JPH1047926A - 膜厚測定装置および膜厚測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定時間の短縮化および装置の低価格化・小
型化を図ることができる膜厚測定装置を提供する。 【解決手段】 光源部２からの光Ｌ１を特定の波長の光
のみを透過するフィルタ４３を介して基板９１に照射
し、基板９１からの反射光Ｌ２を２次元に配列された複
数の受光素子からなる受光手段５において受光する膜厚
測定装置１において、切替手段４を用いてフィルタ４３
の種類を切り替え、異なった波長の光を順に基板９１に
照射する。これにより、処理部６には基板に複数の波長
の光を順に照射したときの反射光の光量の２次元的空間
分布の情報が順に送られることとなり、この情報に基づ
いて基板９１の光Ｌ１が照射される領域の膜厚を一括し
て求めることができる。その結果、基板９１を移動させ
るなどといった手段が不要となり、測定時間の短縮化お
よび装置の低価格化・小型化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体基板や液
晶表示器などのＦＰＤ（Flat Panel Display)の製造に
用いられるガラス基板（以下、「基板」と総称する。）
に光を照射し、基板からの反射光に基づいて基板上に形
成された薄膜の膜厚を測定する膜厚測定装置および膜厚
測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板やガラス基板上に形成される
薄膜の膜厚は、これらの基板から製造される半導体素子
や液晶表示器などの品質の良否に大きな影響を与えるた
め、重要な管理要素となっている。

【０００３】この薄膜の膜厚を測定する方法の一つとし
て、基板に光を照射し、基板からの反射光の波長ごとの
光量に基づいて膜厚を求める方法がある。図１０は、こ
のような光を用いて基板に形成された薄膜の膜厚を測定
する装置の従来例を示した図である。

【０００４】この膜厚測定装置１０１では、光源部１０
２から出射される白色光Ｌ１０１をハーフミラー１３１
および対物レンズ１３２を介して基板１０９上のに集光
点ＳＰ１０１に集光させ、基板１０９において反射した
反射光Ｌ１０２を凹面回折格子１３３を用いて分光し、
受光手段１０５にて受光している。受光手段１０５は反
射光Ｌ１０２が分光される方向ＡＲに沿って１次元に配
列された複数の受光素子からなり、各受光素子が分光さ
れた各波長の光を受光して処理部１０６に向けて分光ス
ペクトルを示す信号を送るようになっている。処理部１
０６では、受光手段１０５からの信号に基づき、所定の
補正処理や参照すべき情報と比較するなどして基板１０
９上に形成された薄膜の集光点ＳＰ１０１における膜厚
を求めるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上、基板からの反射
光の分光スペクトルを用いて基板上に形成された薄膜の
膜厚を測定する装置の一例について説明したが、この装
置１０１では基板１０９上の集光点ＳＰ１０１における
膜厚しか測定できないために、基板１０９全体の膜厚の
分布を測定するためには基板１０９が載置されるステー
ジ１０８を図中に示すＸ方向およびＹ方向に移動させる
手段が不可欠となる。したがって、装置が高価でかつ大
きくならざるを得ない。

【０００６】また、ステージ１０８を移動させながら膜
厚を測定するので、ステージ１０８を移動させる時間が
測定時間全体を長くしてしまい、測定時間の短縮化も困
難となる。

【０００７】そこで、この発明は、上記課題に鑑みなさ
れたもので、基板全体の膜厚を一括して測定することが
でき、これにより、基板全体の膜厚測定時間の短縮化や
装置の低価格化、小型化を図ることができる膜厚測定装
置および膜厚測定方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、基板
上に形成された薄膜の膜厚を測定する膜厚測定装置であ
って、白色光を出射する光源部と、２次元に配列された
複数の受光素子からなる受光手段と、前記光源部からの
光を前記基板に導くとともに、前記基板において反射し
た光を前記受光手段に導く光学系と、互いに異なる所定
の波長の光のみをそれぞれ透過する複数のフィルタから
なるフィルタセットを有し、前記複数のフィルタを前記
光学系の光路上に切り替えて配置する切替手段と、前記
複数のフィルタの切り替えに応じて、前記受光手段から
の信号を取得し、前記信号に基づいて前記薄膜の膜厚を
求める処理部とを備える。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１記載の膜厚測
定装置であって、前記光学系が、前記光源部からの光を
ほぼ平行光として前記基板に入射させる凹面鏡、を有す
る。

【００１０】請求項３の発明は、基板上に形成された薄
膜の膜厚を測定する膜厚測定装置であって、白色光を出
射する光源部と、入射された光を受光する受光手段と、
前記光源部からの光を前記基板に導くとともに、前記基
板において反射した光を前記受光手段に導く光学系と、
前記受光手段からの信号を取得し、前記信号に基づいて
前記薄膜の膜厚を求める処理部とを備え、前記受光手段
が、前記基板において反射した光を複数の波長成分に分
割する分割手段と、前記分割手段により分割された光の
それぞれに対応した複数の受光部とを有し、前記複数の
受光部のそれぞれが２次元に配列された複数の受光素子
からなる。

【００１１】請求項４の発明は、光源部から出射される
複数の異なった波長の光を切り替えて参照基板の所定の
領域に照射し、前記複数の異なった波長の光の切り替え
に応じて前記参照基板からの反射光の光量の２次元的空
間分布を参照情報として一括して取得する参照情報取得
工程と、前記光源部から出射される複数の異なった波長
の光を切り替えて測定対象である薄膜が形成された基板
の所定の領域に照射し、前記複数の異なった波長の光の
切り替えに応じて前記基板からの反射光の光量の２次元
的空間分布を測定情報として一括して取得する測定情報
取得工程と、前記参照情報と前記測定情報とに基づいて
前記基板の分光反射比率を算出する工程と、前記分光反
射比率と理論計算により求められた分光反射比率とを比
較することにより、前記薄膜の膜厚を求める工程とを有
する。

【００１２】請求項５の発明は、請求項４記載の膜厚測
定方法であって、前記膜厚の測定範囲である膜厚範囲を
決定する範囲決定工程と、前記膜厚範囲から前記光源部
から出射される複数の異なった波長の光の組合せを設定
する波長設定工程とをさらに有する。

【００１３】請求項６の発明は、請求項５記載の膜厚測
定方法であって、前記参照情報と前記測定情報とに基づ
いて求められた前記薄膜の膜厚の適否を判定する判定工
程と、前記判定工程の判定に応じて前記範囲決定工程に
おける前記膜厚範囲を変更する範囲変更工程とをさらに
有する。

【００１４】請求項７の発明は、光源部からの白色光を
参照基板の所定の領域に照射し、前記参照基板からの反
射光から複数の異なった波長の光を分割し、前記複数の
異なった波長の光の光量の２次元的空間分布を参照情報
として前記波長ごとに一括して取得する参照情報取得工
程と、前記光源部からの白色光を測定対象である薄膜が
形成された基板の所定の領域に照射し、前記基板からの
反射光から複数の異なった波長の光を分割し、前記複数
の異なった波長の光の光量の２次元的空間分布を測定情
報として前記波長ごとに一括して取得する測定情報取得
工程と、前記参照情報と前記測定情報とに基づいて前記
基板の分光反射比率を算出する工程と、前記分光反射比
率と理論計算により求められた分光反射比率とを比較す
ることにより、前記薄膜の膜厚を求める工程とを有す
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】

＜１．第１の実施の形態＞図１はこの発明に係る第１の
実施の形態である膜厚測定装置１の構造を示す図であ
る。

【００１６】この膜厚測定装置１は大きく分けて、白色
光を発する光源部２、光源部２からの光Ｌ１をステージ
８上に載置された基板９１に導くとともに、基板９１か
らの反射光Ｌ２を所定の受光位置に導く光学系３、基板
９１からの反射光Ｌ２を受光する受光手段５、光源部２
からの光のうち、特定の波長の光のみを透過する複数の
フィルタ４３を切り替えて光路上に配置する切替手段
４、および、受光手段５からの信号を受けて基板９１上
に形成された薄膜の膜厚を求める処理部６から構成され
る。

【００１７】光源部２はハロゲンランプである光源２
１、ピンホール２３ｈが形成されたピンホール板２３、
および、光源２１からの光をピンホール２３ｈ上に集光
させるレンズ２２から構成され、ピンホール２３ｈから
出射される光Ｌ１は点光源からの光として基板９１に照
射されることとなる。

【００１８】光学系３は、光源部２からの光Ｌ１を基板
９１に導くレンズ３１、ハーフミラー３２、絞り３３、
凹面鏡３４、および、基板９１からの反射光Ｌ２を受光
手段５に導くレンズ３５から構成される。光源部２から
の光Ｌ１は、レンズ３１によって集光されつつハーフミ
ラー３２において反射し、絞り３３の位置において集光
した後発散しながら凹面鏡３４において反射し、ほぼ平
行光となって基板９１の表面全体に垂直に入射する。ま
た、基板９１からの反射光Ｌ２は再び凹面鏡３４、絞り
３３を介してハーフミラー３２に至り、ハーフミラー３
２を透過した後、レンズ３５を介して受光手段５に基板
９１の照射範囲すなわち基板面全体の像を結ぶ。この光
学系３においては、凹面鏡３４を用いることにより、色
収差に基づく測定誤差を低減し、また紫外域での測定を
可能としている。

【００１９】受光手段５は紙面に垂直な面上に複数の受
光素子を２次元に配列した構成となっており、基板９１
の像を一括して受光できるようになっている。

【００２０】切替手段４は光源部２と光学系３との間に
配置され、フィルタを有する円板部４１と円板部４１を
軸Ｊを中心に紙面に垂直な面内において回転させる回転
手段４２とから構成される。円板部４１には軸Ｊを中心
とする同一円周上に３０の異なった種類のフィルタ４３
(1)〜４３(30)が設けられており、これにより、円板部
４１が回転手段４２により軸Ｊを中心に回転すると、フ
ィルタ４３(1)〜４３(30)が順に光Ｌ１の光路上に配置
されることとなる。

【００２１】受光手段５により取得される基板９１の像
の情報と回転手段４２に設けられたエンコーダから得ら
れる光Ｌ１の光路上に配置されたフィルタの種類の情報
とは処理部６に送られ、ここで基板９１上に形成された
膜厚が算出されることとなる。

【００２２】以上、この装置の構成について説明してき
たが、次に、この装置を用いて基板９１上に形成された
薄膜の膜厚を測定するために必要な情報の取得方法につ
いて説明する。なお、この装置１において薄膜の膜厚を
測定するために必要な情報とは、基板９１からの反射光
Ｌ２の波長ごとの光量である基板９１の像を表す２次元
的な情報であり、得られた情報である波長ごとの反射光
の光量から膜厚を求める方法は後述する一例のようにど
のような方法であってもよい。

【００２３】この装置では光源部２から出射された光Ｌ
１は光学系３により基板９１に導かれるが、光路上にフ
ィルタ４３が存在するため、例えば、切替手段４により
光路上に波長λ1の光のみを透過するフィルタ４３(1)が
配置された状態では、基板９１には波長λ1の光のみが
照射されることとなる。また、切替手段４の円板部４１
には他の異なった波長λ2〜λ30の光のみを透過するフ
ィルタ４３(2)〜４３(30)が設けられているので、これ
らのフィルタが回転手段４２により光Ｌ１の光路上に配
置された時は、これらの波長の光のみが基板９１に照射
されることとなる。

【００２４】基板９１には特定波長の光Ｌ１がほぼ平行
光として全面に照射され、基板９１において反射して反
射光Ｌ２となるが、基板９１上には薄膜が形成されてい
るのでこの薄膜の表面や境界面において反射した光同士
が干渉を生じ、反射光Ｌ２はこの干渉の影響を受けたも
のとなる。

【００２５】反射光Ｌ２は光学系３を介して受光手段５
において受光されるが、受光手段５は２次元に配列され
た複数の受光素子からなるため、受光手段５では基板９
１における基板面全体の像を一括して取得することがで
きる。したがって、受光手段５からは特定波長の光を基
板９１に照射した際の照射範囲（この実施の形態では基
板全体）における干渉の状態が観察されることとなる。

【００２６】受光手段５において得られた基板９１から
の反射光Ｌ２の光量の２次元的空間分布を表す情報は処
理部６に送られることとなるが、同時に、切替手段４か
らは回転手段４２に設けられたエンコーダからどのフィ
ルタを用いて得られた情報であるのかを示す信号が送ら
れる。したがって、処理部６には基板９１に照射された
光の波長と、この波長の光を照射した際の照射範囲の干
渉の状態を示す２次元的な情報とが送られることとな
る。そして、処理部６ではこれらの情報に基づいて基板
９１上に形成された薄膜の膜厚が基板面全体に対して一
括して求められることとなる。

【００２７】以上、この装置１における膜厚測定に必要
な情報の取得方法について説明したが、この装置１と図
１０に示す従来の装置１０１とを比較すると、従来の装
置１０１では、受光素子では基板１０９上の一点ＳＰ１
０１からの反射光Ｌ１０２の分光スペクトルを受光手段
１０５において測定し、この測定位置である集光点ＳＰ
１０１をステージ１０８を移動させることにより基板１
０９上を走査させて反射光の２次元的な情報を取得する
のに対し、この実施の形態における装置１では、分光ス
ペクトルの代わりに特定の波長の光を基板９１に照射
し、受光手段５において一括して反射光Ｌ２の２次元的
な空間分布の情報を取得している点で異なる。これによ
り、基板９１を移動することなく基板９１の所定の領域
（照射範囲）の２次元的な情報を一括して取得すること
ができる。その結果、基板全体の膜厚測定時間の短縮化
や装置の低価格化、小型化を図ることができる。

【００２８】次に、以上のようにして取得された情報に
基づいて膜厚を算出する処理部６の内部の処理について
装置全体の操作および動作とともに説明する。なお、処
理部６は複数の特定の波長の光に対する反射光の光量か
ら膜厚を求める方法であればどのようなものでもよく、
ここでは、基板上に単一の層の膜（単層膜）が形成され
ている場合の処理方法の一例について簡単に説明する。

【００２９】図２および図３はこの装置１の操作、動
作、および、膜厚算出処理の流れを示す流れ図である。

【００３０】まず、オペレータは測定対象である基板に
形成された薄膜の膜種と膜厚の測定範囲（予想されるお
およその膜厚を示すものであり、以下、「膜厚範囲」と
いう。）とを指定する（ステップＳ１１）。これは、膜
厚範囲によって用いるフィルタの種類が異なるため、測
定前に予め決定しておき、測定時間の短縮を図るための
操作である。なお、膜厚範囲は予め初期値が決定されて
いるようにしてもよい。

【００３１】膜種および膜厚範囲が指定されると、指定
された膜種から薄膜の光学定数（波長λの関数である反
射率Ｎ(λ)、吸収係数Ｋ(λ)など）が確認のためにモニ
タに表示され（ステップＳ１２）、処理部６内部ではこ
れらの光学定数を用いて膜厚ｄ、波長λに対する分光反
射比率Ｒs(ｄ,λ)が理論的に求められる（ステップＳ１
３）。この分光反射比率Ｒs(ｄ,λ)は図４に示すように
薄膜が形成されていないときの基板の反射率を１００
(％)として波長λに対してほぼ周期的に変化し、膜厚が
増加すればするほど（図４（ａ）が最も膜厚が小さい場
合を示しており、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に膜厚が
増加する）周期が短くなる特性を有しているため、これ
を利用して基板９１の膜厚が測定されることとなる。

【００３２】また、指定された膜厚範囲からはこの膜厚
範囲における膜厚の測定に用いる複数のフィルタ（円板
部４１に設けられたフィルタ４３(1)〜４３(30)から選
択されたものであり、例えば、フィルタ４３(1)〜４３
(10)といった組合せである。以下、このフィルタの組合
せを「フィルタセット」という。）が選択される（ステ
ップＳ１４）。

【００３３】次に、参照基板９２として薄膜が形成され
ていない基板を図１中のステージ８上に載置し（ステッ
プＳ２１）、フィルタセットの各フィルタを介して特定
波長λf（λfは光Ｌ１の光路上に配置されたフィルタが
透過する光の波長）の光Ｌ１を照射したときのそれぞれ
の反射光Ｌ２を受光手段５の２次元に配列された各受光
素子ｉにおいて受光することにより、膜厚の算出の基準
に用いる参照情報であるキャリブレーション情報を取得
する（ステップＳ２２）。すなわち、各受光素子ｉが受
光する光量を示す情報Ｂ(ｉ,λf)および後の補正の工程
に用いる各受光素子ｉの暗電流の大きさを示す情報Ｄ
(ｉ)がキャリブレーション情報として処理部６に送られ
ることとなる。

【００３４】キャリブレーション情報Ｂ(ｉ,λf)、Ｄ
(ｉ)が求められると、次に測定対象である基板９１がス
テージ８上に載置され（ステップＳ３１）、同様にして
各受光素子ｉが受光する光量を示す情報Ｓ(ｉ,λf)が測
定情報として取得される（ステップＳ３２）。なお、各
受光素子における情報Ｂ(ｉ,λf)、Ｓ(ｉ,λf)の典型的
な様子を図５に示す（実際に得られる情報はλｆをパラ
メータとする離散的な情報であるが、図５では各情報の
特性を明確に示すために連続的な波長の変化に対する様
子を示す）。

【００３５】このようにして取得された情報Ｂ(ｉ,λ
f)、Ｓ(ｉ,λf)、および、Ｄ(ｉ)から数１に示す式を用
いて処理部６において各受光素子ｉ上に結ばれる基板９
１の像に対応する位置の分光反射比率Ｔ(ｉ,λf)が求め
られる（ステップＳ４１）。この分光反射比率Ｔ(ｉ,λ
f)の典型的な様子を図６に示す（実際に得られる情報は
離散的な情報であるが、図５と同様に連続的に示す）。

【００３６】

【数１】

【００３７】次に、この分光反射比率Ｔ(ｉ,λf)から数
２に示す式により受光素子ｉに対応する基板９１の位置
におけるおおよその膜厚である仮膜厚ｄa(ｉ)を求める
（ステップＳ４２）。なお、この式において、λ1、λ2
は図６に示すように分光反射比率のおおよその極値を示
す波長であり、このときの薄膜の屈折率がｎ1、ｎ2であ
る。また、これらの波長の間に存在する極値の個数がＸ
である。

【００３８】

【数２】

【００３９】仮膜厚ｄa(ｉ)が求まると、この膜厚近傍
（（ｄa(ｉ)−α）〜（ｄa(ｉ)＋α））を膜厚検査範囲
として膜厚ｄに対する理論計算により得られた分光反射
比率Ｒｓ(ｄ,λ)と実測により得られた分光反射比率Ｔ
(ｉ,λf)とに基づいて、カーブフィット法を用いて受光
素子ｉに対応する基板９１の位置における正確な膜厚ｄ
t(ｉ)を算出する。すなわち、図７に示すように数３に
示す式より求められる誤差平方和Ｅs(ｉ,ｄ)と膜厚ｄと
の関係を点としてプロットし、これらの点を補間して誤
差平方和Ｅs(ｉ,ｄ)が最小となる膜厚ｄt(ｉ)を求め
る。

【００４０】

【数３】

【００４１】また、このときの誤差平方和Ｅs(ｉ,ｄt)
を求められた膜厚ｄt(ｉ)が適切な値かどうかを判定す
るＧＯＦ（Good of Fitness)値としてこの値が所定のし
きい値を超えないかどうか比較し、超えない場合は求め
られた膜厚ｄt(ｉ)が適切な値であると判定する（ステ
ップＳ４３〜Ｓ４６）。そして、ＧＯＦ判定結果が測定
膜厚の値が適切なものであるという結果であれば、膜厚
ｄt(ｉ)、ＧＯＦ値、および、ＧＯＦ判定結果をモニタ
に表示する（ステップＳ４７）。

【００４２】ここで、ＧＯＦ判定結果が測定された膜厚
が適切な値でないという結果であった場合、ステップＳ
１１において指定された（あるいは、予め決定された）
膜厚範囲を他の膜厚測定範囲に変更し、再び測定処理を
開始する。なお、この場合は、参照情報や測定情報の取
得処理は省略される。これにより、ＧＯＦ判定結果が適
切な膜厚測定値であるとの結果となるまで、または、全
ての膜厚範囲においての測定が完了するまで測定処理が
繰り返される。

【００４３】このような膜厚範囲の変更を行うことによ
り、例えば、指定された（あるいは、予め初期状態で決
定された）膜厚範囲が不適切な場合や膜厚が不明な場合
であっても、適切な膜厚測定が可能となる。

【００４４】以上、この実施の形態における膜厚測定装
置１の操作、動作、および、膜厚算出処理の例として、
基板９１上に単層膜が形成されている場合について説明
してきたが、もちろん、この方法に限定されるものでは
なく、反射光の波長と光量との関係から膜厚を求めるこ
とができる方法であるならばどのような方法を用いても
よい。

【００４５】例えば、非常に薄い薄膜の分光反射比率Ｔ
(ｉ,λf)が２つの異なる波長に対して与えられた場合、
図４に示したように分光反射比率の波長に対する周期的
変化の周期が長くなるので、この２つの値から求められ
る波長に対する分光反射比率の変化量から膜厚を求める
ことができる。したがって、少なくとも２つのフィルタ
が存在すれば非常に薄い薄膜の膜厚の測定が可能とな
る。

【００４６】また、単層膜に限られず、複数の積層され
た薄膜（多層膜）が基板９１上に形成されている場合で
も利用可能である。なお、この場合は、上記処理におい
て参照基板９２として薄膜が形成されていない基板や完
全に不透明な膜（その層で光を吸収し、下層に光を通さ
ない膜）が形成された基板を用い、また、処理部６にお
ける処理内容も多層膜の膜厚を算出するための方法を用
いることとなる。

【００４７】＜２．第２の実施の形態＞図８はこの発明
に係る第２の実施の形態である膜厚測定装置の受光手段
５ａを示す図である。この装置は図１に示される第１の
実施の形態の装置１と比較し、切替手段４がなく、受光
手段５のみが異なる点を除いて他は同様の構成となって
いる。すなわち、図１に示す装置１から切替手段４を全
て取り除き、受光手段５を図８に示すような構成とした
ものがこの実施の形態における装置となっている。した
がって、基板には光源部からの白色光がフィルタを介さ
ず入射し、その反射光を受光手段５ａが受光するように
なっている。

【００４８】受光手段５ａは、反射光Ｌ２をほぼ平行光
とするレンズ５１、レンズ５１を透過した光のうち特定
の波長の光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを反射する４つのダイクロイ
ックミラー５２ａ〜５２ｄ、反射された光Ｌ２ａ〜Ｌ２
ｄを集光させるレンズ５３ａ〜５３ｄ、および、２次元
に配列された受光素子からなりこれらの光を受光する受
光部５４ａ〜５４ｄから構成される。

【００４９】このような構成により、受光手段５ａに入
射する光Ｌ２は分割手段であるダイクロイックミラー５
２ａ〜５２ｄにより特定波長の光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄに分割
されて受光部５４ａ〜５４ｄにおいて２次元的に受光さ
れ、第１の実施の形態と同様に基板からの反射光の波長
ごとの２次元的な空間分布の情報が取得されることとな
る。このようにして得られる情報を受光部５４ａ〜５４
ｄから処理部に送り第１の実施の形態と同様の処理を行
い、基板上に形成された薄膜の膜厚を基板全面について
一括して求められる。

【００５０】以上のように、この第２の実施の形態にお
いても、基板を移動させることなく基板全体の反射光の
波長ごとの光量を測定することができ、その結果、基板
全体の膜厚測定時間の短縮化や装置の低価格化、小型化
を図ることができる。

【００５１】＜３．変形例＞以上、この発明に係る膜厚
測定装置およびこの装置における膜厚測定方法について
実施の形態に則して説明してきたが、この発明は上記実
施の形態に限定されるものではない。

【００５２】例えば、第１の実施の形態および図１を参
照する第２の実施の形態では、光学系３に凹面鏡３４を
用いているが、基板９１に入射する光Ｌ１および基板９
１から反射する光Ｌ２を適切に導くことができるのであ
るならばどのようなものであってもよい。図９はレンズ
３４ａを用いて基板９１に光Ｌ１を導き、基板９１から
の光Ｌ２を受光手段５に導く例を示した図である。

【００５３】また、第１の実施の形態ではフィルタ４３
(1)〜４３(30)を用いて特定の波長の光を受光手段５が
受光するようにしており、第２の実施の形態ではダイク
ロイックミラー５２ａ〜５２ｄを用いて特定の波長の光
Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを受光部５４ａ〜５４ｄが受光するよう
になっているが、これらのフィルタやダイクロイックミ
ラーの数はこの形態に限定されるものではなく、２以上
であればよい。また、第１の実施の形態における切替手
段４はフィルタの切り替えを行うことができるのである
ならばどのようなものであってもよく、回転手段４２に
よりフィルタの切り替えを行うのではなく、例えば、ス
ライド式にフィルタを切り替えるようにしてもよい。第
２の実施の形態においても分割手段として機能するダイ
クロイックミラー５２ａ〜５２ｄは波長ごとに光を分割
するのであればどのような形態であってもよく、例え
ば、ハーフミラーにより分割した後、フィルタを通すよ
うにしてもよい。

【００５４】また、基板に形成される薄膜が単層膜に限
定されず、処理部６内部の処理も基板９１からの反射光
Ｌ２の波長と光量との関係から膜厚を求める方法であれ
ばどのような処理内容であってもよいのは第１の実施の
形態で述べた通りである。

【００５５】また、第１の実施の形態では白色光の光源
２１としてハロゲンランプを用いているが、キセノンラ
ンプなどであってもよい。また、白色光をフィルタに通
すことにより、特定波長の光を基板９１に照射している
が、フィルタを用いずに複数のＬＥＤやレーザーを用い
て複数の異なった波長の光を基板９１に照射するように
しても利用可能である。

【００５６】また、第１の実施の形態では切替手段４を
光源部２と光学系３との間に配置しているが、光Ｌ１ま
たはＬ２の光路上であればどこに配置してもよい。

【００５７】さらに、上記実施の形態では光源部２から
の光Ｌ１を基板９１のほぼ全面に照射するようにしてい
るが、基板９１の全面の膜厚を測定する必要がないので
あれば、基板９１の一部のみに光を照射するようにして
もよい。

【００５８】

【発明の効果】請求項１記載の発明では、光学系の光路
上に所定の波長の光のみを透過するフィルタを切り替え
て配置するので、所定の波長の光を基板に照射すること
ができ、また、基板からの反射光を２次元に配列した受
光素子において一括して受光するので、基板の所定の領
域からの反射光の光量を一括して取得することができ
る。これにより、基板の所定の領域の膜厚を一括して求
めることができ、基板を移動させる手段が不要となり、
測定時間の短縮化、および、装置の低価格化・小型化を
図ることができる。

【００５９】請求項２記載の発明では、光学系に凹面鏡
を用いているので、請求項１記載の発明の効果に加え
て、色収差に基づく測定誤差の低減、紫外域での測定を
可能とすることができる。

【００６０】請求項３記載の発明では、基板からの反射
光を波長ごとの光に分割し、それぞれの光を対応する２
次元に配列した受光素子からなる受光部において受光す
るので、基板の所定の領域の反射光の各波長の光量を一
括して取得することができる。これにより、基板の所定
の領域の膜厚を一括して求めることができる。その結
果、基板を移動させる手段が不要となり、測定時間の短
縮化、および、装置の低価格化・小型化を図ることがで
きる。

【００６１】請求項４記載の発明では、基板に異なる波
長の光を切り替えて照射し、基板からの反射光の光量の
２次元的空間分布を一括して取得するので、基板の所定
の領域の膜厚を一括して求めることができる。これによ
り、測定時間の短縮化、および、膜厚測定を行う装置の
低価格化・小型化を図ることができる。

【００６２】請求項５記載の発明では、測定対象の膜厚
の膜厚範囲を決定し、膜厚範囲から基板に照射する光の
波長の組合せを設定するので、膜厚に応じて適切な波長
の光が基板に照射されるので、迅速な膜厚測定が可能と
なる。

【００６３】請求項６記載の発明では、求められた膜厚
の適否を判定し、この判定結果に応じて膜厚範囲の設定
を変更するので、膜厚範囲が不明であったり、膜厚範囲
の設定が不適切な場合であっても、正確な膜厚測定がで
きる。

【００６４】請求項７記載の発明では、基板からの反射
光から複数の異なったの波長の光を分割し、これらの光
の２次元的空間分布を波長ごとに一括して取得するの
で、基板の所定の領域の膜厚を一括して求めることがで
きる。これにより、測定時間の短縮化、および、膜厚測
定を行う装置の低価格化・小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態に係る膜厚測定装
置の構成を示す図である。

【図２】膜厚測定装置の操作および処理の流れを示す図
である。

【図３】膜厚測定装置の操作および処理の流れを示す図
である。

【図４】波長と分光反射比率の理論計算値との関係の例
を示す図である。

【図５】波長と受光素子の出力との関係の例を示す図で
ある。

【図６】波長と分光反射比率との関係の例を示す図であ
る。

【図７】膜厚と誤差平方和との関係の例を示す図であ
る。

【図８】この発明の第２の実施の形態に係る膜厚測定装
置の受光手段の構成を示す図である。

【図９】この発明の他の実施の形態に係る膜厚測定装置
の構成を示す図である。

【図１０】従来の膜厚測定装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ 膜厚測定装置 ２ 光源部 ３ 光学系 ４ 切替手段 ５ 受光手段 ５ａ 受光手段 ６ 処理部 ３４ 凹面鏡 ４２ 回転手段 ４３ フィルタ ５２ａ〜５２ｄ ダイクロイックミラー ５４ａ〜５４ｄ 受光部 ９１ 基板 ９２ 参照基板 Ｌ１ 光 Ｌ２ 反射光 Ｌ２ａ 反射光 Ｓ１１〜Ｓ４７ ステップ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成された薄膜の膜厚を測定す
   る膜厚測定装置であって、 白色光を出射する光源部と、 ２次元に配列された複数の受光素子からなる受光手段
   と、 前記光源部からの光を前記基板に導くとともに、前記基
   板において反射した光を前記受光手段に導く光学系と、 互いに異なる所定の波長の光のみをそれぞれ透過する複
   数のフィルタからなるフィルタセットを有し、前記複数
   のフィルタを前記光学系の光路上に切り替えて配置する
   切替手段と、 前記複数のフィルタの切り替えに応じて、前記受光手段
   からの信号を取得し、前記信号に基づいて前記薄膜の膜
   厚を求める処理部と、を備えることを特徴とする膜厚測
   定装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の膜厚測定装置であって、 前記光学系が、 前記光源部からの光をほぼ平行光として前記基板に入射
   させる凹面鏡、を有することを特徴とする膜厚測定装
   置。
3. 【請求項３】 基板上に形成された薄膜の膜厚を測定す
   る膜厚測定装置であって、 白色光を出射する光源部と、 入射された光を受光する受光手段と、 前記光源部からの光を前記基板に導くとともに、前記基
   板において反射した光を前記受光手段に導く光学系と、 前記受光手段からの信号を取得し、前記信号に基づいて
   前記薄膜の膜厚を求める処理部と、を備え、 前記受光手段が、 前記基板において反射した光を複数の波長成分に分割す
   る分割手段と、 前記分割手段により分割された光のそれぞれに対応した
   複数の受光部と、を有し、前記複数の受光部のそれぞれ
   が２次元に配列された複数の受光素子からなることを特
   徴とする膜厚測定装置。
4. 【請求項４】 光源部から出射される複数の異なった波
   長の光を切り替えて参照基板の所定の領域に照射し、前
   記複数の異なった波長の光の切り替えに応じて前記参照
   基板からの反射光の光量の２次元的空間分布を参照情報
   として一括して取得する参照情報取得工程と、 前記光源部から出射される複数の異なった波長の光を切
   り替えて測定対象である薄膜が形成された基板の所定の
   領域に照射し、前記複数の異なった波長の光の切り替え
   に応じて前記基板からの反射光の光量の２次元的空間分
   布を測定情報として一括して取得する測定情報取得工程
   と、 前記参照情報と前記測定情報とに基づいて前記基板の分
   光反射比率を算出する工程と、 前記分光反射比率と理論計算により求められた分光反射
   比率とを比較することにより、前記薄膜の膜厚を求める
   工程と、を有することを特徴とする膜厚測定方法。
5. 【請求項５】 請求項４記載の膜厚測定方法であって、 前記膜厚の測定範囲である膜厚範囲を決定する範囲決定
   工程と、 前記膜厚範囲から前記光源部から出射される複数の異な
   った波長の光の組合せを設定する波長設定工程と、をさ
   らに有することを特徴とする膜厚測定方法。
6. 【請求項６】 請求項５記載の膜厚測定方法であって、 前記参照情報と前記測定情報とに基づいて求められた前
   記薄膜の膜厚の適否を判定する判定工程と、 前記判定工程の判定に応じて前記範囲決定工程における
   前記膜厚範囲を変更する範囲変更工程と、をさらに有す
   ることを特徴とする膜厚測定方法。
7. 【請求項７】 光源部からの白色光を参照基板の所定の
   領域に照射し、前記参照基板からの反射光から複数の異
   なった波長の光を分割し、前記複数の異なった波長の光
   の光量の２次元的空間分布を参照情報として前記波長ご
   とに一括して取得する参照情報取得工程と、 前記光源部からの白色光を測定対象である薄膜が形成さ
   れた基板の所定の領域に照射し、前記基板からの反射光
   から複数の異なった波長の光を分割し、前記複数の異な
   った波長の光の光量の２次元的空間分布を測定情報とし
   て前記波長ごとに一括して取得する測定情報取得工程
   と、 前記参照情報と前記測定情報とに基づいて前記基板の分
   光反射比率を算出する工程と、 前記分光反射比率と理論計算により求められた分光反射
   比率とを比較することにより、前記薄膜の膜厚を求める
   工程と、を有することを特徴とする膜厚測定方法。