で測定す
る膜厚測定装置に関する。
を反射光の分光特性に基づいて非接触・非破壊で測定す
る膜厚測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の膜厚測定装置として、例えば図９
に示すような装置がある。その照明光学系２は、光源と
してハロゲンランプＨＬとシースルータイプの重水素ラ
ンプＤＬとを備える。光源のハロゲンランプＨＬから出
射する光束は、レンズＬを介して重水素ランプＤＬの発
光部に一旦集光された後、軸外楕円面鏡ＥＭを介して視
野絞りＦＳを通過する。
に示すような装置がある。その照明光学系２は、光源と
してハロゲンランプＨＬとシースルータイプの重水素ラ
ンプＤＬとを備える。光源のハロゲンランプＨＬから出
射する光束は、レンズＬを介して重水素ランプＤＬの発
光部に一旦集光された後、軸外楕円面鏡ＥＭを介して視
野絞りＦＳを通過する。
【０００３】結像光学系３は、反射対物レンズＲＯとハ
ーフミラーＨＭとを備える。視野絞りＦＳを出射した後
ハーフミラーＨＭで反射された照明光は、反射対物レン
ズＲＯの像側焦点面にある被測定試料ＳＰ表面上に照射
されてこの被測定試料ＳＰを照明する。そして、被測定
試料ＳＰ面で反射された光束は、ハーフミラーＨＭを通
過した後、分光ユニット４に設けたプレートＰＰの位置
に集光される。
ーフミラーＨＭとを備える。視野絞りＦＳを出射した後
ハーフミラーＨＭで反射された照明光は、反射対物レン
ズＲＯの像側焦点面にある被測定試料ＳＰ表面上に照射
されてこの被測定試料ＳＰを照明する。そして、被測定
試料ＳＰ面で反射された光束は、ハーフミラーＨＭを通
過した後、分光ユニット４に設けたプレートＰＰの位置
に集光される。
【０００４】分光ユニット４は、ピンホールを有するプ
レートＰＰと、プレートＰＰを通過した反射光を分光す
る凹面回析格子ＨＧと、凹面回析格子ＨＧからの分光ス
ペクトルを検出する光検出器ＬＩＳとで構成される。プ
レートＰＰを介して取り込まれた被測定試料ＳＰからの
反射光は、凹面回析格子ＨＧで分光され、各分光スペク
トルのエネルギーに対応したスペクトル信号として光検
出器ＬＩＳで検出され制御ユニット５側に出力される。
レートＰＰと、プレートＰＰを通過した反射光を分光す
る凹面回析格子ＨＧと、凹面回析格子ＨＧからの分光ス
ペクトルを検出する光検出器ＬＩＳとで構成される。プ
レートＰＰを介して取り込まれた被測定試料ＳＰからの
反射光は、凹面回析格子ＨＧで分光され、各分光スペク
トルのエネルギーに対応したスペクトル信号として光検
出器ＬＩＳで検出され制御ユニット５側に出力される。
【０００５】制御ユニット５は、被測定試料ＳＰのスペ
クトル信号に基づいて被測定試料の実測分光反射率を算
出する。その後、この実測分光反射率について、予め適
当な膜厚ピッチごとに理論的に算出しておいた検量線分
光反射率との偏差量を演算し、偏差量が最小となる膜厚
値を求め、その結果をＣＲＴ画面に表示する。
クトル信号に基づいて被測定試料の実測分光反射率を算
出する。その後、この実測分光反射率について、予め適
当な膜厚ピッチごとに理論的に算出しておいた検量線分
光反射率との偏差量を演算し、偏差量が最小となる膜厚
値を求め、その結果をＣＲＴ画面に表示する。
【０００６】上記の装置を用いれば、紫外〜近赤外にわ
たる広い波長域の光を用いて、被測定試料ＳＰ上の膜厚
を非接触・非破壊で測定できるようになる。特に、被測
定試料ＳＰが例えばＳｉ基板上に１００オングストロー
ム以下のＳｉＯ2超薄膜を形成したようなものの場合、
可視光領域では分光反射率に大きな変化が現われないの
に対し、２００ｎｍ付近では分光反射率に大きな変化が
現われる。したがって、このような装置を用いて２００
ｎｍ付近で分光反射率を求めることにより、かかる超薄
膜の膜厚測定が可能になる。
たる広い波長域の光を用いて、被測定試料ＳＰ上の膜厚
を非接触・非破壊で測定できるようになる。特に、被測
定試料ＳＰが例えばＳｉ基板上に１００オングストロー
ム以下のＳｉＯ2超薄膜を形成したようなものの場合、
可視光領域では分光反射率に大きな変化が現われないの
に対し、２００ｎｍ付近では分光反射率に大きな変化が
現われる。したがって、このような装置を用いて２００
ｎｍ付近で分光反射率を求めることにより、かかる超薄
膜の膜厚測定が可能になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
膜厚測定装置では、熱処理等の影響によって被測定試料
ＳＰの表面に傾きが生じている場合に、超薄膜等の膜厚
測定において測定再現性がなくなってしまう。この欠点
を補うため、被測定試料ＳＰを支持するステージ側に傾
きを補正する機構を設けて、精密な傾き補正を行ないつ
つ膜厚測定を実行するような方法が提案されているが、
ステージ制御に時間がかかり、測定処理のスループット
低下を招くという新たな問題が生じている。
膜厚測定装置では、熱処理等の影響によって被測定試料
ＳＰの表面に傾きが生じている場合に、超薄膜等の膜厚
測定において測定再現性がなくなってしまう。この欠点
を補うため、被測定試料ＳＰを支持するステージ側に傾
きを補正する機構を設けて、精密な傾き補正を行ないつ
つ膜厚測定を実行するような方法が提案されているが、
ステージ制御に時間がかかり、測定処理のスループット
低下を招くという新たな問題が生じている。
【０００８】図７は、被測定試料ＳＰの表面が傾斜して
いる場合の反射光への影響について説明する図である。
被測定試料ＳＰに傾きが無く、フォーカスが正しく合っ
ている場合、反射対物レンズＲＯの射出瞳ＥＰからプレ
ートＰＰのピンホールＰＨに入射する反射光の光束は、
射出瞳ＥＰのうちの斜線で示す全領域ＤＢとなる（図７
（ａ））。一方、被測定試料ＳＰが傾いている場合、ピ
ンホールＰＨに入射する反射光の光束は、射出瞳ＥＰの
うちの斜線で示す部分領域ＤＢ’となり（図７
（ｂ））、いわゆるケラレが生じる。
いる場合の反射光への影響について説明する図である。
被測定試料ＳＰに傾きが無く、フォーカスが正しく合っ
ている場合、反射対物レンズＲＯの射出瞳ＥＰからプレ
ートＰＰのピンホールＰＨに入射する反射光の光束は、
射出瞳ＥＰのうちの斜線で示す全領域ＤＢとなる（図７
（ａ））。一方、被測定試料ＳＰが傾いている場合、ピ
ンホールＰＨに入射する反射光の光束は、射出瞳ＥＰの
うちの斜線で示す部分領域ＤＢ’となり（図７
（ｂ））、いわゆるケラレが生じる。
【０００９】図７（ｂ）に示すように傾きがある、すな
わちケラレが生じている場合において、照明光学系に輝
度分布の波長依存性が存在すると、分光反射率がどの波
長でも一様に低下するのではなく、波長ごとに反射率の
低下の割合が異なる。また、被測定試料面ＳＰの傾く方
向によっても、分光反射率の低下の仕方が異なったもの
となってしまう。
わちケラレが生じている場合において、照明光学系に輝
度分布の波長依存性が存在すると、分光反射率がどの波
長でも一様に低下するのではなく、波長ごとに反射率の
低下の割合が異なる。また、被測定試料面ＳＰの傾く方
向によっても、分光反射率の低下の仕方が異なったもの
となってしまう。
【００１０】図８は、被測定試料ＳＰの表面が傾いた場
合に分光反射率が非一様に低下することを説明する図で
ある。図８（ａ）は、被測定試料ＳＰの表面がある方向
に所定角傾いた場合を示し、図８（ｂ）は、被測定試料
ＳＰの表面が別の方向に所定角傾いた場合を示す。な
お、両グラフにおいて、曲線ｄは傾きがない場合の相対
分光反射率を示し、曲線ｅ1、ｅ2は傾きがある場合の相
対分光反射率を示す。図からも明らかなように、両曲線
ｅ1、ｅ2の曲線ｄは、波長ごとに反射率の低下の割合が
異なったものとなる。
合に分光反射率が非一様に低下することを説明する図で
ある。図８（ａ）は、被測定試料ＳＰの表面がある方向
に所定角傾いた場合を示し、図８（ｂ）は、被測定試料
ＳＰの表面が別の方向に所定角傾いた場合を示す。な
お、両グラフにおいて、曲線ｄは傾きがない場合の相対
分光反射率を示し、曲線ｅ1、ｅ2は傾きがある場合の相
対分光反射率を示す。図からも明らかなように、両曲線
ｅ1、ｅ2の曲線ｄは、波長ごとに反射率の低下の割合が
異なったものとなる。
【００１１】従って、被測定試料ＳＰの表面が傾斜して
いると、実測分光反射率と検量線分光反射率とを比較し
た場合、同一の試料であるのにも拘らず、傾斜の状況に
よって比較結果が異なってしまい、その結果、被測定試
料ＳＰの膜厚を再現性良く測定できなかった。
いると、実測分光反射率と検量線分光反射率とを比較し
た場合、同一の試料であるのにも拘らず、傾斜の状況に
よって比較結果が異なってしまい、その結果、被測定試
料ＳＰの膜厚を再現性良く測定できなかった。
【００１２】そこで、この発明は、被測定試料ＳＰの表
面の傾斜に拘らず、基板上の薄膜の膜厚を再現性良く測
定可能とする膜厚測定装置を提供することを目的とす
る。
面の傾斜に拘らず、基板上の薄膜の膜厚を再現性良く測
定可能とする膜厚測定装置を提供することを目的とす
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の膜厚測定装置は、光源を有し基板上に薄
膜を形成した被測定試料を照明する照明系と、被測定試
料から反射された反射光を集束する結像系と、結像系か
らの反射光を分光して検出する分光系と、分光系の出力
に基づいて特定の波長毎に薄膜の反射率を実測分光反射
率として求め、薄膜の光学データに基づいて特定の波長
毎に理論的に求められた検量線分光反射率との比較によ
って薄膜の膜厚を決定する演算手段とを備える膜厚測定
装置を対象とする。ここに、照明系は、光源の輝度分布
の波長依存性を補償する２次光源形成手段を有し、演算
手段は、実測分光反射率の平均値と検量線分光反射率の
平均値とが等しくなるように実測分光反射率及び検量線
分光反射率の少なくとも一方をデータ変換した後に薄膜
の膜厚を決定することを特徴とする。
め、請求項１の膜厚測定装置は、光源を有し基板上に薄
膜を形成した被測定試料を照明する照明系と、被測定試
料から反射された反射光を集束する結像系と、結像系か
らの反射光を分光して検出する分光系と、分光系の出力
に基づいて特定の波長毎に薄膜の反射率を実測分光反射
率として求め、薄膜の光学データに基づいて特定の波長
毎に理論的に求められた検量線分光反射率との比較によ
って薄膜の膜厚を決定する演算手段とを備える膜厚測定
装置を対象とする。ここに、照明系は、光源の輝度分布
の波長依存性を補償する２次光源形成手段を有し、演算
手段は、実測分光反射率の平均値と検量線分光反射率の
平均値とが等しくなるように実測分光反射率及び検量線
分光反射率の少なくとも一方をデータ変換した後に薄膜
の膜厚を決定することを特徴とする。
【００１４】請求項２の膜厚測定装置は、演算手段が、
実測分光反射率の平均値と検量線分光反射率の平均値と
の比に基づいて、実測分光反射率及び検量線分光反射率
のいずれか一方をデータ変換することを特徴とする。
実測分光反射率の平均値と検量線分光反射率の平均値と
の比に基づいて、実測分光反射率及び検量線分光反射率
のいずれか一方をデータ変換することを特徴とする。
【００１５】
【作用】請求項１の装置では、照明系が光源の輝度分布
の波長依存性を補償する２次光源形成手段を有するの
で、被測定試料が傾斜したりデフォーカスが生じて結像
系等において反射光のケラレが生じ、これによって反射
光のエネルギーが減少した場合にも、分光系に入射する
反射光のスペクトルの分布状態がほぼ維持される。した
がって、演算手段が実測分光反射率の平均値と検量線分
光反射率の平均値とが等しくなるように実測分光反射率
及び検量線分光反射率の少なくとも一方をデータ変換す
れば、被測定試料の傾斜等の影響を相殺して実測分光反
射率及び検量線分光反射率を比較することが可能となる
ので、被測定試料の傾斜等の有無に拘らず正確な膜厚測
定を行うことが可能となる。
の波長依存性を補償する２次光源形成手段を有するの
で、被測定試料が傾斜したりデフォーカスが生じて結像
系等において反射光のケラレが生じ、これによって反射
光のエネルギーが減少した場合にも、分光系に入射する
反射光のスペクトルの分布状態がほぼ維持される。した
がって、演算手段が実測分光反射率の平均値と検量線分
光反射率の平均値とが等しくなるように実測分光反射率
及び検量線分光反射率の少なくとも一方をデータ変換す
れば、被測定試料の傾斜等の影響を相殺して実測分光反
射率及び検量線分光反射率を比較することが可能となる
ので、被測定試料の傾斜等の有無に拘らず正確な膜厚測
定を行うことが可能となる。
【００１６】また、請求項２の膜厚測定装置では、演算
手段が、実測分光反射率の平均値と検量線分光反射率の
平均値との比に基づいて実測分光反射率及び検量線分光
反射率のいずれか一方をデータ変換するので、被測定試
料の傾斜の影響等をより正確に相殺して実測分光反射率
及び検量線分光反射率を比較することが可能となる。す
なわち、被測定試料が傾斜したり結像系にデフォーカス
が生じたりして分光系に入射する反射光のエネルギーが
減少した場合には、分光系で検出される反射光のスペク
トル分布は、原理上、被測定試料が傾斜しておらずデフ
ォーカス生じていない場合のスペクトル分布に適当な係
数を掛けたものとなっていると考えられるので、例えば
実測分光反射率の平均値に対する検量線分光反射率の平
均値の比を実測分光反射率に掛けることにより、被測定
試料が傾斜等していない理想的状態における実測分光反
射率を得ることができ、被測定試料の傾斜等の影響をよ
り正確に相殺することができる。
手段が、実測分光反射率の平均値と検量線分光反射率の
平均値との比に基づいて実測分光反射率及び検量線分光
反射率のいずれか一方をデータ変換するので、被測定試
料の傾斜の影響等をより正確に相殺して実測分光反射率
及び検量線分光反射率を比較することが可能となる。す
なわち、被測定試料が傾斜したり結像系にデフォーカス
が生じたりして分光系に入射する反射光のエネルギーが
減少した場合には、分光系で検出される反射光のスペク
トル分布は、原理上、被測定試料が傾斜しておらずデフ
ォーカス生じていない場合のスペクトル分布に適当な係
数を掛けたものとなっていると考えられるので、例えば
実測分光反射率の平均値に対する検量線分光反射率の平
均値の比を実測分光反射率に掛けることにより、被測定
試料が傾斜等していない理想的状態における実測分光反
射率を得ることができ、被測定試料の傾斜等の影響をよ
り正確に相殺することができる。
【００１７】
【実施例】図１は、この発明にかかる膜厚測定装置の一
実施例の構造を説明する図である。
実施例の構造を説明する図である。
【００１８】この膜厚測定装置は、被測定試料ＳＰを照
明するための照明光を発生する照明光学系２０と、照明
光学系２０からの照明光を被測定試料ＳＰ上に照射する
とともに被測定試料ＳＰから反射された反射光を集束さ
せる結像光学系３０と、結像光学系３０で集束された反
射光を分光する分光ユニット４０と、分光ユニット４０
の分光検出出力に基づいて被測定試料ＳＰの表面に形成
された透光性薄膜の膜厚を算出する制御ユニット５０と
から構成される。
明するための照明光を発生する照明光学系２０と、照明
光学系２０からの照明光を被測定試料ＳＰ上に照射する
とともに被測定試料ＳＰから反射された反射光を集束さ
せる結像光学系３０と、結像光学系３０で集束された反
射光を分光する分光ユニット４０と、分光ユニット４０
の分光検出出力に基づいて被測定試料ＳＰの表面に形成
された透光性薄膜の膜厚を算出する制御ユニット５０と
から構成される。
【００１９】照明光学系２０は、光源としてハロゲンラ
ンプＨＬとシースルータイプの重水素ランプＤＬとを備
えており、一定の観察波長域（例えば２００ｎｍ〜８０
０ｎｍ）をカバーする光を出射する。ハロゲンランプＨ
Ｌより出射される光束は、レンズＬを介して重水素ラン
プＤＬの発光部に集光され、その後さらに第１軸外楕円
面鏡ＥＭ1を介して２次光源形成手段である円柱状のガ
ラスロッドＧＬの入射端に集光される。そして、このガ
ラスロッドＧＬを通過した光束は、第２軸外楕円面鏡Ｅ
Ｍ2を介して視野絞りＦＳに入射する。なお、ハロゲン
ランプＨＬのフィラメントと、重水素ランプＤＬの発光
部と、ガラスロッドＧＬの入射端とは共役な配置となっ
ている。
ンプＨＬとシースルータイプの重水素ランプＤＬとを備
えており、一定の観察波長域（例えば２００ｎｍ〜８０
０ｎｍ）をカバーする光を出射する。ハロゲンランプＨ
Ｌより出射される光束は、レンズＬを介して重水素ラン
プＤＬの発光部に集光され、その後さらに第１軸外楕円
面鏡ＥＭ1を介して２次光源形成手段である円柱状のガ
ラスロッドＧＬの入射端に集光される。そして、このガ
ラスロッドＧＬを通過した光束は、第２軸外楕円面鏡Ｅ
Ｍ2を介して視野絞りＦＳに入射する。なお、ハロゲン
ランプＨＬのフィラメントと、重水素ランプＤＬの発光
部と、ガラスロッドＧＬの入射端とは共役な配置となっ
ている。
【００２０】ガラスロッドＧＬは、合成石英ガラス製の
ロッドであり、その入射端での輝度分布が一様でない場
合でも、出射端では輝度分布が均一になるという性質を
有しており、この性質により、ガラスロッドＧＬの出射
端側では輝度分布の波長依存性がほとんどなくなる。つ
まり、このガラスロッドＧＬを用い、その出射端を２次
光源とすることで、光源が本来有している輝度分布の波
長依存性を無視できるレベルまで小さくすることができ
る。このため、視野絞りＦＳを通過する照明光にも輝度
分布の波長依存性が生じない。
ロッドであり、その入射端での輝度分布が一様でない場
合でも、出射端では輝度分布が均一になるという性質を
有しており、この性質により、ガラスロッドＧＬの出射
端側では輝度分布の波長依存性がほとんどなくなる。つ
まり、このガラスロッドＧＬを用い、その出射端を２次
光源とすることで、光源が本来有している輝度分布の波
長依存性を無視できるレベルまで小さくすることができ
る。このため、視野絞りＦＳを通過する照明光にも輝度
分布の波長依存性が生じない。
【００２１】ここで、ガラスロッドＧＬによって光源の
輝度分布の波長依存性が補償される理由について簡単に
説明しておく。ガラスロッドＧＬの入射端から入射する
光源光のうち、ガラスロッドＧＬの光軸に平行に入射す
るものはそのまま直進して出射端に達し、入射角が中程
度のものは中程度の反射回数で出射端に達し、入射角が
臨界角に近い大きなものは最大の反射回数で出射端に達
する。この結果、様々な反射回数の光が混じり合って出
射端面側での光源光の一様化が達成されるため、光源で
あるハロゲンランプＨＬや重水素ランプＤＬの輝度分布
の波長依存性が補償される。
輝度分布の波長依存性が補償される理由について簡単に
説明しておく。ガラスロッドＧＬの入射端から入射する
光源光のうち、ガラスロッドＧＬの光軸に平行に入射す
るものはそのまま直進して出射端に達し、入射角が中程
度のものは中程度の反射回数で出射端に達し、入射角が
臨界角に近い大きなものは最大の反射回数で出射端に達
する。この結果、様々な反射回数の光が混じり合って出
射端面側での光源光の一様化が達成されるため、光源で
あるハロゲンランプＨＬや重水素ランプＤＬの輝度分布
の波長依存性が補償される。
【００２２】結像光学系３０は、結像用の反射対物レン
ズＲＯと落射照明用のハーフミラーＨＭとからなり、照
明光学系２０からの照明光は、ハーフミラーＨＭによっ
て反射され、反射対物レンズＲＯを経て被測定試料ＳＰ
の存在する位置の所定の照明領域ＩＡに照射される。結
像用に反射対物レンズＲＯを用いているのは、色収差が
生じず、紫外光でも十分な透過率が得られることによ
る。ここで、反射対物レンズＲＯの射出瞳と、重水素ラ
ンプＤＬの発光部とは共役な配置となっており、ケーラ
ー照明の構成となっている。さらに、被測定試料ＳＰの
位置する照明領域ＩＡと、視野絞りＦＳの開口とは共役
な配置となっており、視野絞りＦＳによって照明領域Ｉ
Ａが画定される。
ズＲＯと落射照明用のハーフミラーＨＭとからなり、照
明光学系２０からの照明光は、ハーフミラーＨＭによっ
て反射され、反射対物レンズＲＯを経て被測定試料ＳＰ
の存在する位置の所定の照明領域ＩＡに照射される。結
像用に反射対物レンズＲＯを用いているのは、色収差が
生じず、紫外光でも十分な透過率が得られることによ
る。ここで、反射対物レンズＲＯの射出瞳と、重水素ラ
ンプＤＬの発光部とは共役な配置となっており、ケーラ
ー照明の構成となっている。さらに、被測定試料ＳＰの
位置する照明領域ＩＡと、視野絞りＦＳの開口とは共役
な配置となっており、視野絞りＦＳによって照明領域Ｉ
Ａが画定される。
【００２３】なお、図示を省略しているが、被測定試料
ＳＰの下側にはＸＹステージが配置されている。このＸ
Ｙステージは、被測定試料ＳＰを搭載しながらＸ、Ｙ方
向に移動し、被測定試料ＳＰ表面の任意の領域を照明領
域ＩＡに位置させる。また、このＸＹステージには、そ
の位置（Ｘ、Ｙ座標）を検出してその位置情報を制御ユ
ニット５０に与える機構が設けられている。
ＳＰの下側にはＸＹステージが配置されている。このＸ
Ｙステージは、被測定試料ＳＰを搭載しながらＸ、Ｙ方
向に移動し、被測定試料ＳＰ表面の任意の領域を照明領
域ＩＡに位置させる。また、このＸＹステージには、そ
の位置（Ｘ、Ｙ座標）を検出してその位置情報を制御ユ
ニット５０に与える機構が設けられている。
【００２４】この照明領域ＩＡに位置する被測定試料Ｓ
Ｐで反射された光は、反射対物レンズＯＢおよびハーフ
ミラーＨＭを介して光軸上の所定位置に集光される。こ
の集光位置には、中心部にピンホールＰＨを有するプレ
ートＰＰが配置されており、被測定試料ＳＰからの反射
光のうちピンホールＰＨを通過した光のみを分光ユニッ
ト４０内に選択的に入射させる。
Ｐで反射された光は、反射対物レンズＯＢおよびハーフ
ミラーＨＭを介して光軸上の所定位置に集光される。こ
の集光位置には、中心部にピンホールＰＨを有するプレ
ートＰＰが配置されており、被測定試料ＳＰからの反射
光のうちピンホールＰＨを通過した光のみを分光ユニッ
ト４０内に選択的に入射させる。
【００２５】分光ユニット４０は、前述のピンホールＰ
Ｈと、反射光を分光する凹面回折格子ＨＧと、凹面回折
格子ＨＧにより回折された回折光の分光スペクトルを電
気信号として検出するの光検出器ＬＩＳとにより構成さ
れている。光検出器ＬＩＳは、例えばフォトダイオード
アレイやＣＣＤ等からなるリニアイメージセンサであ
り、ピンホールＰＨと共役な関係に配置される。このた
め、分光ユニット４０に取り込まれた光は凹面回折格子
ＨＧにより分光されて光検出器ＬＩＳに入射し、各分光
スペクトルのエネルギーに対応したスペクトル信号が光
検出器ＬＩＳから制御ユニット５０側に与えられる。
Ｈと、反射光を分光する凹面回折格子ＨＧと、凹面回折
格子ＨＧにより回折された回折光の分光スペクトルを電
気信号として検出するの光検出器ＬＩＳとにより構成さ
れている。光検出器ＬＩＳは、例えばフォトダイオード
アレイやＣＣＤ等からなるリニアイメージセンサであ
り、ピンホールＰＨと共役な関係に配置される。このた
め、分光ユニット４０に取り込まれた光は凹面回折格子
ＨＧにより分光されて光検出器ＬＩＳに入射し、各分光
スペクトルのエネルギーに対応したスペクトル信号が光
検出器ＬＩＳから制御ユニット５０側に与えられる。
【００２６】制御ユニット５０は、論理演算を実行する
周知のＣＰＵ５２を備えており、図示を省略する入出力
ポートを介してＣＲＴ５１およびキーボード５３との間
で信号の授受を行う。ＣＰＵ５２は、光検出器ＬＩＳか
らのスペクトル信号に基づき、後述する方法により被測
定試料ＳＰに形成された薄膜の膜厚を求め、その結果を
ＣＲＴ５１に出力する。
周知のＣＰＵ５２を備えており、図示を省略する入出力
ポートを介してＣＲＴ５１およびキーボード５３との間
で信号の授受を行う。ＣＰＵ５２は、光検出器ＬＩＳか
らのスペクトル信号に基づき、後述する方法により被測
定試料ＳＰに形成された薄膜の膜厚を求め、その結果を
ＣＲＴ５１に出力する。
【００２７】以下、図２、図３、および図４を参照しつ
つ、図１に示す膜厚測定装置の動作を説明する。なお、
この実施例では、基板上に単層の薄膜が形成されている
被測定試料ＳＰの膜厚ｄを測定する場合について説明す
る。また、本実施例においては、それぞれの分光反射率
を「薄膜が形成されていない基準試料から得られる基準
スペクトル信号に対する被測定試料から得られる対象ス
ペクトル信号の割合」で示し、実際の測定に基づいて算
出した被測定試料ＳＰの分光反射率を実測相対反射率、
理論的に算出した被測定試料ＳＰの分光反射率を検量線
相対反射率という。
つ、図１に示す膜厚測定装置の動作を説明する。なお、
この実施例では、基板上に単層の薄膜が形成されている
被測定試料ＳＰの膜厚ｄを測定する場合について説明す
る。また、本実施例においては、それぞれの分光反射率
を「薄膜が形成されていない基準試料から得られる基準
スペクトル信号に対する被測定試料から得られる対象ス
ペクトル信号の割合」で示し、実際の測定に基づいて算
出した被測定試料ＳＰの分光反射率を実測相対反射率、
理論的に算出した被測定試料ＳＰの分光反射率を検量線
相対反射率という。
【００２８】(1) まず、ステップＳ１で、オペレータが
制御ユニット５０のキーボード５３を介して、被測定試
料ＳＰ上の薄膜の波長ごとの屈折率ｎ（λ）、吸収係数
ｋ（λ）等の光学定数を入力する。これらの入力データ
は、制御ユニット５０のメモリ（図示省略）に格納さ
れ、後で説明する計算処理において必要に応じて適宜読
み出される。
制御ユニット５０のキーボード５３を介して、被測定試
料ＳＰ上の薄膜の波長ごとの屈折率ｎ（λ）、吸収係数
ｋ（λ）等の光学定数を入力する。これらの入力データ
は、制御ユニット５０のメモリ（図示省略）に格納さ
れ、後で説明する計算処理において必要に応じて適宜読
み出される。
【００２９】(2) 次に、ステップＳ３で、被測定試料Ｓ
Ｐの薄膜のとりうる膜厚の範囲ｄS〜ｄeを指定する。こ
の指定膜厚範囲ｄS〜ｄeは、検量線相対反射率を算出す
る範囲を一定の範囲内に限定するために必要となるもの
である。さらに、このステップＳ３では、検量線相対反
射率を求める際の膜厚ピッチΔｄも指定する。この膜厚
ピッチΔｄは、仮想的な理論上の膜厚を漸次変化させて
検量線相対反射率を求める際に必要となる。なお、後に
詳細に説明するが、得られた検量線相対反射率は、実測
相対反射率と逐次比較されて膜厚の最適値を求めるため
に利用される。
Ｐの薄膜のとりうる膜厚の範囲ｄS〜ｄeを指定する。こ
の指定膜厚範囲ｄS〜ｄeは、検量線相対反射率を算出す
る範囲を一定の範囲内に限定するために必要となるもの
である。さらに、このステップＳ３では、検量線相対反
射率を求める際の膜厚ピッチΔｄも指定する。この膜厚
ピッチΔｄは、仮想的な理論上の膜厚を漸次変化させて
検量線相対反射率を求める際に必要となる。なお、後に
詳細に説明するが、得られた検量線相対反射率は、実測
相対反射率と逐次比較されて膜厚の最適値を求めるため
に利用される。
【００３０】(3) 次に、ステップＳ５で、観測波長域
（例えば、波長２００ｎｍから４００ｎｍまでの範囲）
内において、基準となるキャリブレーション試料（Ｓｉ
基板の単体）のスペクトル信号に対する被測定試料ＳＰ
のスペクトル信号の比として定義される実測相対反射率
Ｒmeas（λ）を実測する。具体的には、図３に示すよう
な手順で計算を行う。
（例えば、波長２００ｎｍから４００ｎｍまでの範囲）
内において、基準となるキャリブレーション試料（Ｓｉ
基板の単体）のスペクトル信号に対する被測定試料ＳＰ
のスペクトル信号の比として定義される実測相対反射率
Ｒmeas（λ）を実測する。具体的には、図３に示すよう
な手順で計算を行う。
【００３１】まず、ステップＳ１０１で、ハロゲンラン
プＨＬおよび重水素ランプＤＬを点灯する。そして、ス
テップＳ１０２で、オペレータがキャリブレーション試
料をＸＹステージにセットすると、キャリブレーション
試料で反射された光が、反射対物レンズＲＯおよびハー
フミラーＨＭを介して光軸上の所定位置に集光され、さ
らにプレートＰＰのピンホールＰＨを通過した光が分光
ユニット４０に入射して、波長２００ｎｍ〜４００ｎｍ
の範囲で分光される（ステップＳ１０３）。そして、ス
テップＳ１０４で、光検出器ＬＩＳに入射された光は光
電変換され、各スペクトル信号が制御ユニット５０に与
えられ、分光データＣ（λ）として制御ユニット５０の
メモリに格納される。
プＨＬおよび重水素ランプＤＬを点灯する。そして、ス
テップＳ１０２で、オペレータがキャリブレーション試
料をＸＹステージにセットすると、キャリブレーション
試料で反射された光が、反射対物レンズＲＯおよびハー
フミラーＨＭを介して光軸上の所定位置に集光され、さ
らにプレートＰＰのピンホールＰＨを通過した光が分光
ユニット４０に入射して、波長２００ｎｍ〜４００ｎｍ
の範囲で分光される（ステップＳ１０３）。そして、ス
テップＳ１０４で、光検出器ＬＩＳに入射された光は光
電変換され、各スペクトル信号が制御ユニット５０に与
えられ、分光データＣ（λ）として制御ユニット５０の
メモリに格納される。
【００３２】それに続いて、オペレータがＸＹステージ
からキャリブレーション試料を取り除いた後、測定対象
である被測定試料ＳＰをＸＹステージに載置する（ステ
ップＳ１０５）と、上記と同様にして、被測定試料ＳＰ
で反射された光が分光ユニット４０に入射して、波長２
００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲で分光された（ステップＳ
１０６）後、分光データＭ（λ）として制御ユニット５
０のメモリに格納される（ステップＳ１０７）。
からキャリブレーション試料を取り除いた後、測定対象
である被測定試料ＳＰをＸＹステージに載置する（ステ
ップＳ１０５）と、上記と同様にして、被測定試料ＳＰ
で反射された光が分光ユニット４０に入射して、波長２
００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲で分光された（ステップＳ
１０６）後、分光データＭ（λ）として制御ユニット５
０のメモリに格納される（ステップＳ１０７）。
【００３３】そして、ステップＳ１０８〜Ｓ１１０を繰
り返して、波長２００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲におい
て、適当なピッチ、例えば１ｎｍピッチでメモリから分
光データＣ（λ）、Ｍ（λ）を読み出し、
り返して、波長２００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲におい
て、適当なピッチ、例えば１ｎｍピッチでメモリから分
光データＣ（λ）、Ｍ（λ）を読み出し、
【００３４】
【数１】
【００３５】に従って、被測定試料ＳＰの実測相対反射
率Ｒmeas（λ）を求め、それに関するデータ（以下「実
測分光相対反射率データ」という）をメモリに格納する
（ステップＳ１０９）。
率Ｒmeas（λ）を求め、それに関するデータ（以下「実
測分光相対反射率データ」という）をメモリに格納する
（ステップＳ１０９）。
【００３６】以上のようにして、波長２００ｎｍ〜４０
０ｎｍでの被測定試料ＳＰの相対反射率を求め、各波長
λに対する実測相対反射率Ｒmeas（λ）をプロットする
と、干渉波形が得られる。
０ｎｍでの被測定試料ＳＰの相対反射率を求め、各波長
λに対する実測相対反射率Ｒmeas（λ）をプロットする
と、干渉波形が得られる。
【００３７】(4) 次に、図２に戻って、ステップＳ７
で、薄膜の膜厚ｄを最小値ｄSから最大値ｄeまでの指定
膜厚範囲内において膜厚ピッチΔｄで変化させながら、
各膜厚ｄ（＝ｄS＋ｍ・Δｄ；ｍは正の整数）における
検量線相対反射率と実測相対反射率との偏差量（すなわ
ちエラー値）を演算し、その偏差量が最小となる膜厚ｄ
を求める。具体的には、図４に示すような手順で計算を
行う。
で、薄膜の膜厚ｄを最小値ｄSから最大値ｄeまでの指定
膜厚範囲内において膜厚ピッチΔｄで変化させながら、
各膜厚ｄ（＝ｄS＋ｍ・Δｄ；ｍは正の整数）における
検量線相対反射率と実測相対反射率との偏差量（すなわ
ちエラー値）を演算し、その偏差量が最小となる膜厚ｄ
を求める。具体的には、図４に示すような手順で計算を
行う。
【００３８】まず、ステップＳ２０２で、制御ユニット
５０のメモリから実測分光相対反射率データを読み出し
て実測相対反射率Ｒmeas（λ）の波長に関する平均値と
してバーＲmeasを求める。次に、ステップＳ２０３で、
検量線相対反射率Ｒstd（λ）の演算を開始する膜厚ｄ
として膜厚ｄsを設定する。
５０のメモリから実測分光相対反射率データを読み出し
て実測相対反射率Ｒmeas（λ）の波長に関する平均値と
してバーＲmeasを求める。次に、ステップＳ２０３で、
検量線相対反射率Ｒstd（λ）の演算を開始する膜厚ｄ
として膜厚ｄsを設定する。
【００３９】そして、ステップＳ２０４で、設定された
膜厚ｄsに対応する検量線相対反射率Ｒstd（λ）を、例
えば１ｎｍの波長ピッチで求める。なお、検量線相対反
射率Ｒstd（λ）は、演算の対象とする波長範囲２００
ｎｍ〜４００ｎｍにおける任意の波長λと、被測定試料
ＳＰを構成する薄膜の波長ごとの屈折率、吸収係数等の
光学定数と、薄膜の膜厚ｄとが与えられた場合、従来よ
り周知の計算式に基づいて得られる。ステップＳ２０５
では、検量線相対反射率Ｒstd（λ）の波長に関する平
均値としてバーＲstd（ｄ）を求める。ステップＳ２０
６では、
膜厚ｄsに対応する検量線相対反射率Ｒstd（λ）を、例
えば１ｎｍの波長ピッチで求める。なお、検量線相対反
射率Ｒstd（λ）は、演算の対象とする波長範囲２００
ｎｍ〜４００ｎｍにおける任意の波長λと、被測定試料
ＳＰを構成する薄膜の波長ごとの屈折率、吸収係数等の
光学定数と、薄膜の膜厚ｄとが与えられた場合、従来よ
り周知の計算式に基づいて得られる。ステップＳ２０５
では、検量線相対反射率Ｒstd（λ）の波長に関する平
均値としてバーＲstd（ｄ）を求める。ステップＳ２０
６では、
【００４０】
【数２】
【００４１】に従って、反射率変動比ΔＩを求める。こ
の反射率変動比ΔＩは、上記の（数２）からも明らかな
ように、実測相対反射率Ｒmeas（λ）の平均値であるバ
ーＲmeasに対する検量線相対反射率のＲstd（λ）の平
均値であるバーＲstd（ｄ）の比となっている。次のス
テップＳ２０７では、実測相対反射率Ｒmeas（λ）の反
射率補正を各波長ごとに行って新たな実測相対反射率Ｒ
meas（λ）とする。反射率補正後の実測相対反射率Ｒme
as（λ）は、図３の方法で求めた元の実測相対反射率Ｒ
meas（λ）に反射率変動比ΔＩを掛けたものとなってい
る。ステップＳ２０８では、
の反射率変動比ΔＩは、上記の（数２）からも明らかな
ように、実測相対反射率Ｒmeas（λ）の平均値であるバ
ーＲmeasに対する検量線相対反射率のＲstd（λ）の平
均値であるバーＲstd（ｄ）の比となっている。次のス
テップＳ２０７では、実測相対反射率Ｒmeas（λ）の反
射率補正を各波長ごとに行って新たな実測相対反射率Ｒ
meas（λ）とする。反射率補正後の実測相対反射率Ｒme
as（λ）は、図３の方法で求めた元の実測相対反射率Ｒ
meas（λ）に反射率変動比ΔＩを掛けたものとなってい
る。ステップＳ２０８では、
【００４２】
【数３】
【００４３】に従って、検量線相対反射率Ｒstd（λ）
と実測相対反射率Ｒmeas（λ）との実質的偏差量である
エラー値Ｅを計算する。ここで、λSは２００ｎｍであ
り、λeは４００ｎｍである。
と実測相対反射率Ｒmeas（λ）との実質的偏差量である
エラー値Ｅを計算する。ここで、λSは２００ｎｍであ
り、λeは４００ｎｍである。
【００４４】以上のような、ステップＳ２０４〜Ｓ２０
８の演算を漸次増加する各膜厚ｄごとに行い、最大の膜
厚ｄeまで各膜厚ｄごとにエラー値Ｅ（ｄ）を求める
（ステップＳ２０９）。最後に、ステップＳ２１０で、
指定膜厚範囲ｄS〜ｄeにおけるエラー値Ｅ（ｄ）から最
小値Ｅminを求め、そのときの値ｄを膜厚とする。
８の演算を漸次増加する各膜厚ｄごとに行い、最大の膜
厚ｄeまで各膜厚ｄごとにエラー値Ｅ（ｄ）を求める
（ステップＳ２０９）。最後に、ステップＳ２１０で、
指定膜厚範囲ｄS〜ｄeにおけるエラー値Ｅ（ｄ）から最
小値Ｅminを求め、そのときの値ｄを膜厚とする。
【００４５】図５は、図３および図４のフローチャート
に示す動作を具体的に説明するグラフである。
に示す動作を具体的に説明するグラフである。
【００４６】図５（ａ）において、横軸は波長を示し、
縦軸は相対反射率を示す。グラフ中において、曲線ａは
図３に示す方法で求めた実測相対反射率Ｒmeas（λ）の
プロファイルを示し、曲線ｂは図４のステップＳ２０４
で求めた検量線相対反射率Ｒstd（λ）のプロファイル
を示す。なお、曲線ａの平均値であるバーＲmeasは、図
４のステップＳ２０２で求めたものであり、曲線ｂの平
均値であるバーＲstd（ｄ）は、図４のステップＳ２０
５で求めたものである。
縦軸は相対反射率を示す。グラフ中において、曲線ａは
図３に示す方法で求めた実測相対反射率Ｒmeas（λ）の
プロファイルを示し、曲線ｂは図４のステップＳ２０４
で求めた検量線相対反射率Ｒstd（λ）のプロファイル
を示す。なお、曲線ａの平均値であるバーＲmeasは、図
４のステップＳ２０２で求めたものであり、曲線ｂの平
均値であるバーＲstd（ｄ）は、図４のステップＳ２０
５で求めたものである。
【００４７】図５（ｂ）において、曲線ａ’は反射率補
正後の実測相対反射率Ｒmeas（λ）のプロファイルを示
し、図４のステップＳ２０７で求めたものである。な
お、曲線ｂは図５（ａ）の曲線ｂと同一のもので、検量
線相対反射率Ｒstd（λ）のプロファイルを示す。図か
らも明らかなように、曲線ａ’と曲線ｂの平均値は一致
する。そして、これら一対の曲線ａ’、ｂから、これら
の偏差量であるエラー値Ｅ（ｄ）が求められる（図４の
ステップＳ２０８参照）。
正後の実測相対反射率Ｒmeas（λ）のプロファイルを示
し、図４のステップＳ２０７で求めたものである。な
お、曲線ｂは図５（ａ）の曲線ｂと同一のもので、検量
線相対反射率Ｒstd（λ）のプロファイルを示す。図か
らも明らかなように、曲線ａ’と曲線ｂの平均値は一致
する。そして、これら一対の曲線ａ’、ｂから、これら
の偏差量であるエラー値Ｅ（ｄ）が求められる（図４の
ステップＳ２０８参照）。
【００４８】以上の説明から明かなように、実施例の装
置では、照明光学系２０が光源であるハロゲンランプＨ
Ｌや重水素ランプＤＬの輝度分布の波長依存性を補償す
るガラスロッドＧＬを備えるので、被測定試料ＳＰが傾
斜したり結像光学系３０にデフォーカスが生じたりし
て、反射対物レンズＲＯがプレートＰＰの位置に形成す
る反射光の像にケラレが生じた場合にも、分光ユニット
４０に入射する反射光のスペクトルの分布状態（分布形
状）がほぼ維持される。
置では、照明光学系２０が光源であるハロゲンランプＨ
Ｌや重水素ランプＤＬの輝度分布の波長依存性を補償す
るガラスロッドＧＬを備えるので、被測定試料ＳＰが傾
斜したり結像光学系３０にデフォーカスが生じたりし
て、反射対物レンズＲＯがプレートＰＰの位置に形成す
る反射光の像にケラレが生じた場合にも、分光ユニット
４０に入射する反射光のスペクトルの分布状態（分布形
状）がほぼ維持される。
【００４９】すなわち、被測定試料ＳＰが傾斜するなど
して分光ユニット４０に入射する反射光の強度が減少し
た場合、分光ユニット４０で検出される反射光のスペク
トル分布は、原理上、被測定試料ＳＰが傾斜しておらず
デフォーカスが生じていない場合のスペクトル分布に適
当な係数を掛けた相似形状となっていると考えられる。
よって、図４のフローチャートのステップＳ２０７に示
すように、反射率変動比ΔＩ（実測相対反射率の平均値
であるバーＲmeasに対する検量線相対反射率の平均値で
あるバーＲstd（ｄ）の比）を実測相対反射率Ｒmeas
（λ）に掛けることにより、被測定試料ＳＰが傾斜して
いない理想的状態における実測相対反射率Ｒmeas（λ）
を得ることができる。
して分光ユニット４０に入射する反射光の強度が減少し
た場合、分光ユニット４０で検出される反射光のスペク
トル分布は、原理上、被測定試料ＳＰが傾斜しておらず
デフォーカスが生じていない場合のスペクトル分布に適
当な係数を掛けた相似形状となっていると考えられる。
よって、図４のフローチャートのステップＳ２０７に示
すように、反射率変動比ΔＩ（実測相対反射率の平均値
であるバーＲmeasに対する検量線相対反射率の平均値で
あるバーＲstd（ｄ）の比）を実測相対反射率Ｒmeas
（λ）に掛けることにより、被測定試料ＳＰが傾斜して
いない理想的状態における実測相対反射率Ｒmeas（λ）
を得ることができる。
【００５０】このような反射率補正後の実測相対反射率
Ｒmeas（λ）を用いることにより、被測定試料ＳＰの傾
斜の影響等を相殺して実測相対反射率Ｒmeas（λ）およ
び検量線相対反射率Ｒstd（λ）を比較することが可能
となるので、図４のフローチャートのステップＳ２０８
に示すように偏差量であるエラー値Ｅが最小になるよう
な膜厚ｄを求めることにより、被測定試料ＳＰの傾斜の
有無等に拘らず正確な膜厚測定が可能となる。
Ｒmeas（λ）を用いることにより、被測定試料ＳＰの傾
斜の影響等を相殺して実測相対反射率Ｒmeas（λ）およ
び検量線相対反射率Ｒstd（λ）を比較することが可能
となるので、図４のフローチャートのステップＳ２０８
に示すように偏差量であるエラー値Ｅが最小になるよう
な膜厚ｄを求めることにより、被測定試料ＳＰの傾斜の
有無等に拘らず正確な膜厚測定が可能となる。
【００５１】以上、実施例に即してこの発明を説明した
が、この発明は上記実施例に限定されるものではない。
例えば、図１の照明光学系２０を構成するガラスロッド
ＧＬの出射端に遮蔽を設けることができる。図６は、ガ
ラスロッドＧＬの出射端２２を拡大した図である。この
出射端２２からは、輝度分布の波長依存性が補償された
照明光が出射する。しかし、反射対物レンズＲＯの中央
には不明領域が存在するので、この領域に入射した光束
に起因してフレアや迷光が発生するおそれがある。そこ
で、図示のように、ガラスロッドＧＬの出射端２２にこ
れと同心に配した円形の遮蔽２４を設けることが考えら
れる。この遮蔽２４は、反射対物レンズＲＯの不明領域
に対応したものとなっており、反射対物レンズＲＯに入
射する不必要な光束を低減させてフレア等の発生を防止
する。
が、この発明は上記実施例に限定されるものではない。
例えば、図１の照明光学系２０を構成するガラスロッド
ＧＬの出射端に遮蔽を設けることができる。図６は、ガ
ラスロッドＧＬの出射端２２を拡大した図である。この
出射端２２からは、輝度分布の波長依存性が補償された
照明光が出射する。しかし、反射対物レンズＲＯの中央
には不明領域が存在するので、この領域に入射した光束
に起因してフレアや迷光が発生するおそれがある。そこ
で、図示のように、ガラスロッドＧＬの出射端２２にこ
れと同心に配した円形の遮蔽２４を設けることが考えら
れる。この遮蔽２４は、反射対物レンズＲＯの不明領域
に対応したものとなっており、反射対物レンズＲＯに入
射する不必要な光束を低減させてフレア等の発生を防止
する。
【００５２】また、上記実施例では、２次光源形成手段
としてガラスロッドＧＬを用いて照明光学系２０を構成
しているが、このガラスロッドＧＬに代えて角柱状のカ
ライドスコープを用いたカライドスコープ照明系とする
ことによっても光源の輝度分布の波長依存性を補償する
ことができる。さらに、ガラスロッドＧＬに代えて積分
球を用いることもできる。この場合、積分球の入射用開
口にハロゲンランプＨＬ等からの光束を入射させ、その
検出用開口から照明光を取り出すが、この照明光も上記
と同様に輝度分布の波長依存性が補償されたものとなっ
ている。さらに、ガラスロッドＧＬに代えて光ファイバ
を用いることができ、これによっても光源の輝度分布の
波長依存性が補償される。さらに、ガラスロッドＧＬに
代えて内面を鏡面にした中空の構造体を用いることがで
き、これによっても光源の輝度分布の波長依存性が補償
される。
としてガラスロッドＧＬを用いて照明光学系２０を構成
しているが、このガラスロッドＧＬに代えて角柱状のカ
ライドスコープを用いたカライドスコープ照明系とする
ことによっても光源の輝度分布の波長依存性を補償する
ことができる。さらに、ガラスロッドＧＬに代えて積分
球を用いることもできる。この場合、積分球の入射用開
口にハロゲンランプＨＬ等からの光束を入射させ、その
検出用開口から照明光を取り出すが、この照明光も上記
と同様に輝度分布の波長依存性が補償されたものとなっ
ている。さらに、ガラスロッドＧＬに代えて光ファイバ
を用いることができ、これによっても光源の輝度分布の
波長依存性が補償される。さらに、ガラスロッドＧＬに
代えて内面を鏡面にした中空の構造体を用いることがで
き、これによっても光源の輝度分布の波長依存性が補償
される。
【００５３】また、上記実施例では、実測相対反射率の
平均値バーＲmeasに対する検量線相対反射率の平均値バ
ーＲstd（ｄ）の比である反射率変動比ΔＩを実測相対
反射率Ｒmeas（λ）に掛けることによって反射率補正を
行っているが（図４のステップＳ２０７参照）、反射率
変動比の逆数１／ΔＩを検量線相対反射率Ｒstd（λ）
に掛けることによって検量線相対反射率Ｒstd（λ）側
の反射率補正を行った後に新たな検量線相対反射率Ｒst
d（λ）と実測相対反射率Ｒmeas（λ）との間の偏差量
の計算を行っても上記とほぼ同様の膜厚測定結果が得ら
れる。
平均値バーＲmeasに対する検量線相対反射率の平均値バ
ーＲstd（ｄ）の比である反射率変動比ΔＩを実測相対
反射率Ｒmeas（λ）に掛けることによって反射率補正を
行っているが（図４のステップＳ２０７参照）、反射率
変動比の逆数１／ΔＩを検量線相対反射率Ｒstd（λ）
に掛けることによって検量線相対反射率Ｒstd（λ）側
の反射率補正を行った後に新たな検量線相対反射率Ｒst
d（λ）と実測相対反射率Ｒmeas（λ）との間の偏差量
の計算を行っても上記とほぼ同様の膜厚測定結果が得ら
れる。
【００５４】また、上記実施例では、反射率変動比ΔＩ
を実測相対反射率Ｒmeas（λ）に掛けることによって反
射率補正を行っているが（図４のステップＳ２０７参
照）、反射率変動比の代わりに反射率差を用いて反射率
補正を行うことできる。この場合、実測相対反射率の平
均値バーＲmeasと検量線相対反射率の平均値バーＲstd
（ｄ）との差である反射率差δＩを
を実測相対反射率Ｒmeas（λ）に掛けることによって反
射率補正を行っているが（図４のステップＳ２０７参
照）、反射率変動比の代わりに反射率差を用いて反射率
補正を行うことできる。この場合、実測相対反射率の平
均値バーＲmeasと検量線相対反射率の平均値バーＲstd
（ｄ）との差である反射率差δＩを
【００５５】
【数４】
【００５６】に従って求める。そして、得られた反射率
差δＩを実測相対反射率Ｒmeas（λ）に加算するシフト
操作を行うことによって反射率補正を行った後に、検量
線相対反射率Ｒstd（λ）と新たな実測相対反射率Ｒmea
s（λ）との間の偏差量の計算を行っても、上記とほぼ
同様の膜厚測定結果が得られる。
差δＩを実測相対反射率Ｒmeas（λ）に加算するシフト
操作を行うことによって反射率補正を行った後に、検量
線相対反射率Ｒstd（λ）と新たな実測相対反射率Ｒmea
s（λ）との間の偏差量の計算を行っても、上記とほぼ
同様の膜厚測定結果が得られる。
【００５７】また、上記実施例では、被測定試料ＳＰと
して基板上に単一の薄膜を形成したものを測定している
が、被測定試料ＳＰとして基板上に多層の薄膜を形成し
たものを測定することもできる。この場合、各薄膜の屈
折率や吸収係数が予め与えられていれば、各薄膜の膜厚
の設定を所定の膜厚範囲内において適当な膜厚ピッチΔ
ｄで変化させ、各膜厚に対応する検量線相対反射率ひい
ては偏差量を求めてそれらの最小値から最適の膜厚ｄを
求めることができる。
して基板上に単一の薄膜を形成したものを測定している
が、被測定試料ＳＰとして基板上に多層の薄膜を形成し
たものを測定することもできる。この場合、各薄膜の屈
折率や吸収係数が予め与えられていれば、各薄膜の膜厚
の設定を所定の膜厚範囲内において適当な膜厚ピッチΔ
ｄで変化させ、各膜厚に対応する検量線相対反射率ひい
ては偏差量を求めてそれらの最小値から最適の膜厚ｄを
求めることができる。
【００５８】
【発明の効果】以上説明のように、請求項１の装置によ
れば、照明系が光源の輝度分布の波長依存性を補償する
２次光源形成手段を有するので、被測定試料の傾き等に
起因して被測定試料からの反射光のエネルギーが減少し
た場合にも、分光系に入射する反射光のスペクトルの分
布状態がほぼ維持される。したがって、演算手段が分光
系の出力に基づいて決定した実測分光反射率の平均値と
検量線分光反射率の平均値とが等しくなるように実測分
光反射率及び検量線分光反射率の少なくとも一方をデー
タ変換すれば、被測定試料の傾斜等の影響を相殺して実
測分光反射率及び検量線分光反射率を比較することが可
能となるので、被測定試料の傾斜等の有無に拘らず正確
に膜厚測定を行うことが可能となる。よって、被測定試
料の膜厚測定のスループットを低下せることなく優れた
測定再現性が得られる。
れば、照明系が光源の輝度分布の波長依存性を補償する
２次光源形成手段を有するので、被測定試料の傾き等に
起因して被測定試料からの反射光のエネルギーが減少し
た場合にも、分光系に入射する反射光のスペクトルの分
布状態がほぼ維持される。したがって、演算手段が分光
系の出力に基づいて決定した実測分光反射率の平均値と
検量線分光反射率の平均値とが等しくなるように実測分
光反射率及び検量線分光反射率の少なくとも一方をデー
タ変換すれば、被測定試料の傾斜等の影響を相殺して実
測分光反射率及び検量線分光反射率を比較することが可
能となるので、被測定試料の傾斜等の有無に拘らず正確
に膜厚測定を行うことが可能となる。よって、被測定試
料の膜厚測定のスループットを低下せることなく優れた
測定再現性が得られる。
【００５９】また、請求項２の膜厚測定装置では、演算
手段が、実測分光反射率の平均値と検量線分光反射率の
平均値との比に基づいて実測分光反射率及び検量線分光
反射率のいずれか一方をデータ変換するので、被測定試
料の傾斜等の影響をより正確に相殺して実測分光反射率
及び検量線分光反射率を比較することが可能となり、正
確な膜厚測定を行うことができる。
手段が、実測分光反射率の平均値と検量線分光反射率の
平均値との比に基づいて実測分光反射率及び検量線分光
反射率のいずれか一方をデータ変換するので、被測定試
料の傾斜等の影響をより正確に相殺して実測分光反射率
及び検量線分光反射率を比較することが可能となり、正
確な膜厚測定を行うことができる。
【図１】この発明に係る膜厚測定装置の構造を示す図で
ある。
ある。
【図２】図１の膜厚測定装置の動作を示すフローチャー
トである。
トである。
【図３】被測定試料の実測相対反射率を測定する工程を
示すフローチャートである。
示すフローチャートである。
【図４】偏差量が最小となる膜厚を求める工程を示すフ
ローチャートである。
ローチャートである。
【図５】図３及び図４の工程を説明するグラフである。
【図６】２次光源形成手段の変形例を説明する図であ
る。
る。
【図７】被測定試料が傾斜している場合の反射光への影
響について説明する図である。
響について説明する図である。
【図８】被測定試料が傾斜している場合の分光特性への
影響について説明する図である。
影響について説明する図である。
【図９】従来の膜厚測定装置の構造を説明する図であ
る。
る。
２０ 照明光学系 ３０ 結像光学系 ４０ 分光ユニット ５０ 制御ユニット ＨＬ，ＤＬ 光源 ＧＬ ガラスロッド ＦＳ 視野絞り ＲＯ 反射対物レンズ ＳＰ 被測定試料
Claims (2)
- 【請求項１】 光源を有し、基板上に薄膜を形成した被
測定試料を照明する照明系と、前記被測定試料から反射
された反射光を集束する結像系と、当該結像系からの前
記反射光を分光して検出する分光系と、当該分光系の出
力に基づいて特定の波長毎に前記薄膜の反射率を実測分
光反射率として求め、前記薄膜の光学データに基づいて
特定の波長毎に理論的に求められた検量線分光反射率と
の比較によって前記薄膜の膜厚を決定する演算手段とを
備える膜厚測定装置において、 前記照明系は、前記光源の輝度分布の波長依存性を補償
する２次光源形成手段を有し、 前記演算手段は、前記実測分光反射率の平均値と検量線
分光反射率の平均値とが等しくなるように前記実測分光
反射率及び前記検量線分光反射率の少なくとも一方をデ
ータ変換した後に前記薄膜の膜厚を決定することを特徴
とする膜厚測定装置。 - 【請求項２】 前記演算手段は、前記実測分光反射率の
平均値と前記検量線分光反射率の平均値との比に基づい
て、前記実測分光反射率及び前記検量線分光反射率のい
ずれか一方をデータ変換することを特徴とする請求項１
記載の膜厚測定装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7181813A JPH0933222A (ja) | 1995-07-18 | 1995-07-18 | 膜厚測定装置 |
| US08/677,274 US5686993A (en) | 1995-07-18 | 1996-07-09 | Method of and apparatus for measuring film thickness |
| EP96111447A EP0754931A3 (en) | 1995-07-18 | 1996-07-16 | Method of and apparatus for measuring film thickness |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7181813A JPH0933222A (ja) | 1995-07-18 | 1995-07-18 | 膜厚測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0933222A true JPH0933222A (ja) | 1997-02-07 |
Family
ID=16107287
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7181813A Pending JPH0933222A (ja) | 1995-07-18 | 1995-07-18 | 膜厚測定装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5686993A (ja) |
| EP (1) | EP0754931A3 (ja) |
| JP (1) | JPH0933222A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021076489A (ja) * | 2019-11-11 | 2021-05-20 | 大塚電子株式会社 | 膜厚測定装置および膜厚測定方法 |
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| JPH11325840A (ja) * | 1998-05-19 | 1999-11-26 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | メタル残膜判定方法およびメタル残膜判定装置 |
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| US20070231421A1 (en) | 2006-04-03 | 2007-10-04 | Molecular Imprints, Inc. | Enhanced Multi Channel Alignment |
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-
1995
- 1995-07-18 JP JP7181813A patent/JPH0933222A/ja active Pending
-
1996
- 1996-07-09 US US08/677,274 patent/US5686993A/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-07-16 EP EP96111447A patent/EP0754931A3/en not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021076489A (ja) * | 2019-11-11 | 2021-05-20 | 大塚電子株式会社 | 膜厚測定装置および膜厚測定方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5686993A (en) | 1997-11-11 |
| EP0754931A2 (en) | 1997-01-22 |
| EP0754931A3 (en) | 1997-11-05 |
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