CN102414537A - 使用了干涉的膜厚计测装置及使用了干涉的膜厚计测方法 - Google Patents

Abstract

本发明的膜厚计测装置将表面形成有透明膜(16)的基板(103)载置于载置部(100)，利用半透半反镜(102)对来自光源(101)的光进行分支而使光向基板表面及参照面照射，并使来自基板表面及参照面的反射光重合而形成干涉光，利用摄像装置(105)拍摄干涉光，基于其拍摄结果利用运算装置(106)算出透明膜的膜厚。运算装置具有：预先对向透明膜的入射光与反射光之间的第一相位光谱的变化量进行数据库化而作成的光谱变化量数据库(106s)；对摄像装置拍摄到的透明膜的干涉信号进行傅立叶变换而算出透明膜的第二相位光谱的第二相位光谱算出部(106b)；从数据库中选择与第二相位光谱一致度最高的第一相位光谱，使用所选择出的第一相位光谱来计测透明膜的膜厚的膜厚算出部(106d)。

Description

使用了干涉的膜厚计测装置及使用了干涉的膜厚计测方法

技术领域

本发明涉及使用了干涉的膜厚计测装置及使用了干涉的膜厚计测方法。

背景技术

白色扫描干涉计成为图10所示的光学系统。在图10中，白色光源1101是例如卤素灯那样的照射宽频带的波长分布的光的光源。从白色光源1101照射的白色光向半透半反镜1102入射。半透半反镜1102对光进行分割，将光导向试料1103和参照面1104。这些光分别向试料1103和参照面1104入射，进行反射，然后再通过半透半反镜1102重合。重合后的光向面传感器1105入射。此时，沿图的箭头1110方向扫描参照面1104并同时利用面传感器1105取入图像。入射的光被转换成图像，由运算装置1106取入。

接下来，使用图11所示的流程图，说明利用该装置进行膜厚分布的计测的次序。需要说明的是，试料1103在内部具有第一界面和第二界面。

在图11中，首先，在步骤S201中，利用图10的光学系统扫描参照面1104并同时取入图像，抽出图像的各像素下的亮度变化，由此检测各像素下的干涉波形。

接着，在步骤S202中，算出第一界面处的与反射光的各干涉波形的峰值位置。在此，作为峰值位置的算出方法，例如使用如下的方法，即，通过低通滤波器来算出包络线，并检测成为其最大值的扫描位置的方法。

接着，在步骤S203中，算出第二界面处的与反射光的各干涉波形的峰值位置。

接着，在步骤S204中，算出在步骤S202和步骤S203中算出的各两个峰值位置处的参照面1104的距离，将该距离除以(divide)折射率，由此算出膜厚。

最后，在步骤S205中，输出膜厚的算出结果，结束计测。

如上所述，对试料1103照射白色光，使反射出的光与来自参照面1104的反射光重合而在面传感器1105上成像。其结果是，仅在从半透半反镜1102到参照面1104的距离Z与从半透半反镜1102到试料1103的距离h相等的部分处，在面传感器1105上出现干涉条纹。在该光学系统中，当沿着箭头1110方向扫描参照面1104时，各计测点处出现干涉波形。通过在各计测点检测干涉波形的峰值，并进行结合而能够求出试料1103的整面的干涉波形。然后，基于该干涉波形来计测物体的表面形状分布。而且，利用该技术，能够进行透明体的膜厚计测。

在选择透明膜作为试料1103时，如图12A所示，存在有表面1111(第一界面)处的反射光1112和背面1113(第二界面)处的反射光1114。沿着试料1103的深度方向扫描光学系统时，这些光分别形成干涉条纹，能得到图12B所示的测定结果。由于测定结果的峰值间隔相当于试料1103的厚度t，因此能够在干涉条纹不发生重叠的范围内计测厚度。

在该计测方法中，优选使用干涉条纹出现的范围即可干涉距离最短的白色光源1101。具体而言，白色光源1101的强度光谱优选具有尽可能宽的频带且为正态分布。因此，作为白色光源1101，使用卤素灯那样的宽频带光源，并且在紧接着白色光源1101的后方插入与光的透射率存在波长依赖性的滤波器(例如，参照专利文献1)。

在此，当试料1115由多个透明膜的层1116、1117构成时，在白色光源1101采用卤素灯的情况下，可干涉距离成为1μm以上。因此，在试料1103的膜厚为1μm以下时，如图13A及图13B所示，在透明膜的层1116与透明膜的层1117的界面1118和透明膜的层1117与其下侧的层的界面1119之间会产生干涉波形的重叠。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开昭62-259006号公报

【发明要解决的问题】

然而，在上述以往的结构中，如图13A及图13B所示，当发生干涉波形的重叠时，无法进行试料表面的膜厚分布计测。

另外，在上述以往的结构中，由于扫描参照面且取入面传感器的图像时的振动噪声或电气噪声的影响，而可能使计测的精度下降。

发明内容

【用于解决课题的手段】

根据本发明的第一形态，提供一种使用了干涉的膜厚计测装置，具备：载置部，其对表面形成有透明膜的基板进行载置；光源，其对载置于所述载置部的所述基板照射光；半透半反镜，其对来自所述光源的所述光进行分支而使所述光向所述基板的表面及参照面照射，并使来自所述基板的所述表面及所述参照面的反射光重合而形成干涉光；摄像装置，其拍摄所述干涉光；运算装置，其基于所述摄像装置的拍摄结果而算出所述透明膜的膜厚，所述运算装置具有：预先对向所述透明膜的入射光与反射光之间的第一相位光谱的变化量进行数据库化而作成的光谱变化量数据库；对所述摄像装置拍摄到的所述透明膜的干涉信号进行傅立叶变换而算出所述透明膜的第二相位光谱的第二相位光谱算出部；从所述光谱变化量数据库中选择与所述第二相位光谱一致度最高的第一相位光谱，使用所选择出的所述第一相位光谱来计测所述透明膜的膜厚的膜厚算出部。

根据本发明的第二形态，提供一种使用了干涉的膜厚计测方法，其中，预先对向表面形成有透明膜的基板的入射光与反射光之间的第一相位光谱的变化量进行数据库化而作成光谱变化量数据库，对来自所述透明膜及参照面的光发生了干涉而成的干涉光的干涉信号进行傅立叶变换而算出所述透明膜的第二相位光谱，从所述光谱变化量数据库中选择与所述第二相位光谱一致度最高的第一相位光谱，使用所选择出的所述第一相位光谱来计测所述透明膜的膜厚。

【发明效果】

如上所述，根据本发明，对于表面上存在有1μm以下的薄膜的物体的膜厚，能够高精度地计测膜厚分布。

附图说明

本发明的特征通过与附图的实施方式相关联的如下的记述明确可知。

在这些附图中，

图1A是本发明的第一实施方式中的白色扫描干涉计的光学系统的简要结构图，

图1B是本发明的第一实施方式中的白色扫描干涉计的光学系统的运算装置的框图，

图1C是本发明的第一实施方式中的白色扫描干涉计的光学系统的膜厚算出部的框图，

图2是表示本第一实施方式中的膜厚分布的计测次序的流程图，

图3是表示本第一实施方式中的薄膜下的多重反射的情况的图，

图4A是本第一实施方式中的标准SiN膜下的精度验证结果的图，是表示波长与相位的关系的图，

图4B是本第一实施方式中的标准SiN膜下的精度验证结果的图，是表示计测次数与膜厚的关系的图，

图5是本发明的第二实施方式中的插入有波长滤波器的白色扫描干涉系统的光学系统的简要结构图，

图6是本第二实施方式中的通过插入波长滤波器而得到的白色光源的强度光谱的图，

图7A是本第二实施方式中的波长滤波器插入前的光源的强度光谱的比较的图，

图7B是本第二实施方式中的波长滤波器插入后的光源的强度光谱的图，

图7C是本第二实施方式中的波长滤波器插入前的干涉波形的图，

图7D是本第二实施方式中的波长滤波器插入后的干涉波形的图，

图8A是本第二实施方式中的透射波长滤波器后的光的强度光谱的峰值数变化所引起的非线性分量的变动评价结果的图，

图8B是本第二实施方式中的透射波长滤波器后的光的强度光谱的峰值数变化所引起的非线性分量的变动评价结果的图中的峰值数为1时的波长分布的图形，

图8C是本第二实施方式中的透射波长滤波器后的光的强度光谱的峰值数变化所引起的非线性分量的变动评价结果的图中的峰值数为1时的亮度信号的图形，

图8D是本第二实施方式中的透射波长滤波器后的光的强度光谱的峰值数变化所引起的非线性分量的变动评价结果的图中的峰值数为1时的非线性分量的图形，

图8E是本第二实施方式中的透射波长滤波器后的光的强度光谱的峰值数变化所引起的非线性分量的变动评价结果的图中的峰值数为2时的波长分布的图形，

图8F是本第二实施方式中的透射波长滤波器后的光的强度光谱的峰值数变化所引起的非线性分量的变动评价结果的图中的峰值数为2时的亮度信号的图形，

图8G是本第二实施方式中的透射波长滤波器后的光的强度光谱的峰值数变化所引起的非线性分量的变动评价结果的图中的峰值数为2时的非线性分量的图形，

图8H是本第二实施方式中的透射波长滤波器后的光的强度光谱的峰值数变化所引起的非线性分量的变动评价结果的图中的峰值数为3时的波长分布的图形，

图8I是本第二实施方式中的透射波长滤波器后的光的强度光谱的峰值数变化所引起的非线性分量的变动评价结果的图中的峰值数为3时的亮度信号的图形，

图8J是本第二实施方式中的透射波长滤波器后的光的强度光谱的峰值数变化所引起的非线性分量的变动评价结果的图中的峰值数为3时的非线性分量的图形，

图8K是本第二实施方式中的透射波长滤波器后的光的强度光谱的峰值数变化所引起的非线性分量的变动评价结果的图中的峰值数为4时的波长分布的图形，

图8L是本第二实施方式中的透射波长滤波器后的光的强度光谱的峰值数变化所引起的非线性分量的变动评价结果的图中的峰值数为4时的亮度信号的图形，

图8M是本第二实施方式中的透射波长滤波器后的光的强度光谱的峰值数变化所引起的非线性分量的变动评价结果的图中的峰值数为4时的非线性分量的图形，

图9A是表示本第二实施方式中的透射波长滤波器后的光的强度光谱具有三个峰值的情况下的使中心峰值与两侧峰值比率变化时的非线性分量的变动评价的图，

图9B是表示本第二实施方式中的透射波长滤波器后的光的强度光谱具有三个峰值的情况下的使中心峰值与两侧峰值比率变化时的非线性分量的变动评价的图中的、中心峰值与两侧峰值比率为81.5％时的波长分布的图形，

图9C是表示本第二实施方式中的透射波长滤波器后的光的强度光谱具有三个峰值的情况下的使中心峰值与两侧峰值比率变化时的非线性分量的变动评价的图中的、中心峰值与两侧峰值比率为81.5％时的相位信号的变动的图形，

图9D是表示本第二实施方式中的透射波长滤波器后的光的强度光谱具有三个峰值的情况下的使中心峰值与两侧峰值比率变化时的非线性分量的变动评价的图中的、中心峰值与两侧峰值比率为88.4％时的波长分布的图形，

图9E是表示本第二实施方式中的透射波长滤波器后的光的强度光谱具有三个峰值的情况下的使中心峰值与两侧峰值比率变化时的非线性分量的变动评价的图中的、中心峰值与两侧峰值比率为88.4％时的相位信号的变动的图形，

图9F是表示本第二实施方式中的透射波长滤波器后的光的强度光谱具有三个峰值的情况下的使中心峰值与两侧峰值比率变化时的非线性分量的变动评价的图中的、中心峰值与两侧峰值比率为93.4％时的波长分布的图形，

图9G是表示本第二实施方式中的透射波长滤波器后的光的强度光谱具有三个峰值的情况下的使中心峰值与两侧峰值比率变化时的非线性分量的变动评价的图中的、中心峰值与两侧峰值比率为93.4％时的相位信号的变动的图形，

图9H是表示本第二实施方式中的透射波长滤波器后的光的强度光谱具有三个峰值的情况下的使中心峰值与两侧峰值比率变化时的非线性分量的变动评价的图中的、中心峰值与两侧峰值比率为96.8％时的波长分布的图形，

图9I是表示本第二实施方式中的透射波长滤波器后的光的强度光谱具有三个峰值的情况下的使中心峰值与两侧峰值比率变化时的非线性分量的变动评价的图中的、中心峰值与两侧峰值比率为96.8％时的相位信号的变动的图形，

图9J是表示本第二实施方式中的透射波长滤波器后的光的强度光谱具有三个峰值的情况下的使中心峰值与两侧峰值比率变化时的非线性分量的变动评价的图中的、中心峰值与两侧峰值比率为99.0％时的波长分布的图形，

图9K是表示本第二实施方式中的透射波长滤波器后的光的强度光谱具有三个峰值的情况下的使中心峰值与两侧峰值比率变化时的非线性分量的变动评价的图中的、中心峰值与两侧峰值比率为99.0％时的相位信号的变动的图形，

图10是以往的白色扫描干涉计的光学系统的简要结构图，

图11是表示以往的白色扫描干涉计中的膜厚分布的计测次序的流程图，

图12A是表示以往的白色扫描干涉计中的膜厚计测方法的原理的图，

图12B是表示以往的白色扫描干涉计中的膜厚计测结果的图，

图13A是表示以往的膜厚计测方法中的多层薄膜计测的原理的图，

图13B是表示以往的膜厚计测方法中的多层薄膜计测时的干涉波形的重叠的图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的实施方式。需要说明的是，在以下的说明中，对于相同的结构标注相同符号，适当地省略说明。

(第一实施方式)

本发明的第一实施方式的作为膜厚计测装置的一例的白色扫描干涉计1是图1A所示的光学系统。白色扫描干涉计1包括作为光源的一例的白色光源101、半透半反镜102、载置部100、具有参照面104a的参照构件104、作为摄像装置的一例的面传感器105、运算装置106。

在图1A中，白色光源101是例如卤素灯那样的照射宽频带的波长分布的光的光源。该白色光源101使白色光向半透半反镜102入射。

半透半反镜102对光进行分割，将分割后的光向载置于载置部100的试料103和参照构件104分别引导。试料103是在基体17的表面形成有作为测定对象的透明膜16的基板。这些光分别向试料103和参照构件104入射，在试料103的表面和参照面104a上分别进行了反射后，再次通过半透半反镜102重合。重合后的光向面传感器105入射。此时，使用参照构件移动装置90沿着图1A的箭头99的方向扫描参照面104a，并通过面传感器105取入参照面104a的图像。参照构件移动装置90是使参照构件104沿着箭头99进行直线移动的驱动机构。作为该驱动机构，例如，使用通过电动机使滚珠丝杠旋转，从而使与滚珠丝杠螺合的螺母构件所保持的参照构件104沿着箭头99进行直线移动的驱动机构，或者使用通过直线电动机使参照构件104沿着箭头99进行直线移动的驱动机构。

入射到面传感器105的光通过面传感器105转换成图像。

通过面传感器转换后的图像的信息由运算装置106取入。在运算装置106中，参照光谱变化量数据库106s并同时进行用于计测膜厚分布的运算。关于该运算装置106中的膜厚分布的计测的详细情况在后面叙述。运算装置106包括干涉波形抽出部106a、作为第二相位光谱算出部的一例的相位分量算出部106b、分量抽出部106c、膜厚算出部106d。而且，膜厚算出部106d包括误差函数作成部106e、最小膜厚选择部106f。

该运算装置106进行以下的运算。首先，对通过面传感器105拍摄到的透明膜的干涉信号进行傅立叶变换，通过相位分量算出部106b算出透明膜的第二相位光谱。并且，从光谱变化量数据库106s中选择与第二相位光谱一致度最高的第一相位光谱。然后，使用所选择出的第一相位光谱，利用膜厚算出部106d来计测透明膜的膜厚。

控制装置200与白色光源101、面传感器105、运算装置106、参照构件移动装置90等连接，控制这各个装置的动作，从而计测试料103的膜厚分布。

接下来，使用图2所示的流程图来说明利用该白色扫描干涉计1进行膜厚分布的计测的次序。

首先，在步骤S101中，对于多种膜厚，算出反射光相对于入射光的相位光谱(第一相位光谱)的变化量，构建对于多种膜厚的数据库。然后，将构建出的对于多种膜厚的数据库存储在通过运算装置106可参照的光谱变化量数据库106s中。基于控制装置200的控制，通过运算装置106来进行构建数据库而存储于可参照的光谱变化量数据库106s中的作业。

白色扫描干涉的干涉信号中，由于照射的光是白色光，因此各种波长的干涉波重合。各种波长的干涉波重合的结果是，通过相互抵消而产生干涉波形。若将其用式子表示，则如下述(式1)表示。

【数1】

$I\left(z\right)=\underset{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\Σ}}{I}_0\left(\mathrm{\λ}\right)+I_1\exp (-i\frac{4\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}(z-h))$ (式1)

在此，I₀、I₁表示干涉信号的强度，λ表示照射的光的波长，z表示光学系统的扫描位置，h表示从半透半反镜到透明体表面的距离。I(z)是光学系统的扫描位置z处的干涉信号。(式1)中的i是虚数单位。

对干涉信号进行傅立叶变换并抽出其相位项时，得到的相位信号φ由下述(式2)表示。在此，相位信号φ成为具有斜率(2πh)的一次函数。

【数2】

$\mathrm{\φ}=\left(2\mathrm{\πh}\right)\×\frac{2}{\mathrm{\λ}}$ (式2)

上述(式2)是在试料103的表面不存在透明膜时的相位信号φ。在此，在试料103的表面存在有膜厚t、折射率n的透明膜16时，会产生图3所示的多重反射。在此，t_ij是试料103的从i面朝向j面入射的光的振幅透射率(i为0以上的整数，j为1以上的整数，i＜j。)，r_ij是从i面朝向j面入射的光的振幅反射率，β是透明膜的相位变化量ξ＝2πnt/λ。例如，t₀₁是试料103的从S₀面朝向S₁面入射的光的振幅透射率。t₁₀是试料103的从S₁面朝向S₀面入射的光的振幅透射率。r₀₁是从S₀面朝向S₁面入射的光的振幅反射率。r₁₂是从S₁面朝向S₂面入射的光的振幅反射率。r₁₀是从S₁面朝向S₀面入射的光的振幅反射率。

取得该试料103的透明膜16反射出的光的总和，求出整体的相位变化量的光谱，成为下述(式3)、(式4)。

【数3】

$I={\mathrm{Ir}}_{01}+{\mathrm{It}}_{01}{t}_{10}{r}_{12}\exp (-i2\mathrm{\ξ})+...$

$=\frac{r_{01}+r_{12}\exp (-i2\mathrm{\ξ})}{1+r_{01}{r}_{12}\exp (-i2\mathrm{\ξ})}I\≡r_{012}{e}^{\mathrm{i\θ}}I$ (式3)

【数4】

$\mathrm{\θ}=\arctan \left(\frac{r_{12}(1-{r_{01}}^2)\sin \left(2\mathrm{\β}\right)}{r_{01}(1+{r_{12}}^2)+r_{12}(1+{r_{01}}^2)\cos \left(2\mathrm{\β}\right)}\right)$ (式4)

最终，试料103存在有透明膜16时的相位根据上述(式2)进行变化，成为下述(式5)。

【数5】

$\mathrm{\φ}=\left(2\mathrm{\πh}\right)\×\frac{2}{\mathrm{\λ}}+\mathrm{\θ}\left(\mathrm{\λ}\right)$ (式5)

θ包含非线性分量，上述(式5)不是图7那样的一次函数。因此，假定为θ＝α×(2/λ)+β，分成线性分量{α×(2/λ)}和非线性分量β时，上述(式5)成为下述(式6)。

【数6】

$\mathrm{\φ}=(2\mathrm{\πh}+\mathrm{\α})\×\frac{2}{\mathrm{\λ}}+\mathrm{\β}$ (式6)

在此，θ的非线性分量β仅依赖于透明膜16的膜厚和折射率，不依赖于透明膜16的表面的高度。相对于透明膜16假设的膜厚通过理论计算而导出β，预先构建数据库而存储在光谱变化量数据库106s中。然后，使实际得到的相位信号的非线性分量与存储在光谱变化量数据库106s中的信息进行匹配，抽出误差最小的波形。由此，能够计测透明膜16的膜厚。

在以上的说明中，记述了最单纯的单层膜，但也可以对于多层膜作成数据库而存储在光谱变化量数据库106s中，从而计测多层膜的膜厚。需要说明的是，在多层膜的膜厚的计测中，利用一般的算出多层膜的反射率的理论。

另外，在以上的说明中，基于理论计算而作成了数据库，但也可以通过实际计测具有已知的膜厚的试料作为标准(或基准)来构建非线性分量β的数据库。实际计测而构建出的非线性分量β的数据库存储在光谱变化量数据库106s中。

接下来，在步骤S102中，利用图1A的光学系统来扫描参照面104a并通过面传感器105将图像取入运算装置106。然后，利用运算装置106的干涉波形抽出部106a抽出由运算装置106取入的图像的各像素中的亮度变化。由此，通过干涉波形抽出部106a来检测图像的各像素中的干涉波形。需要说明的是，在步骤S101中作成了数据库后，对于可以利用相同的数据库的试料103，可以省略步骤S101。这种情况下，省略步骤S101，而重复步骤S102以后的步骤。

接下来，在步骤S103中，对于在步骤S102中检测到的各像素中的干涉波形，利用运算装置106的相位分量算出部(第二相位光谱算出部的一例)106b来执行傅立叶变换。然后，利用相位分量算出部106b算出作为第二相位光谱的各相位分量。

接下来，在步骤S104中，对于各像素，利用运算装置106的分量抽出部106c对在步骤S103中算出的相位信号进行线性拟合。然后，利用分量抽出部106c抽出线性分量和非线性分量。

接下来，在步骤S105中，对于各像素，利用运算装置106的膜厚算出部106d进行在步骤S104中抽出的非线性分量与在步骤S101中构建的光谱变化量数据库106s内的信息的匹配。然后，利用膜厚算出部106d来检测光谱变化量数据库106s的所有波形中的最接近非线性分量的波形(换言之，从光谱变化量数据库106s中选择与第二相位光谱一致度最高的第一相位光谱)。然后，利用检测到的最接近的波形(使用所选择出的上述第一相位光谱)，通过膜厚算出部106d来算出透明膜16的膜厚。作为其具体方法，首先，利用膜厚算出部106d的误差函数作成部106e将数据库中包含的波形抽出一个，利用误差函数作成部106e来算出两波形的差量平方和。接下来，利用误差函数作成部106e对光谱变化量数据库106s的所有波形进行该算出，并利用误差函数作成部106e作成以膜厚t为参数的误差函数。其中，利用最小膜厚选择部106f选择误差函数最小的膜厚t_min。由此，算出透明膜16的膜厚。

接下来，在步骤S106中，将上述算出的膜厚的结果的信息从运算装置106向作为输出装置的一例的显示装置120的画面进行输出并显示，结束计测。

以下，列举具体的实际数据为例来说明以上的次序。在以下的说明中，透明膜16为SiN膜16，基板17为Si层17。即，列举实际数据为例来说明对在Si层17上形成有91.4nm的SiN膜16的试料103进行计测的情况。

首先，在步骤S101中，使SiN膜16的膜厚在0～200nm的范围内以1nm为单位进行变化，算出上述(式4)的非线性分量β。通过该算出，作成将光波长λ＝500～800nm的波长分布的光照射于SiN膜16时的数据库，并存储在光谱变化量数据库106s中。

接着，利用运算装置106的膜厚算出部106d进行20次的、基于干涉波形在步骤S102至步骤S104中通过运算装置106所抽出的非线性分量与光谱变化量数据库106s内的信息的匹配。

该匹配的结果由图4A及图4B表示。如图4A及图4B所示，在20次的匹配中，得到了平均膜厚91.7nm，膜厚±1σ＝±0.38nm这样的结果。

根据上述结构，即便是产生干涉波形的重叠的1000nm以下的薄膜，也能够高精度地计测膜厚分布。

(第二实施方式)

本发明的第二实施方式的作为膜厚计测装置的一例的白色扫描干涉计2是图5所示的光学系统。第二实施方式与第一实施方式的较大的区别在于具备波长滤波器107。

在图5中，白色光源101是例如卤素灯那样的照射宽频带的波长分布的光的光源。波长滤波器107是配置在白色光源101与半透半反镜102之间，根据波长而透射率发生变化的滤波器。使来自白色光源101的光透射了波长滤波器107之后，作为后述的强度光谱的光，而向半透半反镜102入射。半透半反镜102对入射的光进行分割，将光分别导向试料103和参照构件104。这些光向试料103和参照构件104分别入射，并在试料103的表面和参照面104a分别反射。然后，分别反射出的光通过半透半反镜102重合。重合后的光向面传感器105入射。此时，通过参照构件移动装置90，沿着图5的箭头99扫描参照面104a，并利用面传感器105取入参照面104a的图像。入射到面传感器105的光被面传感器105转换成图像，由运算装置106取入。

在此，波长滤波器107的透射率-波长特性以使面传感器105上的白色光强度光谱具有多个峰值的方式设计。波长滤波器107的透射率-波长特性根据白色光源101的强度光谱和光学系统的透射特性、面传感器105的灵敏度特性来设计。例如，考虑具有图6所示的波长与强度的关系的情况。λ＝500nm的强度比是0.328。λ＝550nm的强度比是1.08。λ＝600nm的强度比是0.86。λ＝650nm的强度比是1.02。λ＝700nm的强度比是0.86。λ＝750nm的强度比是1.08。λ＝800nm的强度比是0.328。

根据该波长滤波器107的插入的有无而可干涉距离发生变化时的关系如图7A～图7D所示。图7A是本第二实施方式中的波长滤波器107的插入前的光源101的强度光谱的比较的图。图7B是本第二实施方式中的波长滤波器107的插入后的光源101的强度光谱的图。图7C是本第二实施方式中的波长滤波器107的插入前的干涉波形的图。图7D是本第二实施方式中的波长滤波器107的插入后的干涉波形的图。从图7A～图7D可知，通过扩大可干涉距离，噪声环境下的相位光谱波形的再现性提高。在本发明的多个峰值中，与单一峰值的情况相比，能够增大可干涉距离。因此，在本发明中，能够减小线性分量和非线性分量的抽出时的变动。在此，线性分量是由振动噪声或电气噪声所产生的步骤S104中的利用分量抽出部106c抽出的分量。

以下，对振动噪声及电气噪声环境下的非线性分量的变动与利用运算装置106d进行的假想验证的结果进行了比较。条件如下所述。

首先，如下述(式7)那样定义干涉波形。在此，I₀是干涉条纹的强度光谱。λ是波长，λ＝500～800nm。h是从白色干涉计2到试料103的表面的距离，h＝5μm。z是参照面104a的扫描距离，z＝0～10μm。φ是相位信号，是根据上述(式4)算出的r₀₁＝0.3、r₁₂＝0.9、t＝100nm。rand1是对振动噪声进行了模型化的随机变量。rand2是对电气噪声等进行了模型化的随机变量。(式7)中的k是由k＝2π/λ表示的波数。

【数7】

$I=\underset{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\Σ}}{I}_0\left(\mathrm{\λ}\right)\cos (2k(z-h+\mathrm{rand}1\left(z\right))+\mathrm{\φ})+\mathrm{rand}2\left(z\right)$ (式7)

使该干涉信号I根据随机变量而变化，并同时进行了1000信号作成、傅立叶变换。该进行了傅立叶变换后的干涉信号I的非线性相位分量与没有噪声的情况进行了比较。并且，利用该误差的1000次量的总和值对耐环境性进行了评价。其评价结果如图8A～图8M所示。图8A～图8M是将光源的强度光谱的峰值存在1～4个(单一峰值～4峰值)的情况分别进行了汇总而得到的图。图8A的第二栏的图8B、图8E、图8H、图8K的波长分布表示光源的强度光谱的峰值数。图8A的第三栏的图8C、图8F、图8I、图8L的亮度信号是对各峰值数中的横轴为Z位置且纵轴为亮度的结果进行了汇总而得到的亮度信号。在此，Z位置是图1A或图5所示的Z的位置。图8A的第四栏的图8D、图8G、图8J、图8M的非线性分量是对各峰值数中的横轴为波长且纵轴为相位的结果进行了汇总而得到的非线性分量。图8A的第五栏的误差值的总和是对各峰值数中的误差值的总和进行了汇总而得到的误差值的总和。在此，关于非线性分量，是在噪声环境下反复进行1000次所得到的结果。

根据发明者们的评价，如图8A～图8M所示可知，与单一峰值相比，3峰值、4峰值的形相位分量的变动降低。需要说明的是，在4峰值中，可观察到饱和。因此，关于3峰值的情况，如图9A～图9K所示，在使中心峰值的强度变化的同时评价了耐环境性。

图9A～图9K是对中心峰值的强度与两侧峰值的强度的比率分别为81.5％、88.4％、93.4％、96.8％、99.0％的情况的结果进行了汇总而得到的图。图9A的第四栏的图9C、图9E、图9G、图9I、图9K的波长分布是对各比率中的横轴为波长且纵轴为相对强度的结果进行了汇总而得到的波长分布。图9A的第三栏的图9B、图9D、图9F、图9H、图9J的非线性分量是对各比率中的横轴为波长且纵轴为相位的相位信号的结果进行了汇总而得到的非线性分量。图9A的第五栏的误差值是对各比率中的误差值进行了汇总而得到的误差值。在此，在中心峰值的强度与两侧峰值的强度的比率为100.0％以上或80.0％以下时，未发现与非线性分量相关的评价结果为良好的点，因此省略它们的说明。换言之，在光学滤波器107中，从非线性分量(相位信号的变动)的观点出发，透射光的强度光谱的中心峰值的强度相对于两侧峰值的强度优选为大于80％且小于100％的强度。在图9A～图9K中，非线性分量的相位成为最小的情况是峰值为93.4％的情况。在此，图6所示的波形的波长λ＝500nm的强度比是0.328。波长λ＝600nm的强度比是0.86。波长λ＝650nm的强度比是1.02。波长λ＝700nm的强度比是0.86。波长λ＝750nm的强度比是1.08。波长λ＝800nm的强度比是0.328。这种情况下，与以往的单一峰值的情况相比，非线性分量的变动能够抑制83.0％。

本第二实施方式中的波长滤波器107如下设计，即，作为波长滤波器107的透射率-波长特性，透射后的光的强度光谱具有三个峰值，而且，中心峰值的强度与两侧峰值的强度相比成为93.4％。根据上述结构，即便在施加了相同噪声的情况下，与现有技术相比，也能够将其变动程度抑制83.0％。

需要说明的是，通过将上述各种实施方式或变形例中的任意的实施方式或变形例进行适当组合，能够起到各自所具有的效果。

本发明参照附图并与优选的实施方式相关联而进行了充分记载，但对于本领域技术人员而言，可以了解各种变形或修正。此种变形或修正只要不偏离权利要求书的范围所限定的本发明的范围，就应当认为包含在本发明中。

【工业实用性】

本发明的使用了干涉的膜厚计测装置及使用了干涉的膜厚计测方法可以利用在半导体膜或平板显示器的透明膜的膜厚的计测检查技术等中。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.(修改后)一种使用了干涉的膜厚计测装置，具备：

载置部，其对表面形成有透明膜的基板进行载置；

光源，其对载置于所述载置部的所述基板照射光；

半透半反镜，其对来自所述光源的所述光进行分支而使所述光向所述基板的表面及参照面照射，并使来自所述基板的所述表面及所述参照面的反射光重合而形成干涉光；

光学滤波器，其配置在所述光源与所述半透半反镜之间，且透射光的强度光谱具有多个峰值；

摄像装置，其拍摄所述干涉光；

运算装置，其基于所述摄像装置的拍摄结果而算出所述透明膜的膜厚。

2.(修改后)根据权利要求1所述的使用了干涉的膜厚计测装置，其中，

所述运算装置具有：

预先对向所述透明膜的入射光与反射光之间的第一相位光谱的变化量进行数据库化而作成的光谱变化量数据库；

对所述摄像装置拍摄到的所述透明膜的干涉信号进行傅立叶变换而算出所述透明膜的第二相位光谱的第二相位光谱算出部；

从所述光谱变化量数据库中选择与所述第二相位光谱一致度最高的第一相位光谱，使用所选择出的所述第一相位光谱来计测所述透明膜的膜厚的膜厚算出部。

3.(修改后)根据权利要求1所述的使用了干涉的膜厚计测装置，其中，

所述光学滤波器是所述透射光的所述强度光谱具有三个峰值的滤波器。

4.根据权利要求3所述的使用了干涉的膜厚计测装置，其中，

所述光学滤波器的所述透射光的所述强度光谱的中心峰值的强度比两侧峰值的强度小。

5.根据权利要求4所述的使用了干涉的膜厚计测装置，其中，

所述光学滤波器的所述透射光的所述强度光谱的所述中心峰值的强度相对于所述两侧峰值的强度为大于80％且小于100％的强度。

6.根据权利要求5所述的使用了干涉的膜厚计测装置，其中，

所述光学滤波器的所述透射光的所述强度光谱的所述中心峰值的强度为所述两侧峰值的强度的93.4％的强度。

7.根据权利要求1所述的使用了干涉的膜厚计测装置，其中，

所述光源为白色光源。

8.(修改后)一种使用了干涉的膜厚计测方法，其中，

经由透射光的强度光谱具有多个峰值的光学滤波器向透明膜和参照面照射光，

使用来自所述透明膜及所述参照面的光发生了干涉而成的干涉光的干涉信号来计测所述透明膜的膜厚。

9.(追加)根据权利要求8所述的使用了干涉的膜厚计测方法，其中，

在使用来自所述透明膜及所述参照面的光发生了干涉而成的干涉光的干涉信号来计测所述透明膜的膜厚时，

预先对向表面形成有透明膜的基板的入射光与反射光之间的第一相位光谱的变化量进行数据库化而作成光谱变化量数据库，

对来自所述透明膜及所述参照面的光发生了干涉而成的干涉光的干涉信号进行傅立叶变换而算出所述透明膜的第二相位光谱，

从所述光谱变化量数据库中选择与所述第二相位光谱一致度最高的第一相位光谱，使用所选择出的所述第一相位光谱来计测所述透明膜的膜厚。

Claims (8)

1.一种使用了干涉的膜厚计测装置，具备：

载置部，其对表面形成有透明膜的基板进行载置；

光源，其对载置于所述载置部的所述基板照射光；

半透半反镜，其对来自所述光源的所述光进行分支而使所述光向所述基板的表面及参照面照射，并使来自所述基板的所述表面及所述参照面的反射光重合而形成干涉光；

摄像装置，其拍摄所述干涉光；

运算装置，其基于所述摄像装置的拍摄结果而算出所述透明膜的膜厚，

所述运算装置具有：

预先对向所述透明膜的入射光与反射光之间的第一相位光谱的变化量进行数据库化而作成的光谱变化量数据库；

对所述摄像装置拍摄到的所述透明膜的干涉信号进行傅立叶变换而算出所述透明膜的第二相位光谱的第二相位光谱算出部；

从所述光谱变化量数据库中选择与所述第二相位光谱一致度最高的第一相位光谱，使用所选择出的所述第一相位光谱来计测所述透明膜的膜厚的膜厚算出部。

2.根据权利要求1所述的使用了干涉的膜厚计测装置，其中，

透射光的强度光谱具有多个峰值的光学滤波器设置在所述光源与所述半透半反镜之间。

3.根据权利要求2所述的使用了干涉的膜厚计测装置，其中，

所述光学滤波器是所述透射光的所述强度光谱具有三个峰值的滤波器。

4.根据权利要求3所述的使用了干涉的膜厚计测装置，其中，

所述光学滤波器的所述透射光的所述强度光谱的中心峰值的强度比两侧峰值的强度小。

5.根据权利要求4所述的使用了干涉的膜厚计测装置，其中，

所述光学滤波器的所述透射光的所述强度光谱的所述中心峰值的强度相对于所述两侧峰值的强度为大于80％且小于100％的强度。

6.根据权利要求5所述的使用了干涉的膜厚计测装置，其中，

所述光学滤波器的所述透射光的所述强度光谱的所述中心峰值的强度为所述两侧峰值的强度的93.4％的强度。

7.根据权利要求1所述的使用了干涉的膜厚计测装置，其中，

所述光源为白色光源。

8.一种使用了干涉的膜厚计测方法，其中，

预先对向表面形成有透明膜的基板的入射光与反射光之间的第一相位光谱的变化量进行数据库化而作成光谱变化量数据库，

对来自所述透明膜及参照面的光发生了干涉而成的干涉光的干涉信号进行傅立叶变换而算出所述透明膜的第二相位光谱，

从所述光谱变化量数据库中选择与所述第二相位光谱一致度最高的第一相位光谱，使用所选择出的所述第一相位光谱来计测所述透明膜的膜厚。

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