JP2009133744A - 膜厚測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光検出器7は、試料1である薄膜にスポット光を照射したときにおける該薄膜からの反射光の輝度を、対物レンズ2を介して検出する。リファレンスメモリ16には、対物レンズ2からの光軸方向の距離と該距離の位置より対物レンズ2へ向かう光の光検出器7により検出される輝度との関係を示す基準データが格納される。顕微鏡制御部11は、該薄膜の対物レンズ2からの距離を光軸方向に変化させて、該距離と光検出器7で検出される輝度との関係を示す測定データを取得する。膜位置検出部17は、基準データ及び測定データに基づいて、該薄膜からの反射光の輝度が極大の高さとなるときの対物レンズ2からの距離を特定する。フィッティング計測部18は、膜位置検出部17により特定された距離に基づいて、該薄膜の膜厚を取得する。
【選択図】 図1
Description
例えば、特許文献1には、共焦点光学系の焦点位置にイメージセンサを配置し、試料ステージを対物レンズに対して相対的に上下動させたときのイメージセンサの受光光量における2つのピーク位置に基づいて、膜厚を求めるという技術が開示されている。
また、このとき、該輝度極大距離特定手段は、該相関係数が極大の相関の強さを示したときの該対物レンズからの距離の近傍の区間内において、最高の輝度を該測定データが呈しているときの該対物レンズからの距離を、該薄膜からの反射光の輝度が極大の高さとなるときの該対物レンズからの距離として特定し、該近傍の区間は、所定値以上の輝度を該測定データが呈しているときの該対物レンズからの距離の区間のうち、該相関係数が極大の相関の強さを示したときの該対物レンズからの距離を含む区間である、ように構成することができる。
まず図1について説明する。図1は本発明を実施する膜厚測定装置の構成を示している。
レーザ光源9にはレーザ光源制御部10が接続されている。レーザ光源制御部10はレーザ光源9を制御してレーザ光の強度を変化させることができ、また、ミラー8を二次元に振る制御を行うことでレーザ光源9から発せられるレーザ光を試料1上で二次元走査させる。
Z位置検出器4は、Z軸方向(対物レンズ2の光軸方向)における試料1に対する対物レンズ2の相対的な位置(Z位置)を検出する。Z位置制御部5は、Z位置の検出結果を取得すると共に、対物レンズ2をZ軸方向に上下動させてZ位置の制御を行う。
Z位置メモリ14は、顕微鏡制御部11からPC12へと送られてきたIZデータを格納しておくメモリである。
リファレンスメモリ16は、後述するリファレンスデータを格納しておくメモリである。
次に、この膜厚測定装置により行われる試料1である薄膜の膜厚の測定手法について説明する。
リファレンスデータは、対物レンズ2からの光軸上の距離と当該距離の位置より対物レンズ2へ向かう光の光検出器7により検出される輝度との関係を示す基準データである。
XZ画像は、薄膜のZ方向の断面画像である。従って、顕微鏡制御部11は、対物レンズ2の視野内におけるX方向の各位置について、当該位置毎のIZデータを取得しておくようにし、PC12は、X位置及びZ位置で特定されるXZ座標上の点に、IZデータにおいてX位置及びZ位置に対応付けられている輝度の画素を配置することで、XZ画像を生成する。なお、本実施形態では、XZ画像を生成するようにしたが、対物レンズ2の視野内におけるY方向の各位置について、当該位置毎のIZデータを取得しておくようにし、PC12は、Y位置及びZ位置で特定されるYZ座標上の点に、IZデータにおいてY位置及びZ位置に対応付けられている輝度の画素を配置することで、YZ画像を生成するようにしても良い。
ユーザは、入力部を操作して、モニタ13に表示されているXZ画像に対し、膜厚測定の対象とする薄膜のX位置を指定する。すると、PC12は、このX位置のIZデータと、このX位置での膜厚測定に使用するリファレンスデータとを膜位置検出部17に与える。
膜位置検出部17は、Iの増加に対し、以上のようして求めた微分値P(I)の値の符号が正から負へと変化したときのIのZ位置を、相関係数値の曲線におけるピークのZ位置として検出する。
なお、図5に例示した相関係数値の曲線では、2つのピークが明確に現れているが、例えば試料1である薄膜における測定対象部位の膜厚が極めて薄い場合には、この2つのピークが近づくために、相関係数値の曲線にピークが1つしか現れない場合がある。この場合には、膜位置検出部17は、相関係数値の曲線における唯一のピークのZ位置の近傍の区間内で、IZデータにおいて輝度がピークを呈しているときのZ位置を、反射光の輝度がピークとなるときの距離として特定し、この位置を、試料1である薄膜のZ方向位置として検出する。この膜位置検出部17の動作について、図6を用いて説明する。
なお、以下の説明では、対物レンズ2の倍率と対物レンズ2の視野における膜厚の取得対象位置とに応じた全てのリファレンスデータが、既にリファレンスメモリ15に格納されているものとする。
「平均回数」パラメータは、前述した平滑化微分法による微分値P(I)の算出のときの平滑化区間を設定するためのものである。
このS105の判定処理において、当該指示を取得していると判定したとき(判定結果がYesのとき)には、S106に処理を進めて、S104の処理により作成したXZ画像を光軸方向(Z軸方向)にのみ所定倍拡大する処理をPC12が行い、続くS107において、拡大したXZ画像をモニタ13に表示させる処理をPC12が行う。一方、S105の判定処理において、当該指示を取得していないと判定したとき(判定結果がNoのとき)には、S106の処理を行うことなくS107に処理を進めて、S104の処理により作成したXZ画像をモニタ13に表示させる処理をPC12が行う。
S107の処理に続くS108では、ユーザがPC12の入力部を操作して行う、表示中のXZ画像に対し指定されるIZカーブの描画位置(図9A及び図9Bにおける「計測位置」)の指示を取得する処理をPC12が行う。
なお、図10の表示例では、ユーザがPC12の入力部を操作して、モニタ13の表示画面上で当該直線にカーソルを近づけると、PC12が、この直線で示されているZ位置における相関係数値と、IZデータにおける輝度値とを、ツールチップで表示する処理を行う例を示している。
以上のように、本実施形態に係る膜厚測定装置によれば、光学系の収差の影響が排除されるので、薄膜の膜厚の測定精度が向上する。
2 対物レンズ
3 対物レンズ切替部
4 Z位置検出部
5 Z位置制御部
6 ハーフミラー
7 光検出器
8 ミラー
9 レーザ光源
10 レーザ光源制御部
11 顕微鏡制御部
12 パーソナルコンピュータ
13 モニタ
14 Z位置メモリ
15 断面画像メモリ
16 リファレンスメモリ
17 膜位置検出部
18 フィッティング計測部
19 IZカーブ作成部
21a、21b XZ画像
22a、22b IZカーブ表示
Claims (10)
- 試料である薄膜にスポット光を照射したときにおける該薄膜からの反射光の輝度を、対物レンズを介して検出する光検出手段と、
前記対物レンズからの光軸方向の距離と該距離の位置より該対物レンズへ向かう光の前記光検出手段により検出される輝度との関係を示す基準データが格納される基準データ格納手段と、
前記薄膜の前記対物レンズからの距離を前記光軸方向に変化させて、該距離と前記光検出手段で検出される輝度との関係を示す測定データを取得する測定データ取得手段と、
前記基準データ及び前記測定データに基づいて、前記薄膜からの反射光の輝度が極大の高さとなるときの前記対物レンズからの距離を特定する輝度極大距離特定手段と、
前記極大距離特定手段により特定された距離に基づいて、前記薄膜の膜厚を取得する膜厚取得手段と、
を有することを特徴とする膜厚測定装置。 - 前記輝度極大距離特定手段は、前記基準データと前記測定データとの相関係数を、該基準データにおける前記対物レンズからの距離を一様に変化させながら順次算出し、該相関係数が極大の相関の強さを示したときの該対物レンズからの距離に基づいて、前記薄膜からの反射光の輝度が極大の高さとなるときの該対物レンズからの距離を特定することを特徴とする請求項1に記載の膜厚測定装置。
- 前記輝度極大距離特定手段は、前記相関係数における極大を、平滑化微分処理により特定することを特徴とする請求項2に記載の膜厚測定装置。
- 前記輝度極大距離特定手段は、前記相関係数が極大の相関の強さを示したときの前記対物レンズからの距離の近傍の区間内において、最高の輝度を前記測定データが呈しているときの該対物レンズからの距離を、前記薄膜からの反射光の輝度が極大の高さとなるときの前記対物レンズからの距離として特定し、
前記近傍の区間は、所定値以上の輝度を前記測定データが呈しているときの前記対物レンズからの距離の区間のうち、前記相関係数が極大の相関の強さを示したときの該対物レンズからの距離を含む区間である、
ことを特徴とする請求項2に記載の膜厚測定装置。 - 前記測定データに対しフィッティング処理を行って該測定データを近似する関数を求めるフィッティング処理手段を更に有し、
前記輝度極大距離特定手段は、前記近傍の区間内において、最高の輝度を前記関数が呈しているときの該対物レンズからの距離を、前記薄膜からの反射光の輝度が極大の高さとなるときの前記対物レンズからの距離として特定する、
ことを特徴とする請求項4に記載の膜厚測定装置。 - 前記輝度極大距離特定手段は、前記相関係数が極大の相関の強さを示す前記対物レンズからの距離が1つのみの場合には、該距離の近傍の区間内において、極大の輝度の高さを前記測定データが呈しているときの該対物レンズからの距離を、前記薄膜からの反射光の輝度が極大の高さとなるときの前記対物レンズからの距離として特定し、
前記近傍の区間は、所定値以上の相関の強さを前記相関係数が呈しているときの前記対物レンズからの距離の区間のうち、前記相関係数が極大の相関の強さを示したときの該対物レンズからの距離を含む区間である、
ことを特徴とする請求項2に記載の膜厚測定装置。 - 前記基準データは、均一な光反射率を有する鏡面試料の前記対物レンズからの距離と、該鏡面試料にスポット光を照射したときに前記光検出手段により該対物レンズを介して検出される該鏡面試料からの反射光の輝度との関係を示すデータであることを特徴とする請求項1に記載の膜厚測定装置。
- 前記基準データ格納手段には、前記対物レンズの倍率に応じた複数の前記基準データが格納されており、
前記輝度極大距離特定手段は、複数の前記基準データのうち、前記光検出手段による前記輝度の検出時に用いていた前記対物レンズの倍率についてのものに基づいて、前記薄膜からの反射光の輝度が極大となるときの該対物レンズからの距離を特定する、
ことを特徴とする請求項1に記載の膜厚測定装置。 - 前記基準データ格納手段には、前記対物レンズの視野における前記膜厚取得手段が前記膜厚の取得対象とする位置に応じた複数の前記基準データが格納されており、
前記輝度極大距離特定手段は、複数の前記基準データのうち、前記膜厚取得手段が取得する前記膜厚の前記対物レンズの視野における位置についてのものに基づいて、前記薄膜からの反射光の輝度が極大となるときの該対物レンズからの距離を特定する、
ことを特徴とする請求項1に記載の膜厚測定装置。 - 前記測定データに基づいて前記薄膜の前記光軸方向の断面画像を生成する断面画像生成手段と、
所定の指示に応じて、前記光軸方向にのみ拡大した前記断面画像を生成する拡大断面画像生成手段と、
前記断面画像生成手段若しくは前記拡大断面画像生成手段により生成された断面画像を表示する表示手段と、
前記表示手段に表示された断面画像に対して指定される前記光軸方向の範囲を取得する範囲指定取得手段と、
を更に有し、
前記膜厚取得手段は、前記範囲指定取得手段が取得した範囲内で前記薄膜の膜厚を取得する、
ことを特徴とする請求項1に記載の膜厚測定装置。
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