(57)【要約】【課題】反射干渉光の波形データのピーク位置を用いることなく正確に膜厚を測定す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。【解決手段】本発明の一実施形態に係る膜厚測定装置は、薄膜の表面反射光と裏面反射光との光路差により生じる反射干渉光の波形データにもとづいて薄膜の膜厚を測定する膜厚測定装置であって、薄膜の反射干渉光の波形データを生成する波形データ生成部６１と、波形データのうちの所定の山部の波形データをテンプレートとして用いて波形データに対する正規化相関演算を行い正規化相関値の分布を求める正規化相関値算出部６４と、正規化相関値の分布にもとづいて薄膜の膜厚を算出する膜厚算出部６５と、を備えたものである。【選択図】  図２
2013253803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜の表面反射光と裏面反射光との光路差により生じる反射干渉光の波形データにもとづいて前記薄膜の膜厚を測定する膜厚測定装置であって、
前記薄膜の前記反射干渉光の波形データを生成する波形データ生成部と、
前記波形データのうちの所定の山部の波形データをテンプレートとして用いて前記波形データに対する正規化相関演算を行い正規化相関値の分布を求める正規化相関値算出部と、
前記正規化相関値の分布にもとづいて前記薄膜の膜厚を算出する膜厚算出部と、
を備えた膜厚測定装置。
【請求項２】
前記波形データ生成部は、
前記反射干渉光の波長分布を生成し、
前記正規化相関値算出部は、
前記波長分布のうちの所定の山部の波形データを前記テンプレートとして用いて前記波長分布に対する正規化相関演算を行い、前記テンプレートとの正規化相関値の波長分布を求め、
前記膜厚算出部は、
前記正規化相関値の波長分布にもとづいて前記薄膜の膜厚を算出する、
請求項１記載の膜厚測定装置。
【請求項３】
前記正規化相関値算出部は、
前記テンプレートを用いて前記波長分布に対する正規化相関演算を行うにあたり、マッチング対象の波長の長短に応じて前記テンプレートの形状を波長方向に伸縮させる、
請求項２記載の膜厚測定装置。
【請求項４】
前記波形データ生成部は、
前記反射干渉光の波長分布にもとづいて前記反射干渉光の波数分布を生成し、
前記正規化相関値算出部は、
前記波数分布のうちの所定の山部の波形データを前記テンプレートとして用いて前記波数分布に対する正規化相関演算を行い、前記テンプレートとの正規化相関値の波数分布を求め、
前記膜厚算出部は、
前記正規化相関値の波数分布にもとづいて前記薄膜の膜厚を算出する、
請求項１記載の膜厚測定装置。
【請求項５】
照明光量がゼロの場合の前記反射干渉光を受光する光学系の暗時出力データと、標準試料に対して複数種の照明光量を照射した場合の各照明光量に対応する標準反射光データのうち最も前記波形データとの差が小さい標準反射光データと、を用いて前記波形データを補正する補正部、
をさらに備え、
前記正規化相関値算出部は、
前記補正部による補正後の波形データのうちの所定の山部の波形データをテンプレートとして用いて前記補正後の波形データに対する正規化相関演算を行い正規化相関値の分布を求める、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の膜厚測定装置。
【請求項６】
薄膜の表面反射光と裏面反射光との光路差により生じる反射干渉光の波形データにもとづいて前記薄膜の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、
前記薄膜の前記反射干渉光の波形データを生成するステップと、
前記波形データのうちの所定の山部の波形データをテンプレートとして用いて前記波形データに対する正規化相関演算を行い正規化相関値の分布を求めるステップと、
前記正規化相関値の分布のピーク位置にもとづいて前記薄膜の膜厚を算出するステップと、
を有する膜厚測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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。
【背景技術】
【０００２】
薄膜の膜厚の測定方法の１つに、薄膜の表面反射光と裏面反射光との光路差により生じる反射干渉光を利用する方法がある。この方法では、反射干渉光の波形データ（波長分布や波数分布）のピーク位置にもとづいて膜厚を求める。波形データのピーク位置を求める方法には、従来、フーリエ変換を用いる方法、カーブフィッティング法や、ピークバレー法などがある。これらの従来の方法では、波形データのピーク位置をより正確に求めることにより、薄膜の膜厚をより正確に求めることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１２４５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、実際に得られる波形データは、単純な正弦（余弦）波形ではないとともに、光学系に起因する様々なノイズの影響を受けてピークの先端形状が綺麗な曲線でない場合が多い。この場合、従来の波形データのピーク位置を求める方法では、正確なピーク位置を求めることが難しい。
【０００５】
たとえば、フーリエ変換を用いる方法では、波形データの１つのピーク形状に対して２つのピークが得られてしまう場合がある。また、単純な正弦波ではない波形データに対してカーブフィッティング法を適用することは難しい。また、ピークの先端のデータにバラつきがあるなどして綺麗な曲線ではない場合、ピーク位置を正確に求めることは難しい。特に、ピークの先端付近をスムージング処理してしまうと、誤った位置にピークが生成されてしまう場合がある。
【０００６】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、反射干渉光の波形データのピーク位置を用いることなく正確に膜厚を測定す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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る膜厚測定装置は、上述した課題を解決するために、薄膜の表面反射光と裏面反射光との光路差により生じる反射干渉光の波形データにもとづいて薄膜の膜厚を測定する膜厚測定装置であって、薄膜の反射干渉光の波形データを生成する波形データ生成部と、波形データのうちの所定の山部の波形データをテンプレートとして用いて波形データに対する正規化相関演算を行い正規化相関値の分布を求める正規化相関値算出部と、正規化相関値の分布にもとづいて薄膜の膜厚を算出する膜厚算出部と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る膜厚測定装置および膜厚測定方法によれば、反射干渉光の波形データのピーク位置を用いることなく正確に膜厚を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る膜厚測定装置の一例を示す概略的な全体構成図。
【図２】第１実施形態に係る主制御部のＣＰＵによる機能実現部の構成例を示す概略的なブロック図。
【図３】薄膜の表面反射光と裏面反射光との光路差を説明するための図。
【図４】反射干渉光の波長分布の一例を示す説明図。
【図５】照明光量がゼロの場合の分光部の出力データの一例を示す説明図。
【図６】標準試料に対して複数種の照明光量を照射した場合の各照明光量に対応する標準反射光データの一例を示す説明図。
【図７】反射干渉光の波形データと、複数の照明光量のそれぞれに対応する標準反射光データのうち最も反射干渉光の波形データとの差が小さい標準反射光データと、の関係の一例を示す説明図。
【図８】補正後の波形データの一例を示す説明図。
【図９】マッチング対象の波長の長短に応じてテンプレートの形状を波長方向に伸縮させる処理を説明するための図。
【図１０】テンプレートを用いて補正後の波長分布に対する正規化相関演算を行う際のテンプレートマッチングの様子の一例を示す説明図。
【図１１】正規化相関値の波長分布の一例を示す説明図。
【図１２】第１実施形態に係る主制御部のＣＰＵにより、反射干渉光の波形データのピーク位置を用いることなく正確に膜厚を測定する処理を実行する際の手順の一例を示すフローチャート。
【図１３】図１２のステップＳ２で実行される補正処理の手順の一例を示すサブルーチンフローチャート。
【図１４】第１実施形態に係る主制御部により図１２のステップＳ３で実行される、補正後の波形データに正規化相関法を適用して薄膜の膜厚ｄを算出する手順の一例を示すサブルーチンフローチャート。
【図１５】第２実施形態に係る主制御部のＣＰＵによる機能実現部の構成例を示す概略的なブロック図。
【図１６】補正後の波長分布にもとづいて生成される波数分布の一例を示す説明図。
【図１７】正規化相関値の波数分布の一例を示す説明図。
【図１８】第２実施形態に係る主制御部により図１２のステップＳ３で実行される、補正後の波形データに正規化相関法を適用して薄膜の膜厚ｄを算出する手順の一例を示すサブルーチンフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に係る膜厚測定装置および膜厚測定方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
【００１１】
図１は、本発明の第１実施形態に係る膜厚測定装置１０の一例を示す概略的な全体構成図である。なお、以下の説明では、薄膜の法線方向をＺ軸、薄膜の法線方向に垂直な方向をＸ軸およびＹ軸とする場合の例について示す。
【００１２】
膜厚測定装置１０は、照射光学系１１、受光光学系１２および情報処理装置１３を有する。
【００１３】
照射光学系１１は、光源２０、照射ユニット２１およびビームスプリッタ２２を有する。
【００１４】
光源２０は、ハロゲンランプや広帯域レーザなどにより構成され、所定の波長範囲を有する照射光を出射し、この照明光を光ファイバなどにより構成されるライトガイド２３を介して照射ユニット２１に与える。
【００１５】
照射ユニット２１は、基台３０に載置された被計測体３１に対し、所定の入射角で照射光を照射する。被計測体３１は、基板３２を有するとともに、基板３２の表面には薄膜３３が形成される。
【００１６】
受光光学系１２は、受光ユニット４１および分光部４２を有する。
【００１７】
受光ユニット４１は、薄膜３３の表面の法線を介して照射ユニット２１に対向する位置に配置され、照射ユニット２１により所定の入射角で薄膜３３に照射された光の薄膜３３による反射干渉光を、所定の入射角にほぼ等しい反射角で受光する。
【００１８】
なお、図１に示すように、所定の入射角を０度とする場合は、ビームスプリッタ２２を用いるとよい。このとき、受光ユニット４１は、薄膜３３の表面の法線を介して照射ユニット２１に対向する位置ではなく、たとえば照射ユニット２１および受光ユニット４１の一方がＸ軸に平行に配置され、他方が薄膜３３の法線上に配置される。
【００１９】
図１には、照射ユニット２１がＸ軸に平行に照射光を出射するように配置され、受光ユニット４１が薄膜３３の法線上に配置される場合の例について示した。この場合、照射ユニット２１からＸ軸に平行に出射された照射光は、ビームスプリッタ２２を介してＺ軸に平行に（薄膜３３の法線に平行に）薄膜３３に向かって反射されることにより、入射角０度で薄膜３３に照射される。そして反射干渉光は、反射角０度で（Ｚ軸に平行に）反射されてビームスプリッタ２２を透過し、受光ユニット４１により受光される。
【００２０】
分光部４２は、一般的な分光器により構成され、ライトガイド４３を介して受光ユニット４１により受光された反射干渉光を受け、この反射干渉光を所定の波長間隔で分光して、各波長における反射干渉光の強度の情報を情報処理装置１３に与える。
【００２１】
情報処理装置１３は、たとえばデスクトップ型やノートブック型のパーソナルコンピュータやワークステーションなどにより構成することができる。情報処理装置１３は、入力部５１、表示部５２、記憶部５３および主制御部５４を有する。
【００２２】
入力部５１は、たとえばキーボード、タッチパネル、テンキーなどの一般的な入力装置により構成され、ユーザの操作に対応した操作入力信号を主制御部５４に出力する。表示部５２は、たとえば液晶ディスプレイやＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイなどの一般的な表示出力装置により構成され、主制御部５４の制御に従って各種情報を表示する。記憶部５３は、ＣＰＵにより読み書き可能な記憶媒体であり、各種情報を記憶する。
【００２３】
主制御部５４は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭをはじめとする記憶媒体などにより構成され、この記憶媒体に記憶されたプログラムに従って、膜厚測定装置１０の動作を制御する。
【００２４】
主制御部５４のＣＰＵは、ＲＯＭをはじめとする記憶媒体に記憶された膜厚測定プログラムおよびこのプログラムの実行のために必要なデータをＲＡＭへロードし、このプログラムに従って、反射干渉光の波形データのピーク位置を用いることなく正確に膜厚を測定する処理を実行する。主制御部５４のＲＡＭは、ＣＰＵが実行するプログラムおよびデータを一時的に格納するワークエリアを提供する。主制御部５４のＲＯＭをはじめとする記憶媒体は、情報処理装置１３の起動プログラム、膜厚測定プログラムや、これらのプログラムを実行するために必要な各種データを記憶する。
【００２５】
なお、ＲＯＭをはじめとする記憶媒体は、磁気的もしくは光学的記録媒体または半導体メモリなどの、ＣＰＵにより読み取り可能な記録媒体を含んだ構成を有し、これら記憶媒体内のプログラムおよびデータの一部または全部は電子ネットワークを介してダウンロードされるように構成してもよい。
【００２６】
図２は、第１実施形態に係る主制御部５４のＣＰＵによる機能実現部の構成例を示す概略的なブロック図である。なお、この機能実現部は、ＣＰＵを用いることなく回路などのハードウエアロジックによって構成してもよい。
【００２７】
図２に示すように、主制御部５４のＣＰＵは、膜厚測定プログラムによって、少なくとも波形データ生成部６１、補正部６２、テンプレート抽出部６３、正規化相関値算出部６４および膜厚算出部６５として機能する。この各部６１〜６５は、ＲＡＭの所要のワークエリアをデータの一時的な格納場所として利用する。
【００２８】
波形データ生成部６１は、分光部４２により生成された各波長における反射干渉光の強度の情報にもとづいて、所定の波長間隔ごとのデータからなる反射干渉光の波形データとしての波長分布を生成する。
【００２９】
図３は、薄膜３３の表面反射光と裏面反射光との光路差を説明するための図である。また、図４は、反射干渉光の波長分布の一例を示す説明図である。
【００３０】
照射光が薄膜３３の表面に垂直に入射する場合、薄膜３３の屈折率をｎ、薄膜３３の膜厚をｄとすると、薄膜表面３３ａでの反射光（表面反射光）と薄膜裏面３３ｂでの反射光（裏面反射光）との光路差Ｌは次のように書ける。
L = 2・n・d                                                        （１）
【００３１】
また、図３に示すように照射光が薄膜３３の表面に斜めに入射する場合、薄膜３３内での光路の角度をθとすると光路差Ｌは次のように書ける。
L = 2・n・d・cosθ                                                 （２）
【００３２】
基板３２の屈折率が薄膜３３の屈折率より大きい場合、光路差Ｌと反射干渉光のピーク波長λｍには次の式（３）の関係があることが知られている。
L = m・λm、ただしｍは正整数を表す                                 （３）
【００３３】
したがって、図４に示すように、反射干渉光の波長分布は、各ｍに対応する複数のピークを有する波形となる。なお、基板３２の屈折率が薄膜３３の屈折率より小さい場合には界面反射の際に位相反転が起きるため、式（３）に代えてＬ＝（ｍ＋１／２）・λｍを用いればよい。以下の説明では基板３２の屈折率が薄膜３３の屈折率より大きい場合の例について説明する。
【００３４】
図５は、照明光量がゼロの場合の分光部４２の出力データの一例を示す説明図である。また、図６は、反射光に干渉波形を含まない標準試料に対して複数種の照明光量を照射した場合の各照明光量に対応する標準反射光データの一例を示す説明図である。
【００３５】
補正部６２は、照明光量がゼロの場合の分光部４２（反射干渉光を受光する光学系）の出力データ（以下、暗時出力データまたはダークレベルデータという）を取得する（図５参照）。また、補正部６２は、標準試料に対して複数種の照明光量を照射した場合のそれぞれに対応する複数の標準反射光データを取得する（図６参照）。なお、ダークレベルデータおよび標準反射光データは、あらかじめ記憶部５３に記憶させておくとよい。標準試料としては、反射光に干渉波形を含まないものが好ましく、反射率が被計測体３１に近いものがさらに好ましい。たとえば、基板３２としてガラスを用い、薄膜３３を酸化チタンで形成する場合は、標準試料として薄膜が塗布されていないガラス板などを用いるとよい。
【００３６】
図７は、反射干渉光の波形データと、複数の照明光量のそれぞれに対応する標準反射光データのうち最も反射干渉光の波形データとの差が小さい標準反射光データと、の関係の一例を示す説明図である。
【００３７】
補正部６２は、標準反射光データのうち最も反射干渉光の波形データとの差が小さい標準反射光データ（以下、最適反射光データという）を抽出する。最適反射光データの抽出方法としては、たとえば互いのデータの波長ごとの両者の感度差の絶対値の合計値や二乗誤差の合計値が最も小さい標準反射光データを最適反射光データとする方法などを用いることができる。
【００３８】
図８は、補正後の波形データの一例を示す説明図である。
【００３９】
補正部６２は、ダークレベルデータＤａｒｋ（ｉ）（図５参照）および最適反射光データＢｒｉｇｈｔ（ｉ）（図６および図７参照）を用いて、反射干渉光の波形データＤａｔａ（ｉ）（図４参照）を正規化および補正して補正後の波形データＤａｔａＮｅｗ（ｉ）を求める。
【００４０】
より具体的には、補正部６２は、たとえば次の式（４）を用いて正規化した補正後の波形データＤａｔａＮｅｗ（ｉ）を算出する。
DataNew(i) = [Data(i) - Dark(i)] / [Bright(i) - Dark(i)]          （４）
【００４１】
補正部６２による補正処理により、光学系に起因するノイズを容易に除去することや、分光部４２のダークノイズの低減や波長に対する感度特性を容易に補正することができる。たとえば、図４および図６の２１００ｎｍ弱の付近にみられる小さな落ち込みは、ライトガイド４３を構成する光ファイバの吸収に起因するノイズであるが、この落ち込みは補正後の波形データ（図８参照）において綺麗に解消されていることがわかる。
【００４２】
テンプレート抽出部６３は、補正後の波形データＤａｔａＮｅｗ（ｉ）のうちの所定の山部の波形データを、正規化相関演算に用いるテンプレートとして抽出する。テンプレートとする山は、波形データ中の最もゲインの大きい山や隣接する山とのゲイン差が少ない山などを自動選択してもよいし、ユーザにより入力部５１を介して手動で指定されてもよい。また、自動選択または手動で指定された山のうち、テンプレートとして用いる波形データは、山の両側の変曲点よりもピーク側のデータ（たとえば、山部の変曲点から頂点までの上部２／３のデータなど）とするとよい。
【００４３】
正規化相関値算出部６４は、テンプレート抽出部６３により抽出されたテンプレートを用いて補正後の波形データ（波長分布）に対する正規化相関演算を行い、正規化相関値の分布を求める。
【００４４】
図９は、マッチング対象の波長の長短に応じてテンプレートの形状を波長方向に伸縮させる処理を説明するための図である。
【００４５】
式（３）をλｍ＝Ｌ／ｍと変形できることから、ピーク位置をλｍ、λｍ−１、λｍ−２とすると、λｍ＝Ｌ／ｍ、λｍ−１＝Ｌ／（ｍ−１）、λｍ−２＝Ｌ／（ｍ−２）と書ける。このため、波長分布の長波長側ほど、隣接するピーク位置どうしの間隔が長くなるとともに、各ピークの山の形状がよりブロードになる。したがって、正規化相関値算出部６４は、テンプレートを用いて波長分布に対する正規化相関演算を行うにあたり、マッチング対象の波長の長短に応じてテンプレートの形状を波長方向に伸縮させることが好ましい。
【００４６】
テンプレートの仮ピーク位置をλｔ、テンプレート内の所定の位置の波長をＸｔとし、波長シフトさせたテンプレートの仮ピーク位置をλｓ、波長シフトさせたテンプレート内の所定の位置の波長をＸｓとする。このとき、正規化相関値算出部６４は、次の式（５）を用いてマッチング対象の波長の長短に応じてテンプレートの形状を波長方向に伸縮させる。
Xs = 1 / (1/λs - 1/λt + 1/Xt)                                    （５）
【００４７】
なお、分光部４２の所定の波長間隔ごとのデータがＸｓの位置にない場合には、正規化相関値算出部６４は、前後のデータを用いた補間処理を行ってＸｓの位置のデータを生成する。また、仮ピーク位置としては、テンプレートの中央値または中央値付近の値を用いるとよい。
【００４８】
図１０は、テンプレートを用いて補正後の波長分布に対する正規化相関演算を行う際のテンプレートマッチングの様子の一例を示す説明図である。また、図１１は、正規化相関値の波長分布の一例を示す説明図である。なお、式（５）を用いてテンプレートをシフト先の波長に応じて修正することにより、比較区間もシフト先の波長に応じて変化することに注意する。
【００４９】
正規化相関値算出部６４は、次の式（６）を用いて補正後の波長分布に対する正規化相関演算を行い、テンプレートとの正規化相関値の波長分布（図１１参照）を求める。
【数１】
2013253803.tif 000003
ただし、ｆｓ（λ）は式（５）で波長方向に伸縮させたテンプレートの相対感度、ｆｋ（λ）はマッチング対象の相対感度、ｍは比較区間の演算したデータ数をそれぞれ表す。
【００５０】
なお、正規化相関値を算出する際に、テンプレートを波長シフトさせる波長刻み幅（シフト量）を、反射干渉光の波長分布のピーク付近で縮めることにより、さらに正確な正規化相関値の波長分布のピーク位置を得ることができる。
【００５１】
図１１に示すように、正規化相関値の波長分布は、波形データの各ピークにそれぞれ対応するピークを有する。図１１には、正規化相関値の波長分布がλｍ＝１７９３．８５１ｎｍ、λｍ−１＝１９３２．１２６ｎｍ、λｍ−２＝２０９２．３２５ｎｍの少なくとも３つのピークを有する場合の例について示した。
【００５２】
正規化相関値の波長分布のピーク形状は、反射干渉光の波長分布のピーク形状に比べてはるかに鋭い形状であるとともにピーク付近のデータのバラつきが少ない。したがって、正規化相関値の波長分布のピーク位置は、容易に正確に求めることができる。
【００５３】
正規化相関値の波長分布のピーク位置は、反射干渉光の波長分布の正確なピーク位置とは多少異なる場合があるものの、正規化相関値の波長分布の各ピーク位置λｍ、λｍ−１、λｍ−２は、それぞれＬ／ｍ、Ｌ／（ｍ−１）、Ｌ／（ｍ−２）・・・の位置付近にある。このため、反射干渉光の波長分布の正確なピーク位置を用いずとも、正規化相関値の波長分布の２以上のピーク位置の差分にもとづいて指標ｍおよび光路差Ｌを求めることができる。
【００５４】
膜厚算出部６５は、次の式（７）を用いて、正規化相関値の波長分布の所定のピーク位置（たとえばλｍ）に対応する指標ｍを求める。
m = λm-1／（λm-1 - λm）                                          （７）
【００５５】
たとえば、上記例では、λｍに対応する指標ｍは１３．９７３となる。
【００５６】
膜厚算出部６５は、式（３）にｍおよびλｍを代入して光路差Ｌを求める。上記例では、光路差Ｌは２５．０６５μｍと求まる。
【００５７】
なお、ｍは理想的には整数値であるが、計測誤差が含まれること、および正規化相関値の波長分布のピーク位置が反射干渉光の波長分布の正確なピーク位置とは多少異なる場合があることにより、算出される指標ｍは整数値とならない場合がある。
【００５８】
そして、膜厚算出部６５は、式（１）に屈折率ｎおよび光路差Ｌを代入して膜厚ｄを算出し、その結果を表示部５２に表示する。上記例の薄膜３３の屈折率ｎは１．５２であることが既知であるため、膜厚ｄは８．２４５μｍと求まる。
【００５９】
なお、式（７）は２つのピーク位置を用いる場合の式であるが、３以上のピーク位置から指標ｍを求めてもよい。また、正規化相関値の波長分布の極大・極小値を用いてピークバレー法を適用して膜厚ｄを求めてもよい。たとえば３つのピーク位置を用いて指標ｍを求める場合、隣接するピーク間の波長間隔Δλ１（＝λｍ−１−λｍ）およびΔλ２（＝λｍ−２−λｍ−１）を求め、次式（８）を用いて指標ｍを算出してもよい。
m = 2・Δλ2／(Δλ2 - Δλ1)                                      （８）
【００６０】
次に、第１実施形態に係る膜厚測定装置の動作の一例について説明する。
【００６１】
図１２は、第１実施形態に係る主制御部５４のＣＰＵにより、反射干渉光の波形データのピーク位置を用いることなく正確に膜厚を測定する処理を実行する際の手順の一例を示すフローチャートである。図１２において、Ｓに数字を付した符号は、フローチャートの各ステップを示す。
【００６２】
まず、ステップＳ１において、波形データ生成部６１は、分光部４２により生成された各波長における反射干渉光の強度の情報にもとづいて、反射干渉光の波形データとしての波長分布Ｄａｔａ（ｉ）を生成する。
【００６３】
次に、ステップＳ２において、補正部６２は、暗時出力データＤａｒｋ（ｉ）と、最適反射光データＢｒｉｇｈｔ（ｉ）と、を用いて反射干渉光の波長分布Ｄａｔａ（ｉ）を補正し、補正後の波形データＤａｔａＮｅｗ（ｉ）を算出する。
【００６４】
次に、ステップＳ３において、主制御部５４は、補正後の波形データに正規化相関法を適用して薄膜３３の膜厚ｄを算出する。
【００６５】
以上の手順により、反射干渉光の波形データのピーク位置を用いることなく正確に膜厚を測定することができる。
【００６６】
図１３は、図１２のステップＳ２で実行される補正処理の手順の一例を示すサブルーチンフローチャートである。
【００６７】
ステップＳ２１において、補正部６２は、暗時出力データ（ダークレベルデータ）Ｄａｒｋ（ｉ）を記憶部５３から取得する（図５参照）。
【００６８】
次に、ステップＳ２２において、補正部６２は、複数の標準反射光データを記憶部５３から取得する（図６参照）。
【００６９】
次に、ステップＳ２３において、補正部６２は、複数の標準反射光データから最適反射光データ（最も反射干渉光の波形データとの差が小さい標準反射光データ）Ｂｒｉｇｈｔ（ｉ）を抽出する。
【００７０】
次に、ステップＳ２４において、補正部６２は、暗時出力データＤａｒｋ（ｉ）および最適反射光データＢｒｉｇｈｔ（ｉ）を式（４）に代入して、補正後の波形データＤａｔａＮｅｗ（ｉ）を算出し、図１２のステップＳ３に進む。
【００７１】
以上の手順により、暗時出力データＤａｒｋ（ｉ）および最適反射光データＢｒｉｇｈｔ（ｉ）を用いて、反射干渉光の波形データを補正することができる。
【００７２】
図１４は、第１実施形態に係る主制御部５４により図１２のステップＳ３で実行される、補正後の波形データに正規化相関法を適用して薄膜３３の膜厚ｄを算出する手順の一例を示すサブルーチンフローチャートである。
【００７３】
ステップＳ３１において、テンプレート抽出部６３は、補正後の波形データＤａｔａＮｅｗ（ｉ）のうちの所定の山の波形データから、正規化相関演算に用いるテンプレートを抽出する。
【００７４】
次に、ステップＳ３２において、正規化相関値算出部６４は、式（５）および式（６）にもとづいて、テンプレート抽出部６３により抽出されたテンプレートを用いて補正後の波長分布に対する正規化相関演算を行い、テンプレートとの正規化相関値の分布を求める（図１１参照）。
【００７５】
次に、ステップＳ３３において、膜厚算出部６５は、式（７）を用いて正規化相関値の波長分布の所定のピーク位置（たとえばλｍ）に対応する指標ｍを求め、式（３）を用いて光路差Ｌを算出する。
【００７６】
次に、ステップＳ３４において、膜厚算出部６５は、式（１）に光路差Ｌを代入して薄膜３３の膜厚ｄを算出し、その結果を表示部５２に表示して、一連の手順は終了となる。
【００７７】
以上の手順により、補正後の波形データに正規化相関法を適用して薄膜３３の膜厚ｄを算出することができる。
【００７８】
本実施形態に係る膜厚測定装置１０は、正規化相関値の分布を用いることにより、反射干渉光の波形データのピーク位置を用いることなく正確に膜厚を測定することができる。
【００７９】
正規化相関演算は、反射干渉光の波長分布の所定の山の形状を他の山の形状と比較することで正規化相関値の波長分布が求まる。このため、反射干渉光の波長分布のピーク位置付近にノイズがある場合でも、また反射干渉光の波長分布が単純な正弦波形状ではない場合でも、ピークを含むテンプレート形状を用いた相関値の算出には影響が少ない。
【００８０】
したがって、本実施形態に係る膜厚測定装置１０によれば、反射干渉光の波長分布のピーク位置付近にノイズがあり、正確なピーク位置の把握が困難な場合であっても、極めて容易に正規化相関値の波長分布のピーク位置にもとづいて膜厚ｄを求めることができる。反射干渉光の波長分布のピーク位置付近にノイズが出る場合としては、薄膜３３が不均質な場合や、薄膜３３が比較的大きい粒子（たとえば直径１０ｎｍ以上の粒子）により構成される場合などが挙げられる。
【００８１】
また、本実施形態に係る膜厚測定装置１０は、補正部６２による補正処理を行うことにより、受光光学系１２の光学系の吸収を起因とする波形のくずれや分光部４２のダークノイズを容易に低減することができ波長に対する感度特性を容易に補正することができる。このため、補正後の波形データを用いて正規化相関値の波長分布を求めることにより、さらに正確に膜厚ｄを求めることができる。
（第２の実施形態）
【００８２】
次に、本発明に係る膜厚測定装置の第２実施形態について説明する。
【００８３】
この第２実施形態に示す膜厚測定装置１０は、補正後の波長分布にもとづいて波数（波長の逆数）分布を生成し、この波数分布にもとづいて正規化相関演算を行って膜厚ｄを求める点で第１実施形態に示す膜厚測定装置１０と異なる。他の構成および作用については図１に示す膜厚測定装置１０と実質的に異ならないため、同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００８４】
図１５は、第２実施形態に係る主制御部５４ＡのＣＰＵによる機能実現部の構成例を示す概略的なブロック図である。また、図１６は、補正後の波長分布にもとづいて生成される波数分布の一例を示す説明図である。
【００８５】
本実施形態に係る波形データ生成部６１Ａはさらに、補正部６２により補正された波長分布ＤａｔａＮｅｗ（ｉ）にもとづいて、波数分布ＤａｔａＮｅｗ’（ｉ）を生成し（図１６参照）、テンプレート抽出部６３Ａに与える。
【００８６】
テンプレート抽出部６３Ａは、波数分布ＤａｔａＮｅｗ’（ｉ）のうちの所定の山部の波形データを、正規化相関演算に用いるテンプレートとして抽出する。
【００８７】
図１７は、正規化相関値の波数分布の一例を示す説明図である。
【００８８】
波数をｋ＝１／λとすると、式（３）をｋｍ＝ｍ／Ｌと変形できる。よって、ピーク位置をｋｍ、ｋｍ−１、ｋｍ−２とすると、ｋｍ＝ｍ／Ｌ、ｋｍ−１＝（ｍ−１）／Ｌ、ｋｍ−２＝（ｍ−２）／Ｌと書ける。このため、波数によらず、波数分布のピーク間距離は１／Ｌで一定である。したがって、第１実施形態とは異なり、本実施形態においては、正規化相関値算出部６４Ａは式（５）を用いる必要がない。
【００８９】
そこで、正規化相関値算出部６４Ａは、式（５）を用いず式（６）を用いて波数分布ＤａｔａＮｅｗ’（ｉ）に対する正規化相関演算を行い、テンプレートとの正規化相関値の波数分布（図１７参照）を求める。また、このとき正規化相関値算出部６４Ａは、式（６）のｆｓ（λ）としてテンプレート抽出部６３Ａにより抽出されたテンプレートの相対感度を用いる。
【００９０】
図１７に示すように、正規化相関値の波数分布も、波形データの各ピークにそれぞれ対応するピークを有する。図１７には、正規化相関値の波数分布がｋｍ＝５５６．５２９ｍｍ−１、ｋｍ−１＝５１６．６００ｍｍ−１、ｋｍ−２＝４７６．６８７ｍｍ−１の少なくとも３つのピークを有する場合の例について示した。
【００９１】
なお、正規化相関値を算出する際に、テンプレートを波数シフトさせる波数刻み幅（シフト量）を、反射干渉光の波数分布のピーク付近で縮めることにより、さらに正確な正規化相関値の波数分布のピーク位置を得ることができる。
【００９２】
また、分光部４２が所定の波長間隔ごとのデータを出力可能に構成されている場合であっても、波数分布においてはデータの間隔が等間隔とはならないため、テンプレートマッチングにおいてマッチング対象のデータが存在しない場合が生じうる。このため、正規化相関値算出部６４Ａは、マッチング対象のデータが存在しない場合には、前後のデータを用いた補間処理を行って所要のデータを生成するとよい。
【００９３】
膜厚算出部６５Ａは、次の式（９）を用いて、正規化相関値の波数分布の所定のピーク位置（たとえばｋｍ）に対応する指標ｍを求める。
m = ｋm／（ｋm - ｋm-1）                                          （９）
【００９４】
たとえば、上記例では、ｋｍに対応する指標ｍは１３．９４となる。
【００９５】
膜厚算出部６５Ａは、ｋｍ＝ｍ／Ｌにｍおよびｋｍを代入して光路差Ｌを求める。上記例では、光路差Ｌは２５．０４８μｍと求まる。
【００９６】
そして、膜厚算出部６５Ａは、式（１）に屈折率ｎおよび光路差Ｌを代入して膜厚ｄを算出し、その結果を表示部５２に表示する。上記例の薄膜３３の屈折率ｎは１．５２であることが既知であるため、膜厚ｄは８．２３９μｍと求まる。
【００９７】
なお、本実施形態においても、３以上のピーク位置から指標ｍを求めてもよいし、正規化相関値の波数分布の極大・極小値を用いてピークバレー法を適用して膜厚ｄを求めてもよい。
【００９８】
図１８は、第２実施形態に係る主制御部５４Ａにより図１２のステップＳ３で実行される、補正後の波形データに正規化相関法を適用して薄膜３３の膜厚ｄを算出する手順の一例を示すサブルーチンフローチャートである。
【００９９】
ステップＳ４１において、波形データ生成部６１Ａは、補正部６２により補正された波長分布ＤａｔａＮｅｗ（ｉ）にもとづいて、波数分布ＤａｔａＮｅｗ’（ｉ）を生成する（図１６参照）。
【０１００】
次に、ステップＳ４２において、テンプレート抽出部６３Ａは、波数分布ＤａｔａＮｅｗ’（ｉ）のうちの所定の山の波形データから、正規化相関演算に用いるテンプレートを抽出する。
【０１０１】
次に、ステップＳ４３において、正規化相関値算出部６４Ａは、式（６）にもとづいて、テンプレート抽出部６３により抽出されたテンプレートを用いて波数分布ＤａｔａＮｅｗ’（ｉ）に対する正規化相関演算を行い、テンプレートとの正規化相関値の分布を求める（図１７参照）。
【０１０２】
次に、ステップＳ４４において、膜厚算出部６５Ａは、式（９）を用いて正規化相関値の波数分布の所定のピーク位置（たとえばｋｍ）に対応する指標ｍを求め、ｋｍ＝ｍ／Ｌにｍおよびｋｍを代入して光路差Ｌを求める。
【０１０３】
次に、ステップＳ４５において、膜厚算出部６５Ａは、図１４のステップＳ３４と同様に、式（１）に光路差Ｌを代入して薄膜３３の膜厚ｄを算出し、その結果を表示部５２に表示して、一連の手順は終了となる。
【０１０４】
以上の手順により、補正後の波長分布にもとづく波数分布に正規化相関法を適用して薄膜３３の膜厚ｄを算出することができる。
【０１０５】
本実施形態に係る膜厚測定装置１０によっても、第１実施形態に係る膜厚測定装置１０と同様の効果を奏する。また、本実施形態に係る膜厚測定装置１０によれば、正規化相関値の算出にあたり式（５）を用いる必要がなく、低負荷の計算でより正確に正規化相関値の分布（波数分布）のピーク位置を得ることができる。
【０１０６】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【０１０７】
また、本発明の実施形態では、フローチャートの各ステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理の例を示したが、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別実行される処理をも含むものである。
【符号の説明】
【０１０８】
１０  膜厚測定装置
１２  受光光学系
１３  情報処理装置
３３  薄膜
３３ａ  薄膜表面
３３ｂ  薄膜裏面
５４、５４Ａ  主制御部
６１、６１Ａ  波形データ生成部
６２  補正部
６４、６４Ａ  正規化相関値算出部
６５、６５Ａ  膜厚算出部
【図１】
2013253803.tif 000004
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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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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