(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定試料に照射される光を生成するための発光手段と、
前記発光手段によって生成された光を前記測定試料に照射し、前記測定試料からの反射光を受光するための受光手段と、
前記受光手段によって受光された反射光の光強度を測定するための第１の測定手段と、
前記発光手段によって生成された光を受光して前記発光手段の経年変化を検出するための検出手段と、
前記検出手段によって検出された経年変化に基づいて前記発光手段の較正を行ない、前記第１の測定手段によって測定された光強度に基づいて前記測定試料の薄膜を解析するための解析手段と、
前記発光手段と前記受光手段および前記検出手段とを接続するための光伝送手段とを含み、
前記光伝送手段は複数の光ファイバによって構成され、前記発光手段側において中心にダミーの光ファイバが配置され、それぞれの中心が前記ダミーの光ファイバの同心円上になるように前記受光手段に接続される複数の光ファイバと前記検出手段に接続される複数の光ファイバとが交互に配置され、前記受光手段側において中心に前記第１の測定手段に接続される光ファイバが配置され、それぞれの中心が前記第１の測定手段に接続される光ファイバの同心円上になるように前記発光手段に接続される複数の光ファイバが配置される、膜厚測定装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記発光手段によって生成された光の光量を減衰させるための光量減衰手段と、
前記光量減衰手段からの光の光強度を測定するための第２の測定手段とを含む、請求項１記載の膜厚測定装置。
【請求項３】
前記光量減衰手段は、前記発光手段によって生成された光を受光して発散する投光レンズと、
前記投光レンズによって発散された光の光量を調整する光量調整用絞りと、
前記光量調整用絞りによって光量が調整された光を集光する集光レンズとを含む、請求項２記載の膜厚測定装置。
【請求項４】
前記第１の測定手段によって測定された光強度と同じ光強度で、前記第２の測定手段が前記光量減衰手段からの光を受けるように前記減衰手段が調整される、請求項２または３記載の膜厚測定装置。
【請求項５】
前記光伝送手段は、前記発光手段と前記受光手段とを接続するための第１の光伝送手段を含み、
前記第１の光伝送手段は複数の光ファイバによって構成され、前記発光手段側において中心にダミーの光ファイバが配置され、それぞれの中心が前記ダミーの光ファイバの同心円上になるように第１の複数の光ファイバが配置され、
前記受光手段側において中心に前記測定試料からの反射光を受光する光ファイバが配置され、それぞれの中心が前記反射光を受光する光ファイバの同心円上になるように前記第１の複数の光ファイバが配置される、請求項１〜４のいずれかに記載の膜厚測定装置。
【請求項６】
前記光伝送手段は、前記発光手段と前記検出手段とを接続するための第２の光伝送手段を含み、
前記第２の光伝送手段は複数の光ファイバによって構成され、前記発光手段側において中心にダミーの光ファイバが配置され、それぞれの中心が前記ダミーの光ファイバの同心円上になるように第２の複数の光ファイバが配置され、
前記検出手段側において中心にダミーの光ファイバが配置され、それぞれの中心が前記ダミーの光ファイバの同心円上になるように前記第２の複数の光ファイバが配置される、請求項１〜５のいずれかに記載の膜厚測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置、液晶表示装置、太陽電池などの製造において形成される透明または半透明の薄膜の膜厚等を測定する技術に関し、特に、光源の経年変化を自動的に較正して薄膜の膜厚や屈折率および吸収係数などの光学定数を測定する膜厚測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置、液晶表示装置、太陽電池などの製造において、プラズマプロセス法やスパッタ法などの薄膜形成技術が広く用いられている。これらの薄膜形成技術によって形成された薄膜の各種特性を検出することによって、薄膜を形成するためのパラメータを導出したり、成膜時における各種不具合を検出したりすることが行なわれている。
【０００３】
このような薄膜の各種特性の中でも特に膜厚は、薄膜の導電性、絶縁性などの特性のみならず、薄膜のパターン形成にも影響を及ぼすため、製品の歩留まりや信頼性を左右する重要な管理項目である。
【０００４】
薄膜形成装置によって形成された薄膜の膜厚を測定する従来の技術として、直接薄膜の段差を測定する接触法やエリプソメータによる測定法などを用いた測定装置が実用化されている。しかし、これらの測定装置は、配線パターン上の薄膜の膜厚を測定するのが困難であったり、測定時間が長くなったりするため、オフラインでの測定が主であった。
【０００５】
この問題点を解決するために、本出願人は、特開２０００−１９３４２４号公報において、生産ライン上で連続して薄膜の膜厚を測定可能な膜厚測定装置を開示している。図７は、特開２０００−１９３４２４号公報に開示した膜厚測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【０００６】
この膜厚測定装置は、白色光を発生する光源１０１、光源１０１からの光を基板１０３上に導き、基板１０３からの反射光を受光する分岐型光ファイバ１０２、基板１０３からの複数の反射光を選択的に遮断する受光制限シャッタ１０４、分岐型光ファイバ１０２によって導かれた反射光を波長ごとの光強度に分解する分光器１０５、および波長ごとの光強度を解析して薄膜の膜厚を解析する計算機１０６を含む。
【０００７】
図８は、図７に示す膜厚測定装置による窒化ケイ素（ＳｉＮ）膜の測定結果の一例を示す図である。分光器１０５は、基板１０３からの反射光を波長ごとに光強度（スペクトル）に分解する。計算機１０６は、分光器１０５から取得したスペクトルデータと、予め取得した反射率が既知のリファレンス基板のスペクトルデータとから薄膜の反射率曲線Ｍを算出する。そして、計算機１０６は、この反射率Ｍに対して、薄膜の膜厚ｄ、屈折率ｎ、吸収係数ｋおよび照射光の波長λを変数とする反射率の理論曲線Ｒが最も近似するように最適化することによって薄膜の膜厚を算出する。
【０００８】
ここで、薄膜の膜厚を解析するための理論式について説明する。基板の屈折率をｎ0、ｐ層目の薄膜の屈折率をｎ（ｐ）、空気の屈折率をｎ（ｐ＋１）、ｐ層目の薄膜の吸収係数をｋ（ｐ）、薄膜の膜厚をｄ（ｐ）、光源１の波長をλとすると、基板からの反射光の強度Ｒ（ｐ＋１，０）は式（１）〜（５）で表すことができる。
【０００９】
【数１】
0003866933.tif 000002
【００１０】
具体的には、膜厚ｄ（ｐ）におおよそ適当な初期値を代入する。光学定数としてのｎ（ｐ）およびｋ（ｐ）には、たとえば透明な材料としてＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4、ＩＴＯ（インジウム酸化第１錫）などであれば、Ｃａｕｃｙの式で定義される材料の分散公式で設定される値を用いる。このようにして、一定区間の波長における論理的な反射率Ｒ（λ）を求めることができる。
【００１１】
Ｃａｕｃｙの式は、式（６）〜（７）で表わされ、Ａn、ＢnおよびＣnは各材料に応じた屈折率ｎ（ｐ）を定める材料係数であり、Ａk、ＢkおよびＣkは各材料に応じた吸収係数ｋ（ｐ）を定める材料係数である。なお、波長λの単位はｎｍである。
【００１２】
【数２】
0003866933.tif 000003
【００１３】
式（１）を用いて算出されたＲ（λ）と、実際に測定された反射率Ｍ（λ）とを対比し、膜厚ｄ（ｐ）を変化させて最小２乗法で膜厚ｄ（ｐ）を求めることができる。また、ｎ（ｐ）およびｋ（ｐ）が未知の場合には、ｎ（ｐ）およびｋ（ｐ）に適当な初期値を代入して、ｄ（ｐ）、ｎ（ｐ）およびｋ（ｐ）を変化させ、最小２乗法によって膜厚ｄ（ｐ）、屈折率ｎ（ｐ）および吸収係数ｋ（ｐ）を同時に求めることが可能である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に光源１０１の光強度は、ランプの劣化、周囲温度の変化などによって経年変化が発生する。このため、数時間に１回程度、少なくとも１日に１回程度は、光源１０１の波長ごとの光強度を測定する較正処理が必要になる。しかし、上述した従来の膜厚測定装置には、較正処理を簡単に行なう機構は設けられておらず、容易に較正処理が行なえないという問題点があった。
【００１５】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、第１の目的は、測定基板の薄膜の解析を連続的に行なうことが可能な膜厚測定装置を提供することである。
【００１６】
第２の目的は、測定基板上における光源の光量変化を正確に測定することが可能な膜厚測定装置を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明のある局面に従えば、膜厚測定装置は、測定試料に照射される光を生成するための発光手段と、発光手段によって生成された光を測定試料に照射し、測定試料からの反射光を受光するための受光手段と、受光手段によって受光された反射光の光強度を測定するための第１の測定手段と、発光手段によって生成された光を受光して発光手段の経年変化を検出するための検出手段と、検出手段によって検出された経年変化に基づいて発光手段の較正を行ない、第１の測定手段によって測定された光強度に基づいて測定試料の薄膜を解析するための解析手段と、発光手段と受光手段および検出手段とを接続するための光伝送手段とを含み、光伝送手段は複数の光ファイバによって構成され、発光手段側において中心にダミーの光ファイバが配置され、それぞれの中心がダミーの光ファイバの同心円上になるように受光手段に接続される複数の光ファイバと検出手段に接続される複数の光ファイバとが交互に配置され、受光手段側において中心に第１の測定手段に接続される光ファイバが配置され、それぞれの中心が第１の測定手段に接続される光ファイバの同心円上になるように発光手段に接続される複数の光ファイバが配置される。
【００１８】
検出手段が発光手段によって生成された光を受光して発光手段の経年変化を検出するので、解析手段は発光手段の較正を行ないながら測定試料の薄膜の解析を連続的に行なうことが可能となる。
【００１９】
好ましくは、検出手段は、発光手段によって生成された光の光量を減衰させるための光量減衰手段と、光量減衰手段からの光の光強度を測定するための第２の測定手段とを含む。
【００２０】
光量減衰手段は、発光手段によって生成された光の光量を減衰させるので、測定試料における発光手段の光量とほぼ同等にすることができ、測定試料における発光手段の光量変化を正確に測定することが可能となる。
【００２１】
さらに好ましくは、光量減衰手段は、発光手段によって生成された光を受光して発散する投光レンズと、投光レンズによって発散された光の光量を調整する光量調整用絞りと、光量調整用絞りによって光量が調整された光を集光する集光レンズとを含む。
【００２２】
光量調整用絞りが投光レンズによって発散された光の光量を調整するので、測定試料における発光手段の光量とほぼ同等になるように、発光手段によって生成された光を減衰させることが可能となる。
【００２３】
好ましくは、第１の測定手段によって測定された光強度と同じ光強度で、第２の測定手段が光量減衰手段からの光を受けるように光量減衰手段が調整される。
【００２４】
したがって、第２の測定手段は、測定試料における発光手段の光量とほぼ同等の光を受けることが可能となる。
【００２５】
好ましくは、光伝送手段は、発光手段と受光手段とを接続するための第１の光伝送手段を含み、第１の光伝送手段は複数の光ファイバによって構成され、発光手段側において中心にダミーの光ファイバが配置され、それぞれの中心がダミーの光ファイバの同心円上になるように第１の複数の光ファイバが配置され、受光手段側において中心に測定試料からの反射光を受光する光ファイバが配置され、それぞれの中心が反射光を受光する光ファイバの同心円上になるように第１の複数の光ファイバが配置される。
【００２６】
したがって、発光手段によって生成された光を均等に受光手段へ伝送することが可能となる。
【００２７】
好ましくは、光伝送手段は、発光手段と検出手段とを接続するための第２の光伝送手段を含み、第２の光伝送手段は複数の光ファイバによって構成され、発光手段側において中心にダミーの光ファイバが配置され、それぞれの中心がダミーの光ファイバの同心円上になるように第２の複数の光ファイバが配置され、検出手段側において中心にダミーの光ファイバが配置され、それぞれの中心がダミーの光ファイバの同心円上になるように第２の複数の光ファイバが配置される。
【００２８】
したがって、発光手段によって生成された光を均等に検出手段へ伝送することが可能となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態における膜厚測定装置の概略構成を示すブロック図である。この膜厚測定装置は、白色光を発生する光源１と、光源１からの光および表面に薄膜３１が形成された測定基板３からの反射光を伝送する光ファイバ２と、光ファイバ２によって導かれた反射光を波長ごとの光強度（スペクトル）に分解する分光器５と、波長ごとの光強度を解析して薄膜の膜厚を解析する計算機６と、測定基板３上に薄膜を形成する基板処理装置７と、ＬＡＮ（Local Area Network）に接続されて工程全体を管理する工程管理装置８と、光源１からの光を測定基板３に照射し、測定基板３からの反射光を集光する測定用レンズ９と、光源１からの光の光量を調整するアッテネータ（減衰器）１０と、アッテネータ１０からの光を分光器５へ伝送する光ファイバ２’とを含む。
【００３２】
また、分光器５は、測定基板３からの反射光を測定用レンズ９および光ファイバ２を介して受光する第１のＣＣＤ（Charge Coupled Device）５５と、光源１からの光をアッテネータ１０および光ファイバ２’を介して受光する第２のＣＣＤ５６とを含む。分光器５は、第１のＣＣＤ５５または第２のＣＣＤ５６から出力される光強度に応じた電気信号を波長ごとの光強度に分解して、計算機６へ出力する。
【００３３】
計算機６は、分光器５から出力された波長ごとの光強度を解析して、薄膜の膜厚および光学定数の算出と較正とを行なう。この計算機６には、測定基板３に薄膜を形成する基板処理装置７が接続される。基板処理装置７は、ＬＡＮを介して工程管理装置８に接続されて、工程管理装置８によって制御される。この基板処理装置７は、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置、スパッタ装置、レジストコータ装置、配光膜印刷装置等であり、薄膜を形成する装置であればどのようなものであっても良い。
【００３４】
図２は、本発明の実施の形態における膜厚測定装置の光学系の詳細を説明するための図である。光源１は、重水素ランプ１１と、ハロゲンランプ１２と、光ファイバ２に接続される光源側コネクタ２１と、光源側コネクタ２１の先端に重水素ランプ１１およびハロゲンランプ１２からの光を集光する集光レンズ１３とを含む。
【００３５】
光源１において、通常６０ｎｍ以上の膜厚を測定する場合には、４００ｎｍ〜８５０ｎｍに波長域を持つハロゲンランプ１２が用いられる。また、６０ｎｍ以下の膜厚を測定する場合には、２２０ｎｍ〜４００ｎｍに波長域を持つ重水素ランプ１１がハロゲンランプ１２と併用される。重水素ランプ１１の電極には１ｍｍ程度の穴があり、この穴を光が通るように集光レンズ１３、重水素ランプ１１およびハロゲンランプ１２が一直線上に配置される。
【００３６】
分光器５は、２組の分光器を有している。一方の分光器は、測定用レンズ９からの光ファイバが接続される第１の分光器側コネクタ２４と、スリット５１と、スリット５１を介して受光した光を波長ごとに分解するグレーティング（回折格子）５３と、グレーティング５３によって波長ごとに分解された光を受けて、波長ごとの光強度を計測する第１のＣＣＤ５５とを含む。
【００３７】
また、他方の分光器は、アッテネータ１０からの光ファイバ２’が接続される第２の分光器側コネクタ２６と、スリット５２と、スリット５２を介して受光した光を波長ごとに分解するグレーティング５４と、グレーティング５４によって波長ごとに分解された光を受けて、波長ごとの光強度を計測する第２のＣＣＤ５６とを含む。
【００３８】
測定用レンズ９は、光源１からの光ファイバおよび分光器５からの光ファイバが接続される測定用レンズ側コネクタ２２と、光源１からの光を集光して測定基板３に照射し、測定基板３からの反射光を受光する集光／受光レンズ９１とを含む。測定レンズ側コネクタ２２には、後述するように、光源１からの３本の投光用光ファイバと、測定基板３からの反射光を受光して分光器５へ伝送する１本の受光用光ファイバと、３本のダミーの光ファイバとが接続される。通常、測定用レンズ９から測定基板３までの距離が１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度、スポット径が５ｍｍ〜１０ｍｍ程度となるように調整される。
【００３９】
アッテネータ１０は、光源１からの光ファイバ２が接続される第１のアッテネータ側コネクタ２３と、第１のアッテネータ側コネクタ２３を介して光源１からの光を受光して発散する投光レンズ１０１と、投光レンズ１０１によって発散された光の光量を調整する光量調整用絞り１０３と、光量調整用絞り１０３によって光量が調整された光を集光する集光レンズ１０２と、集光レンズ１０２によって集光された光を受けて光ファイバ２’へ伝送する第２のアッテネータ側コネクタ２５とを含む。第１のアッテネータ側コネクタ２３には、後述するように、光源１からの３本の投光用光ファイバと、４本のダミーの光ファイバとが接続される。また、第２のアッテネータ側コネクタ２５には、分光器５へ光を伝送する１本の光ファイバ２’が接続される。
【００４０】
第１のＣＣＤ５５によって測定される光強度と、第２のＣＣＤ５６によって測定される光強度とが各波長において同等になるように、投光レンズ１０１と第１のアッテネータ側コネクタ２３の先端との距離、受光レンズ１０２と第２のアッテネータ側コネクタ２５との距離および光量調整用絞り１０３が調整される。
【００４１】
光ファイバ２は、光源側コネクタ２１において７本の光ファイバ素線を有しており、中心にダミーの光ファイバが配置され、その外側に密接して６本の光ファイバが配置される。この６本の光ファイバは、それぞれの中心がダミーの光ファイバの同心円上になるように配置される。この６本の光ファイバは、交互に３本ずつ測定用レンズ側コネクタ２２と第１のアッテネータ側コネクタ２３とに接続される。
【００４２】
また、光ファイバ２は、測定用レンズ側コネクタ２２においても７本の光ファイバ素線を有しており、中心に測定基板３からの反射光を受光するための受光用の光ファイバが配置され、その外側に密接して６本の光ファイバが配置される。この６本の光ファイバは、それぞれの中心が受光用の光ファイバの同心円上になるように配置される。この６本の光ファイバは、光源１からの光を伝送するための３本の光照射用の光ファイバと、３本のダミーの光ファイバとが交互に配置されている。中心の受光用の光ファイバは、第１の分光器側コネクタ２４に接続される。
【００４３】
さらに、光ファイバ２は、アッテネータ側コネクタ２３においても７本の光ファイバ素線を有しており、中心にダミーの光ファイバが配置され、その外側に密接して６本の光ファイバが配置される。この６本の光ファイバは、それぞれの中心がダミーの光ファイバの同心円上になるように配置される。この６本の光ファイバは、光源１からの光を伝送するための３本の光照射用の光ファイバと、３本のダミーの光ファイバとが交互に配置されている。
【００４４】
なお、光源側コネクタ２１、測定用レンズ側コネクタ２２および第１のアッテネータ側コネクタ２３に接続される光ファイバにおいて、中心に１本の光ファイバが配置され、その外側に６本の光ファイバが配置されているが、この外側に配置される光ファイバは６本に限定されるものではない。
【００４５】
光ファイバ２’は、１本の光ファイバ素線を有しており、第２のアッテネータ側コネクタ２５と第２の分光器側コネクタ２６とに接続される。
【００４６】
図３は、測定基板３上における投光スポットおよび受光スポットを示す図である。光源１からの３本の光照射用光ファイバは、上述した配置で測定用レンズ側コネクタ２２に接続されるため、３つの投光スポットはそれぞれの中心が同一の円上に、ほぼ等間隔で位置する。また、分光器５に接続される１本の受光用光ファイバは、上述したように他の６本の光ファイバの中心となるように測定用レンズ側コネクタ２２に接続されるため、受光スポットは３つの投光スポットのほぼ中心に位置する。したがって、測定基板３の傾きに対して測定角度余裕が生じることになる。直径が５ｍｍ、焦点距離が１０ｍｍの投光／受光レンズ９１を使用し、投光／受光レンズ９１から測定基板３までの距離が約７０ｍｍの場合、測定基板３の傾きに対する測定角度余裕は±０．５°程度である。
【００４７】
図４は、リファレンス基板からの反射光の各波長における光強度を実測したグラフである。このグラフは、各波長における、重水素ランプ（ＵＶランプ）１１からの光の反射光の光強度と、ハロゲンランプ（ＶＩＳランプ）１２からの光の反射光の光強度と、それらの反射光の光強度の合計とを示している。このグラフから分かるように、低波長側では重水素ランプ１１からの光の反射光が支配的であり、高波長側ではハロゲンランプ１２からの光の反射光が支配的である。なお、リファレンス基板として反射率が既知であるＳｉウェハを使用している。
【００４８】
図５は、光源１の各波長における光量経年変化を示す図であり、点灯時間と反射光の光強度比率との関係を示している。図５から分かるように、反射光強度比率の変化（経年変化）が光の波長によって異なっている。この理由は、重水素ランプ１１の経年変化と、ハロゲンランプ１２の経年変化とが異なるため、重水素ランプ１１が支配的な波長においては重水素ランプ１１の経年変化の影響が強く現れ、ハロゲンランプ１２が支配的な波長においてはハロゲンランプ１２の経年変化の影響が強く現れるためである。
【００４９】
特に、中間波長である４００〜６００ｎｍにおいて、重水素ランプ１１の光強度とハロゲンランプ１２の光強度との比率によって全体の光量変化が決定されるため、光源１の経年変化を監視する監視用の光学系と、測定基板３からの反射光を測定する測定用の光学系とが、ほぼ均等に光を取込む必要がある。そのため、光源側コネクタ２１において、中心にあるダミーの光ファイバの同心円上に等間隔となるように、測定用レンズ９へ光を伝送する光ファイバとアッテネータ１０へ光を伝送する光ファイバとを交互に配置して、光源１の集光レンズ１３によって集光された光を均等に分配している。
【００５０】
そして、この光ファイバの位置関係で投光／受光レンズ９１および投光レンズ１０１へ投光し、投光／受光レンズ９１および受光レンズ１０２の中心で受光するようにしている。このように、第１のＣＣＤ５５および第２のＣＣＤ５６において波長ごとの光強度がほぼ同じになるように光学系を調整することが不可欠となる。
【００５１】
図６は、本発明の実施の形態における膜厚測定装置の処理手順を説明するためのフローチャートである。まず、測定基板３の代わりに反射率が既知のリファレンス基板がセットされ、分光器５内の第１のＣＣＤ５５によってリファレンス基板の反射光の光量が測定される（Ｓ１）。そして、計算機６は、分光器５からリファレンス基板の反射光の光量データを取得して、リファレンスデータＭR（λ）として保存する。
【００５２】
次に、測定用レンズ９の下方に表面反射の少ないプレートを斜めにかざし、第１のＣＣＤ５５によってそのバックグランドの光量が測定される（Ｓ２）。計算機６は、分光器５からバックブランドの光量データを取得して、バックグランドデータＭB（λ）として保存する。このバックグランドデータは、レンズ鏡筒内部およびレンズによる乱反射の光量に相当する。このとき、リファレンス基板の反射率をｒR（λ）とすると、計算機６は第１のＣＣＤ５５によって測定されるべき光源１の光量ＭM（λ）を次式によって算出する。
【００５３】
【数３】
0003866933.tif 000004
【００５４】
次に、第２のＣＣＤ５６によってアッテネータ１０から伝送された光源１の初期の光量が測定される（Ｓ３）。計算機６は、分光器５から光源１の初期の光量データを取得して、初期の光源データＭL1（λ）として保存する（Ｓ３）。なお、ステップＳ１〜Ｓ３の処理は、初期調整時に１回だけ行なわれる。
【００５５】
次に、第２のＣＣＤ５６によってアッテネータ１０から伝送された光源１の光量が測定される（Ｓ４）。計算機６は、分光器５から光源１の光量データを取得して、測定時の光源データＭLn（λ）として保存する（Ｓ４）。このとき、光源１の光量変化率をＸ（λ）とすると、計算機６はこの光量変化率Ｘ（λ）を次式によって算出する。この光源１の光量変化率Ｘ（λ）は、較正データとして保存される。
【００５６】
【数４】
0003866933.tif 000005
【００５７】
次に、第１のＣＣＤ５５によって測定基板３の反射光の光量が測定される（Ｓ５）。計算機６は、分光器５から測定基板３の反射光の光量データを取得して、サンプルデータＭS（λ）として保存する。
【００５８】
次に、計算機６は、ステップＳ２において算出された光源１の光量ＭM（λ）と、ステップＳ４において算出された光源１の光量変化率Ｘ（λ）とから、次式によってサンプルデータの反射率Ｍ（λ）を算出することにより、測定基板３の反射光の光量を正規化する（Ｓ６）。
【００５９】
【数５】
0003866933.tif 000006
【００６０】
最後に、従来技術において説明した方法によって、計算機６がサンプルデータの反射率Ｍ（λ）および予め登録されている試料モデルから膜厚を算出する（Ｓ７）。ステップＳ５〜Ｓ７の処理は、次に較正が行なわれるまで繰返し実行され、順次測定基板３の膜厚の測定が行なわれる。
【００６１】
なお、計算機６が基板処理装置７から較正開始指令および測定開始指令を受信したときに、ステップＳ４に示す較正と、ステップＳ５〜Ｓ７の膜厚の測定とを自動的に実行し、較正結果または測定結果を基板処理装置７へ返信する。通常、較正は１時間に１回程度行なえば良いので、計算機６が基板処理装置７から較正完了後の１時間以内に較正指令を受信したときは、較正を行なわずに基板処理装置７へ返信のみを行なう。
【００６２】
以上説明したように、本実施の形態における膜厚測定装置によれば、定期的に第２のＣＣＤ５６によって光源１の光量を測定して光源１の光量変化率を算出し、その光量変化率に応じて測定基板３からの反射光の光量を較正するようにしたので、基板処理装置１２を停止させることなく較正が行なえるようになり、測定基板３の測定を連続的に安定して行なうことが可能となった。
【００６３】
また、光源側コネクタ２１において、中心にあるダミーの光ファイバの同心円上にそれぞれの中心が等間隔となるように、測定用レンズ９へ光を伝送する３本の光ファイバとアッテネータ１０へ光を伝送する３本の光ファイバとを交互に配置するようにしたので、測定用レンズ９内の投光レンズ９１に照射される光とアッテネータ１０内の投光レンズ１０１に照射される光とが同じ光強度を有するようにでき、測定基板３に照射される光の光量変化をアッテネータ１０を介して第２のＣＣＤ５６によって計測することができようになった。その結果、基板処理装置１２を停止させることなく較正が行なえるようになり、測定基板３の測定を連続的に安定して行なうことが可能となった。
【００６４】
また、測定基板３上において、同心円上に照射スポットの中心が等間隔で並ぶようになるので、光学系の調整が容易にかつ正確に行なえるとともに、測定基板３の傾きに対する測定角度余裕を大きくすることが可能となった。
【００６５】
さらには、アッテネータ１０において、投光レンズ１０１と投光レンズ１０１によって発散された光を集光する受光レンズ１０２とを設け、その間に投光レンズ１０１によって発散された光の光量を調整する光量調整用絞り１０３を設けるようにしたので、測定基板３に照射される光の波長ごとの光強度と同じ光強度を得ることができ、測定基板３における光源の光量変化を正確に測定することが可能となった。
【００６６】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００６７】
【発明の効果】
本発明のある局面によれば、検出手段が発光手段によって生成された光を受光して発光手段の経年変化を検出するので、解析手段は発光手段の較正を行ないながら測定試料の薄膜の解析を連続的に行なうことが可能となった。
【００６８】
また、光量減衰手段が発光手段によって生成された光の光量を減衰させるので、測定試料における発光手段の光量とほぼ同等にすることができ、測定試料における発光手段の光量変化を正確に測定することが可能となった。
【００６９】
また、光量調整用絞りが投光レンズによって発散された光の光量を調整するので、測定試料における発光手段の光量とほぼ同等になるように、発光手段によって生成された光を減衰させることが可能となった。
【００７０】
また、第１の測定手段によって測定された光強度と同じ光強度で、第２の測定手段が光量減衰手段からの光を受けるように光量減衰手段が調整されるので、第２の測定手段は測定試料における発光手段の光量とほぼ同等の光を受けることが可能となった。
【００７１】
また、第１の光伝送手段は複数の光ファイバによって構成され、発光手段側において中心にダミーの光ファイバが配置され、それぞれの中心がダミーの光ファイバの同心円上になるように第１の複数の光ファイバが配置され、受光手段側において中心に測定試料からの反射光を受光する光ファイバが配置され、それぞれの中心が反射光を受光する光ファイバの同心円上になるように第１の複数の光ファイバが配置されるので、発光手段によって生成された光を均等に受光手段へ伝送することが可能となった。
【００７２】
また、第２の光伝送手段は複数の光ファイバによって構成され、発光手段側において中心にダミーの光ファイバが配置され、それぞれの中心がダミーの光ファイバの同心円上になるように第２の複数の光ファイバが配置され、検出手段側において中心にダミーの光ファイバが配置され、それぞれの中心がダミーの光ファイバの同心円上になるように第２の複数の光ファイバが配置されるので、発光手段によって生成された光を均等に検出手段へ伝送することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態における膜厚測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】  本発明の実施の形態における膜厚測定装置の光学系の詳細を説明するための図である。
【図３】  測定基板３上における投光スポットおよび受光スポットを示す図である。
【図４】  リファレンス基板からの反射光の各波長における光強度を実測したグラフである。
【図５】  光源１の各波長における光量経年変化を示す図であり、点灯時間と反射光の光強度比率との関係を示している。
【図６】  本発明の実施の形態における膜厚測定装置の処理手順を説明するためのフローチャートである。
【図７】  特開２０００−１９３４２４号公報に開示した膜厚測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【図８】  図７に示す膜厚測定装置による窒化ケイ素（ＳｉＮ）膜の測定結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
１  光源、２，２’  光ファイバ、３  測定基板、５  分光器、６  計算機、７  基板処理装置、８  工程管理装置、９  測定用レンズ、１０  アッテネータ、１１  重水素ランプ、１２  ハロゲンランプ、１３  集光レンズ、２１  光源側コネクタ、２２  測定用レンズ側コネクタ、２３  第１のアッテネータ側コネクタ、２４  第１の分光器側コネクタ、２５  第２のアッテネータ側コネクタ、２６  第２の分光器側コネクタ、５１，５２  スリット、５３，５４  グレーティング、５５  第１のＣＣＤ、５６  第２のＣＣＤ、９１  集光／受光レンズ、１０１  投光レンズ、１０２  集光レンズ、１０３  光量調整用絞り。
【図１】
0003866933.tif 000007
【図２】
0003866933.tif 000008
【図３】
0003866933.tif 000009
【図４】
0003866933.tif 000010
【図５】
0003866933.tif 000011
【図６】
0003866933.tif 000012
【図７】
0003866933.tif 000013
【図８】
0003866933.tif 000014