TWI513972B - Reflectance measuring apparatus reflectivity measurement method, film thickness measuring apparatus and method for measuring film thickness - Google Patents

Description

反射率測定裝置、反射率測定方法、膜厚測定裝置及膜厚測定方法

本發明係關於反射率測定裝置、反射率測定方法、膜厚測定裝置及膜厚測定方法。

於專利文獻1中記載有檢測液晶顯示器用基板之表面處理之終點之裝置。該裝置係對液晶顯示器用基板照射來自氙氣燈或鹵素燈等之光源之光，檢測來自液晶顯示器用基板之反射光，根據反射光之各波長之反射率而檢測表面處理之終點。

又，於專利文獻2中記載有求得被蝕刻基板之蝕刻深度之裝置。該裝置係對被蝕刻基板照射來自氙氣燈等之白色光源之光，檢測來自被蝕刻基板之反射光，藉此求得被蝕刻基板之蝕刻深度。

先前技術文獻 專利文獻

[專利文獻1]日本特開平05-322515號公報

[專利文獻2]日本特開2001-267300號公報

作為測定對象物之膜厚之測定方法，已知有藉由檢測來自測定對象物之反射干涉光，計算各波長之反射率，而求得測定對象物之膜厚之方法。其係利用薄膜之正面與背面之反射光產生之干涉者。來自背面之反射光之光路相對於 來自表面之反射光長僅膜厚之2倍的厚度，使相位變化。藉由該等之來自表面之反射光與來自背面之反射光干涉而獲得干涉光。若對各波長分解該干涉光，則各波長強度會產生變化，從而可根據該變化之情況而計算膜厚。

在根據干涉光之各波長之強度之變動計算膜厚之情形，一般是求得各波長之反射率，以便除去從光源照射之光之各波長強度之影響。求得該各波長之反射率時，必須分別獲取來自基準測定對象物之反射光之各波長之強度，與來自測定對象物之反射光之各波長之強度。通常，在測定裝置之工廠出貨時等，會預先獲取來自基準測定對象物之反射光之各波長之強度，並記錄於測定裝置之記錄部等。而在計算測定對象物之膜厚時，讀取所記錄之來自基準測定對象物之反射光之各波長之強度而使用。

根據上述之裝置，若因經年變化或周圍環境使得測定所使用之光源之各波長之強度產生變動，則在獲取來自基準測定對象物之反射光之各波長之強度時從測定光源供給至基準測定對象物之照射光之強度，與在計算測定對象物之膜厚時從測定光源供給至測定對象物之照射光之強度將變得不同，從而無法高精度地測定各波長之反射率。

本發明之目的在於提供一種能夠高精度地測定測定對象物之各波長之反射率之反射率測定裝置及反射率測定方法，及能夠高精度地測定測定對象物之膜厚之膜厚測定裝置及膜厚測定方法。

本發明之一實施形態之反射率測定裝置，其特徵為具備：測定光源，對測定對象物供給照射光；分光檢測部，對各波長檢測照射光之強度及來自測定對象物之反射光之強度；係數記錄部，記錄用於將照射光之各波長之強度檢測值，轉換成相當於來自基準測定對象物之反射光之各波長之強度之值之轉換係數；及反射率計算部，基於根據照射光之各波長之強度檢測值及轉換係數求得之、相當於來自基準測定對象物之反射光之各波長之強度之值，計算測定對象物之各波長之反射率。

又，本發明之一實施形態之反射率測定方法，其特徵為具備以下步驟：修正用照射光檢測步驟，對各波長檢測供給至基準測定對象物之修正用照射光之強度；修正用照射光供給步驟，將修正用照射光從測定光源供給至基準測定對象物；第1反射光檢測步驟，對各波長檢測來自基準測定對象物之修正用照射光之反射光之強度；係數計算步驟，基於由修正用照射光檢測步驟獲得之修正用照射光之各波長之強度檢測值，與由第1反射光檢測步驟獲得之修正用照射光之反射光之各波長之強度檢測值，計算用於將對測定對象物供給之測定用照射光之各波長之強度檢測值，轉換成相當於來自基準測定對象物之測定用照射光之反射光之各波長之強度之值之轉換係數；設置步驟，設置測定對象物；測定用照射光檢測步驟，對各波長檢測包含激發光及由激發光產生之螢光之測定用照射光之強度；測定用照射光供給步驟，將測定用照射光從測定光源供給至 測定對象物；第2反射光檢測步驟，對各波長檢測來自測定對象物之測定用照射光之反射光之強度；及反射率計算步驟，基於根據由測定用照射光檢測步驟獲得之測定用照射光之光譜之檢測值及轉換係數而求得之、相當於來自基準測定對象物之測定用照射光之反射光之各波長的強度之值，與由第2反射光檢測步驟獲得之來自測定對象物之測定用照射光之反射光的各波長之強度檢測值，計算測定對象物之各波長之反射率。

根據上述之反射率測定裝置及反射率測定方法，在測定測定對象物時，無需使用基準測定對象物，即可根據照射至測定對象物之照射光之各波長之強度檢測值，與記錄於係數記錄部之轉換係數，於每次測定中計算相當於來自基準測定對象物之反射光之各波長之強度之值。藉此，即使在照射光之各波長之強度產生變動之情形下，仍可高精度地測定測定對象物之各波長之反射率。

又，測定光源亦可為供給包含激發光及由激發光產生之螢光之照射光之螢光體方式之白色發光二極體。由於發光二極體之壽命較鹵素燈等長，故可減少測定光源之更換次數。

又，上述之反射率測定裝置亦可進一步具備：參考用光波導，其一端具有由測定光源予以照射照射光之參考光受光面，另一端光學結合於分光檢測部；第1測定用光波導，其一端具有由測定光源予以照射照射光之照射光受光面，另一端具有對測定對象物供給照射光之照射光供給 面；及第2測定用光波導，其一端具有接收來自測定對象物之反射光之反射光受光面，另一端光學結合於分光檢測部。根據該構成，可藉由參考用光波導與第1測定用光波導之配置，調整照射光之各波長之強度。

又，亦可為，分光檢測部包含對各波長檢測照射光之強度之第1檢測部，及對各波長檢測來自測定對象物之反射光之強度之第2檢測部，且參考用光波導之另一端光學結合於第1檢測部，而第2測定用光波導之另一端光學結合於第2檢測部。在如此之構成中，對各波長檢測照射光之強度之檢測部，與對各波長檢測來自測定對象物之反射光之強度之檢測部相互獨立。因此，可同時檢測照射光之各波長之強度，與反射光之各波長之強度，從而可高精度地測定測定對象物之各波長之反射率。再者，可縮短測定各波長之反射率所需之時間。

又，本發明之反射率測定裝置進一步具備將由測定光源照射之照射光選擇性地入射至參考光受光面及照射光受光面中任一者之光波導選擇機構；分光檢測部包含對各波長檢測照射光之強度，且對各波長檢測反射光之強度之第3檢測部；參考用光波導之另一端與第2測定用光波導之另一端可光學結合於第3檢測部。根據如此之構成，分光檢測部可由1個檢測部構成，從而可藉由簡易之構成製造反射率測定裝置。

又，本發明之反射率測定裝置之特徵亦可為，照射至照射光受光面之照射光之光量，大於照射至參考光受光面之 照射光之光量。因此，在照射光、反射光因通過光波導而衰減之情形下，仍可確保高精度地測定各波長之反射率所需之光量。又，第1測定用光波導亦可配置成使照射光受光面與測定光源對向。根據如此之配置，可使照射至第1測定用光波導之照射光之光量增多。

又，第1測定用光波導及參考用光波導亦可配置成使第1測定用光波導之中心軸與參考用光波導之中心軸相對於通過測定光源之軸為相互線對稱。例如，在將如由發光二極體照射之光般具有指向性之光作為照射光使用時，因測定光源與光波導之位置關係，會有入射至光波導之照射光之各波長之強度檢測值不同之情況。根據如此之配置，可抑制照射至參考用光波導之照射光之各波長之強度檢測值、與照射至第1測定用光波導之照射光之各波長之強度檢測值之差異，而高精度地測定各波長之反射率。

再者，膜厚測定裝置之特徵為具備上述之反射率測定裝置。又，膜厚測定方法之特徵為包含上述之反射率測定方法，並基於由反射率測定方法獲得之各波長之反射率，計算測定對象物之膜厚。藉此，可高精度地計算測定膜厚所需之、測定對象物之各波長之反射率，從而能夠高精度地測定測定對象物之膜厚。

根據本發明之反射率測定裝置及反射率測定方法，可高精度地測定測定對象物之各波長之反射率。又，根據本發明之膜厚測定裝置及膜厚測定方法，可高精度地測定測定 對象物之膜厚。

以下，一面參照添附圖式，一面詳細地說明本發明之反射率測定裝置及反射率測定方法之實施形態。再者，在圖式之說明中，對相同之要素附註相同之符號，省略重複之說明。

(第1實施形態)

首先，說明利用反射光引起之干涉之膜厚測定之原理。在圖1所示之例中，作為膜狀之測定對象物之一例，顯示有形成於基板2上之半導體膜13。針對如此之膜厚d，係從與基板2相反側之半導體膜13之上表面(第1面)6側，對包含基板2及半導體膜13之試料12供給膜厚測定用之照射光L1。且，檢測來自其上表面6之反射光L2，與來自下表面(第2面，基板2與半導體膜13之交界面)7之反射光L3~Lm干涉所產生之干涉光，從而計算半導體膜13之膜厚d。

其次，說明具備本實施形態之反射率測定裝置之膜厚測定裝置之構成。圖2係顯示膜厚測定裝置10之一實施形態之構成之方塊圖。在圖2中，顯示有將設置於試料測定部11之處理室內之試料12的半導體膜13作為測定對象物之例。膜厚測定裝置10具備後述之反射率測定裝置1、測定光學系統14、及膜厚計算部19。

膜厚計算部19為計算測定對象物即半導體膜13之膜厚之膜厚計算機構，其基於從反射率測定裝置1輸出之各波長之反射率(以下，將「各波長之反射率」稱為「分光反射 率資料」)之計算值而計算膜厚。該膜厚計算部19之輸入端與反射率測定裝置1之輸出端連接。再者，如此之膜厚計算部19可由例如執行特定之計算程式之電腦構成。

於該膜厚計算部19連接有測定控制部20。測定控制部20參照從膜厚計算部19輸出之膜厚資訊等，控制反射測定裝置1等之膜厚測定裝置10之裝置各部，藉此進行膜厚測定裝置10之膜厚測定動作等之動作所需之控制。

於該測定控制部20，連接有輸入裝置21及顯示裝置22。輸入裝置21係用於供操作者輸入反射率測定裝置1及膜厚測定裝置10之測定動作所需之資訊、條件、指示等。又，顯示裝置22係用於向操作者顯示針對上述之測定動作之必要資訊。

測定光學系統14係將從反射率測定裝置1供給之照射光L1照射至試料12之特定之測定位置，且將在試料12之表面反射之反射光L2引導至反射率測定裝置1。對於該測定光學系統14，光學結合有引導來自反射率測定裝置1之照射光L1之第1測定用光波導(將於後述故未圖示)，及後述之將來自試料12之反射光L2向反射率測定裝置1引導之第2測定用光波導(將於後述故未圖示)。又，於測定光學系統14中設置有於內部設置測定對象物即試料12之試料測定部11。該測定對象物具有各波長之反射率為已知之基準測定對象物，與作為膜厚測定之對象之測定對象物。

於該測定光學系統14中設置有XYθ載物台15。該XYθ載物台係藉由將測定光學系統14之位置、角度等於X方向、 Y方向、θ方向上調整，而調整膜厚測定裝置10在半導體膜13進行之膜厚之測定位置、測定條件。又，XYθ載物台15係藉由載物台控制部16予以驅動控制。

又，對於試料測定部11內之試料12、及測定光學系統14，進一步設置有攝像裝置17、及測定位置設定部18。攝像裝置17係用於確認膜厚測定裝置10在半導體膜13進行之膜厚之測定位置之位置確認用攝像裝置。又，測定位置設定部18係藉由攝像裝置17，參照經由測定光學系統14而獲取之包含半導體膜13之試料12之圖像，而設定對試料12之膜厚測定位置。

其次，說明第1實施形態之反射率測定裝置1之構成。圖3係顯示第1實施形態之反射率測定裝置1之構成之一例。該反射率測定裝置1具備測定光源30、參考用光波導50、第1測定用光波導60、第2測定用光波導70、分光檢測部80、及處理部90而構成。

於該反射率測定裝置1相對於試料測定部11內之試料12之半導體膜13，設置有經由測定光學系統14供給照射光L1之測定光源30。該測定光源30係將至少包含遍及特定帶域之波長成份之照射光L1供給至測定對象物即半導體膜13。作為如此之測定光源30，可適宜使用例如照射包含激發光及由激發光產生之螢光之光之螢光方式的白色發光二極體(Light Emitting Diode，以下稱為「螢光體方式之白色LED」)。白色LED係藉由將短波長之激發光照射至螢光體而生成長波長區域之螢光，且混合激發光與螢光而產生白 色光者。再者，作為測定光源30，亦可使用氙氣燈或鹵素燈等之光源，或組合紅色LED、綠色LED及藍色LED等之3色LED方式之白色LED。

第1測定用光波導60係將照射光L1從測定光源30引導至測定光學系統14。該第1測定用光波導60具有由測定光源30照射照射光L1之照射光受光面61，及對測定對象物供給照射光L1之照射光供給面62。照射光受光面61光學結合於測定光源30，而照射光供給面62光學結合於測定光學系統14。作為該第1測定用光波導60，可適宜使用例如光纖。

第2測定用光波導70係將來自試料12之反射光L2經由測定光學系統14引導至反射率測定裝置1。該第2測定用光波導70具有接受來自試料12之反射光L2之反射光受光面71。反射光受光面71係光學結合於測定光學系統14。又，第2測定用光波導70之另一端光學結合於分光檢測部80。作為該第2測定用光波導70，可適宜使用例如光纖。

於參考用光波導50之一端，設置有由測定光源30照射照射光L1之參考光受光面51。該參考光受光面51光學結合於測定光源30。又，參考用光波導50之另一端光學結合於分光檢測部80。作為該參考用光波導50，可適宜使用例如光纖。

分光檢測部80具備對各波長檢測照射光L1之強度，並獲取各波長之強度檢測值(以下，將「各波長之強度檢測值」稱為「光譜波形」)之第1檢測部81，及獲取反射光L2之光譜波形之第2檢測部84而構成。該第1檢測部81具備分 光光學系統82及光檢測器83而構成。分光光學系統82對各波長分解入射至分光光學系統82之光，並將對各波長分解之光輸出至光檢測器83。光檢測器83獲取從分光光學系統82輸出之光之光譜波形，並將所獲取之光譜波形向處理部90輸出。於第1檢測部81之分光光學系統82之輸入端，光學結合有參考用光波導50之另一端。又，光檢測器83之輸出端連接於處理部90之輸入端。又，第2檢測部84亦與第1檢測部81相同，具備分光光學系統82及光檢測器83而構成。於第2檢測部84之分光光學系統82之輸入端光學結合有第2測定用光波導70之另一端。又，光檢測器83之輸出端連接於處理部90之另一輸入端。

處理部90具備係數計算部91、係數記錄部92及反射率計算部93而構成。係數計算部91係計算將照射光L1之光譜波形轉換成相當於來自基準測定對象物之反射光L2之光譜波形之值的轉換係數。係數記錄部92記錄計算出之轉換係數。反射率計算部93係計算測定對象物之分光反射率資料。處理部90之輸入端係與第1檢測部81之光檢測器83之輸出端連接。又，處理部90之另一輸入端係與第2檢測部84之光檢測器83之輸出端連接。再者，處理部90之輸出端係連接於圖2所示之膜厚計算部19之輸出端。

係數計算部91基於照射至基準測定對象物之照射光L1之光譜波形，與來自基準測定對象物之反射光L2之光譜波形而計算轉換係數。再者，係數計算部91將所計算之轉換係數輸出至係數記錄部92。該係數計算部91之輸出端係與係 數記錄部92之輸入端連接。再者，如此之係數計算部91可由例如執行特定之計算程式之電腦構成。

係數記錄部92記錄上述之轉換係數，並將該轉換係數輸出至反射率計算部93。該係數記錄部92之輸入端與係數計算部91之輸出端連接。

反射率計算部93基於相當於由照射至測定對象物之照射光L1之光譜波形及轉換係數求得之來自基準測定對象物之反射光L2之光譜波形之值，與來自測定對象物之反射光L2之光譜波形，計算測定對象物之分光反射率資料，並將計算出之光譜波形輸出至膜厚計算部19(參照圖2)。該反射率計算部93之輸出端與膜厚計算部19(參照圖2)之輸入端連接。再者，如此之反射率計算部93可由例如執行特定之計算程式之電腦構成。

圖4係顯示本實施形態之測定光源30、參考用光波導50、及第1測定用光波導60之構成。該測定光源30具備螢光體方式之白色LED 31及光源本體部32而構成。又，參考用光波導50及第1測定用光波導60由光波導保持部96予以保持。在本實施形態中，參考用光波導50及第1測定用光波導60配置成使參考用光波導50之中心軸50A及第1測定用光波導60之中心軸60A相對於通過白色LED 31之軸31A為相互線對稱。

圖5係顯示分光光學系統82之構成之一例。具體而言，分光光學系統82係以可對各波長進行檢測之方式，分解來自照射光L1之測定對象物之反射光L2與照射光L1。該分 光光學系統82具備入射狹縫301、準直光學系統302、分散元件之繞射光柵303、及聚焦光學系統304而構成。在如此之構成中，以繞射光柵303對各波長分解之光經由聚焦光學系統304在波長光譜之輸出面305對每個波長成份成像，並藉由配置於輸出面305之光檢測器83對每個波長成份進行檢測。再者，除本例以外，亦可藉由使用例如帶域濾波器，適宜地構成以可對各波長檢測之方式分解來自測定對象物之反射光L2與照射光L1之分光光學系統82。

如圖5所示，作為對於藉由分光光學系統82對每個波長成份經分解之光檢測各波長成份之強度之檢測機構，設置有光檢測器83。具體而言，該光檢測器83係對數nm單位之各波長成份，檢測由分光光學系統82分解之輸出光之強度。光檢測器83例如由多通道光檢測器構成，該多通道光檢測器對於圖5所示之分光光學系統82，配置於其輸出面305，且排列有檢測由分光光學系統82分解之各波長成份之強度之複數個光檢測元件。

其次，說明第1實施形態之反射率測定方法。在說明之前，先就暗點削減修正進行說明。即使在未從參考用光波導50入射照射光L1之情形下，仍會從圖3所示之第1檢測部81輸出微弱之信號。又，即使在未從第2測定用光波導70入射反射光L2之情形下，仍會從第2檢測部84輸出微弱之信號。該微弱之信號稱為暗電流。該暗電流在藉由光檢測元件獲取光之強度之情形時，有必要作為必須校正之要素而加以處理。除該暗電流以外，從第1檢測部81及第2檢測 部84輸出之信號中，亦含有由室內照明照射之光等之環境光產生之信號。將混有上述之暗電流及環境光等之無用之信號者稱為暗信號。為高精度地獲取照射光L1之光譜波形及反射光L2之光譜波形，必須自照射光L1之光譜波形及反射光L2之光譜波形減去暗信號之光譜波形。

一面參照圖6，一面說明暗點削減修正之方法。此處，作為一例，就針對照射光L1進行暗點削減修正之方法進行說明。首先。使測定光源30熄滅，藉由分光檢測部80獲取暗信號之光譜波形。如圖6(a)所示，暗信號之光譜波形含有白色雜訊成份與在特定之波長區域中具有峰值之雜訊成份。白色雜訊成份為暗電流引起之雜訊成份(圖6(b))。又，在特定之波長區域中，強度具有峰值之雜訊成份為環境光等所引起之雜訊成份(圖6(c))。

其次，使測定光源30點亮，藉由分光檢測部80，獲取照射光L1之光譜波形。如圖6(d)所示，該光之光譜波形中除照射光L1之光譜波形之成份以外，含有例如如圖6(a)所示之暗信號之光譜波形之成份。且，自圖6(d)所示之含有照射光L1之光譜波形成份及暗信號之光譜波形成份的光譜波形，減去圖6(a)所示之暗信號之光譜波形。藉此，可高精度地獲取不含暗信號之光譜波形成份之、如圖6(e)所示之照射光L1之光譜波形。對反射光L2，亦可藉由將自點亮測定光源30而獲得之反射光L2之光譜波形，減去熄滅測定光源30而獲得之暗信號之光譜波形，從而高精度地獲取反射光L2之光譜波形。

其次，說明使用暗點削減修正之本實施形態之反射率測定方法。圖7及圖8為顯示包含第1實施形態之反射率測定方法之膜厚測定方法之流程圖。

首先，實施圖7所示之計算轉換係數K(λ)之步驟。此處，λ是指波長或分光檢測部之波長分解單位。將分光反射率資料Rref(λ)為已知之基準測定對象物設置於試料測定部11(S10)。其次，使測定光源30點亮，將照射光L1從測定光源30照射至參考光受光面51及照射光受光面61。此處，在該計算轉換係數K(λ)之步驟中，將由測定從光源30照射之照射光L1稱為修正用照射光。照射至照射光受光面61之修正用照射光經由第1測定用光波導60及測定光學系統14，供給至基準測定對象物(修正用照射光供給步驟S12)。

照射至參考光受光面51之修正用照射光由參考用光波導50引導至第1檢測部81，在分光光學系統82中對每個波長成份予以分解。其後，藉由光檢測器83，獲取修正用照射光之光譜波形Sref(λ)(修正用照射光檢測步驟S14)。

另一方面，供給至基準測定對象物之修正用照射光在基準測定對象物之表面反射，稱為反射光L2。此處，將在基準測定對象物之表面反射之修正用照射光稱為修正用反射光。修正用反射光由測定光學系統14及第2測定用光波導70引導至第2檢測部84，在分光光學系統82中對每個波長成份予以分解。其後，藉由光檢測器83，獲取修正用反射光之光譜波形Ssig(λ)(第1反射光檢測步驟S16)。其次，使 測定光源30熄滅(S18)。在該狀態下，獲取從第1檢測部81輸出之暗信號之光譜波形Dref(λ)(S20)。再者，獲取從第2檢測部84輸出之暗信號之光譜波形Dsig(λ)(S22)。

下述之公式(1)為計算轉換係數K(λ)之公式。基於基準測定對象物之分光反射率資料Rref(λ)、修正用照射光之光譜波形Sref(λ)、修正用反射光之光譜波形Ssig(λ)、從第1檢測部81輸出之暗信號之光譜波形Dref(λ)及從第2檢測部84輸出之暗信號之光譜波形Dsig(λ)，計算轉換係數K(λ)(係數計算步驟S24)。轉換係數K(λ)之計算係由係數計算部91執行。轉化係數K(λ)被記錄於係數記錄部92(S26)。再者，計算上述之轉換係數K(λ)之步驟在出貨檢查時或定期之維護作業中實施即可。

其次，實施計算圖8所示之測定對象物之分光反射率資料Rsig(λ)之步驟。首先，將測定對象物設置於試料測定部11(設置步驟S28)。其次，使測定光源30點亮，將照射光L1照射至參考光受光面51及照射光受光面61。此處，在計算該測定對象物之分光反射率資料Rsig(λ)之情形下，將由測定光源30照射之照射光L1稱為測定用照射光。照射至照射光受光面61之測定用照射光經由第1測定用光波導60及測定光學系統14，供給至測定對象物(測定用照射光供給步驟S30)。

照射至參考光受光面51之測定用照射光藉由參考用光波導50引導至第1檢測部81，在分光光學系統82對每個波長成份予以。其後，藉由光檢測器83獲取測定用照射光之光譜波形S'ref(λ)(測定用照射光檢測步驟S32)。此時，將獲取測定用照射光之光譜波形S'ref(λ)之時間設定為任意之時間。

另一方面，供給至測定對象物之測定用照射光在測定對象物之表面反射，成為反射光L2。此處，將反射光L2稱為測定用反射光。測定用反射光由測定光學系統14及第2測定用光波導70引導至第2檢測部84，在分光光學系統82對每個波長成份予以分解。其後，藉由光檢測器83獲取測定用反射光之光譜波形S'sig(λ)(第2反射光檢測步驟S34)。此時，將獲取測定用反射光之光譜波形之時間設定為任意之時間。

其次，使測定光源30熄滅(S36)。此時，將熄滅測定光源30之時間設定為100毫秒左右。其後，獲取從第1檢測部81輸出之暗信號之光譜波形D'ref(λ)(S38)。此時，將獲取暗信號之光譜波形D'ref(λ)之時間設定為任意之時間。又，在使測定光源30熄滅之狀態下，獲取從第2檢測部84輸出之暗信號之光譜波形D'sig(λ)(S40)。此時，將獲取暗信號之光譜波形D'sig(λ)之時間設定為任意之時間。

下述之公式(2)為計算分光反射率資料Rsig(λ)之公式。公式(2)之分子表示不含暗信號之光譜波形D'sig(λ)之測定用反射光之光譜波形S'sig(λ)。公式(2)之分母表示相當於 來自基準測定對象物之測定用反射光之光譜波形之值。將自測定用反射光之光譜波形S'ref(λ)減去暗信號之光譜波形D'ref(λ)之波形，與轉換係數K(λ)相乘，藉此，計算相當於對應公式(2)之分母之來自基準測定對象物之測定用反射光之光譜波形之值。且，將自測定用反射光之光譜波形S'sig(λ)減去暗信號之光譜波形D'sig(λ)之波形，除以相當於來自基準測定對象物之測定用反射光之光譜波形之值，藉此，計算測定對象物之分光反射率資料Rsig(λ)(反射率計算步驟S42)。分光反射率資料Rsig(λ)之計算係由反射率計算部93執行。

由本實施形態之反射率測定裝置1測定之分光反射率資料Rsig(λ)向膜厚計算部19輸出。膜厚計算部19基於分光反射率資料Rsig(λ)，計算測定對象物之膜厚(S44)。

就使用本實施形態之反射率測定裝置1之膜厚測定裝置10，及使用反射率測定方法之膜厚測定方法，首先說明測定光源30之光譜波形之變動相關之問題，其後，說明作用效果。

本實施形態之反射率測定裝置1如圖4所示，具備螢光體方式之白色LED 31作為照射光L1之光源。一般已知白色LED 31會因從周圍環境給予之熱等之外在要因，使得激發光之光量產生變動。圖9係顯示在不同之溫度環境下由白 色LED 31產生之白色光的波長與各波長之相對強度之關係之一例之圖表。在該白色光所具有之波長區域中，例如波長為400nm以上800nm以下之區域B1為成為測定對象之波長區域。區域B1中例如波長為400nm以上500nm以下之區域B2為激發光之波長區域，而例如波長為500nm以上800nm以下之區域B3為螢光之波長區域。又，圖9之曲線G1表示在室溫之溫度環境下，使白色LED 31發光的情形之白色光之各波長之相對強度，曲線G2表示在0℃之溫度環境下，使白色LED 31發光的情形之白色光之各波長之相對強度。若將圖9之曲線G1與曲線G2進行比較，則在激發光之波長區域即區域B2中，曲線G1與曲線G2之峰值不同。即，在不同之溫度環境下使白色LED 31發光之情形時，激發光之波長區域之相對強度不同。

該激發光之波長區域之強度之不同，在將白色LED 31用於照明器具時不成為問題。然而，在將白色LED 31用於測定光之波長區域中包含激發光之波長區域等之測定時則會成為問題。再者，在螢光之波長區域即區域B3中，曲線G1與曲線G2相對強度幾乎相同。其原因為對螢光體供給激發光而使螢光體成飽和狀態之故。

如上所例示，由測定光源30所具備之白色LED 31照射之照射光L1之光譜波形，會因周圍溫度等之外部要因而產生變動。例如，在獲取來自基準測定對象物之反射光L2之光譜波形時之白色LED 31的溫度，與獲取來自測定對象物之反射光L2之光譜波形時之白色LED 31的溫度不同之情形， 照射至基準測定對象物之修正用照射光，與照射至測定對象物之測定用照射光之激發光之波長區域中的各波長之相對強度不同。因此，無法高精度地測定測定對象物之分光反射率資料Rsig(λ)。

根據本實施形態之反射率測定裝置1及反射率測定方法，無需在測定測定對象物時使用基準測定對象物，並根據照射至測定對象物之測定用照射光之光譜波形S'ref(λ)與轉換係數K(λ)，即可於每次測定計算相當於來自基準測定對象物之測定用反射光之光譜波形之值。藉此，在計算測定對象物之分光反射率資料Rsig(λ)時，可使用相當於包含照射光L1之變動之影響之測定用反射光的光譜波形之值。即，即使在測定用照射光之光譜波形S'ref(λ)產生變動之情形下，仍可消除測定用反射光之光譜波形S'sig(λ)中所含之測定用照射光之光譜波形S'ref(λ)的變動。因此，始終可高精度地測定測定對象物之分光反射率資料Rsig(λ)。再者，即使光譜波形S'ref(λ)產生變動，轉換係數K(λ)亦不會受到影響。

再者，根據具備本實施形態之反射率測定裝置之膜厚測定裝置10，及包含本實施形態之反射率測定方法之膜厚測定方法，由於能夠高精度地計算測定對象物之分光反射率資料Rsig(λ)，故可高精度地計算根據分光反射率資料Rsig(λ)求得之測定對象物之膜厚。

又，藉由獲得高精度之分光反射率資料Rsig(λ)，可抑制針對同一測定對象物進行複數次反射率測定之情形所獲得 之分光反射率資料Rsig(λ)之偏差。因此，可抑制根據分光反射率資料Rsig(λ)計算之測定對象物之膜厚之測定值的偏差。

又，在照射光L1之光譜波形存在變動等之情形時，以往是在生產現場，使用基準測定對象物於每次測定中獲取來自基準測定對象物之測定用反射光之光譜波形，並將所獲取之光譜波形重新設定。在該方法中，為獲取來自基準測定對象物之測定用反射光之光譜波形並重新設定，必須暫時停止生產線。因此，成為生產線之生產效率降低之要因。

根據本實施形態之反射率測定裝置1及反射率測定方法，可根據測定用照射光之光譜波形S'ref(λ)及轉換係數K(λ)，算出相當於來自基準測定對象物之測定用反射光之光譜波形之值。因此，無需於每次測定獲取來自基準測定對象物之測定用反射光之光譜波形，即可計算分光反射率資料Rsig(λ)。藉此，即使在照射光L1之光譜波形存在變動等之情形下，無需於每次測定中實施獲取相當於來自基準測定對象物之測定用反射光之光譜波形之值的步驟，即可高精度地測定分光反射率資料Rsig(λ)。再者由於可削減作業步驟，故可防止生產效率之降低，從而可減少成本。

其次，一面參照圖10及圖11，一面說明光譜波形因參考用光波導50及第1測定用光波導60、與包含白色LED 31之測定光源30之位置關係而異之問題，其後，作為本實施形態之作用效果，說明該問題之解決方法。圖10(a)顯示於使 通過白色LED 31之軸31A與光波導P1之中心軸P1A一致，且使白色LED 31與光波導P1對向之位置，配置有光波導P1之形態。圖10(b)顯示於使通過白色LED 31之軸31A與光波導P2之中心軸P2A隔離之位置，配置有光波導P2之形態。圖10(c)顯示於使通過白色LED 31之軸31A與光波導P3之中心軸P3A更加隔開之位置，配置有光波導P3之形態。

圖11係顯示入射至圖10所示之光波導P1~P3之照射光L1之各波長的相對強度之圖表。與圖9相同，B1為測定對象之波長區域，B2係激發光之波長區域，而B3係螢光之波長區域。又，曲線G3為入射至光波導P1之照射光L1之各波長之相對強度，曲線G4為入射至光波導P2之照射光L1之各波長之相對強度，而曲線G5為入射至光波導P3之照射光L1之各波長之相對強度。

如圖11所示，入射至各光波導P1~P3之照射光L1之各波長之相對強度在螢光之波長區域(B3)中大致相同。另一方面，在激發光之波長區域(B2)中峰值不同。即，因參考用光波導50及第1測定用光波導60與白色LED 31之位置關係，使得光譜波形在激發光之波長區域中不同。

螢光體方式之白色LED 31之情形，來自發光元件之光成為激發光，其照射至螢光體而產生螢光。圖12係顯示照射光L1之照射範圍之剖面之概念圖。由於激發光具有指向性，故照射光L1之照射範圍之剖面之中心部T1成為激發光的影響較大之區域。又，由於螢光具有廣域性，故照射光L1之照射範圍之剖面之周邊部T2成為螢光的影響較大之區 域。因此認為因測定光源30與光波導P1~P3之位置關係，導致入射至光波導P1~P3之照射光L1之光譜波形不同。

在使用本實施形態之反射率測定裝置1之膜厚測定裝置10中，如圖4所示，參考用光波導50及第1測定用光波導60配置成使參考用光波導50之中心軸50A及第1測定用光波導60之中心軸60A相對於通過白色LED 31之軸31A為相互線對稱。

圖13係顯示在如此配置之情形下，照射至參考用光波導50及第1測定用光波導60之照射光L1之各波長之相對強度。與圖9相同，B1為作為測定對象之波長區域，B2係激發光之波長區域，而B3係螢光之波長區域。又，曲線G6係表示照射至參考用光波導50之照射光L1之各波長之相對強度，曲線G7係表示照射至第1測定用光波導60之射光L1之各波長之相對強度。在參考用光波導50之中心軸50A及第1測定用光波導60之中心軸60A配置成相對於通過白色LED 31之軸31A為相互線對稱之情形下，可抑制照射至參考用光波導50及第2測定用光波導60之照射光L1之光譜波形之差異。因此，根據使用本實施形態之反射率測定裝置1之膜厚測定裝置10，可抑制照射至參考用光波導50之照射光L1之光譜波形，與照射至第1測定用光波導60之照射光L1之光譜波形之差異，而高精度地測定分光反射率資料Rsig(λ)。

又，本實施形態之反射率測定裝置1具備白色LED 31作為測定光源30。白色LED 31之壽命較先前使用之壽命為 1000小時左右之氙氣燈或鹵素燈等之燈系光源長。藉此，可減少具備測定光源30之光源之更換次數。

又，本實施形態之反射率測定裝置1具備參考用光波導50及第1測定用光波導60。根據如此之構成，能夠調整各個光波導之配置。藉此，可調整照射至參考用光波導50及第1測定用光波導60之照射光L1之各波長之強度。

又，本實施形態之反射率測定裝置1，其分光檢測部80具備第1檢測部81及第2檢測部84。根據如此之構成，可使獲取照射光L1之光譜波形之檢測部，及獲取來自測定對象物之反射光L2之光譜波形之檢測部相互獨立。因此，可同時獲取照射光L1之光譜波形及來自測定對象物之反射光L2之光譜波形，而可更高精度地測定測定對象物之分光反射率資料Rsig(λ)。再者，可縮短測定各波長之反射率所需之時間。

又，本實施形態之反射率測定裝置1係藉由上述之公式(2)計算分光反射率資料Rsig(λ)。藉由使用公式(2)，可容易地計算分光反射率資料Rsig(λ)。再者，根據公式(2)，無需使用基準測定對象物之分光反射率資料Rref(λ)，即可計算分光反射率資料Rsig(λ)。因此，無需具備記錄基準測定對象物之分光反射率資料Rref(λ)之裝置，即可構成反射率測定裝置1。

(第2實施形態)

其次，說明第2實施形態。圖14係顯示第2實施形態之反射率測定裝置1A之構成之一例。圖14所示之本實施形態與 上述之第1實施形態不同之處在於其構成為可同時測定複數個試料12。即，本實施形態之反射率測定裝置1A具備複數個第1測定用光波導60、測定光學系統14、第2測定用光波導70、第2測定部84而構成。此處，在本實施形態中，以計算2個試料12各自之分光反射率資料Rsig(n、λ)之情形為例進行說明。再者，根據本實施形態之反射率測定裝置1A，試料12亦可為2個以上。

其次，說明本實施形態之反射率測定裝置1A之構成。再者，此處，僅說明與第1實施形態不同之構成之方面。該反射率測定裝置1A具備測定光源30、參考用光波導50、2個第1測定用光波導60、2個第2測定用光波導70、分光檢測部80A、及處理部90而構成。

本實施形態之分光檢測部80A具備獲取照射光L1之光譜波形之第1檢測部81、及獲取來自試料12A、12B之反射光L2之光譜波形之2個第2檢測部84而構成。於其中1個第2檢測部84之分光光學系統82，光學結合有引導來自試料12A、12B中任一者之反射光L2之第2測定用光波導70之另一端。又，於另一個第2檢測部84之分光光學系統82，光學結合有引導來自試料12A、12B中另一者之反射光L2之第2測定用光波導70之另一端。

由測定光源30照射之照射光L1經由第1測定用光波導60及測定光學系統14而供給至試料12A、12B。供給至試料12A、12B之照射光L1在試料12A、12B之表面反射，成為反射光L2。反射光L2經由測定光學系統14及第2測定用光 波導70，供給至第2檢測部84之分光光學系統82。供給至分光光學系統82之反射光L2經分解成可對各波長進行檢測。其後，藉由光檢測器83獲取反射光L2之光譜波形。

其次，說明使用暗點削減修正之本實施形態之反射率測定方法。再者，暗點削減修正之原理為與第1實施形態中說明之原理相同。本實施形態與第1實施形態不同之處在於第1實施形態是計算1個轉換係數K(λ)，而本實施形態是於每一個第2檢測部84中計算轉換係數K(n、λ)。此處，n在本實施形態中為n=1~2之整數。又，本實施形態中對複數個試料12之各者計算分光反射率資料Rsig(λ)之點，與第1實施形態不同。本實施形態之反射測定方法之程序，除上述之不同點以外之程序，與第1實施形態相同。

首先，在本實施形態中，對2個第2檢測部84之各者，計算轉換係數K(n、λ)。下述之公式(3)為計算轉換係數K(n、λ)之公式。基於來自基準測定對象物之修正用反射光之光譜波形Ssig(n、λ)、修正用照射光之光譜波形Sref(λ)、暗信號之光譜波形Dsig(n、λ)、Dref(λ)、及基準測定對象物之已知之分光反射率Rref(λ)，計算轉換係數K(n、λ)。

其次，計算試料12A、12B之分光反射率資料Rsig(n、λ)。下述之公式(4)為計算分光反射率資料Rsig(n、λ)之公式。基於來自測定對象物之測定用反射光之光譜波形 S'sig(n、λ)、測定用照射光之光譜波形S'ref(λ)、暗信號之光譜波形D'sig(n、λ)、D'ref(λ)、及轉換係數K(n、λ)，計算試料12A、12B之分光反射率資料Rsig(n、λ)。

根據本實施形態之反射率測定裝置1A及使用反射率測定裝置1A之反射率測定方法，可測定複數個測定對象物之分光反射率資料Rsig(n、λ)。又，亦可同時測定複數個測定對象物之分光反射率資料Rsig(n、λ)。再者，根據具備本實施形態之反射率測定裝置1A之膜厚測定裝置10，及使用膜厚測定裝置10之膜厚測定方法，可同時測定複數個測定對象物之膜厚。

(第3實施形態)

其次，說明第3實施形態。圖15係顯示第3實施形態之反射率測定裝置1B之構成之一例。如圖15所示，上述之第1實施形態與本實施形態之不同點在於分光檢測部80B係由第3檢測部85構成。即，本實施形態中，藉由第3檢測部85獲取照射光L1之光譜波形及反射光L2之光譜波形之構成與第1實施形態不同。再者，上述第1實施形態與本實施形態不同之處在於，本實施形態之反射率測定裝置1B具備光波導選擇機構40。此外，除分光檢測部80B及光波導選擇機構40以外之裝置構成與第1實施形態相同。

首先，說明圖15所示之本實施形態使用之反射率測定裝 置1B之構成。再者，此處，僅說明作為與第1實施形態不同之構成之方面。於測定光源30光學結合有光波導選擇機構40。該光波導選擇機構40包含活門41而構成。藉由該活門41，可對參考用光波導50及第1測定用光波導60中至少一者選擇性地照射照射光L1。又，亦可對參考用光波導50及第1測定用光波導60兩者皆不照射。

在參考用光波導50中，設置有參考光受光面51之一端與光波導選擇機構40光學結合，而另一端光學結合於第3檢測部85之分光光學系統82。在第1測定用光波導60中，設置有照射光受光面61之一端與光波導選擇機構40光學結合。又，在第2測定用光波導70中，另一端光學結合於第3檢測部85之分光光學系統82。

其次，說明使用暗點削減修正之第3實施形態之反射率測定方法。圖16及圖17係顯示包含本實施形態之反射率測定方法之膜厚測定方法之流程圖。再者，暗點削減修正之原理與第1實施形態中說明之原理相同。

首先，實施圖16所示之計算轉換係數K(λ)之步驟。在本實施形態中作為計算轉換係數K(λ)之方法，說明藉由控制測定光源30並獲取暗信號之光譜波形而計算轉換係數K(λ)之方法。

將分光反射率資料Rref(λ)為已知之基準測定對象物設置於試料測定部11(S50)。其次，控制光波導選擇機構40，以將向照射光受光面61照射之照射光L1遮斷，使照射光L1僅入射至參考光受光面51的方式，操作活門41(S52)。操作 活門41之時間花費100毫秒左右。其次，使測定光源30點亮，將照射光L1從測定光源30照射至參考光受光面51(S54)。此處，在計算該轉換係數K(λ)之步驟中，將由測定光源30照射之照射光L1稱為修正用照射光。

照射至參考光受光面51之修正用照射光由參考用光波導50引導至第3檢測部85。引導至第3檢測部85之修正用照射光在分光光學系統82中，對每一個波長成份予以分解。其後，藉由光檢測器83，獲取修正用照射光之光譜波形Sref(λ)(修正用照射光檢測步驟S56)。再者，獲取修正用照射光之光譜波形Sref(λ)之時間設定為任意之時間。其次，使測定光源30熄滅(S58)。熄滅測定光源30之時間設定為與獲取修正用照射光之光譜波形Sref(λ)之時間相同程度的時間。其後，獲取從第3檢測部85輸出之暗信號之光譜波形Dref(λ)(S60)。

其次，控制光波導選擇機構40，以將向參考光受光面51照射之修正用照射光遮斷，將修正用照射光僅照射至照射光受光面61的方式，操作活門41(S62)。操作活門41之時間花費100毫秒左右。在該狀態下，獲取從第3檢測部83輸出之暗信號之光譜波形Dsig(λ)(S64)。此時，獲取暗信號之光譜波形Dsig(λ)之時間設定為與獲取修正用反射光之光譜波形Ssig(λ)的時間相同程度之時間。再者，此處，亦可將上述之Dref(λ)作為Dsig(λ)使用。

其次，使測定光源30點亮。照射至照射光受光面61之修正用照射光經由第1測定用光波導60及測定光學系統14， 供給至基準測定對象物(修正用照射光供給步驟S66)。供給至基準測定對象物之修正用照射光在基準測定對象物之表面反射，成為反射光L2。此處，將反射光L2稱為修正用反射光。修正用反射光由測定光學系統14及第2測定用光波導70引導至第3檢測部，在分光光學系統82中，對每個波長成份予以分解。其後，藉由光檢測器83，獲取修正用反射光之光譜波形Ssig(λ)(第1反射光檢測步驟S68)。此時，獲取修正用反射光之光譜波形Ssig(λ)之時間設定為特定之時間。

下述之公式(5)為計算轉換係數K(λ)之公式。基於基準測定對象物之分光反射率資料Rref(λ)、修正用照射光之光譜波形Sref(λ)、修正用反射光之光譜波形Ssig(λ)、從第3檢測部85輸出之暗信號之光譜波形Dref(λ)、Dsig(λ)，計算轉換係數K(λ)(係數計算步驟S70)。轉換係數K(λ)之計算係在係數計算部91執行。轉換係數K(λ)係記錄於係數記錄部92(S72)。再者，計算上述之轉換係數K(λ)之步驟在出貨檢查時或定期之維護作業中實施即可。

其次，實施計算圖17所示之測定對象物之分光反射率資料Rsig(λ)之步驟。首先，將測定對象物設置於試料測定部11(設置步驟S74)。其次，控制光波導選擇機構40，以使來自之測定光源30之照射光L1入射至參考光受光面51的方 式，操作活門41(S76)。其次，使測定光源30點亮，使照射光L1照射至參考光受光面51(S78)。此處，在計算該測定對象物之分光反射率資料Rsig(λ)之情形下，將由測定光源30照射之照射光L1稱為測定用照射光。

照射至參考光受光面51之測定用照射光經由參考用光波導50供給至第3檢測部85。供給至第3檢測部85之測定用照射光在分光光學系統82對每個波長成份予以分解。其後，藉由光檢測器83，獲取測定用照射光之光譜波形S'sig(λ)(測定用照射光檢測步驟S80)。

其次，將測定光源30熄滅(S82)。在該狀態下，獲取從第3檢測部85輸出之暗信號之光譜波形D'ref(λ)(S84)。其次，獲取從第3檢測部85輸出之暗信號之光譜波形D'sig(λ)(S86)。再者，亦可僅獲取上述之D'ref(λ)及D'sig(λ)中之D'ref(λ)，並將所獲取之D'ref(λ)作為D'sig(λ)使用。相反的，亦可僅獲取上述之D'ref(λ)及D'sig(λ)中之D'sig(λ)，將獲取之D'sig(λ)作為D'ref(λ)使用。

其次，控制光波導選擇機構41，以將照射至參考光受光面51之測定用照射光遮斷，將測定用照射光僅照射至照射光受光面61的方式，操作活門41(S88)。其次，使測定光源30點亮。照射至照射光受光面61之測定用照射光經由第1測定用光波導60及測定光學系統14，供給至測定對象物(測定用照射光供給步驟S90)。

供給至測定用對象物之測定用照射光在測定對象物之表面反射，成為反射光L2。此處，將反射光L2稱為測定用反 射光。測定用反射光由測定光學系統14及第2測定用光波導70引導至第3檢測部85，在分光光學系統82對每個波長成份予以分解。其後，藉由光檢測器83，獲取測定用反射光之光譜波形S'sig(λ)(第2反射光檢測步驟S92)。

下述之公式(6)為計算分光反射率資料Rsig(λ)之公式。基於測定用照射光之光譜波形S'ref(λ)、暗信號之光譜波形D'ref(λ)、及轉換係數K(λ)，計算對應公式(6)之分母之相當於來自基準對象物之測定用反射光的光譜波形之值。且，基於測定用反射光之光譜波形S'sig(λ)、暗信號之光譜波形D'sig(λ)、及對應公式(6)之分母之相當於來自基準對象物之測定用反射光的光譜波形之值，計算測定對象物之分光反射率資料Rsig(λ)(反射率計算步驟S94)。分光反射率資料Rsig(λ)之計算係在反射率計算部93執行。

由本實施形態之反射率測定裝置1B測定之分光反射率資料Rsig(λ)係向膜厚計算部19輸出。膜厚計算部19基於分光反射率資料Rsig(λ)，計算測定對象物之膜厚(S96)。

根據本實施形態之反射率測定裝置1及反射率測定方法，可與上述之第1實施形態相同，可根據照射至測定對象物之測定用照射光之光譜波形S'ref(λ)，與記錄於係數記錄部92之轉換係數K(λ)，於每次測定中計算相當於來自基準測定對象物之測定用反射光之光譜波形S'sig(λ)之值。藉 此，在測定用照射光之光譜波形S'ref(λ)產生變動之情形，仍可消除來自測定對象物之測定用反射光之光譜波形S'sig(λ)中所含的測定用照射光之光譜波形S'ref(λ)之變動之影響。因此，可高精度地測定測定對象物之分光反射率資料Rsig(λ)。

根據本實施形態之反射率測定裝置1B，分光檢測部80B可由1個光檢測器83構成。藉由該構成，可使反射率測定裝置1B之構成簡單化，且小型化。再者，藉由使反射率測定裝置1B之構成簡單化，可削減製造所需之構件及製造步驟，故能夠抑制反射率測定裝置1B之製造成本。

(第4實施形態)

其次，說明第3實施形態之變形例即第4實施形態。上述之第3實施形態與本實施形態之不同點在於計算轉換係數K(λ)之方法。第3實施形態是藉由控制測定光源30而計算轉換係數K(λ)，而本實施形態是使測定光源30在點亮之狀態下，控制光波導選擇機構40，藉此計算轉換係數K(λ)。再者，本實施形態所使用之反射率測定裝置1B具備與第3實施形態所使用之反射率測定裝置1B相同之構成。又，圖17所示之基於分光反射率資料Rsig(λ)而計算測定對象物之膜厚等之步驟，與第3實施形態之步驟相同。

說明圖18所示之計算轉換係數K(λ)之步驟。在本實施形態中，作為計算轉換係數K(λ)之方法，說明藉由控制光波導選擇機構40獲取暗信號之光譜波形而計算轉換係數K(λ)之方法。

將分光反射率資料Rref(λ)為已知之基準測定對象物設置於試料測定部11(S100)。其次，控制光波導選擇機構40，以將向照射光受光面61照射之照射光L1遮斷，將照射光L1僅照射至參考光受光面51的方式，操作活門41(S102)。其次，使測定光源30點亮(S104)。此處，在計算該轉換係數K(λ)之步驟中，將由測定光源30照射之照射光L1稱為修正用照射光。

照射至參考光受光面51之修正用照射光由參考用光波導50引導至第3檢測部。引導至第3檢測部85之修正用照射光在分光光學系統82分解每個波長成份。其後，藉由光檢測器83，獲取修正用照射光之光譜波形Sref(λ)(修正用照射光檢測步驟S106)。此時，將獲取修正用照射光之光譜波形Sref(λ)之時間設定為任意之時間。

其次，控制光波導選擇機構40，以使修正用照射光不照射至參考光受光面51及照射光受光面61的方式，操作活門41(S108)。其後，獲取從第3檢測部85輸出之暗信號之光譜波形Dref(λ)(S110)。將獲取暗信號之光譜波形Dref(λ)之時間，設定為與獲取修正用照射光之光譜波形Sref(λ)之時間相同程度。再者，獲取從第3檢測部85輸出之暗信號之光譜波形Dsig(λ)(S112)。再者，亦可同時測定Dref(λ)及Dsig(λ)。其次，控制光波導選擇機構40，以使修正用照射光照射至照射光受光面61的方式，操作活門41。照射至照射光受光面61之修正用照射光經由第1測定用光波導60及測定光學系統14，供給至基準測定對象物(修正用照射光 供給步驟S114)。

供給至基準測定對象物之修正用照射光在基準測定對象物之表面反射，成為反射光L2。此處，將反射光L2稱為修正用反射光。修正用反射光由測定光學系統14及第2測定用光波導70引導至第3檢測部85。引導至第3檢測部85之修正用反射光在分光光學系統82中對每個波長成份予以分解。其後，藉由光檢測器83，獲取修正用反射光之光譜波形Ssig(λ)(第1反射光檢測步驟S116)。此時，將獲取修正用反射光光譜波形之時間設定為任意之時間。

下述之公式(7)係計算轉換係數K(λ)之公式。基於基準測定對象物之分光反射率資料Rref(λ)、修正用照射光之光譜波形Sref(λ)、修正用反射光之光譜波形Ssig(λ)、從第3檢測部85之輸出之暗信號之光譜波形Dref(λ)、Dsig(λ)，計算轉換係數K(λ)(係數計算步驟S118)。轉換係數K(λ)之計算係在係數計算部91執行。轉換係數K(λ)係記錄於係數記錄部92(S120)。再者，計算上述之轉換係數K(λ)之步驟在出貨檢查時或定期維護作業中實施即可。

根據上述之藉由控制光波導選擇機構40而計算轉換係數K(λ)之方法，可在連續點亮測定光源30之狀態下，獲取基準測定對象物之分光反射率資料Rref(λ)、修正用照射光之光譜波形Sref(λ)、修正用反射光之光譜波形Ssig(λ)、從第 3檢測部85輸出之暗信號之光譜波形Dref(λ)、Dsig(λ)。因此，可在連續點亮測定光源30之狀態下，計算轉換係數K(λ)。因此，在測定期間，可維持使測定光源30點亮之狀態，從而可使由測定光源30照射之照射光L1之光譜波形穩定。

本發明之反射率測定裝置及反射率測定方法並不受限於上述實施形態，可進行各種之變形。例如，如圖19所示，在上述之第1實施形態及第2實施形態中，參考用光波導50及第1測定用光波導60亦可經由光纖束95，與測定光源30光學結合。參考用光波導50及第1測定用光波導60經由參考光受光面51及照射光受光面61，光學結合於光纖束95之一端。以使參考用光波導50之中心軸50A與第1測定用光波導60之中心軸60A相對於光纖束95之中心軸95A為相互線對稱之方式配置。該光纖束95由光波導保持部96予以保持，且以使通過白色LED 31之中心之軸與光纖束95之中心軸95A大致一致的方式光學結合。

根據具備圖19所示之構成之反射率測定裝置1，可容易地進行通過白色LED 31之軸31A、與參考用光波導50之中心軸50A及第1測定用光波導60之中心軸60A之位置之調整。

又，藉由光纖束95使光波導分支之情形，較佳為理想地隨機配置構成光纖束95之光纖。若因製造上之問題而難以理想地隨機配置構成光纖束95之光纖之情形時，亦可不使用光纖束95構成反射率測定裝置1。藉由採用不使用光纖 束95之構成，可抑制反射率測定裝置1之製造成本。

又，在必須調整入射至參考用光波導50之照射光L1，及入射至第1測定用光波導60之照射光L1之光量之大小的情形下，亦可不使用光纖束95構成反射率測定裝置1。藉由採用不使用光纖束95之構成，可調整入射至參考用光波導50之照射光L1，及入射至第1測定用光波導60之照射光L1之光量之大小。

再者，圖20係顯示具備光纖束95之反射測定裝置1之其他變形例之構成。其與圖19之變形例之不同之處在於具備光波導選擇機構40。藉由具備光波導選擇機構40，可將由白色LED 31照射之照射光L1選擇性地照射至參考用光波導50及第1測定用光波導60中至少一者。又，亦可不照射至參考用光波導50及第1測定用光波導60兩者。

又，具備圖20所示之構成之反射率測定裝置1其反射率測定裝置1之構成會有複雜化之情形。若期望簡單地構成反射率測定裝置1之情形時，亦可不使用光纖束95構成反射率測定裝置1。藉由採用不使用光纖束95之構成，可使具備測定光源30與光波導選擇機構40之構成簡單化。再者，藉由採用簡單之構成，可使測定光源30與光波導選擇機構40容易一體化。再者，可使具備測定光源30之光波導選擇機構40之構成容易小型化。

又，在上述之第1實施形態~第4實施形態中，參考用光波導50及第1測定用光波導60係配置成參考用光波導50之中心軸50A，及第1測定用光波導60之中心軸60A相對於通 過白色LED 31之軸31A為相互線對稱，但亦可如圖21(a)所示，配置成白色LED 31與第1測定用光波導60對向。藉此，可使供給至試料12之照射光L1之光量增大。因此，即使在因照射光L1、照射光L2通過光波導等而衰減之情形下，仍可確保高精度地測定分光反射率資料Rsig(λ)所需之光量。又，如圖21(b)所示，亦可具備光波導選擇機構40。

又，在上述之第1實施形態所示之反射率測定裝置1及第2實施形態所示之反射率測定裝置1A中，雖未具備光波導選擇機構40，但亦可如圖22所示，具備光波導選擇機構40。

又，在上述之第1實施形態~第4實施形態中，照射光L1之光譜波形Sref(λ)，與暗點削減修正用之修正資料即Dsig(λ)、及Dref(λ)，必須於每次測定中獲取。本發明之反射率測定裝及反射率測定方法並不受限於此，例如，只要在一連串之測定時間內，照射光L1之光譜波形Sref(λ)及暗信號之光譜波形Dsig(λ)、及Dref(λ)之變動不至於對測定結果產生影響，則在測定開始後僅實施1次照射光L1之光譜波形Sref(λ)及暗信號之光譜波形Dsig(λ)、Dref(λ)之獲取，並預先保存該資料，以後再使用所保存之資料即可。藉此，可縮短作業時間。

又，在上述之第1實施形態~第4實施形態中，係將反射率測定裝置1使用於基於分光反射率資料之計算值而計算膜厚之膜厚測定裝置10。本發明之反射率測定裝置1並不受限於此，亦可使用於基於分光反射率資料之計算值而測 定顏色之顏色測定裝置、測定反射率之反射率測定裝置、或測定透射率之透射率測定裝置。

又，在上述之第1實施形態、第3實施形態、及第4實施形態中，係使用下述所示之公式(8)計算轉換係數K(λ)，進而使用公式(9)計算分光反射率資料Rsig(λ)。本發明之反射率測定裝置1並不受限於此，亦可使用下述所示之公式(10)計算轉換係數K(λ)，進而使用公式(11)計算分光反射率資料Rsig(λ)。

產業上之可能性

本發明可作為能夠高精度地測定測定對象物之各波長之反射率之反射率測定裝置及反射率測定方法，以及能夠高精度地測定測定對象物之膜厚之膜厚測定裝置及膜厚測定方法而利用。

1、1A、1B‧‧‧反射率測定裝置

2‧‧‧基板

6‧‧‧上表面

7‧‧‧下表面

d‧‧‧膜厚

11‧‧‧試料測定部

12、12A、12B‧‧‧試料

13‧‧‧半導體膜

14‧‧‧測定光學系統

15‧‧‧XYθ載物台

16‧‧‧載物台控制部

17‧‧‧攝像裝置

18‧‧‧測定位置設定部

19‧‧‧膜厚計算部

20‧‧‧測定控制部

21‧‧‧輸入裝置

22‧‧‧顯示裝置

30‧‧‧測定光源

31‧‧‧白色LED

31A‧‧‧白色LED之軸

32‧‧‧光源本體部

40‧‧‧光波導選擇機構

41‧‧‧活門

50‧‧‧參考用光波導

50A‧‧‧參考用光波導之中心軸

51‧‧‧參考光受光面

60‧‧‧第1測定用光波導

60A‧‧‧第1測定用光波導之中心軸

61‧‧‧照射光受光面

62‧‧‧照射光供給面

70‧‧‧第2測定用光波導

71‧‧‧反射光受光面

80‧‧‧分光檢測部

81‧‧‧第1檢測部

82‧‧‧分光光學系統

83‧‧‧光檢測器

84‧‧‧第2檢測部

90‧‧‧處理部

91‧‧‧係數計算部

92‧‧‧係數記錄部

93‧‧‧反射率計算部

95‧‧‧光纖束

95A‧‧‧光纖束之中心軸

96‧‧‧光波導保持部

301‧‧‧入射狹縫

302‧‧‧準直光學系統

303‧‧‧繞射光柵

304‧‧‧聚焦光學系統

K(λ)‧‧‧轉換係數

L1‧‧‧照射光

L2‧‧‧反射光

P1、P2、P3‧‧‧光波導

P1A、P2A、P3A‧‧‧光波導之中心軸

圖1係模式性顯示測定對象物之膜厚之測定方法之圖。

圖2係顯示膜厚測定裝置之構成之方塊圖。

圖3係顯示反射率測定裝置之第1實施形態之構成之方塊圖。

圖4係顯示測定光源、參考用光波導及第1測定用光波導之構成之一例之構成圖。

圖5係顯示分光光學系統之構成之一例之圖。

圖6(a)係顯示暗信號之各波長之強度之圖表，圖6(b)係顯示暗信號所含之暗電流成份之各波長之強度的圖表，圖6(c)係顯示暗信號所含之環境光導致之信號之各波長的強度之圖表，圖6(d)係顯示包含暗信號之照射光之各波長之強度的圖表，圖6(e)係顯示進行暗點削減修正後之照射光之各波長之強度的圖表。

圖7係顯示第1實施形態之計算轉換係數之程序之流程圖。

圖8係顯示第1實施形態之計算膜厚等之程序之流程圖。

圖9係顯示在不同之溫度環境下，使螢光體方式之白色發光二極體發光時之波長與各波長之相對強度的關係之圖表。

圖10(a)係顯示螢光體方式之白色發光二極體與光波導之配置之一例的圖，圖10(b)係顯示螢光體方式之白色發光二極體與光波導之配置之其他例的圖，圖10(c)係顯示螢光體方式之白色發光二極體與光波導之配置之又一其他例的 圖。

圖11係顯示入射至圖10所示之光波導之照射光之波長與各波長的相對強度之關係之圖表。

圖12係模式性顯示照射光之照射範圍之剖面之概念圖。

圖13係顯示入射至參考用光波導及第1測定用光波導之照射光之波長與各波長之相對強度的關係之圖表。

圖14係顯示反射率測定裝置之第2實施形態之構成之方塊圖。

圖15係顯示反射率測定裝置之第3實施形態之構成之方塊圖。

圖16係顯示第3實施形態之計算轉換係數之程序之流程圖。

圖17係顯示第3實施形態之計算膜厚等之程序之流程圖。

圖18係顯示第4實施形態之計算轉換係數之程序之流程圖。

圖19係顯示測定光源，與參考用光波導及第1測定用光波導之構成之變形例之構成圖。

圖20係顯示測定光源，與參考用光波導及第1測定用光波導之構成之其他變形例之構成圖。

圖21(a)係顯示測定光源，與參考用光波導及第1測定用光波導之構成之又一其他變形例之構成圖，圖21(b)係顯示測定光源，與參考用光波導及第1測定用光波導之構成之又一其他變形例之構成圖。

圖22係顯示測定光源，與參考用光波導及第1測定用光波導之構成之又一其他變形例之構成圖。

1‧‧‧反射率測定裝置

11‧‧‧試料測定部

12‧‧‧試料

13‧‧‧半導體膜

14‧‧‧測定光學系統

30‧‧‧測定光源

50‧‧‧參考用光波導

51‧‧‧參考光受光面

60‧‧‧第1測定用光波導60

61‧‧‧照射光受光面

62‧‧‧照射光供給面

70‧‧‧第2測定用光波導

71‧‧‧反射光受光面

80‧‧‧分光檢測部

81‧‧‧第1檢測部

82‧‧‧分光光學系統

83‧‧‧光檢測器

84‧‧‧第2檢測部

90‧‧‧處理部

91‧‧‧係數計算部

92‧‧‧係數記錄部

93‧‧‧反射率計算部

L1‧‧‧照射光

L2‧‧‧反射光

Claims (12)

1. 一種反射率測定裝置，其特徵為包含：測定光源，對測定對象物供給照射光；分光檢測部，對各波長檢測前述照射光之強度及來自前述測定對象物之反射光之強度；係數記錄部，記錄用於將前述照射光之各波長之強度檢測值，轉換成相當於來自基準測定對象物之反射光之各波長之強度之值之轉換係數；反射率計算部，基於根據前述照射光之各波長之強度檢測值及前述轉換係數求得之相當於來自前述基準測定對象物之前述反射光之各波長之強度之值，計算前述測定對象物之各波長之反射率；參考用光波導，其一端具有由前述測定光源予以照射前述照射光之參考光受光面，另一端光學結合於前述分光檢測部；第1測定用光波導，其一端具有由前述測定光源予以照射前述照射光之照射光受光面，另一端具有對前述測定對象物供給前述照射光之照射光供給面；及第2測定用光波導，其一端具有接收來自前述測定對象物之前述反射光之反射光受光面，另一端光學結合於前述分光檢測部。
2. 如請求項1之反射率測定裝置，其中前述測定光源係供給包含激發光及由前述激發光產生之螢光之前述照射光的螢光體方式之白色發光二極體。
3. 如請求項1之反射率測定裝置，其中前述分光檢測部包含對各波長檢測前述照射光之強度之第1檢測部，及對各波長檢測來自前述測定對象物之前述反射光之強度之第2檢測部，且前述參考用光波導之另一端光學結合於前述第1檢測部，而前述第2測定用光波導之另一端光學結合於前述第2檢測部。
4. 如請求項2之反射率測定裝置，其中前述分光檢測部包含對各波長檢測前述照射光之強度之第1檢測部，及對各波長檢測來自前述測定對象物之前述反射光之強度之第2檢測部，且前述參考用光波導之另一端光學結合於前述第1檢測部，而前述第2測定用光波導之另一端光學結合於前述第2檢測部。
5. 如請求項1之反射率測定裝置，其中進一步包含將由前述測定光源照射之前述照射光選擇性地入射至前述參考光受光面及前述照射光受光面之任一者之光波導選擇機構；前述分光檢測部包含對各波長檢測前述照射光之強度，且對各波長檢測前述反射光之強度之第3檢測部；前述參考用光波導之另一端與前述第2測定用光波導之另一端光學結合於前述第3檢測部。
6. 如請求項2之反射率測定裝置，其中進一步包含將由前述測定光源照射之前述照射光選擇性地入射至前述參考 光受光面及前述照射光受光面之任一者之光波導選擇機構；前述分光檢測部包含對各波長檢測前述照射光之強度，且對各波長檢測前述反射光之強度之第3檢測部；前述參考用光波導之另一端與前述第2測定用光波導之另一端光學結合於前述第3檢測部。
7. 如請求項1至6中任一項之反射率測定裝置，其中照射至前述照射光受光面之前述照射光之光量係大於照射至前述參考光受光面之前述照射光之光量。
8. 如請求項7之反射率測定裝置，其中前述第1測定用光波導配置成使前述照射光受光面與前述測定光源對向。
9. 如請求項1至6中任一項之反射率測定裝置，其中前述第1測定用光波導及前述參考用光波導係配置成使前述第1測定用光波導之中心軸與前述參考用光波導之中心軸相對於通過前述測定光源之軸為相互線對稱。
10. 一種膜厚測定裝置，其特徵為包含如請求項1至9中任一項之反射率測定裝置。
11. 一種反射率測定方法，其特徵為包含以下步驟：修正用照射光檢測步驟，對各波長檢測供給至基準測定對象物之修正用照射光之強度；修正用照射光供給步驟，將前述修正用照射光從測定光源供給至前述基準測定對象物；第1反射光檢測步驟，對各波長檢測來自前述基準測定對象物之前述修正用照射光之反射光之強度； 係數計算步驟，基於由前述修正用照射光檢測步驟獲得之前述修正用照射光之各波長之強度檢測值，與由前述第1反射光檢測步驟獲得之前述修正用照射光之反射光之各波長之強度檢測值，計算用於將對測定對象物供給之測定用照射光之各波長之強度檢測值，轉換成相當於來自前述基準測定對象物之前述測定用照射光之反射光之各波長之強度之值之轉換係數；設置步驟，設置前述測定對象物；測定用照射光檢測步驟，對各波長檢測包含激發光及由前述激發光產生之螢光之前述測定用照射光之強度；測定用照射光供給步驟，將前述測定用照射光從前述測定光源供給至前述測定對象物；第2反射光檢測步驟，對各波長檢測來自前述測定對象物之前述測定用照射光之反射光之強度；及反射率計算步驟，基於根據由前述測定用照射光檢測步驟獲得之前述測定用照射光之各波長之強度檢測值及前述轉換係數而求得之相當於來自前述基準測定對象物之前述測定用照射光之反射光之各波長的強度之值，與由前述第2反射光檢測步驟獲得之來自前述測定對象物之前述測定用照射光之反射光的各波長之強度檢測值，計算前述測定對象物之各波長之反射率。
12. 一種膜厚測定方法，其特徵為包含請求項11之反射率測定方法，且基於由前述反射率測定方法獲得之各波長之反射率，計算前述測定對象物之膜厚。