JP2002328009A - 膜厚測定装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 アッテネータ１０は、光源１からの光を
減衰させて分光器５へ伝送する。分光器５は、光源１か
らの光を受光して光強度を検出する。計算機６は、分光
器５によって検出された光源１の光強度に用いて光源１
の経年変化を検出し、その経年変化に基づいて光源１の
較正を行ないながら、測定基板３からの反射光の光強度
に基づいて測定基板３の薄膜を解析する。したがって、
測定基板３の薄膜の解析を連続的に行なうことが可能と
なる。

Description

【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
装置およびその方法に関する。

【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２０００−１９３４２
４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１
０２、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】

【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、Ａ
ｌ₂Ｏ ₃、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、Ａ_n、Ｂ_nおよびＣ_nは各材料に応じた屈折率ｎ
（ｐ）を定める材料係数であり、Ａ_k、Ｂ_kおよびＣ_k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】

【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および膜
厚測定方法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お
よび膜厚測定方法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を含む。

【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、膜厚測定装置はさらに、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、膜厚測定装置はさらに、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。

【００２９】本発明の別の局面に従えば、膜厚測定方法
は、測定試料に照射される光を生成するステップと、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
を受光するステップと、受光された反射光の光強度を測
定するステップと、生成された光を受光して光源の経年
変化を検出するステップと、検出された光源の経年変化
に基づいて較正を行ない、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ステップとを含む。

【００３０】生成された光を受光して光源の経年変化を
検出するので、光源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。

【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 Depositio
n）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、６０ｎ
ｍ以下の膜厚を測定する場合には、２２０ｎｍ〜４００
ｎｍ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１
３、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２
３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（Ｖ
ＩＳ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ＣＣＤ
５５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Ｍ_R（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Ｍ_B（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ｒ_R（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Ｍ_M（λ）を次式によって算出する。

【００５３】

【数３】

【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Ｍ_L1（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（Ｓ
４）。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Ｍ_Ln（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】

【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Ｍ_S（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Ｍ_M（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】

【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ＣＣ
Ｄ５６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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA30 CC31 DD06 EE00 FF51 FF61 GG02 GG03 HH04 HH13 JJ02 JJ09 JJ25 LL03 LL04 LL28 LL30 LL42 LL67 NN11 NN16 NN20 QQ23 QQ26 QQ42 2G086 EE11

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【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を含む膜厚測定装置。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【請求項５】 前記膜厚測定装置はさらに、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。
6. 【請求項６】 前記膜厚測定装置はさらに、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。
7. 【請求項７】 測定試料に照射される光を生成するステ
   ップと、 前記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ステップと、 前記受光された反射光の光強度を測定するステップと、 前記生成された光を受光して光源の経年変化を検出する
   ステップと、 前記検出された光源の経年変化に基づいて較正を行な
   い、前記測定された光強度に基づいて前記測定試料の薄
   膜を解析するステップとを含む膜厚測定方法。