(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面及び前記第１主面に対向する第２主面を有する測定対象物の厚さ又は温度を計測する光干渉システムであって、
前記測定対象物を透過する波長を有する光の光源と、
前記光源に接続され、前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるスプリッタと、
前記スプリッタからの測定光を前記測定対象物の前記第１主面へ出射するとともに、前記第１主面及び前記第２主面からの反射光を入射する第１コリメータと、
光を反射する参照ミラーと、
前記スプリッタからの参照光を前記参照ミラーへ出射するとともに、前記参照ミラーからの反射光を入射する第２コリメータと、
前記スプリッタに接続され、波長に依存した強度分布であって前記第１主面、前記第２主面及び前記参照ミラーからの前記反射光の強度分布である干渉強度分布を測定する分光器と、
前記分光器に接続され、前記干渉強度分布をフーリエ変換して得られる波形に基づいて前記測定対象物の厚さ又は温度を計測する計測部と、
を備え、
前記スプリッタから前記測定対象物までの第１光路長をＬｓ、前記スプリッタから前記参照ミラーまでの第２光路長をＬｒとすると、Ｌｓ＜Ｌｒを満たすように前記スプリッタ、前記第１コリメータ、前記測定対象物、前記第２コリメータ及び前記参照ミラーが配置され、
前記計測部は、前記分光器の分解能により規定される最大計測光学厚さをＸｍａｘ、前記測定対象物の厚さをｄ、前記測定対象物の前記測定光に対する屈折率をｎとすると、Ｘｍａｘ＜２・ｎ・ｄ＜２・Ｘｍａｘの場合には、前記第１光路長と前記第２光路長との光路差により｜２・（Ｌｓ−Ｌｒ）｜の位置に出現する干渉ピークと、２・（Ｌｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ）の位置に出現する干渉ピークとを用いて前記測定対象物の厚さ又は温度を計測し、
前記計測部は、２・ｎ・ｄ＜Ｘｍａｘの場合には、前記第１主面及び前記第２主面からの前記反射光により生じる干渉ピークの間隔に基づいて前記測定対象物の厚さ又は温度を計測する光干渉システム。
【請求項２】
前記スプリッタ、前記第１コリメータ、前記測定対象物、前記第２コリメータ及び前記参照ミラーは、−Ｘｍａｘ＜２・（Ｌｓ−Ｌｒ）＜０＜２・（Ｌｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ）＜Ｘｍａｘを満たすように配置される請求項１に記載の光干渉システム。
【請求項３】
駆動信号に基づいて前記第１コリメータの傾き位置を調整する調整機構をさらに備え、
前記計測部は、
前記駆動信号を生成する信号生成部と、
前記干渉強度分布をフーリエ変換して得られるピーク強度を取得するピーク強度取得部と、
ピーク強度に基づいて前記傾き位置の調整位置を導出する調整位置導出部と、
を有する請求項１又は２に記載の光干渉システム。
【請求項４】
前記調整位置導出部は、ピーク強度が最大となる前記傾き位置を前記調整位置として導出する請求項３に記載の光干渉システム。
【請求項５】
前記調整機構は、前記第１コリメータの出射方向に直交するとともに互いに直交する第１軸及び第２軸のそれぞれの回転角度である第１角度及び第２角度を調整する請求項３又は４に記載の光干渉システム。
【請求項６】
前記調整位置導出部は、前記第１角度及び前記第２角度を座標軸とするマップにマッピングされたピーク強度に基づいて前記調整位置を導出する請求項５に記載の光干渉システム。
【請求項７】
ピーク強度取得部は、所定の光路長差の位置に出現するピークの強度を取得する請求項３〜６の何れか一項に記載の光干渉システム。
【請求項８】
第１主面及び前記第１主面に対向する第２主面を有する測定対象物の厚さ又は温度を計測する光干渉システムを備える基板処理装置であって、
真空排気可能に構成され、前記測定対象物を収容する処理室を有し、
該光干渉システムは、
前記測定対象物を透過する波長を有する光の光源と、
前記光源に接続され、前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるスプリッタと、
前記スプリッタからの測定光を前記測定対象物の前記第１主面へ出射するとともに、前記第１主面及び前記第２主面からの反射光を入射する第１コリメータと、
光を反射する参照ミラーと、
前記スプリッタからの参照光を前記参照ミラーへ出射するとともに、前記参照ミラーからの反射光を入射する第２コリメータと、
前記スプリッタに接続され、波長に依存した強度分布であって前記第１主面、前記第２主面及び前記参照ミラーからの前記反射光の強度分布である干渉強度分布を測定する分光器と、
前記分光器に接続され、前記干渉強度分布をフーリエ変換して得られる波形に基づいて前記測定対象物の厚さ又は温度を計測する計測部と、
を備え、
前記スプリッタから前記測定対象物までの第１光路長をＬｓ、前記スプリッタから前記参照ミラーまでの第２光路長をＬｒとすると、Ｌｓ＜Ｌｒを満たすように前記スプリッタ、前記第１コリメータ、前記測定対象物、前記第２コリメータ及び前記参照ミラーが配置され、
前記計測部は、前記分光器の分解能により規定される最大計測光学厚さをＸｍａｘ、前記測定対象物の厚さをｄ、前記測定対象物の前記測定光に対する屈折率をｎとすると、Ｘｍａｘ＜２・ｎ・ｄ＜２・Ｘｍａｘの場合には、前記第１光路長と前記第２光路長との光路差により｜２・（Ｌｓ−Ｌｒ）｜の位置に出現する干渉ピークと、２・（Ｌｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ）の位置に出現する干渉ピークとを用いて前記測定対象物の厚さ又は温度を計測し、
前記計測部は、２・ｎ・ｄ＜Ｘｍａｘの場合には、前記第１主面及び前記第２主面からの前記反射光により生じる干渉ピークの間隔に基づいて前記測定対象物の厚さ又は温度を計測する基板処理装置。
【請求項９】
第１主面及び前記第１主面に対向する第２主面を有する測定対象物の厚さ又は温度を計測する光干渉システムを用いた測定方法であって、
該光干渉システムは、
前記測定対象物を透過する波長を有する光の光源と、
前記光源に接続され、前記光源からの光を測定光と参照光とに分けるスプリッタと、
前記スプリッタからの測定光を前記測定対象物の前記第１主面へ出射するとともに、前記第１主面及び前記第２主面からの反射光を入射する第１コリメータと、
光を反射する参照ミラーと、
前記スプリッタからの参照光を前記参照ミラーへ出射するとともに、前記参照ミラーからの反射光を入射する第２コリメータと、
前記スプリッタに接続され、波長に依存した強度分布であって前記第１主面、前記第２主面及び前記参照ミラーからの前記反射光の強度分布である干渉強度分布を測定する分光器と、
を有し、
前記スプリッタから前記測定対象物までの第１光路長をＬｓ、前記スプリッタから前記参照ミラーまでの第２光路長をＬｒとすると、Ｌｓ＜Ｌｒを満たすように前記スプリッタ、前記第１コリメータ、前記測定対象物、前記第２コリメータ及び前記参照ミラーが配置され、
前記分光器の分解能により規定される最大計測光学厚さをＸｍａｘ、前記測定対象物の厚さをｄ、前記測定対象物の前記測定光に対する屈折率をｎとすると、Ｘｍａｘ＜２・ｎ・ｄ＜２・Ｘｍａｘの場合には、
前記干渉強度分布をフーリエ変換して波形を取得するフーリエ変換ステップと、
前記第１光路長と前記第２光路長との光路差により｜２・（Ｌｓ−Ｌｒ）｜の位置に出現する干渉ピークと、２・（Ｌｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ）の位置に出現する干渉ピークとを用いて前記測定対象物の厚さ又は温度を計測する計測ステップと、を備え、
２・ｎ・ｄ＜Ｘｍａｘの場合には、
前記干渉強度分布をフーリエ変換して波形を取得するフーリエ変換ステップと、
前記第１主面及び前記第２主面からの前記反射光により生じる干渉ピークの間隔に基づいて前記測定対象物の厚さ又は温度を計測する計測ステップと、
を備える測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の種々の側面及び実施形態は、光干渉システム、基板処理装置及び測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、一種の光干渉システムが記載されている。特許文献１に記載された光干渉システムは、光源、スプリッタ、コリメータ、ミラー、駆動手段及び受光手段を備えている。光源から出射された光は、スプリッタにより測定光と参照光とに分離される。測定光は、測定対象物の両端面により、それぞれ反射され、スプリッタを介して受光手段へ到達する。一方、参照光は、ミラーにより反射され、スプリッタを介して受光手段へ到達する。駆動手段によりミラーが参照光の入射方向に平行な一方向へ移動し、スプリッタからミラーまでの距離がスプリッタから測定対象物の一端面までの距離と同一となるとき、干渉ピークが生じる。干渉ピーク間の距離が、測定対象物の両端面間の光路長となる。得られた光路長から測定対象物の温度が測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１９９５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の光干渉システムにおいては、測定対象物の厚さを計測するために測定対象物の表裏面からの反射光の干渉ピークを測定している。このような干渉ピークをフーリエ変換して測定対象物の光学厚さを測定する場合、測定可能な厚さの範囲は分光器の分解能で決定される。このため、測定対象物の厚さによっては、より優れた分解能の分光器を用意する必要がある。当技術分野においては、光干渉システムが有する分光器の分解能を変更することなく当該光干渉システムの測定可能な厚さの範囲を拡張することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一側面に係る光干渉システムは、測定対象物の厚さ又は温度を計測するシステムである。測定対象物は、第１主面及び第１主面に対向する第２主面を有する。このシステムは、光源、スプリッタ、第１コリメータ、参照ミラー、第２コリメータ、分光器及び計測部を備える。この光源は、測定対象物を透過する波長を有する光の光源である。スプリッタは、光源に接続され、光源からの光を測定光と参照光とに分ける。第１コリメータは、スプリッタからの測定光を測定対象物の第１主面へ出射するとともに、第１主面及び第２主面からの反射光を入射する。参照ミラーは光を反射する。第２コリメータは、スプリッタからの参照光を参照ミラーへ出射するとともに、参照ミラーからの反射光を入射する。分光器は、スプリッタに接続され、波長に依存した強度分布であって第１主面、第２主面及び参照ミラーからの反射光の強度分布である干渉強度分布を測定する。計測部は、分光器に接続され、干渉強度分布をフーリエ変換して得られる波形に基づいて測定対象物の厚さ又は温度を計測する。スプリッタから測定対象物までの第１光路長をＬｓ、スプリッタから参照ミラーまでの第２光路長をＬｒとすると、Ｌｓ＜Ｌｒを満たすようにスプリッタ、第１コリメータ、測定対象物、第２コリメータ及び参照ミラーが配置される。計測部は、分光器の分解能により規定される最大計測光学厚さをＸｍａｘ、測定対象物の厚さをｄ、測定対象物の測定光に対する屈折率をｎとすると、Ｘｍａｘ＜２・ｎ・ｄ＜２・Ｘｍａｘの場合には、第１光路長と第２光路長との光路差により生じる干渉ピークの間隔に基づいて測定対象物の厚さ又は温度を計測する。
【０００６】
通常、干渉強度分布をフーリエ変換して得られる波形に基づいて測定対象物の厚さ又は温度を計測する場合には、分光器の分解能により規定される最大計測光学厚さをＸｍａｘとすると、０＜２・ｎ・ｄ＜Ｘｍａｘの範囲において出現した測定対象物の表裏面からの干渉ピークを用いて行われる。すなわち、Ｘｍａｘ＜２・ｎ・ｄの範囲となる厚さの測定対象物については厚さ又は温度を測定することができない。一方、参照ミラーと測定対象物との光路差により生じる干渉ピークについては、Ｌｓ＜Ｌｒの場合、負の位置（横軸を位置、縦軸を強度とする波形の第２象限）に現れるべきピークが折り返されて正の位置（横軸を位置、縦軸を強度とする波形の第１象限）に出現する。本発明の一側面に係る光干渉システムでは、Ｘｍａｘ＜２・ｎ・ｄ＜２・Ｘｍａｘの場合には、折り返されて表示された干渉ピークの間隔に基づいて測定対象物の厚さ又は温度を計測することで、Ｘｍａｘ＜２・ｎ・ｄ＜２・Ｘｍａｘの範囲の膜厚も測定することができる。すなわち、分光器の分解能を変更することなく当該光干渉システムの測定可能な厚さの範囲を拡張することが可能となる。
【０００７】
一実施形態では、スプリッタ、第１コリメータ、測定対象物、第２コリメータ及び参照ミラーは、−Ｘｍａｘ＜２・（Ｌｓ−Ｌｒ）＜０＜２・（Ｌｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ）＜Ｘｍａｘを満たすように配置されてもよい。この範囲で配置されることで、Ｘｍａｘ＜２・ｎ・ｄ＜２・Ｘｍａｘの範囲を満たす測定対象物の膜厚を適切に測定することができる。
【０００８】
一実施形態では、計測部は、｜２・（Ｌｓ−Ｌｒ）｜の位置に出現する干渉ピークと、２・（Ｌｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ）の位置に出現する干渉ピークとを用いて測定対象物の厚さ又は温度を計測してもよい。上記位置に出現する干渉ピークが参照ミラーと測定対象物との光路差により生じる干渉ピークであり、これらの干渉ピークを用いて計測することで、測定対象物の膜厚を適切に測定することができる。
【０００９】
一実施形態では、計測部は、２・ｎ・ｄ＜Ｘｍａｘの場合には、第１主面及び第２主面からの反射光により生じる干渉ピークの間隔に基づいて測定対象物の厚さ又は温度を計測してもよい。このように、測定対象物の膜厚によって測定モードを変更することで、測定可能な範囲を拡張することができる。
【００１０】
一実施形態では、駆動信号に基づいてコリメータの傾き位置を調整する調整機構をさらに備え、計測部は、駆動信号を生成する信号生成部と、干渉強度分布をフーリエ変換して得られるピーク強度を取得するピーク強度取得部と、ピーク強度に基づいて傾き位置の調整位置を導出する調整位置導出部と、を有してもよい。
【００１１】
測定した反射光の強度が最大となるコリメータの傾き位置は、第１主面及び第２主面からの両方の反射光の強度が最大となる位置とは限らない。本発明の一側面に係る光干渉システムは、反射光の強度をそのまま利用してコリメータの位置決めをするのではなく、干渉強度分布の強度をフーリエ変換して得られるピーク強度を利用してコリメータの位置決めをする。すなわち、ピーク強度に基づいて調整位置を導出することで、干渉光の強度が大きくなる位置へコリメータを調整することができる。よって、測定対象物の第１主面及び第２主面の平行度が悪く、第１主面からの反射光の強度が最大となる位置と、第２主面からの反射光の強度が最大となる位置とがずれている場合であっても、適切にコリメータの調整位置を導出することが可能となる。
【００１２】
一実施形態においては、調整位置導出部は、ピーク強度が最大となる傾き位置を調整位置として導出してもよい。このように調整位置を導出することで、干渉光の強度が最大となる傾き位置にコリメータを調整することができる。
【００１３】
一実施形態においては、調整機構は、コリメータの出射方向に直交するとともに互いに直交する第１軸及び第２軸のそれぞれの回転角度である第１角度及び第２角度を調整してもよい。このように構成することで、第１角度及び第２角度を用いてコリメータを調整することができる。
【００１４】
一実施形態においては、調整位置導出部は、第１角度及び第２角度を座標軸とするマップにマッピングされたピーク強度に基づいて調整位置を導出してもよい。このように構成することで、干渉光の強度が最大となる第１角度及び第２角度を容易に導出することができる。
【００１５】
一実施形態においては、ピーク強度取得部は、所定の光路長差の位置に出現するピークの強度を取得してもよい。
【００１６】
本発明の他の側面に係る基板処理装置は、測定対象物の厚さ又は温度を計測する光干渉システムを備える基板処理装置である。測定対象物は、第１主面及び第１主面に対向する第２主面を有する。この基板処理装置は、処理室を有する。処理室は、真空排気可能に構成され、測定対象物を収容する。光干渉システムは、光源、スプリッタ、第１コリメータ、参照ミラー、第２コリメータ、分光器及び計測部を備える。この光源は、測定対象物を透過する波長を有する光の光源である。スプリッタは、光源に接続され、光源からの光を測定光と参照光とに分ける。第１コリメータは、スプリッタからの測定光を前記測定対象物の前記第１主面へ出射するとともに、前記第１主面及び前記第２主面からの反射光を入射する。参照ミラーは光を反射する。第２コリメータは、スプリッタからの参照光を参照ミラーへ出射するとともに、参照ミラーからの反射光を入射する。分光器は、スプリッタに接続され、波長に依存した強度分布であって前記第１主面、前記第２主面及び前記参照ミラーからの前記反射光の強度分布である干渉強度分布を測定する。計測部は、分光器に接続され、干渉強度分布をフーリエ変換して得られる波形に基づいて前記測定対象物の厚さ又は温度を計測する。前記スプリッタから前記測定対象物までの第１光路長をＬｓ、前記スプリッタから前記参照ミラーまでの第２光路長をＬｒとすると、Ｌｓ＜Ｌｒを満たすように前記スプリッタ、前記第１コリメータ、前記測定対象物、前記第２コリメータ及び前記参照ミラーが配置される。計測部は、前記分光器の分解能により規定される最大計測光学厚さをＸｍａｘ、前記測定対象物の厚さをｄ、前記測定対象物の前記測定光に対する屈折率をｎとすると、Ｘｍａｘ＜２・ｎ・ｄ＜２・Ｘｍａｘの場合には、前記第１光路長と前記第２光路長との光路差により生じる干渉ピークの間隔に基づいて前記測定対象物の厚さ又は温度を計測する。
【００１７】
この基板処理装置は、処理室内に収容された測定対象物の厚さ又は温度を計測する際に、光干渉システムを用いる。光干渉システムにより得られる波形において、参照ミラーと測定対象物との光路差により生じる干渉ピークについては、Ｌｓ＜Ｌｒの場合、負の位置（横軸を位置、縦軸を強度とする波形の第２象限）に現れるべきピークが折り返されて正の位置（横軸を位置、縦軸を強度とする波形の第１象限）に出現する。該光干渉システムでは、Ｘｍａｘ＜２・ｎ・ｄ＜２・Ｘｍａｘの場合には、折り返されて表示された干渉ピークの間隔に基づいて測定対象物の厚さ又は温度を計測することで、Ｘｍａｘ＜２・ｎ・ｄ＜２・Ｘｍａｘの範囲の膜厚も測定することができる。すなわち、分光器の分解能を変更することなく当該光干渉システムの測定可能な厚さの範囲を拡張することが可能となる。
【００１８】
本発明の他の側面に係る測定方法は、測定対象物の厚さ又は温度を計測するシステムを用いた測定方法である。測定対象物は、第１主面及び前記第１主面に対向する第２主面を有する。該光干渉システムは、光源、スプリッタ、第１コリメータ、参照ミラー、第２コリメータ、分光器及び計測部を備える。この光源は、前記測定対象物を透過する波長を有する光の光源である。スプリッタは、光源に接続され、光源からの光を測定光と参照光とに分ける。第１コリメータは、スプリッタからの測定光を前記測定対象物の前記第１主面へ出射するとともに、前記第１主面及び前記第２主面からの反射光を入射する。参照ミラーは光を反射する。第２コリメータは、スプリッタからの参照光を参照ミラーへ出射するとともに、参照ミラーからの反射光を入射する。分光器は、スプリッタに接続され、波長に依存した強度分布であって前記第１主面、前記第２主面及び前記参照ミラーからの前記反射光の強度分布である干渉強度分布を測定する。計測部は、分光器に接続され、干渉強度分布をフーリエ変換して得られる波形に基づいて前記測定対象物の厚さ又は温度を計測する。前記スプリッタから前記測定対象物までの第１光路長をＬｓ、前記スプリッタから前記参照ミラーまでの第２光路長をＬｒとすると、Ｌｓ＜Ｌｒを満たすように前記スプリッタ、前記第１コリメータ、前記測定対象物、前記第２コリメータ及び前記参照ミラーが配置される。測定方法は、前記分光器の分解能により規定される最大計測光学厚さをＸｍａｘ、前記測定対象物の厚さをｄ、前記測定対象物の前記測定光に対する屈折率をｎとすると、Ｘｍａｘ＜２・ｎ・ｄ＜２・Ｘｍａｘの場合には、フーリエ変換ステップと、計測ステップとを備える。フーリエ変換ステップでは、前記干渉強度分布をフーリエ変換して波形を取得する。計測ステップでは、前記第１光路長と前記第２光路長との光路差により生じる干渉ピークの間隔に基づいて前記測定対象物の厚さ又は温度を計測する。
【００１９】
この測定方法は、処理室内に収容された測定対象物の厚さ又は温度を計測する際に、光干渉システムを用いる。光干渉システムにより得られる波形において、参照ミラーと測定対象物との光路差により生じる干渉ピークについては、Ｌｓ＜Ｌｒの場合、負の位置（横軸を位置、縦軸を強度とする波形の第２象限）に現れるべきピークが折り返されて正の位置（横軸を位置、縦軸を強度とする波形の第１象限）に出現する。本発明の一側面に係る測定方法では、Ｘｍａｘ＜２・ｎ・ｄ＜２・Ｘｍａｘの場合には、折り返されて表示された干渉ピークの間隔に基づいて測定対象物の厚さ又は温度を計測することで、Ｘｍａｘ＜２・ｎ・ｄ＜２・Ｘｍａｘの範囲の膜厚も測定することができる。すなわち、分光器の分解能を変更することなく当該光干渉システムの測定可能な厚さの範囲を拡張することが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明の種々の側面及び実施形態によれば、光干渉システムが有する分光器の分解能を変更することなく当該光干渉システムの測定可能な厚さの範囲を拡張することができる光干渉システム、基板処理装置及び測定方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】一実施形態に係る光干渉システムを概略的に示す図である。
【図２】分光器及び制御部の機能ブロック図である。
【図３】入射光スペクトル及び反射光スペクトルを説明する概要図である。
【図４】反射光スペクトルのフーリエ変換を説明する概要図である。
【図５】最大計測厚さを説明する概要図である。
【図６】最小空間分解能を説明する概要図である。（ａ）は、位置に依存した強度分布を示すスペクトルである。（ｂ）は、波数に依存した強度分布を示すスペクトルである。
【図７】アライメント調整動作を示すフローチャートである。
【図８】走査位置を説明する概要図である。（ａ）は、初期位置である。（ｂ）は、走査位置である。
【図９】（ａ）は、ピーク強度のマップである。（ｂ）は、θｘの最大値を説明する概要図である。
【図１０】アライメント調整動作を示すフローチャートである。
【図１１】走査位置を説明する概要図である。
【図１２】（ａ）は、ピーク強度のマップである。（ｂ）は、θｙの最大値を説明する概要図である。
【図１３】温度計測動作を示すフローチャートである。
【図１４】温度計測動作を説明するためのグラフである。（ａ）が波長に依存した強度分布を示す光源スペクトルである。（ｂ）が波長に依存した強度分布を示す反射光スペクトルである。（ｃ）が波長の逆数に依存した強度分布を示す反射光スペクトルである。
【図１５】温度計測動作を説明するためのグラフである。（ａ）が波長の逆数に依存した強度分布を示す反射光スペクトルを線形補間したスペクトルである。（ｂ）が（ａ）の反射光スペクトルを高速フーリエ変換したスペクトルである。（ｃ）が（ｂ）の一部拡大図である。
【図１６】温度校正データの一例である。
【図１７】従来のアライメント調整を説明するためのグラフである。（ａ）〜（ｄ）は、表面と裏面との反射強度を説明するためのグラフである。
【図１８】一実施形態に係る光干渉システムを概略的に示す図である。
【図１９】図１８に示す分光器及び制御部の機能ブロック図である。
【図２０】図１８に示す光干渉システムの光路長を説明する図である。
【図２１】干渉ピークの出現位置を示す概要図である。（ａ）は、２・ｎ・ｄ＜ＸｍａｘかつＬｓ＜Ｌｒかつ２・（Ｌｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ）＞Ｘｍａｘの場合、（ｂ）は、２・ｎ・ｄ＜ＸｍａｘかつＬｓ＜Ｌｒかつ２・（Ｌｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ）＜Ｘｘｍａｘの場合、（ｃ）は、２・ｎ・ｄ＜ｘｍａｘかつＬｓ＜ＬｒかつＬｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ＞０の場合、（ｄ）は、２・ｎ・ｄ＜ＸｍａｘかつＬｓ＜ＬｒかつＬｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ＜０の場合である。
【図２２】干渉ピークの出現位置を示す概要図である。（ａ）は、Ｘｍａｘ＜２・ｎ・ｄかつＬｓ＞Ｌｒかつ２・（Ｌｓ−Ｌｒ）＞Ｘｍａｘの場合、（ｂ）は、Ｘｍａｘ＜２・ｎ・ｄかつＬｓ＞Ｌｒかつ０＜２・（Ｌｓ−Ｌｒ）＜Ｘｍａｘの場合、（ｃ）は、Ｘｍａｘ＜２・ｎ・ｄかつＬｓ＞ＬｒかつＬｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ＞０であって、−Ｘｍａｘ＜２・（Ｌｓ−Ｌｒ）＜０＜Ｘｍａｘ＜２・（Ｌｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ）の場合、（ｄ）は、Ｘｍａｘ＜２・ｎ・ｄかつＬｓ＞ＬｒかつＬｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ＞０であって、−Ｘｍａｘ＜２・（Ｌｓ−Ｌｒ）＜０＜２・（Ｌｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ）＜Ｘｍａｘの場合である。
【図２３】干渉ピークの出現位置を示す概要図である。（ａ）は、Ｘｍａｘ＜２・ｎ・ｄかつＬｓ＞ＬｒかつＬｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ＞０であって、２・（Ｌｓ−Ｌｒ）＜−Ｘｍａｘ＜０＜２・（Ｌｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ）＜Ｘｍａｘの場合、（ｂ）は、Ｘｍａｘ＜２・ｎ・ｄかつＬｓ＞ＬｒかつＬｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ＞０であって、２・（Ｌｓ−Ｌｒ）＜−Ｘｍａｘ＜２・（Ｌｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ）＜０＜Ｘｍａｘの場合である。
【図２４】測定前動作を示すフローチャートである。
【図２５】測定動作を示すフローチャートである。
【図２６】測定パターン１の動作を示すフローチャートである。
【図２７】測定パターン２,４の動作を示すフローチャートである。
【図２８】測定パターン３の動作を示すフローチャートである。
【図２９】計測可能厚さを説明する概要図である。
【図３０】計測可能厚さを説明する概要図である。
【図３１】一実施形態に係る基板処理装置の一例である。
【図３２】他の実施形態に係る光干渉計システムの一例である。
【図３３】他の実施形態に係る光干渉計システムの一例である。
【図３４】図３３に示す光干渉計システムの干渉ピークの一例である。
【図３５】他の実施形態に係る光干渉計システムの一例である。
【図３６】図３５に示す光干渉計システムの干渉ピークの一例である。
【図３７】他の実施形態に係る光干渉計システムの一例である。
【図３８】図３５に示す光干渉計システムの干渉ピークの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、一実施形態に係る光干渉システムの一例を示す構成図である。図１に示すように、光干渉システム１は、光干渉を利用して測定対象物１３の厚さ又は温度を計測するシステムである。なお、以下では、説明理解の容易性を考慮して光干渉システム１が測定対象物１３の温度を計測する場合を例に説明する。
【００２４】
光干渉システム１は、光源１０、光サーキュレータ１１、コリメータ１２、コリメータホルダ（調整機構）１２ａ、分光器１４及び制御部１５を備えている。なお、光源１０、光サーキュレータ１１、コリメータ１２及び分光器１４のそれぞれの接続は光ファイバーケーブルを用いて行われる。
【００２５】
光源１０は、測定対象物１３を透過する波長を有する測定光を発生させる。光源１０として、例えばＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）が用いられる。なお、測定対象物１３は、例えば板状を呈し、第１主面１３ａ及び第１主面１３ａに対向する第２主面１３ｂを有している。以下では、必要に応じて、第１主面１３ａを表面１３ａ、第２主面１３ｂを裏面１３ｂと称して説明する。計測対象とする測定対象物１３としては、例えばＳｉ（シリコン）の他にＳｉＯ２（石英）又はＡｌ２Ｏ３（サファイア）等が用いられる。Ｓｉの屈折率は、波長４μｍにおいて３．４である。ＳｉＯ２の屈折率は、波長１μｍにおいて１．５である。Ａｌ２Ｏ３の屈折率は、波長１μｍにおいて１．８である。
【００２６】
光サーキュレータ１１は、光源１０、コリメータ１２及び分光器１４に接続されている。光サーキュレータ１１は、光源１０で発生した測定光をコリメータ１２へ出射する。コリメータ１２は、測定光を測定対象物１３の表面１３ａへ出射する。コリメータ１２は、平行光線として調整された測定光を測定対象物１３へ出射する。そして、コリメータ１２は、測定対象物１３からの反射光を入射する。反射光には、表面１３ａの反射光だけでなく裏面１３ｂの反射光が含まれる。コリメータ１２は、反射光を光サーキュレータ１１へ出射する。光サーキュレータ１１は、反射光を分光器１４へ出射する。
【００２７】
コリメータ１２は、コリメータホルダ１２ａにより出射方向を制御可能に構成されている。コリメータホルダ１２ａは、コリメータ１２の傾き位置を調整する。コリメータホルダ１２ａは、例えば、コリメータ１２の出射方向（ｚ方向）に直交するとともに互いに直交する第１軸（ｘ方向）及び第２軸（ｙ方向）のそれぞれの回転角度である第１角度θｘ及び第２角度θｙを調整可能に構成されている。コリメータホルダ１２ａは、例えば、制御部１５に接続され、駆動信号によって駆動する圧電素子を備えている。この場合、制御部１５から駆動信号に基づいて、傾き位置（第１角度θｘ及び第２角度θｙ）が調整される。
【００２８】
分光器１４は、光サーキュレータ１１から得られた反射光のスペクトル（干渉強度分布）を測定する。反射光スペクトルは、反射光の波長又は周波数に依存した強度分布を示す。図２は、分光器１４及び制御部１５の機能ブロック図である。図２に示すように、分光器１４は、例えば、光分散素子１４１及び受光部１４２を備える。光分散素子１４１は、例えば、回折格子等であり、光を波長ごとに所定の分散角で分散させる素子である。受光部１４２は、光分散素子１４１によって分散された光を取得する。受光部１４２としては、複数の受光素子が格子状に配列されたＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）が用いられる。受光素子の数がサンプリング数となる。また、光分散素子１４１の分散角及び光分散素子１４１と受光素子との距離に基づいて、波長スパンが規定される。これにより、反射光は波長又は周波数ごとに分散され、反射光スペクトルとして波長又は周波数ごとに強度が取得される。分光器１４は、この反射光スペクトルを制御部１５へ出力する。受光部１４２について、上記ではＣＣＤを用いた場合で説明したが、受光部１４２は光スペクトラムアナライザ、又は、チューナブルフィルターとフォトダイオードとを用いたものでもよい。
【００２９】
制御部１５は、反射光スペクトルに基づいて測定対象物１３の温度を計測する。制御部１５は、光路長算出部１６、温度算出部２０、温度校正データ２１、ピーク強度取得部１５１、調整位置導出部１５２及び信号生成部１５３を備えている。
【００３０】
光路長算出部１６は、フーリエ変換部１７、データ補間部１８及び重心計算部１９を備えている。フーリエ変換部１７は、反射光スペクトルを高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）によりフーリエ変換する。例えば、時間領域におけるフーリエ変換であれば、周波数（単位時間あたりの振動数）に依存した強度分布を示す反射光スペクトルを、時間に依存した強度分布を示す反射光スペクトルへ変換する。また、例えば、空間領域におけるフーリエ変換であれば、空間周波数（単位長さあたりの振動数）に依存した強度分布を示す反射光スペクトルを、位置に依存した強度分布を示す反射光スペクトルへ変換する。データ補間部１８は、フーリエ変換後の反射光スペクトルの所定のピーク値を含む範囲において、データ点を補間する。重心計算部１９は、フーリエ変換後の反射光スペクトルの所定のピーク値の重心位置を計算する。光路長算出部１６は、重心位置に基づいて光路長を算出する。
【００３１】
温度算出部２０は、光路長に基づいて、測定対象物１３の温度を算出する。温度算出部２０は、温度校正データ２１を参照して測定対象物１３の温度を算出する。温度校正データ２１は、予め測定されたデータであり、温度と光路長との関係を示すものである。
【００３２】
ピーク強度取得部１５１は、フーリエ変換された反射光スペクトルのピーク強度を取得する。例えば、ピーク強度取得部１５１は、所定の光路長差の位置に出現するピークの強度を取得する。所定の光路長差として、測定対象物１３の厚さをｄ、屈折率（測定光に対する屈折率）をｎとすると２・ｎ・ｄが用いられる。なお、２・ｎ・ｄ以外の位置（例えば４ｎｄ）であってもよいし、ピーク強度取得部１５１が予め定められた範囲もしくは入力部（不図示）を介して入力された範囲をスキャンし、当該範囲のピーク強度を取得してもよい。
【００３３】
信号生成部１５３は、コリメータホルダ１２ａの駆動信号を生成する。調整位置導出部１５２は、ピーク強度取得部１５１によって取得されたピーク強度に基づいて、信号生成部１５３に駆動信号を生成させて、コリメータホルダ１２ａの傾き位置を調整する。例えば、調整位置導出部１５２は、ピーク強度が最大となる傾き位置を調整位置として導出する。また、調整位置導出部１５２は、第１角度θｘ及び第２角度θｙを座標軸とするマップにピーク強度をマッピングし、ピーク強度の最大値に基づいて調整位置を導出してもよい。
【００３４】
上記構成を有する光干渉システムによって、測定対象物１３の表面１３ａと裏面１３ｂとの光干渉を利用して温度を測定する（ＦＦＴ周波数領域法）。以下、光干渉の原理について説明する。図３は、入射光スペクトル及び反射光スペクトルを説明する概要図である。図３に示すように、光源１０からの測定光を入射光とする。入射光スペクトルの強度Ｓ（ｋ）は、空間周波数１／λ（単位長さあたりの振動数）に依存する。光源１０の波長をλとすると波数ｋは２π／λである。測定対象物１３の厚さをｄ、屈折率をｎ、反射率をＲとする。反射光Ｅは、複数の反射成分を重ねたものになる。例えば、Ｅ１は、表面１３ａにおける反射成分である。Ｅ２は、裏面１３ｂにおける反射成分である。Ｅ３は、表面１３ａで一回、裏面１３ｂで２回反射された反射成分である。なお、Ｅ４以降の反射成分は省略している。複数の成分が重なり、反射光スペクトルの強度Ｉ（ｋ）が得られる。例えば、成分Ｅ１，Ｅ２のみを考慮すると、反射スペクトルの強度Ｉは以下の式で表すことができる。
【数１】
0005901305.tif 000002
ここで、反射スペクトルの強度Ｉにおける第３項及び第４項が表裏面干渉の項である。このように、表裏面干渉は表面１３ａ及び裏面１３ｂの積となるため、表面１３ａ及び裏面１３ｂからの何れか一方の反射が小さい場合には干渉を観測することが困難となる。なお、多重反射を考慮した場合、反射光スペクトルの強度Ｉ（ｋ）は、入射光スペクトルの強度Ｓ（ｋ）と以下の数式で示す関係となる。
【数２】
0005901305.tif 000003
上記の式（１）において、第２項は表裏面干渉の項である。第３項は表裏面多重干渉の項である。式（１）をフーリエ変換すると、位置に依存した反射光スペクトルを得ることができる。
【００３５】
図４は、反射光スペクトルＩ（ｋ）のフーリエ変換を説明する概要図である。図４に示すように、空間領域フーリエ変換により、空間周波数１／λを位置ｘに変換している。位置ｘに変換された反射光スペクトルの強度Ｉ（ｘ）は、式（１）をフーリエ変換することにより、以下の通りとなる。
【数３】
0005901305.tif 000004
上記の式（２）に示すように、２・ｎ・ｄごとにピーク値が出現する。２・ｎ・ｄは表裏面の光路差である。すなわちｎ・ｄは、表裏面間の光路長である。予め計測された光路長ｎ・ｄと温度との関係から、光路長ｎ・ｄを特定することで温度を算出することができる。なお、上記説明では空間領域フーリエ変換を用いたが、時間領域フーリエ変換を用いてもよい。周波数をｖとすると位置ｘとは以下の関係を満たす。
【数４】
0005901305.tif 000005
【００３６】
ここで、ＦＦＴ周波数領域法を用いて、測定対象物の厚さを測定する場合と、測定対象物の温度を測定する場合との違いを説明する。一般的には、ＦＦＴ周波数領域法により測定される測定対象物の厚さは、数百μｍのオーダーの精度で測定可能である。しかしながら、温度を１℃単位で測定する場合には、数百Åのオーダーの精度が必要となる。すなわち、単純に厚さ測定システムを光干渉システムとすることは困難であり、光源や分光器等、条件を満たす機器を用いて計測する必要がある。以下では各構成機器の条件について説明する。
【００３７】
最初に、光干渉システム１の測定可能な最大の厚さ（最大計測厚さ）と反射光スペクトルのフーリエ変換後のデータ間隔について説明する。図５は、反射光について説明する概要図である。図５に示すように、厚さｄ、屈折率ｎの測定対象物１３において、表面の位置を０、裏面の位置をｘとしている。このとき、ＦＦＴにおける時間Δτと角周波数Δωとの関係は、以下のように表される。
【数５】
0005901305.tif 000006
ここで、角周波数ω，Δωを、光源スペクトルの波長λ、半値半幅Δλで表現すると、以下のようになる。
【数６】
0005901305.tif 000007
周波数は正の値であるから、
【数７】
0005901305.tif 000008
従って、
【数８】
0005901305.tif 000009
である。
【００３８】
屈折率ｎ（平均屈折率ｎａｖｅ）の測定対象物１３中を光が時間Δτで移動する距離をΔｘ’とすると、距離Δｘ’は、上記式（３）及び式（５）を用いて、以下のように表現される。
【数９】
0005901305.tif 000010
表面を透過し裏面で反射するため、往復距離を考慮してΔｘ’＝２Δｘとする。以上より、ＦＦＴ後の反射スペクトルのデータ間隔Δｘは以下の通りとなる。
【数１０】
0005901305.tif 000011
周波数領域法では、実際のスペクトル強度Ｉ（ｋ）は、波長軸方向のサンプリング数ＮＳの離散的な値となる。従って、ＦＦＴ後のデータは、Δｘ間隔のＮＳ／２個の離散的なデータとなる。従って、最大計測光学厚さｘｍａｘは、以下の式で表すことができる。
【数１１】
0005901305.tif 000012
【００３９】
これは実空間の座標に変換したときの値であり、ＦＦＴ後の分光スペクトルのデータはこの値の２ｎａｖｅ倍となる。従って、ＦＦＴ後の空間における最大計測光学厚さＸｍａｘ、及びデータ間隔ΔＸは、以下の式で表すことができる。
【数１２】
0005901305.tif 000013
【数１３】
0005901305.tif 000014
【００４０】
これらは媒質の屈折率によらない一般式であり、測定系の条件のみで決定される。実際の測定系においては、ΔλはＦＦＴの最小周期と考えることができるため、ここでは、Δλは分光器の測定波長範囲、または波長スキャンレンジと考えることができる。波長スパンをΔｗ、分光器の中心波長をλ０とすると、式（１０），（１１）は以下の式で表される。
【数１４】
0005901305.tif 000015
【数１５】
0005901305.tif 000016
従って、分光器の波長範囲Δｗを広くすれば、ＦＦＴ後のデータ間隔ΔＸを小さくすることができる。またサンプリング数ＮＳを大きくすれば、より厚い媒質を計測することができる。これにより、データ間隔を小さくすることと、計測可能厚さを厚くすることとは、両立しないことがわかる。以上は、屈折率によらない一般式である。よって、屈折率ｎａｖｅの媒質中においての実スケールに変換する場合は、それぞれ２ｎａｖｅで除すればよい。
【００４１】
ここで、最小空間分解能について考察する。図６は、最小空間分解能を説明する概要図である。図６の（ｂ）は、ガウス関数で近似できる光源の波数ｋに依存した強度分布を示すスペクトルである。図６の（ｂ）に示すスペクトルの強度Ｓ（ｋ）は、ピーク値の波数をｋ０、ピーク値の強度を１／Δｋ・（π）１／２、半値半幅をΔｋすると、以下の式で表すことができる。
【数１６】
0005901305.tif 000017
なお、
【数１７】
0005901305.tif 000018
である。また、
【数１８】
0005901305.tif 000019
との関係が成立する。式（１５）,（１６）を用いて半値半幅Δｋは以下のように表現できる。
【数１９】
0005901305.tif 000020
【００４２】
一方、図６の（ｂ）に示すスペクトルをＦＦＴ変換すると図６の（ａ）に示すスペクトルとなる。図６の（ａ）は、位置ｘに依存した強度分布を示すガウス関数のスペクトルである。図６の（ａ）に示すスペクトルの強度Ｓ（ｘ）は、ピーク値の位置を０、ピークの強度を１とすると、以下の式で表すことができる。
【数２０】
0005901305.tif 000021
なお、波長領域スペクトルの半値半幅Δｋと、空間領域スペクトルのＳ（ｘ）の半値半幅Δｘｇは以下の関係を満たす。
【数２１】
0005901305.tif 000022
半値半幅をｌｃとすると、式（１９）に基づいて、Ｓ（ｘ）の半値半幅Δｘｇは以下の式で表現できる。
【数２２】
0005901305.tif 000023
強度Ｓ（ｘ）のスペクトルの半値半幅ｌｃがコヒーレンス長となる。空間の最小分解能は、ｌｃであり、光源１０のスペクトルの中心波長と半値幅で決定される。
【００４３】
次に、上述した最大計測光学厚さｘｍａｘに基づいて、分光器１４に必要なサンプリング数Ｎｓの条件を導出する。光源１０の中心波長をλ０、光源スペクトルの半値半幅をΔλ、分光器１４の波長スパンをΔｗ、測定対象物１３の屈折率をｎとすると、式（９）に基づいて、最大計測光学厚さｘｍａｘは以下の式で表される。
【数２３】
0005901305.tif 000024
ここで、最大計測厚さｄと最大計測光学厚さｘｍａｘとは、以下の条件を満たす必要がある。
【数２４】
0005901305.tif 000025
すなわち、以下の関係を満たすサンプリング数Ｎｓが必要となる。
【数２５】
0005901305.tif 000026
例えば、最大計測厚さｄ＝０．７７５ｍｍ、光源１０の中心波長λ０＝１５５０ｎｍ、測定対象物１３の屈折率ｎ＝３．７であれば、以下のようになる。
【数２６】
0005901305.tif 000027
なお、波長スパンΔｗ［ｍ］をΔｗ’［ｎｍ］へ変換して表現すると、以下のようになる。
【数２７】
0005901305.tif 000028
光干渉システム１は、式（２５）に示す関係を満たす波長スパンΔｗ’［ｎｍ］とサンプリング数Ｎｓの分光器１４を備える。例えば、波長スパンΔｗ’［ｎｍ］が４０ｎｍである場合には、サンプリング数Ｎｓが２００より大きい値を有する。すなわち、波長スパンΔｗ’［ｎｍ］が４０ｎｍである場合には、２００よりも大きな数の受光素子を配列させた受光部１４２が必要となる。
【００４４】
次に、光干渉システム１のアライメント調整動作について説明する。図７は、光干渉システム１のアライメント調整動作を示すフローチャートである。図７に示す制御処理は、例えば、温度計測動作の前に実行される。なお、コリメータ１２の最初の傾き位置をＰ１として説明する。
【００４５】
最初に、光干渉システム１は、傾き位置の初期化処理を行う（Ｓ１０）。この処理では、原点位置へコリメータ１２を移動させる。例えば、調整位置導出部１５２が信号生成部１５３に対して原点位置へ移動させる駆動信号を生成させる。図８の（ａ）は、コリメータ１２の傾き位置を示すグラフである。横軸が第１軸ｘ周りの回転位置（回転角度）θｘ、縦軸が第２軸ｙ周りの回転位置（回転角度）θｙである。図８の（ａ）に示すように、初期化処理では、最初の任意の傾き位置Ｐ１から原点位置へ移動させる。すなわち、θｘ，θｙがそれぞれ０となるように、横軸方向に移動させ（Ｍ１），その後縦軸方向に移動させる（Ｍ２）。Ｓ１０の処理が終了すると、ピーク強度測定処理へ移行する（Ｓ１２）。
【００４６】
Ｓ１２の処理では、光干渉システム１が例えば位置ｘ＝２・ｎ・ｄのピーク強度を測定する。まず、光源１０が測定光を発生させ、サーキュレータ１１及びコリメータ１２を介して測定対象物１３へ出射する。測定対象物１３から反射された光は、コリメータ１２及びサーキュレータ１１を介して分光器１４へ出力される。分光器１４では、反射光のスペクトルを測定する。制御部１５のフーリエ変換部１７は、反射光のスペクトルの座標軸を、波長λから空間周波数（１／λ）へ変換する。そして、スペクトルをフーリエ変換する。これにより、位置ｘに依存したスペクトルを得ることができる。その後、Ｘ＝０のピーク値をフィルタリングする。例えば、ｘ＝０からｘ＝Ｚ（所定値）までの範囲の強度データｙに０を代入する。そして、得られたスペクトルからｘ＝２・ｎ・ｄのピーク強度を抽出する。
【００４７】
なお、データポイント間隔がまばらな場合には、以下に示す２つの手法を採用することでピーク強度を精度よく導出することができる。
【００４８】
第１の手法は、最小二乗法を用いる。ピーク波形が左右非対称の場合に有効である。まず、データ点を以下の通りとする。
【数２８】
0005901305.tif 000029
ピーク形状が左右非対象であるため、以下に示す多項式（３次式）で近似することができる。
【数２９】
0005901305.tif 000030
係数ａ，ｂ，ｃ，ｄは、任意の数である。位置ｘにおける関数ｆ（ｘ）とｙとの差の二乗の総和Ｔは、以下の数式で表される。
【数３０】
0005901305.tif 000031
総和Ｔが最小となる係数ａ，ｂ，ｃ，ｄを求めることで近似曲線を求めることができる。総和Ｔが最小となる条件は以下で表すことができる。
【数３１】
0005901305.tif 000032
すなわち、総和Ｔを（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）それぞれで微分して０となるとき、総和Ｔは最小となる。この条件から以下のように変形できる。
【数３２】
0005901305.tif 000033
上記式を解くと、（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）は以下のようになる。
【数３３】
0005901305.tif 000034
このように、最小二乗法から近似式を求めて、ピーク強度を導出することができる。
【００４９】
第２の手法は、多項式フィッティングを用いる。まず、データ点を以下の通りとする。
【数３４】
0005901305.tif 000035
ｎ個のデータ点を通る数式は、（ｎ−１）次の多項式でフィッティングすることができる。多項式は例えば以下のように表すことができる。
【数３５】
0005901305.tif 000036
ここで、係数ａ１，ａ２，…、ａｎ−１，ａｎは任意の数である。上記式より、以下の連立方程式が与えられる。
【数３６】
0005901305.tif 000037
上記連立方程式を解くことで、係数ａ１，ａ２，…、ａｎ−１，ａｎが得られる。このように、フィッティングする多項式を求めて、ピーク強度を導出することができる。
【００５０】
位置ｘ＝２・ｎ・ｄのピーク強度を測定すると、調整位置導出部１５２は、現在の傾き位置と関連付けて位置ｘ＝２・ｎ・ｄのピーク強度を記録する。例えば、図９の（ａ）に示すマップにピーク強度をプロットする。図９は、横軸が第１軸ｘ周りの回転位置（回転角度）θｘ、縦軸が第２軸ｙ周りの回転位置（回転角度）θｙとするマップである。図９の（ａ）では強度の大きさが大きいほど黒くなるように示している。Ｓ１２の処理が終了すると、θｘ方向移動処理へ移行する（Ｓ１４）。
【００５１】
Ｓ１４の処理では、コリメータ１２の傾き位置をθｘ方向へ所定量移動させる。図８の（ｂ）は、コリメータ１２の傾き位置を示すグラフである。横軸が第１軸ｘ周りの回転位置（回転角度）θｘ、縦軸が第２軸ｙ周りの回転位置（回転角度）θｙである。図８の（ｂ）に示すように、θｘ方向移動処理では、θｘが正の方向に増加するように所定量移動させる（Ｍ３）。Ｓ１４の処理が終了すると、θｘ位置判定処理へ移行する（Ｓ１６）。
【００５２】
Ｓ１６の処理では、Ｓ１４の処理で移動させた後のθｘ位置がθｘ方向の傾き位置の限界位置θｘ_Ｌｉｍｉｔであるか否かを判定する。Ｓ１６の処理において、θｘ位置が限界位置θｘ_Ｌｉｍｉｔでないと判定した場合には、ピーク強度測定処理へ再度移行する（Ｓ１２）。このように、原点位置から限界位置θｘ_Ｌｉｍｉｔに到達するまでの間、ピーク強度が測定されてプロットされる。これにより、例えば図９の（ａ）に示すように、一番下に位置する行Ｌ１のマップが完成する。一方、Ｓ１６の処理において、θｘ位置が限界位置θｘ_Ｌｉｍｉｔであると判定した場合には、θｘ位置初期化処理へ移行する（Ｓ１８）。
【００５３】
Ｓ１８の処理では、コリメータ１２のθｘの傾き位置を原点へ移動させる。例えば、図８の（ｂ）に示すように、θｘの傾き位置を原点へ移動させる（Ｍ４）。Ｓ１８の処理が終了すると、θｙ方向移動処理へ移行する（Ｓ２０）。
【００５４】
Ｓ２０の処理では、コリメータ１２の傾き位置をθｙ方向へ所定量移動させる。図８の（ｂ）に示すように、θｙが正の方向に増加するように所定量移動させる（Ｍ５）。Ｓ２０の処理が終了すると、θｙ位置判定処理へ移行する（Ｓ２２）。
【００５５】
Ｓ２２の処理では、Ｓ２０の処理で移動させた後のθｙ位置がθｙ方向の傾き位置の限界位置θｙ_Ｌｉｍｉｔであるか否かを判定する。Ｓ２２の処理において、θｙ位置が限界位置θｙ_Ｌｉｍｉｔでないと判定した場合には、ピーク強度測定処理へ再度移行する（Ｓ１２）。そして、Ｓ１２〜Ｓ１６までの一連の処理が繰り返し実行される。このように、θｙ位置が移動された後、θｘの原点位置から限界位置θｘ_Ｌｉｍｉｔに到達するまでの間、ピーク強度が測定されてプロットされる。これにより、例えば図９の（ａ）に示すように、行Ｌ２〜６に示すマップが完成する。一方、Ｓ２２の処理において、θｙ位置が限界位置θｙ_Ｌｉｍｉｔであると判定した場合には、コリメータ１２の動作限界位置まで移動したことなるため、図７に示す制御処理を終了する。
【００５６】
以上で図７に示す制御処理を終了する。図７に示す制御処理を実行することにより、傾き位置を全走査することができる。
【００５７】
なお、図８の（ｂ）に示すように、実際のピーク位置Ｐ０が必ず走査線上に位置するとは限らない。このため、光干渉システム１は、図７に示す制御処理を実行して得られたマップに基づいてまずはθｘの最大値を算出する。光干渉システム１は、図９の（ａ）に示すマップにおいて、各行Ｌ１〜Ｌ６のピーク強度の最大値を取得する。その後、各行Ｌ１〜Ｌ６のピーク強度の最大値を比較して、最も大きなピーク強度を有する行を特定する。ここでは例えば行Ｌ５のピーク強度の最大値が最大であるとする。この場合、特定された行Ｌ５におけるピーク強度を図９の（ｂ）に示すようにプロットする。そして、最小二乗法を用いて、図９の（ｂ）に示す波形の最大値θｘ_ｍａｘを特定する。
【００５８】
次に、図７に示す制御処理を実行して得られたマップに基づいてθｙの最大値θｙ_ｍａｘを算出する。図１０は、最大値θｙ_ｍａｘの算出動作を説明するフローチャートである。
【００５９】
図１０に示すように、最初に傾き位置の初期化処理を行う（Ｓ３０）。この処理では、原点位置へコリメータ１２を移動させる。Ｓ３０の処理が終了すると、θｘ方向移動処理へ移行する（Ｓ３２）。
【００６０】
Ｓ３２の処理では、コリメータ１２の傾き位置をθｘ_ｍａｘへ移動させる。図１１に示すように、θｘがθｘ_ｍａｘとなる位置に移動させる（Ｍ７）。Ｓ３２の処理が終了すると、θｙ位置判定処理へ移行する（Ｓ３４）。
【００６１】
Ｓ３４の処理では、光干渉システム１が例えば位置ｘ＝２・ｎ・ｄのピーク強度を測定する。この処理は、図７のＳ１２の処理と同様である。位置ｘ＝２・ｎ・ｄのピーク強度を測定すると、調整位置導出部１５２は、現在の傾き位置と関連付けて位置ｘ＝２・ｎ・ｄのピーク強度を記録する。例えば、図１２の（ａ）に示すマップにピーク強度をプロットする。図１２は、横軸が第１軸ｘ周りの回転位置（回転角度）θｘ、縦軸が第２軸ｙ周りの回転位置（回転角度）θｙとするマップである。図１２の（ａ）では強度の大きさが大きいほど黒くなるように示している。Ｓ３４の処理が終了すると、θｙ方向移動処理へ移行する（Ｓ３６）。
【００６２】
Ｓ３６の処理では、コリメータ１２の傾き位置をθｙ方向へ所定量移動させる。図１１に示すように、θｙが正の方向に増加するように所定量移動させる（Ｍ８）。Ｓ３６の処理が終了すると、θｙ位置判定処理へ移行する（Ｓ３８）。
【００６３】
Ｓ３８の処理では、Ｓ３６の処理で移動させた後のθｙ位置がθｙ方向の傾き位置の限界位置θｙ_Ｌｉｍｉｔであるか否かを判定する。Ｓ３８の処理において、θｙ位置が限界位置θｙ_Ｌｉｍｉｔでないと判定した場合には、ピーク強度測定処理へ再度移行する（Ｓ３４）。このように、θｙの原点位置から限界位置θｙ_Ｌｉｍｉｔに到達するまでの間、ピーク強度が測定されてプロットされる。これにより、例えば図１２の（ａ）に示すマップが完成する。一方、Ｓ３８の処理において、θｙ位置が限界位置θｙ_Ｌｉｍｉｔであると判定した場合には、θｙ位置初期化処理へ移行する（Ｓ４０）。
【００６４】
Ｓ４０の処理では、コリメータ１２のθｙの傾き位置を原点へ移動させる。Ｓ４０の処理が終了すると、θｙ方向移動処理へ移行する（Ｓ４２）。
【００６５】
Ｓ４２の処理では、コリメータ１２の傾き位置をθｙ_ｍａｘへ移動させる。図１２の（ｂ）に示すように、θｙがθｙ_ｍａｘとなる位置に移動させる（Ｍ９）。Ｓ４２の処理が終了すると、図１０に示す制御処理を終了する。
【００６６】
以上で図１０に示す制御処理を終了する。図１０に示す制御処理を実行することにより、フーリエ変換した干渉光のピーク強度が最大となる傾き位置（θｘ_ｍａｘ，θｙ_ｍａｘ）が特定される。そして、特定された傾き位置にコリメータ１２を移動させることができる。なお、図７，１０の制御処理が、一実施形態に係るアライメント調整方法の調整ステップに該当する。
【００６７】
次に、光干渉システム１の温度計測動作について説明する。図１３は、光干渉システム１の動作を示すフローチャートである。図１３に示す制御処理は、図７，１０に示すアライメント調整動作の実行後に、所定の間隔で繰り返し実行される。
【００６８】
図１３に示すように、反射光スペクトルの入力処理から開始する（Ｓ５０）。光源１０は、測定光を発生する。例えば、図１４の（ａ）に示すスペクトルの測定光となる。分光器１４は、測定対象物１３の表面１３ａ及び裏面１３ｂで反射した反射光のスペクトルを取得する。例えば、図１４の（ｂ）に示すスペクトルの反射光となる。光路長算出部１６は、分光器１４から反射光のスペクトルを入力する。Ｓ５０の処理が終了すると、座標変換処理へ移行する（Ｓ５２）。
【００６９】
Ｓ５２の処理では、光路長算出部１６が、Ｓ５０の処理で得られたスペクトルの座標軸を、波長λから空間周波数（１／λ）へ変換する。例えば、図１４の（ｃ）に示すスペクトルとなる。Ｓ５２の処理が終了すると、第１データ補間処理へ移行する（Ｓ５４）。
【００７０】
Ｓ５４の処理では、光路長算出部１６が、Ｓ５２の処理で得られたスペクトルのデータ補間を行う。例えば、光路長算出部１６は、データ間を線形補間する。例えば、サンプリング数をＮｓとし、スペクトルのデータとして、空間周波数の配列を（ｘ０,ｘ１,ｘ２,…,ｘＮ−１）とし、強度の配列を（ｙ０,ｙ１,ｙ２,…,ｙＮ−１）とする。まず、光路長算出部１６は、空間周波数の配列を等間隔に再配列する。例えば、再配列後の空間周波数の配列に含まれる空間周波数をＸｉとすると、以下の式を用いて再配列を行う。
【数３７】
0005901305.tif 000038
次に、光路長算出部１６は、再配列後の空間周波数Ｘｉにおける強度を、線形補間で計算する。このときの強度をＹｉとすると、以下の式を用いて算出する。
【数３８】
0005901305.tif 000039
ただし、ｊはＸｉ＞ｘｊとなる最大の整数である。これにより、例えば図１５の（ａ）に示すスペクトルとなる。Ｓ５４の処理が終了すると、ＦＦＴ処理へ移行する（Ｓ５６）。
【００７１】
Ｓ５６の処理では、フーリエ変換部１７が、Ｓ５４の処理で補間されたスペクトルをフーリエ変換する。これにより、例えば、図１５の（ｂ）に示すように、縦軸が振幅、横軸が位相のスペクトルとなる。Ｓ５６の処理が終了すると、フィルタリング処理へ移行する（Ｓ５８）。
【００７２】
Ｓ５８の処理では、光路長算出部１６が、Ｓ５６の処理で得られたスペクトルからＸ＝０のピーク値をフィルタリングする。例えば、Ｘ＝０からＸ＝Ｚ（所定値）までの範囲の強度データＹに０を代入する。Ｓ５８の処理が終了すると、抽出処理へ移行する（Ｓ６０）。
【００７３】
Ｓ６０の処理では、光路長算出部１６が、Ｓ５８の処理で得られたスペクトルからＸ＝２・ｎ・ｄのピーク値を抽出する。例えば、ピークの最大値をＹｉとした場合、Ｙｉ−１０からデータ点を２０点抽出する。これは、ピークの中心から裾までのデータを抽出するためである。例えば、ピークの最大値を１としたときに、最大値から０．５までの範囲が含まれるように抽出する。例えば、図１５の（ｃ）に示すスペクトルが抽出される。Ｓ６０の処理が終了すると、第２データ補間処理へ移行する（Ｓ６２）。
【００７４】
Ｓ６２の処理では、データ補間部１８が、Ｓ６０の処理で得られた２・ｎ・ｄピークのデータを補間する（データ補間工程）。データ補間部１８は、例えばデータ点間を補間数ＮＡで等間隔に線形補間する。補間数ＮＡは、例えば必要な温度精度に基づいて予め設定される。
【００７５】
ここで、補間数ＮＡについて概説する。例えば、測定対象物１３が半径３００ｍｍのＳｉ基板である場合には、ＦＦＴ後のピーク間隔Δ２・ｎ・ｄｄが０．４μｍ／℃となる。したがって、１℃の精度が必要な場合には、データ間隔が０．４μｍとなるように補間数ＮＡを設定する。システムが有するノイズレベルを考慮して補間数ＮＡを決定してもよい。ここで、分光器１４が、波長スパンΔｗ＝４２ｎｍ、サンプリング数Ｎｓ＝６４０であるとする。また、光源１０が、中心波長λ０＝１５６０ｎｍであるとする。この場合、ＦＦＴ後のデータ間隔は、式８を用いてΔｘ＝５６ｎｍとなる。よって、０．４μｍのデータ間隔となるように、各点の間隔を１４０点補間する必要がある（補間数ＮＡ＝１４０）。また、ノイズレベルが０．１℃程度の場合には、０．１℃以下の分解能は不要である。なお、Δｘ＝５６ｎｍのまま計算すると、分解能が１４０℃となることからもデータ補間の重要性が理解できる。例えば、以下の数式を用いてデータ補間を行う。
【数３９】
0005901305.tif 000040
ここで、ｊは強度の配列に用いた指標である。データ補間部１８は、上記式３２をｉ＝０〜Ｎ−１の範囲で実行する。すなわち、Ｓ２０の処理で得られた２０点の間隔全てを対象にして算出する。このように、フーリエ変換後のデータ間隔を、必要な分割数（補間数Ｎ）で分割し、分割数に応じたデータ数を線形補間する。Ｓ６２の処理が終了すると、抽出処理へ移行する（Ｓ６４）。
【００７６】
Ｓ６４の処理では、重心計算部１９が、Ｓ６２の処理で補間されたデータから重心の計算に利用するデータ範囲のみを抽出する。例えば、重心計算部１９は、重心計算に使用する閾値をＡ％とし、ピークの最大強度ＹＭＡＸ×Ａ以下の強度データＹに０を代入する。Ｓ６４の処理が終了すると、重心計算処理へ移行する（Ｓ６６）。
【００７７】
Ｓ６６の処理では、重心計算部１９が、Ｓ６４の処理で補間されたデータから重み付け重心を計算する。例えば、以下の式を用いる。
【数４０】
0005901305.tif 000041
なお、Ｎは重心範囲抽出後のデータ点数である。これにより、光路長ｎ・ｄを算出することができる。Ｓ６６の処理が終了すると、温度計算処理へ移行する（Ｓ６８）。
【００７８】
Ｓ６８の処理では、温度算出部２０が、Ｓ６６の処理で得られた光路長ｎ・ｄを用いて温度を算出する。温度算出部２０は、例えば図１６に示す温度校正データ２１を用いて温度を算出する。図１６は、横軸が光路長ｎ・ｄであり、縦軸が温度である。温度校正データ２１は予め測定対象物１３ごとに取得される。以下では、温度校正データ２１の事前作成例について説明する。例えば、温度制御に黒体炉を使用して実測する。温度Ｔと、温度Ｔにおける光路長ｎｄＴを同時に計測する。温度Ｔは、熱電対等の温度計を用いて測定する。また、光路長ｎｄＴは、上述したＦＦＴを利用した手法で測定する。そして、温度計の測定値が４０℃の時の光路長ｎｄ４０を１０００として光路長ｎｄＴを規格化する。そして、温度と規格化された光路長ｎｄＴを１００℃ごとに区分して、３次式で近似することで、近似曲線の係数を導出する。図１３の左上に示す数式が３次式の数式である。なお、温度Ｔに依存した規格化された光路長ｎｄＴの関数を以下式で表す。
【数４１】
0005901305.tif 000042
また、ｆ（Ｔ）の逆関数を以下のように示す。
【数４２】
0005901305.tif 000043
光路長ｎｄ４０は、イニシャル温度Ｔ０とその時の光路長ｎｄＴ０に基づいて以下の数式により算出される。
【数４３】
0005901305.tif 000044
式２８に基づいて得られた光路長ｎｄ４０及び光路長ｎｄＴに基づいて、温度Ｔを上述した式２７の数式を用いて導出する。Ｓ６８の処理が終了すると、図１３に示す制御処理を終了する。
【００７９】
以上で図１３に示す制御処理を終了する。図１３に示す制御処理を実行することで、少ないデータ点であっても高精度に温度を測定することができる。また、温度精度に合わせてデータ点を補間することができるので、精度よく安定な温度計測をすることができる。
【００８０】
以上、一実施形態に係る光干渉システム１及びその方法によれば、反射光の強度をそのまま利用してコリメータ１２の位置決めをするのではなく、反射光のスペクトルの強度をフーリエ変換して得られるピーク強度を利用してコリメータ１２の位置決めをする。ここで対比のために、従来のアライメント調整方法を概説する。例えば従来の光干渉システムを、参照光を利用するミラースキャン方式のシステムであるとする。この場合、図１７の（ａ）に示すように、測定対象物の表面と裏面との反射強度を直接取得してｎ・ｄを導出する。この場合、表面からの反射光強度は、表裏面干渉光等の複数の成分が重なり合わさった強度となる。従って、表面と裏面とが平行でない場合には、図１７の（ｂ）に示すように裏面における干渉が弱い場合や、あるいは図１７の（ｃ）に示すように、裏面における干渉が見えない場合がある。この場合、裏面での干渉が最大になるように参照ミラーを走査しながら調整する必要があるが、図１７の（ｄ）に示すように表面での干渉が小さくなる等の事象が発生する場合がある。このため、従来の光干渉システムでは光学調整を最適化することが困難である。これに対して、一実施形態に係る光干渉システム１及びその方法によれば、反射光のスペクトルの強度をフーリエ変換して得られるピーク強度を利用することで、干渉光の強度が大きくなる位置へコリメータを調整することができる。
【００８１】
また、一実施形態においては、調整位置導出部１５２が、ピーク強度が最大となる傾き位置（θｘ_ｍａｘ，θｙ_ｍａｘ）を調整位置として導出するため、干渉光の強度が最大となる傾き位置にコリメータ１２を調整することができる。
【００８２】
一実施形態においては、調整位置導出部１５２が、第１角度及び第２角度を座標軸とするマップにマッピングされたピーク強度に基づいて調整位置を導出することで、干渉光の強度が最大となる第１角度θｘ_ｍａｘ及び第２角度θｙ_ｍａｘを容易に導出することができる。
【００８３】
（第２実施形態）
図１８は、一実施形態に係る光干渉システムの一例を示す構成図である。図１８に示すように、光干渉システム１は、光干渉を利用して測定対象物１３の厚さ又は温度を計測するシステムである。この光干渉システム１は、第１実施形態に係る光干渉システム１とほぼ同様に構成されており、第１実施形態に係る光干渉システム１と比較して、光サーキュレータ１１がスプリッタ５００に置換されている点、コリメータ５０１（第２コリメータ）、参照ミラー５０２及び駆動部５０３を備える点、コリメータホルダ１２ａを備えていない点のみが相違する。従って、本実施形態では第１実施形態との相違点を中心に説明し、重複する説明は省略する。なお、以下では、説明理解の容易性を考慮して光干渉システム１が測定対象物１３の温度を計測する場合を例に説明する。
【００８４】
光干渉システム１は、光源１０、スプリッタ５００、コリメータ１２、コリメータ５０１、参照ミラー５０２、駆動部５０３、分光器１４及び制御部（計測部）１５を備えている。なお、光源１０、スプリッタ５００、コリメータ１２、コリメータ５０１及び分光器１４のそれぞれの接続は光ファイバーケーブルを用いて行われる。
【００８５】
スプリッタ５００は、光源１０で発生した光を測定光と参照光に分離する。そして、コリメータ１２（第１コリメータ）へ測定光を出射するとともに、コリメータ５０１へ参照光を出射する。コリメータ５０１は、平行光線として調整された参照光を参照ミラー５０２へ出射する。そして、コリメータ５０１は、参照ミラー５０２からの反射光を入射する。参照ミラー５０２は参照光をコリメータ５０１へ反射する。コリメータ５０１は、反射光をスプリッタ５００へ出射する。同様に、コリメータ１２もスプリッタ５００へ測定対象物１３からの反射光を出射する。コリメータ１２及びコリメータ５０１を介して得られた反射光は分光器１４へ出射され、制御部１５で計測される。制御部１５は、駆動部５０３へ所定の制御信号を出力することによりコリメータ５０１を駆動する。なお、駆動部５０３は必要に応じて備えればよい。例えば、スプリッタ５００から参照ミラー５０２までの光路長が目標設定値となるように配置されている場合には駆動部５０３は不要である。その他の構成は、第１実施形態に係る光干渉システム１と同様である。なお、制御部１５は、図１９に示すように、図２に示したピーク強度取得部１５１、調整位置導出部１５２、信号生成部１５３及びコリメータホルダ１２ａを備えなくてもよい。また、必要に応じてコリメータホルダ１２ａを備え、図２に示す制御部１５としてもよい。
【００８６】
上記構成を有する光干渉システムによって、測定対象物１３の表面１３ａと裏面１３ｂとの光干渉を利用して温度を測定する（ＦＦＴ周波数領域法）。以下、光干渉の原理について説明する。図２０は、図１８に示す光干渉システムの光路長及び反射光を説明するための概要図である。図２０に示すように、スプリッタ５００での干渉を数式で検討する。ここで、スプリッタ５００から測定対象物１３までの光路長（第１光路長）をＬｓ、スプリッタ５００から参照ミラー５０２までの光路長（第２光路長）をＬｒとし、測定対象物１３の厚さをｄ、屈折率をｎ、表面の反射率をｒ０１、裏面の反射率をｒ１２とし、空気から測定対象物への透過率と、測定対象物から空気への透過率をそれぞれｔ０１、ｔ１０とし、表面１３ａにおける反射成分をＥｓ１、裏面１３ｂにおける反射成分をＥｓ２、参照ミラーの表面の反射率をｒｍ、反射成分をＥｒとする。なお、説明理解の容易性を考慮して、ここでは測定対象物１３からの反射は１回とし、２回目以降の反射は省略している。この場合、スプリッタ５００での光の電界の振幅Ｅ及び反射成分Ｅｓ１、Ｅｓ２、Ｅｒは、以下の式で表すことができる。
【００８７】
【数４４】
0005901305.tif 000045
ここで、
【数４５】
0005901305.tif 000046
であり、反射スペクトルの強度をＩとすると、
【数４６】
0005901305.tif 000047
となる。なお、ｃは光速であり、ε０は真空の誘電率である。上記より、反射スペクトルの強度ピークを求めるためには、式２９で示す振幅Ｅを二乗して検討すればよい。その結果、反射光スペクトルの強度Ｉ（ｋ）は、入射光スペクトルの強度Ｓ（ｋ）と以下の数式で示す関係となる。
【００８８】
【数４７】
0005901305.tif 000048
式３０において、Ｓ（ｋ）をガウシアンとしてフーリエ変換すると、以下のようになる。
【数４８】
0005901305.tif 000049
上記式より、強度Ｉは、ｘ＝０に対して対象な信号となることがわかる。しかし対象に信号が出現するのは数式上であって実際はｘ＞０の実空間のみに出現することとなる。すなわち、以下のパターンに示すように強度Ｉは変化することとなる。
【００８９】
（１）Ｌｓ−Ｌｒ＞０の場合
【数４９】
0005901305.tif 000050
【００９０】
（２）Ｌｓ−Ｌｒ＜０、Ｌｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ＞０の場合
【数５０】
0005901305.tif 000051
【００９１】
（３）Ｌｓ−Ｌｒ＜０、Ｌｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ＜０の場合
【数５１】
0005901305.tif 000052
【００９２】
ここで、２・ｎ・ｄ＜Ｘｍａｘの場合、すなわち薄いサンプルの場合の干渉ピークを考察する。
【００９３】
（Ａ−１）
Ｌｓ−Ｌｒ＞０かつ２・（Ｌｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ）＞Ｘｍａｘの場合、式３１より、
【数５２】
0005901305.tif 000053
となる。上記式の結果を図２１の（ａ）に示す。点線で示すピークが測定対象物１３の表裏面からの反射光の干渉ピークである（自己相関信号）。実線で示すピークがスプリッタ５００から測定対象物１３までの光路長Ｌｓと、スプリッタ５００から参照ミラー５０２までの光路長Ｌｒとの光路差によって生じる干渉ピークである（相互相関信号）。以下では自己相関信号及び相互相関信号を同様の手法で示す。図２１の（ａ）に示すように、自己相関信号としては、０、２・ｎ・ｄの位置、相互相関信号としては、２・（Ｌｓ−Ｌｒ）、２・（Ｌｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ）の位置に出現している。一方、相互相関信号としては、２・（Ｌｓ−Ｌｒ）の位置に出現しているが、２・ｎ・ｄのピークを確認することはできない。このため、自己相関信号に基づいて測定対象物の厚さを計測することになる。
【００９４】
（Ａ−２）
Ｌｓ−Ｌｒ＞０かつ２・（Ｌｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ）＜Ｘｍａｘの場合、式３１の通りとなる。上記式の結果を図２１の（ｂ）に示す。図２１の（ｂ）に示すように、自己相関信号としては、０、２・ｎ・ｄの位置、相互相関信号としては、２・（Ｌｓ−Ｌｒ）、２・（Ｌｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ）の位置に出現している。このため、自己相関信号又は相互相関信号に基づいて測定対象物の厚さを計測することができる。なお、相互相関信号を用いて２・ｎ・ｄは以下のように表すことができる。
【数５３】
0005901305.tif 000054
【００９５】
（Ａ−３）
Ｌｓ−Ｌｒ＜０かつＬｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ＞０の場合、２（Ｌｓ−Ｌｒ）＜０＜２・（Ｌｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ）＜２・ｎ・ｄ＜Ｘｍａｘとなる。この場合、式３２の通りとなる。上記式の結果を図２１の（ｃ）に示す。図２１の（ｃ）に示すように、自己相関信号としては、０、２・ｎ・ｄの位置、相互相関信号としては、−２・（Ｌｓ−Ｌｒ）、２・（Ｌｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ）の位置に出現している。このように、実空間では、第２象限の２・（Ｌｓ−Ｌｒ）のピークが折り返されて、第１象限に出現する。このため、自己相関信号又は相互相関信号に基づいて測定対象物の厚さを計測することができる。なお、相互相関信号を用いて２・ｎ・ｄは以下のように表すことができる。
【数５４】
0005901305.tif 000055
【００９６】
（Ａ−４）
Ｌｓ−Ｌｒ＜０かつＬｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ＜０の場合、２（Ｌｓ−Ｌｒ）＜２・（Ｌｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ）＜０＜２・ｎ・ｄ＜Ｘｍａｘとなる。この場合、式３３の通りとなる。上記式の結果を図２１の（ｄ）に示す。図２１の（ｄ）に示すように、自己相関信号としては、０、２・ｎ・ｄの位置、相互相関信号としては、−２・（Ｌｓ−Ｌｒ）、−２・（Ｌｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ）の位置に出現している。このように、実空間では、第２象限の２・（Ｌｓ−Ｌｒ）、２・（Ｌｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ）のピークが折り返されて、第１象限に出現する。このため、自己相関信号又は相互相関信号に基づいて測定対象物の厚さを計測することができる。なお、相互相関信号を用いて２・ｎ・ｄは以下のように表すことができる。
【数５５】
0005901305.tif 000056
【００９７】
次に、２・ｎ・ｄ＞Ｘｍａｘの場合、すなわち厚いサンプルの場合の干渉ピークを考察する。
【００９８】
（Ｂ−１）
Ｌｓ−Ｌｒ＞０かつ２・（Ｌｓ−Ｌｒ）＞Ｘｍａｘの場合、式３１より、
【数５６】
0005901305.tif 000057
となる。上記式の結果を図２２の（ａ）に示す。図２２の（ａ）に示すように、自己相関信号（位置０）のみの信号となる。このため、厚さを計測することはできない。
【００９９】
（Ｂ−２）
Ｌｓ−Ｌｒ＞０かつ０＜２・（Ｌｓ−Ｌｒ）＜Ｘｍａｘの場合、式３１より、
【数５７】
0005901305.tif 000058
となる。上記式の結果を図２２の（ｂ）に示す。図２２の（ｂ）に示すように、自己相関信号としては、０の位置、相互相関信号としては、２・（Ｌｓ−Ｌｒ）の位置に出現している。その他のピークは出現しないため、厚さを計測することはできない。
【０１００】
（Ｂ−３）
Ｌｓ−Ｌｒ＜０かつＬｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ＞０の場合、かつ、−Ｘｍａｘ＜２（Ｌｓ−Ｌｒ）＜０＜Ｘｍａｘ＜２・（Ｌｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ）の場合、式３２より
【数５８】
0005901305.tif 000059
となる。上記式の結果を図２２の（ｃ）に示す。図２２の（ｃ）に示すように、自己相関信号としては、０の位置、相互相関信号としては、−２・（Ｌｓ−Ｌｒ）の位置に出現している。その他のピークは出現しないため、厚さを計測することはできない。
【０１０１】
（Ｂ−４）
Ｌｓ−Ｌｒ＜０かつＬｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ＞０の場合、かつ、−Ｘｍａｘ＜２（Ｌｓ−Ｌｒ）＜０＜２・（Ｌｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ）＜Ｘｍａｘの場合、式３２より
【数５９】
0005901305.tif 000060
となる。上記式の結果を図２２の（ｄ）に示す。図２２の（ｄ）に示すように、自己相関信号としては、０の位置、相互相関信号としては、−２・（Ｌｓ−Ｌｒ）、２・（Ｌｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ）の位置に出現している。このように、実空間では、第２象限の２・（Ｌｓ−Ｌｒ）のピークが折り返されて、第１象限に出現する。このため、相互相関信号に基づいてのみ測定対象物の厚さを計測することができる。なお、相互相関信号を用いて２・ｎ・ｄは以下のように表すことができる。
【数６０】
0005901305.tif 000061
【０１０２】
（Ｂ−５）
Ｌｓ−Ｌｒ＜０かつＬｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ＞０の場合、かつ、２（Ｌｓ−Ｌｒ）＜−Ｘｍａｘ＜０＜２・（Ｌｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ）＜Ｘｍａｘの場合、式３２より
【数６１】
0005901305.tif 000062
となる。上記式の結果を図２３の（ａ）に示す。図２３の（ａ）に示すように、自己相関信号としては、０の位置、相互相関信号としては、２・（Ｌｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ）の位置に出現している。その他のピークは出現しないため、厚さを計測することはできない。
【０１０３】
（Ｂ−６）
Ｌｓ−Ｌｒ＜０かつＬｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ＞０の場合、かつ、２（Ｌｓ−Ｌｒ）＜−Ｘｍａｘ＜２・（Ｌｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ）＜０＜Ｘｍａｘの場合、式３２より
【数６２】
0005901305.tif 000063
となる。上記式の結果を図２３の（ｂ）に示す。図２３の（ｂ）に示すように、自己相関信号としては、０の位置、相互相関信号としては、−２・（Ｌｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ）の位置に出現している。その他のピークは出現しないため、厚さを計測することはできない。
【０１０４】
（Ｂ−７）
Ｌｓ−Ｌｒ＜０かつＬｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ＞０の場合、かつ、２（Ｌｓ−Ｌｒ）＜２・（Ｌｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ）＜−Ｘｍａｘの場合、式３２より
【数６３】
0005901305.tif 000064
となる。上記式の結果は、図２２の（ａ）と同様である。このため、厚さを計測することはできない。
【０１０５】
（Ｂ−８）
Ｌｓ−Ｌｒ＜０かつＬｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ＜０の場合、かつ、−Ｘｍａｘ＜２・（Ｌｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ）＜０の場合、式３３より、
【数６４】
0005901305.tif 000065
となる。上記式の結果は、図２３の（ｂ）と同様である。このため、厚さを計測することはできない。
【０１０６】
（Ｂ−９）
Ｌｓ−Ｌｒ＜０かつＬｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ＜０の場合、かつ、２・（Ｌｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ）＜−Ｘｍａｘの場合、式３３より、
【数６５】
0005901305.tif 000066
となる。上記式の結果は、図２２の（ａ）と同様である。このため、厚さを計測することはできない。
【０１０７】
以上、全てのパターンを検討すると、２・ｎ・ｄ＜Ｘｍａｘの場合には、どのような条件でも測定することができ、Ｘｍａｘ＜２・ｎ・ｄの場合には、（Ｂ−４）の条件を満たす場合のみ測定することができる。
【０１０８】
次に、光干渉システムの計測前の調整動作を説明する。図２４は、計測前の調整動作を説明するフローチャートである。まず、測定対象物１３の膜厚はおおよそどの程度であるか分かっているものとする。あるいは、イニシャル位置計測時において、コリメータ又は参照ミラーの位置を前後に振って、干渉ピークがどのように動くかに基づいて厚さが判断されていてもよい。また、２・ｎ・ｄ＜２・Ｘｍａｘを満たすものとする。この場合、図２４に示すように、最初に測定対象物１３の膜厚が２・ｎ・ｄ＜Ｘｍａｘの条件を満たすか否かを判定する（Ｓ７０）。Ｓ７０の処理で２・ｎ・ｄ＜Ｘｍａｘの条件を満たすと判定した場合には、参照ミラーを利用するか否かを判定する（Ｓ７２）。Ｓ７２の処理で参照ミラーを利用しないと判定した場合には、第１実施形態と同様に測定すればよいため、特に光路差を調整することなく図２４に示す処理を終了する。
【０１０９】
一方、Ｓ７２の処理で参照ミラーを利用すると判定した場合には、光路長の調整処理へ移行する（Ｓ７４：パターン１〜３）。パターン１では、上記（Ａ−２）の条件を満たすように光路長Ｌｓ、Ｌｒを設定する。すなわち、０＜２・（Ｌｓ−Ｌｒ）＜２・（Ｌｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ）＜Ｘｍａｘを満たすように光ファイバの長さを変更する。あるいは、駆動部５０３を用いて調整してもよい。パターン２では、上記（Ａ−３）の条件を満たすように光路長Ｌｓ、Ｌｒを設定する。すなわち、２・（Ｌｓ−Ｌｒ）＜０＜２・（Ｌｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ）＜Ｘｍａｘを満たすように光ファイバの長さを変更する。あるいは、駆動部５０３を用いて調整してもよい。パターン３では、上記（Ａ−４）の条件を満たすように光路長Ｌｓ、Ｌｒを設定する。すなわち、−Ｘｍａｘ＜２（Ｌｓ−Ｌｒ）＜２・（Ｌｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ）＜０を満たすように光ファイバの長さを変更する。あるいは、駆動部５０３を用いて調整してもよい。
【０１１０】
一方、Ｓ７０の処理で２・ｎ・ｄ＜Ｘｍａｘの条件を満たさないと判定した場合、すなわち、Ｘｍａｘ＜２・ｎ・ｄ＜２・Ｘｍａｘを満たす場合には、光路長の調整処理へ移行する（Ｓ７６：パターン４）。Ｓ７６の処理において、（Ｂ−４）の条件を満たすように光路長Ｌｓ、Ｌｒを設定する。すなわち、−Ｘｍａｘ＜２（Ｌｓ−Ｌｒ）＜０＜２・（Ｌｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ）＜Ｘｍａｘを満たすように光ファイバの長さを変更する。あるいは、駆動部５０３を用いて調整してもよい。
【０１１１】
以上で図２４に示す処理を終了する。図２４に示す処理は、厚さ計測、温度計測の何れの場合でも行う。また、何れの調整処理においても、調整位置において測定光及び参照光を出射して、自己相関信号がＸ＝０の位置に出現し、相互相関信号の２つのピークが出現していることを確認してもよい。また、光路長Ｌｓ、Ｌｒを微少に動かして、相互相関信号の２つのピークが逆方向に動くことを確認してもよい。測定対象物が多層構造であったり、測定対象物との間に窓等がある場合には、多数のピークや無関係なピークが出現することがある。上記のようにピークの確認処理を行うことで、確実に干渉ピークを判断することができる。
【０１１２】
次に、光干渉システムの計測動作を説明する。図２５は、計測動作を示すフローチャートである。なお、膜厚を測定する場合には、測定環境の温度は一定で、屈折率の温度依存性も取得済みであるとする。また、図２５の実行前に、図２４に示す処理が完了しているものとする。
【０１１３】
図２５に示すように、最初に測定対象物１３の膜厚が２・ｎ・ｄ＜Ｘｍａｘの条件を満たすか否かを判定する（Ｓ８０）。Ｓ８０の処理で２・ｎ・ｄ＜Ｘｍａｘの条件を満たすと判定した場合には、参照ミラーを利用するか否かを判定する（Ｓ８２）。Ｓ８２の処理で参照ミラーを利用しないと判定した場合には、測定パターン０で測定する（Ｓ８４）。なお測定パターン０の場合は第１実施形態と同様であるので省略する。
【０１１４】
一方、Ｓ８２の処理で参照ミラーを利用すると判定した場合には、測定パターン１〜３で測定する（Ｓ８６）。図２６は、測定パターン１の測定動作のフローチャートである。図２６に示すように、ピーク抽出処理を実行する（Ｓ９０）。Ｓ９０の処理では、２・（Ｌｓ−Ｌｒ）、２・（Ｌｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ）の位置に相互相関信号のピークが出現するため、この位置の最大値を取得する。Ｓ９０の処理が終了すると、重み付け重心処理へ移行する（Ｓ９２）。Ｓ９２の処理は、図１３のＳ６６の処理と同一である。例えば、それぞれの最大値に対して半分の高さまでの範囲で重み付け重心を計算する。その後、２・（Ｌｓ−Ｌｒ）の重心を２・ｎ・ｄ０、２・（Ｌｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ）の重心を２・ｎ・ｄ１とすると、Ｌ＝２・ｎ・ｄ１−２・ｎ・ｄ０を計算する（Ｓ９４）。膜厚ｄはＬ／２・ｎであるため、Ｓ９４の結果に基づいて膜厚ｄを算出する（Ｓ９６）。以上で図２６に示す測定パターン１を終了する。
【０１１５】
図２７は、測定パターン２の測定動作のフローチャートである。図２７に示すように、ピーク抽出処理を実行する（Ｓ１００）。Ｓ１００の処理では、｜２・（Ｌｓ−Ｌｒ）｜、２・（Ｌｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ）の位置に相互相関信号のピークが出現するため、この位置の最大値を取得する。Ｓ１００の処理が終了すると、重み付け重心処理へ移行する（Ｓ１０２）。Ｓ１０２の処理は、図１３のＳ６６の処理と同一である。その後、｜２・（Ｌｓ−Ｌｒ）｜の重心を２・ｎ・ｄ０、２・（Ｌｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ）の重心を２・ｎ・ｄ１とすると、Ｌ＝２・ｎ・ｄ１＋２・ｎ・ｄ０を計算する（Ｓ１０４）。膜厚ｄはＬ／２・ｎであるため、Ｓ１０４の結果に基づいて膜厚ｄを算出する（Ｓ１０６）。以上で図２７に示す測定パターン２を終了する。
【０１１６】
図２８は、測定パターン３の測定動作のフローチャートである。図２８に示すように、ピーク抽出処理を実行する（Ｓ１１０）。Ｓ１１０の処理では、｜２・（Ｌｓ−Ｌｒ）｜、｜２・（Ｌｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ）｜の位置に相互相関信号のピークが出現するため、この位置の最大値を取得する。Ｓ１１０の処理が終了すると、重み付け重心処理へ移行する（Ｓ１１２）。Ｓ１１２の処理は、図１３のＳ６６の処理と同一である。その後、｜２・（Ｌｓ−Ｌｒ）｜の重心を２・ｎ・ｄ０、｜２・（Ｌｓ−Ｌｒ＋ｎ・ｄ）｜の重心を２・ｎ・ｄ１とすると、Ｌ＝２・ｎ・ｄ０−２・ｎ・ｄ１を計算する（Ｓ１１４）。膜厚ｄはＬ／２・ｎであるため、Ｓ１１４の結果に基づいて膜厚ｄを算出する（Ｓ１１６）。以上で図２８に示す測定パターン３を終了する。
【０１１７】
図２５に戻る。Ｓ８６の処理が終了すると、図２５の処理を終了する。一方、Ｓ８０の処理で２・ｎ・ｄ＜Ｘｍａｘの条件を満たさないと判定した場合、すなわち、Ｘｍａｘ＜２・ｎ・ｄ＜２・Ｘｍａｘを満たす場合には、測定パターン４で測定する（Ｓ８８）。なお測定パターン４は、図２７に示す動作となる。Ｓ８８の処理が終了すると、図２５に示す処理を終了する。
【０１１８】
以上で図２５に示す処理を終了する。図２５に示す制御処理は、厚さ計測の場合を説明したが、図１３で示すように温度計測を行ってもよい。
【０１１９】
以上、第２実施形態に係る光干渉システム１によれば、分光器の分解能を変更することなく当該光干渉システムの測定可能な厚さの範囲を拡張することが可能となる。対比のために、まずは参照ミラーを用いない場合を説明する。図２９は、最大計測光学厚さＸｍａｘを説明する概要図である。通常、参照ミラーを用いないで計測した場合には、０＜２・ｎ・ｄ＜Ｘｍａｘの範囲、より詳細にはコヒーレンス長をΔｌｃとすると、２Δｌｃ＜２・ｎ・ｄ＜Ｘｍａｘ−Δｌｃの範囲において出現した測定対象物の表裏面からの干渉ピークを用いて膜厚測定が行われる。なお、２Δｌｃ＜２・ｎ・ｄの条件は、０位置のピークと信号が分離している必要があるからである。ここで、例えば波長域４０ｎｍ、ＣＣＤ素子５１２個とした場合には、ΔλＨＷＨＭは５ｎｍとなる。この場合、式１０、式２０よりＸｍａｘ〜１５ｍｍ、Δｌｃ〜１００ｕｍとなる。このため、光路長として計測できる範囲は、０．２ｍｍ〜１５ｍｍとなる。ｎ＝３．６５（Ｓｉ）の場合には、０．０２７ｍｍ〜２ｍｍとなる。
【０１２０】
一方、図３０に参照ミラーがある場合を示す。参照ミラーがある場合であっても、０＜２・ｎ・ｄ＜Ｘｍａｘの範囲を測定することができる。この場合は、上記と同様に、２Δｌｃ＜２・ｎ・ｄの条件を満たす必要がある。一方、Ｘｍａｘ＜２・ｎ・ｄの場合には、２（Ｌｓ−Ｌｒ）と２・（Ｌｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ）とのピークとが重なると測定できなくなる。このため、２・（Ｌｓ＋ｎ・ｄ−Ｌｒ）＜Ｘｍａｘ−Δｌｃとなる。同様に、２（Ｌｒ−Ｌｓ）＜Ｘｍａｘ−３・Δｌｃとなる。２つのピークの中心値の和をとると、２・ｎ・ｄ＜２・Ｘｍａｘ−４・Δｌｃとなる。結果として、参照ミラーを用いた本実施形態の光干渉システムによれば、２Δｌｃ＜２・ｎ・ｄ＜２・Ｘｍａｘ−４Δｌｃが計測可能範囲となる。このように、第２実施形態に係る光干渉システム１によれば、参照ミラーが無い場合と比較してほぼ倍の計測レンジを得ることができる。なお、Ｌｓ＝Ｌｒとして基準とした場合において、駆動部５０３の駆動可能範囲を−Ｘｍａｘ／２＜δ＜Ｘｍａｘ／２と設定することで、２Δｌｃ＜２・ｎ・ｄ＜２・Ｘｍａｘ−４Δｌｃの範囲をカバーすることができる。
【０１２１】
なお、上述した実施形態は光干渉システム及びアライメント調整方法の一例を示すものであり、実施形態に係る装置及び方法を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【０１２２】
例えば、基板処理装置に一実施形態で説明した光干渉システム１を搭載させてもよい。図３１は、一実施形態にかかる基板処理装置１００の要部縦断面構成を模式的に示す図である。ここでは、プラズマエッチング装置などの基板処理装置における測定対象物１３の例として、ウエハ、フォーカスリング又は対向電極（上部電極）の温度測定に適用する場合を例に挙げて説明する。
【０１２３】
図３１に示すように、基板処理装置１００は、基板としての半導体ウエハＷを収容してプラズマにより処理するための真空チャンバ２００を具備している。
【０１２４】
真空チャンバ２００は、その内部に処理室２０２を画成する。処理室２０２は、真空排気可能に構成されている。処理室２０２には、半導体ウエハＷを載置するための載置台３０が設けられている。この載置台３０は、導電性材料から構成され、高周波電力が印加されるＲＦプレート４０と、このＲＦプレート４０上に設けられ、半導体ウエハＷを吸着するための静電チャック機構５０とを具備しており、ＲＦプレート４０の中央部には、高周波電源（不図示）と電気的に接続された給電棒６０が接続されている。
【０１２５】
載置台３０の周囲には、載置台３０の周囲を囲むように、環状に形成されたバッフル板７０が設けられており、バッフル板７０の下部には、載置台３０の周囲から均一に排気を行うための環状の排気空間８０が形成されている。また、真空チャンバ２００の底部には、ベースプレート９０が設けられており、ＲＦプレート４０とベースプレート９０との間には、空隙１０１が形成されている。この空隙１０１は、ＲＦプレート４０とベースプレート９０を絶縁するための十分な広さとなっている。また、搬送アームから半導体ウエハＷを受け取り載置台３０に載置又は半導体ウエハＷを載置台３０より持ち上げて搬送アームに受け渡すプッシャーピンの駆動機構（不図示）が、この空隙１０１内に設けられている。また、この空隙１０１は、真空雰囲気ではなく大気雰囲気となっている。
【０１２６】
載置台３０の上方には、載置台３０と間隔を設けて対向するように対向電極１１０が設けられている。この対向電極１１０は、所謂シャワーヘッドによって構成されており、載置台３０上に載置された半導体ウエハＷに対して、シャワー状に所定の処理ガスを供給できるように構成されている。この対向電極１１０は、接地電位とされるか或いは高周波電力が印加されるようになっている。また、載置台３０上の半導体ウエハＷの周囲には、フォーカスリング２９０が設けられている。このフォーカスリング２９０は、半導体ウエハＷのプラズマ処理の面内均一性を向上させるためのものである。
【０１２７】
上記真空チャンバ２００は、載置台３０の上部の空間である処理室２０２が真空雰囲気となり、載置台３０の下部の空隙１０１が常圧雰囲気となるように構成されている。したがって、載置台３０が真空雰囲気と常圧雰囲気とを仕切る仕切り壁の一部を構成するようになっている。そして、載置台３０には、複数（図１に示す例では４つ）の温度測定用窓１２０，１３０，１４０及び１５０が形成されている。これらの温度測定用窓１２０，１３０，１４０及び１５０は、載置台３０の上面と下面とを測定光が透過可能なように光学的に連通し、かつ、気密封止された構造となっている。
【０１２８】
なお、一実施形態では、温度測定用窓１２０，１３０，１４０及び１５０のうち、載置台３０の最も外周側の位置に設けられた温度測定用窓１５０は、フォーカスリング２９０の温度を測定するためのものであり、他の温度測定用窓１２０，１３０及び１４０は、半導体ウエハＷの温度、又は、対向電極１１０の温度を測定するためのものである。
【０１２９】
上記温度測定用窓１２０，１３０，１４０及び１５０に対応して、ベースプレート９０には、貫通孔１６０，１７０，１８０及び１９０が設けられており、これらの貫通孔には、夫々温度測定手段からの測定光を導くための光ファイバ２０１，２１０，２２０及び２３０の出口部分に設けられたコリメータ２４０，２５０，２６０及び２７０が固定されている。また、ベースプレート９０と載置台３０（ＲＦプレート４０）との間の空隙１０１には、ベースプレート９０と載置台３０（ＲＦプレート４０）とを連結する連結部材３００が配置されている。なお、図３１には、連結部材３００を１つのみ図示してあるが、この連結部材３００は、周方向に沿って複数（例えば４個以上）配置されている。これらの連結部材３００は、載置台３０の変形や振動を抑制するためのものである。
【０１３０】
上記光ファイバ２０１，２１０，２２０及び２３０は、図１に示す光干渉システム１に接続されている。すなわち、コリメータ２４０，２５０，２６０及び２７０が図１に示すコリメータ１２に対応する。なお、図３１では調整機構１２ａに対応する機構を省略して図示しているが、基板処理装置１００は調整機構を有している。
【０１３１】
光源としては、測定光と参照光との干渉が測定できれば、任意の光を使用することが可能である。半導体ウエハＷの温度測定を行う場合には、少なくとも半導体ウエハＷの表面と裏面との間の距離（通常は８００〜１５００μｍ程度）からの反射光が干渉を生じない程度の光が好ましい。具体的には例えば低コヒーレンス光を用いることが好ましい。低コヒーレンス光とは、コヒーレンス長の短い光をいう。低コヒーレンス光の中心波長は例えば０．３〜２０μｍが好ましく、更に０．５〜５μｍがより好ましい。また、コヒーレンス長としては、例えば０．１〜１００μｍが好ましく、更に３μｍ以下がより好ましい。このような低コヒーレンス光を光源として使用することにより、余計な干渉による障害を回避でき、半導体ウエハＷの表面又は内部層からの反射光に基づく参照光との干渉を容易に測定することができる。
【０１３２】
上記低コヒーレンス光を使用した光源としては、例えばＳＬＤ（Super  Luminescent Diode）、ＬＥＤ、高輝度ランプ（タングステンランプ、キセノンランプなど）、超広帯域波長光源等を使用することができる。これらの低コヒーレンス光源の中でも、輝度の高いＳＬＤ（波長、例えば１３００ｎｍ）を光源として用いることが好ましい。
【０１３３】
上記光干渉システム１における参照光は、コリメータ２４０，２６０，２７０及び２８０から出力され、載置台３０から測定対象物であるウエハＷ、フォーカスリング２９０及び対向電極１１０へ出力される。
【０１３４】
以上、基板処理装置１００に光干渉システム１を搭載することで、コリメータのアライメントを調整することができる。なお、処理室内に収容されているフォーカスリング２９０又は対向電極１１０等のチャンバ内パーツを測定対象物とする場合には、これらのパーツが測定光に対して透過性を有する材質で形成されている必要がある。例えば、チャンバ内パーツの材質として、シリコン、石英又はサファイア等が用いられる。
【０１３５】
また、上述した第１実施形態では、光サーキュレータ１１を備える例を説明したが、２×１又は２×２のフォトカプラであってもよい。２×２のフォトカプラを採用する場合、参照ミラーは備えなくてもよい。
【０１３６】
また、上述した第１実施形態では、ＦＦＴ周波数領域法によるシステムを例に説明したが、図３２に示すように、ミラースキャン方式の光干渉システムであってもよい。図３２の（ａ），（ｂ）に示すシステムは、何れもミラースキャン方式の光干渉システムである。図３２の（ａ）は、温度測定に受光素子を利用するシステムであり、図３２の（ｂ）は、温度測定に分光器を利用するシステムである。図３２の（ａ）に示すシステムの場合、アラメイント調整を行う際に分光器を受光素子の光ファイバに途中から接続し、参照ミラー４００からの反射を遮った状態でアライメント調整すればよい。また、図３２の（ｂ）に示すように、分光器を既に備えている場合には、参照ミラー４００からの反射を遮った状態でアライメント調整すればよい。
【０１３７】
また、上述した第１実施形態では、コリメータを圧電素子で駆動させる例を説明したが、駆動方式に限定されるものではなく、例えば、ステッピングモータで駆動させてもよい。また、コリメータホルダ１２ａは、手動で動作させるものであってもよい。
【０１３８】
また、上述した第１実施形態では、基板処理装置が複数のコリメータを備える例を説明したが、コリメータは１つであってもよい。
【０１３９】
また、上述した第１実施形態では、光干渉システム１が測定対象物１３の温度を測定する場合を例に説明したが、光路長ｎ・ｄから厚さを測定してもよい。
【０１４０】
また、上述した第２実施形態では、参照ミラー５０２とコリメータ５０１との距離を固定としてもよい。また、光ファイバの先端をミラーコーティングして参照ミラー５０２を構成してもよい。また、測定対象物１３側を動作させてもよい。
【０１４１】
また、上述した第２実施形態の光干渉システム１は、複数箇所の測定点を同時に測定可能である。図３３は、多点計測の一例である。図３３では、制御部１５は省略している。図３３に示すように、スプリッタ５００ａを用いて測定対象物１３ｃ〜１３ｆを同時に計測することができる。それぞれ測定対象物１３ｃ〜１３ｆは２・ｎ・ｄ＜Ｘｍａｘを満たすものとする。ここで、スプリッタ５００から測定対象物１３ｃ〜１３ｆまでの光路長をＬｓ１〜Ｌｓ４とすると、Ｌｓ１−Ｌｒ≠Ｌｓ２−Ｌｒ≠Ｌｓ３−Ｌｒ≠Ｌｓ４−Ｌｒとなるように設定する。図３４に干渉ピークの一例を示す。図３４に示すように、測定対象物１３ｃのピーク１ａ,１ｂ、測定対象物１３ｄのピーク２ａ、２ｂ、測定対象物１３ｅのピーク３ａ,３ｂ、測定対象物１３ｆのピーク４ａ、４ｂが出現する。各点に対応するピーク位置の差を算出することで厚さ又は温度を測定することができる。例えば、ウェハ面内の４点を計測できる。
【０１４２】
また、上述した第２実施形態の光干渉システム１は、複数箇所の測定点であって厚さの異なる測定対象物を同時に測定可能である。図３５は、多点計測の一例である。図３５では、制御部１５は省略している。図３５に示すように、測定対象物１３ｇは、測定対象物１３ｃ〜１３ｅとは異なる厚さである。このような場合であっても、測定対象物１３ｃ〜１３ｅ、１３ｇを同時に計測することができる。例えば、測定対象物１３ｃ〜１３ｅは２・ｎ・ｄ＜Ｘｍａｘを満たし、測定対象物１３ｇはＸｍａｘ＜２・ｎ・ｄを満たすものとする。ここで、スプリッタ５００から測定対象物１３ｃ〜１３ｅ、１３ｇの光路長をＬｓ１〜Ｌｓ４とすると、Ｌｓ１−Ｌｒ≠Ｌｓ２−Ｌｒ≠Ｌｓ３−Ｌｒ≠Ｌｓ４−Ｌｒとなるように設定する。図３６に干渉ピークの一例を示す。図３６に示すように、測定対象物１３ｃのピーク１ａ,１ｂ、測定対象物１３ｄのピーク２ａ、２ｂ、測定対象物１３ｅのピーク３ａ,３ｂ、測定対象物１３ｇのピーク４ａ、４ｂが出現する。各点に対応するピーク位置の差を算出することで厚さ又は温度を測定することができる。例えば、ウェハ面内の３点とフォーカスリングを同時に計測できる。
【０１４３】
さらに、上述した第２実施形態の光干渉システム１は、複数箇所の測定点であって厚さの大きな測定対象物を同時に測定可能である。図３７は、多点計測の一例である。図３７では、制御部１５は省略している。図３７に示すように、スプリッタ５００ａを用いて測定対象物１３ｇ〜１３ｊを同時に計測することができる。それぞれ測定対象物１３ｇ〜１３ｊはＸｍａｘ＜２・ｎ・ｄを満たすものとする。ここで、スプリッタ５００から測定対象物１３ｇ〜１３ｊまでの光路長をＬｓ１〜Ｌｓ４とすると、Ｌｓ１−Ｌｒ≠Ｌｓ２−Ｌｒ≠Ｌｓ３−Ｌｒ≠Ｌｓ４−Ｌｒとなるように設定する。図３８に干渉ピークの一例を示す。図３８に示すように、測定対象物１３ｇのピーク１ａ,１ｂ、測定対象物１３ｈのピーク２ａ、２ｂ、測定対象物１３ｉのピーク３ａ,３ｂ、測定対象物１３ｊのピーク４ａ、４ｂが出現する。各点に対応するピーク位置の差を算出することで厚さ又は温度を測定することができる。例えば、フォーカスリングの４点を計測できる。
【符号の説明】
【０１４４】
１…光干渉システム、１０…光源、１１…光サーキュレータ、１２…コリメータ、１２ａ…コリメータホルダ（調整機構）、１４…分光器、１５…制御部、１６…光路長算出部、１７…フーリエ変換部、１８…データ補間部、１９…重心計算部、２０…温度算出部、２１…温度校正データ、１００…基板処理装置、１５１…ピーク強度取得部、１５２…調整位置導出部、１５３…信号生成部、２０２…処理室。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図９】
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【図１２】
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