(57)【要約】【課題】より高精度な膜厚をより速やかに演算する。【解決手段】測定対象物に光を照射し、測定点の反射光を分光して得られる分光データの実測波形を取得する。測定点の膜厚としてとり得る膜厚範囲内の複数の膜厚それぞれに対応した分光データの理論波形を取得し、複数の理論波形のうち実測波形との乖離が最小となる理論波形を特定し、この理論波形に対応する膜厚を測定点における膜厚とする。このとき、一の測定点における分光データの実測波形を取得し（ステップＳ１）、この一の測定点の実測波形との乖離が最小であるとして特定された理論波形に対応する膜厚を一の測定点における膜厚とし（ステップＳ２）、この膜厚と実測波形とから光学定数の値を算出し（ステップＳ３、Ｓ４）、光学定数が算出された後は、算出された光学定数を用いて算出された理論波形の中から乖離が最小となる理論波形を取得する。【選択図】図５
2019020419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に光を照射し、前記測定対象物の測定点の反射光を分光して得られる分光データの実測波形を取得するステップと、
前記測定点の膜厚としてとり得る膜厚範囲内の複数の膜厚それぞれに対応し、所定の光学定数として文献上の定数値を用いて算出され前記測定点から得られると想定される前記分光データの理論波形を取得するステップと、
複数の前記理論波形のうち前記実測波形との乖離が最小となる理論波形を特定し、当該理論波形の膜厚を前記実測波形に対応する測定点における膜厚とするステップと、
前記測定対象物の一の測定点における前記分光データの実測波形との乖離が最小であるとして特定された理論波形に対応する膜厚を前記一の測定点における膜厚とし、当該膜厚と前記実測波形とから前記光学定数の値を算出し当該光学定数の算出値を記憶装置に格納するステップと、
を備え、
前記理論波形を取得するステップでは、前記光学定数の算出値が算出された後は、前記理論波形として、前記光学定数の算出値を用いて算出された理論波形を取得することを特徴とする膜厚計算方法。
【請求項２】
前記光学定数の値を算出し当該光学定数の算出値を記憶装置に格納するステップでは、複数の前記測定点それぞれについて前記光学定数の候補値を算出し、算出した複数の光学定数の候補値から前記光学定数の算出値を求めることを特徴とする請求項１に記載の膜厚計算方法。
【請求項３】
測定対象物に光を照射し、前記測定対象物の測定点の反射光を分光して得られる分光データの実測波形を取得するステップと、
前記測定点の膜厚としてとり得る膜厚範囲内の複数の膜厚それぞれに対応し、前記測定点から得られると想定される分光データの理論波形を取得するステップと、
複数の前記理論波形のうち前記実測波形との乖離が最小となる理論波形を特定し、当該理論波形に対応する膜厚を前記実測波形に対応する測定点における膜厚とするステップと、
を備え、
前記理論波形を取得するステップでは、膜厚検出対象の測定点から所定距離の範囲内に膜厚を計算済みの測定点が存在するときには前記膜厚範囲よりも狭い所定範囲内にある膜厚のみに対応する理論波形を取得することを特徴とする膜厚計算方法。
【請求項４】
測定対象物に光を照射し、前記測定対象物の測定点の反射光を分光して得られる分光データの実測波形を取得するステップと、
前記測定点の膜厚としてとり得る膜厚範囲内の複数の膜厚それぞれに対応し、所定の光学定数として文献上の定数値を用いて算出され前記測定点から得られると想定される前記分光データの理論波形を取得するステップと、
複数の前記理論波形のうち前記実測波形との乖離が最小となる理論波形を特定し、当該理論波形の膜厚を前記実測波形に対応する測定点における膜厚とするステップと、
前記測定対象物の一の測定点における前記分光データの実測波形との乖離が最小であるとして特定された理論波形に対応する膜厚を前記一の測定点における膜厚とし、当該膜厚と前記実測波形とから前記光学定数の値を算出し当該光学定数の算出値を記憶装置に格納するステップと、をコンピュータに実行させ、
前記理論波形を取得するステップでは、前記光学定数の算出値が算出された後は、前記理論波形として、前記光学定数の算出値を用いて算出された理論波形を取得することを特徴とする膜厚計算プログラム。
【請求項５】
測定対象物に光を照射し、前記測定対象物の測定点の反射光を分光して得られる分光データの実測波形を取得するステップと、
前記測定点の膜厚としてとり得る膜厚範囲内の複数の膜厚それぞれに対応し、前記測定点から得られると想定される分光データの理論波形を取得するステップと、
複数の前記理論波形のうち前記実測波形との乖離が最小となる理論波形を特定し、当該理論波形に対応する膜厚を前記実測波形に対応する測定点における膜厚とするステップと、をコンピュータに実行させ、
前記理論波形を取得するステップでは、膜厚検出対象の測定点から所定距離の範囲内に膜厚を計算済みの測定点が存在するときには前記膜厚範囲よりも狭い所定範囲内にある膜厚のみに対応する理論波形を取得することを特徴とする膜厚計算プログラム。
【請求項６】
測定対象物に光を照射し、前記測定対象物の測定点の反射光を分光して得られる分光データの実測波形を取得する実測波形取得部と、
前記測定点の膜厚としてとり得る膜厚範囲内の複数の膜厚それぞれに対応し、所定の光学定数として文献上の定数値を用いて算出され前記測定点から得られると想定される前記分光データの理論波形を取得する第１の理論波形取得部と、
複数の前記理論波形のうち前記実測波形との乖離が最小となる理論波形を特定し、当該理論波形の膜厚を前記実測波形に対応する測定点における膜厚とする膜厚特定部と、
前記測定対象物の一の測定点における前記分光データの実測波形との乖離が最小であるとして特定された理論波形に対応する膜厚を前記一の測定点における膜厚とし、当該膜厚と前記実測波形とから前記光学定数の値を算出し当該光学定数の算出値を記憶装置に格納する光学定数算出部と、
を備え、
前記第１の理論波形取得部は、前記光学定数の算出値が算出された後は、前記理論波形として、前記光学定数の算出値を用いて算出された理論波形を取得することを特徴とする膜厚計算装置。
【請求項７】
測定対象物に光を照射し、前記測定対象物の測定点の反射光を分光して得られる分光データの実測波形を取得する実測波形取得部と、
前記測定点の膜厚としてとり得る膜厚範囲内の複数の膜厚それぞれに対応し、前記測定点から得られると想定される分光データの理論波形を取得する第２の理論波形取得部と、
複数の前記理論波形のうち前記実測波形との乖離が最小となる理論波形を特定し、当該理論波形に対応する膜厚を前記実測波形に対応する測定点における膜厚とする膜厚特定部と、
を備え、
前記第２の理論波形取得部は、膜厚検出対象の測定点から所定距離の範囲内に膜厚を計算済みの測定点が存在するときには前記膜厚範囲よりも狭い所定範囲内にある膜厚のみに対応する理論波形を取得することを特徴とする膜厚計算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜厚計算方法、膜厚計算プログラム及び膜厚計算装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、膜厚を測定する方法として、イメージング分光器を用いて分光測定を行い、光干渉法を利用して膜厚を算出する方法が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３参照。）。係る方法では、測定対象の膜に光を照射しその反射光を分光して、波長成分毎の反射スペクトルの実測波形と、膜の厚みが所定値である場合の理論上の反射スペクトルの理論波形とを順に比較して類似度を求め、類似度が最も高い理論波形の膜厚を、測定対象の膜の膜厚とするようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３１４６１２号公報
【特許文献２】特開２０１２−１８９４０６号公報
【特許文献３】特開平１１−１６００２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、理論波形を計算するための光学定数は、測定対象物から光学定数を直接測定するためには、エリプソメータ等の測定装置が必要であることから、実際には直接測定は行わず、光学定数の値として文献に記載された光学定数値が用いられることが多い。例えば、特許文献３では、理論波形と実測波形とに乖離があっても類似度の高い波形により膜厚を算出しており文献上の光学定数値は正しいという前提で膜厚を算出している。また、理論波形は測定系の誤差や測定対象物自体の物性的変動要因、例えば、表裏面の微細凹凸形状に起因する光散乱状態、物質内部での光の散乱・吸収の度合い等を考慮して計算されるものではないため、文献上の光学定数値を用いて算出された理論波形と実測波形とは一致しないことが多い。
【０００５】
膜厚の計算精度として膜厚値の１％程度の誤差が許容されている場合には、この光学定数の誤差は許容されることが多いが、高い測定精度が要求される場合には、光学定数の誤差が測定精度に与える影響は大きい。
また、理論波形と実測波形との類似度を検出する方法にあっては、想定される膜厚範囲の全てについて比較を行っている。そのため、膜厚の測定点が多数ある場合には、測定点毎に膜厚範囲全てについて比較を行うことになり、測定点数が増えることによって、その計算時間は測定点数倍に増加することになって、膜厚計算に要する時間が長いという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記未解決の問題に着目してなされたものであり、より高精度な膜厚を得ることができ且つ膜厚計算に要する所要時間をより短縮することの可能な膜厚計算方法、膜厚計算プログラム及び膜厚計算装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、測定対象物に光を照射し、測定対象物の測定点の反射光を分光して得られる分光データの実測波形を取得するステップと、測定点の膜厚としてとり得る膜厚範囲内の複数の膜厚それぞれに対応し、所定の光学定数として文献上の定数値を用いて算出され測定点から得られると想定される分光データの理論波形を取得するステップと、複数の理論波形のうち実測波形との乖離が最小となる理論波形を特定し、理論波形の膜厚を実測波形に対応する測定点における膜厚とするステップと、測定対象物の一の測定点における分光データの実測波形との乖離が最小であるとして特定された理論波形に対応する膜厚を一の測定点における膜厚とし、膜厚と実測波形とから光学定数の値を算出し光学定数の算出値を記憶装置に格納するステップと、を備え、理論波形を取得するステップでは、光学定数の算出値が算出された後は、理論波形として、光学定数の算出値を用いて算出された理論波形を取得する、膜厚計算方法が提供される。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、測定対象物に光を照射し、測定対象物の測定点の反射光を分光して得られる分光データの実測波形を取得するステップと、測定点の膜厚としてとり得る膜厚範囲内の複数の膜厚それぞれに対応し、測定点から得られると想定される分光データの理論波形を取得するステップと、複数の理論波形のうち実測波形との乖離が最小となる理論波形を特定し、理論波形に対応する膜厚を実測波形に対応する測定点における膜厚とするステップと、を備え、理論波形を取得するステップでは、膜厚検出対象の測定点から所定距離の範囲内に膜厚を計算済みの測定点が存在するときには膜厚範囲よりも狭い所定範囲内にある膜厚のみに対応する理論波形を取得する、膜厚計算方法が提供される。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、測定対象物に光を照射し、測定対象物の測定点の反射光を分光して得られる分光データの実測波形を取得するステップと、測定点の膜厚としてとり得る膜厚範囲内の複数の膜厚それぞれに対応し、所定の光学定数として文献上の定数値を用いて算出され測定点から得られると想定される分光データの理論波形を取得するステップと、複数の理論波形のうち実測波形との乖離が最小となる理論波形を特定し、当該理論波形の膜厚を実測波形に対応する測定点における膜厚とするステップと、測定対象物の一の測定点における分光データの実測波形との乖離が最小であるとして特定された理論波形に対応する膜厚を一の測定点における膜厚とし、当該膜厚と実測波形とから光学定数の値を算出し当該光学定数の算出値を記憶装置に格納するステップと、をコンピュータに実行させ、理論波形を取得するステップでは、光学定数の算出値が算出された後は、理論波形として、光学定数の算出値を用いて算出された理論波形を取得する、膜厚計算プログラムが提供される。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、測定対象物に光を照射し、測定対象物の測定点の反射光を分光して得られる分光データの実測波形を取得するステップと、測定点の膜厚としてとり得る膜厚範囲内の複数の膜厚それぞれに対応し、測定点から得られると想定される分光データの理論波形を取得するステップと、複数の理論波形のうち実測波形との乖離が最小となる理論波形を特定し、当該理論波形に対応する膜厚を実測波形に対応する測定点における膜厚とするステップと、をコンピュータに実行させ、理論波形を取得するステップでは、膜厚検出対象の測定点から所定距離の範囲内に膜厚を計算済みの測定点が存在するときには膜厚範囲よりも狭い所定範囲内にある膜厚のみに対応する理論波形を取得する、膜厚計算プログラムが提供される。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、測定対象物に光を照射し、測定対象物の測定点の反射光を分光して得られる分光データの実測波形を取得する実測波形取得部と、測定点の膜厚としてとり得る膜厚範囲内の複数の膜厚それぞれに対応し、所定の光学定数として文献上の定数値を用いて算出され測定点から得られると想定される分光データの理論波形を取得する第１の理論波形取得部と、複数の理論波形のうち実測波形との乖離が最小となる理論波形を特定し、当該理論波形の膜厚を実測波形に対応する測定点における膜厚とする膜厚特定部と、測定対象物の一の測定点における分光データの実測波形との乖離が最小であるとして特定された理論波形に対応する膜厚を一の測定点における膜厚とし、当該膜厚と実測波形とから光学定数の値を算出し当該光学定数の算出値を記憶装置に格納する光学定数算出部と、を備え、第１の理論波形取得部は、光学定数の算出値が算出された後は、理論波形として、光学定数の算出値を用いて算出された理論波形を取得する、膜厚計算装置が提供される。
【００１２】
本発明の他の態様によれば、測定対象物に光を照射し、測定対象物の測定点の反射光を分光して得られる分光データの実測波形を取得する実測波形取得部と、測定点の膜厚としてとり得る膜厚範囲内の複数の膜厚それぞれに対応し、測定点から得られると想定される分光データの理論波形を取得する第２の理論波形取得部と、複数の理論波形のうち実測波形との乖離が最小となる理論波形を特定し、当該理論波形に対応する膜厚を実測波形に対応する測定点における膜厚とする膜厚特定部と、を備え、第２の理論波形取得部は、膜厚検出対象の測定点から所定距離の範囲内に膜厚を計算済みの測定点が存在するときには膜厚範囲よりも狭い所定範囲内にある膜厚のみに対応する理論波形を取得する、膜厚計算装置が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様によれば、より高精度な膜厚を得ることができ且つ膜厚計算に要する所要時間をより短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る膜厚計算装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】実測波形及び理論波形の一例である。
【図３】波長と屈折率ｎ′との対応を表す特性図である。
【図４】波長と消衰係数ｋ′との対応を表す特性図である。
【図５】光学定数補正時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】膜厚計算時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図７】第二実施形態における、膜厚計算時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
なお、以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかである。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１６】
まず、本発明の第一実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる膜厚計算方法を適用した膜厚計算装置の概略構成を示す構成図である。
膜厚計算装置１は、例えば、図１に示すように、測定対象物の測定を行って実測波形を取得する膜厚測定系１ａと、膜厚演算系１ｂとを備える。
【００１７】
膜厚測定系１ａとしては、例えば、特許文献１に記載された公知の膜厚測定装置の膜厚測定系を適用することができる。膜厚測定系１ａは、図１に示すように、測定対象物移動装置２と、線状光源３と、干渉光集光光学系４と、イメージング分光器５と、画像メモリ装置６と、スペクトル解析装置７と、を備える。これら各部の動作は、特許文献１において同一符号が付与された各部の動作と同様である。
【００１８】
すなわち、線状光源３は、ハロゲンランプからの光をファイバにより線状にし、測定対象物の１ライン上を均一に照射する。干渉光集光光学系４及びイメージング分光器５は、線状光源３により照射された光が測定対象物の表面で反射したときの正反射方向に配置される。測定対象物移動装置２はこれらの光学系の測定条件を変化させないように保持したまま測定対象物を移動させる。測定対象物の膜厚を二次元的に測定するときには測定対象物を、測定対象面内において上記ラインと垂直な方向に移動させる。イメージング分光器５は測定対象物による反射光を分光し、分光データを画像データとして出力する。分光データは画像メモリ装置６に送られて格納される。スペクトル解析装置７は画像メモリ装置６に格納された分光データに対してスペクトル解析を行い、分光スペクトルデータからなる実測データは膜厚演算系１ｂの記憶装置９に格納される。
【００１９】
膜厚演算系１ｂは、膜厚計算を行い、結果を図示しない表示装置に表示する膜厚演算部８と実測データまた光学定数等が格納される記憶装置９と、を備える。
膜厚演算部８は例えば、パーソナルコンピュータを含んで構成され、測定対象の膜に光を照射し、測定対象の膜上のある測定点における反射スペクトルの実測波形と、膜の厚みが所定値である場合の複数の反射スペクトルの理論波形とを順に比較し、両者の乖離が最も小さい理論波形の膜厚を、測定対象の膜の膜厚として設定する。膜厚演算部８は、膜厚を計算する際に、反射スペクトルの実測波形を取得するための光学系の特性に則するように理論波形を設定する。理論波形は、膜厚毎に算出され、屈折率、消衰係数の組合せからなる光学定数に基づき算出される。
【００２０】
まず、理論波形の補正方法を説明する。
典型的な反射スペクトルの理論波形と実測波形の一例を図２に示す。
図２において、実線で示す特性線Ｌ１は実測波形を示し、破線で示す特性線Ｌ２は実測波形と最も乖離が小さい理論波形を示す。
実測波形と理論波形とは、一般に、図２に示すように必ずしも一致せず、膜厚計算では、様々な手法で実測波形と理論波形とを比較し、乖離が最も小さいと予測される理論波形を検索し、その膜厚を測定対象の膜厚の計算結果としている。
【００２１】
ここで、測定対象物の任意の一の測定点において実測された分光スペクトル、つまり実測波形をＲ（λ）、波長毎の屈折率と消衰係数の初期値をそれぞれｎ（λ）、ｋ（λ）、屈折率の初期値ｎ（λ）と消衰係数の初期値ｋ（λ）とを用いて算出された、実測波形との乖離が最も小さい理論波形の膜厚をＤ、膜厚Ｄのときの理論波形をＲＤ（λ）とする。実測波形Ｒ（λ）と理論波形ＲＤ（λ）との間には、図２に示すように反射率方向の乖離と波長方向の乖離とが存在する。文献上既知で正しいとされる光学定数を使用してもこのような乖離が生じるのは、先にも説明した測定系の誤差や測定対象物自体の物性的変動要因によるものである。波長方向の乖離は屈折率に主に関与し、反射率方向の乖離は主に消衰係数に関与している。測定系の誤差として考えられる項目としては分光系の校正精度の不足があげられるが、この精度不足は、波長方向の乖離を生じさせる。また、表裏面の微細凹凸形状に起因する光散乱現象や物質内部での光の散乱・吸収の発生などの物性的変動要因は主に反射率方向の乖離を生じさせることになる。すなわち、測定系や測定対象物自体の実態に則した光学定数を使用することで実測波形と理論波形との乖離を最小化することが考えられる。
【００２２】
このような目的から、膜厚演算部８では、波長方向の乖離と反射率方向の乖離とが小さくなるように屈折率と消衰係数とを補正する。
まず、実測波形と理論波形との間のピーク（極大値）及びボトム（極小値）について波長方向のずれを補正する。具体的には波長方向の乖離に関与する屈折率ｎ（λ）を補正する。
【００２３】
図２において、実測波形と理論波形との各ピーク及びボトムの波長を波長が小さい方から順に、λ１、λ２、λ３、…とする。膜厚Ｄのときに、各波長λ１、λ２、…において、実測波形の各波長λ１、λ２、…における反射率を発生させ得る屈折率ｎ（λ１）、ｎ（λ２）、ｎ（λ３）、…を順次算出する。
そして、求めた屈折率ｎ（λ１）、ｎ（λ２）、ｎ（λ３）、…と、波長λとの関係を多項式で近似し、新たな屈折率ｎ′（λ）を算出する。
【００２４】
ここで、膜厚Ｄと、波長λとから屈折率ｎ（λ）を算出する場合、ピークの屈折率ｎ（λ）は次式（１）に示す関係式から演算し、ボトムの屈折率ｎ（λ）は次式（２）に示す関係式から演算する。
２ｍ×λ／２＝２×ｎ×Ｄ×ｃｏｓθ      ……（１）
（２ｍ＋１）×λ／２＝２×ｎ×Ｄ×ｃｏｓθ      ……（２）
式（１）、（２）中の、ｍは整数であり２ｍは偶数、（２ｍ＋１）は奇数を表す。θは、反射スペクトルを得るために測定対象の膜に照射した光の、膜への入射角である。
【００２５】
全てのピーク及びボトムの波長について、(１)及び（２）式から求めた屈折率ｎ（λ）をプロットしたものが図３に示すグラフである。このプロットされた複数の屈折率ｎ（λ）について多項式近似を行い、新たな屈折率ｎ′（λ）を表す関数式を演算する。
次に、実測波形と理論波形のピーク及びボトムについて反射率のずれを補正する。具体的には、反射率方向の乖離に関与する消衰係数ｋ（λ）を補正する。
【００２６】
各ピーク及びボトムの各波長における反射率を、波長が小さい方から順に、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３…、とする。膜厚Ｄのときに、各波長λ１、λ２、…において、実測波形の各波長λ１、λ２、…における反射率を発生させ得る消衰係数ｋ（λ１）、ｋ（λ２）、ｋ（λ３）、…を順次算出する。そして、求めた消衰係数ｋ（λ１）、ｋ（λ２）、ｋ（λ３）、と波長λとの関係を多項式で近似し、新たな消衰係数ｋ′（λ）を演算する。
【００２７】
ここで、膜厚Ｄと、波長λとから消衰係数ｋ（λ）を算出する場合、消衰係数ｋ（λ）は次式（３）に示す関係式から演算する。
Ｉ＝Ｉ０×ｅｘｐ（−αＺ）
α＝４π×ｋ／λ
……（３）
（３）式中のＩは測定対象の膜からの反射光の強度である。Ｉ０は測定対象の膜に入射された光の強度、αは吸収係数、式中のｋは消衰係数、Ｚは測定対象物である膜において光が侵入した深さを表す。ここでは、光が侵入した深さＺを測定対象物の厚さＤとする。
【００２８】
全てのピーク及びボトムの波長について、（３）式から求めた消衰係数ｋ（λ）をプロットしたものが図４に示すグラフである。このプロットされた複数の消衰係数ｋ（λ）について多項式近似を行い、新たな消衰係数ｋ′（λ）を表す関数式を演算する。
このようにして実測波形によって補正した光学定数ｎ′（λ）及びｋ′（λ）は、測定対象物の一の測定点における分光データの実測波形との乖離が最小であるとして特定された理論波形の膜厚を一の測定点における膜厚とみなし、この膜厚と実測波形とから屈折率及び消衰係数の値を算出したものである。このようにして算出した屈折率ｎ′（λ）及び消衰係数ｋ′（λ）、つまり補正後の屈折率及び消衰係数を、理論波形の算出に用いる新たな屈折率及び消衰係数とし、この新たな屈折率ｎ′（λ）及び消衰係数ｋ′（λ）を用いた理論波形を利用して、各測定点について膜厚の計算を行う。なお、光学定数の補正に用いた一の測定点を除く各測定点について膜厚計算を行ってもよく、また、一の測定点を含めて全ての測定点について光学定数ｎ′（λ）及びｋ′（λ）を用いて膜厚計算を行ってもよい。
【００２９】
このように、屈折率及び消衰係数として補正した屈折率ｎ′及び消衰係数ｋ′を用いて、膜厚の異なる複数の理論波形を演算する。そして、測定点毎に、この測定点における反射スペクトルの実測波形と、補正した光学定数ｎ′（λ）及びｋ′（λ）を用いて演算した膜厚の異なる複数の理論波形とを比較し、両者の乖離が最も小さい理論波形の膜厚を、この測定点における膜厚として特定する。
【００３０】
ここで、実際に測定した測定系により得られる実測波形を生じさせる屈折率や消衰係数等の光学定数の値は、測定系に起因する誤差等により、必ずしも文献等に記載された光学定数の値とは一致しない。そのため、同一の膜厚Ｄである場合であっても、理論波形と実測波形とに乖離が生じる可能性があり、理論波形を利用して計算された膜厚は誤差を含むことになる。
【００３１】
しかしながら、膜厚演算部８では、測定対象物の任意の一つの測定点における実測波形とこの実測波形との乖離が最も小さい理論波形に対応する膜厚を実測波形の膜厚とし、理論波形を演算する場合とは逆に、実測波形の膜厚と実測波形とから光学定数を逆算し、算出した光学定数の計算値つまり補正後の屈折率ｎ′（λ）及び消衰係数ｋ′（λ）を用いて理論波形を演算する。そして、この光学定数の計算値を用いて演算された補正後の理論波形を用いて、任意の一つの測定点を除く他の測定点の膜厚を検出している。
【００３２】
光学定数の計算値を用いて演算された理論波形は、測定系の誤差等に起因する理論波形と実測波形との乖離が低減されるように補正された信号である。そのため、この光学定数の計算値を用いて演算された補正後の理論波形を用いて測定点の膜厚を検出することによって、測定系の誤差等による影響が低減され、膜厚検出をより高精度に行うことができる。また、エリプソメータ等の測定装置を別途設けることなく容易に実現することができるため、コストの増加を伴うことなく、膜厚検出に要する処理時間を短縮することができる。
【００３３】
なお、膜厚の異なる複数の理論波形の中から実測波形との乖離が最も少ない理論波形を選択する際の検出方法は制限されるものではなく、膜厚の異なる複数の理論波形の中から、実測波形との乖離が最も小さい理論波形を選択することができれば、どのような方法であっても適用することができる。膜厚の異なる複数の理論波形の中から実測波形との乖離が最も少ない理論波形を検出する方法としては、例えば、類似度を表す相関係数を求め、類似度が最大となる理論波形を、実測波形との乖離が最も小さい理論波形として選択する方法等が挙げられる。相関係数は、例えば、（ａ）測定された各波長における実測波形と理論波形の差分を全波長範囲で積算すること、（ｂ）測定された各波長における実測波形と理論波形の差分の平方を全波長範囲で積算すること、（ｃ）測定された各波長における実測波形と理論波形の積を全波長範囲で積算すること、等により求めることができる。
また、光学定数の補正は、例えば、膜厚計算装置を導入した時点等、少なくとも初期設定時に一度実行すればよい。なお、光学定数の補正は、初期設定時に限るものではなく、例えば、実測波形と理論波形との乖離が大きいときに行うようにしてもよく、例えば、定期的、或いは膜厚計算装置起動時、等、任意のタイミングで実行してもよい。
【００３４】
次に、上記第一実施形態の動作を説明する。
図５は、膜厚演算部８において実行される、光学定数を補正する際の処理手順の一例を示すフローチャートである。図６は、膜厚演算部８において実行される、膜厚計算時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
ここでは、膜厚計算装置１を導入後最初に膜厚計測を行う時点で光学定数の補正を行う場合について説明する。
【００３５】
具体的には、まず、図１に示す膜厚計算装置１を起動し、膜厚測定系１ａによって測定対象物に対して光照射を行い、測定対象物の各測定点について分光反射スペクトルを取得し、実測データを記憶装置９に格納する。なお、記憶装置９には、予め測定対象物の実測データを取得する際の膜厚測定系１ａの文献上の屈折率ｎ及び消衰係数ｋ、等の光学定数や、この光学定数の補正に必要な各種情報が格納されている。
【００３６】
このようにして、実測データが取得されたならば、膜厚演算部８では、図５に示すように、測定対象物上の任意の測定点を補正用測定点とし、この補正用測定点の実測データを読み込み（ステップＳ１）、この実測データから得られる実測波形に対して膜厚演算を行う（ステップＳ２）。すなわち、実測波形と、記憶装置９に格納されている光学定数に基づき演算される理論波形とを膜厚を変化させて比較し、最も乖離が少ない理論波形を特定する。理論波形の膜厚は、測定対象物がとり得る膜厚として想定される範囲で変化させればよい。
【００３７】
続いて、特定した理論波形と実測波形とに基づき、前記（１）及び（２）式を利用して、新たな屈折率ｎ′（λ）を算出し（ステップＳ３）、さらに、前記（３）式を利用して、新たな消衰係数ｋ′（λ）を算出する（ステップＳ４）。
そして、新たに算出した屈折率ｎ′（λ）及び消衰係数ｋ′（λ）を、この膜厚計算装置１における屈折率及び消衰係数の補正として、記憶装置９に更新記憶する（ステップＳ５）。以上により光学定数の補正処理が終了する。
【００３８】
次に、測定対象物の、補正用測定点を除く他の測定点について膜厚を計算する。
膜厚演算部８では、図６に示すように、まず、記憶装置９に格納されている、補正用測定点を除く他の測定点に対応する実測データを読み込む（ステップＳ１１）。
続いて、記憶装置９に格納されている、屈折率ｎ′（λ）及び消衰係数ｋ′（λ）を読み込む（ステップＳ１２）。
【００３９】
そして、取得した屈折率ｎ′（λ）及び消衰係数ｋ′（λ）に基づく理論波形を利用して実測波形の膜厚を特定する（ステップＳ１３）。すなわち、膜厚を順次変化させて理論波形と実測波形とを比較し、実測波形との乖離が最も小さい理論波形を特定し、その膜厚を実測波形の膜厚として特定する。そして、ステップＳ１１で取得した測定点の膜厚と、ステップＳ２で計算した補正用測定点の膜厚とを測定結果として図示しない表示装置に表示する。理論波形の膜厚は、測定対象物がとり得る膜厚として想定される範囲で変化させればよい。
【００４０】
以上により、測定対象物の各測定点の膜厚が取得される。
なお、膜厚演算部８で実行される図５のステップＳ１の処理が、特許請求の範囲に記載の、実測波形取得部に対応し、ステップＳ２の処理において、記憶装置９に格納されている光学定数に基づき理論波形を演算する処理及び図６のステップＳ１２、Ｓ１３の処理が理論波形取得部に対応し、ステップＳ２の処理において、最も乖離が少ない理論波形を特定する処理が膜厚特定部に対応し、ステップＳ５の処理が光学定数算出部に対応している。
【００４１】
また、図５に示す光学定数の補正処理において、膜厚計算装置１を導入した時点等、光学定数の補正処理において引き続き測定対象物全体の膜厚の計算を行う必要がない場合には、測定対象物の全ての測定点の実測データを取得する必要はなく、測定対象物の任意の一つの測定点である補正用測定点についてのみ実測データを取得するようにしてもよい。なお、測定対象物として素材の異なる対象物の膜厚を測定する場合、つまり、光学定数として、補正を行った光学定数とは異なる光学定数を有する対象物について膜厚を測定する場合には、再度光学定数の補正を行えばよい。
【００４２】
また、上記実施形態においては、一の補正用測定点の実測波形と、理論波形とに基づいて光学定数を更新する場合について説明したがこれに限るものではない。例えば、複数の測定点において、測定点に対応する実測波形と、この実測波形との乖離が最小となる理論波形として特定された理論波形との差がより小さくなるように、光学定数を補正するようにしてもよい。つまり、一つの補正用測定点について実測波形と理論波形とが一致するように光学定数を補正するのではなく複数の測定点について実測波形と理論波形とが一致するように光学定数を補正するようにしてもよい。このようにすることによって、より高精度に光学定数を補正することができる。
【００４３】
複数の測定点について実測波形と理論波形とが一致するように光学定数を補正する方法としては、例えば、複数の測定点の反射スペクトルを先に平均して得られる平均反射スペクトルを用いて、前述した方法を使用する方法、あるいは、複数の測定点の反射スペクトルから前述した方法を使用して各点の屈折率ｎ′（λ）及び消衰係数ｋ′（λ）を求め、より多くの点での光学定数近似式から平均化などの演算処理する方法などが挙げられる。
【００４４】
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
この第二実施形態は、第一実施形態において、膜厚を計算する際の処理手順が異なること以外は同様であるので、同一部には同一符号を付与しその詳細な説明は省略する。
図７は、第二実施形態における膜厚検出処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【００４５】
第二実施形態における膜厚検出処理では、膜厚演算部８では、ステップＳ１１で測定点毎の実測データを読み込む前に、まず、ステップＳ１０の処理で、膜厚の比較範囲を規定する膜厚範囲情報を読み込む。
この膜厚範囲情報は、実測波形と比較する理論波形の膜厚を変化させる範囲を規定する情報である。例えば、膜厚計算を行うときに、利用者が図示しない入力装置を操作することによって膜厚範囲情報を入力すること、或いは、予め記憶装置９に膜厚範囲情報として記憶しておくこと、等により設定される。
【００４６】
続いて、ステップＳ１１に移行して各測定点の実測データを読み込んだ後、ステップＳ１２に移行し、記憶装置９に格納した光学定数を読み込み、ステップＳ１３ａに移行して、実測波形と理論波形とを比較して膜厚検出を行う。
このとき、ステップＳ１３ａで膜厚検出を行う際には、膜厚検出対象の測定点の周囲の測定点のうち膜厚の検出が終了している測定点の膜厚を基準にして、ステップＳ１０で指定された膜厚範囲についてのみ、理論波形の膜厚を変化させ、膜厚範囲で規定される膜厚の中から実測波形の膜厚を特定する（特許請求の範囲に記載の第２の理論波形取得部に対応）。
【００４７】
例えば、測定対象物の測定点がｎ×ｍに配列されている場合には、同一行に位置する測定点のうち一つ前に膜厚の測定を行った測定点の膜厚を基準として、±αの範囲で理論波形の膜厚を変化させる。つまり、測定対象物はある程度の範囲で膜厚が変化すると想定される。そのため、補正用測定点の膜厚計算を行うときには、理論波形の膜厚を、測定対象物がとり得る膜厚として想定される範囲で変化させている。ここで、測定対象物の測定点に着目すると、隣り合う測定点の膜厚はある程度の差分の範囲で増減し、特に測定対象物が水晶ウェハである場合等、測定対象物の表面が平坦であるか否かを判断するために膜厚を測定するような場合には、本来膜厚が一定であるはずであるから、隣り合う測定点の膜厚の差は、測定対象物がとり得る膜厚として想定される範囲よりもさらに小さい範囲内に収まると予測される。そのため、膜厚を計算済みの測定点の隣に位置する測定点についてその膜厚を検出するときには、膜厚を計算済みの測定点の膜厚を基準として±αの範囲で理論波形の膜厚を変化させる。±αの範囲幅は、測定対象物がとり得る膜厚として想定される範囲よりも狭い範囲幅である。
【００４８】
このように、理論波形の膜厚を変化させる範囲を制限することによって、その分、比較処理に要する所要時間を短縮することができる。その結果、膜厚検出に要する処理時間を短縮することができる。
例えば、測定対象物の膜厚が、最小値Ｄｍｉｎから最大値Ｄｍａｘの範囲で変化すると想定される場合、理論波形の膜厚を最小値Ｄｍｉｎから最大値Ｄｍａｘの範囲で変化させて、実測波形の膜厚を計算する場合、「Ｄｍｉｎ＝１０００ｎｍ、Ｄｍａｘ＝３０００ｎｍ」とすると、実測波形と理論波形との比較回数は、「２０００回」となる。これに対し、計算済みの膜厚の±αの範囲で膜厚を変化させる場合、「α＝２０ｎｍ」とすると、実測波形と理論波形との比較回数は、「４０回」となり、比較回数は「１／５０」に低減されることになる。これらの例は、いずれの場合も、膜厚を１ｎｍ毎に変化させた例である。
【００４９】
なお、同一行に位置する測定点のうち最初に膜厚の測定が行われる測定点、つまり端部に位置する測定点、又は最初に膜厚測定を行う測定点等、膜厚を計算済みの測定点が存在しない場合には、測定対象物がとり得る膜厚として想定される膜厚の範囲で膜厚を変化させればよい。また、例えば、その前の行に位置する隣り合う測定点の膜厚を計算済みの場合には、この測定点の膜厚を基準にして膜厚を変化させるようにしてもよい。
【００５０】
また、膜厚を計算済みの測定点は、膜厚検出対象の測定点の隣の測定点に限るものではなく、膜厚検出対象の測定点の近傍の測定点であってもよい。
また、上記第二実施形態においては、理論波形と実測波形とに基づき光学定数の更新を行い、この更新した光学定数を用いた理論波形を利用して膜厚計算を行う場合に、理論波形の膜厚を変化させる範囲を制限するようにした場合について説明したがこれに限るものではない。膜厚を変化させた理論波形と実測波形とを比較し両者の乖離が最も小さい理論波形の膜厚を実測波形の膜厚として特定するようにした膜厚計算方法であれば適用することができ、上記第二実施形態と同等の作用効果を得ることができる。
【００５１】
なお、上記各実施形態において、理論波形は、膜厚毎に、波形データを所定の記憶領域に記憶するようにしておいてもよく、また、理論波形を表す関数を記憶しておき、膜厚を指定することによって、その都度演算を行って理論波形を表す波形データを演算するようにしてもよい。
また、上記各実施形態においては、記憶装置９に格納された、膜厚測定系１ａにより測定された実測データを用いて、測定対象物の膜厚を計算する場合について説明したがこれに限るものではない。例えば、他の膜厚検出装置の膜厚測定系によって測定し記憶装置に格納された実測データを、膜厚演算部８で読み込み、膜厚を計算するようにすることも可能である。
【００５２】
なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画され得る。
【符号の説明】
【００５３】
１  膜厚計算装置
１ａ  膜厚測定系
１ｂ  膜厚演算系
２  測定対象物移動装置
３  線状光源
４  干渉光集光光学系
５  イメージング分光器
６  画像メモリ装置
７  スペクトル解析装置
８  膜厚演算部
９  記憶装置
【図１】
2019020419.tif 000003
【図２】
2019020419.tif 000004
【図３】
2019020419.tif 000005
【図４】
2019020419.tif 000006
【図５】
2019020419.tif 000007
【図６】
2019020419.tif 000008
【図７】
2019020419.tif 000009