JP2020122680A - Optical measuring system and optical measurement method - Google Patents

Optical measuring system and optical measurement method Download PDF

Info

Publication number
JP2020122680A
JP2020122680A JP2019013559A JP2019013559A JP2020122680A JP 2020122680 A JP2020122680 A JP 2020122680A JP 2019013559 A JP2019013559 A JP 2019013559A JP 2019013559 A JP2019013559 A JP 2019013559A JP 2020122680 A JP2020122680 A JP 2020122680A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
spectrum
sample
calculating
optical
measurement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019013559A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7199093B2 (en
Inventor
宗大 岡本
Munehiro Okamoto
宗大 岡本
大輔 稲野
daisuke Inano
大輔 稲野
晃一 森本
Koichi Morimoto
晃一 森本
都一 田口
Toichi Taguchi
都一 田口
智彦 亀本
Tomohiko Kamemoto
智彦 亀本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Otsuka Electronics Co Ltd
Original Assignee
Otsuka Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Otsuka Electronics Co Ltd filed Critical Otsuka Electronics Co Ltd
Priority to JP2019013559A priority Critical patent/JP7199093B2/en
Priority to CN202010074101.9A priority patent/CN111486794B/en
Priority to TW109102449A priority patent/TWI840495B/en
Priority to KR1020200009547A priority patent/KR20200094099A/en
Publication of JP2020122680A publication Critical patent/JP2020122680A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7199093B2 publication Critical patent/JP7199093B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • G01B11/0625Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating with measurement of absorption or reflection
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • G01N21/45Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4788Diffraction
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/59Transmissivity
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • G01N2021/4126Index of thin films
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N2021/4735Solid samples, e.g. paper, glass

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

To provide a configuration capable of more accurately measuring optical characteristics of a sample for which the conventional optical measuring device can be degraded in measurement accuracy.SOLUTION: An optical measuring system includes a light source generating a measuring beam to irradiate a sample, a spectroscopic detector receiving a reflected beam or a transmitted beam generated on the sample by the measuring beam, and a processor for inputting detection result of the spectroscopic detector. The processor is configured to perform the processing of: calculating a first spectrum on the basis of the detection result of the spectroscopic detector; identifying a section in the first spectrum, in which a change in amplitude with respect to the wavelength satisfies a prescribed condition; and using a second spectrum obtained by removing information on the identified section from the first spectrum to calculate optical characteristics of the sample.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は、サンプルの膜厚などの光学特性を測定できる光学測定システムおよび光学測定方法に関する。 The present invention relates to an optical measurement system and an optical measurement method capable of measuring optical characteristics such as film thickness of a sample.

従来から、光干渉により現れる光を観測することで、サンプルの膜厚などの光学特性を測定する技術が知られている。例えば、特開2009−092454号公報(特許文献1)は、波長依存性を有する多層膜試料の膜厚をより高い精度を測定することが可能な多層膜解析装置などを開示する。また、特開2018−205132号公報(特許文献2)は、サンプルの膜厚の面内分布をより高速かつ高精度に測定可能な光学測定装置などを開示する。 BACKGROUND ART Conventionally, there is known a technique of measuring optical characteristics such as film thickness of a sample by observing light that appears due to optical interference. For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-0924454 (Patent Document 1) discloses a multilayer film analyzer that can measure the film thickness of a multilayer film sample having wavelength dependence with higher accuracy. In addition, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2018-205132 (Patent Document 2) discloses an optical measuring device and the like that can measure the in-plane distribution of the film thickness of a sample at high speed and with high accuracy.

特開2009−092454号公報JP, 2009-092445, A 特開2018−205132号公報JP, 2018-205132, A

上述のような光学測定装置を用いて、液晶材料やポリマー材料(例えば、PETフィルムなど)などのサンプルの膜厚を測定した場合には、それらの材料が有する異方性によって、測定精度が低下するという課題がある。また、構造的に複数の厚みをもつサンプルを測定した場合にも、測定精度が低下するという課題がある。 When the film thickness of a sample such as a liquid crystal material or a polymer material (for example, PET film) is measured by using the optical measuring device as described above, the anisotropy of the material reduces the measurement accuracy. There is a problem to do. Further, even when a sample structurally having a plurality of thicknesses is measured, there is a problem that the measurement accuracy is lowered.

本発明の一つの目的は、従来の光学測定装置では測定精度が低下し得るサンプルに対しても、より高い精度で光学特性を測定できる構成を提供することである。 An object of the present invention is to provide a configuration capable of measuring optical characteristics with higher accuracy even for a sample in which the measurement accuracy may be lowered in the conventional optical measuring device.

本発明のある局面に従う光学測定システムは、サンプルに照射するための測定光を発生する光源と、測定光によりサンプルで生じる反射光または透過光を受光する分光検出器と、分光検出器の検出結果が入力される処理装置とを含む。処理装置は、分光検出器の検出結果に基づいて第1のスペクトルを算出する処理と、第1のスペクトルにおいて、波長に関する振幅の変化が所定条件を満たしている区間を特定する処理と、第1のスペクトルから特定された区間の情報を除去した第2のスペクトルを用いてサンプルの光学特性を算出する処理とを、実行可能に構成されている。 An optical measurement system according to an aspect of the present invention includes a light source that generates measurement light for irradiating a sample, a spectroscopic detector that receives reflected light or transmitted light that is generated in the sample by the measurement light, and a detection result of the spectroscopic detector. Is input to the processing device. The processing device calculates a first spectrum based on a detection result of the spectroscopic detector, identifies a section in the first spectrum in which a change in amplitude with respect to wavelength satisfies a predetermined condition, and The process of calculating the optical characteristics of the sample by using the second spectrum obtained by removing the information of the specified section from the spectrum of is configured to be executable.

特定する処理は、第1のスペクトルに対して、予め定められた波長幅を有する評価ウィンドウを順次設定する処理と、各評価ウィンドウに含まれる第1のスペクトルの振幅の変化に基づいて、各評価ウィンドウに対応する区間が所定条件を満たしているか否かを判断する処理とを含んでいてもよい。 The specifying process includes a process of sequentially setting an evaluation window having a predetermined wavelength width for the first spectrum, and each evaluation based on a change in the amplitude of the first spectrum included in each evaluation window. It may include a process of determining whether or not the section corresponding to the window satisfies a predetermined condition.

各評価ウィンドウに対応する区間が所定条件を満たしているか否かを判断する処理は、第1のスペクトルの各評価ウィンドウに対応する区間における振幅のばらつきの度合いを算出する処理を含んでいてもよい。 The process of determining whether or not the section corresponding to each evaluation window satisfies the predetermined condition may include processing of calculating the degree of amplitude variation in the section corresponding to each evaluation window of the first spectrum. ..

第1のスペクトルの各評価ウィンドウに対応する区間における振幅のばらつきの度合いが所定しきい値を下回る場合に、当該評価ウィンドウに対応する区間が所定条件を満たしていると判断されてもよい。 When the degree of amplitude variation in the section corresponding to each evaluation window of the first spectrum is lower than the predetermined threshold value, it may be determined that the section corresponding to the evaluation window satisfies the predetermined condition.

評価ウィンドウの波長幅は、サンプルの種類毎に予め定められていてもよい。
サンプルの光学特性を算出する処理は、第2のスペクトルをフーリエ変換した結果に現れるピークに基づいて膜厚を算出する処理を含んでいてもよい。
The wavelength width of the evaluation window may be predetermined for each type of sample.
The process of calculating the optical characteristics of the sample may include a process of calculating the film thickness based on the peak appearing in the result of Fourier transforming the second spectrum.

第1のスペクトルを算出する処理は、第1のスペクトルとして、分光検出器の検出結果に基づいてサンプルの反射率スペクトルを算出する処理を含んでいてもよい。 The process of calculating the first spectrum may include a process of calculating the reflectance spectrum of the sample based on the detection result of the spectroscopic detector as the first spectrum.

第1のスペクトルを算出する処理は、第1のスペクトルとして、分光検出器の検出結果に基づいて算出されるサンプルの反射率スペクトルから、サンプルに含まれる測定対象外の層に由来する情報を除去した反射率スペクトルを算出する処理を含いんでいてもよい。 The process of calculating the first spectrum removes information derived from the non-measurement target layer included in the sample from the reflectance spectrum of the sample calculated based on the detection result of the spectroscopic detector as the first spectrum. The process of calculating the reflectance spectrum may be included.

第1のスペクトルを算出する処理は、サンプルの反射率スペクトルをフーリエ変換して第3のスペクトルを算出する処理と、第3のスペクトルのうち、サンプルに含まれる測定対象外の層に由来するピークを特定する処理と、当該特定したピークおよび当該ピーク近傍の情報を第3のスペクトルから除去して第4のスペクトルを算出する処理とをさらに含んでいてもよい。 The process of calculating the first spectrum is the process of Fourier transforming the reflectance spectrum of the sample to calculate the third spectrum, and the peak of the third spectrum that is derived from the layer outside the measurement target included in the sample. May be further included, and processing of removing the information of the identified peak and the vicinity of the peak from the third spectrum to calculate the fourth spectrum may be further included.

第1のスペクトルを算出する処理は、第4のスペクトルを逆フーリエ変換して第1のスペクトルを算出する処理をさらに含んでいてもよい。 The process of calculating the first spectrum may further include a process of inverse Fourier transforming the fourth spectrum to calculate the first spectrum.

本発明のある局面に従う光学測定方法は、光源からサンプルに測定光を照射し、当該測定光によりサンプルで生じる反射光または透過光を分光検出器で受光して得られる検出結果に基づいて、第1のスペクトルを算出するステップと、第1のスペクトルにおいて、波長に関する振幅の変化が所定条件を満たしている区間を特定するステップと、第1のスペクトルから特定された区間の情報を除去した第2のスペクトルを用いてサンプルの光学特性を算出するステップとを含む。 The optical measurement method according to an aspect of the present invention, based on the detection result obtained by irradiating the sample with measurement light from the light source and receiving reflected light or transmitted light generated in the sample by the measurement light with a spectroscopic detector, A step of calculating the first spectrum, a step of specifying a section in the first spectrum in which a change in the amplitude with respect to the wavelength satisfies a predetermined condition, and a second step of removing information of the specified section from the first spectrum. Calculating the optical properties of the sample using the spectrum of.

本発明のある局面によれば、従来の光学測定装置では測定精度が低下し得るサンプルに対しても、より高い精度で光学特性を測定できる構成を提供できる。 According to an aspect of the present invention, it is possible to provide a configuration in which optical characteristics can be measured with higher accuracy even for a sample in which the measurement accuracy of the conventional optical measuring device may be lowered.

本実施の形態に従う光学測定システムの構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the optical measurement system according to this Embodiment. 本実施の形態に従う光学測定システムに含まれる分光検出器の断面構造例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross-section example of a spectrum detector contained in the optical measurement system according to this Embodiment. 本実施の形態に従う光学測定システムに含まれる処理装置の構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the processing apparatus contained in the optical measurement system according to this Embodiment. 光干渉法を用いた光学測定方法の原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of the optical measuring method using the optical interference method. 光干渉法を用いた光学測定方法による測定結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the measurement result by the optical measuring method using the optical interference method. 異方性を有するサンプルに生じる複屈折を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the birefringence which occurs in the sample which has anisotropy. 本実施の形態に従う光学測定方法における低周波成分の影響を除去する方法を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a method of removing the influence of a low frequency component in the optical measurement method according to the present embodiment. 第1の実施の形態に従う光学測定方法の手順を示すフローチャートである。6 is a flowchart showing a procedure of the optical measuring method according to the first embodiment. 第1の実施の形態に従う光学測定方法におけるボトム区間を特定する処理を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining a process of identifying a bottom section in the optical measurement method according to the first embodiment. 図8に示す第1の実施の形態に従う光学測定方法のステップS4のより詳細な手順を示すフローチャートである。9 is a flowchart showing a more detailed procedure of step S4 of the optical measuring method according to the first embodiment shown in FIG. 8. 第1の実施の形態に従う光学測定方法による測定例を示す図である。It is a figure which shows the example of a measurement by the optical measuring method according to 1st Embodiment. 第2の実施の形態に従う光学測定方法の手順を示すフローチャートである。9 is a flowchart showing a procedure of the optical measuring method according to the second embodiment. 測定対象としたサンプルの構造例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the constructional example of the sample used as the measurement object. 第2の実施の形態に従う光学測定方法による測定例を示す図である。It is a figure which shows the example of a measurement by the optical measuring method according to 2nd Embodiment.

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals and the description thereof will not be repeated.

<A.光学測定システム>
まず、本実施の形態に従う光学測定システム1の構成例について説明する。
<A. Optical measurement system>
First, a configuration example of optical measurement system 1 according to the present embodiment will be described.

図1は、本実施の形態に従う光学測定システム1の構成例を示す模式図である。光学測定システム1は、サンプル2に照射するための測定光を発生する光源10と、測定光によりサンプル2で生じる観測光(後述するような反射光または透過光)を受光する分光検出器20と、分光検出器20の検出結果が入力される処理装置100とを含む。処理装置100は、分光検出器20の検出結果に基づいてサンプル2の光学特性(典型的には、膜厚)を算出する。光源10と分光検出器20とは、サンプル2に向けた照射口を有するY型ファイバ4を介して、光学的に接続されている。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of an optical measurement system 1 according to the present embodiment. The optical measurement system 1 includes a light source 10 that generates measurement light for irradiating the sample 2, and a spectroscopic detector 20 that receives observation light (reflected light or transmitted light as described later) generated in the sample 2 by the measurement light. , And the processing device 100 to which the detection result of the spectral detector 20 is input. The processing device 100 calculates the optical characteristic (typically, film thickness) of the sample 2 based on the detection result of the spectroscopic detector 20. The light source 10 and the spectroscopic detector 20 are optically connected via a Y-shaped fiber 4 having an irradiation port toward the sample 2.

光学測定システム1においては、光源10からの測定光をサンプル2に照射し、サンプル2内部で生じる光干渉により現れる光を観測することで、サンプル2に含まれる1または複数の膜の膜厚などを測定する。 In the optical measurement system 1, by irradiating the sample 2 with the measurement light from the light source 10 and observing the light that appears due to the optical interference generated inside the sample 2, the film thickness of one or a plurality of films included in the sample 2 can be measured. To measure.

図1には、典型例として、サンプル2に測定光を照射し、サンプル2で生じる反射光を観測する反射光学系を示すが、測定光をサンプル2に照射し、サンプル2を透過して透過光を観測する透過光学系を採用してもよい。 FIG. 1 shows, as a typical example, a reflection optical system in which the sample 2 is irradiated with the measurement light and the reflected light generated in the sample 2 is observed. However, the measurement light is irradiated to the sample 2 and transmitted through the sample 2. A transmission optical system for observing light may be adopted.

光源10は、所定の波長範囲を有する測定光を発生する。測定光の波長範囲は、サンプル2から測定すべき波長情報の範囲などに応じて決定される。光源10は、例えば、ハロゲンランプや白色LEDなどが用いられる。 The light source 10 generates measurement light having a predetermined wavelength range. The wavelength range of the measurement light is determined according to the range of wavelength information to be measured from the sample 2. As the light source 10, for example, a halogen lamp or a white LED is used.

図2は、本実施の形態に従う光学測定システム1に含まれる分光検出器20の断面構造例を示す模式図である。図2を参照して、分光検出器20は、Y型ファイバ4を介して入射する光を回折する回折格子22と、回折格子22に対応付けて配置される受光部24と、受光部24と電気的に接続され、処理装置100に検出結果を出力するためのインターフェイス回路26とを含む。受光部24は、ラインセンサあるいは2次元センサなどで構成され、周波成分毎の強度を検出結果として出力できる。 FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a sectional structure of spectroscopic detector 20 included in optical measurement system 1 according to the present embodiment. Referring to FIG. 2, the spectroscopic detector 20 includes a diffraction grating 22 that diffracts light incident through the Y-shaped fiber 4, a light receiving section 24 that is arranged in association with the diffraction grating 22, and a light receiving section 24. An interface circuit 26 that is electrically connected and outputs the detection result to the processing device 100. The light receiving unit 24 is composed of a line sensor or a two-dimensional sensor, and can output the intensity of each frequency component as a detection result.

図3は、本実施の形態に従う光学測定システム1に含まれる処理装置100の構成例を示す模式図である。図3を参照して、処理装置100は、プロセッサ102と、主メモリ104と、入力部106と、表示部108と、ストレージ110と、通信インターフェイス120と、ネットワークインターフェイス122と、メディアドライブ124とを含む。 FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration example of processing device 100 included in optical measurement system 1 according to the present embodiment. With reference to FIG. 3, the processing device 100 includes a processor 102, a main memory 104, an input unit 106, a display unit 108, a storage 110, a communication interface 120, a network interface 122, and a media drive 124. Including.

プロセッサ102は、典型的には、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)などの演算処理部であり、ストレージ110に格納されている1または複数のプログラムを主メモリ104に読み出して実行する。主メモリ104は、DRAM(Dynamic Random Access Memory)またはSRAM(Static Random Access Memory)といった揮発性メモリであり、プロセッサ102がプログラムを実行するためのワーキングメモリとして機能する。 The processor 102 is typically an arithmetic processing unit such as a CPU (Central Processing Unit) or a GPU (Graphics Processing Unit), and reads one or a plurality of programs stored in the storage 110 into the main memory 104 and executes the programs. To do. The main memory 104 is a volatile memory such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory) or an SRAM (Static Random Access Memory), and functions as a working memory for the processor 102 to execute a program.

入力部106は、キーボードやマウスなどを含み、ユーザからの操作を受け付ける。表示部108は、プロセッサ102によるプログラムの実行結果などをユーザへ出力する。 The input unit 106 includes a keyboard, a mouse, and the like, and receives an operation from the user. The display unit 108 outputs the execution result of the program by the processor 102 and the like to the user.

ストレージ110は、ハードディスクやフラッシュメモリなどの不揮発性メモリからなり、各種プログラムやデータを格納する。より具体的には、ストレージ110は、オペレーティングシステム112(OS:Operating System)と、測定プログラム114と、検出結果116と、測定結果118とを保持する。 The storage 110 is composed of a non-volatile memory such as a hard disk and a flash memory, and stores various programs and data. More specifically, the storage 110 holds an operating system 112 (OS: Operating System), a measurement program 114, a detection result 116, and a measurement result 118.

オペレーティングシステム112は、プロセッサ102がプログラムを実行する環境を提供する。測定プログラム114は、プロセッサ102によって実行されることで、本実施の形態に従う光学測定方法などを実現する。検出結果116は、分光検出器20から出力されるデータを含む。測定結果118は、測定プログラム114の実行によって得られる膜厚などの光学特性の算出値を含む。 The operating system 112 provides an environment in which the processor 102 executes programs. The measurement program 114 is executed by the processor 102 to realize the optical measurement method and the like according to the present embodiment. The detection result 116 includes data output from the spectral detector 20. The measurement result 118 includes calculated values of optical characteristics such as film thickness obtained by executing the measurement program 114.

通信インターフェイス120は、処理装置100と分光検出器20との間でのデータ伝送を仲介する。ネットワークインターフェイス122は、処理装置100と外部のサーバ装置との間でのデータ伝送を仲介する。 The communication interface 120 mediates data transmission between the processing device 100 and the spectroscopic detector 20. The network interface 122 mediates data transmission between the processing device 100 and an external server device.

メディアドライブ124は、プロセッサ102で実行されるプログラムなどを格納した記録媒体126(例えば、光学ディスクなど)から必要なデータを読出して、ストレージ110に格納する。なお、処理装置100において実行される測定プログラム114などは、記録媒体126などを介してインストールされてもよいし、ネットワークインターフェイス122などを介してサーバ装置からダウンロードされてもよい。 The media drive 124 reads out necessary data from a recording medium 126 (for example, an optical disk or the like) storing a program executed by the processor 102 and stores the data in the storage 110. The measurement program 114 or the like executed in the processing device 100 may be installed via the recording medium 126 or the like, or may be downloaded from the server device via the network interface 122 or the like.

測定プログラム114は、オペレーティングシステム112の一部として提供されるプログラムモジュールのうち、必要なモジュールを所定の配列で所定のタイミングで呼び出して処理を実行させるものであってもよい。そのような場合、当該モジュールを含まない測定プログラム114についても本発明の技術的範囲に含まれる。測定プログラム114は、他のプログラムの一部に組み込まれて提供されるものであってもよい。 The measurement program 114 may be a program module that is provided as a part of the operating system 112 and calls a necessary module in a predetermined array at a predetermined timing to execute a process. In such a case, the measurement program 114 that does not include the module is also included in the technical scope of the present invention. The measurement program 114 may be provided by being incorporated in a part of another program.

なお、処理装置100のプロセッサ102が測定プログラム114を実行することで提供される機能の全部または一部を専用のハードウェアによって実現してもよい。 Note that all or some of the functions provided by the processor 102 of the processing device 100 executing the measurement program 114 may be realized by dedicated hardware.

<B.課題および解決手段>
次に、本願発明者らによって新たに見いだされた、光干渉法を用いた光学測定方法において生じる課題について説明する。
<B. Problem and Solution>
Next, a problem that is newly found by the inventors of the present application in the optical measurement method using the optical interferometry will be described.

図4は、光干渉法を用いた光学測定方法の原理を説明するための図である。図4を参照して、最も簡単な例として、媒質1(屈折率n)からなるサンプル2(膜厚d)を想定する。サンプル2の紙面上側は媒質0(屈折率n)と接しており、サンプル2の紙面下側は媒質2(屈折率n)と接しているとする。 FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of the optical measurement method using the optical interference method. Referring to FIG. 4, as the simplest example, assume Sample 2 (film thickness d 1) consisting of a medium 1 (refractive index n 1). The upper side of the sheet of Sample 2 is in contact with medium 0 (refractive index n 0 ), and the lower side of the sheet of Sample 2 is in contact with medium 2 (refractive index n 2 ).

このような状態において、媒質0の側に配置された光源からサンプル2に測定光を照射する。測定光の一部は、サンプル2の入射面(媒質0と媒質1との界面)で反射する(反射率R1)。測定光の別の一部は、サンプル2に入射してサンプル2内を伝搬した後、反対側の面(媒質1と媒質2との界面)で反射し、さらにサンプル2内を逆方向に伝搬して入射面を透過する(反射率R2)。さらに、図示していないが、サンプル2内では多重反射が生じ、その結果、サンプル2から射出される光に対応する反射光が観測される。 In this state, the sample 2 is irradiated with the measurement light from the light source arranged on the medium 0 side. Part of the measurement light is reflected by the incident surface of the sample 2 (interface between the medium 0 and the medium 1) (reflectance R1). Another part of the measurement light enters the sample 2, propagates in the sample 2, is reflected by the opposite surface (interface between the medium 1 and the medium 2), and further propagates in the sample 2 in the opposite direction. Then, the light is transmitted through the incident surface (reflectance R2). Further, although not shown, multiple reflection occurs in the sample 2, and as a result, reflected light corresponding to the light emitted from the sample 2 is observed.

このような測定光に対して、サンプル2の表面およびサンプル2内で生じるそれぞれの反射光全体についての反射率R012は、各反射率の合計(R1+R2+R3+・・・)となる。以下の(1−1)式に示すように、反射率R012は、複素反射率r012の二乗値となる。また、複素反射率r012は、以下の(1−2)式に従って算出される。なお、(1−2)式中の位相βは、以下の(1−3)式に従って算出される。 With respect to such measurement light, the reflectance R012 of the surface of the sample 2 and the entire reflected light generated in the sample 2 is the sum of the reflectances (R1+R2+R3+... ). As shown in the following equation (1-1), the reflectance R012 is the square value of the complex reflectance r 012 . The complex reflectance r 012 is calculated according to the following equation (1-2). The phase β in the equation (1-2) is calculated according to the following equation (1-3).

Figure 2020122680
Figure 2020122680

なお、上述の(1−1)〜(1−3)式は、特定の波長λをもつ測定光についての反射率を示すが、図1に示す光学測定システム1においては、所定の波長範囲を有する測定光を用いるとともに、分光検出器20を用いて波長毎に反射光(あるいは、透過光)を観測するので、サンプル2の波長毎の反射率(以下、「反射率スペクトル」とも称す。)を測定できる。反射率スペクトルは、分光反射率に相当する。 It should be noted that the above equations (1-1) to (1-3) show the reflectance with respect to the measurement light having a specific wavelength λ, but in the optical measurement system 1 shown in FIG. Since the reflected light (or the transmitted light) is observed for each wavelength by using the measurement light that it has and the spectral detector 20, the reflectance for each wavelength of the sample 2 (hereinafter, also referred to as “reflectance spectrum”). Can be measured. The reflectance spectrum corresponds to the spectral reflectance.

測定された反射率スペクトルをフーリエ変換することで得られるパワースペクトルに現れるピークに基づいて、対象のサンプル2の膜厚またはサンプル2に含まれる各層の膜厚を算出できる。なお、透過光から算出される透過率スペクトルを用いた場合についても同様に、対象のサンプル2の膜厚またはサンプル2に含まれる各層の膜厚を算出できる。 The film thickness of the target sample 2 or the film thickness of each layer included in the sample 2 can be calculated based on the peak appearing in the power spectrum obtained by Fourier-transforming the measured reflectance spectrum. Note that the film thickness of the target sample 2 or the film thickness of each layer included in the sample 2 can be calculated in the same manner when the transmittance spectrum calculated from the transmitted light is used.

図5は、光干渉法を用いた光学測定方法による測定結果の一例を示す図である。図5(A)には、異方性を有するサンプルから測定された反射率スペクトルの一例を示し、図5(B)には、図5(A)の反射率スペクトルから算出されたパワースペクトルの一例を示す。なお、図5(B)の横軸は、膜厚dに各波長の屈折率n(λ)を乗じた値(以下、「光学膜厚」あるいは「nd」とも記す。)になっている。 FIG. 5 is a diagram showing an example of a measurement result by an optical measurement method using the optical interference method. FIG. 5A shows an example of a reflectance spectrum measured from a sample having anisotropy, and FIG. 5B shows a power spectrum calculated from the reflectance spectrum of FIG. 5A. An example is shown. The horizontal axis of FIG. 5B represents a value obtained by multiplying the film thickness d by the refractive index n(λ) of each wavelength (hereinafter, also referred to as “optical film thickness” or “nd”).

図5(A)に示すように、反射率スペクトルは、波長に対して振幅の大きさが周期的に変動する特性を示す。図5(B)に示すパワースペクトルには、3つのピークP1,P2,P3が現れている。しかしながら、近接するピークP1とピークP2とは同一の層に対応するものであり、本来的には、同じ位置に現れるべきものである。すなわち、ピークP1とピークP2との間に真のピークが現れるべきである。ピークP1およびピークP2が存在すると誤って判断されることで、それぞれの膜厚が測定結果として出力される可能性がある。 As shown in FIG. 5A, the reflectance spectrum shows a characteristic that the magnitude of the amplitude periodically changes with respect to the wavelength. In the power spectrum shown in FIG. 5B, three peaks P1, P2 and P3 appear. However, the adjacent peaks P1 and P2 correspond to the same layer, and should essentially appear at the same position. That is, a true peak should appear between the peak P1 and the peak P2. When the peak P1 and the peak P2 are erroneously determined to exist, the respective film thicknesses may be output as the measurement result.

このような近接する位置に2つのピークが生じてしまう理由の一つとして、サンプルが異方性を有していることが考えられる。 One of the reasons why two peaks occur at such close positions is that the sample has anisotropy.

図6は、異方性を有するサンプルに生じる複屈折を説明するための図である。異方性は、観測する方向によって見え方(光学特性)が異なることを意味する。図6を参照して、異方性を有するサンプルにおいては、ある軸方向(x軸)についての屈折率nと、当該軸方向に直交する軸方向(y軸)についての屈折率nとは必ずしも一致しない(すなわち、n≠n)。図5(B)に示すような近接する2つのピークは、このような屈折率の軸間のわずかな差Δn(=|n−n|)による影響と考えることができる。 FIG. 6 is a diagram for explaining birefringence that occurs in a sample having anisotropy. Anisotropy means that the appearance (optical characteristics) varies depending on the observation direction. 6, in the sample having anisotropy, the refractive indices n x for a certain axial direction (x-axis), a refractive index n y in the axial direction (y-axis) perpendicular to the axial direction Do not necessarily match (ie, n x ≠n y ). Two peaks close as shown in FIG. 5 (B), slight differences Δn (= | n x -n y |) between the axes of such a refractive index can be considered due to the influence.

また、異方性だけではなく、サンプルの構造に依存して、近接する複数のピークが現れることもある。さらに、多層構造を有するサンプルが異方性を有している場合には、各層において複屈折による影響が生じることになる。 In addition to the anisotropy, a plurality of adjacent peaks may appear depending on the structure of the sample. Further, when the sample having the multilayer structure has anisotropy, the influence of birefringence occurs in each layer.

このように、異方性を有するサンプルや特異的な構造を有するサンプルを光干渉法により測定する場合には、測定結果に含まれる誤差が大きくなる場合がある。さらに、多層構造を有するサンプルについては、このような誤差の増大がそれぞれの層で生じることになる。 As described above, when an anisotropic sample or a sample having a specific structure is measured by the optical interference method, the error included in the measurement result may be large. Further, for samples having a multi-layer structure, such increased error will occur in each layer.

ここで、異方性に起因する複屈折(屈折率の違い)が唯一の原因であれば、偏光板を用いるなどして特定の軸方向の光のみを観測することで解決できるように考えられる。しかしながら、現実には、サンプルと偏光板との光学的な位置関係(角度)に依存して、観測される光に含まれる成分が変化するので、測定時には光学的な位置関係の厳密な調整が必要となる。そのため、複数のサンプルを順次測定するようなアプリケーションでは、現実的な適用は困難であった。 Here, if birefringence (difference in refractive index) due to anisotropy is the only cause, it may be possible to solve it by observing only light in a specific axial direction by using a polarizing plate or the like. .. However, in reality, the components contained in the observed light change depending on the optical positional relationship (angle) between the sample and the polarizing plate, so that the strict adjustment of the optical positional relationship can be performed during measurement. Will be required. Therefore, it is difficult to practically apply it to an application in which a plurality of samples are sequentially measured.

上述したような光干渉法を用いた光学測定方法において生じる課題に対する解決手段について、以下に概略する。 The means for solving the problems that occur in the optical measurement method using the optical interference method as described above will be outlined below.

上述したような異方性を有するサンプルから観測される光の反射率スペクトルには、うなり(ビート)が生じる。このような「うなり」は、一般化すると、振動数がわずかに異なる波を重ねた合成波の振幅が周期的に強弱を繰り返す現象として知られている。例えば、複屈折率n,nを有するサンプルから測定される反射率スペクトルについてみると、以下の(2)式のような関係式を用いて一般化できる。 A beat is generated in the reflectance spectrum of light observed from the sample having anisotropy as described above. Generally speaking, such a “beat” is known as a phenomenon in which the amplitude of a composite wave in which waves having slightly different frequencies are superposed is periodically repeated. For example, regarding a reflectance spectrum measured from a sample having birefringences n x and n y , it can be generalized by using a relational expression such as the following expression (2).

Figure 2020122680
Figure 2020122680

(2)式に示されるように、反射率スペクトルは、複屈折率の差(n−n)に依存する周波成分(以下、「低周波成分」とも称す。)と、複屈折率の和(n+n)に依存する周波成分(以下、「高周波成分」とも称す。)とを含むことになる。ここで、低周波成分は、振幅変化の周期(波長の長さ)が相対的に長い成分を意味し、高周波成分は、振幅変化の周期(波長の長さ)が相対的に短い成分を意味する。 (2) As shown in equation, the reflectance spectrum, frequency components that depend on the difference in birefringence index (n x -n y) (hereinafter, also referred to as "low frequency component".) And the birefringence index A frequency component depending on the sum (n x +n y ) (hereinafter, also referred to as “high frequency component”) is included. Here, the low frequency component means a component having a relatively long period of amplitude change (wavelength length), and the high frequency component means a component having a relatively short period of amplitude change (wavelength length). To do.

これらの周波成分のうち、実際の測定対象は膜厚の平均値に相当する、複屈折率の和(n+n)に依存する高周波成分であり、複屈折率の差(n−n)に依存する低周波成分は実際には存在しない疑似の情報(すなわち、誤差要因)である。 Among these frequency components, the actual measured corresponds to the average value of the film thickness, a high-frequency component depending on the sum of the birefringence (n x + n y), the difference in birefringence (n x -n The low frequency component depending on y 2 ) is pseudo information (that is, error factor) that does not actually exist.

例えば、音波などの振幅が時間的に変化する波であれば、十分に長い時間について観測することで、低周波成分を測定できる。しかしながら、光波については時間領域での観測ができないため、光源および分光検出器の性能に依存して、観測可能な波長範囲が固定的に決定される。また、測定したい膜厚(高周波成分)に応じて、波長範囲および波長分解能が決定されるため、同じ測定内において、低周波成分の波を観測することは容易ではない。 For example, in the case of a wave such as a sound wave whose amplitude changes with time, the low frequency component can be measured by observing for a sufficiently long time. However, since the light wave cannot be observed in the time domain, the observable wavelength range is fixedly determined depending on the performance of the light source and the spectral detector. Moreover, since the wavelength range and the wavelength resolution are determined according to the film thickness (high frequency component) to be measured, it is not easy to observe the wave of the low frequency component in the same measurement.

そのため、観測可能な波長範囲に、低周波成分の少なくとも一部が含まれることになると、測定誤差は増大し得る。すなわち、観測される光は、低周波成分と高周波成分との掛け合わせとなるので、実際の測定対象である高周波成分(すなわち、膜厚を示す情報)にも影響を与える。低周波成分の周波(振幅変化の周期)はサンプルに依存するので、予め知ることはできない。 Therefore, when at least a part of the low frequency component is included in the observable wavelength range, the measurement error may increase. That is, since the observed light is a combination of the low frequency component and the high frequency component, it also affects the high frequency component (that is, information indicating the film thickness) that is an actual measurement target. The frequency of the low-frequency component (cycle of amplitude change) depends on the sample and cannot be known in advance.

図7は、本実施の形態に従う光学測定方法における低周波成分の影響を除去する方法を説明するための図である。図7(A)には、反射率スペクトルの低周波成分の一例を示し、図7(B)には、反射率スペクトルの高周波成分の一例を示し、図7(C)には、低周波成分および高周波成分を掛け合わせた反射率スペクトルの一例を示す。なお、説明の便宜上、図7には、単純化した波形を示す。 FIG. 7 is a diagram for explaining a method of removing the influence of the low frequency component in the optical measuring method according to the present embodiment. 7A shows an example of a low frequency component of the reflectance spectrum, FIG. 7B shows an example of a high frequency component of the reflectance spectrum, and FIG. 7C shows a low frequency component. An example of the reflectance spectrum obtained by multiplying the high frequency component and For convenience of explanation, a simplified waveform is shown in FIG. 7.

図7(A)に示す反射率スペクトルの低周波成分のうち、振幅の小さい区間であるボトム区間(節)に着目すると、対応する反射率スペクトルの高周波成分(図7(B))の振幅が存在しているにもかかわらず、図7(C)に示される合成波の反射率スペクトルにおいては、振幅が小さくなっており、膜厚を示す情報が失われていることが分かる。このような膜厚を示す情報が失われることが、測定誤差の要因になり得る。 Focusing on the bottom section (section) where the amplitude is small among the low-frequency components of the reflectance spectrum shown in FIG. 7A, the amplitude of the high-frequency component (FIG. 7B) of the corresponding reflectance spectrum is Despite the existence, it can be seen that in the reflectance spectrum of the synthetic wave shown in FIG. 7C, the amplitude is small and the information indicating the film thickness is lost. Loss of such information indicating the film thickness may cause a measurement error.

本願発明者らは、上述したような反射率スペクトルの低周波成分に生じるボトム区間(節)が測定誤差の要因であることに着目し、測定された反射率スペクトルのうち、低周波成分のボトム区間を特定するとともに、当該特定したボトム区間の少なくとも一部にある情報、および/または、ボトム区間の近傍にある情報を除去した上で、光学特性を算出する。このようなボトム区間の少なくとも一部およびボトム区間の近傍にある情報を除去することで、測定精度の低下を防止する。 The inventors of the present application have paid attention to the fact that the bottom section (section) occurring in the low frequency component of the reflectance spectrum as described above is a factor of the measurement error, and the bottom of the low frequency component of the measured reflectance spectrum The optical characteristics are calculated after specifying the section and removing information in at least a part of the specified bottom section and/or information in the vicinity of the bottom section. By removing at least a part of such a bottom section and information in the vicinity of the bottom section, a decrease in measurement accuracy is prevented.

以下、本願発明者らの見いだした技術思想の具現化例について説明する。
<C.第1の実施の形態>
第1の実施の形態として、サンプルから測定された反射率スペクトルに含まれる周波成分(ピーク)の数が相対的に少ない場合の処理について説明する。第1の実施の形態に従う光学測定方法は、典型的には、単層膜のサンプルについて膜厚を測定する場合などに適用可能である。
Hereinafter, examples of embodying the technical idea found by the inventors of the present application will be described.
<C. First Embodiment>
As the first embodiment, a process when the number of frequency components (peaks) included in the reflectance spectrum measured from the sample is relatively small will be described. The optical measurement method according to the first embodiment is typically applicable to the case of measuring the film thickness of a sample of a single layer film.

(c1:処理手順)
まず、第1の実施の形態に従う光学測定方法の処理手順について説明する。
(C1: processing procedure)
First, the processing procedure of the optical measurement method according to the first embodiment will be described.

図8は、第1の実施の形態に従う光学測定方法の手順を示すフローチャートである。図8に示す主要なステップは、典型的には、処理装置100のプロセッサ102が測定プログラム114(いずれも図3参照)を主メモリ104に展開して実行することで実現される。 FIG. 8 is a flowchart showing a procedure of the optical measuring method according to the first embodiment. The main steps shown in FIG. 8 are typically realized by the processor 102 of the processing device 100 loading a measurement program 114 (see FIG. 3) into the main memory 104 and executing it.

図8を参照して、まず、光学測定システム1が用意される(ステップS1)。ステップS1においては、光学測定システム1に含まれるY型ファイバ4の照射口の位置合わせや、分光検出器20における校正処理などが実行される。そして、光学測定システム1の所定位置に測定対象のサンプル2が配置される(ステップS2)。 Referring to FIG. 8, first, optical measurement system 1 is prepared (step S1). In step S1, alignment of the irradiation opening of the Y-shaped fiber 4 included in the optical measurement system 1 and calibration processing in the spectroscopic detector 20 are executed. Then, the sample 2 to be measured is placed at a predetermined position of the optical measurement system 1 (step S2).

続いて、光源10からサンプル2に測定光を照射し、当該測定光によりサンプル2で生じる反射光または透過光を分光検出器20で受光して得られる検出結果に基づいて、スペクトルを算出する処理が実行される。第1の実施の形態においては、スペクトルを算出する処理として、分光検出器20の検出結果に基づいてサンプル2の反射率スペクトルを算出する処理が実行される。 Subsequently, a process of irradiating the sample 2 with the measurement light from the light source 10 and calculating a spectrum based on the detection result obtained by receiving the reflected light or the transmitted light generated in the sample 2 by the measurement light with the spectroscopic detector 20. Is executed. In the first embodiment, the process of calculating the spectrum is a process of calculating the reflectance spectrum of the sample 2 based on the detection result of the spectroscopic detector 20.

より具体的には、光源10からの測定光をサンプル2に照射することで生じる反射光を分光検出器20で受光することで、反射率スペクトルが測定される(ステップS3)。分光検出器20の検出結果に基づいてサンプル2の反射率スペクトルを算出する処理は、分光検出器20で実行されてもよいし、処理装置100で実行されてもよい。ステップS3において測定された反射率スペクトルは、検出結果116(図3参照)として、処理装置100のストレージ110に格納される。 More specifically, the reflectance spectrum is measured by receiving the reflected light generated by irradiating the sample 2 with the measurement light from the light source 10 by the spectroscopic detector 20 (step S3). The process of calculating the reflectance spectrum of the sample 2 based on the detection result of the spectroscopic detector 20 may be performed by the spectroscopic detector 20 or the processing device 100. The reflectance spectrum measured in step S3 is stored in the storage 110 of the processing device 100 as the detection result 116 (see FIG. 3).

なお、スペクトルを算出する処理として、分光検出器20の検出結果に基づいてサンプル2の透過率スペクトルを算出する処理を採用してもよい。 As the process of calculating the spectrum, a process of calculating the transmittance spectrum of the sample 2 based on the detection result of the spectral detector 20 may be adopted.

続いて、処理装置100は、算出されたスペクトルにおいて、波長に関する振幅の変化が所定条件を満たしている区間を特定する処理を実行する。より具体的には、処理装置100は、測定された反射率スペクトルに含まれる低周波成分のボトム区間を特定し、当該特定したボトム区間の情報を除去する(ステップS4)。 Subsequently, the processing device 100 executes a process of identifying a section in the calculated spectrum in which the change in the amplitude with respect to the wavelength satisfies a predetermined condition. More specifically, the processing device 100 specifies the bottom section of the low frequency component included in the measured reflectance spectrum, and removes the information of the specified bottom section (step S4).

そして、処理装置100は、算出されたスペクトルから特定された区間の情報を除去した後のスペクトルを用いてサンプル2の光学特性を算出する処理を実行する。 Then, the processing device 100 executes the process of calculating the optical characteristic of the sample 2 using the spectrum after removing the information of the specified section from the calculated spectrum.

より具体的には、処理装置100は、ボトム区間の情報を除去した反射率スペクトルをフーリエ変換してパワースペクトルを算出する(ステップS5)。なお、フーリエ変換には、典型的には、FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換法)を用いるようにしてもよい。さらに、処理装置100は、ステップS5において算出されたパワースペクトルに含まれるピークを探索し(ステップS6)、探索したピークのパワースペクトル上の位置に基づいて、サンプル2の光学特性として、サンプル2の膜厚を算出する(ステップS7)。そして、光学測定の処理は終了する。 More specifically, the processing device 100 calculates the power spectrum by Fourier transforming the reflectance spectrum from which the information of the bottom section is removed (step S5). Note that FFT (Fast Fourier Transform) may be typically used for the Fourier transform. Furthermore, the processing device 100 searches for a peak included in the power spectrum calculated in step S5 (step S6), and based on the position of the searched peak on the power spectrum, the optical characteristics of the sample 2 are determined as the optical characteristics of the sample 2. The film thickness is calculated (step S7). Then, the optical measurement process ends.

ステップS5〜S7に示されるように、サンプル2の光学特性を算出する処理は、ボトム区間の情報を除去した反射率スペクトルをフーリエ変換した結果に現れるピークに基づいて膜厚を算出する処理を含む。なお、ステップS5〜S7に示される、サンプル2の膜厚を算出するためのより詳細な処理手順については、例えば、特開2009−092454号公報(特許文献1)などを参照されたい。 As shown in steps S5 to S7, the process of calculating the optical characteristics of the sample 2 includes the process of calculating the film thickness based on the peak appearing in the result of Fourier transform of the reflectance spectrum from which the information of the bottom section is removed. .. For a more detailed processing procedure for calculating the film thickness of the sample 2 shown in steps S5 to S7, refer to, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2009-092454 (Patent Document 1).

なお、サンプル2の膜厚を複数回にわたって測定する、あるいは、サンプル2の膜厚を複数個所について測定する必要がある場合には、ステップS3〜S7の処理が必要な回数だけ繰り返し実行される。 When it is necessary to measure the film thickness of the sample 2 a plurality of times or to measure the film thickness of the sample 2 at a plurality of locations, the processes of steps S3 to S7 are repeatedly performed as many times as necessary.

(c2:ボトム区間の特定)
次に、図8のステップS4に示すボトム区間を特定する処理の詳細について説明する。
(C2: Specification of bottom section)
Next, details of the process of identifying the bottom section shown in step S4 of FIG. 8 will be described.

ボトム区間を特定する処理は、反射率スペクトルにおいて、波長に関する振幅の変化が所定条件を満たしている区間を特定する処理に相当する。ここで、所定条件は、反射率スペクトルに含まれる低周波成分の振幅が相対的に小さいことを意味する。言い換えれば、所定条件は、反射率スペクトルが波の節の部分に相当していることを意味する。 The process of identifying the bottom section corresponds to the process of identifying the section in the reflectance spectrum in which the change in the amplitude with respect to the wavelength satisfies a predetermined condition. Here, the predetermined condition means that the amplitude of the low frequency component included in the reflectance spectrum is relatively small. In other words, the predetermined condition means that the reflectance spectrum corresponds to the node portion of the wave.

第1の実施の形態においては、反射率スペクトルに生じる単位区間における振幅変動の大きさに基づいて、ボトム区間を特定する。定在波の節に近いほど、振幅の変動は小さくなり、定在波の腹に近いほど、振幅は大きく変動する。そのため、単位区間毎に振幅変動の大きさを評価し、振幅変動が相対的に小さい区間をボトム区間として特定する。 In the first embodiment, the bottom section is specified based on the magnitude of amplitude fluctuation in the unit section that occurs in the reflectance spectrum. The closer to the node of the standing wave, the smaller the fluctuation of the amplitude, and the closer to the antinode of the standing wave, the larger the fluctuation of the amplitude. Therefore, the magnitude of the amplitude fluctuation is evaluated for each unit section, and the section in which the amplitude fluctuation is relatively small is specified as the bottom section.

図9は、第1の実施の形態に従う光学測定方法におけるボトム区間を特定する処理を説明するための図である。図9(A)には、サンプルから測定された反射率スペクトルの一例を示す。図9(A)に示すような反射率スペクトルに対して、予め定められた波長幅を有する評価ウィンドウ30を、波長位置をずらしながら順次設定される。反射率スペクトルの各評価ウィンドウ30に含まれる区間の情報に基づいて、振幅変動の大きさを示す情報を算出する。 FIG. 9 is a diagram for explaining the process of identifying the bottom section in the optical measurement method according to the first embodiment. FIG. 9A shows an example of the reflectance spectrum measured from the sample. For the reflectance spectrum as shown in FIG. 9A, the evaluation window 30 having a predetermined wavelength width is sequentially set while shifting the wavelength position. Information indicating the magnitude of the amplitude fluctuation is calculated based on the information of the section included in each evaluation window 30 of the reflectance spectrum.

このように、ボトム区間を特定する処理は、反射率スペクトルに対して、予め定められた波長幅を有する評価ウィンドウ30を順次設定する処理と、各評価ウィンドウ30に含まれる反射率スペクトルの振幅の変化に基づいて、各評価ウィンドウ30に対応する区間が所定条件を満たしているか否かを判断する処理とを含む。 As described above, the process of identifying the bottom section includes the process of sequentially setting the evaluation windows 30 having a predetermined wavelength width with respect to the reflectance spectra and the amplitude of the reflectance spectra included in each evaluation window 30. And a process of determining whether the section corresponding to each evaluation window 30 satisfies a predetermined condition based on the change.

所定条件を満たしているか否かの振幅の変化としては、各評価ウィンドウ30内に対応する区間における振幅のばらつきの度合いを用いることができる。すなわち、処理装置100は、各評価ウィンドウ30に対応する区間が所定条件を満たしているか否かを判断する処理の一部として、反射率スペクトルの各評価ウィンドウに対応する区間における振幅のばらつきの度合いを算出する処理を実行する。 As the change in the amplitude whether or not the predetermined condition is satisfied, the degree of the amplitude variation in the corresponding section in each evaluation window 30 can be used. That is, the processing device 100, as a part of the process of determining whether the section corresponding to each evaluation window 30 satisfies the predetermined condition, the degree of amplitude variation in the section corresponding to each evaluation window of the reflectance spectrum. The process of calculating is executed.

振幅のばらつきの度合いとして、典型的には、分散あるいは標準偏差を用いることができる。あるいは、各評価ウィンドウ30内に存在する振幅の最大値と最小値との差を用いてもよい。このように、各評価ウィンドウ30内に対応する区間における振幅のばらつきの度合いを示す情報としては、任意の値を用いることができる。以下の説明においては、典型例として「分散」を用いる例について説明する。 A variance or a standard deviation can be typically used as the degree of amplitude variation. Alternatively, the difference between the maximum value and the minimum value of the amplitude existing in each evaluation window 30 may be used. As described above, an arbitrary value can be used as the information indicating the degree of amplitude variation in the corresponding section in each evaluation window 30. In the following description, an example using “dispersion” will be described as a typical example.

図9(B)には、図9(A)に示す反射率スペクトルに対して評価ウィンドウ30を順次設定して算出された波長毎の分散(以下、「分散スペクトル」とも称す。)を示す。図9(B)に示す分散スペクトルに対する評価を行うことで、ボトム区間を特定する。 FIG. 9B shows the dispersion for each wavelength (hereinafter, also referred to as “dispersion spectrum”) calculated by sequentially setting the evaluation window 30 for the reflectance spectrum shown in FIG. 9A. The bottom section is specified by evaluating the dispersion spectrum shown in FIG. 9(B).

典型例としては、図9(B)に示す分散スペクトルに対してしきい値を予め設定し、分散の値が所定のしきい値を下回る区間をボトム区間32として特定する。すなわち、処理装置100は、反射率スペクトルの各評価ウィンドウ30に対応する区間における振幅のばらつきの度合い(一例として、分散)が所定しきい値を下回る場合に、当該評価ウィンドウ30に対応する区間が所定条件を満たしていると判断する。 As a typical example, a threshold value is set in advance for the dispersion spectrum shown in FIG. 9B, and a section in which the dispersion value is below a predetermined threshold value is specified as the bottom section 32. That is, when the degree of amplitude variation (dispersion, for example) in the section corresponding to each evaluation window 30 of the reflectance spectrum is below a predetermined threshold value, the processing apparatus 100 determines that the section corresponding to the evaluation window 30. It is determined that the predetermined condition is satisfied.

なお、評価ウィンドウ30の波長幅は、反射率スペクトル全体の波長範囲および波長分解能などに基づいて適宜決定される。あるいは、所定の測定精度を確保できるように、評価ウィンドウ30の波長幅を動的に調整するようにしてもよい。また、しきい値は、予め定められた固定値であってもよいし、算出された分散スペクトル全体の振幅変動の大きさに基づいて動的に決定されてもよい。 The wavelength width of the evaluation window 30 is appropriately determined based on the wavelength range of the entire reflectance spectrum and the wavelength resolution. Alternatively, the wavelength width of the evaluation window 30 may be dynamically adjusted so as to ensure a predetermined measurement accuracy. Further, the threshold value may be a predetermined fixed value, or may be dynamically determined based on the magnitude of the calculated amplitude fluctuation of the entire dispersion spectrum.

さらに、評価ウィンドウ30の波長幅、および/または、しきい値の大きさは、サンプル2の種類毎に予め定められてもよい。この場合、処理装置100は、サンプル2の種類毎にレシピ情報を予め格納しておき、測定対象のサンプル2の種類に応じて、対応するレシピ情報を有効化するようにしてもよい。 Furthermore, the wavelength width of the evaluation window 30 and/or the magnitude of the threshold value may be predetermined for each type of the sample 2. In this case, the processing apparatus 100 may store recipe information for each type of sample 2 in advance and validate the corresponding recipe information according to the type of sample 2 to be measured.

図9(C)に示すように、反射率スペクトルのうち、特定されたボトム区間の情報が除去される。なお、サンプルの膜厚を算出する過程において、反射率スペクトルはフーリエ変換される。そのため、特定されたボトム区間の情報の除去においては、対応する波長の振幅(反射率)をゼロ(あるいは、予め定められた基準値)に更新する処理が実行されてもよい。 As shown in FIG. 9C, the information of the specified bottom section is removed from the reflectance spectrum. In the process of calculating the film thickness of the sample, the reflectance spectrum is Fourier transformed. Therefore, in the removal of the information of the specified bottom section, a process of updating the amplitude (reflectance) of the corresponding wavelength to zero (or a predetermined reference value) may be executed.

以上のような一連の処理によって、測定された反射率スペクトルに含まれる低周波成分のボトム区間の特定、および、当該特定したボトム区間の情報の除去が完了する。 Through the series of processes described above, the identification of the bottom section of the low-frequency component included in the measured reflectance spectrum and the removal of the information of the identified bottom section are completed.

図10は、図8に示す第1の実施の形態に従う光学測定方法のステップS4のより詳細な手順を示すフローチャートである。図10を参照して、処理装置100は、測定された反射率スペクトルに対して、初期位置に評価ウィンドウ30を設定する(ステップS41)。処理装置100は、設定された評価ウィンドウ30内の反射率スペクトルの区間について、分散を算出する(ステップS42)。処理装置100は、すべての位置に対する評価ウィンドウ30の設定が完了したか否かを判断する(ステップS43)。 FIG. 10 is a flowchart showing a more detailed procedure of step S4 of the optical measuring method according to the first embodiment shown in FIG. With reference to FIG. 10, the processing apparatus 100 sets the evaluation window 30 at the initial position for the measured reflectance spectrum (step S41). The processing device 100 calculates the variance for the section of the reflectance spectrum within the set evaluation window 30 (step S42). The processing device 100 determines whether or not the setting of the evaluation window 30 for all the positions is completed (step S43).

すべての位置に対する評価ウィンドウ30の設定が完了していなければ(ステップS43においてNO)、処理装置100は、次の位置に評価ウィンドウ30を設定する(ステップS44)。そして、ステップS42以下の処理が繰り返される。 If the setting of the evaluation window 30 for all positions is not completed (NO in step S43), the processing device 100 sets the evaluation window 30 at the next position (step S44). Then, the processing from step S42 onward is repeated.

すべての位置に対する評価ウィンドウ30の設定が完了していれば(ステップS43においてYES)、処理装置100は、各評価ウィンドウ30について算出された分散に基づいて、分散スペクトルを算出し(ステップS45)、算出された分散スペクトルにおいてしきい値を下回る区間をボトム区間32として特定する(ステップS46)。そして、処理装置100は、特定したボトム区間32に含まれる各波長の反射率をゼロに更新する(ステップS47)。 If the setting of the evaluation window 30 for all the positions is completed (YES in step S43), the processing device 100 calculates the dispersion spectrum based on the dispersion calculated for each evaluation window 30 (step S45), A section below the threshold value in the calculated dispersion spectrum is specified as the bottom section 32 (step S46). Then, the processing device 100 updates the reflectance of each wavelength included in the identified bottom section 32 to zero (step S47).

以上により、測定された反射率スペクトルに含まれる低周波成分のボトム区間の特定、および、当該特定したボトム区間の情報を除去する処理が完了する。 As described above, the process of identifying the bottom section of the low-frequency component included in the measured reflectance spectrum and removing the information of the identified bottom section is completed.

(c3:測定例)
次に、第1の実施の形態に従う光学測定方法による測定例について説明する。
(C3: measurement example)
Next, a measurement example by the optical measuring method according to the first embodiment will be described.

図11は、第1の実施の形態に従う光学測定方法による測定例を示す図である。図11(A)には、異方性を有するサンプルから測定された反射率スペクトルの一例を示す。図11(B)には、図11(A)に示す反射率スペクトルをそのままフーリエ変換することで得られたパワースペクトルの一例を示す。図11(B)に示すように、異方性を有するサンプルから測定された反射率スペクトルをそのままフーリエ変換した場合には、近接する位置に複数のピークが現れることになり、測定精度が低下し得る。 FIG. 11 is a diagram showing a measurement example by the optical measurement method according to the first embodiment. FIG. 11A shows an example of a reflectance spectrum measured from a sample having anisotropy. FIG. 11B shows an example of a power spectrum obtained by Fourier transforming the reflectance spectrum shown in FIG. 11A as it is. As shown in FIG. 11B, when the reflectance spectrum measured from the sample having anisotropy is subjected to Fourier transform as it is, a plurality of peaks appear at positions close to each other, and the measurement accuracy deteriorates. obtain.

図11(C)には、図11(A)に示す反射率スペクトルに対して評価ウィンドウ30を順次設定することで算出される分散スペクトルの一例を示す。図11(C)に示される分散スペクトルに対して設定されるしきい値を下回る区間がボトム区間32として特定される。そして、ボトム区間32に含まれる各波長の反射率をゼロに更新することで、図11(D)に示すような、ボトム区間の情報を除去した反射率スペクトルが得られる。 FIG. 11C shows an example of the dispersion spectrum calculated by sequentially setting the evaluation window 30 for the reflectance spectrum shown in FIG. The section below the threshold value set for the dispersion spectrum shown in FIG. 11C is specified as the bottom section 32. Then, by updating the reflectance of each wavelength included in the bottom section 32 to zero, a reflectance spectrum in which the information of the bottom section is removed as shown in FIG. 11D is obtained.

図11(D)に示されるようなボトム区間の情報を除去した反射率スペクトルをフーリエ変換することで、図11(E)に示されるような、近接するピークの発生を抑制でき、これによって測定精度の低下を防止できることが分かる。 Fourier transform of the reflectance spectrum from which the information of the bottom section as shown in FIG. 11(D) is removed can suppress the occurrence of adjacent peaks as shown in FIG. 11(E). It can be seen that the reduction in accuracy can be prevented.

(c4:利点)
第1の実施の形態に従う光学測定方法によれば、異方性を有するサンプルなどから測定されるスペクトルに現れるうなり(異なる周波成分の組み合わせによる変動)の影響を除去した上で、サンプルの光学特性を算出する。そのため、測定精度の低下を抑制できる。
(C4: advantage)
According to the optical measuring method according to the first embodiment, the influence of the beat (variation due to the combination of different frequency components) appearing in the spectrum measured from a sample having anisotropy is removed, and then the optical characteristics of the sample are To calculate. Therefore, it is possible to suppress a decrease in measurement accuracy.

<D.第2の実施の形態>
第1の実施の形態においては、異方性を有する単層膜のサンプルを一例として説明した。実際のサンプルは、複数の層からなる多層膜であることも多い。異方性を有する多層膜のサンプルを測定する場合には、複屈折率に起因するうなり(ビート)を生じる層の影響だけではなく、他の層からの影響を受けて、うなりの影響を除去することが難しい場合もある。そこで、第2の実施の形態として、多層膜のサンプルについて膜厚を測定するのに適した光学測定方法について説明する。
<D. Second Embodiment>
In the first embodiment, a sample of a monolayer film having anisotropy has been described as an example. An actual sample is often a multi-layer film including a plurality of layers. When measuring a sample of a multilayer film with anisotropy, not only the influence of the layer that causes the beat (beat) due to the birefringence but also the influence of other layers, the influence of the beat is removed. It can be difficult to do. Therefore, as a second embodiment, an optical measuring method suitable for measuring the film thickness of a multilayer film sample will be described.

(d1:処理概要)
まず、第2の実施の形態に従う光学測定方法の処理概要について説明する。
(D1: Outline of processing)
First, a processing outline of the optical measurement method according to the second embodiment will be described.

第2の実施の形態に従う光学測定方法においては、異方性を有するサンプルから測定された反射率スペクトルをフーリエ変換することで得られたパワースペクトルに現れるピークのうち、膜厚の測定対象ではない層に由来するピークおよびピーク近傍の情報を除去する。さらに、ピークおよびピーク近傍の情報を除去した後のパワースペクトルを逆フーリエ変換することで、測定対象外の層に由来する情報を除去した反射率スペクトル(以下、「ノイズ除去反射率スペクトル」とも称す。)を算出する。算出されたノイズ除去反射率スペクトルに対して、第1の実施の形態に従う光学測定方法と同様に、低周波成分の影響を除去する処理を適用することで、対象のサンプルに含まれる測定対象の層についての膜厚を算出できる。 In the optical measuring method according to the second embodiment, among the peaks appearing in the power spectrum obtained by Fourier-transforming the reflectance spectrum measured from the sample having anisotropy, the peak is not the object of film thickness measurement. Information on peaks originating from the layer and in the vicinity of the peaks is removed. Furthermore, by performing inverse Fourier transform on the power spectrum after removing the information of the peak and the vicinity of the peak, the reflectance spectrum from which the information derived from the layer other than the measurement target is removed (hereinafter, also referred to as “noise removal reflectance spectrum”). .) is calculated. Similar to the optical measurement method according to the first embodiment, a process of removing the influence of the low-frequency component is applied to the calculated noise removal reflectance spectrum, so that the measurement target of the measurement target included in the target sample can be obtained. The film thickness for a layer can be calculated.

(d2:処理手順)
次に、第2の実施の形態に従う光学測定方法の処理手順について説明する。
(D2: processing procedure)
Next, a processing procedure of the optical measuring method according to the second embodiment will be described.

図12は、第2の実施の形態に従う光学測定方法の手順を示すフローチャートである。図12に示す主要なステップは、典型的には、処理装置100のプロセッサ102が測定プログラム114(いずれも図3参照)を主メモリ104に展開して実行することで実現される。なお、図12のフローチャートにおいて、図8のフローチャートに示す処理と実質的に同一の処理については、同一のステップ番号を付与している。 FIG. 12 is a flowchart showing the procedure of the optical measurement method according to the second embodiment. The main steps shown in FIG. 12 are typically realized by the processor 102 of the processing device 100 loading a measurement program 114 (see FIG. 3) into the main memory 104 and executing it. Note that in the flowchart of FIG. 12, the same step numbers are assigned to the processes substantially the same as the processes shown in the flowchart of FIG.

図12を参照して、まず、光学測定システム1が用意される(ステップS1)。ステップS1においては、光学測定システム1に含まれるY型ファイバ4の照射口の位置合わせや、分光検出器20における校正処理などが実行される。そして、光学測定システム1の所定位置に測定対象のサンプル2が配置される(ステップS2)。 Referring to FIG. 12, first, optical measurement system 1 is prepared (step S1). In step S1, alignment of the irradiation opening of the Y-shaped fiber 4 included in the optical measurement system 1 and calibration processing in the spectroscopic detector 20 are executed. Then, the sample 2 to be measured is placed at a predetermined position of the optical measurement system 1 (step S2).

続いて、光源10からサンプル2に測定光を照射し、当該測定光によりサンプル2で生じる反射光または透過光を分光検出器20で受光して得られる検出結果に基づいて、スペクトルを算出する処理が実行される。 Subsequently, a process of irradiating the sample 2 with the measurement light from the light source 10 and calculating a spectrum based on the detection result obtained by receiving the reflected light or the transmitted light generated in the sample 2 by the measurement light with the spectroscopic detector 20. Is executed.

第2の実施の形態においては、スペクトルを算出する処理として、分光検出器20の検出結果に基づいて算出されるサンプル2の反射率スペクトルから、サンプル2に含まれる測定対象外の層に由来する情報を除去した反射率スペクトル(ノイズ除去反射率スペクトル)を算出する処理(ステップS3,S11,S12,S13,S14)が実行される。 In the second embodiment, as the process of calculating the spectrum, the reflectance spectrum of the sample 2 calculated based on the detection result of the spectral detector 20 is derived from the layer other than the measurement target included in the sample 2. A process (steps S3, S11, S12, S13, S14) of calculating a reflectance spectrum (noise-removed reflectance spectrum) from which information has been removed is executed.

より具体的には、光源10からの測定光をサンプル2に照射することで生じる反射光を分光検出器20で受光することで、反射率スペクトルが測定される(ステップS3)。分光検出器20の検出結果に基づいてサンプル2の反射率スペクトルを算出する処理は、分光検出器20で実行されてもよいし、処理装置100で実行されてもよい。ステップS3において測定された反射率スペクトルは、検出結果116(図3参照)として、処理装置100のストレージ110に格納される。 More specifically, the reflectance spectrum is measured by receiving the reflected light generated by irradiating the sample 2 with the measurement light from the light source 10 by the spectroscopic detector 20 (step S3). The process of calculating the reflectance spectrum of the sample 2 based on the detection result of the spectroscopic detector 20 may be performed by the spectroscopic detector 20 or the processing device 100. The reflectance spectrum measured in step S3 is stored in the storage 110 of the processing device 100 as the detection result 116 (see FIG. 3).

まず、処理装置100は、サンプル2から測定された反射率スペクトルをフーリエ変換することでパワースペクトルを算出する(ステップS11)。そして、処理装置100は、算出されたパワースペクトルに含まれる膜厚の測定対象ではない層に由来するピークを特定する(ステップS12)。すなわち、処理装置100は、パワースペクトルのうち、サンプル2に含まれる測定対象外の層に由来するピークを特定する。 First, the processing device 100 calculates the power spectrum by performing Fourier transform on the reflectance spectrum measured from the sample 2 (step S11). Then, the processing apparatus 100 identifies the peaks derived from the layer that is not the target for measuring the film thickness included in the calculated power spectrum (step S12). That is, the processing apparatus 100 identifies the peak in the power spectrum, which is derived from the non-measurement target layer included in the sample 2.

さらに、処理装置100は、特定したピークおよび当該ピーク近傍の情報を除去する(ステップS13)。すなわち、処理装置100は、特定したピークおよび当該ピーク近傍の情報をパワースペクトルから除去したパワースペクトル(ノイズ除去パワースペクトル)を算出する。 Further, the processing device 100 removes the identified peak and information near the peak (step S13). That is, the processing device 100 calculates a power spectrum (noise-removed power spectrum) obtained by removing the identified peak and information near the peak from the power spectrum.

最終的に、処理装置100は、ピークおよびピーク近傍の情報を除去した後のパワースペクトルを逆フーリエ変換することでノイズ除去反射率スペクトルを算出する(ステップS14)。 Finally, the processing apparatus 100 calculates the noise-removed reflectance spectrum by performing an inverse Fourier transform on the power spectrum after removing the peak and the information near the peak (step S14).

続いて、処理装置100は、算出されたノイズ除去反射率スペクトルにおいて、波長に関する振幅の変化が所定条件を満たしている区間を特定する処理を実行する。より具体的には、処理装置100は、算出されたノイズ除去反射率スペクトルに含まれる低周波成分のボトム区間を特定し、当該特定したボトム区間の情報を除去する(ステップS4A)。ステップS4Aの処理は、除去対象のスペクトルが異なる点において、図8に示すステップS4の処理とは異なっているが、処理内容自体は第1の実施の形態と実質的に同一である。 Subsequently, the processing device 100 executes a process of specifying a section in the calculated noise-removed reflectance spectrum in which a change in amplitude with respect to wavelength satisfies a predetermined condition. More specifically, the processing device 100 specifies the bottom section of the low-frequency component included in the calculated noise removal reflectance spectrum, and removes the information of the specified bottom section (step S4A). The process of step S4A is different from the process of step S4 shown in FIG. 8 in that the spectrum to be removed is different, but the process content itself is substantially the same as that of the first embodiment.

そして、処理装置100は、算出されたスペクトルから特定された区間の情報を除去した後のスペクトルを用いてサンプル2の光学特性を算出する処理を実行する。 Then, the processing device 100 executes the process of calculating the optical characteristic of the sample 2 using the spectrum after removing the information of the specified section from the calculated spectrum.

より具体的には、処理装置100は、ボトム区間の情報を除去した反射率スペクトルをフーリエ変換してパワースペクトルを算出する(ステップS5)。さらに、処理装置100は、ステップS5において算出されたパワースペクトルに含まれるピークを探索し(ステップS6)、探索したピークのパワースペクトル上の位置に基づいて、サンプル2の膜厚を算出する(ステップS7)。そして、光学測定の処理は終了する。 More specifically, the processing device 100 calculates the power spectrum by Fourier transforming the reflectance spectrum from which the information of the bottom section is removed (step S5). Further, the processing device 100 searches for a peak included in the power spectrum calculated in step S5 (step S6), and calculates the film thickness of the sample 2 based on the position of the searched peak on the power spectrum (step). S7). Then, the optical measurement process ends.

なお、サンプル2の膜厚を複数回にわたって測定する、あるいは、サンプル2の膜厚を複数個所について測定する必要がある場合には、ステップS11〜S14を含むステップS3〜S7の処理が必要な回数だけ繰り返し実行される。 In addition, when it is necessary to measure the film thickness of the sample 2 a plurality of times, or to measure the film thickness of the sample 2 at a plurality of locations, the number of times that the processes of steps S3 to S7 including steps S11 to S14 are necessary. Only executed repeatedly.

(d3:測定例)
次に、第2の実施の形態に従う光学測定方法による測定例について説明する。
(D3: measurement example)
Next, a measurement example by the optical measuring method according to the second embodiment will be described.

図13は、測定対象としたサンプル2の構造例を示す模式図である。図13を参照して、測定対象としたサンプル2は、基板の上にコート層が配置されており、コート層の上にカバー層が配置されている構成を有している。典型的には、コート層およびカバー層は、任意の樹脂で構成される。 FIG. 13 is a schematic diagram showing a structural example of the sample 2 to be measured. Referring to FIG. 13, Sample 2 as the measurement target has a structure in which a coat layer is arranged on the substrate and a cover layer is arranged on the coat layer. Typically, the coat layer and the cover layer are made of any resin.

図13に示すように、測定対象は基板の層であるとし、コート層およびカバー層の膜厚は測定対象外とする。 As shown in FIG. 13, the measurement target is a layer of the substrate, and the film thicknesses of the coat layer and the cover layer are outside the measurement target.

図14は、第2の実施の形態に従う光学測定方法による測定例を示す図である。図14(A)には、図13に示すサンプル2から測定された反射率スペクトルの一例を示す。図14(A)に示される反射率スペクトルにおいては、単層膜のサンプルから測定された反射率スペクトル(例えば、図9(A)を参照)に現れる「うなり」は明示的に確認することはできない。但し、「うなり」が存在しないということではなく、他の層からの影響を受けて、「うなり」の影響が隠されている状態であるといえる。 FIG. 14 is a diagram showing a measurement example by the optical measurement method according to the second embodiment. FIG. 14A shows an example of the reflectance spectrum measured from Sample 2 shown in FIG. In the reflectance spectrum shown in FIG. 14A, the “beat” appearing in the reflectance spectrum measured from the sample of the single layer film (see FIG. 9A) cannot be explicitly confirmed. Can not. However, it does not mean that the “beat” does not exist, but it can be said that the influence of the “beat” is hidden by the influence from other layers.

図14(B)には、図14(A)に示す反射率スペクトルをフーリエ変換することで得られたパワースペクトルの一例を示す。図14(B)に示されるパワースペクトルにおいては、サンプル2に含まれる各層に対応するピークが現れる。この算出されたパワースペクトルに含まれる膜厚の測定対象ではない層(図13に示すサンプルにおいては、カバー層)に由来するピークを特定する。図14(B)に示すように、カバー層に対応するピークは最も大きなパワーを有している。そして、特定されたピークおよびピーク近傍の情報をパワースペクトルから除去する。 FIG. 14B shows an example of a power spectrum obtained by Fourier transforming the reflectance spectrum shown in FIG. In the power spectrum shown in FIG. 14B, peaks corresponding to each layer included in Sample 2 appear. The peak derived from the layer (the cover layer in the sample shown in FIG. 13) that is not the measurement target of the film thickness included in the calculated power spectrum is specified. As shown in FIG. 14B, the peak corresponding to the cover layer has the largest power. Then, the identified peak and information near the peak are removed from the power spectrum.

通常、サンプル2の構造は既知であり、サンプル2に含まれる各層について測定対象であるか否かを予め決定できる。また、測定対象ではない層の膜厚も既知であるので、パワースペクトルのいずれの位置にピークが現れるのかについては、予め条件として設定しておくことができる。そのため、膜厚の測定対象ではない層に由来するピークをパワースペクトルにおいて特定する処理は、事前情報を用いることで、機械的に実行できる。 Usually, the structure of the sample 2 is known, and it can be previously determined whether or not each layer included in the sample 2 is a measurement target. Moreover, since the film thickness of the layer that is not the measurement target is already known, it is possible to set in advance which condition in the power spectrum the peak appears as a condition. Therefore, the process of specifying the peak in the power spectrum, which is derived from the layer whose thickness is not measured, can be mechanically executed by using the prior information.

図14に示す例においては、測定対象は基板の層であるが、測定対象の基板と接するコート層に対応する情報については、測定対象の膜厚の算出に必要であるので、除去対象にはされない。 In the example shown in FIG. 14, the measurement target is the layer of the substrate, but since the information corresponding to the coat layer in contact with the substrate of the measurement target is necessary for calculating the film thickness of the measurement target, Not done.

図14(B)に示すように、除去されるピーク以外のピークについては、近接する位置に2つのピークが生じていることが分かる。すなわち、測定された反射率スペクトルにおいて、「うなり」が発生していることを意味する。 As shown in FIG. 14B, it can be seen that two peaks are generated at positions close to each other with respect to the peaks other than the removed peak. That is, it means that a “beat” has occurred in the measured reflectance spectrum.

図14(C)には、ピークおよびピーク近傍の情報を除去した後のパワースペクトルを逆フーリエ変換することで算出されたノイズ除去反射率スペクトルの一例を示す。説明の便宜上、図14(C)には、横軸を波数(=波長の逆数)としている。横軸を波数として表現することで、反射率スペクトルに含まれる「うなり」を明示的に確認できる。 FIG. 14C shows an example of the noise-removed reflectance spectrum calculated by performing an inverse Fourier transform on the power spectrum after removing the peak and the information near the peak. For convenience of description, in FIG. 14C, the horizontal axis represents the wave number (=reciprocal of wavelength). By expressing the horizontal axis as the wave number, the “beat” included in the reflectance spectrum can be explicitly confirmed.

図14(D)には、図14(C)に示されるノイズ除去反射率スペクトルに対して、第1の実施の形態に従う光学測定方法を適用することで算出された、ボトム区間の情報を除去した反射率スペクトルの一例を示す。なお、基板およびコート層の光学膜厚が近接しているため、図14(D)に示される反射率スペクトルにおいては、近接する位置に2つのピーク(「基板」および「コート層」)が生じているが、これは「うなり」に起因するものではない。 In FIG. 14D, the information of the bottom section, which is calculated by applying the optical measurement method according to the first embodiment to the noise-removed reflectance spectrum shown in FIG. 14C, is removed. An example of the reflectance spectrum is shown. Note that since the optical film thicknesses of the substrate and the coat layer are close to each other, two peaks (“substrate” and “coat layer”) are generated at positions close to each other in the reflectance spectrum shown in FIG. However, this is not due to “growing”.

図14(D)に示されるように、ノイズ除去反射率スペクトルからボトム区間の情報を除去した上で、再度フーリエ変換することで、近接するピークの発生を抑制でき、これによって測定精度の低下を防止できることが分かる。 As shown in FIG. 14(D), by removing the information of the bottom section from the noise-removed reflectance spectrum and then performing the Fourier transform again, it is possible to suppress the occurrence of adjacent peaks, thereby reducing the measurement accuracy. You can see that it can be prevented.

(d4:利点)
第2の実施の形態に従う光学測定方法によれば、サンプルから測定された反射率スペクトルなどのスペクトルをフーリエ変換した結果において、測定対象外の層に由来する情報を除去し、その上で、元のスペクトルに対応するスペクトルに復元した上で、サンプルの光学特性を算出する。上述した第1の実施の形態に従う光学測定方法と同様に、復元したスペクトルに現れるうなり(異なる周波成分の組み合わせによる変動)の影響を除去できるので、測定精度の低下を抑制できる。
(D4: advantage)
According to the optical measurement method according to the second embodiment, in the result of Fourier transforming the spectrum such as the reflectance spectrum measured from the sample, the information derived from the layer that is not the measurement target is removed, and then the original The optical characteristics of the sample are calculated after restoring the spectrum corresponding to the spectrum of. Similar to the optical measurement method according to the first embodiment described above, it is possible to remove the influence of the beat (variation due to the combination of different frequency components) that appears in the restored spectrum, and thus it is possible to suppress the decrease in measurement accuracy.

<E.まとめ>
上述の発明の詳細な説明によれば、本願発明者らによって見いだされた光干渉法を用いた光学測定方法において生じる新たな課題、および、当該課題に対する解決手段の有効性を理解することができるであろう。
<E. Summary>
According to the above detailed description of the invention, it is possible to understand a new problem that occurs in the optical measurement method using the optical interferometry found by the inventors of the present application, and the effectiveness of the solution to the problem. Will.

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、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。 The embodiments disclosed this time are to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description but by the scope of the claims, and is intended to include meanings equivalent to the scope of the claims and all modifications within the scope.

1 光学測定システム、2 サンプル、4 Y型ファイバ、10 光源、20 分光検出器、22 回折格子、24 受光部、26 インターフェイス回路、30 評価ウィンドウ、32 ボトム区間、100 処理装置、102 プロセッサ、104 主メモリ、106 入力部、108 表示部、110 ストレージ、112 オペレーティングシステム、114 測定プログラム、116 検出結果、118 測定結果、120 通信インターフェイス、122 ネットワークインターフェイス、124 メディアドライブ、126 記録媒体。 1 optical measurement system, 2 samples, 4 Y type fiber, 10 light source, 20 spectroscopic detector, 22 diffraction grating, 24 light receiving part, 26 interface circuit, 30 evaluation window, 32 bottom section, 100 processing device, 102 processor, 104 main Memory, 106 input unit, 108 display unit, 110 storage, 112 operating system, 114 measurement program, 116 detection result, 118 measurement result, 120 communication interface, 122 network interface, 124 media drive, 126 recording medium.

Claims (11)

サンプルに照射するための測定光を発生する光源と、
前記測定光により前記サンプルで生じる反射光または透過光を受光する分光検出器と、
前記分光検出器の検出結果が入力される処理装置とを備え、
前記処理装置は、
前記分光検出器の検出結果に基づいて第1のスペクトルを算出する処理と、
前記第1のスペクトルにおいて、波長に関する振幅の変化が所定条件を満たしている区間を特定する処理と、
前記第1のスペクトルから前記特定された区間の情報を除去した第2のスペクトルを用いて前記サンプルの光学特性を算出する処理とを、実行可能に構成されている、光学測定システム。
A light source that generates a measurement light for irradiating the sample,
A spectroscopic detector that receives reflected light or transmitted light generated in the sample by the measurement light,
A processing device to which the detection result of the spectral detector is input,
The processing device is
A process of calculating a first spectrum based on the detection result of the spectral detector,
In the first spectrum, a process of identifying a section in which a change in amplitude with respect to wavelength satisfies a predetermined condition,
An optical measurement system configured to execute a process of calculating an optical characteristic of the sample by using a second spectrum obtained by removing the information of the specified section from the first spectrum.
前記特定する処理は、
前記第1のスペクトルに対して、予め定められた波長幅を有する評価ウィンドウを順次設定する処理と、
各評価ウィンドウに含まれる前記第1のスペクトルの振幅の変化に基づいて、各評価ウィンドウに対応する区間が前記所定条件を満たしているか否かを判断する処理とを含む、請求項1に記載の光学測定システム。
The specified process is
A process of sequentially setting an evaluation window having a predetermined wavelength width with respect to the first spectrum;
The process according to claim 1, further comprising: a process of determining whether a section corresponding to each evaluation window satisfies the predetermined condition based on a change in the amplitude of the first spectrum included in each evaluation window. Optical measurement system.
各評価ウィンドウに対応する区間が前記所定条件を満たしているか否かを判断する処理は、前記第1のスペクトルの各評価ウィンドウに対応する区間における振幅のばらつきの度合いを算出する処理を含む、請求項2に記載の光学測定システム。 The process of determining whether a section corresponding to each evaluation window satisfies the predetermined condition includes a step of calculating a degree of amplitude variation in a section corresponding to each evaluation window of the first spectrum. Item 3. The optical measurement system according to Item 2. 前記第1のスペクトルの各評価ウィンドウに対応する区間における振幅のばらつきの度合いが所定しきい値を下回る場合に、当該評価ウィンドウに対応する区間が前記所定条件を満たしていると判断される、請求項3に記載の光学測定システム。 When the degree of amplitude variation in a section corresponding to each evaluation window of the first spectrum is lower than a predetermined threshold value, it is determined that the section corresponding to the evaluation window satisfies the predetermined condition. Item 3. The optical measurement system according to Item 3. 前記評価ウィンドウの波長幅は、サンプルの種類毎に予め定められている、請求項2〜4のいずれか1項に記載の光学測定システム。 The optical measurement system according to any one of claims 2 to 4, wherein the wavelength width of the evaluation window is predetermined for each type of sample. 前記サンプルの光学特性を算出する処理は、前記第2のスペクトルをフーリエ変換した結果に現れるピークに基づいて膜厚を算出する処理を含む、請求項1〜5のいずれかに記載の光学測定システム。 The optical measurement system according to claim 1, wherein the process of calculating the optical characteristics of the sample includes a process of calculating a film thickness based on a peak appearing in a result of Fourier transforming the second spectrum. .. 前記第1のスペクトルを算出する処理は、前記第1のスペクトルとして、前記分光検出器の検出結果に基づいて前記サンプルの反射率スペクトルを算出する処理を含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の光学測定システム。 The process of calculating the first spectrum includes a process of calculating the reflectance spectrum of the sample based on the detection result of the spectroscopic detector as the first spectrum. An optical measurement system according to item. 前記第1のスペクトルを算出する処理は、前記第1のスペクトルとして、前記分光検出器の検出結果に基づいて算出される前記サンプルの反射率スペクトルから、前記サンプルに含まれる測定対象外の層に由来する情報を除去した反射率スペクトルを算出する処理を含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の光学測定システム。 In the process of calculating the first spectrum, as the first spectrum, from the reflectance spectrum of the sample calculated based on the detection result of the spectroscopic detector, to the layer not included in the measurement target included in the sample. The optical measurement system according to any one of claims 1 to 6, which includes a process of calculating a reflectance spectrum from which derived information is removed. 前記第1のスペクトルを算出する処理は、
前記サンプルの反射率スペクトルをフーリエ変換して第3のスペクトルを算出する処理と、
前記第3のスペクトルのうち、前記サンプルに含まれる測定対象外の層に由来するピークを特定する処理と、
当該特定したピークおよび当該ピーク近傍の情報を前記第3のスペクトルから除去して第4のスペクトルを算出する処理とをさらに含む、請求項8に記載の光学測定システム。
The process of calculating the first spectrum is
Fourier transforming the reflectance spectrum of the sample to calculate a third spectrum;
Of the third spectrum, a process of identifying a peak derived from a non-measurement target layer included in the sample,
9. The optical measurement system according to claim 8, further comprising: a process of removing the identified peak and information near the peak from the third spectrum to calculate a fourth spectrum.
前記第1のスペクトルを算出する処理は、前記第4のスペクトルを逆フーリエ変換して前記第1のスペクトルを算出する処理をさらに含む、請求項9に記載の光学測定システム。 The optical measurement system according to claim 9, wherein the process of calculating the first spectrum further includes a process of performing an inverse Fourier transform on the fourth spectrum to calculate the first spectrum. 光源からサンプルに測定光を照射し、当該測定光により前記サンプルで生じる反射光または透過光を分光検出器で受光して得られる検出結果に基づいて、第1のスペクトルを算出するステップと、
前記第1のスペクトルにおいて、波長に関する振幅の変化が所定条件を満たしている区間を特定するステップと、
前記第1のスペクトルから前記特定された区間の情報を除去した第2のスペクトルを用いて前記サンプルの光学特性を算出するステップとを備える、光学測定方法。
Irradiating the sample with measurement light from the light source, and calculating the first spectrum based on the detection result obtained by receiving reflected light or transmitted light generated by the sample with the measurement light by the spectroscopic detector,
In the first spectrum, identifying a section in which a change in amplitude with respect to wavelength satisfies a predetermined condition;
Calculating the optical characteristic of the sample using a second spectrum obtained by removing the information of the specified section from the first spectrum.
JP2019013559A 2019-01-29 2019-01-29 Optical measurement system and optical measurement method Active JP7199093B2 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019013559A JP7199093B2 (en) 2019-01-29 2019-01-29 Optical measurement system and optical measurement method
CN202010074101.9A CN111486794B (en) 2019-01-29 2020-01-22 Optical measurement system and optical measurement method
TW109102449A TWI840495B (en) 2019-01-29 2020-01-22 Optical measurement system and optical measurement method
KR1020200009547A KR20200094099A (en) 2019-01-29 2020-01-23 Optical measuring system and optical measuring method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019013559A JP7199093B2 (en) 2019-01-29 2019-01-29 Optical measurement system and optical measurement method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020122680A true JP2020122680A (en) 2020-08-13
JP7199093B2 JP7199093B2 (en) 2023-01-05

Family

ID=71791287

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019013559A Active JP7199093B2 (en) 2019-01-29 2019-01-29 Optical measurement system and optical measurement method

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP7199093B2 (en)
KR (1) KR20200094099A (en)
CN (1) CN111486794B (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113138022B (en) * 2021-03-17 2024-01-09 清华大学深圳国际研究生院 Spectral reflectance detection method, system, device and computer-readable storage medium

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10307009A (en) * 1997-05-06 1998-11-17 Sony Corp Optical film-thickness measuring apparatus for multilayer thin film
JP2001280920A (en) * 2000-03-31 2001-10-10 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Method and instrument for measuring film thickness
JP2002343842A (en) * 2001-03-12 2002-11-29 Denso Corp Method for measuring film thickness of semiconductor layer and method for manufacturing semiconductor substrate
JP2009092454A (en) * 2007-10-05 2009-04-30 Otsuka Denshi Co Ltd Device and method for analyzing multilayer film
JP2011196766A (en) * 2010-03-18 2011-10-06 Systemroad Co Ltd Method for measuring shape of measured object having light transmittance
JP2018205132A (en) * 2017-06-05 2018-12-27 大塚電子株式会社 Optical measuring device and optical measuring method

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8885173B2 (en) * 2009-10-13 2014-11-11 Hamamatsu Photonics K.K. Film thickness measurement device and film thickness measurement method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10307009A (en) * 1997-05-06 1998-11-17 Sony Corp Optical film-thickness measuring apparatus for multilayer thin film
JP2001280920A (en) * 2000-03-31 2001-10-10 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Method and instrument for measuring film thickness
JP2002343842A (en) * 2001-03-12 2002-11-29 Denso Corp Method for measuring film thickness of semiconductor layer and method for manufacturing semiconductor substrate
JP2009092454A (en) * 2007-10-05 2009-04-30 Otsuka Denshi Co Ltd Device and method for analyzing multilayer film
JP2011196766A (en) * 2010-03-18 2011-10-06 Systemroad Co Ltd Method for measuring shape of measured object having light transmittance
JP2018205132A (en) * 2017-06-05 2018-12-27 大塚電子株式会社 Optical measuring device and optical measuring method

Also Published As

Publication number Publication date
JP7199093B2 (en) 2023-01-05
KR20200094099A (en) 2020-08-06
CN111486794A (en) 2020-08-04
TW202033929A (en) 2020-09-16
CN111486794B (en) 2024-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lawson et al. Specification of optical components using the power spectral density function
US7388676B2 (en) Image processing apparatus and refractive index distribution measuring apparatus
JP5427896B2 (en) Film thickness measuring apparatus using interference and film thickness measuring method using interference
US11221205B2 (en) Iterative optical diffraction tomography (iODT) method and applications
Dhillon et al. Interactive diffraction from biological nanostructures
JP2013195290A (en) Optical distance measurement device
CN112629421B (en) Film thickness measuring method based on fast Fourier transform
Mayerhöfer et al. Removing interference-based effects from infrared spectra–interference fringes re-revisited
JP6207250B2 (en) Method and apparatus for measuring sample properties
Guo et al. Optical homogeneity measurement of parallel plates by wavelength-tuning interferometry using nonuniform fast Fourier transform
CN114543690B (en) Modeling method of optical characteristics, photoacoustic measurement method and photoacoustic measurement device
US8917398B2 (en) Method and apparatus for supervision of optical material production
JP4224028B2 (en) Film thickness measuring apparatus and method using improved high-speed Fourier transform
Dong et al. Determination of an optimal measurement configuration in optical scatterometry using global sensitivity analysis
Wei et al. Residue calibrated least-squares unwrapping algorithm for noisy and steep phase maps
JP7199093B2 (en) Optical measurement system and optical measurement method
TWI840495B (en) Optical measurement system and optical measurement method
WO2020118125A1 (en) Loosely coupled inspection and metrology system for high-volume production process monitoring
JP6532037B2 (en) Two-dimensional information evaluation method and evaluation program of surface roughness and interface roughness by X-ray reflectivity method
Stenzel et al. Thick slabs and thin films
JP2003279324A (en) Film thickness measuring method and device thereof
Isaev et al. Comparison of algorithms for determining the thickness of optical coatings online
JP2011102751A (en) Method and apparatus for measuring plate thickness of birefringent substrate
JP2005037315A (en) Film thickness measuring method and film thickness measuring instrument for multilayer film
JP7397427B2 (en) Optical measurement device, optical measurement method, and optical measurement program

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211207

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220921

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220927

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221019

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20221206

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20221213

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7199093

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150