JP2003279324A - 膜厚測定方法および膜厚測定装置 - Google Patents
膜厚測定方法および膜厚測定装置Info
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- JP2003279324A JP2003279324A JP2002080586A JP2002080586A JP2003279324A JP 2003279324 A JP2003279324 A JP 2003279324A JP 2002080586 A JP2002080586 A JP 2002080586A JP 2002080586 A JP2002080586 A JP 2002080586A JP 2003279324 A JP2003279324 A JP 2003279324A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】フーリエ変換を用いた場合特有の誤差の発生を
抑えた非接触膜厚測定方法及び装置を提供するとそのシ
ステムが望まれていた。 【解決手段】薄膜の反射光の干渉現象を利用した単層膜
の膜厚測定方法および装置であって、分光反射率データ
をフーリエ変換により有限個サンプリングしてそのスペ
クトルから膜厚を求める際に、ピークのスペクトルから
同サンプリング数だけ離れたスペクトル対のうち、スペ
クトル対どうしの非対称性が閾値以下でかつピークから
最も遠いスペクトル対を基準としてフィルタリングを行
ったスペクトルを用いて膜厚を求めることを特徴とする
膜厚測定方法および装置を提供する。
抑えた非接触膜厚測定方法及び装置を提供するとそのシ
ステムが望まれていた。 【解決手段】薄膜の反射光の干渉現象を利用した単層膜
の膜厚測定方法および装置であって、分光反射率データ
をフーリエ変換により有限個サンプリングしてそのスペ
クトルから膜厚を求める際に、ピークのスペクトルから
同サンプリング数だけ離れたスペクトル対のうち、スペ
クトル対どうしの非対称性が閾値以下でかつピークから
最も遠いスペクトル対を基準としてフィルタリングを行
ったスペクトルを用いて膜厚を求めることを特徴とする
膜厚測定方法および装置を提供する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は薄膜に光を照射し、
その反射光の干渉現象を利用して単層膜の膜厚を非接触
で測定する方法と装置に関する。
その反射光の干渉現象を利用して単層膜の膜厚を非接触
で測定する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、単層薄膜の非接触測定方法として
様々な方法が提案されてきた。なかでも反射光の干渉現
象を利用した反射分光干渉法は簡単な装置で膜厚測定が
可能であるため、数多く実用されている。この方法は試
料に光を照射し、反射光を検出器で分光し、波長の逆数
に相当する波数に対する分光曲線を得て、これをフーリ
エ変換することで膜厚を求めていた。
様々な方法が提案されてきた。なかでも反射光の干渉現
象を利用した反射分光干渉法は簡単な装置で膜厚測定が
可能であるため、数多く実用されている。この方法は試
料に光を照射し、反射光を検出器で分光し、波長の逆数
に相当する波数に対する分光曲線を得て、これをフーリ
エ変換することで膜厚を求めていた。
【０００３】ここで、フーリエ変換処理は高速フーリエ
変換が用いられる。フーリエ変換の定義では積分範囲が
−∞から∞までであるのに対し、高速フーリエ変換の実
装では総和の範囲は０からＮ−１までである（Ｎはサン
プリング数）。Ｎ以上あるいは０未満の部分のデータは
０からＮ−１のデータが無限に繰り返されているという
前提で処理される。そのため、図２に示すようなケース
では元の波形を再現するが、図３のケースではサンプリ
ング区間の最初と最後が滑らかに接続出来ず、パワース
ペクトルに影響を与え、計算される膜厚値の誤差要因と
なる。この影響はサンプリング区間中に含まれる波の数
が少ないほど大きい。
変換が用いられる。フーリエ変換の定義では積分範囲が
−∞から∞までであるのに対し、高速フーリエ変換の実
装では総和の範囲は０からＮ−１までである（Ｎはサン
プリング数）。Ｎ以上あるいは０未満の部分のデータは
０からＮ−１のデータが無限に繰り返されているという
前提で処理される。そのため、図２に示すようなケース
では元の波形を再現するが、図３のケースではサンプリ
ング区間の最初と最後が滑らかに接続出来ず、パワース
ペクトルに影響を与え、計算される膜厚値の誤差要因と
なる。この影響はサンプリング区間中に含まれる波の数
が少ないほど大きい。
【０００４】これに対してフーリエ変換を行う前に窓関
数を観測波形に掛ける方法が一般的である。図４にその
例を示す。観測波形に図５の台形窓関数を掛けた例であ
る。この方法は効果があるが、全てのケースでうまく行
くわけではない。例えば図６のケースでは元々山２つと
その間の谷一つという形状が窓関数による歪みで谷一つ
に近い形状となってしまう。このようなケースがあるの
で、特定の膜厚で誤差が大きくなる。
数を観測波形に掛ける方法が一般的である。図４にその
例を示す。観測波形に図５の台形窓関数を掛けた例であ
る。この方法は効果があるが、全てのケースでうまく行
くわけではない。例えば図６のケースでは元々山２つと
その間の谷一つという形状が窓関数による歪みで谷一つ
に近い形状となってしまう。このようなケースがあるの
で、特定の膜厚で誤差が大きくなる。
【０００５】屈折率１．６の透明膜が屈折率１．５のガ
ラス基板上に形成しているという条件で膜厚を１５００
から３０００ｎｍまで１０ｎｍ刻みに変えて膜厚計算し
たときの従来方法による誤差の例をプロットしたのが図
７である。このように窓関数を使用しても所々に誤差の
大きい部分が発生するという問題がある。また、どの膜
厚で誤差が大きくなるかは、膜及び基板の光学定数、サ
ンプリング区間により異なる。
ラス基板上に形成しているという条件で膜厚を１５００
から３０００ｎｍまで１０ｎｍ刻みに変えて膜厚計算し
たときの従来方法による誤差の例をプロットしたのが図
７である。このように窓関数を使用しても所々に誤差の
大きい部分が発生するという問題がある。また、どの膜
厚で誤差が大きくなるかは、膜及び基板の光学定数、サ
ンプリング区間により異なる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題に
鑑みてなされたものであり、その課題とするところはフ
ーリエ変換を用いた場合特有の誤差の発生を抑えた非接
触膜厚測定方法及び装置を提供することにある。
鑑みてなされたものであり、その課題とするところはフ
ーリエ変換を用いた場合特有の誤差の発生を抑えた非接
触膜厚測定方法及び装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本願発明の、請求項１に
係る発明では、薄膜の反射光の干渉現象を利用した単層
膜の膜厚測定方法であって、分光反射率データをフーリ
エ変換により有限個サンプリングしてそのスペクトルか
ら膜厚を求める際に、ピークのスペクトルから同サンプ
リング数だけ離れたスペクトル対のうち、スペクトル対
どうしの非対称性が閾値以下でかつピークから最も遠い
スペクトル対を基準としてフィルタリングを行ったスペ
クトルを用いて膜厚を求めることを特徴とする膜厚測定
方法を提供するものである。
係る発明では、薄膜の反射光の干渉現象を利用した単層
膜の膜厚測定方法であって、分光反射率データをフーリ
エ変換により有限個サンプリングしてそのスペクトルか
ら膜厚を求める際に、ピークのスペクトルから同サンプ
リング数だけ離れたスペクトル対のうち、スペクトル対
どうしの非対称性が閾値以下でかつピークから最も遠い
スペクトル対を基準としてフィルタリングを行ったスペ
クトルを用いて膜厚を求めることを特徴とする膜厚測定
方法を提供するものである。
【０００８】また、請求項２に係る発明では、薄膜の反
射光の干渉現象を利用した単層膜の膜厚測定装置であっ
て、分光反射率データをフーリエ変換により有限個サン
プリングしてそのスペクトルから膜厚を求める際に、ピ
ークのスペクトルから同サンプリング数だけ離れたスペ
クトル対のうち、スペクトル対どうしの非対称性が閾値
以下でかつピークから最も遠いスペクトル対を基準とし
てフィルタリングを行ったスペクトルを用いて膜厚を求
めることを特徴とする膜厚測定装置を提供するものであ
る。
射光の干渉現象を利用した単層膜の膜厚測定装置であっ
て、分光反射率データをフーリエ変換により有限個サン
プリングしてそのスペクトルから膜厚を求める際に、ピ
ークのスペクトルから同サンプリング数だけ離れたスペ
クトル対のうち、スペクトル対どうしの非対称性が閾値
以下でかつピークから最も遠いスペクトル対を基準とし
てフィルタリングを行ったスペクトルを用いて膜厚を求
めることを特徴とする膜厚測定装置を提供するものであ
る。
【０００９】この様にして、誤差が大きい時と小さい時
のパワースペクトルを比較する事に基づいて、より正確
な膜厚測定装置と膜厚測定方法が得られるものである。
図８は誤差が大きい場合、図９は誤差が小さい場合であ
る。
のパワースペクトルを比較する事に基づいて、より正確
な膜厚測定装置と膜厚測定方法が得られるものである。
図８は誤差が大きい場合、図９は誤差が小さい場合であ
る。
【００１０】測定対象は単層膜であるので、本来ピーク
は図９のように一つであるが、図８のように最大ピーク
の片脇に小さなピークが現れる場合はフーリエ変換の窓
関数による波形歪みの影響が出たと判定することができ
る。
は図９のように一つであるが、図８のように最大ピーク
の片脇に小さなピークが現れる場合はフーリエ変換の窓
関数による波形歪みの影響が出たと判定することができ
る。
【００１１】そこで、パワースペクトル最大ピークの裾
野まで含めた領域で左右対称性を調べて、非対称である
場合にはサンプリング区間を短くして、再度フーリエ変
換処理してパワースペクトル最大ピークが左右対称の状
態で膜厚計算を行うことで、分光反射率データをフーリ
エ変換により有限個サンプリングしてそのスペクトルか
ら膜厚を求める際に、ピークのスペクトルから同サンプ
リング数だけ離れたスペクトル対のうち、スペクトル対
どうしの非対称性が閾値以下でかつピークから最も遠い
スペクトル対を基準としてフィルタリングを行ったスペ
クトルを用いて膜厚を求めることで、どの膜厚でも誤差
の少ない測定が可能となる。
野まで含めた領域で左右対称性を調べて、非対称である
場合にはサンプリング区間を短くして、再度フーリエ変
換処理してパワースペクトル最大ピークが左右対称の状
態で膜厚計算を行うことで、分光反射率データをフーリ
エ変換により有限個サンプリングしてそのスペクトルか
ら膜厚を求める際に、ピークのスペクトルから同サンプ
リング数だけ離れたスペクトル対のうち、スペクトル対
どうしの非対称性が閾値以下でかつピークから最も遠い
スペクトル対を基準としてフィルタリングを行ったスペ
クトルを用いて膜厚を求めることで、どの膜厚でも誤差
の少ない測定が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】この膜厚算出の原理は以下の通り
である。
である。
【００１３】反射光は膜の表面で反射した光Ｒ1と、膜
を透過して基板との境界面で反射して戻ってくる光Ｒ2
から成る。Ｒ2は膜内を往復して戻ってくるのでＲ1との
間に行路差がある。この行路差により生ずるＲ1とＲ2間
の位相差がちょうど２πだと、強められ、ちょうどπだ
と、弱められる。また、光は光学的に疎な媒質を進行し
てきて密な媒質との境界面で反射を受けた時、位相がπ
変化する。
を透過して基板との境界面で反射して戻ってくる光Ｒ2
から成る。Ｒ2は膜内を往復して戻ってくるのでＲ1との
間に行路差がある。この行路差により生ずるＲ1とＲ2間
の位相差がちょうど２πだと、強められ、ちょうどπだ
と、弱められる。また、光は光学的に疎な媒質を進行し
てきて密な媒質との境界面で反射を受けた時、位相がπ
変化する。
【００１４】屈折率が空気１．０、膜１．６、基板１．
５程度であるので、Ｒ1で位相はπ変化する。従って、
垂直入射の場合、膜厚ｄ、膜屈折率ｎで、光学的行路差
２ｎｄが波長λの整数倍の時、その波長の光は弱められ
て極小値が現れ、（整数＋０．５）倍の時には極大値が
現れる。従って横軸に波長をとり、縦軸に反射率をとる
と図１０のような極大値と極小値が繰り返し現れる波形
となる。
５程度であるので、Ｒ1で位相はπ変化する。従って、
垂直入射の場合、膜厚ｄ、膜屈折率ｎで、光学的行路差
２ｎｄが波長λの整数倍の時、その波長の光は弱められ
て極小値が現れ、（整数＋０．５）倍の時には極大値が
現れる。従って横軸に波長をとり、縦軸に反射率をとる
と図１０のような極大値と極小値が繰り返し現れる波形
となる。
【００１５】ここで干渉次数ｍを整数としてλが極小波
長のときは２ｎｄ＝ｍλ、λが極大波長のときは２ｎｄ
＝（ｍ＋０．５）λが成り立つ。
長のときは２ｎｄ＝ｍλ、λが極大波長のときは２ｎｄ
＝（ｍ＋０．５）λが成り立つ。
【００１６】従って、隣り合う極大波長をλ1λ2とする
と、ｍが１違うので各々２ｎｄ＝（ｍ＋０．５）λ2、
２ｎｄ＝（ｍ＋０．５＋１）λ1となり、ｍを消して整
理するとｎｄ＝λ2λ1／２（λ2−λ1）が得られる。図
１０の波長λを波数Ｋ（Ｋ＝２π／λ）に変えると図１
１のような等周期の波形が得られる。図１２のように波
数ＫSからＫEまでの範囲でちょうど１周期の波形が得ら
れたとすると、隣り合う極大値Ｋ1、Ｋ2はＴ／４と５Ｔ
／４の位置に現れる。２周期では同様にＴ／８と５Ｔ／
８である。つまり、ｆを周波数成分の番号（整数）とす
るとＫ1、Ｋ2各々Ｋ1＝Ｔ／４ｆ、Ｋ2＝５Ｔ／４ｆとな
る。
と、ｍが１違うので各々２ｎｄ＝（ｍ＋０．５）λ2、
２ｎｄ＝（ｍ＋０．５＋１）λ1となり、ｍを消して整
理するとｎｄ＝λ2λ1／２（λ2−λ1）が得られる。図
１０の波長λを波数Ｋ（Ｋ＝２π／λ）に変えると図１
１のような等周期の波形が得られる。図１２のように波
数ＫSからＫEまでの範囲でちょうど１周期の波形が得ら
れたとすると、隣り合う極大値Ｋ1、Ｋ2はＴ／４と５Ｔ
／４の位置に現れる。２周期では同様にＴ／８と５Ｔ／
８である。つまり、ｆを周波数成分の番号（整数）とす
るとＫ1、Ｋ2各々Ｋ1＝Ｔ／４ｆ、Ｋ2＝５Ｔ／４ｆとな
る。
【００１７】またこれを波長λで表すとλ1、λ2は各々
λ1＝４ｆ・２π／Ｔ、λ2＝４ｆ・２π／５Ｔとなる。
λ1＝４ｆ・２π／Ｔ、λ2＝４ｆ・２π／５Ｔとなる。
【００１８】この式を上記ｎｄ＝λ2λ1／２（λ2−
λ1）式と共に整理すると、ｎｄ＝ｆπとなる。
λ1）式と共に整理すると、ｎｄ＝ｆπとなる。
【００１９】この様に周波数ｆは横軸波数の分光反射率
波形をフーリエ変換した時に得られるパワースペクトル
の横軸に相当するのでこれにπを掛けると横軸がｎｄの
グラフが得られ、そのピーク位置を求めてｎで割れば膜
厚ｄが求められる。
波形をフーリエ変換した時に得られるパワースペクトル
の横軸に相当するのでこれにπを掛けると横軸がｎｄの
グラフが得られ、そのピーク位置を求めてｎで割れば膜
厚ｄが求められる。
【００２０】次に、分光反射率データをフーリエ変換に
より有限個サンプリングしてそのスペクトルから膜厚を
求める際に、ピークのスペクトルから同サンプリング数
だけ離れたスペクトル対のうち、スペクトル対どうしの
非対称性が閾値以下でかつピークから最も遠いスペクト
ル対を基準としてフィルタリングを行ったスペクトルを
用いて膜厚を求める具体的な膜厚計算処理手順を、順次
そのフィルタリング幅を狭める方法により求める方法に
ついて図１４を参照しながら説明する。
より有限個サンプリングしてそのスペクトルから膜厚を
求める際に、ピークのスペクトルから同サンプリング数
だけ離れたスペクトル対のうち、スペクトル対どうしの
非対称性が閾値以下でかつピークから最も遠いスペクト
ル対を基準としてフィルタリングを行ったスペクトルを
用いて膜厚を求める具体的な膜厚計算処理手順を、順次
そのフィルタリング幅を狭める方法により求める方法に
ついて図１４を参照しながら説明する。
【００２１】もちろん、順次そのフィルタリング幅を狭
める方法でなくとも、全てのフィルタリング幅について
の計算を一括して求める方法でも構わない事は当然であ
る。
める方法でなくとも、全てのフィルタリング幅について
の計算を一括して求める方法でも構わない事は当然であ
る。
【００２２】まず、分光反射率を計算する（Ｓ１１）。
反射率が既知の光学ガラスＢＫ７等を予め本装置でリフ
ァレンスとして測定し、その分光反射強度を得る。続い
て被測定物の分光反射強度を測定し、ｒS（λ）＝（ｒS
（λ）／ｒr（λ））×Ｒr（λ）式で分光反射率Ｒｓを
計算する。
反射率が既知の光学ガラスＢＫ７等を予め本装置でリフ
ァレンスとして測定し、その分光反射強度を得る。続い
て被測定物の分光反射強度を測定し、ｒS（λ）＝（ｒS
（λ）／ｒr（λ））×Ｒr（λ）式で分光反射率Ｒｓを
計算する。
【００２３】なお、ここで、ｒr（λ）とｒS（λ）はリ
ファレンスおよび被測定物の分光反射強度、Ｒr（λ）
はリファレンスの分光反射率である。
ファレンスおよび被測定物の分光反射強度、Ｒr（λ）
はリファレンスの分光反射率である。
【００２４】この分光反射率データは分光器４の素子数
に相当する個数のデータ数であるが、これを２のＮ乗個
の等ピッチ波数毎のデータに変換する（Ｓ１２）。ここ
でＮは大きいほどフーリエ変換時に高周波数成分まで検
出できるが、膜厚測定では低周波側を使うので、素子数
に近い２のＮ乗の数を選べば良い。
に相当する個数のデータ数であるが、これを２のＮ乗個
の等ピッチ波数毎のデータに変換する（Ｓ１２）。ここ
でＮは大きいほどフーリエ変換時に高周波数成分まで検
出できるが、膜厚測定では低周波側を使うので、素子数
に近い２のＮ乗の数を選べば良い。
【００２５】この等波数毎の反射率データに窓関数を掛
ける処理を行う（Ｓ１３）。フィルタリングのための窓
関数は図５に示した台形以外に三角窓、ハニング窓、ハ
ミング窓など適用可能である。
ける処理を行う（Ｓ１３）。フィルタリングのための窓
関数は図５に示した台形以外に三角窓、ハニング窓、ハ
ミング窓など適用可能である。
【００２６】また、この場合の分解能は、ｎｄ＝ｆπ＝
π／Ｔ＝π／（ＫE−ＫS）で計算されるので、波数６９
８１３〜３９２７０（波長９００〜１６００ｎｍ）のサ
ンプリング範囲では１．０２８６μｍに相当し、膜厚２
μｍ程度の膜厚測定に使うには分解能が悪すぎる。そこ
で、データを内挿して分解能を高める。具体的にはＮ個
のサンプリングデータの後ろにＮ個のデータ平均値を追
加し、データ数を大幅に増やしてフーリエ変換を行う
（Ｓ１４）。データ数を増やしたデータにフーリエ変換
を行い（Ｓ１５）、パワースペクトルを計算する（Ｓ１
６）。その際にＤＣ成分は不要なので０にしておく。パ
ワースペクトルの横軸をｎｄに変換するにはｎｄ＝ｆπ
式を使う。次に得られたｎｄに誤差が含まれているかを
確認するためにピークの左右対称性を調べる処理を行
う。パワースペクトルデータＳ（１、２・・・・Ｎ）の
ピーク位置ｐから左右にｉだけ離れた位置の差をｉ＝１
〜Ｘまで総和計算ＺX＝Σ(i=1〜X)｛Ｓ（ｐ＋ｉ）−Ｓ
（ｐ−ｉ）｝する。ここでＸは全てのサンプリングデー
タから求めても良いが、実用的には想定膜厚範囲から予
め決めておけばで十分である。
π／Ｔ＝π／（ＫE−ＫS）で計算されるので、波数６９
８１３〜３９２７０（波長９００〜１６００ｎｍ）のサ
ンプリング範囲では１．０２８６μｍに相当し、膜厚２
μｍ程度の膜厚測定に使うには分解能が悪すぎる。そこ
で、データを内挿して分解能を高める。具体的にはＮ個
のサンプリングデータの後ろにＮ個のデータ平均値を追
加し、データ数を大幅に増やしてフーリエ変換を行う
（Ｓ１４）。データ数を増やしたデータにフーリエ変換
を行い（Ｓ１５）、パワースペクトルを計算する（Ｓ１
６）。その際にＤＣ成分は不要なので０にしておく。パ
ワースペクトルの横軸をｎｄに変換するにはｎｄ＝ｆπ
式を使う。次に得られたｎｄに誤差が含まれているかを
確認するためにピークの左右対称性を調べる処理を行
う。パワースペクトルデータＳ（１、２・・・・Ｎ）の
ピーク位置ｐから左右にｉだけ離れた位置の差をｉ＝１
〜Ｘまで総和計算ＺX＝Σ(i=1〜X)｛Ｓ（ｐ＋ｉ）−Ｓ
（ｐ−ｉ）｝する。ここでＸは全てのサンプリングデー
タから求めても良いが、実用的には想定膜厚範囲から予
め決めておけばで十分である。
【００２７】この総和Ｚが予め設定された閾値ＺMAXを
越えたら、サンプリング区間を１０〜２０％程度短くし
て（Ｓ２０）再度フーリエ変換処理を行う。
越えたら、サンプリング区間を１０〜２０％程度短くし
て（Ｓ２０）再度フーリエ変換処理を行う。
【００２８】総和ＺXー1がＺMAXを越えず左右対称となっ
たら最後に求められたｎｄをｎで除して膜厚ｄを得る
（Ｓ２１）。
たら最後に求められたｎｄをｎで除して膜厚ｄを得る
（Ｓ２１）。
【００２９】
【実施例】以下、本発明をカラー液晶パネルディスプレ
イ部品のひとつであるカラーフィルタのカラーレジスト
膜厚測定に適用した場合の実施形態について図を参照し
ながら説明する。
イ部品のひとつであるカラーフィルタのカラーレジスト
膜厚測定に適用した場合の実施形態について図を参照し
ながら説明する。
【００３０】図１は本発明の装置の概略構成を示してい
る。本装置は光源部１、２分岐ファイバー２、対物レン
ズ３、分光器４、演算部５から成る。
る。本装置は光源部１、２分岐ファイバー２、対物レン
ズ３、分光器４、演算部５から成る。
【００３１】カラーレジスト膜の場合、測定に使用する
光は可視光域では顔料による吸収があって干渉が起こら
ないので赤外光域を使用する。光源部１は電球１０とカ
ットフィルタ９を備える。電球１０は赤外域の光を効率
よく放出するハロゲン電球を使用し、更に効率を高める
ため、金コーティングリフレクタを使用するのが望まし
い。カットフィルタ９は８００ｎｍ以下の波長をカット
し、感光性のあるカラーレジストに対してパターン露光
前の膜厚測定を可能とすると同時に分光器の高次光が受
光素子に入るのを防ぐ。
光は可視光域では顔料による吸収があって干渉が起こら
ないので赤外光域を使用する。光源部１は電球１０とカ
ットフィルタ９を備える。電球１０は赤外域の光を効率
よく放出するハロゲン電球を使用し、更に効率を高める
ため、金コーティングリフレクタを使用するのが望まし
い。カットフィルタ９は８００ｎｍ以下の波長をカット
し、感光性のあるカラーレジストに対してパターン露光
前の膜厚測定を可能とすると同時に分光器の高次光が受
光素子に入るのを防ぐ。
【００３２】２分岐ファイバー２は光源部１に接続して
いる部分が投光用で分光器４に接続している部分が受光
用である。それぞれ光ファイバー数１００本を束ねたも
ので、途中でそれらが１本にまとめられている。この束
の中で投光用と受光用の光ファイバー１本１本は入り交
じって束ねられ、対物レンズ３に接続している面では均
等に両方の光ファイバーが配置されるようになってい
る。また、光ファイバーは近赤外光を透過するようにＧ
ｅ（ゲルマニウム）ドープしたものなどを使用する。
いる部分が投光用で分光器４に接続している部分が受光
用である。それぞれ光ファイバー数１００本を束ねたも
ので、途中でそれらが１本にまとめられている。この束
の中で投光用と受光用の光ファイバー１本１本は入り交
じって束ねられ、対物レンズ３に接続している面では均
等に両方の光ファイバーが配置されるようになってい
る。また、光ファイバーは近赤外光を透過するようにＧ
ｅ（ゲルマニウム）ドープしたものなどを使用する。
【００３３】対物レンズ３により光が被測定物であるカ
ラーレジストを塗布したガラス板８に垂直入射される。
対物レンズ３により、焦点深度以内のカラーレジストを
塗布したガラス板８までの距離変動を吸収する。
ラーレジストを塗布したガラス板８に垂直入射される。
対物レンズ３により、焦点深度以内のカラーレジストを
塗布したガラス板８までの距離変動を吸収する。
【００３４】カラーレジストを塗布したガラス板８から
の反射光は対物レンズ３、２分岐ファイバー２を経由し
て分光器４に入る。分光器４は回折格子、リニアアレイ
等から成る分光器部６と分光器部６の制御と信号をデジ
タル変換する制御部７から成る。回折格子とリニアアレ
イ素子の組み合わせで使用する波長が決まるが、９００
〜１６００ｎｍ程度の波長範囲を使用すれば、一般的な
カラーレジスト膜厚２μｍ程度の測定には十分である。
なおこのときのサンプリング間隔は２５６素子のリニア
アレイを用いて２．７ｍｍである。
の反射光は対物レンズ３、２分岐ファイバー２を経由し
て分光器４に入る。分光器４は回折格子、リニアアレイ
等から成る分光器部６と分光器部６の制御と信号をデジ
タル変換する制御部７から成る。回折格子とリニアアレ
イ素子の組み合わせで使用する波長が決まるが、９００
〜１６００ｎｍ程度の波長範囲を使用すれば、一般的な
カラーレジスト膜厚２μｍ程度の測定には十分である。
なおこのときのサンプリング間隔は２５６素子のリニア
アレイを用いて２．７ｍｍである。
【００３５】分光器４はパーソナルコンピュータ、キー
ボード、マウス、ディスプレイモニタ等から構成される
演算部５に接続され、ここで、演算を行って膜厚値を算
出する。また、分光器４の制御やユーザーインターフェ
イス処理を受け持つ。
ボード、マウス、ディスプレイモニタ等から構成される
演算部５に接続され、ここで、演算を行って膜厚値を算
出する。また、分光器４の制御やユーザーインターフェ
イス処理を受け持つ。
【００３６】この等波数毎の反射率データに窓関数を掛
ける処理を行う。窓関数としてした台形を用いた。
ける処理を行う。窓関数としてした台形を用いた。
【００３７】実際の測定例として図７で誤差の大きい膜
厚ｄ＝１６４０ｎｍ、誤差−３３ｎｍのケースを示す。
厚ｄ＝１６４０ｎｍ、誤差−３３ｎｍのケースを示す。
【００３８】最大想定膜厚範囲としてサンプリング区間
９００〜１６００ｎｍの範囲を用いた１回目のフーリエ
変換の結果得られたパワースペクトルは図８である。
９００〜１６００ｎｍの範囲を用いた１回目のフーリエ
変換の結果得られたパワースペクトルは図８である。
【００３９】このとき、総和閾値を５０と予め決めてお
く。
く。
【００４０】総和が１００であり、この総和閾値以上な
のでピークが左右非対称であると判断し、サンプリング
区間を１０００〜１６００ｎｍに縮小して再計算した結
果、図１３のパワースペクトルが得られ、総和が２であ
り、この総和閾値以下なのでピークが左右非対称である
と判断し、膜厚は１６４１ｎｍと計算され、誤差は１ｎ
ｍに減少した。
のでピークが左右非対称であると判断し、サンプリング
区間を１０００〜１６００ｎｍに縮小して再計算した結
果、図１３のパワースペクトルが得られ、総和が２であ
り、この総和閾値以下なのでピークが左右非対称である
と判断し、膜厚は１６４１ｎｍと計算され、誤差は１ｎ
ｍに減少した。
【００４１】以上の、サンプリング区間を１０００〜１
６００ｎｍにて求められたｎｄをｎで除して膜厚ｄを得
る。
６００ｎｍにて求められたｎｄをｎで除して膜厚ｄを得
る。
【００４２】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、膜厚計算
にフーリエ変換を使用することにより生ずる誤差を減少
させることができ、測定精度が向上する。
にフーリエ変換を使用することにより生ずる誤差を減少
させることができ、測定精度が向上する。
【図１】本発明の実施例を示す装置概略図である。
【図２】サンプリング区間内に波形がうまく収まった例
の図である。
の図である。
【図３】サンプリング区間内に波形がうまく収まらない
場合の図である。
場合の図である。
【図４】窓関数の効果を示す図である。
【図５】台形窓関数の図である。
【図６】窓関数による波形歪みの例を示す図である。
【図７】膜厚を１５００から３０００ｎｍまで１０ｎｍ
刻みに変えて膜厚を計算したときの従来方法による誤差
をプロットした図である。
刻みに変えて膜厚を計算したときの従来方法による誤差
をプロットした図である。
【図８】誤差が大きい場合のパワースペクトル図であ
る。
る。
【図９】誤差が小さい場合のパワースペクトル図であ
る。
る。
【図１０】分光反射率を横軸波長でプロットした図であ
る。
る。
【図１１】分光反射率を横軸波数でプロットした図であ
る。
る。
【図１２】サンプリング区間と極大値の関係を示す図で
ある。
ある。
【図１３】サンプリング区間を短くして誤差が減った時
のパワースペクトル図である。
のパワースペクトル図である。
【図１４】本発明の膜厚計算方法の処理手順を示すフロ
ー図である。
ー図である。
１ 光源部
２ ２分岐ファイバー
３ 対物レンズ
４ 分光器
５ 演算部
６ 分光器部
７ 制御部
８ カラーレジストを塗布したガラス板（試料）
９ カットフィルタ
１０ 電球
Ｓ１１〜Ｓ２１ 処理ステップ
Claims (2)
- 【請求項１】薄膜の反射光の干渉現象を利用した単層膜
の膜厚測定方法であって、分光反射率データをフーリエ
変換により有限個サンプリングしてそのスペクトルから
膜厚を求める際に、ピークのスペクトルから同サンプリ
ング数だけ離れたスペクトル対のうち、スペクトル対ど
うしの非対称性が閾値以下でかつピークから最も遠いス
ペクトル対を基準としてフィルタリングを行ったスペク
トルを用いて膜厚を求めることを特徴とする膜厚測定方
法。 - 【請求項２】薄膜の反射光の干渉現象を利用した単層膜
の膜厚測定装置であって、分光反射率データをフーリエ
変換により有限個サンプリングしてそのスペクトルから
膜厚を求める際に、ピークのスペクトルから同サンプリ
ング数だけ離れたスペクトル対のうち、スペクトル対ど
うしの非対称性が閾値以下でかつピークから最も遠いス
ペクトル対を基準としてフィルタリングを行ったスペク
トルを用いて膜厚を求めることを特徴とする膜厚測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002080586A JP2003279324A (ja) | 2002-03-22 | 2002-03-22 | 膜厚測定方法および膜厚測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002080586A JP2003279324A (ja) | 2002-03-22 | 2002-03-22 | 膜厚測定方法および膜厚測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003279324A true JP2003279324A (ja) | 2003-10-02 |
Family
ID=29229561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002080586A Pending JP2003279324A (ja) | 2002-03-22 | 2002-03-22 | 膜厚測定方法および膜厚測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003279324A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006072307A (ja) * | 2004-08-04 | 2006-03-16 | Ricoh Co Ltd | 静電潜像現像用キャリア、並びに、その製造方法及び製造装置 |
| FR2898971A1 (fr) * | 2006-03-27 | 2007-09-28 | Commissariat Energie Atomique | Procede de mesure, sans contact, d'une caracteristique opto-geometrique d'un materiau, par spectrometrie interferentielle |
| JP2009198361A (ja) * | 2008-02-22 | 2009-09-03 | Yokogawa Electric Corp | 膜厚測定装置及び方法 |
| JP2010121977A (ja) * | 2008-11-17 | 2010-06-03 | Keyence Corp | 光学式変位計 |
| JP2013096858A (ja) * | 2011-11-01 | 2013-05-20 | Tokyo Electron Ltd | 光干渉システム、基板処理装置及び計測方法 |
| US9417055B2 (en) | 2014-08-28 | 2016-08-16 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus for measuring thickness of thin film, system including the apparatus, and method for measuring thickness of thin film |
| JP2021165701A (ja) * | 2020-04-08 | 2021-10-14 | 大塚電子株式会社 | 光学測定システムおよび光学測定方法 |
-
2002
- 2002-03-22 JP JP2002080586A patent/JP2003279324A/ja active Pending
Cited By (9)
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