JP6371926B1 - Optical measuring apparatus and optical measuring method - Google Patents

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Abstract

【課題】様々な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および光学測定方法を提供する。
【解決手段】光学測定装置は、測定対象に対して所定の波長範囲を有する測定光を直線状に照射する照射光学系と、測定光の照射により測定対象から生じる透過光または反射光である直線状の測定干渉光を受光する測定光学系と、処理装置とを含む。測定光学系は、測定干渉光を当該測定干渉光の長手方向とは直交する方向に波長展開する回折格子と、回折格子により波長展開された測定干渉光を受光して2次元画像を出力する撮像部とを含む。処理装置は、測定光が照射される測定対象の各測定点に対応する2次元画像上の領域に関連付けて、各測定点から測定光学系への入射角に応じた補正要素を算出する第1の算出手段と、2次元画像に含まれる各ピクセル値に対して対応する補正要素を適用した上で、測定対象の光学特性を算出する第2の算出手段とを含む。
【選択図】図12
An optical measurement apparatus and an optical measurement method are provided that can measure the in-plane distribution of film thicknesses of various samples at higher speed and with higher accuracy.
An optical measurement apparatus includes an irradiation optical system that linearly irradiates measurement light having a predetermined wavelength range to a measurement target, and a straight line that is transmitted light or reflected light generated from the measurement target by irradiation of the measurement light. A measurement optical system that receives the measurement interference light in the form of a shape and a processing device. The measurement optical system picks up the measurement interference light in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the measurement interference light, and receives the measurement interference light expanded in wavelength by the diffraction grating and outputs a two-dimensional image. Part. The processing device calculates a correction element corresponding to an incident angle from each measurement point to the measurement optical system in association with a region on the two-dimensional image corresponding to each measurement point to be measured irradiated with measurement light. And a second calculation unit that calculates an optical characteristic of the measurement target after applying a corresponding correction element to each pixel value included in the two-dimensional image.
[Selection] Figure 12

Description

本発明は、膜厚および屈折率などの光学特性を測定できる光学測定装置および光学測定方法に関する。   The present invention relates to an optical measurement apparatus and an optical measurement method capable of measuring optical characteristics such as film thickness and refractive index.

機能性樹脂フィルムや半導体基板などのサンプルの膜厚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および多層膜解析方法を開示する。特開2013−079921号公報(特許文献2)は、屈折率が未知の誘電体薄膜の膜厚を正確に測定することができる膜厚測定装置および膜厚測定方法を開示する。   A technique for measuring the film thickness of a sample such as a functional resin film or a semiconductor substrate is known. For example, Japanese Patent Laying-Open No. 2009-092454 (Patent Document 1) discloses a multilayer film analysis apparatus and a multilayer film analysis method capable of measuring the film thickness of a multilayer film sample having wavelength dependency with higher accuracy. . Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-079921 (Patent Document 2) discloses a film thickness measuring apparatus and a film thickness measuring method capable of accurately measuring the film thickness of a dielectric thin film whose refractive index is unknown.

一般的に、測定対象となるサンプルはある面積を有しており、測定対象面における膜厚分布(膜厚の面内分布)を高速に測定したいというニーズがある。このようなニーズに対して、特開2004−279296号公報(特許文献3)は、液晶表示装置等の製造工程において、平板上に薄膜を成膜する際に、成膜した薄膜の膜厚の分布を簡単な装置構成で高速に得るための手法を開示する。より具体的には、特許文献3は、光源からの照射光を測定対象である基板上に設けた被膜に入射させ、被膜からの干渉を起こした反射光を、被膜の主面に対する照射光の入射角をステップ的に変化させながら受光装置により測定し、測定した反射光の受光強度の変動における極大値と極小値をとる照射光の入射角から被膜の膜厚を取得する方法を開示する。   In general, a sample to be measured has a certain area, and there is a need to measure the film thickness distribution (film thickness in-plane distribution) on the measurement target surface at high speed. In response to such needs, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-279296 (Patent Document 3) describes the thickness of a thin film formed when a thin film is formed on a flat plate in a manufacturing process of a liquid crystal display device or the like. A method for obtaining a distribution at high speed with a simple device configuration is disclosed. More specifically, in Patent Document 3, incident light from a light source is incident on a film provided on a substrate to be measured, and reflected light that causes interference from the film is reflected on the main surface of the film. A method is disclosed in which the film thickness of the coating is obtained from the incident angle of the irradiation light that is measured by the light receiving device while changing the incident angle stepwise and takes the maximum value and the minimum value in the fluctuation of the received light intensity of the measured reflected light.

特開2009−092454号公報JP 2009-092454 A 特開2013−079921号公報JP2013-079921A 特開2004−279296号公報JP 2004-279296 A

サンプルの大型化などに伴って、より広いサンプルについての膜厚の面内分布をより高速かつ高精度に測定したいというニーズがある。上述の特許文献1および特許文献2に開示される構成は、基本的には、サンプルのある一点に光を照射して測定を行うものであり、膜厚の面内分布を高速に測定するというニーズを十分に満たすことはできない。   As the sample size increases, there is a need to measure the in-plane distribution of film thickness for a wider sample at a higher speed and with higher accuracy. The configurations disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 described above basically measure light by irradiating one point on the sample, and measure the in-plane distribution of film thickness at high speed. The needs cannot be met sufficiently.

また、特許文献3は、干渉波形の極大値および極小値が生じる位置を利用して膜厚を算出する、いわゆるピーク・バレイ法を採用する。ピーク・バレイ法は、光学系などに起因するノイズの影響を受けて膜厚を正確に測定できない場合がある。また、ピーク・バレイ法は、複数の層が積層されたサンプルの各層の膜厚を測定できない。そのため、特許文献3は、液晶表示装置等の製造工程などには適用し得るが、様々なサンプルの膜厚の面内分布を汎用的に測定することはできない。   Further, Patent Document 3 employs a so-called peak-valley method in which the film thickness is calculated using the position where the maximum value and the minimum value of the interference waveform occur. The peak valley method may not be able to accurately measure the film thickness due to the influence of noise caused by an optical system or the like. Moreover, the peak-valley method cannot measure the film thickness of each layer of a sample in which a plurality of layers are stacked. Therefore, although Patent Document 3 can be applied to a manufacturing process of a liquid crystal display device or the like, the in-plane distribution of film thicknesses of various samples cannot be measured for general purposes.

本発明のある目的は、様々な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および光学測定方法を提供することである。また、本発明の別の目的は、専用の測定装置などを用いることなく、屈折率などのサンプルの光学特性を測定可能な光学測定装置および光学測定方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide an optical measuring apparatus and an optical measuring method capable of measuring in-plane distribution of film thicknesses of various samples at higher speed and with higher accuracy. Another object of the present invention is to provide an optical measuring device and an optical measuring method capable of measuring optical characteristics of a sample such as a refractive index without using a dedicated measuring device.

本発明のある局面に従う光学測定装置は、測定対象に対して所定の波長範囲を有する測定光を直線状に照射する照射光学系と、測定光の照射により測定対象から生じる透過光または反射光である直線状の測定干渉光を受光する測定光学系と、処理装置とを含む。測定光学系は、測定干渉光を当該測定干渉光の長手方向とは直交する方向に波長展開する回折格子と、回折格子により波長展開された測定干渉光を受光して2次元画像を出力する撮像部とを含む。処理装置は、測定光が照射される測定対象の各測定点に対応する2次元画像上の領域に関連付けて、各測定点から測定光学系への入射角に応じた補正要素を算出する第1の算出手段と、2次元画像に含まれる各ピクセル値に対して対応する補正要素を適用した上で、測定対象の光学特性を算出する第2の算出手段とを含む。   An optical measurement apparatus according to an aspect of the present invention includes an irradiation optical system that linearly irradiates measurement light having a predetermined wavelength range on a measurement target, and transmitted light or reflected light generated from the measurement target by irradiation of the measurement light. A measurement optical system for receiving a certain linear measurement interference light and a processing device are included. The measurement optical system picks up the measurement interference light in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the measurement interference light, and receives the measurement interference light expanded in wavelength by the diffraction grating and outputs a two-dimensional image. Part. The processing device calculates a correction element corresponding to an incident angle from each measurement point to the measurement optical system in association with a region on the two-dimensional image corresponding to each measurement point to be measured irradiated with measurement light. And a second calculation unit that calculates an optical characteristic of the measurement target after applying a corresponding correction element to each pixel value included in the two-dimensional image.

好ましくは、補正要素は、測定光の波長および測定対象の屈折率を含む媒介変数である波数を含む。波数は、2次元画像のピクセル位置毎に、対応する入射角の大きさを考慮して算出される。   Preferably, the correction element includes a wave number that is a parameter including the wavelength of the measurement light and the refractive index of the measurement target. The wave number is calculated in consideration of the magnitude of the corresponding incident angle for each pixel position of the two-dimensional image.

好ましくは、第2の算出手段は、注目する測定点に対応する2次元画像のピクセル値を位相因子に対して線形化するための関係式に従って変換した値の列を、対応する波数の列についてフーリエ変換する手段と、フーリエ変換により得られるパワースペクトルに現れるピーク位置に基づいて注目する測定点における膜厚を決定する手段と、複数の測定点について決定された膜厚を集合して膜厚分布として出力する手段とを含む。   Preferably, the second calculation means converts a column of values converted according to a relational expression for linearizing a pixel value of a two-dimensional image corresponding to a target measurement point with respect to a phase factor, for a corresponding column of wave numbers. Means for Fourier transform, means for determining the film thickness at the measurement point of interest based on the peak position appearing in the power spectrum obtained by Fourier transform, and film thickness distribution by collecting the film thicknesses determined for a plurality of measurement points And outputting means.

好ましくは、波数は、測定対象の屈折率の波長依存性を考慮して算出される。
好ましくは、補正要素は、各測定点に対応する入射角の大きさを示す値を含む。第2の算出手段は、各測定点の膜厚を変動パラメータとするとともに、測定対象の屈折率と、各測定点に対応する入射角の大きさを示す値と、各測定点と2次元画像のピクセル位置との対応関係とに基づいて、2次元画像に対応する各ピクセルの理論値を算出する手段と、算出される各ピクセルの理論値と2次元画像の各ピクセル値との類似度が高くなるように、変動パラメータを調整することで、各測定点の膜厚を決定する手段とを含む。
Preferably, the wave number is calculated in consideration of the wavelength dependence of the refractive index of the measurement target.
Preferably, the correction element includes a value indicating the magnitude of the incident angle corresponding to each measurement point. The second calculation means uses the film thickness at each measurement point as a variation parameter, the refractive index of the measurement object, a value indicating the magnitude of the incident angle corresponding to each measurement point, each measurement point and the two-dimensional image. Means for calculating the theoretical value of each pixel corresponding to the two-dimensional image based on the correspondence relationship with the pixel position of the pixel, and the similarity between the calculated theoretical value of each pixel and each pixel value of the two-dimensional image is And a means for determining the film thickness at each measurement point by adjusting the variation parameter so as to be higher.

本発明の別の局面に従う光学測定方法は、測定対象に対して所定の波長範囲を有する測定光を直線状に照射するとともに、測定光の照射により測定対象から生じる透過光または反射光である直線状の測定干渉光を受光するステップと、測定干渉光を当該測定干渉光の長手方向とは直交する方向に波長展開するとともに、当該波長展開された測定干渉光を受光して2次元画像を出力するステップと、測定光が照射される測定対象の各測定点に対応する2次元画像上の領域に関連付けて、各測定点からの入射角に応じた補正要素を算出するステップと、2次元画像に含まれる各ピクセル値に対して対応する補正要素を適用した上で、測定対象の光学特性を算出するステップとを含む。   An optical measurement method according to another aspect of the present invention linearly irradiates measurement light having a predetermined wavelength range with respect to a measurement target, and transmits light or reflected light generated from the measurement target by irradiation of the measurement light. Receiving the measurement interference light in the form of a wave, expanding the wavelength of the measurement interference light in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the measurement interference light, and receiving the measurement interference light expanded in wavelength and outputting a two-dimensional image A step of calculating a correction element according to an incident angle from each measurement point in association with a region on the two-dimensional image corresponding to each measurement point of the measurement target irradiated with the measurement light, and a two-dimensional image And applying a corresponding correction element to each pixel value included in, and calculating an optical characteristic of the measurement target.

好ましくは、補正要素は、測定光の波長および測定対象の屈折率を含む媒介変数である波数を含む。波数は、2次元画像のピクセル位置毎に、対応する入射角の大きさを考慮して算出される。   Preferably, the correction element includes a wave number that is a parameter including the wavelength of the measurement light and the refractive index of the measurement target. The wave number is calculated in consideration of the magnitude of the corresponding incident angle for each pixel position of the two-dimensional image.

好ましくは、光学特性を算出するステップは、注目する測定点に対応する2次元画像のピクセル値を位相因子に対して線形化するための関係式に従って変換した値の列を、対応する波数の列についてフーリエ変換するステップと、フーリエ変換により得られるパワースペクトルに現れるピーク位置に基づいて注目する測定点における膜厚を決定するステップと、複数の測定点について決定された膜厚を集合して膜厚分布として出力するステップとを含む。   Preferably, in the step of calculating the optical characteristics, a column of values converted according to a relational expression for linearizing a pixel value of a two-dimensional image corresponding to a target measurement point with respect to a phase factor is converted into a column of corresponding wave numbers. A step of Fourier transforming, a step of determining a film thickness at a measurement point of interest based on a peak position appearing in a power spectrum obtained by the Fourier transform, and a film thickness obtained by collecting the film thicknesses determined for a plurality of measurement points Outputting as a distribution.

好ましくは、波数は、測定対象の屈折率の波長依存性を考慮して算出される。
好ましくは、補正要素は、各測定点に対応する入射角の大きさを示す値を含む。光学特性を算出するステップは、各測定点の膜厚を変動パラメータとするとともに、測定対象の屈折率と、各測定点に対応する入射角の大きさを示す値と、各測定点と2次元画像のピクセル位置との対応関係とに基づいて、2次元画像に対応する各ピクセルの理論値を算出するステップと、算出される各ピクセルの理論値と2次元画像の各ピクセル値との類似度が高くなるように、変動パラメータを調整することで、各測定点の膜厚を決定するステップとを含む。
Preferably, the wave number is calculated in consideration of the wavelength dependence of the refractive index of the measurement target.
Preferably, the correction element includes a value indicating the magnitude of the incident angle corresponding to each measurement point. The step of calculating the optical characteristics includes using the film thickness at each measurement point as a variable parameter, the refractive index of the measurement object, the value indicating the magnitude of the incident angle corresponding to each measurement point, each measurement point and the two-dimensional A step of calculating a theoretical value of each pixel corresponding to the two-dimensional image based on a correspondence relationship with a pixel position of the image, and a similarity between the calculated theoretical value of each pixel and each pixel value of the two-dimensional image Adjusting the variation parameter so as to increase the thickness, and determining the film thickness at each measurement point.

本発明のさらに別の局面に従えば、測定対象に対して所定の波長範囲を有する測定光を直線状に照射する照射光学系と、測定光の照射により測定対象から生じる透過光または反射光である直線状の測定干渉光を当該測定干渉光の長手方向とは直交する方向に波長展開して2次元画像を出力する測定光学系とを備える光学測定装置を用いた光学測定方法が提供される。光学測定方法は、同一の測定基準を測定光が照射される測定対象の測定点に順次配置するとともに、当該測定点における実測値を順次取得することで、2次元画像に対応する実測値分布を取得するステップと、測定光が照射される測定対象の各測定点に対応する2次元画像上の領域に関連付けて、各測定点から測定光学系への入射角に応じた補正要素を算出するステップと、実測値分布のいずれか一方向に沿った1または複数の列についてのピクセル値群と、対応する補正要素とに基づいて、測定基準の屈折率を含む光学特性を算出するステップとを含む。   According to still another aspect of the present invention, an irradiation optical system that linearly irradiates measurement light having a predetermined wavelength range on a measurement target, and transmitted light or reflected light generated from the measurement target by irradiation of the measurement light. There is provided an optical measurement method using an optical measurement apparatus including a measurement optical system that outputs a two-dimensional image by developing a wavelength of a certain linear measurement interference light in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the measurement interference light. . In the optical measurement method, the same measurement reference is sequentially arranged at the measurement points of the measurement target irradiated with the measurement light, and the actual measurement values corresponding to the two-dimensional image are obtained by sequentially acquiring the actual measurement values at the measurement points. A step of obtaining, and a step of calculating a correction element according to an incident angle from each measurement point to the measurement optical system in association with a region on the two-dimensional image corresponding to each measurement point of the measurement object irradiated with the measurement light And calculating optical characteristics including the refractive index of the measurement reference based on the pixel value group for one or a plurality of columns along any one direction of the measured value distribution and the corresponding correction element. .

本発明のある実施の形態によれば、様々な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できる。本発明の別の実施の形態によれば、専用の測定装置などを用いることなく、屈折率などのサンプルの光学特性を測定できる。   According to an embodiment of the present invention, the in-plane distribution of film thicknesses of various samples can be measured with higher speed and higher accuracy. According to another embodiment of the present invention, the optical characteristics of a sample such as a refractive index can be measured without using a dedicated measuring device or the like.

本実施の形態に従う透過系の光学測定装置の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the optical measurement apparatus of the transmission system according to this Embodiment. 本実施の形態に従う反射系の光学測定装置の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the optical measurement apparatus of the reflection type according to this Embodiment. 本実施の形態に従う光学測定装置に採用される測定光学系の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the measurement optical system employ | adopted as the optical measuring device according to this Embodiment. 本実施の形態に従う光学測定装置に採用される位置調整機構の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the position adjustment mechanism employ | adopted as the optical measuring device according to this Embodiment. 本実施の形態に従う処理装置の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the processing apparatus according to this Embodiment. 本実施の形態に従う光学測定装置の測定光学系への測定干渉光の入射を説明するための図である。It is a figure for demonstrating incidence | injection of the measurement interference light to the measurement optical system of the optical measuring device according to this Embodiment. 本実施の形態に従う膜厚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 film thickness measuring method according to this Embodiment. 本実施の形態に従う光学測定装置において取り扱われる2次元画像の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the two-dimensional image handled in the optical measuring device according to this Embodiment. 本実施の形態に従う膜厚測定方法に用いる入射角を算出する際のビニング処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the binning process at the time of calculating the incident angle used for the film thickness measuring method according to this Embodiment. 本実施の形態に従う膜厚測定方法に用いる入射角の算出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of the incident angle used for the film thickness measuring method according to this Embodiment. 本実施の形態に従う膜厚測定方法の処理手順(その1)を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence (the 1) of the film thickness measuring method according to this Embodiment. 図11に示す膜厚測定方法の処理手順(その1)における処理内容を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the processing content in the process sequence (the 1) of the film thickness measuring method shown in FIG. ポリエチレン薄膜の屈折率の波長分布の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the wavelength distribution of the refractive index of a polyethylene thin film. 本実施の形態に従う膜厚測定方法により得られた膜厚トレンドの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the film thickness trend obtained by the film thickness measuring method according to this Embodiment. 本実施の形態に従う理論式に従う透過率スペクトルを示す2次元画像の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the two-dimensional image which shows the transmittance | permeability spectrum according to the theoretical formula according to this Embodiment. 図15に示す2次元画像(理論値)における位置方向ピクセル番号jに対応する透過率スペクトルT(λ)を示すグラフである。It is a graph which shows the transmittance | permeability spectrum T ((lambda)) corresponding to the position direction pixel number j in the two-dimensional image (theoretical value) shown in FIG. 図16に示す透過率スペクトルT(λ)から算出した波数変換透過率T’(K)を示すグラフである。It is a graph showing the transmittance spectrum T (lambda) wavenumber conversion transmittance was calculated from the T '(K 1) shown in FIG. 16. 図17に示す波数変換透過率T’(K)から算出された膜厚トレンドの一例を示す図である。It is a diagram illustrating an example of a thickness trend that is calculated from the wave number conversion transmittance T '(K 1) shown in FIG. 17. 本実施の形態に従う膜厚測定方法の処理手順(その2)における処理内容を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the processing content in the process sequence (the 2) of the film thickness measuring method according to this Embodiment. 本実施の形態に従う膜厚測定方法の処理手順(その2)を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence (the 2) of the film thickness measuring method according to this Embodiment. 本実施の形態に従う屈折率測定方法の概要を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the outline | summary of the refractive index measuring method according to this Embodiment. 本実施の形態に従う屈折率測定方法の概要を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the outline | summary of the refractive index measuring method according to this Embodiment. 本実施の形態に従う波長方向の情報に基づく屈折率測定方法(その1)に従って算出された膜厚トレンドの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the film thickness trend computed according to the refractive index measuring method (the 1) based on the information of the wavelength direction according to this Embodiment. 本実施の形態に従う波長方向の情報に基づく屈折率測定方法(その1)の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the refractive index measuring method (the 1) based on the information of the wavelength direction according to this Embodiment. 本実施の形態に従う波長方向の情報に基づく屈折率測定方法(その2)における屈折率の決定方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the determination method of the refractive index in the refractive index measuring method (the 2) based on the information of the wavelength direction according to this Embodiment. 本実施の形態に従う波長方向の情報に基づく屈折率測定方法(その3)における屈折率の決定方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the determination method of the refractive index in the refractive index measuring method (the 3) based on the information of the wavelength direction according to this Embodiment. 本実施の形態に従う位置方向の情報に基づく屈折率測定方法(その2)における膜厚のより確からしい値を決定する方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method of determining the more probable value of the film thickness in the refractive index measuring method (the 2) based on the information of the position direction according to this 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返さない。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

<A.光学測定装置の装置構成>
まず、本実施の形態に従う光学測定装置の装置構成について説明する。本実施の形態に従う光学測定装置は、イメージング分光器を用いた測定装置であり、測定対象(以下、「サンプル」とも称す。)に対してライン状の測定光を照射するとともに、そのライン状の測定光がサンプルを透過して生じる光、または、そのライン状の測定光がサンプルで反射して生じる反射光を分光することで、測定光が照射された測定ライン上の各測定点における波長情報を取得する。サンプルから生じる透過光または反射光は、サンプル内で干渉を生じた結果を示すので、以下、「測定干渉光」とも称す。
<A. Configuration of Optical Measuring Device>
First, the device configuration of the optical measurement device according to the present embodiment will be described. The optical measurement device according to the present embodiment is a measurement device using an imaging spectrometer, and irradiates a measurement object (hereinafter also referred to as “sample”) with a linear measurement light, and the linear measurement device. Wavelength information at each measurement point on the measurement line irradiated with the measurement light by spectroscopically analyzing the light generated when the measurement light is transmitted through the sample or the reflected light generated when the line-shaped measurement light is reflected by the sample To get. The transmitted light or reflected light generated from the sample indicates the result of causing interference in the sample, and is hereinafter also referred to as “measurement interference light”.

以下、本実施の形態に従う光学測定装置の典型的な装置構成を示す。
(a1:透過系システム)
図1は、本実施の形態に従う透過系の光学測定装置1の概略構成を示す模式図である。図1を参照して、光学測定装置1は、測定光学系10と、測定光を発生する光源20と、光源20が発生した測定光をサンプルSに照射するラインライトガイド22と、処理装置100とを含む。
Hereinafter, a typical apparatus configuration of the optical measurement apparatus according to the present embodiment will be described.
(A1: Transmission system)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a transmissive optical measurement apparatus 1 according to the present embodiment. Referring to FIG. 1, an optical measurement apparatus 1 includes a measurement optical system 10, a light source 20 that generates measurement light, a line light guide 22 that irradiates the sample S with measurement light generated by the light source 20, and a processing apparatus 100. Including.

光源20およびラインライトガイド22は、サンプルSに対して、所定の波長範囲を有する光を直線状に照射する線状光源ユニット(照射光学系)に相当する。測定光が有する波長範囲は、サンプルSから取得すべき波長情報の範囲などに応じて決定される。光源20は、例えば、ハロゲンランプが用いられる。   The light source 20 and the line light guide 22 correspond to a linear light source unit (irradiation optical system) that linearly irradiates the sample S with light having a predetermined wavelength range. The wavelength range of the measurement light is determined according to the range of wavelength information to be acquired from the sample S. For example, a halogen lamp is used as the light source 20.

ラインライトガイド22は、典型的には、サンプルSが搬送される面の直下に配置され、光源20からの測定光をライン状の開口部からサンプルSに向けて照射する。ラインライトガイド22の照射面には、光量ムラを抑制するための拡散部材などが配置される。ラインライトガイド22からの測定光は、サンプルSに入射して、測定光が照射される測定ライン24が生じる。   The line light guide 22 is typically disposed immediately below the surface on which the sample S is transported, and irradiates the sample S with measurement light from the light source 20 toward the sample S. On the irradiation surface of the line light guide 22, a diffusion member or the like for suppressing unevenness in the amount of light is disposed. The measurement light from the line light guide 22 is incident on the sample S to generate a measurement line 24 that is irradiated with the measurement light.

測定光学系10は、測定光の照射によりサンプルSから生じる透過光または反射光である直線状の測定干渉光を受光する。より具体的には、測定光学系10は、サンプルSを透過した測定干渉光、または、サンプルSで反射された測定干渉光に基づいて、各測定点における透過率または反射率の波長分布特性を取得する。測定光学系10は、サンプルSを挟んで、ラインライトガイド22と対向する位置に配置される。ラインライトガイド22から照射された測定光のうち、サンプルSを透過した光(測定干渉光)が測定光学系10に入射する。測定光学系10は、ベース部材4および支持部材6により固定される。   The measurement optical system 10 receives linear measurement interference light that is transmitted light or reflected light generated from the sample S by irradiation of the measurement light. More specifically, the measurement optical system 10 determines the wavelength distribution characteristics of the transmittance or reflectance at each measurement point based on the measurement interference light transmitted through the sample S or the measurement interference light reflected by the sample S. get. The measurement optical system 10 is disposed at a position facing the line light guide 22 with the sample S interposed therebetween. Of the measurement light emitted from the line light guide 22, light (measurement interference light) transmitted through the sample S enters the measurement optical system 10. The measurement optical system 10 is fixed by the base member 4 and the support member 6.

測定光学系10は、対物レンズ12と、イメージング分光器14と、撮像部16とを含む。サンプルSからの透過光は、対物レンズ12により収束されて、イメージング分光器14に導かれる。   The measurement optical system 10 includes an objective lens 12, an imaging spectroscope 14, and an imaging unit 16. The transmitted light from the sample S is converged by the objective lens 12 and guided to the imaging spectroscope 14.

イメージング分光器14は、サンプルSのライン上の各測定点での分光情報を一括測定する。より具体的には、イメージング分光器14は、入射したライン状の透過光を波長展開して、撮像部16へ出力する。撮像部16は、2次元の受光面を有する撮像素子で構成される。このような撮像素子は、例えば、CCD(Charge Coupled Device)イメージセ
ンサあるいはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサか
らなる。撮像部16は、イメージング分光器14からの透過光を撮像素子で受光することで、2次元画像を出力する。出力される2次元画像は、波長情報および位置情報を含む。測定光学系10の詳細については、後述する。
The imaging spectroscope 14 collectively measures spectral information at each measurement point on the line of the sample S. More specifically, the imaging spectrometer 14 develops the wavelength of the incident line-shaped transmitted light and outputs it to the imaging unit 16. The imaging unit 16 is configured by an imaging element having a two-dimensional light receiving surface. Such an image sensor is composed of, for example, a CCD (Charge Coupled Device) image sensor or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor. The imaging unit 16 outputs a two-dimensional image by receiving the transmitted light from the imaging spectroscope 14 with an imaging element. The output two-dimensional image includes wavelength information and position information. Details of the measurement optical system 10 will be described later.

処理装置100は、測定光学系10(撮像部16)から出力される2次元画像に対して、後述するような処理を実行することで、測定ライン24上の各測定点における膜厚などのサンプルSの特性値を算出する。処理装置100による測定処理の詳細については、後述する。   The processing apparatus 100 performs a process as described later on the two-dimensional image output from the measurement optical system 10 (imaging unit 16), thereby obtaining a sample such as a film thickness at each measurement point on the measurement line 24. The characteristic value of S is calculated. Details of the measurement process performed by the processing apparatus 100 will be described later.

(a2:反射系システム)
図2は、本実施の形態に従う反射系の光学測定装置2の概略構成を示す模式図である。図2を参照して、光学測定装置2は、光学測定装置1と比較して、測定光学系10およびラインライトガイド22の位置関係が異なっている。具体的には、ラインライトガイド22は、サンプルSに対する測定光が測定ライン24および垂直方向28を含む面に対して入射角Θ(>0)をもつように、配置される。測定光学系10は、サンプルSに入射した測定光が反射して生じる光(測定干渉光)を受光できる位置に配置される。測定光学系10は、その光軸が測定ライン24および垂直方向28を含む面に対して同じ入射角Θを有するにように配置される。
(A2: reflection system)
FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a reflection-type optical measurement device 2 according to the present embodiment. Referring to FIG. 2, the optical measurement device 2 is different from the optical measurement device 1 in the positional relationship between the measurement optical system 10 and the line light guide 22. Specifically, the line light guide 22 is arranged so that the measurement light with respect to the sample S has an incident angle Θ (> 0) with respect to a plane including the measurement line 24 and the vertical direction 28. The measurement optical system 10 is disposed at a position where light (measurement interference light) generated by reflection of measurement light incident on the sample S can be received. The measurement optical system 10 is arranged so that its optical axis has the same incident angle Θ with respect to the plane including the measurement line 24 and the vertical direction 28.

光学測定装置2のその他の構成は、光学測定装置1と実質的に同一であるので、詳細な説明は繰返さない。   Since the other configuration of optical measuring device 2 is substantially the same as optical measuring device 1, detailed description will not be repeated.

なお、説明の便宜上、基本的には、透過系システムを採用する光学測定装置1を例に詳細を説明する。   For convenience of explanation, the details will be basically described by taking the optical measurement apparatus 1 employing a transmission system as an example.

(a3:測定光学系)
次に、本実施の形態に従う光学測定装置に採用される測定光学系10について説明する。
(A3: Measurement optical system)
Next, measurement optical system 10 employed in the optical measurement device according to the present embodiment will be described.

図3は、本実施の形態に従う光学測定装置に採用される測定光学系10の概略構成を示す模式図である。図3を参照して、測定光学系10において、サンプルSからの測定干渉光は、対物レンズ12で結像した後にイメージング分光器14に入射する。   FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the measurement optical system 10 employed in the optical measurement apparatus according to the present embodiment. With reference to FIG. 3, in the measurement optical system 10, measurement interference light from the sample S forms an image with the objective lens 12 and then enters the imaging spectroscope 14.

イメージング分光器14は、サンプルSに近い順に、スリット142と、第1レンズ144と、回折格子146と、第2レンズ148とを含む。   The imaging spectroscope 14 includes a slit 142, a first lens 144, a diffraction grating 146, and a second lens 148 in order from the sample S.

スリット142は、対物レンズ12を介して入射した測定干渉光のビーム断面を所定形状に整形する。スリット142の長手方向の長さは、サンプルS上に生じる測定ライン24に応じたものに設定され、スリット142の短手方向の幅は回折格子146の分解能などに応じて設定される。   The slit 142 shapes the beam cross section of the measurement interference light incident through the objective lens 12 into a predetermined shape. The length of the slit 142 in the longitudinal direction is set according to the measurement line 24 generated on the sample S, and the width in the short direction of the slit 142 is set according to the resolution of the diffraction grating 146 and the like.

第1レンズ144は、典型的には、コリメートレンズからなり、スリット142を通過した測定干渉光を平行光に変換した上で、回折格子146へ導く。   The first lens 144 is typically composed of a collimator lens, converts the measurement interference light that has passed through the slit 142 into parallel light, and then guides it to the diffraction grating 146.

回折格子146は、測定干渉光を当該測定干渉光の長手方向とは直交する方向に波長展開する。より具体的には、回折格子146は、対物レンズ12およびスリット142を通過してきたライン状の測定干渉光を、ライン方向とは直交する方向に波長展開する。回折格子146による波長展開によって、測定ライン24の長手方向とその長手方向と直交する方向とに対応する2次元画像150が撮像部16の撮像素子160の受光面に生じる。撮像部16は、回折格子146により波長展開された測定干渉光を受光して2次元画像を出力する。図3には、回折格子146として透過型回折格子を採用した例を示すが、反射型回折格子を採用してもよい。   The diffraction grating 146 develops the wavelength of the measurement interference light in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the measurement interference light. More specifically, the diffraction grating 146 expands the wavelength of the line-shaped measurement interference light that has passed through the objective lens 12 and the slit 142 in a direction orthogonal to the line direction. The two-dimensional image 150 corresponding to the longitudinal direction of the measurement line 24 and the direction orthogonal to the longitudinal direction is generated on the light receiving surface of the imaging device 160 of the imaging unit 16 by the wavelength development by the diffraction grating 146. The imaging unit 16 receives the measurement interference light whose wavelength is expanded by the diffraction grating 146 and outputs a two-dimensional image. Although FIG. 3 shows an example in which a transmission type diffraction grating is employed as the diffraction grating 146, a reflection type diffraction grating may be employed.

以下の説明においては、サンプルS上の測定ライン24の長手方向に対応する2次元画像150の方向を「位置方向」と称し、位置方向と直交する、波長展開された方向を「波長方向」と称する。位置方向の各点が測定ライン24上の各測定点に対応し、波長方向の各点が対応する測定点における各波長に対応する。   In the following description, the direction of the two-dimensional image 150 corresponding to the longitudinal direction of the measurement line 24 on the sample S is referred to as “position direction”, and the wavelength expanded direction orthogonal to the position direction is referred to as “wavelength direction”. Called. Each point in the position direction corresponds to each measurement point on the measurement line 24, and each point in the wavelength direction corresponds to each wavelength at the corresponding measurement point.

図3に示すように、測定光学系10は、サンプルSからの測定干渉光を、対物レンズ12およびスリット142を通じて直線状に取り込む。直線状の測定干渉光は、第1レンズ144にて平行光に変換され、第1レンズ144の後段に配置された透過型または反射型の回折格子146によって、直線状の測定干渉光を位置方向と直交する方向(波長方向)に波長展開(分光)される。後段に配置された第2レンズ148は、波長展開された測定干渉光を、波長情報および位置情報を反映した2次元的な光学スペクトルとして結像する。2次元的な撮像素子160は結像された像を受光する。   As shown in FIG. 3, the measurement optical system 10 takes the measurement interference light from the sample S linearly through the objective lens 12 and the slit 142. The linear measurement interference light is converted into parallel light by the first lens 144, and the linear measurement interference light is positioned in the position direction by the transmission type or reflection type diffraction grating 146 disposed at the subsequent stage of the first lens 144. Wavelength development (spectroscopy) in a direction (wavelength direction) orthogonal to. The second lens 148 disposed in the subsequent stage forms an image of the measurement interference light that has been wavelength-developed as a two-dimensional optical spectrum that reflects wavelength information and position information. The two-dimensional image sensor 160 receives the formed image.

以下の説明においては、撮像素子160の受光面は、波長方向の分解能としてCチャネルを有し、位置方向の分解能としてCチャネルを有しているとする。 In the following description, the light receiving surface of the imaging element 160 has a C x channel as the resolution of the wavelength direction, and has a C y channel as the resolution of the position-direction.

上述したように、2次元画像150は、波長情報および位置情報を反映する。このような2次元画像150を用いることで、サンプルSに設定される複数の測定点における波長情報を一括して取得できる。   As described above, the two-dimensional image 150 reflects wavelength information and position information. By using such a two-dimensional image 150, wavelength information at a plurality of measurement points set on the sample S can be acquired at once.

(a4:測定光学系の位置調整機構)
次に、本実施の形態に従う光学測定装置に実装され得る測定光学系10の位置調整機構について説明する。サンプルSを透過した測定干渉光またはサンプルSで反射した測定干
渉光を測定光学系10へ適切に導くためには、サンプルSに対する測定光学系10の位置を適切に調整する必要がある。以下、このような測定光学系10の位置調整機構およびその位置調整機構を用いた位置調整方法のいくつかについて説明する。
(A4: Position adjustment mechanism of measurement optical system)
Next, a position adjustment mechanism of measurement optical system 10 that can be mounted on the optical measurement apparatus according to the present embodiment will be described. In order to appropriately guide the measurement interference light transmitted through the sample S or the measurement interference light reflected by the sample S to the measurement optical system 10, it is necessary to appropriately adjust the position of the measurement optical system 10 with respect to the sample S. Hereinafter, some of the position adjustment mechanism of the measurement optical system 10 and a position adjustment method using the position adjustment mechanism will be described.

図4は、本実施の形態に従う光学測定装置に採用される位置調整機構170の概略構成を示す模式図である。図4に示す位置調整機構170は、スリット142と第1レンズ144との間に配置されている。位置調整機構170は、シャッター172と、観察光を発生する光源174とを含む。観察光は、サンプルSに対する測定光学系10の焦点位置の調整、および、サンプルSに対する測定光学系10の観察位置の調整を行うための光である。   FIG. 4 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a position adjustment mechanism 170 employed in the optical measurement device according to the present embodiment. The position adjustment mechanism 170 illustrated in FIG. 4 is disposed between the slit 142 and the first lens 144. The position adjustment mechanism 170 includes a shutter 172 and a light source 174 that generates observation light. The observation light is light for adjusting the focal position of the measurement optical system 10 with respect to the sample S and adjusting the observation position of the measurement optical system 10 with respect to the sample S.

シャッター172は、スリット142および第1レンズ144の光軸と、光源174の光軸との交点に配置される。シャッター172は、開状態および閉状態に相互に遷移が可能である。シャッター172は、開状態において、スリット142からの光を第1レンズ144へ向けて通過させる。一方、シャッター172は、閉状態において、スリット142から第1レンズ144に向かう光路が遮断されるともに、シャッター172の裏面に取り付けられたミラーが光源174からの観察光をスリット142へ向けて反射する。すなわち、シャッター172が閉状態においては、光源174からの観察光はサンプルS上に照射される。   The shutter 172 is disposed at the intersection of the optical axis of the slit 142 and the first lens 144 and the optical axis of the light source 174. The shutter 172 can transition between an open state and a closed state. The shutter 172 passes light from the slit 142 toward the first lens 144 in the open state. On the other hand, when the shutter 172 is closed, the optical path from the slit 142 toward the first lens 144 is blocked, and a mirror attached to the back surface of the shutter 172 reflects the observation light from the light source 174 toward the slit 142. . That is, the observation light from the light source 174 is irradiated onto the sample S when the shutter 172 is closed.

ユーザは、サンプルS上に現れる観察光が状態を見ながら、測定光学系10の位置を調整することで、サンプルSから測定光学系10までの距離(焦点位置)を適切に調整できるとともに、測定光学系10が観察するサンプルS上の位置(測定部位の位置)を適切に調整できる。すなわち、光源174を点灯させるとともに、シャッター172を閉状態にした上で、サンプルS上に現れる観察光のコントラストが最大となるように、測定光学系10の位置や対物レンズ12のフォーカスなどを調整することで、測定光学系10の測定箇所を確認できるとともに、測定光学系10の焦点合わせを実現できる。   The user can appropriately adjust the distance (focal position) from the sample S to the measurement optical system 10 by adjusting the position of the measurement optical system 10 while observing the state of the observation light appearing on the sample S, and performing measurement. The position on the sample S (the position of the measurement site) observed by the optical system 10 can be adjusted appropriately. That is, while the light source 174 is turned on and the shutter 172 is closed, the position of the measurement optical system 10 and the focus of the objective lens 12 are adjusted so that the contrast of the observation light appearing on the sample S is maximized. By doing so, the measurement location of the measurement optical system 10 can be confirmed, and focusing of the measurement optical system 10 can be realized.

測定光学系10の位置を調整するための別の方法として、サンプルSに代えてテストチャートを配置するとともに、そのテストチャートを撮像部16にて撮像することで得られる2次元画像150を評価することで、測定光学系10の位置を調整してもよい。テストチャートとしては、例えば、ロンキー・ルーリングや等間隔に描写された白黒の縞模様などのパターンを用いることができる。このようなパターンを用いた場合には、実際に撮像された2次元画像150に表示する明暗のコントラスト比が最大となるように、サンプルSから測定光学系10までの距離(焦点位置)を調整してもよい。   As another method for adjusting the position of the measurement optical system 10, a test chart is arranged instead of the sample S, and a two-dimensional image 150 obtained by imaging the test chart with the imaging unit 16 is evaluated. Thus, the position of the measurement optical system 10 may be adjusted. As the test chart, for example, a pattern such as Ronchi-Ruring or a black and white striped pattern drawn at equal intervals can be used. When such a pattern is used, the distance (focal position) from the sample S to the measurement optical system 10 is adjusted so that the contrast ratio of light and dark displayed on the actually captured two-dimensional image 150 is maximized. May be.

<B.処理装置の装置構成>
次に、本実施の形態に従う光学測定装置に含まれる処理装置100の装置構成について説明する。本実施の形態に従う処理装置100は、典型的には、汎用コンピュータを用いて実現される。
<B. Apparatus configuration of processing apparatus>
Next, the apparatus configuration of processing apparatus 100 included in the optical measurement apparatus according to the present embodiment will be described. Processing apparatus 100 according to the present embodiment is typically implemented using a general-purpose computer.

図5は、本実施の形態に従う処理装置100の概略構成を示す模式図である。図5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. 5 is a schematic diagram showing a schematic configuration of processing apparatus 100 according to the present embodiment. Referring to FIG. 5, 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)および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。
The processor 102 is typically a CPU (Central Processing Unit) and a GPU.
An arithmetic processing unit such as (Graphics Processing Unit), which reads one or more programs stored in the storage 110 into the main memory 104 and executes them.

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 main memory 104 is a volatile memory such as DRAM (Dynamic Random Access Memory) or 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 accepts an operation from the user. The display unit 108 outputs the execution result of the program by the processor 102 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、2次元画像データ116と、測定結果118とを保持する。   The storage 110 is composed of a nonvolatile memory such as a hard disk or 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, two-dimensional image data 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、後述するような、本実施の形態に従う膜厚測定方法や屈折率測定方法などを実現する。2次元画像データ116は、測定光学系10の撮像部16にて取得されたデータである。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結果を含む。   The operating system 112 provides an environment in which the processor 102 executes a program. The measurement program 114 realizes a film thickness measurement method, a refractive index measurement method, and the like according to the present embodiment as described later. The two-dimensional image data 116 is data acquired by the imaging unit 16 of the measurement optical system 10. The measurement result 118 includes a result obtained by executing the measurement program 114.

通信インターフェイス120は、処理装置100と測定光学系10との間でのデータ伝送を仲介し、測定光学系10から2次元画像データを取得し、あるいは、測定光学系10に対して各種指示を与える。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し、サーバ装置に対して測定結果などを送信し、あるいは、サーバ装置などからプログラムを受信する。   The communication interface 120 mediates data transmission between the processing apparatus 100 and the measurement optical system 10, acquires two-dimensional image data from the measurement optical system 10, or gives various instructions to the measurement optical system 10. . The network interface 122 mediates data transmission between the processing device 100 and an external server device, transmits measurement results to the server device, or receives a program from the 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 necessary data from a recording medium 126 (for example, an optical disk) that stores a program executed by the processor 102 and stores the data in the storage 110. Note that the measurement program 114 or the like executed in the processing apparatus 100 may be installed via the recording medium 126 or the like, or may be downloaded from the server apparatus 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 necessary modules in a predetermined arrangement at a predetermined timing to execute processing. 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 part of the functions provided by the processor 102 of the processing device 100 executing the measurement program 114 may be realized by dedicated hardware.

<C.光学特性測定方法の概要>
次に、図1または図2に示すイメージング分光器を含む光学測定装置に用いた光学特性測定方法の概要について説明する。本実施の形態に従う光学測定装置は、波長情報および位置情報を含む2次元画像150を用いてサンプルSの膜厚の面内分布といった光学特性を測定する。
<C. Overview of optical property measurement method>
Next, an outline of the optical property measurement method used in the optical measurement apparatus including the imaging spectrometer shown in FIG. 1 or FIG. 2 will be described. The optical measurement apparatus according to the present embodiment measures optical characteristics such as the in-plane distribution of the film thickness of the sample S using the two-dimensional image 150 including wavelength information and position information.

イメージング分光器を用いてサンプルSの膜厚の面内分布を測定する場合には、複数の測定点がライン状に配置されるため、測定光学系10に対する位置関係が測定点間で異なる。   When the in-plane distribution of the film thickness of the sample S is measured using an imaging spectroscope, a plurality of measurement points are arranged in a line, so that the positional relationship with respect to the measurement optical system 10 differs between the measurement points.

図6は、本実施の形態に従う光学測定装置の測定光学系10への測定干渉光の入射を説
明するための図である。図6を参照して、サンプルS上に生じる測定ライン24の中心部からの測定干渉光Lcは、測定光学系10の光軸とほぼ同様の光路を伝搬する。一方、測定ライン24の端部からの測定干渉光Leは、ある入射角θをもって測定光学系10に入射することになる。このような入射角θの存在によって、測定ライン24上の測定点の間では、2次元画像150に現れる情報が異なったものとなる。
FIG. 6 is a diagram for explaining the incidence of measurement interference light on the measurement optical system 10 of the optical measurement device according to the present embodiment. Referring to FIG. 6, measurement interference light Lc generated on the sample S from the center portion of the measurement line 24 propagates through an optical path substantially similar to the optical axis of the measurement optical system 10. On the other hand, the measurement interference light Le from the end of the measurement line 24 enters the measurement optical system 10 with a certain incident angle θ. Due to the presence of the incident angle θ, information appearing in the two-dimensional image 150 differs between measurement points on the measurement line 24.

したがって、本実施の形態に従う光学特性測定方法においては、サンプルSからの測定干渉光が測定光学系10に入射する際の入射角θを考慮する。すなわち、サンプルSの膜厚の面内分布を測定する場合には、実質的に、測定光学系10から出力される2次元画像150の位置方向の情報に対して補正を行う。より具体的には、後述するように、処理装置100は、測定光が照射される測定対象の各測定点に対応する2次元画像150上の領域に関連付けて、各測定点から測定光学系10への入射角に応じた補正要素を算出する。そして、処理装置100は、2次元画像150に含まれる各ピクセル値に対して対応する補正要素を適用した上で、サンプルSの光学特性を算出する。   Therefore, in the optical characteristic measurement method according to the present embodiment, the incident angle θ when the measurement interference light from the sample S enters the measurement optical system 10 is considered. That is, when the in-plane distribution of the film thickness of the sample S is measured, the positional information of the two-dimensional image 150 output from the measurement optical system 10 is substantially corrected. More specifically, as will be described later, the processing apparatus 100 associates the measurement optical system 10 from each measurement point with a region on the two-dimensional image 150 corresponding to each measurement point of the measurement target irradiated with the measurement light. A correction factor corresponding to the incident angle to is calculated. Then, the processing apparatus 100 calculates the optical characteristics of the sample S after applying a corresponding correction element to each pixel value included in the two-dimensional image 150.

さらに、サンプルSによっては、サンプルSの屈折率が波長特性を有することになる。この場合には、このような波長特性を考慮する。すなわち、サンプルSの膜厚の面内分布を測定する場合には、実質的に、測定光学系10から出力される2次元画像150の波長方向の情報に対して補正を行うようにしてもよい。   Further, depending on the sample S, the refractive index of the sample S has wavelength characteristics. In this case, such wavelength characteristics are considered. That is, when measuring the in-plane distribution of the film thickness of the sample S, the correction may be performed on the information in the wavelength direction of the two-dimensional image 150 output from the measurement optical system 10 substantially. .

説明の便宜上、(1)測定干渉光の入射角の影響、および、(2)サンプルSの屈折率の波長特性、の両方を考慮した光学特性測定方法について詳述するが、(2)サンプルSの屈折率の波長特性については、考慮しなくてもよい場合もある。   For convenience of explanation, an optical property measurement method considering both (1) the influence of the incident angle of the measurement interference light and (2) the wavelength property of the refractive index of the sample S will be described in detail. In some cases, it is not necessary to consider the wavelength characteristics of the refractive index.

以下、本実施の形態に従う光学特性測定方法の典型例として、サンプルSの膜厚(あるいは、膜厚の面内分布)を測定する膜厚測定方法、および、サンプルSの屈折率を測定する屈折率測定方法について説明する。しかしながら、本実施の形態に従う光学特性測定方法は、膜厚および/または屈折率を測定する応用だけではなく、任意の光学特性の測定に応用が可能である。   Hereinafter, as a typical example of the optical property measurement method according to the present embodiment, a film thickness measurement method for measuring the film thickness (or in-plane distribution of the film thickness) of the sample S, and refraction for measuring the refractive index of the sample S. The rate measurement method will be described. However, the optical property measuring method according to the present embodiment can be applied not only to measuring the film thickness and / or refractive index but also to measuring any optical property.

<D.膜厚測定方法の理論的説明>
次に、本実施の形態に従う膜厚測定方法の理論的説明を行う。
<D. Theoretical explanation of film thickness measurement method>
Next, a theoretical description of the film thickness measuring method according to the present embodiment will be given.

図7は、本実施の形態に従う膜厚測定方法の原理を説明するための図である。図7(A)を参照して、空気(媒質0)中に薄膜のサンプル(膜厚d)が配置されている場合を考える。サンプルS(媒質1)内に生じる多重反射を考慮した場合の、強度透過率T(1−R)および強度反射率Rは、それぞれ以下の(1)式および(2)式のようになる。 FIG. 7 is a diagram for explaining the principle of the film thickness measuring method according to the present embodiment. Referring to FIG. 7A, consider a case where a thin film sample (film thickness d 1 ) is arranged in air (medium 0). In consideration of multiple reflection occurring in the sample S (medium 1), the intensity transmittance T (1-R) and the intensity reflectance R are expressed by the following expressions (1) and (2), respectively.

但し、nはサンプルS(媒質1)の屈折率を示し、nは空気(媒質0)の屈折率を示し、λは波長を示す。また、上式において、振幅反射率r01は、媒質0→媒質1→媒質0の光路における振幅反射率を示す。図7(A)に示すサンプルSを光が伝搬すること
で生じる位相差因子βは、以下の(3)式のように示すことができる。
However, n 1 is the refractive index of the sample S (medium 1), n 0 is the refractive index of air (medium 0), lambda is a wavelength. In the above equation, the amplitude reflectance r 01 represents the amplitude reflectance in the optical path of medium 0 → medium 1 → medium 0. The phase difference factor β 1 generated by the propagation of light through the sample S shown in FIG. 7A can be expressed by the following equation (3).

ここで、図7(B)に示すように、サンプルSに対する光の入射角がθである場合を考慮すると、サンプルSに生じる光の屈折角はθとなる。ここで、入射角θと屈折角θとの間には、n・sinθ=n・sinθの関係(スネルの法則)が成立する。ここで、入射角θと屈折角θとの関係を利用して、以下の(4)式に示すような波数Kを導入する。波数Kは、膜厚を測定するためのフーリエ変換を容易化するための媒介変数に相当する。波数Kを用いることで、サンプルS内の位相角βは以下の(5)式に示すように規定できる。 Here, as shown in FIG. 7B, considering the case where the incident angle of light with respect to the sample S is θ 0 , the refraction angle of light generated in the sample S is θ 1 . Here, a relationship of n 0 · sin θ 0 = n 1 · sin θ 1 (Snell's law) is established between the incident angle θ 0 and the refraction angle θ 1 . Here, by utilizing the relationship between the incident angle θ 0 and the refraction angle θ 1 , a wave number K 1 as shown in the following equation (4) is introduced. The wave number K 1 corresponds to a parameter for facilitating Fourier transform for measuring the film thickness. By using the wave number K 1 , the phase angle β 1 in the sample S can be defined as shown in the following equation (5).

上述の(4)式に示す波数Kは入射角θを含んでおり、このような波数Kを用いることで、各測定点に対応する入射角θの相違を考慮した膜厚を算出できる。 The wave number K 1 shown in the above equation (4) includes the incident angle θ 0. By using such a wave number K 1 , the film thickness considering the difference in the incident angle θ 0 corresponding to each measurement point can be obtained. It can be calculated.

さらに、位相角βについてのフーリエ変換を考えると、位相因子(Phase Factor)であるcos2βは強度反射率Rに対して非線形となり、FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)などをそのまま適用することができない。そこで、独自の変数を導入することで、位相因子cos2βについて線形性を有する関数へ変換した上で、フーリエ変換を実施する。一例として、位相因子cos2βについての一次式となる、波数変換透過率T’(≡1/T)、あるいは、波数変換反射率R’(≡R/(1−R))を導入する。具体的には、上述の(1)式および(2)式から波数変換透過率T’および波数変換反射率R’は、以下の(6)式および(7)式のように導出される。 Further, when considering the Fourier transform for the phase angle β 1 , the phase factor (cos 2 β 1 ) is non-linear with respect to the intensity reflectance R, and FFT (Fast Fourier Transform) is applied as it is. I can't. Therefore, by introducing a unique variable, the phase factors Cos2beta 1 after having converted to a function having a linearity, implementing the Fourier transform. As an example, a wave number conversion transmittance T ′ (≡1 / T) or a wave number conversion reflectance R ′ (≡R / (1-R)), which is a linear expression for the phase factor cos 2β 1 , is introduced. Specifically, the wave number conversion transmittance T ′ and the wave number conversion reflectance R ′ are derived from the above equations (1) and (2) as in the following equations (6) and (7).

さらに、(6)式に示される波数変換透過率T’、または、上述の(7)式に示される波数変換反射率R’をフーリエ変換することで得られるパワースペクトルP(K)には、サンプルSの膜厚dに対応する位置にピークが現れることになる。すなわち、パワースペクトルP(K)に現れるピークの位置を算出することで、サンプルSの膜厚dを決定する。 Further, the power spectrum P (K 1 ) obtained by Fourier transforming the wave number conversion transmittance T ′ shown in the equation (6) or the wave number conversion reflectance R ′ shown in the above equation (7) A peak appears at a position corresponding to the film thickness d 1 of the sample S. That is, the film thickness d 1 of the sample S is determined by calculating the position of the peak appearing in the power spectrum P (K 1 ).

波数変換透過率T’および波数変換反射率R’の詳細については、特開2009−092454号公報(特許文献1)などを参照のこと。   For details of the wave number conversion transmittance T ′ and the wave number conversion reflectance R ′, refer to Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-092454 (Patent Document 1) and the like.

このように、各測定点から測定光学系への入射角に応じた補正要素としては、測定光の波長λおよびサンプルSの屈折率nを含む媒介変数である波数Kを含む。なお、波数Kは、サンプルSの屈折率の波長依存性を考慮して算出されてもよい。そして、注目する測定点に対応する2次元画像のピクセル値を位相因子に対して線形化するための関係式(例えば、R/(1−R)、1/Tなど)に従って変換した値の列(波数変換透過率分布T’(i,j)または波数変換反射率分布R’(i,j))を、対応する波数K(i,j)の列についてフーリエ変換することで、膜厚dが決定される。 As described above, the correction factor corresponding to the incident angle from each measurement point to the measurement optical system includes the wave number K 1 that is a parameter including the wavelength λ of the measurement light and the refractive index n 1 of the sample S. Note that the wave number K 1 may be calculated in consideration of the wavelength dependence of the refractive index of the sample S. A sequence of values converted according to a relational expression (for example, R / (1-R), 1 / T, etc.) for linearizing the pixel value of the two-dimensional image corresponding to the measurement point of interest with respect to the phase factor. The film thickness is obtained by Fourier transforming (wave number conversion transmittance distribution T ′ (i, j) or wave number conversion reflectance distribution R ′ (i, j)) with respect to the corresponding column of wave numbers K 1 (i, j). d is determined.

以上のように、サンプルSへの測定干渉光の入射角θがゼロとみなすことができない場合において、入射角θを含む波数Kを導入することで、入射角θの影響を考慮したサンプルSの膜厚を算出することができる。 As described above, when the incident angle theta 0 of the measured interference light to the sample S can not be regarded as zero, by introducing a wave number K 1 including the incident angle theta 0, considering the effect of incident angle theta 0 The film thickness of the sample S can be calculated.

次に、入射角θの算出方法について説明する。上述したように、本実施の形態に従う膜厚測定方法においては、各測定点に対応する入射角θを算出する必要がある。各測定点は、測定光学系10から出力される2次元画像150のピクセル単位または隣接する複数のピクセルをまとめたピクセル集合単位で設定できる。 Next, a method for calculating the incident angle θ 0 will be described. As described above, in the film thickness measurement method according to the present embodiment, it is necessary to calculate the incident angle θ 0 corresponding to each measurement point. Each measurement point can be set in a pixel unit of the two-dimensional image 150 output from the measurement optical system 10 or a pixel set unit in which a plurality of adjacent pixels are collected.

図8は、本実施の形態に従う光学測定装置において取り扱われる2次元画像150の一例を示す図である。撮像素子160の受光面と2次元画像150とは一対一に対応するので、撮像素子160の受光面上の任意の位置を示す座標は、2次元画像150の対応する位置を示すことになる。   FIG. 8 is a diagram showing an example of a two-dimensional image 150 handled in the optical measurement apparatus according to the present embodiment. Since the light receiving surface of the image sensor 160 and the two-dimensional image 150 correspond one-to-one, coordinates indicating an arbitrary position on the light receiving surface of the image sensor 160 indicate a corresponding position of the two-dimensional image 150.

本来は、撮像素子160の各チャネルに対応するについて、入射角θを算出する必要がある。測定光学系10の画角φに対して撮像素子160のチャネル数が十分に大きい場合には、隣接する複数のチャネルをまとめた集合を2次元画像150の1つのピクセルとみなして、ピクセル毎に入射角θを算出するようにしてもよい。このような隣接する複数のチャネルをまとめることを、以下では「ビニング」とも称す。 Originally, it is necessary to calculate the incident angle θ 0 for each channel of the image sensor 160. When the number of channels of the image sensor 160 is sufficiently large with respect to the angle of view φ of the measurement optical system 10, a set of a plurality of adjacent channels is regarded as one pixel of the two-dimensional image 150, and for each pixel The incident angle θ 0 may be calculated. Collecting a plurality of such adjacent channels is also referred to as “binning” below.

図9は、本実施の形態に従う膜厚測定方法に用いる入射角θを算出する際のビニング処理を説明するための図である。図9に示すように、撮像素子160を構成する複数のチャネルのうち、位置方向に配置された所定数の隣接するチャネルをまとめて処理する。撮像素子160は、Cチャネル×Cチャネルの分解能を有しており、このチャネル数に相当する2次元画像150を出力できる。但し、隣接するチャネルをまとめることで、処理の高速化を実現する。 FIG. 9 is a diagram for illustrating a binning process when calculating the incident angle θ 0 used in the film thickness measuring method according to the present embodiment. As shown in FIG. 9, among a plurality of channels constituting the image sensor 160, a predetermined number of adjacent channels arranged in the position direction are processed together. The image sensor 160 has a resolution of C x channel × C y channel, and can output a two-dimensional image 150 corresponding to the number of channels. However, the processing speed can be increased by grouping adjacent channels.

位置方向においてまとめられるチャネル数を「ビニング数B」とも称す。ビニング数Bは、チャネル数Cの公約数であることが好ましい。ビニング数Bを「1」に設定することで、撮像素子160のチャネル数に応じた入射角θが算出されることになる。 The number of channels collected in the position direction is also referred to as “binning number B y ”. Binning number B y is preferably a common divisor of the number of channels C y. By setting the binning number B y to "1", so that the incident angle theta 0 corresponding to the number of channels of the image sensor 160 is calculated.

なお、図9には、位置方向において複数のチャネルを1つのピクセルに設定している例を示すが、波長方向についても複数のチャネルを1つのピクセルに設定してもよい。すなわち、波長方向についてのビニング数Bを導入してもよい。 Although FIG. 9 shows an example in which a plurality of channels are set to one pixel in the position direction, a plurality of channels may be set to one pixel also in the wavelength direction. That is, the binning number B x in the wavelength direction may be introduced.

以下の説明においては、2次元画像150に規定される複数のピクセルのうち、任意のピクセルの位置を、波長方向ピクセル番号(以下、「変数i」で代表する)と位置方向ピクセル番号(以下、「変数j」または「変数j’」で代表する)との組み合わせで規定する。ここで、位置方向ピクセル番号jは、1≦j≦C/Bを満たす整数となる。 In the following description, the position of an arbitrary pixel among a plurality of pixels defined in the two-dimensional image 150 is represented by a wavelength direction pixel number (hereinafter represented by “variable i”) and a position direction pixel number (hereinafter, In combination with “variable j” or “variable j ′”). Here, the position direction pixel number j is an integer satisfying 1 ≦ j ≦ C y / B y .

図8(A)には、紙面左下を原点座標(1,1)とした場合の座標系を示す。この場合には、紙面右上の座標が(C/B,C/B)となる。図8(B)には、位置方向の中心を原点座標(1,0)とした場合の座標系を示す。図8(B)に示す座標系において、位置方向の中心、すなわち座標(1,0)と座標(C/B,0)とを結ぶ直線上にあるピクセルに対応する入射角θはゼロとなる。ここで、位置方向ピクセル番号j’と位置方向ピクセル番号jとの間には、j’=j−C/2Bとの関係が成立する。 FIG. 8A shows a coordinate system when the lower left corner of the page is the origin coordinate (1, 1). In this case, the coordinates at the upper right of the paper surface are (C x / B x , C y / B y ). FIG. 8B shows a coordinate system in the case where the center in the position direction is the origin coordinate (1, 0). In the coordinate system shown in FIG. 8B, the incident angle θ 0 corresponding to the center of the position direction, that is, the pixel on the straight line connecting the coordinates (1, 0) and the coordinates (C x / B x , 0) is It becomes zero. Here, a relationship of j ′ = j−C y / 2B y is established between the position direction pixel number j ′ and the position direction pixel number j.

図8(A)に示す座標系は、2次元画像150に含まれる波長情報および位置情報に対する処理を簡素化できる利点があり、図8(B)に示す座標系は、各測定点に対応する入射角θを算出する際には処理を簡素化できる利点がある。 The coordinate system shown in FIG. 8A has an advantage that the processing for the wavelength information and the position information included in the two-dimensional image 150 can be simplified, and the coordinate system shown in FIG. 8B corresponds to each measurement point. There is an advantage that the processing can be simplified when calculating the incident angle θ 0 .

以下、2次元画像150の位置方向ピクセル番号j(あるいは、位置方向ピクセル番号j’)に対応する測定点の入射角θについて検討する。 Hereinafter, the incident angle θ 0 of the measurement point corresponding to the position direction pixel number j (or position direction pixel number j ′) of the two-dimensional image 150 will be considered.

図10は、本実施の形態に従う膜厚測定方法に用いる入射角θの算出方法を説明するための図である。図10には、一例として、図1に示す透過系の光学測定装置1において、測定ラインを円弧(測定ライン24’)とみなした場合と、直線(測定ライン24)とみなした場合とを示す。いずれかの場合を採用して、入射角θが算出される。 FIG. 10 is a diagram for describing a method of calculating the incident angle θ 0 used in the film thickness measuring method according to the present embodiment. FIG. 10 shows, as an example, a case where the measurement line is regarded as an arc (measurement line 24 ′) and a case where the measurement line is regarded as a straight line (measurement line 24) in the transmission optical measurement apparatus 1 shown in FIG. . Either case is employed to calculate the incident angle θ 0 .

図10において、bは撮像素子160の位置方向の長さを示し、fは対物レンズ12の焦点距離を示し、hは対物レンズ12の高さhを示す。なお、長さb、焦点距離fおよび高さhは同じ単位(例えば、mm)であるとする。また、φは測定光学系10の画角φ(=Atan(b/2f))を示す。   In FIG. 10, b indicates the length of the image sensor 160 in the position direction, f indicates the focal length of the objective lens 12, and h indicates the height h of the objective lens 12. Note that the length b, the focal length f, and the height h are in the same unit (for example, mm). Φ represents the angle of view φ (= Atan (b / 2f)) of the measurement optical system 10.

測定ラインを円弧(測定ライン24’)とみなした場合には、位置方向ピクセル番号j’に対応する入射角θは、以下の(8−1)式のように導出される。(8−1)式は、画角φおよび位置方向の中心をゼロと設定した場合の位置方向ピクセル番号j’を用いて入射角θを規定したものである。ここで、画角φについての関係式(φ=Atan(b/2f))、および、位置方向ピクセル番号についての関係式(j’=j−C/2B)を用いて、(8−1)式を変形すると、(8−2)式を導出できる。 When the measurement line is regarded as an arc (measurement line 24 ′), the incident angle θ 0 corresponding to the position direction pixel number j ′ is derived as in the following equation (8-1). Expression (8-1) defines the incident angle θ 0 using the position direction pixel number j ′ when the field angle φ and the center of the position direction are set to zero. Here, using the relational expression about the angle of view φ (φ = Atan (b / 2f)) and the relational expression about the position direction pixel number (j ′ = j−C y / 2B y ), (8− By transforming equation (1), equation (8-2) can be derived.

また、測定ラインを直線(測定ライン24)とみなした場合には、位置方向ピクセル番号j’に対応する入射角θは、以下の(9−1)式のように導出される。(9−1)式は、画角φおよび位置方向の中心をゼロと設定した場合の位置方向ピクセル番号j’を用いて入射角θを規定したものである。ここで、画角φについての関係式(φ=Atan(b/2f))、および、位置方向ピクセル番号についての関係式(j’=j−C/2B)を用いて、(9−1)式を変形すると、(9−2)式を導出できる。 When the measurement line is regarded as a straight line (measurement line 24), the incident angle θ 0 corresponding to the position direction pixel number j ′ is derived as shown in the following equation (9-1). Expression (9-1) defines the incident angle θ 0 using the position direction pixel number j ′ when the field angle φ and the center of the position direction are set to zero. Here, using the relational expression for the angle of view φ (φ = Atan (b / 2f)) and the relational expression for the position direction pixel number (j ′ = j−C y / 2B y ), (9− By transforming equation (1), equation (9-2) can be derived.

なお、上述の(8−1)式,(8−2)式,(9−1)式,(9−2)式においては、撮像素子160の各チャネルの大きさは無視して点として扱っている。観測される透過光または反射光は、厳密には1チャネルの大きさに相当する角度変化を積分した値で表現されるべきであるが、1チャネルの大きさは撮像範囲の長さに比べれば十分小さく、角度変化は無視できるため、1点からの透過光または反射光の値で代表させることができる。   It should be noted that in the above equations (8-1), (8-2), (9-1), and (9-2), the size of each channel of the image sensor 160 is ignored and treated as a point. ing. Strictly speaking, the transmitted light or reflected light to be observed should be expressed by a value obtained by integrating the angle change corresponding to the size of one channel, but the size of one channel is compared with the length of the imaging range. Since it is sufficiently small and the change in angle is negligible, it can be represented by the value of transmitted light or reflected light from one point.

上述の(式4)において、n=1(空気の屈折率)とし、二次元画像の波長方向ピクセル番号iおよび位置方向ピクセル番号jを用いて波数Kを規定すると、以下の(10)式を導出できる。 In the above (Formula 4), when n 0 = 1 (refractive index of air) and the wave number K 1 is defined using the wavelength direction pixel number i and the position direction pixel number j of the two-dimensional image, the following (10) An expression can be derived.

(10)式において、2次元画像150のピクセル位置と波長との関係を示す波長変換式λ(i,j)は、測定光学系10を波長校正することにより事前に決定することができる。ここで、波長校正は、位置方向ピクセル番号jの各々について、波長方向ピクセル番号iの各々に対して対応する波長λの値を割り当てる作業を含む。   In the equation (10), the wavelength conversion equation λ (i, j) indicating the relationship between the pixel position of the two-dimensional image 150 and the wavelength can be determined in advance by calibrating the wavelength of the measurement optical system 10. Here, the wavelength calibration includes an operation of assigning a value of the corresponding wavelength λ to each of the wavelength direction pixel numbers i for each of the position direction pixel numbers j.

サンプルSの屈折率n(i,j)(すなわち、屈折率n(λ))は、光学定数解析が可能な測定装置(例えば、顕微分光膜厚計など)で事前に取得できる。また、(10)式において、各測定点に対応する入射角θ(j)は、上述の(8−2)式または(9−2)式に従って規定される。これらの値を(10)式に代入することで、ピクセル位置(i,j)における波数K(i,j)を決定できる。このように、波数Kは、2次元画像のピクセル位置(i,j)毎に、対応する入射角θ(j)の大きさを考慮して算出される。 The refractive index n 1 (i, j) (that is, the refractive index n 1 (λ)) of the sample S can be obtained in advance by a measuring apparatus capable of analyzing optical constants (for example, a microspectrophotometer). In the equation (10), the incident angle θ 0 (j) corresponding to each measurement point is defined according to the above equation (8-2) or (9-2). By substituting these values into equation (10), the wave number K 1 (i, j) at the pixel position (i, j) can be determined. Thus, the wave number K 1 is calculated for each pixel position (i, j) of the two-dimensional image in consideration of the magnitude of the corresponding incident angle θ 0 (j).

ピクセル位置(i,j)における波数K(i,j)と実測値との関係に基づいて、(1)測定干渉光の入射角の影響、および、(2)サンプルSの屈折率の波長特性、の両方を考慮した膜厚を決定できる。 Based on the relationship between the wave number K 1 (i, j) at the pixel position (i, j) and the actual measurement value, (1) the influence of the incident angle of the measurement interference light, and (2) the refractive index wavelength of the sample S The film thickness can be determined in consideration of both characteristics.

より具体的な算出手順としては、本実施の形態に従う光学測定装置を用いて、サンプルSの透過率分布T(i,j)または反射率分布R(i,j)を取得する。続いて、位置方向ピクセル番号j毎に、横軸を波数K(i,j)とし、縦軸を波数変換透過率分布T’(i,j)または波数変換反射率分布R’(i,j)とした波数分布特性を生成する。生成した波数分布特性をフーリエ変換することでパワースペクトルP(K)を算出し、その算出したパワースペクトルP(K)に現れるピークなどに基づいて、入射角および屈折率の波長依存性を考慮に入れたサンプルSの膜厚分布(膜厚の面内分布)を決定できる
As a more specific calculation procedure, the transmittance distribution T (i, j) or the reflectance distribution R (i, j) of the sample S is obtained using the optical measurement device according to the present embodiment. Subsequently, for each position direction pixel number j, the horizontal axis is the wave number K 1 (i, j), and the vertical axis is the wave number conversion transmittance distribution T ′ (i, j) or the wave number conversion reflectance distribution R ′ (i, j). The wave number distribution characteristic as j) is generated. The power spectrum P (K 1 ) is calculated by Fourier transforming the generated wave number distribution characteristics, and the wavelength dependence of the incident angle and the refractive index is calculated based on the peak appearing in the calculated power spectrum P (K 1 ). The film thickness distribution (in-plane distribution of film thickness) of the sample S taken into consideration can be determined.

上述したように、波数Kは、測定ライン上の各測定点における入射角θ(j)、波長分散を考慮した屈折率n(λ)、波長λに基づいて、上述したような式に従って、2次元の受光面を有する撮像素子のピクセル位置(i,j)毎に算出される。そして、実測により得られるサンプルSの透過率分布T(i,j)または反射率分布R(i,j)から、位相因子cos2βに対して線形化するための関係式(例えば、R/(1−R)、1/Tなど)を用いて、波数変換透過率分布T’(i,j)または波数変換反射率分布R’(i,j)を生成する。このような生成された波数変換透過率分布T’または波数変換反射率分布T’に波数K(i,j)を適用することで、フーリエ変換されたパワースペクトルP(m,j)(但し、パラメータmはパワースペクトルの横軸に相当する離散値)を取得できる。パワースペクトルP(m,j)に現れるピークに基づいてサンプルSの状各測点における膜厚値を算出する。 As described above, the wave number K 1 is expressed by the above-described equation based on the incident angle θ 0 (j) at each measurement point on the measurement line, the refractive index n 1 (λ) considering wavelength dispersion, and the wavelength λ. Accordingly, the pixel position is calculated for each pixel position (i, j) of the image sensor having a two-dimensional light receiving surface. A relational expression (for example, R / (1) for linearizing the phase factor cos2β from the transmittance distribution T (i, j) or the reflectance distribution R (i, j) of the sample S obtained by actual measurement. -R), 1 / T, etc.) is used to generate the wavenumber converted transmittance distribution T ′ (i, j) or the wavenumber converted reflectance distribution R ′ (i, j). By applying the wave number K 1 (i, j) to the generated wave number conversion transmittance distribution T ′ or the wave number conversion reflectance distribution T ′, a power spectrum P (m, j) (wherein Fourier transform is performed) The parameter m can be obtained as a discrete value corresponding to the horizontal axis of the power spectrum. Based on the peak appearing in the power spectrum P (m, j), the film thickness value at each measuring point of the sample S is calculated.

なお、波数分布特性から振幅の大きな波数成分(ピーク)を特定する方法としては、典型的には、FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)などの離散的なフーリエ変換を用いる方法、および、最大エントロピー法(Maximum Entropy Method;以下、「MEM」とも称す。)などの最適化法のいずれかを採用できる。なお、離散的なフーリエ変換を用いる場合には、その周波数領域の離散値としては、512,1024,2048,4096,・・・といった2のべき乗が用いられる。   As a method for specifying a wave number component (peak) having a large amplitude from the wave number distribution characteristics, typically, a method using discrete Fourier transform such as FFT (Fast Fourier Transform), and a maximum Any of optimization methods such as an entropy method (hereinafter referred to as “MEM”) can be employed. When discrete Fourier transform is used, powers of 2 such as 512, 1024, 2048, 4096,... Are used as discrete values in the frequency domain.

<E.膜厚測定方法の具体例>
次に、上述の膜厚測定方法の理論的説明に基づく膜厚の測定方法について説明する。以下の説明においては、波数変換透過率T’または波数変換反射率R’をフーリエ変換することで得られるパワースペクトルP(K)に現れるピークに基づいて、サンプルSの膜厚を決定する方法(いわゆるFFT法)と、取得された波長分布特性(透過率スペクトルまたは反射率スペクトルの実測値)と、入射角、屈折率、波長、膜厚をパラメータとして含むモデル式(理論式)によって算出される波長分布特性との間の形状比較(フィッティング)を行うことにより、サンプルSの膜厚を決定する方法(いわゆる最適化法)とについて説明する。
<E. Specific example of film thickness measurement method>
Next, a film thickness measurement method based on the theoretical description of the film thickness measurement method described above will be described. In the following description, the method of determining the film thickness of the sample S based on the peak appearing in the power spectrum P (K 1 ) obtained by Fourier transforming the wave number conversion transmittance T ′ or the wave number conversion reflectance R ′. (The so-called FFT method), the obtained wavelength distribution characteristic (measured value of transmittance spectrum or reflectance spectrum), and a model formula (theoretical formula) including incident angle, refractive index, wavelength, and film thickness as parameters. A method (so-called optimization method) for determining the film thickness of the sample S by comparing the shape with the wavelength distribution characteristic (fitting) will be described.

これらの膜厚測定方法は、いずれか一方のみを実装してもよいが、サンプルSの膜厚や材質などによって、適宜選択可能になっていることが好ましい。   Only one of these film thickness measurement methods may be mounted, but it is preferable that the film thickness measurement method can be appropriately selected depending on the film thickness or material of the sample S.

(e1:膜厚測定方法の処理手順(その1))
まず、本実施の形態に従う膜厚測定方法の処理手順(その1)について説明する。膜厚測定方法の処理手順(その1)は、波数KについてのパワースペクトルP(K)に現れるピークに基づいて、サンプルSの膜厚を決定する方法である。
(E1: Processing procedure of film thickness measurement method (1))
First, the processing procedure (part 1) of the film thickness measuring method according to the present embodiment will be described. The processing procedure (part 1) of the film thickness measurement method is a method of determining the film thickness of the sample S based on the peak appearing in the power spectrum P (K 1 ) for the wave number K 1 .

図11は、本実施の形態に従う膜厚測定方法の処理手順(その1)を示すフローチャートである。図12は、図11に示す膜厚測定方法の処理手順(その1)における処理内容を説明するための図である。   FIG. 11 is a flowchart showing a processing procedure (No. 1) of the film thickness measuring method according to the present embodiment. FIG. 12 is a diagram for explaining the processing contents in the processing procedure (part 1) of the film thickness measurement method shown in FIG.

図11を参照して、まず、処理装置100は、測定光学系10に入射する測定干渉光について、各測定点に対応する入射角θを算出する(ステップS100)。 Referring to FIG. 11, first, processing apparatus 100 calculates an incident angle θ 0 corresponding to each measurement point for measurement interference light incident on measurement optical system 10 (step S100).

具体的には、処理装置100は、測定ライン上に設定される各測定点(撮像素子160のチャネル数およびビニング数に依存して決定される2次元画像150の位置方向の各ピクセルに相当)に対応する入射角θを位置方向ピクセル番号j毎に算出する。すなわち、処理装置100は、上述の(10)式中のθ(j)をすべての位置方向ピクセル番号
jについて算出する。なお、θ(j)は、ラジアン値であってもよいし、三角関数の値(例えば、sinθ(j)またはcosθ(j))であってもよい。すなわち、入射角の大きさを示す値であれば、その後の演算処理に応じたどのような値が採用されてもよい。
Specifically, the processing apparatus 100 sets each measurement point set on the measurement line (corresponding to each pixel in the position direction of the two-dimensional image 150 determined depending on the number of channels and the number of binning of the image sensor 160). the incident angle theta 0 corresponding to calculated for each position the direction pixel number j to. That is, the processing device 100 calculates θ 0 (j) in the above equation (10) for all the position direction pixel numbers j. Note that θ 0 (j) may be a radian value or a trigonometric function value (for example, sin θ 0 (j) or cos θ 0 (j)). That is, as long as it is a value indicating the magnitude of the incident angle, any value corresponding to the subsequent calculation process may be adopted.

ステップS100の結果得られる各測定点に対応する入射角θの値は、光学測定装置の設定または構成が同一である限り再計算する必要はない。そのため、各測定点に対応する入射角θが予め算出されている場合には、ステップS100の処理をスキップしてもよい。 The value of the incident angle θ 0 corresponding to each measurement point obtained as a result of step S100 need not be recalculated as long as the setting or configuration of the optical measurement device is the same. Therefore, when the incident angle θ 0 corresponding to each measurement point is calculated in advance, the process of step S100 may be skipped.

処理装置100は、光学定数解析が可能な測定装置(例えば、顕微分光膜厚計など)でサンプルSの測定結果などから、サンプルSの波長分散を考慮した屈折率n(λ)を取得する(ステップS102)。 The processing apparatus 100 obtains the refractive index n 1 (λ) in consideration of the chromatic dispersion of the sample S from the measurement result of the sample S by a measuring apparatus (for example, a microspectrophotometer, etc.) capable of optical constant analysis. (Step S102).

なお、ステップS102において取得されたサンプルSの屈折率n(λ)は、サンプルSの材質が同一である限り再取得する必要はない。そのため、先に取得された屈折率n(λ)に対応するサンプルSの同一性が維持される限りにおいて、ステップS102の処理をスキップしてもよい。また、波長によらず屈折率を一定とみなすことができる場合には、屈折率n(λ)として一定値を設定してもよい。 Note that the refractive index n 1 (λ) of the sample S acquired in step S102 need not be acquired again as long as the material of the sample S is the same. Therefore, as long as the identity of the sample S corresponding to the refractive index n 1 (λ) acquired previously is maintained, the process of step S102 may be skipped. When the refractive index can be regarded as constant regardless of the wavelength, a constant value may be set as the refractive index n 1 (λ).

処理装置100は、測定光学系10に対する波長校正の結果などから、2次元画像150のピクセル位置と波長λとの関係を示す波長変換式λ(i,j)を算出する(ステップS104)。ステップS104において、波長λは、2次元画像150のピクセル位置(i,j)と対応付けられる。すなわち、波長λは、2次元画像150のピクセル位置(i,j)をパラメータとしてマトリックス状に表現できる(すなわち、波長λ=λ(i,j))。   The processing apparatus 100 calculates a wavelength conversion formula λ (i, j) indicating the relationship between the pixel position of the two-dimensional image 150 and the wavelength λ from the result of wavelength calibration for the measurement optical system 10 (step S104). In step S104, the wavelength λ is associated with the pixel position (i, j) of the two-dimensional image 150. That is, the wavelength λ can be expressed in a matrix with the pixel position (i, j) of the two-dimensional image 150 as a parameter (that is, wavelength λ = λ (i, j)).

なお、ステップS104において算出される波長変換式λ(i,j)は、基本的には、測定光学系10の設定または構成が同一である限り再算出する必要はない。そのため、先に算出された波長変換式λ(i,j)が有効に利用できる限りにおいて、ステップS104の処理をスキップしてもよい。   Note that the wavelength conversion formula λ (i, j) calculated in step S104 basically does not need to be recalculated as long as the setting or configuration of the measurement optical system 10 is the same. Therefore, as long as the previously calculated wavelength conversion formula λ (i, j) can be used effectively, the process of step S104 may be skipped.

また、ステップS100,S102,S104の処理の実行順序は特に限定されることはない。また、ステップS100,S102,S104の処理の実行タイミングは別々であってもよい。   Further, the execution order of the processes of steps S100, S102, and S104 is not particularly limited. In addition, the execution timings of steps S100, S102, and S104 may be different.

続いて、処理装置100は、上述の(4)式に示す波数Kを2次元画像150のピクセル位置(i,j)について展開する。すなわち、処理装置100は、2次元画像150のピクセル位置(i,j)の各々についての波数K(i,j)を算出する(ステップS106)。 Subsequently, the processing apparatus 100 develops the wave number K 1 shown in the above-described equation (4) for the pixel position (i, j) of the two-dimensional image 150. That is, the processing device 100 calculates the wave number K 1 (i, j) for each pixel position (i, j) of the two-dimensional image 150 (step S106).

上述の(4)式に示すように、本実施の形態に従う膜厚測定方法においては、波長λ、屈折率n、入射角θを変数とする波数Kを導入する。 As shown in the above equation (4), in the film thickness measuring method according to the present embodiment, a wave number K 1 having a wavelength λ, a refractive index n 1 , and an incident angle θ 0 as variables is introduced.

波数Kに含まれる変数のうち、屈折率nは波長λの関数である。波長λは波長変換式λ(i,j)により規定できるので、屈折率nは、2次元画像150のピクセル位置(i,j)をパラメータとして規定できる(すなわち、屈折率n=n(λ)=n(i,j)および波長λ=λ(i,j))。また、入射角θは、ステップS100において算出された、各測定点に対応する入射角θを用いることができる。入射角θは、位置方向ピクセル番号jのみで規定されることになる(すなわち、入射角θ=θ(j)
)。
Of the variables included in the wave number K 1 , the refractive index n 1 is a function of the wavelength λ. Since the wavelength λ can be defined by the wavelength conversion equation λ (i, j), the refractive index n 1 can be defined using the pixel position (i, j) of the two-dimensional image 150 as a parameter (ie, refractive index n 1 = n 1). (Λ) = n 1 (i, j) and wavelength λ = λ (i, j)). Further, the incident angle theta 0 is calculated in step S100, it is possible to use the incident angle theta 0 corresponding to each measurement point. The incident angle θ 0 is defined only by the position direction pixel number j (that is, the incident angle θ 0 = θ 0 (j)).
).

以上のように、波長λ、屈折率n、入射角θは、いずれも2次元画像150の各ピクセルに対応する測定点(i,j)を用いて規定できるので、ピクセル位置(i,j)を指定することで、それぞれの値は一意に決定される。ピクセル位置(i,j)毎に決定される波長λ、屈折率n、入射角θの値を適用して、処理装置100は、ピクセル位置(i,j)毎の波数Kの値を示す、波数K(i,j)を生成する。図12に示すように、生成された波数K(i,j)は、2次元画像150の各ピクセルに対応する。 As described above, since the wavelength λ, the refractive index n 1 , and the incident angle θ 0 can all be defined using the measurement points (i, j) corresponding to the pixels of the two-dimensional image 150, the pixel position (i, By specifying j), each value is uniquely determined. By applying the values of the wavelength λ, the refractive index n 1 , and the incident angle θ 0 determined for each pixel position (i, j), the processing device 100 determines the value of the wave number K 1 for each pixel position (i, j). To generate a wave number K 1 (i, j). As shown in FIG. 12, the generated wave number K 1 (i, j) corresponds to each pixel of the two-dimensional image 150.

以上のステップS100〜S106の処理は、準備工程に相当する。
処理装置100は、光学測定装置1にサンプルSをセットするとともに、サンプルSに測定干渉光を照射した状態で撮像された、2次元画像150を取得する(ステップS110)。すなわち、処理装置100は、サンプルSの測定ライン24上の複数の測定点についての、透過率分布T(i,j)(または、反射率分布R(i,j))の実測値を取得する。図12に示すように、波長方向および位置方向を有する2次元画像150が取得される。ここで、特定の位置方向ピクセル番号jについて、波長方向が波長λに対応する。
The processes in steps S100 to S106 described above correspond to a preparation process.
The processing apparatus 100 sets the sample S in the optical measurement apparatus 1 and acquires the two-dimensional image 150 captured in a state where the sample S is irradiated with measurement interference light (step S110). That is, the processing apparatus 100 acquires the actual measurement value of the transmittance distribution T (i, j) (or the reflectance distribution R (i, j)) for a plurality of measurement points on the measurement line 24 of the sample S. . As shown in FIG. 12, a two-dimensional image 150 having a wavelength direction and a position direction is acquired. Here, for a specific position direction pixel number j, the wavelength direction corresponds to the wavelength λ.

続いて、処理装置100は、位置方向ピクセル番号j=1に設定する(ステップS112)。位置方向ピクセル番号jを設定することは、図12に示すように、2次元画像150の特定の位置方向ピクセル番号jに対応するピクセル列を対象にすることを意味する。   Subsequently, the processing apparatus 100 sets the position direction pixel number j = 1 (step S112). Setting the position direction pixel number j means to target a pixel row corresponding to a specific position direction pixel number j of the two-dimensional image 150 as shown in FIG.

処理装置100は、ステップS106において算出した波数K(i,j)を参照して、取得した透過率分布T(i,j)(または、反射率分布R(i,j))から、横軸を波数K(i,j)とし、縦軸を波数変換透過率分布T’(i,j)(または、波数変換反射率分布R’(i,j))とした波数分布特性を生成する(ステップS114)。 The processing device 100 refers to the wave number K 1 (i, j) calculated in step S106, and obtains a horizontal value from the acquired transmittance distribution T (i, j) (or reflectance distribution R (i, j)). Generate wave number distribution characteristics with the wave number K 1 (i, j) on the axis and the wave number conversion transmittance distribution T ′ (i, j) (or wave number conversion reflectance distribution R ′ (i, j)) on the vertical axis. (Step S114).

より具体的には、図12に示すように、処理装置100は、波数K(i,j)から現在の位置方向ピクセル番号jに対応する列の値を抽出し、2次元画像150から抽出したピクセル列の値に適用する。 More specifically, as illustrated in FIG. 12, the processing apparatus 100 extracts a column value corresponding to the current position direction pixel number j from the wave number K 1 (i, j) and extracts it from the two-dimensional image 150. Applied to the value of the selected pixel column.

このように、処理装置100は、取得された波長分布特性(各波長と当該波長における透過率または反射率の値との対応関係)を、波数分布特性に従って算出される透過率または反射率の変換値との対応関係に変換する。波数分布特性とは、入射角、屈折率、波長をパラメータとして含む関数により決定される波数と、当該波数における透過率または反射率の値との対応関係を含む。あるいは、波数分布特性とは、波数と位相因子cos2βに対して線形化するための関係式(例えば、R/(1−R)、1/Tなど)に従って算出される透過率または反射率の変換値との対応関係を含む。   In this way, the processing apparatus 100 converts the acquired wavelength distribution characteristics (correspondence between each wavelength and the transmittance or reflectance value at that wavelength) into transmittance or reflectance calculated according to the wave number distribution characteristics. Convert to correspondence with value. The wave number distribution characteristic includes a correspondence relationship between a wave number determined by a function including an incident angle, a refractive index, and a wavelength as parameters, and a value of transmittance or reflectance at the wave number. Alternatively, the wave number distribution characteristic is a transmittance or reflectance conversion calculated according to a relational expression (for example, R / (1-R), 1 / T, etc.) for linearization with respect to the wave number and the phase factor cos 2β. Includes correspondence with values.

続いて、処理装置100は、ステップS114において生成した、横軸を波数K(i,j)とする波数分布特性を、波数K(i,j)についてフーリエ変換することで、パワースペクトルP(K)を生成する(ステップS116)。すなわち、処理装置100は、注目する測定点に対応する2次元画像150のピクセル値を位相因子に対して線形化するための関係式に従って変換した値の列を、対応する波数の列についてフーリエ変換する。 Subsequently, the processing apparatus 100 performs a Fourier transform on the wave number K 1 (i, j), which is generated in step S114, with the horizontal axis as the wave number K 1 (i, j), so that the power spectrum P (K 1 ) is generated (step S116). In other words, the processing apparatus 100 performs a Fourier transform on a column of values converted according to a relational expression for linearizing a pixel value of the two-dimensional image 150 corresponding to a target measurement point with respect to a phase factor, with respect to a corresponding column of wave numbers. To do.

処理装置100は、ステップS116において生成したパワースペクトルP(K)に現れるピーク位置を算出することで、現在の位置方向ピクセル番号jに対応する測定点についての膜厚d(j)を算出する(ステップS118)。すなわち、処理装置100は、フーリエ変換により得られるパワースペクトルP(K)に現れるピーク位置に基づいて注目する測定点における膜厚を決定する。なお、フーリエ変換に代えて、最適化法を用
いて、振幅の大きな波数成分(すなわち、膜厚d(j))を決定してもよい。
The processing device 100 calculates the peak position appearing in the power spectrum P (K 1 ) generated in step S116, thereby calculating the film thickness d 1 (j) for the measurement point corresponding to the current position direction pixel number j. (Step S118). That is, the processing apparatus 100 determines the film thickness at the measurement point of interest based on the peak position appearing in the power spectrum P (K 1 ) obtained by Fourier transform. Note that a wave number component having a large amplitude (that is, the film thickness d 1 (j)) may be determined by using an optimization method instead of the Fourier transform.

処理装置100は、現在の位置方向ピクセル番号jが最終値であるか否かを判断する(ステップS120)。現在の位置方向ピクセル番号jが最終値でなければ(ステップS120においてNO)、処理装置100は、現在の位置方向ピクセル番号jを1だけインクリメントして(ステップS122)、ステップS114以下の処理を繰返す。   The processing device 100 determines whether or not the current position direction pixel number j is a final value (step S120). If current position-direction pixel number j is not the final value (NO in step S120), processing device 100 increments current position-direction pixel number j by 1 (step S122), and repeats the processes in and after step S114. .

現在の位置方向ピクセル番号jが最終値であれば(ステップS120においてYES)、処理装置100は、位置方向ピクセル番号jが1から最終値までの各々において算出された膜厚d(j)を集合させて、サンプルSの測定ライン24上の膜厚分布を生成する(ステップS124)。すなわち、処理装置100は、複数の測定点について決定された膜厚を集合して膜厚分布として出力する。 If the current position direction pixel number j is the final value (YES in step S120), the processing apparatus 100 sets the film thickness d 1 (j) calculated for each of the position direction pixel number j from 1 to the final value. Collectively, a film thickness distribution on the measurement line 24 of the sample S is generated (step S124). That is, the processing apparatus 100 collects the film thicknesses determined for a plurality of measurement points and outputs them as a film thickness distribution.

処理装置100は、サンプルSに対する膜厚測定の終了条件が満たされているか否かを判断する(ステップS126)。サンプルSに対する膜厚測定の終了条件が満たされていなければ(ステップS126においてNO)、処理装置100は、ステップS110以下の処理を繰返す。   The processing apparatus 100 determines whether or not the film thickness measurement end condition for the sample S is satisfied (step S126). If the film thickness measurement termination condition for sample S is not satisfied (NO in step S126), processing device 100 repeats the processing in step S110 and subsequent steps.

これに対して、サンプルSに対する膜厚測定の終了条件が満たされていれば(ステップS126においてYES)、処理装置100は、ステップS124において順次算出された膜厚分布を統合して、サンプルSの測定面における膜厚分布(膜厚の面内分布)として出力する(ステップS128)。そして、処理は終了する。   On the other hand, if the film thickness measurement end condition for sample S is satisfied (YES in step S126), processing device 100 integrates the film thickness distribution sequentially calculated in step S124, and A film thickness distribution (in-plane distribution of film thickness) on the measurement surface is output (step S128). Then, the process ends.

上述の膜厚測定方法の処理手順(その1)においては、測定点から測定光学系10への入射角θに応じた補正要素として、波数Kに着目して説明したが、補正要素は、これに限られるものではない。例えば、補正要素は、上述した波数変換透過率T’(≡1/T)、あるいは、波数変換反射率R’(≡R/(1−R))を含み得る概念である。 In the processing procedure (part 1) of the above-described film thickness measurement method, the description has been given focusing on the wave number K 1 as a correction element according to the incident angle θ 0 from the measurement point to the measurement optical system 10. However, it is not limited to this. For example, the correction element is a concept that may include the above-described wave number conversion transmittance T ′ (≡1 / T) or the wave number conversion reflectance R ′ (≡R / (1-R)).

(e2.測定例)
次に、本実施の形態に従う膜厚測定方法(その1)により得られた測定例を示す。
(E2. Measurement example)
Next, a measurement example obtained by the film thickness measurement method (part 1) according to the present embodiment will be described.

図14は、本実施の形態に従う膜厚測定方法により得られた膜厚トレンドの一例を示す図である。サンプルSとして、1mm角(外寸:1mm×1mm)のポリエチレン薄膜を用いた。   FIG. 14 is a diagram showing an example of a film thickness trend obtained by the film thickness measuring method according to the present embodiment. As sample S, a 1 mm square (outside dimension: 1 mm × 1 mm) polyethylene thin film was used.

入射角θの補正あり(本実施の形態)および補正なしの2パターンについて、サンプルSの測定点(すなわち、入射角θ)を順次変化させて、それぞれのパターンでの膜厚を測定した。なお、対物レンズ12としては、焦点距離f=16mmのレンズを使用した。 For two patterns with and without correction of the incident angle θ 0 (this embodiment), the measurement point of the sample S (that is, the incident angle θ 0 ) was sequentially changed, and the film thickness of each pattern was measured. . As the objective lens 12, a lens having a focal length f = 16 mm was used.

屈折率nは、顕微分光膜厚計により実測したポリエチレン薄膜の屈折率の波長分布を採用した。図13は、ポリエチレン薄膜の屈折率n(λ)の波長分布の一例を示す図である。図13に示す屈折率n(λ)は、一例として、以下の(11)式に示すようなCauchyの分散式が用いられている。 As the refractive index n 1 , the wavelength distribution of the refractive index of the polyethylene thin film measured by a microspectrophotometer was adopted. FIG. 13 is a diagram showing an example of the wavelength distribution of the refractive index n 1 (λ) of the polyethylene thin film. As an example of the refractive index n 1 (λ) shown in FIG. 13, the Cauchy dispersion formula shown in the following formula (11) is used.

なお、図13に示す例においては、係数C=1.533731,C=429.0333,C=2.09247×10となっている。 In the example shown in FIG. 13, the coefficients C 0 = 1.533731, C 1 = 429.0333, and C 2 = 2.09247 × 10 8 .

図14には、入射角θの変化に伴う測定された膜厚の変化が示されている。図14に示されるように、入射角θを考慮することで、膜厚トレンドがよりフラットになっていることが分かる。すなわち、サンプルSの膜厚分布(膜厚の面内分布)をより正確に測定できることが示されている。 FIG. 14 shows the change in the measured film thickness accompanying the change in the incident angle θ 0 . As shown in FIG. 14, it can be seen that the film thickness trend is flatter by considering the incident angle θ 0 . That is, it is shown that the film thickness distribution (in-plane distribution of film thickness) of the sample S can be measured more accurately.

(e3.シミュレーション例)
例えば、上述の(1)式,(5)式,(8−2)式,(10)式により、各測定点についての透過率スペクトルT(λ)の理論値を算出できる。図15は、本実施の形態に従う理論式に従う透過率スペクトルを示す2次元画像(1200ピクセル×1920ピクセル)の一例を示す図である。図15に示す透過率スペクトルを示す2次元画像は、膜厚d=10[μm](一律)とし、振幅反射率|r01|=0.2とした場合に得られたものである。
(E3. Simulation example)
For example, the theoretical value of the transmittance spectrum T (λ) at each measurement point can be calculated by the above-described equations (1), (5), (8-2), and (10). FIG. 15 is a diagram showing an example of a two-dimensional image (1200 pixels × 1920 pixels) showing a transmittance spectrum according to the theoretical formula according to the present embodiment. The two-dimensional image showing the transmittance spectrum shown in FIG. 15 is obtained when the film thickness d 1 = 10 [μm] (uniform) and the amplitude reflectance | r 01 | = 0.2.

屈折率nは、上述の図13に示すような顕微分光膜厚計により実測したポリエチレン薄膜の屈折率の波長分布を採用した。図13に示す屈折率n(λ)は、一例として、上述の(11)式に示すようなCauchyの分散式が用いられている。 As the refractive index n 1 , the wavelength distribution of the refractive index of the polyethylene thin film measured with a microscopic spectrophotometer as shown in FIG. 13 was used. As an example of the refractive index n 1 (λ) shown in FIG. 13, the Cauchy dispersion formula as shown in the above formula (11) is used.

なお、図13に示す例においては、係数C=1.533731,C=429.0333,C=2.09247×10となっている。 In the example shown in FIG. 13, the coefficients C 0 = 1.533731, C 1 = 429.0333, and C 2 = 2.09247 × 10 8 .

図16は、図15に示す2次元画像(理論値)における位置方向ピクセル番号jに対応する透過率スペクトルT(λ)を示すグラフである。図16には、位置方向ピクセル番号j=1,100,200,・・・,1200の各ラインにおける透過率スペクトルT(λ)が示されている。図16において、透過率スペクトルT(λ)が一致していないのは、各測定点に対応する入射角θが異なることが理由である。 FIG. 16 is a graph showing the transmittance spectrum T (λ) corresponding to the position direction pixel number j in the two-dimensional image (theoretical value) shown in FIG. FIG. 16 shows the transmittance spectrum T (λ) in each line of the position direction pixel numbers j = 1, 100, 200,. In FIG. 16, the transmittance spectra T (λ) do not match because the incident angle θ 0 corresponding to each measurement point is different.

図17は、図16に示す透過率スペクトルT(λ)から算出した波数変換透過率T’(K)を示すグラフである。図17(A)には、すべての位置方向ピクセル番号jについて、入射角θをゼロと仮定した波数Kを用いて算出された波数変換透過率T’(K)を示す。図17(B)には、すべての位置方向ピクセル番号jに応じた入射角θを考慮した波数Kを用いて算出された波数変換透過率T’(K)を示す。 FIG. 17 is a graph showing the wave number conversion transmittance T ′ (K 1 ) calculated from the transmittance spectrum T (λ) shown in FIG. FIG. 17A shows the wave number conversion transmittance T ′ (K 1 ) calculated using the wave number K 1 assuming that the incident angle θ 0 is zero for all the position direction pixel numbers j. FIG. 17B shows the wave number conversion transmittance T ′ (K 1 ) calculated using the wave number K 1 considering the incident angle θ 0 corresponding to all the position direction pixel numbers j.

図16に示す透過率スペクトルT(λ)においては、位置方向ピクセル番号j(すなわち、入射角θ)の相違によって、干渉波形の周期が異なっている。そのため、入射角θの相違を考慮していない波数Kを用いた場合には、図17(A)に示すように、波数変換透過率T’(K)も不揃いであることが分かる。 In the transmittance spectrum T (λ) shown in FIG. 16, the period of the interference waveform differs depending on the difference in the position direction pixel number j (that is, the incident angle θ 0 ). Therefore, when the wave number K 1 that does not consider the difference in the incident angle θ 0 is used, it is understood that the wave number conversion transmittance T ′ (K 1 ) is not uniform as shown in FIG. .

一方、位置方向ピクセル番号jに応じた入射角θを考慮した波数Kを用いることで、図17(B)に示すように、すべての位置方向ピクセル番号jについて、波数変換透過率T’(K)が揃っていることが分かる。位置方向ピクセル番号jにかかわらず、波数変換透過率T’(K)が実質的に同一であるので、いずれの波数変換透過率T’(K)からも正しい膜厚を算出できる。 On the other hand, by using the wave number K 1 considering the incident angle θ 0 corresponding to the position direction pixel number j, as shown in FIG. 17B, the wave number conversion transmittance T ′ for all the position direction pixel numbers j. It can be seen that (K 1 ) is aligned. Regardless of the pixel number j in the position direction, the wave number conversion transmittance T ′ (K 1 ) is substantially the same, so that the correct film thickness can be calculated from any wave number conversion transmittance T ′ (K 1 ).

図18は、図17に示す波数変換透過率T’(K)から算出された膜厚トレンドの一例を示す図である。図18を参照して、図17(A)に示す入射角補正を行わない場合には、入射角がゼロとなる位置方向ピクセル番号j=600において膜厚が最大となり、両端に向かうにしたがって入射角θが大きくなるので、膜厚は減少している。 FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a film thickness trend calculated from the wave number conversion transmittance T ′ (K 1 ) illustrated in FIG. Referring to FIG. 18, when the incident angle correction shown in FIG. 17A is not performed, the film thickness becomes maximum at the position direction pixel number j = 600 at which the incident angle 0 is zero, and toward the both ends. As the incident angle θ 0 increases, the film thickness decreases.

これに対して、図17(B)に示す入射角補正が行われる場合には、すべての位置方向ピクセル番号jにおいて、本来の膜厚である10[μm]が正しく算出されていることが分かる。   On the other hand, when the incident angle correction shown in FIG. 17B is performed, it is understood that the original film thickness of 10 [μm] is correctly calculated in all the position direction pixel numbers j. .

以上のように、本実施の形態に従う理論式を採用することで、測定点に対応する入射角θを考慮した物理特性を正確に再現できる。すなわち、上述したような数式を用いることで、正確なフィッティングを実現できる。 As described above, by adopting the theoretical formula according to the present embodiment, the physical characteristics in consideration of the incident angle θ 0 corresponding to the measurement point can be accurately reproduced. In other words, accurate fitting can be realized by using the mathematical formula as described above.

(e4:膜厚測定方法の処理手順(その2))
上述の膜厚測定方法の処理手順(その1)においては、波数Kを導入した上で、測定された2次元画像150から算出される波数分布特性をフーリエ変換することで、膜厚を算出する方法について例示した。このような方法に代えて、理論的に生成される2次元画像と測定された2次元画像150との間でフィッティングを行うことで、膜厚を算出する方法について説明する。
(E4: Processing procedure of film thickness measurement method (2))
In the processing procedure (part 1) of the above-described film thickness measuring method, the wave number K 1 is introduced, and then the wave number distribution characteristic calculated from the measured two-dimensional image 150 is Fourier transformed to calculate the film thickness. The method of doing was illustrated. A method for calculating the film thickness by performing fitting between the theoretically generated two-dimensional image and the measured two-dimensional image 150 instead of such a method will be described.

図19は、本実施の形態に従う膜厚測定方法の処理手順(その2)における処理内容を説明するための模式図である。図19に示す各エレメントは、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を実行することで実現される。   FIG. 19 is a schematic diagram for illustrating the processing contents in the processing procedure (part 2) of the film thickness measurement method according to the present embodiment. Each element shown in FIG. 19 is typically realized by the processor 102 of the processing apparatus 100 executing the measurement program 114.

図19を参照して、処理装置100は、バッファ152,156と、モデル化モジュール154と、フィッティングモジュール158とを含む。図19に示す構成においては、モデル化モジュール154が透過率スペクトルT(λ)(または、反射率スペクトルR(λ))の理論値を算出するととともに、取得された透過率スペクトルT(λ)(または、反射率スペクトルR(λ))の実測値との間で相関関係が高くなるように、理論値を規定する膜厚dが調整される。最終的に、透過率スペクトルT(λ)(または、反射率スペクトルR(λ))の実測値との間で最も相関関係が高い透過率スペクトルT(λ)(または、反射率スペクトルR(λ))を生じる膜厚が測定結果として出力される。 Referring to FIG. 19, the processing device 100 includes buffers 152 and 156, a modeling module 154, and a fitting module 158. In the configuration shown in FIG. 19, the modeling module 154 calculates the theoretical value of the transmittance spectrum T (λ) (or the reflectance spectrum R (λ)) and obtains the acquired transmittance spectrum T (λ) ( Alternatively, the film thickness d 1 that defines the theoretical value is adjusted so that the correlation with the actually measured value of the reflectance spectrum R (λ) is high. Finally, the transmittance spectrum T (λ) (or the reflectance spectrum R (λ) having the highest correlation with the measured value of the transmittance spectrum T (λ) (or the reflectance spectrum R (λ)). )) Is generated as a measurement result.

説明の便宜上、透過率スペクトルまたは反射率スペクトルの実測値については、添え字「meas」を付加し、透過率スペクトルまたは反射率スペクトルの理論値については、添え字「theo」を付加する。 For convenience of explanation, the subscript “ meas ” is added to the measured value of the transmittance spectrum or the reflectance spectrum, and the subscript “ theo ” is added to the theoretical value of the transmittance spectrum or the reflectance spectrum.

より具体的には、バッファ152には、測定光学系10にて撮像される2次元画像150(実測値)が格納される。一方、バッファ156には、モデル化モジュール154にて生成される2次元画像(理論値)が格納される。フィッティングモジュール158は、バッファ152に格納されている2次元画像150(実測値)と、バッファ156に格納されている2次元画像(理論値)との間で形状比較(フィッティング)を行って類似度を算出するとともに、算出された類似度が最大となるように、パラメータ更新指令をモデル化モジュール154へ出力する。類似度としては、相関値または相関行列を用いる場合について例示する。   More specifically, the buffer 152 stores a two-dimensional image 150 (actual measurement value) captured by the measurement optical system 10. On the other hand, the buffer 156 stores a two-dimensional image (theoretical value) generated by the modeling module 154. The fitting module 158 performs a shape comparison (fitting) between the two-dimensional image 150 (actually measured value) stored in the buffer 152 and the two-dimensional image (theoretical value) stored in the buffer 156 to obtain the degree of similarity. And a parameter update command is output to the modeling module 154 so that the calculated similarity is maximized. As a similarity, the case where a correlation value or a correlation matrix is used is illustrated.

フィッティングモジュール158は、算出される類似度が予め定められたしきい値以上になると、そのときの膜厚d(j)を測定結果として出力する。 The fitting module 158 outputs the film thickness d 1 (j) at that time as a measurement result when the calculated similarity is equal to or greater than a predetermined threshold value.

モデル化モジュール154には、膜厚d(j)の初期値と、サンプルSの波長分散を考慮した光学定数(屈折率n(λ)と消衰係数k(λ))と、測定光学系10の波長校正によって決定される波長変換式λ(i,j)と、測定ライン24上の各測定点についての入射角θ(j)が入力される。モデル化モジュール154は、入力された情報に基づいて、ピクセル位置(i,j)および膜厚d(j)について、透過率分布Ttheo
(i,j,d(j))または反射率分布Rtheo(i,j,d(j))を算出する。また、モデル化モジュール154は、フィッティングモジュール158からのパラメータ更新指令に従って、膜厚d(j)を適宜更新する。透過率分布Ttheoおよび反射率分布Rtheoの詳細については、後述の(20)式なども参照されたい。
The modeling module 154 includes an initial value of the film thickness d 1 (j), an optical constant considering the wavelength dispersion of the sample S (refractive index n 1 (λ) and extinction coefficient k 1 (λ)), and measurement. A wavelength conversion formula λ (i, j) determined by wavelength calibration of the optical system 10 and an incident angle θ 0 (j) for each measurement point on the measurement line 24 are input. The modeling module 154 determines the transmittance distribution T theo for the pixel position (i, j) and the film thickness d 1 (j) based on the input information.
(I, j, d 1 (j)) or reflectance distribution R theo (i, j, d 1 (j)) is calculated. In addition, the modeling module 154 updates the film thickness d 1 (j) as appropriate in accordance with the parameter update command from the fitting module 158. For details of the transmittance distribution T theeo and the reflectance distribution R theo , see also the equation (20) described later.

屈折率nは、上述の図13に示すような顕微分光膜厚計により実測したポリエチレン薄膜の屈折率の波長分布を採用した。図13に示す屈折率n(λ)は、一例として、上述の(11)式に示すようなCauchyの分散式が用いられている。 As the refractive index n 1 , the wavelength distribution of the refractive index of the polyethylene thin film measured with a microscopic spectrophotometer as shown in FIG. 13 was used. As an example of the refractive index n 1 (λ) shown in FIG. 13, the Cauchy dispersion formula as shown in the above formula (11) is used.

なお、図13に示す例においては、係数C=1.533731,C=429.0333,C=2.09247×10となっている。 In the example shown in FIG. 13, the coefficients C 0 = 1.533731, C 1 = 429.0333, and C 2 = 2.09247 × 10 8 .

図20は、本実施の形態に従う膜厚測定方法の処理手順(その2)を示すフローチャートである。図20を参照して、まず、処理装置100は、測定光学系10に入射する測定干渉光について、各測定点に対応する入射角θを算出する(ステップS100)。すなわち、各測定点から測定光学系への入射角に応じた補正要素としては、各測定点に対応する入射角の大きさを示す値が用いられる。 FIG. 20 is a flowchart showing a processing procedure (No. 2) of the film thickness measuring method according to the present embodiment. Referring to FIG. 20, first, processing apparatus 100 calculates an incident angle θ 0 corresponding to each measurement point for measurement interference light incident on measurement optical system 10 (step S100). That is, as a correction element corresponding to the incident angle from each measurement point to the measurement optical system, a value indicating the magnitude of the incident angle corresponding to each measurement point is used.

次に、処理装置100は、光学定数解析が可能な測定装置(例えば、顕微分光膜厚計など)でサンプルSの測定結果などから、サンプルSの波長分散を考慮した屈折率n(λ)を取得する(ステップS102)。続いて、処理装置100は、測定光学系10に対する波長校正の結果などから、2次元画像150のピクセル位置と波長λとの関係を示す波長変換式λ(i,j)を算出する(ステップS104)。 Next, the processing apparatus 100 is a refractive index n 1 (λ) in consideration of the wavelength dispersion of the sample S from the measurement result of the sample S by a measuring apparatus (for example, a microscopic differential film thickness meter or the like) capable of optical constant analysis. Is acquired (step S102). Subsequently, the processing apparatus 100 calculates a wavelength conversion formula λ (i, j) indicating the relationship between the pixel position of the two-dimensional image 150 and the wavelength λ from the result of wavelength calibration for the measurement optical system 10 (step S104). ).

このステップS100〜S104の処理は、図11に示す膜厚測定方法の処理手順(その1)のフローチャートにおけるステップS100〜S104と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。以上のステップS100〜S104の処理は、準備工程に相当する。   Since the processing of steps S100 to S104 is the same as steps S100 to S104 in the flowchart of the processing procedure (part 1) of the film thickness measurement method shown in FIG. 11, detailed description will not be repeated. The processes in steps S100 to S104 described above correspond to a preparation process.

処理装置100は、光学測定装置1にサンプルSをセットするとともに、サンプルSに測定光を照射した状態で撮像された、2次元画像150を取得する(ステップS130)。すなわち、処理装置100は、透過率分布Tmeas(i,j)(または、反射率分布Rmeas(i,j))を取得する。 The processing apparatus 100 sets the sample S in the optical measurement apparatus 1 and acquires the two-dimensional image 150 captured in a state where the sample S is irradiated with the measurement light (step S130). That is, the processing apparatus 100 acquires the transmittance distribution T meas (i, j) (or the reflectance distribution R meas (i, j)).

処理装置100は、ステップS100〜S104において算出された情報および膜厚d(j)の初期値に基づいて、透過率分布Ttheo(i,j,d(j))(または、反射率分布Rtheo(i,j,d(j)))を算出する(ステップS132)。すなわち、処理装置100は、各測定点の膜厚d(j)を変動パラメータとするとともに、サンプルSの屈折率nと、各測定点に対応する入射角の大きさに応じた値と、各測定点と2次元画像のピクセル位置(i,j)との対応関係とに基づいて、2次元画像150に対応する各ピクセルの理論値を算出する。 Based on the information calculated in steps S100 to S104 and the initial value of the film thickness d 1 (j), the processing apparatus 100 transmits the transmittance distribution T theo (i, j, d 1 (j)) (or reflectivity). Distribution R theo (i, j, d 1 (j))) is calculated (step S132). That is, the processing apparatus 100 uses the film thickness d 1 (j) at each measurement point as a variable parameter, and also sets the refractive index n 1 of the sample S and a value corresponding to the incident angle corresponding to each measurement point. The theoretical value of each pixel corresponding to the two-dimensional image 150 is calculated based on the correspondence between each measurement point and the pixel position (i, j) of the two-dimensional image.

続いて、処理装置100は、ステップS130において取得した透過率分布Tmeas(i,j)(または、反射率分布Rmeas(i,j))と、ステップS132において算出した透過率分布Ttheo(i,j,d(j))(または、反射率分布Rtheo(i,j,d(j)))との間で形状比較を行うことで、両者の類似度を算出する(ステップS134)。 Subsequently, the processing apparatus 100, the transmittance distribution T meas acquired in step S130 (i, j) (or, reflectance distribution R meas (i, j)) and the calculated transmittance distribution T theo in step S132 ( i, j, d 1 (j)) (or reflectance distribution R theo (i, j, d 1 (j))) is compared to calculate the similarity between the two (step S134).

より具体的には、処理装置100は、透過率分布Tmeas(i,j)(または、反射率分布Rmeas(i,j))と、透過率分布Ttheo(i,j,d(j))(または、反射率分布Rtheo(i,j,d(j)))との間で相関行列または相関係数を
算出する。相関行列を用いることで、位置方向ピクセル番号j毎の類似度を算出できる。但し、位置方向の膜厚d(j)のばらつきが十分に小さいと推定される場合には、d(j)=dとみなして、スペクトル全体をまとめた1次元の値(すなわち、相関値)を算出してもよい。
More specifically, the processing apparatus 100 transmits the transmittance distribution T meas (i, j) (or the reflectance distribution R meas (i, j)) and the transmittance distribution T theo (i, j, d 1 ( j)) (or reflectance distribution R theo (i, j, d 1 (j))) and a correlation matrix or correlation coefficient. By using the correlation matrix, the similarity for each position direction pixel number j can be calculated. However, when it is estimated that the variation in the film thickness d 1 (j) in the position direction is sufficiently small, it is assumed that d 1 (j) = d 1 and a one-dimensional value that summarizes the entire spectrum (ie, (Correlation value) may be calculated.

処理装置100は、ステップS134において算出した類似度が予め定められたしきい値以上であるか否かを判断する(ステップS136)。算出した類似度が予め定められたしきい値未満であれば(ステップS136においてNO)、処理装置100は、膜厚d(j)を更新した上で(ステップS138)、ステップS132以下の処理を繰返す。膜厚d(j)に対する更新は、位置方向ピクセル番号j毎に、対応する類似度の大きさに応じて行ってもよいし、一律に所定量を加算または減算するようにしてもよい。 The processing device 100 determines whether or not the similarity calculated in step S134 is equal to or greater than a predetermined threshold (step S136). If the calculated degree of similarity is less than a predetermined threshold value (NO in step S136), processing apparatus 100 updates film thickness d 1 (j) (step S138), and performs the processes in and after step S132. Repeat. The update to the film thickness d 1 (j) may be performed according to the corresponding degree of similarity for each position direction pixel number j, or a predetermined amount may be uniformly added or subtracted.

算出した類似度が予め定められたしきい値以上であれば(ステップS136においてYES)、処理装置100は、現在の膜厚d(j)を集合させて、サンプルSの測定ライン24上の膜厚分布として出力する(ステップS140)。 If the calculated similarity is greater than or equal to a predetermined threshold value (YES in step S136), processing apparatus 100 aggregates the current film thickness d 1 (j) on measurement line 24 of sample S. It outputs as a film thickness distribution (step S140).

このように、処理装置100は、算出される各ピクセルの理論値と2次元画像150の各ピクセル値との類似度が高くなるように、変動パラメータを調整することで、各測定点の膜厚を決定する。すなわち、算出される理論波形と実際に測定された実測波形との間で、相似関係に近い相関性が見出されるように、変動パラメータを調整する。   As described above, the processing apparatus 100 adjusts the variation parameter so that the similarity between the calculated theoretical value of each pixel and each pixel value of the two-dimensional image 150 is high, so that the film thickness at each measurement point is adjusted. To decide. That is, the variation parameter is adjusted so that a correlation close to a similarity is found between the calculated theoretical waveform and the actually measured actual waveform.

続いて、処理装置100は、サンプルSに対する膜厚測定の終了条件が満たされているか否かを判断する(ステップS142)。サンプルSに対する膜厚測定の終了条件が満たされていなければ(ステップS142においてNO)、処理装置100は、ステップS130以下の処理を繰返す。   Subsequently, the processing apparatus 100 determines whether or not a film thickness measurement termination condition for the sample S is satisfied (step S142). If the film thickness measurement termination condition for sample S is not satisfied (NO in step S142), processing device 100 repeats the processes in and after step S130.

これに対して、サンプルSに対する膜厚測定の終了条件が満たされていれば(ステップS142においてYES)、処理装置100は、ステップS140において順次算出された膜厚分布を統合して、サンプルSの測定面における膜厚分布(膜厚の面内分布)として出力する(ステップS144)。そして、処理は終了する。   On the other hand, if the film thickness measurement termination condition for sample S is satisfied (YES in step S142), processing device 100 integrates the film thickness distributions sequentially calculated in step S140, and A film thickness distribution (in-plane distribution of film thickness) on the measurement surface is output (step S144). Then, the process ends.

以上のように、膜厚測定方法の処理手順(その2)においては、サンプルSから取得された波長分布特性である、透過率スペクトルまたは反射率スペクトルの実測値と、入射角θ、屈折率n(λ)、波長λ、膜厚d(j)とをパラメータにもつモデル式(理論式)に従って決定される透過率スペクトルまたは反射率スペクトルの理論値との間の形状比較(フィッティング)により、サンプルSの膜厚(あるいは、膜厚分布)を決定する。 As described above, in the processing procedure (part 2) of the film thickness measurement method, the measured value of the transmittance spectrum or the reflectance spectrum, which is the wavelength distribution characteristic acquired from the sample S, the incident angle θ 0 , the refractive index. Shape comparison (fitting) between the transmittance spectrum or the theoretical value of the reflectance spectrum determined in accordance with a model equation (theoretical equation) having n 1 (λ), wavelength λ, and film thickness d 1 (j) as parameters. Thus, the film thickness (or film thickness distribution) of the sample S is determined.

より具体的には、透過率スペクトルTtheo(i,j,d(j))(または、反射率分布Rtheo(i,j,d(j)))において、膜厚d(j)を変化させつつ、透過率分布Tmeas(i,j)(または、反射率分布Rmeas(i,j))との間の相関行列(または、相関値)を算出するとともに、最も相関が高い(すなわち、相関係数が最も1に近い)膜厚d(j)を最終結果として出力する。 More specifically, in the transmittance spectrum T theo (i, j, d 1 (j)) (or reflectance distribution R theo (i, j, d 1 (j))), the film thickness d 1 (j ) While calculating the correlation matrix (or correlation value) between the transmittance distribution T meas (i, j) (or the reflectance distribution R meas (i, j)) and the most correlated. The film thickness d 1 (j) that is high (that is, the correlation coefficient is closest to 1) is output as the final result.

以上のような処理によって、サンプルSの膜厚分布(膜厚の面内分布)を測定できる。
上述の膜厚測定方法の処理手順(その2)においては、測定点から測定光学系10への入射角θに応じた補正要素として、入射角θを考慮して算出される、透過率分布Ttheo(i,j,d(j))、あるいは、反射率分布Rtheo(i,j,d(j))に着目して説明したが、補正要素は、これに限られるものではない。例えば、補正要素は、上述した波数Kを含み得る概念である。
The film thickness distribution (in-plane distribution of film thickness) of the sample S can be measured by the above processing.
In the processing procedure (part 2) of the above-described film thickness measurement method, the transmittance is calculated in consideration of the incident angle θ 0 as a correction factor corresponding to the incident angle θ 0 from the measurement point to the measurement optical system 10. Although the description has been given focusing on the distribution T theo (i, j, d 1 (j)) or the reflectance distribution R theo (i, j, d 1 (j)), the correction element is limited to this. is not. For example, the correction element is a concept may include the wave number K 1 described above.

なお、上述のステップS136およびS138において、透過率分布Ttheo(i,j,d(j))(または、反射率分布Rtheo(i,j,d(j)))について、変動させる膜厚パラメータd(j)の範囲およびピッチを設定して、当該設定された変動範囲内での膜厚値d(j)に対する透過率分布Ttheo(i,j,d(j))(または、反射率分布Rtheo(i,j,d(j)))を予め算出しておく。その上で、予め算出した透過率分布Ttheo(i,j,d(j))(または、反射率分布Rtheo(i,j,d(j)))と実測された透過率分布Tmeas(i,j)(または、反射率分布Rmeas(i,j))との間で相関行列または相関係数を総当たりで算出し、算出された結果のうちから類似度(相関係数)が最も高くなるような膜厚値d(j)を、各測定点での膜厚と決定してもよい。 In steps S136 and S138 described above, the transmittance distribution T theeo (i, j, d 1 (j)) (or the reflectance distribution R theo (i, j, d 1 (j))) is changed. By setting the range and pitch of the film thickness parameter d 1 (j), the transmittance distribution T theo (i, j, d 1 (j) with respect to the film thickness value d 1 (j) within the set fluctuation range. ) (Or reflectance distribution R theo (i, j, d 1 (j))) is calculated in advance. Then, the transmittance distribution T theo (i, j, d 1 (j)) calculated in advance (or the reflectance distribution R theo (i, j, d 1 (j))) and the actually measured transmittance distribution. A correlation matrix or correlation coefficient is calculated with respect to T meas (i, j) (or reflectance distribution R meas (i, j)), and a similarity (correlation) is calculated from the calculated results. The film thickness value d 1 (j) that gives the highest (number) may be determined as the film thickness at each measurement point.

(e5:多層膜試料)
説明の便宜上、1つの層の膜厚を測定する処理について主として説明したが、これに限らず、多層膜試料の各層の膜厚を測定することができる。また、多層膜試料の各層の屈折率についても測定することができる。
(E5: multilayer film sample)
For convenience of explanation, the process of measuring the film thickness of one layer has been mainly described, but the present invention is not limited thereto, and the film thickness of each layer of the multilayer film sample can be measured. The refractive index of each layer of the multilayer film sample can also be measured.

上述の膜厚測定方法の処理手順(その1)において、多層膜試料の各層の膜厚を測定する場合には、波数変換透過率T’または波数変換反射率R’をフーリエ変換することで得られるパワースペクトルP(K)には、各層の膜厚に応じた複数のピークが現れることになる。パワースペクトルP(K)に現れる複数のピークを解析することによって、対象のサンプルを構成する各層の膜厚をそれぞれ算出できる。 In the processing procedure (part 1) of the film thickness measurement method described above, when measuring the film thickness of each layer of the multilayer film sample, the wave number conversion transmittance T ′ or the wave number conversion reflectance R ′ is obtained by Fourier transform. A plurality of peaks corresponding to the film thickness of each layer appear in the power spectrum P (K 1 ). By analyzing a plurality of peaks appearing in the power spectrum P (K 1 ), the film thickness of each layer constituting the target sample can be calculated.

また、膜厚測定方法の処理手順(その2)において、多層膜試料の各層の膜厚を測定する場合には、波長分散を考慮した各層の光学定数(屈折率と消衰係数)、および、各層の膜厚を含むモデル式を用いて、各層についてフィッティングを行うことによって、対象のサンプルを構成する各層の膜厚をそれぞれ算出できる。   Further, in the processing procedure of the film thickness measurement method (part 2), when measuring the film thickness of each layer of the multilayer film sample, the optical constants (refractive index and extinction coefficient) of each layer considering wavelength dispersion, and By performing fitting on each layer using a model formula including the film thickness of each layer, the film thickness of each layer constituting the target sample can be calculated.

(e6:インライン測定/オフライン測定)
上述の説明においては、主として、サンプルSの2次元画像の撮像に引き続いて膜厚測定が実施される処理例を示したが、このようなインライン測定あるいはリアルタイム測定に限定されることなく、例えば、サンプルSの2次元画像を順次撮像しておき、事後的に、膜厚トレンド(膜厚の面内分布)を出力するようにしてもよい。
(E6: Inline measurement / offline measurement)
In the above description, the processing example in which the film thickness measurement is performed following the imaging of the two-dimensional image of the sample S is mainly shown. However, the present invention is not limited to such in-line measurement or real-time measurement. A two-dimensional image of the sample S may be sequentially captured, and a film thickness trend (in-plane distribution of film thickness) may be output afterwards.

<F.屈折率測定方法>
上述の膜厚測定方法においては、サンプルSの屈折率n(λ)は、顕微分光膜厚計などを用いて事前に測定するものとしたが、本実施の形態に従う光学測定装置を用いることで、サンプルSの屈折率n(λ)を測定することもできる。
<F. Refractive index measurement method>
In the above-described film thickness measurement method, the refractive index n 1 (λ) of the sample S is measured in advance using a microspectrophotometer or the like, but an optical measurement device according to the present embodiment is used. Thus, the refractive index n 1 (λ) of the sample S can also be measured.

(f1:概要)
まず、同一のサンプルSの小片(例えば、1mm角)を測定ライン上の各測定点に配置して当該測定点における実測値(透過率分布Tmeas(i,j)または反射率分布Rmeas(i,j))を順次取得する。すなわち、同一のサンプルSについて、位置方向ピクセル番号j(すなわち、入射角θ)を異ならせた場合の波長方向の透過率スペクトルまたは反射率スペクトルを測定する。
(F1: Overview)
First, a small piece (for example, 1 mm square) of the same sample S is arranged at each measurement point on the measurement line, and an actual measurement value (transmittance distribution T meas (i, j) or reflectance distribution R meas ( i, j)) are obtained sequentially. That is, for the same sample S, the transmittance spectrum or reflectance spectrum in the wavelength direction when the position direction pixel number j (that is, the incident angle θ 0 ) is varied is measured.

同一のサンプルSから測定された透過率分布Tmeas(i,j)(または、反射率分布Rmeas(i,j))に対して、同一の膜厚dとの事前情報を適用することで、未知の屈折率n(λ)を決定する。 Applying prior information of the same film thickness d 1 to the transmittance distribution T meas (i, j) (or reflectance distribution R meas (i, j)) measured from the same sample S Thus, the unknown refractive index n 1 (λ) is determined.

図21および図22は、本実施の形態に従う屈折率測定方法の概要を説明するための模
式図である。図21には、特定の位置方向ピクセル番号jにおける強度分布を用いて、サンプルSの屈折率n(λ)を測定する例を示す。図22には、特定の波長方向ピクセル番号iにおける強度分布を用いて、サンプルSの屈折率n(λ)を測定する例を示す。
21 and 22 are schematic diagrams for illustrating the outline of the refractive index measurement method according to the present embodiment. FIG. 21 shows an example in which the refractive index n 1 (λ) of the sample S is measured using the intensity distribution at a specific position direction pixel number j. FIG. 22 shows an example in which the refractive index n 1 (λ) of the sample S is measured using the intensity distribution at a specific wavelength direction pixel number i.

図21を参照して、位置方向ピクセル番号jに着目した場合には、サンプルSの屈折率n(λ)を暫定値に設定した上で、特定の位置方向ピクセル番号jにおける透過率分布Tmeas(i,j)(または、反射率分布Rmeas(i,j))から膜厚d(j)(j=j,j,j,・・・)をそれぞれ算出する。ここで、膜厚dは同一であるので、それぞれ算出される膜厚d(j)が一致するように、サンプルSの屈折率n(λ)を決定する。 Referring to FIG. 21, when attention is paid to the position direction pixel number j, the refractive index n 1 (λ) of the sample S is set to a provisional value, and the transmittance distribution T at a specific position direction pixel number j is set. Film thickness d 1 (j) (j = j 1 , j 2 , j 3 ,...) is calculated from meas (i, j) (or reflectance distribution R meas (i, j)). Here, since the film thickness d 1 is the same, the refractive index n 1 (λ) of the sample S is determined so that the calculated film thicknesses d 1 (j) match.

図22を参照して、特定の波長方向ピクセル番号iに着目した場合には、理論値と実測値との差分に対して、同一の膜厚dとの事前情報を適用することで、未知の屈折率n(λ)を決定する。 Referring to FIG. 22, when focusing on a specific wavelength direction pixel number i, unknown information is obtained by applying prior information of the same film thickness d 1 to the difference between the theoretical value and the actual measurement value. The refractive index n 1 (λ) of is determined.

より具体的には、まず、透過率分布Ttheo(i,j,d,n(i))(または、反射率分布Rtheo(i,j,d,n(i)))と、対応する位置方向ピクセル番号jにおける透過率分布Tmeas(i,j)(または、反射率分布Rmeas(i,j))とを比較する。 More specifically, first, the transmittance distribution T theo (i, j, d 1 , n 1 (i)) (or the reflectance distribution R theo (i, j, d 1 , n 1 (i))) And the transmittance distribution T meas (i, j) (or the reflectance distribution R meas (i, j)) at the corresponding position direction pixel number j.

透過率分布Ttheo(または、反射率分布Rtheo)は、ピクセル位置(i,j)、膜厚d、屈折率n(λ)に依存した値となる。ピクセル位置(i,j)は既知であり、膜厚dは波長方向ピクセル番号iによらず同一である。したがって、複数の波長方向ピクセル番号i(i=i,i,i,・・・)についての理論値と実測値との比較結果に対して、膜厚dが同一であるという事前情報を適用することで、屈折率n(λ)を決定することができる。 The transmittance distribution T theo (or the reflectance distribution R theo ) is a value that depends on the pixel position (i, j), the film thickness d 1 , and the refractive index n 1 (λ). Pixel location (i, j) are known, the thickness d 1 is the same irrespective of the wavelength direction pixel number i. Therefore, in advance, the film thickness d 1 is the same as the comparison result between the theoretical value and the actual measurement value for the plurality of wavelength direction pixel numbers i (i = i 1 , i 2 , i 3 ,...). By applying the information, the refractive index n 1 (λ) can be determined.

また、図22を参照して、位置方向ピクセル番号jに着目した場合と同様に、特定の波長方向ピクセル番号iに着目した場合においても、サンプルSの屈折率n(λ)を暫定値に設定した上で、特定の波長方向ピクセル番号iにおける透過率分布Tmeas(i,j)(または、反射率分布Rmeas(i,j))から膜厚d(i)(i=i,i,i,・・・)をそれぞれ算出する。ここで、膜厚dは同一であるので、それぞれ算出される膜厚d(i)が一致するように、サンプルSの屈折率n(λ)を決定する。 Referring to FIG. 22, similarly to the case where attention is paid to the position direction pixel number j, the refractive index n 1 (λ) of the sample S is set to the provisional value even when attention is paid to the specific wavelength direction pixel number i. After setting, the film thickness d 1 (i) (i = i 1 ) from the transmittance distribution T meas (i, j) (or the reflectance distribution R meas (i, j)) at a specific wavelength direction pixel number i. , I 2 , i 3 ,... Here, since the film thickness d 1 is the same, the refractive index n 1 (λ) of the sample S is determined so that the calculated film thicknesses d 1 (i) coincide with each other.

本実施の形態に従う屈折率測定方法の概要を説明すると以下のようになる。すなわち、本実施の形態に従う屈折率測定方法によれば、顕微分光膜厚計などの専用の測定装置を用いることなく、本実施の形態に従う光学測定装置を用いて、サンプルSの屈折率nを測定できる。 The outline of the refractive index measurement method according to the present embodiment will be described as follows. That is, according to the refractive index measurement method according to the present embodiment, the refractive index n 1 of the sample S can be obtained using the optical measurement device according to the present embodiment without using a dedicated measurement device such as a microspectrophotometer. Can be measured.

例えば、上述したような入射角θの補正機能を有する演算処理に従って、任意の屈折率nを任意の初期値(例えば、すべての波長について1)に設定した上で、サンプルSの小片の配置位置を変化させることで、膜厚トレンドを取得する。屈折率nの設定値がサンプルSの実際の屈折率とは異なっている場合には、膜厚トレンドはフラットにならない。最小二乗法などを用いて、屈折率nを適宜変化させることで、膜厚トレンドが最もフラットになるような、すなわち膜厚分散が最小となるような屈折率nを決定できる。 For example, after setting an arbitrary refractive index n 1 to an arbitrary initial value (for example, 1 for all wavelengths) according to an arithmetic process having a correction function of the incident angle θ 0 as described above, The film thickness trend is acquired by changing the arrangement position. When the set value of the refractive index n 1 is different from the actual refractive index of the sample S, the film thickness trend does not become flat. By using a least squares method, the refractive index n 1 by appropriately changing a thickness trend that most becomes flat, i.e. the refractive index n 1 as the film thickness variance is minimized it can be determined.

なお、屈折率nは、全波長平均の定数として求めてもよいし、より厳密に求めたい場合は波長分散を考慮し、例えば、Cauchyの分散式n(λ)=E+(F/λ)+(G/λ)を仮定し、各項の係数を最小二乗法などにより求めてもよい。 The refractive index n 1 may be obtained as a constant of the average of all wavelengths, or when it is desired to obtain it more strictly, considering chromatic dispersion, for example, Cauchy's dispersion formula n 1 (λ) = E + (F / λ 2 ) + (G / λ 4 ), and the coefficient of each term may be obtained by the least square method or the like.

あるいは、入射角が比較的大きな特定のラインに注目し、膜厚の残差二乗値が最小となるような方法で屈折率を算出してもよい。   Alternatively, attention may be paid to a specific line having a relatively large incident angle, and the refractive index may be calculated by a method that minimizes the residual square value of the film thickness.

本実施の形態においては、同一の測定基準を測定光が照射されるサンプルSの測定点に順次配置するとともに、当該測定点における実測値を順次取得することで、2次元画像150に対応する実測値分布(透過率分布Tmeas(i,j)、または、反射率分布Rmeas(i,j))を取得する。また、測定光が照射されるサンプルSの各測定点に対応する2次元画像150上の領域に関連付けて、各測定点から測定光学系10への入射角に応じた補正要素(各測定点に対応する入射角の大きさを示す値)を算出する。実測値分布のいずれか一方向に沿った1または複数の列についてのピクセル値群と、対応する補正要素とに基づいて、測定基準の屈折率を含む光学特性を算出する。このとき、実測値分布において、膜厚dは同一であるとの事前情報が利用される。 In the present embodiment, the same measurement standard is sequentially arranged at the measurement points of the sample S irradiated with the measurement light, and the actual measurement values at the measurement points are sequentially acquired, thereby the actual measurement corresponding to the two-dimensional image 150. A value distribution (transmittance distribution T meas (i, j) or reflectance distribution R meas (i, j)) is acquired. Further, in association with the region on the two-dimensional image 150 corresponding to each measurement point of the sample S irradiated with the measurement light, a correction element corresponding to the incident angle from each measurement point to the measurement optical system 10 (for each measurement point) The value indicating the magnitude of the corresponding incident angle) is calculated. Based on the pixel value group for one or a plurality of columns along any one direction of the actually measured value distribution and the corresponding correction element, the optical characteristic including the refractive index of the measurement reference is calculated. At this time, the measured value distribution, a priori information between the film thickness d 1 is the same is utilized.

以下、それぞれの場合についてより詳細に説明する。
(f2:波長方向の情報に基づく屈折率測定方法(その1))
まず、波長方向の情報に基づく屈折率測定方法(その1)について説明する。まず、サンプルSの屈折率の波長依存性は考慮せずに、n(λ)=n(一定値)である場合を先に説明する。
Hereinafter, each case will be described in more detail.
(F2: Refractive Index Measurement Method Based on Wavelength Direction Information (Part 1))
First, a refractive index measurement method (part 1) based on information in the wavelength direction will be described. First, the case where n 1 (λ) = n 1 (constant value) will be described first without considering the wavelength dependence of the refractive index of the sample S.

波長方向の情報に基づく屈折率測定方法(その1)においては、サンプルSの屈折率nを何らかの初期値に設定するとともに、その屈折率nに基づいて、複数の波長方向ピクセル番号iの透過率スペクトル(または、反射率スペクトル)について、それぞれ膜厚dを算出する。そして、算出された複数の膜厚dについての膜厚トレンドを評価する。膜厚トレンドがフラットになるように、屈折率nをフィッティングする。すなわち、サンプルSの実際の屈折率nが設定した屈折率nとは異なっていると、膜厚トレンドがフラットを維持できない。これは、上述したような、測定干渉光の入射角θの影響を考慮した計算方法を採用することで、サンプルSの定点の膜厚は、いずれの入射角θで測定しても一定値になるべきであるという前提に基づいている。 In the refractive index measurement method (part 1) based on the information on the wavelength direction, the refractive index n 1 of the sample S is set to some initial value, and a plurality of wavelength direction pixel numbers i are set based on the refractive index n 1 . transmission spectrum (or reflectance spectra) will be calculated thickness d 1, respectively. Then, to evaluate the thickness trend of a plurality of film thickness d 1 that is calculated. As the thickness trend is flat, fitting the refractive index n 1. That is, if the actual refractive index n 1 of the sample S is different from the set refractive index n 1 , the film thickness trend cannot be kept flat. This is because the calculation method in consideration of the influence of the incident angle θ 0 of the measurement interference light as described above is adopted, and the film thickness of the fixed point of the sample S is constant regardless of the incident angle θ 0. Based on the assumption that it should be a value.

このような前提に従って、膜厚トレンドのフラット度合いをコスト関数として採用し、このコスト関数の値が最小となる屈折率nを決定する。サンプルSの定点を位置方向ピクセル番号jにおいて測定したとき膜厚をd(j)とする。位置方向ピクセル番号jを変化させたときの膜厚トレンド曲線d(j)を定数関数f(j)=μ(μは一定値)と近似する。このとき、残差二乗和Sは、以下の(12)式のように規定できる。(12)式中の一定値μの値を最小二乗法により決定する。より具体的には、残差二乗和Sが最小となる条件、すなわち∂S/∂μ=0が成立するときの一定値μを求めると、以下の(13)式のようになる。 In accordance with such a premise, the flatness of the film thickness trend is adopted as a cost function, and the refractive index n 1 that minimizes the value of this cost function is determined. When the fixed point of the sample S is measured at the position direction pixel number j, the film thickness is defined as d 1 (j). The film thickness trend curve d 1 (j) when the position direction pixel number j is changed is approximated to a constant function f (j) = μ (μ is a constant value). At this time, the residual sum of squares S can be defined as the following equation (12). The value of the constant value μ in the equation (12) is determined by the least square method. More specifically, when a condition that minimizes the residual sum of squares S, that is, a constant value μ when ∂S / ∂μ = 0 holds, the following equation (13) is obtained.

なお、(12)式に従って算出される一定値μは、膜厚d(j)の平均値に相当する。そして、残差二乗和Sは、膜厚d(j)の平均値に対する残差二乗和になるので、膜厚d(j)の分散(以下、「膜厚分散」とも称す。)に相当する。 The constant value μ calculated according to the equation (12) corresponds to the average value of the film thickness d 1 (j). Then, the residual sum of squares S is, since the residual square sum to the average value of the film thickness d 1 (j), the variance of the film thickness d 1 (j) (hereinafter, also referred to as "film thickness dispersion".) To Equivalent to.

次に、膜厚トレンド、膜厚平均値、および膜厚分散(膜厚の残差二乗和)は、いずれも屈折率nに依存するので、コスト関数として、膜厚d(j)の膜厚分散D(n)を以下の(14)式のように規定できる。 Next, since the film thickness trend, the film thickness average value, and the film thickness dispersion (the residual sum of squares of the film thickness) all depend on the refractive index n 1 , the film thickness d 1 (j) is expressed as a cost function. The film thickness dispersion D (n 1 ) can be defined as in the following formula (14).

上述の(14)式について、屈折率nの値を順次変化させて、膜厚分散D(n)が最小となる条件、すなわち∂D/∂n=0が成立するときの屈折率nを求めることができる。 With respect to the above equation (14), the refractive index n 1 is sequentially changed to change the refractive index when the condition that the film thickness dispersion D (n 1 ) is minimized, that is, ∂D / ∂n 1 = 0 holds. n 1 can be determined.

図23は、本実施の形態に従う波長方向の情報に基づく屈折率測定方法(その1)に従って算出された膜厚トレンドの一例を示すグラフである。図23(A)のグラフは、ポリエチレン薄膜の屈折率n(一定値)毎の膜厚トレンドを示す。膜厚トレンド変化の比較を容易化するように、図23(B)のグラフは、位置方向ピクセル番号j=600において膜厚d=10[μm]となるように規格化した結果を示す。図23の膜厚トレンドを算出するにあたって、上述の図15に示す2次元画像を生成する際に用いた、透過率スペクトルT(λ)の理論値を利用した。 FIG. 23 is a graph showing an example of the film thickness trend calculated according to the refractive index measurement method (part 1) based on the information in the wavelength direction according to the present embodiment. The graph in FIG. 23A shows a film thickness trend for each refractive index n 1 (constant value) of the polyethylene thin film. In order to facilitate comparison of film thickness trend changes, the graph of FIG. 23B shows the result of normalization so that the film thickness d 1 = 10 [μm] at the position direction pixel number j = 600. In calculating the film thickness trend of FIG. 23, the theoretical value of the transmittance spectrum T (λ) used when generating the two-dimensional image shown in FIG. 15 was used.

サンプルSの屈折率nを1.51から0.01ずつ大きくしていくと、1.56から1.57への増加を境目に、膜厚トレンドが下に凸から上に凸に変化していることが分かる。また、屈折率n=1.56のときに、膜厚分散D(n)が最小となり、膜厚トレンドも最もフラットになっていることが分かる。図23に示す膜厚トレンドに係る値を以下の表に示す。 As the refractive index n 1 of the sample S is increased from 1.51 to 0.01, the film thickness trend changes from convex downward to convex upward at an increase from 1.56 to 1.57. I understand that It can also be seen that when the refractive index n 1 = 1.56, the film thickness dispersion D (n 1 ) is the smallest and the film thickness trend is the flattest. Values relating to the film thickness trend shown in FIG. 23 are shown in the following table.

以上のような算出結果から、屈折率nを1/100の精度で求めると、屈折率n=1.56と決定できる。 From the above calculation results, if the refractive index n 1 is obtained with an accuracy of 1/100, it can be determined that the refractive index n 1 = 1.56.

なお、上述の(12)式,(13)式,(14)式においては、膜厚分散D(n)を算出する際に、位置方向ピクセル番号jのすべてを用いるように記載されているが、必ずしもすべてを用いる必要はなく、要求される精度に応じて、所定数のピクセル列を用いれ
ばよい。この場合、サンプルSを配置する測定点についても、膜厚測定方法における分解能に比較して粗い間隔で配置すればよい。
In the above-described equations (12), (13), and (14), it is described that all the position direction pixel numbers j are used when calculating the film thickness dispersion D (n 1 ). However, it is not always necessary to use all of them, and a predetermined number of pixel columns may be used according to the required accuracy. In this case, the measurement points at which the sample S is arranged may be arranged at coarse intervals as compared with the resolution in the film thickness measurement method.

図24は、本実施の形態に従う波長方向の情報に基づく屈折率測定方法(その1)の処理手順を示すフローチャートである。図24を参照して、まず、ユーザは、測定ライン上の各測定点にサンプルSの小片の配置、および、光学測定装置1を操作して当該配置されたサンプルSからの実測値の取得を繰返す(ステップS200)。これにより、処理装置100は、同一のサンプルSから測定された透過率分布Tmeas(i,j)(または、反射率分布Rmeas(i,j))を取得する。 FIG. 24 is a flowchart showing a processing procedure of the refractive index measurement method (part 1) based on information in the wavelength direction according to the present embodiment. Referring to FIG. 24, first, the user arranges a small piece of sample S at each measurement point on the measurement line, and obtains an actual measurement value from the arranged sample S by operating optical measurement apparatus 1. Repeat (step S200). Thereby, the processing apparatus 100 acquires the transmittance distribution T meas (i, j) (or the reflectance distribution R meas (i, j)) measured from the same sample S.

続いて、処理装置100は、測定光学系10に入射する測定干渉光について、各測定点に対応する入射角θを算出する(ステップS202)。次に、処理装置100は、測定光学系10に対する波長校正の結果などから、2次元画像150のピクセル位置と波長λとの関係を示す波長変換式λ(i,j)を算出する(ステップS204)。 Subsequently, the processing apparatus 100 calculates an incident angle θ 0 corresponding to each measurement point for the measurement interference light incident on the measurement optical system 10 (step S202). Next, the processing apparatus 100 calculates a wavelength conversion formula λ (i, j) indicating the relationship between the pixel position of the two-dimensional image 150 and the wavelength λ from the result of wavelength calibration for the measurement optical system 10 (step S204). ).

このステップS202およびS204の処理は、図11に示す屈折率測定方法の処理手順(その1)のフローチャートにおけるステップS100およびS104と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。   Since the processes in steps S202 and S204 are the same as steps S100 and S104 in the flowchart of the refractive index measurement method processing procedure (part 1) shown in FIG. 11, detailed description thereof will not be repeated.

続いて、処理装置100は、屈折率nを任意の初期値に設定し(ステップS206)。そして、処理装置100は、複数の位置方向ピクセル番号jについて、透過率分布Tmeas(i,j)(または、反射率分布Rmeas(i,j))から膜厚d(j)をそれぞれ算出する(ステップS208)。 Subsequently, the processing apparatus 100, the refractive index n 1 is set to an arbitrary initial value (step S206). Then, the processing apparatus 100 determines the film thickness d 1 (j) from the transmittance distribution T meas (i, j) (or the reflectance distribution R meas (i, j)) for each of the plurality of position-direction pixel numbers j. Calculate (step S208).

処理装置100は、算出したそれぞれの膜厚d(j)から膜厚の平均値を算出する(ステップS210)とともに、ステップS210において算出された膜厚の平均値を用いて、膜厚分散D(n)を算出する(ステップS212)。そして、処理装置100は、屈折率nの予め定められた範囲内の変化が完了したか否かを判断する(ステップS214)。屈折率nの予め定められた範囲内の変化が完了していなければ(ステップS214においてNO)、処理装置100は、屈折率nを更新し(ステップS216)、ステップS206以下の処理を繰返す。 The processing apparatus 100 calculates an average value of the film thickness from each calculated film thickness d 1 (j) (step S210), and uses the average value of the film thickness calculated in step S210 to determine the film thickness dispersion D. (N 1 ) is calculated (step S212). Then, the processing unit 100 determines whether the change in the predetermined range of the refractive index n 1 is completed (step S214). If the change in refractive index n 1 within the predetermined range has not been completed (NO in step S214), processing device 100 updates refractive index n 1 (step S216), and repeats the processes in and after step S206. .

屈折率nの予め定められた範囲内の変化が完了すれば(ステップS214においてYES)、処理装置100は、ステップS212において算出された膜厚分散D(n)のうち最小となるものを決定し(ステップS218)、決定した膜厚分散D(n)に対応する屈折率nをサンプルSの屈折率として決定する(ステップS220)。そして、処理は終了する。 If the change in refractive index n 1 within a predetermined range is completed (YES in step S214), processing device 100 determines the smallest one of film thickness dispersions D (n 1 ) calculated in step S212. The refractive index n 1 corresponding to the determined film thickness dispersion D (n 1 ) is determined as the refractive index of the sample S (step S220). Then, the process ends.

以上のように、波長方向の情報に基づいて、サンプルSの屈折率nを決定できる。
(f3:波長方向の情報に基づく屈折率測定方法(その2))
上述の波長方向の情報に基づく屈折率測定方法(その1)においては、サンプルSの屈折率nを解析的に決定する方法を例示したが、予め定めた多項式を用いたフィッティングにより、屈折率nを決定してもよい。
As described above, the refractive index n 1 of the sample S can be determined based on the information in the wavelength direction.
(F3: Refractive index measurement method based on wavelength direction information (2))
In the refractive index measurement method (part 1) based on the information on the wavelength direction described above, the method of analytically determining the refractive index n 1 of the sample S is exemplified, but the refractive index is determined by fitting using a predetermined polynomial. n 1 may be determined.

図25は、本実施の形態に従う波長方向の情報に基づく屈折率測定方法(その2)における屈折率nの決定方法を説明するための図である。図25には、屈折率nを変化させたときに算出された膜厚分散D(n)をプロットしたグラフを示す。図25に示すような、屈折率nと膜厚分散D(n)との関係に対して、例えば、以下の(15)式に示すような3次多項式をフィッティングさせることができる。 FIG. 25 is a diagram for describing a method of determining the refractive index n 1 in the refractive index measurement method (part 2) based on information in the wavelength direction according to the present embodiment. FIG. 25 shows a graph in which the film thickness dispersion D (n 1 ) calculated when the refractive index n 1 is changed is plotted. For example, a cubic polynomial as shown in the following equation (15) can be fitted to the relationship between the refractive index n 1 and the film thickness dispersion D (n 1 ) as shown in FIG.

すなわち、図25に示すそれぞれの膜厚分散D(n)を通るように、(15)式の各係数A,A,A,Aをフィッティングする。図25に示すようなフィッティングされた3次多項式が極小値(最小値)をとる点に対応して屈折率nを決定できる。すなわち、屈折率nは、以下の(16)式に従って、係数A,A,A,Aに基づいて算出できる。 That is, the coefficients A 3 , A 2 , A 1 , A 0 of the equation (15) are fitted so as to pass through the respective film thickness dispersions D (n 1 ) shown in FIG. The refractive index n 1 can be determined corresponding to the point at which the fitted cubic polynomial as shown in FIG. 25 takes the minimum value (minimum value). That is, the refractive index n 1 can be calculated based on the coefficients A 3 , A 2 , A 1 , A 0 according to the following equation (16).

図25に示すフィッティングにより得られた結果を以下の表に示す。   The results obtained by the fitting shown in FIG. 25 are shown in the following table.

以上のような算出結果から、屈折率nを1/10000の精度で求めると、屈折率n=1.5634と決定できる。フィッティングに多項式を用いることで、屈折率nの変動幅(この例では、0.01刻み(すなわち、1/100の精度))より高い精度で屈折率を決定できる。 From the above calculation results, when the refractive index n 1 is obtained with an accuracy of 1/10000, it can be determined that the refractive index n 1 = 1.5634. By using a polynomial for the fitting, the refractive index can be determined with higher accuracy than the fluctuation range of the refractive index n 1 (in this example, in increments of 0.01 (that is, accuracy of 1/100)).

波長方向の情報に基づく屈折率測定方法(その2)の処理手順は、図24に示すフローチャートのステップS218およびS220に代えて、図25に示すような多項式を用いたフィッティングが実行される。それ以外の点については、上述の波長方向の情報に基づく屈折率測定方法(その1)と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。   In the processing procedure of the refractive index measurement method (part 2) based on the information in the wavelength direction, fitting using a polynomial as shown in FIG. 25 is executed instead of steps S218 and S220 in the flowchart shown in FIG. Since the other points are the same as those in the refractive index measurement method (part 1) based on the information in the wavelength direction described above, detailed description will not be repeated.

(f4:波長方向の情報に基づく屈折率測定方法(その3))
上述したような波長方向の情報のうち、入射角θの影響をより大きく受けるものに注目することで、サンプルSの屈折率nをより効率的に決定できる。より具体的には、まず、任意の位置方向ピクセル番号jにおける膜厚d(j)の平均値に対する偏差である残差二乗値y(n,j)を、以下の(17)式に示すように規定する。
(F4: Refractive index measurement method based on wavelength direction information (part 3))
By focusing on the information in the wavelength direction as described above that is more greatly affected by the incident angle θ 0 , the refractive index n 1 of the sample S can be determined more efficiently. More specifically, first, a residual square value y (n 1 , j), which is a deviation from an average value of the film thickness d 1 (j) at an arbitrary pixel number j in the position direction, is expressed by the following equation (17). Specify as shown.

図26は、本実施の形態に従う波長方向の情報に基づく屈折率測定方法(その3)における屈折率nの決定方法を説明するための図である。図26には、屈折率nを変化させたときに算出された残差二乗値yをプロットしたグラフを示す。図26に示すような、屈折率nと残差二乗値yとの関係に対して、例えば、上述の(15)式に示すような3次多項式をフィッティングさせることができる。 FIG. 26 is a diagram for describing a method of determining the refractive index n 1 in the refractive index measurement method (part 3) based on information in the wavelength direction according to the present embodiment. FIG. 26 shows a graph in which the residual square value y calculated when the refractive index n 1 is changed is plotted. With respect to the relationship between the refractive index n 1 and the residual square value y as shown in FIG. 26, for example, a cubic polynomial as shown in the above equation (15) can be fitted.

すなわち、図26に示すそれぞれの残差二乗値yを通るように、(15)式の各係数A
,A,A,Aをフィッティングする。図26に示すようなフィッティングされた3次多項式が極小値(最小値)をとる点に対応して屈折率nを決定できる。すなわち、屈折率nは、上述の(16)式に従って、係数A,A,A,Aに基づいて算出できる。
That is, each coefficient A in equation (15) is passed through each residual square value y shown in FIG.
3. Fitting A 2 , A 1 , A 0 The refractive index n 1 can be determined corresponding to the point at which the fitted cubic polynomial as shown in FIG. 26 takes the minimum value (minimum value). That is, the refractive index n 1 can be calculated based on the coefficients A 3 , A 2 , A 1 , A 0 according to the above equation (16).

すなわち、図26に示すそれぞれの残差二乗値yを通るように、(15)式の各係数A,A,A,Aをフィッティングする。図26に示すようなフィッティングされた3次多項式が極小値(最小値)をとる点に対応して屈折率nを決定できる。図26に示すフィッティングにより得られた結果を以下の表に示す。 That is, the coefficients A 3 , A 2 , A 1 , A 0 of the equation (15) are fitted so as to pass through the respective residual square values y shown in FIG. The refractive index n 1 can be determined corresponding to the point at which the fitted cubic polynomial as shown in FIG. 26 takes the minimum value (minimum value). The results obtained by the fitting shown in FIG. 26 are shown in the following table.

上表においては、入射角θが比較的大きいと考えられる4つの位置方向ピクセル番号(j=50,100,1100,1150)について、屈折率nを算出した。 In the above table, the refractive index n 1 was calculated for four position direction pixel numbers (j = 50, 100, 1100, 1150) that are considered to have a relatively large incident angle θ 0 .

本実施の形態に従う波長方向の情報に基づく屈折率測定方法(その3)においては、少なくとも2点の測定点にサンプルSを配置してスペクトルを測定すればよいので、測定の手間を低減できて、簡便に屈折率nを算出できる。このとき、サンプルSを配置する測定点は、入射角の角度差が大きくなるような位置を選択することが好ましい。 In the refractive index measurement method (part 3) based on the information in the wavelength direction according to the present embodiment, it is only necessary to measure the spectrum by arranging the sample S at at least two measurement points. The refractive index n 1 can be easily calculated. At this time, the measurement point where the sample S is arranged is preferably selected at a position where the angle difference between the incident angles is large.

さらに、可能な限り大きな入射角を有する特定の位置方向ピクセル番号jに着目し、残差二乗値yが極小値(最小値)をとる点から屈折率nを算出することもできる。例えば、上述の表において、位置方向ピクセル番号j=50について、1/10000の精度で屈折率nを求めると、屈折率n=1.5587と決定できる。フィッティングに多項式を用いることで、屈折率nの変動幅(この例では、0.01刻み(すなわち、1/100の精度))より高い精度で屈折率を決定できる。 Furthermore, focusing on a specific position direction pixel number j having the largest possible incident angle, the refractive index n 1 can also be calculated from the point where the residual square value y takes a minimum value (minimum value). For example, when the refractive index n 1 is obtained with an accuracy of 1/10000 for the position direction pixel number j = 50 in the above table, the refractive index n 1 = 1.5587 can be determined. By using a polynomial for the fitting, the refractive index can be determined with higher accuracy than the fluctuation range of the refractive index n 1 (in this example, in increments of 0.01 (that is, accuracy of 1/100)).

波長方向の情報に基づく屈折率測定方法(その3)の処理手順は、上述の波長方向の情報に基づく屈折率測定方法(その2)の処理手順と比較して、膜厚分散D(n)ではなく残差二乗値yを用いる点のみが異なっている。それ以外の点については、上述の波長方向の情報に基づく屈折率測定方法(その1)と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。 The processing procedure of the refractive index measurement method ( No. 3) based on the information in the wavelength direction is compared with the processing procedure of the refractive index measurement method ( No. 2) based on the information in the wavelength direction described above. Only the point that the residual square value y is used instead of. Since the other points are the same as those in the refractive index measurement method (part 1) based on the information in the wavelength direction described above, detailed description will not be repeated.

(f5:波長方向の情報に基づく屈折率測定方法(その4))
上述の波長方向の情報に基づく屈折率測定方法(その1)の説明においては、屈折率n(λ)=n(一定値)であるとした。しかしながら、実際には、屈折率n(λ)は波長依存性を有している。この場合には、多項式を用いて屈折率n(λ)を規定し、多項式の各係数をフィッティング対象とすることで、波長依存性を考慮した屈折率n(λ)を決定できる。
(F5: Refractive index measurement method based on wavelength direction information (part 4))
In the description of the refractive index measurement method (part 1) based on the information in the wavelength direction described above, it is assumed that the refractive index n 1 (λ) = n 1 (constant value). However, in practice, the refractive index n 1 (λ) has wavelength dependency. In this case, the refractive index n 1 (λ) is defined using a polynomial, and the refractive index n 1 (λ) in consideration of wavelength dependence can be determined by using each coefficient of the polynomial as a fitting target.

一例として、以下の(18)式に示すようなCauchyの分散式を用いてもよい。(18)式の各項の係数(E,F,G)を変化させるとともに、評価対象の値(上述した波長方向の情報に基づく屈折率測定方法(その2)においては、膜厚分散D(n))が極小値(最小値)をとる係数の組を、最小二乗法などにより決定すればよい。 As an example, a Cauchy dispersion formula as shown in the following formula (18) may be used. While changing the coefficient (E, F, G) of each term of the equation (18), the value of the evaluation object (in the refractive index measurement method (part 2) based on the information on the wavelength direction described above), the film thickness dispersion D ( A set of coefficients for which n 1 )) takes a minimum value (minimum value) may be determined by a least square method or the like.

すなわち、膜厚分散Dを係数(E,F,G)に依存させた、以下の(19)式において、∂D/∂E=∂D/∂F=∂D/∂G=0を満たす係数(E,F,G)の組を求めることにより、(18)式から波長依存性を考慮した屈折率n(λ)を求めることができる。 That is, the coefficient satisfying ∂D / ∂E = ∂D / ∂F = ∂D / ∂G = 0 in the following equation (19) in which the film thickness dispersion D is made to depend on the coefficients (E, F, G). By obtaining a set of (E, F, G), the refractive index n 1 (λ) considering wavelength dependence can be obtained from the equation (18).

また、上述の波長方向の情報に基づく屈折率測定方法(その3)においては、残差二乗値yが極小値(最小値)をとる点から屈折率nが算出されるが、この方法においても、波長依存性を考慮した屈折率n(λ)を求めることができる。上述の(19)式と同様のy(D,E,F)を導出するとともに、∂y/∂E=∂y/∂F=∂y/∂G=0を満たす係数(E,F,G)の組を求めることにより、(18)式から波長依存性を考慮した屈折率n(λ)を求めることができる。 Further, in the refractive index measurement method (part 3) based on the information in the wavelength direction described above, the refractive index n 1 is calculated from the point where the residual square value y takes the minimum value (minimum value). Also, the refractive index n 1 (λ) can be obtained in consideration of wavelength dependency. Similar to the above equation (19), y (D, E, F) is derived, and coefficients (E, F, G) satisfying ∂y / ∂E = ∂y / ∂F = ∂y / ∂G = 0. ), The refractive index n 1 (λ) considering wavelength dependence can be obtained from the equation (18).

以上のような手順により、波長依存性を考慮した屈折率n(λ)を求めることができる。 The refractive index n 1 (λ) considering the wavelength dependency can be obtained by the procedure as described above.

(f6:位置方向の情報に基づく屈折率測定方法(その1))
次に、位置方向の情報に基づく屈折率測定方法について説明する。上述の図22を参照して説明したように、位置方向の情報に基づいてサンプルSの屈折率nを測定する場合には、同一のサンプルSの小片から測定された透過率分布Tmeas(i,j)(または、反射率分布Rmeas(i,j))と、屈折率nを含む関数に従って算出される透過率分布Ttheo(i,j,n(i))(または、反射率分布Rtheo(i,j,n(i)))について、1または複数の波長方向ピクセル番号iについて、位置方向ピクセル番号jに沿ったトレンドを比較することによって、屈折率n(i)を決定する。
(F6: Refractive Index Measurement Method Based on Position Direction Information (Part 1))
Next, a refractive index measurement method based on position direction information will be described. As described above with reference to FIG. 22, when the refractive index n 1 of the sample S is measured based on the position direction information, the transmittance distribution T meas ( i, j) (or reflectance distribution R meas (i, j)) and a transmittance distribution T theo (i, j, n 1 (i)) calculated according to a function including the refractive index n 1 (or For the reflectance distribution R theo (i, j, n 1 (i))), for one or more wavelength direction pixel numbers i, by comparing the trend along the position direction pixel number j, the refractive index n (i ).

まず、上述の図7に示すような、空気(媒質0)中に薄膜のサンプルS(膜厚d)について、サンプルS内での多重反射を考慮した場合の透過率分布Ttheoは、以下の(20)式のようになる。なお、空気の屈折率n=1としている。 First, for the sample S (film thickness d 1 ) of the thin film in the air (medium 0) as shown in FIG. 7 described above, the transmittance distribution T theo when considering multiple reflections in the sample S is as follows: (20). Note that the refractive index of air n 0 = 1.

上述の(20)式において、振幅反射率r01は、s偏光およびp偏光のそれぞれについて、以下の(21−1)式のように表わされる。さらに、入射角θと屈折角θとの間には、n・sinθ=n・sinθの関係(スネルの法則)が成立するので、(21−1)式は(21−2)式のように変形できる。なお、空気の屈折率n=1としている。すなわち、振幅反射率r01は、サンプルSの屈折率nおよび入射角θのみで規定できる。 In the above equation (20), the amplitude reflectance r 01 is expressed by the following equation (21-1) for each of s-polarized light and p-polarized light. Furthermore, since the relationship of n 0 · sin θ 0 = n 1 · sin θ 1 (Snell's law) is established between the incident angle θ 0 and the refraction angle θ 1 , the equation (21-1) is expressed as (21− 2) It can be transformed as shown in the equation. Note that the refractive index of air n 0 = 1. That is, the amplitude reflectance r 01 can be defined only by the refractive index n 1 and the incident angle θ 0 of the sample S.

ここで、偏光が生じない場合の強度反射率R01=|r01は、s偏光およびp偏光の両方の成分が含まれているので、以下の(22)式のように規定できる。 Here, the intensity reflectance R 01 = | r 01 | 2 in the case where no polarization occurs includes both s-polarized light and p-polarized light components, and therefore can be defined as in the following equation (22).

上述の(20)式に(21−2)式および(22)式を代入して振幅反射率r01を消去することで、透過率分布Ttheoは、サンプルSの屈折率n(i)、入射角θ(j)、サンプルSの膜厚d、波長λ(i)で規定できる。 By substituting the equations (21-2) and (22) into the above equation (20) and erasing the amplitude reflectance r 01 , the transmittance distribution T theo is the refractive index n 1 (i) of the sample S. , Incident angle θ 0 (j), film thickness d 1 of sample S, and wavelength λ (i).

上述したように、透過率分布Tmeas(i,j)(または、反射率分布Rmeas(i,j))は、同一のサンプルSの小片を測定ライン上の各測定点に配置して測定した値であり、膜厚dは、波長方向ピクセル番号iおよび位置方向ピクセル番号jに依存しない一定値である。 As described above, the transmittance distribution T meas (i, j) (or the reflectance distribution R meas (i, j)) is measured by placing a small piece of the same sample S at each measurement point on the measurement line. The film thickness d 1 is a constant value independent of the wavelength direction pixel number i and the position direction pixel number j.

特定の波長方向ピクセル番号iに着目すると、透過率分布Tmeas(i,j)(または、反射率分布Rmeas(i,j))と透過率分布Tmeas(i,j)(または、反射率分布Rmeas(i,j))との誤差を示す残差二乗和Qを、以下の(23)式のように規定できる。 Focusing on a specific wavelength direction pixel number i, the transmittance distribution T meas (i, j) (or reflectance distribution R meas (i, j)) and the transmittance distribution T meas (i, j) (or reflection) A residual sum of squares Q indicating an error from the rate distribution R meas (i, j)) can be defined as the following equation (23).

上述の(23)式に規定された残差二乗和Qが最小となる条件、すなわち∂Q/∂d=∂Q/∂n(i)=0を解くことで、注目した波長方向ピクセル番号iについての屈折率n(i)および対応する膜厚dを決定できる。 The wavelength direction pixel of interest is solved by solving the condition for minimizing the residual sum of squares Q defined in the above equation (23), that is, ∂Q / ∂d 1 = ∂Q / ∂n 1 (i) = 0. The refractive index n 1 (i) and the corresponding film thickness d 1 for number i can be determined.

上述したように、膜厚dは、波長方向ピクセル番号iおよび位置方向ピクセル番号jに依存しない一定値であるので、屈折率nの波長依存性を考慮しない場合(すなわち、屈折率nが一定値である場合)には、1つの波長方向ピクセル番号iについて算出した屈折率n(i)および対応する膜厚dを最終的な値として出力してもよい。 As described above, the film thickness d 1 are the constant value independent of the wavelength direction pixel number i and the position-direction pixel number j, without considering the wavelength dependence of the refractive index n 1 (i.e., the refractive index n 1 May be a constant value), the refractive index n 1 (i) calculated for one wavelength direction pixel number i and the corresponding film thickness d 1 may be output as final values.

より測定精度を高めるためには、波長方向ピクセル番号iのすべてについて屈折率nおよび膜厚dの組を決定してもよい。この場合、屈折率nおよび膜厚dの組の値を平均化などの統計処理を行った結果を最終出力してもよい。 In order to further improve the measurement accuracy, a set of the refractive index n 1 and the film thickness d 1 may be determined for all the wavelength direction pixel numbers i. In this case, the result of statistical processing such as averaging the values of the set of the refractive index n 1 and the film thickness d 1 may be finally output.

なお、後述の位置方向の情報に基づく屈折率測定方法(その3)において説明するように、屈折率nの波長依存性を考慮する場合には、複数の波長方向ピクセル番号iを対象にする必要がある。 As will be described in refractive index measurement method based on the position direction information will be described later (Part 3), when considering the wavelength dependence of the refractive index n 1 is directed to a plurality of wavelengths direction pixel number i There is a need.

なお、上述の(23)式においては、残差二乗和Qを算出する際に、位置方向ピクセル番号jのすべてを用いるように記載されているが、必ずしもすべてを用いる必要はなく、要求される精度に応じて、所定数のピクセル列を用いればよい。この場合、サンプルSを配置する測定点についても、膜厚測定方法における分解能に比較して粗い間隔で配置すればよい。   In the above equation (23), it is described that all of the position direction pixel numbers j are used when calculating the residual sum of squares Q, but it is not always necessary to use all of them, and is required. A predetermined number of pixel columns may be used depending on the accuracy. In this case, the measurement points at which the sample S is arranged may be arranged at coarse intervals as compared with the resolution in the film thickness measurement method.

位置方向の情報に基づく屈折率測定方法(その1)の処理手順は、残差二乗和の関数を除いて、図24に示す波長方向の情報に基づく屈折率測定方法(その1)の処理手順と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。   The processing procedure of the refractive index measurement method (part 1) based on the position direction information is the same as the processing procedure of the refractive index measurement method (part 1) based on the wavelength direction information shown in FIG. Detailed description will not be repeated.

(f7:位置方向の情報に基づく屈折率測定方法(その2))
上述の位置方向の情報に基づく屈折率測定方法(その1)においては、実測値と理論値とを比較することで、波長方向ピクセル番号i毎に屈折率nおよび膜厚dを決定する。
(F7: Refractive Index Measurement Method Based on Position Direction Information (Part 2))
In the refractive index measurement method (part 1) based on the information on the position direction described above, the refractive index n 1 and the film thickness d 1 are determined for each wavelength direction pixel number i by comparing the measured value with the theoretical value. .

位置方向の情報に基づく屈折率測定方法(その2)においては、同一の膜厚dとの事前情報を適用することで、より高精度に屈折率nを決定する。より具体的には、膜厚トレンドのフラット度合いをコスト関数として採用し、このコスト関数の値が最小となる屈折率nを決定してもよい。波長方向ピクセル番号iを変化させたときの膜厚トレンド曲線d(i)を定数関数f(j)=μ(μは一定値)と近似する。このとき、残差二乗和Sは、以下の(24)式のように規定できる。(24)式中の一定値μの値を最小二乗法により決定する。より具体的には、残差二乗和Sが最小となる条件、すなわち∂S/∂μ=0が成立するときの一定値μを求めると、以下の(25)式のようになる。 In the refractive index measurement method (part 2) based on the information on the position direction, the refractive index n 1 is determined with higher accuracy by applying prior information with the same film thickness d 1 . More specifically, the flatness of the film thickness trend may be adopted as a cost function, and the refractive index n 1 that minimizes the value of this cost function may be determined. The film thickness trend curve d 1 (i) when the pixel number i in the wavelength direction is changed is approximated to a constant function f (j) = μ (μ is a constant value). At this time, the residual sum of squares S can be defined as the following equation (24). The value of the constant value μ in the equation (24) is determined by the least square method. More specifically, when a condition that minimizes the residual sum of squares S, that is, a constant value μ when ∂S / ∂μ = 0 holds, the following equation (25) is obtained.

なお、(25)式に従って算出される一定値μは、膜厚d(i)の平均値に相当する。そして、残差二乗和Sは、膜厚d(i)の平均値に対する残差二乗和になるので、膜厚d(i)の分散(以下、「膜厚分散」とも称す。)に相当する。 The constant value μ calculated according to the equation (25) corresponds to the average value of the film thickness d 1 (i). Then, the residual sum of squares S is, since the residual square sum to the average value of the film thickness d 1 (i), the dispersion of the film thickness d 1 (i) (hereinafter, also referred to as "film thickness dispersion".) To Equivalent to.

図27は、本実施の形態に従う位置方向の情報に基づく屈折率測定方法(その2)における膜厚dのより確からしい値を決定する方法を説明するための図である。膜厚dは、波長方向ピクセル番号iの数だけ算出できるが、それぞれの波長方向ピクセル番号iについて算出された膜厚dはいずれも同じ値になるはずである。そこで、図27に示すように、波長方向ピクセル番号iを変化させたときの膜厚トレンド曲線d(i)を定数関数f(i)=μ(μは一定値)と近似する。そして、d(i)とf(i)との残差二乗和Sが極小値(最小値)をとるように定数μを決定する。そのように決定された定数μは、より確からしい膜厚dとなる。 Figure 27 is a diagram for explaining a method of determining a more probable value of the film thickness d 1 of the refractive index measurement method based on the position direction of the information according to the present embodiment (Part 2). The film thickness d 1 can be calculated as many as the number of wavelength direction pixel numbers i, but the film thickness d 1 calculated for each wavelength direction pixel number i should be the same value. Therefore, as shown in FIG. 27, the film thickness trend curve d 1 (i) when the wavelength direction pixel number i is changed is approximated to a constant function f (i) = μ (μ is a constant value). Then, the constant μ is determined so that the residual sum of squares S of d 1 (i) and f (i) takes a minimum value (minimum value). So determined constant μ has a thickness d 1 more probable.

次に、(25)式中の透過率の理論値を示す項に、より確からしい膜厚d=μを与えるとともに、透過率の理論値と透過率の実測値との間の残差二乗和Qを、以下の(26)式のように規定する。 Next, a more probable film thickness d 1 = μ is given to the term indicating the theoretical value of transmittance in the equation (25), and the residual square between the theoretical value of transmittance and the measured value of transmittance is calculated. The sum Q is defined as the following equation (26).

上述の(26)式に規定された残差二乗和Qが最小となる条件、すなわち∂Q/∂n(i)=0を解くことで、注目した波長方向ピクセル番号iについての屈折率n(i)および対応する膜厚dを決定できる。 By solving the condition that the residual sum of squares Q defined in the above equation (26) is the minimum, that is, 式 Q / ∂n 1 (i) = 0, the refractive index n for the focused wavelength direction pixel number i 1 (i) and the corresponding film thickness d 1 can be determined.

上述したように、膜厚dは、波長方向ピクセル番号iおよび位置方向ピクセル番号jに依存しない一定値であるので、屈折率nの波長依存性を考慮しない場合(すなわち、屈折率nが一定値である場合)には、1つの波長方向ピクセル番号iについて算出した屈折率n(i)および対応する膜厚dを最終的な値として出力してもよい。 As described above, the film thickness d 1 are the constant value independent of the wavelength direction pixel number i and the position-direction pixel number j, without considering the wavelength dependence of the refractive index n 1 (i.e., the refractive index n 1 May be a constant value), the refractive index n 1 (i) calculated for one wavelength direction pixel number i and the corresponding film thickness d 1 may be output as final values.

より測定精度を高めるためには、波長方向ピクセル番号iのすべてについて屈折率nおよび膜厚dの組を決定してもよい。この場合、屈折率nおよび膜厚dの組の値を平均化などの統計処理を行った結果を最終出力してもよい。 In order to further improve the measurement accuracy, a set of the refractive index n 1 and the film thickness d 1 may be determined for all the wavelength direction pixel numbers i. In this case, the result of statistical processing such as averaging the values of the set of the refractive index n 1 and the film thickness d 1 may be finally output.

なお、後述の位置方向の情報に基づく屈折率測定方法(その3)において説明するように、屈折率nの波長依存性を考慮する場合には、複数の波長方向ピクセル番号iを対象にする必要がある。 As will be described in refractive index measurement method based on the position direction information will be described later (Part 3), when considering the wavelength dependence of the refractive index n 1 is directed to a plurality of wavelengths direction pixel number i There is a need.

なお、上述の(26)式においては、残差二乗和Qを算出する際に、位置方向ピクセル番号jのすべてを用いるように記載されているが、必ずしもすべてを用いる必要はなく、
要求される精度に応じて、所定数のピクセル列を用いればよい。この場合、サンプルSを配置する測定点についても、膜厚測定方法における分解能に比較して粗い間隔で配置すればよい。
In the above equation (26), when calculating the residual sum of squares Q, it is described that all of the position direction pixel numbers j are used, but it is not always necessary to use all of them.
A predetermined number of pixel columns may be used according to the required accuracy. In this case, the measurement points at which the sample S is arranged may be arranged at coarse intervals as compared with the resolution in the film thickness measurement method.

位置方向の情報に基づく屈折率測定方法(その1)の処理手順は、図24に示す波長方向の情報に基づく屈折率測定方法(その1)の処理手順と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。   The processing procedure of the refractive index measurement method (part 1) based on the information on the position direction is the same as the processing procedure of the refractive index measurement method (part 1) based on the information on the wavelength direction shown in FIG. Do not repeat.

(f8:位置方向の情報に基づく屈折率測定方法(その3))
上述の位置方向の情報に基づく屈折率測定方法(その1)および(その2)の説明においては、屈折率n(λ)=n(一定値)の場合を想定している。しかしながら、実際には、屈折率n(λ)は波長依存性を有している。この場合には、多項式を用いて屈折率n(λ)を規定し、多項式の各係数をフィッティング対象とすることで、波長依存性を考慮した屈折率n(λ)を決定できる。
(F8: Refractive index measurement method based on position direction information (part 3))
In the description of the refractive index measurement methods (No. 1) and (No. 2) based on the information on the position direction, the case of refractive index n 1 (λ) = n 1 (constant value) is assumed. However, in practice, the refractive index n 1 (λ) has wavelength dependency. In this case, the refractive index n 1 (λ) is defined using a polynomial, and the refractive index n 1 (λ) in consideration of wavelength dependence can be determined by using each coefficient of the polynomial as a fitting target.

一例として、上述の(18)式に示すようなCauchyの分散式を用いてもよい。この場合いは、少なくとも波長方向ピクセル番号iの3点について、屈折率n(i)を算出することで、(18)式の各項の係数(E,F,G)を決定できる。 As an example, a Cauchy dispersion formula as shown in the above formula (18) may be used. In this case, the coefficient (E, F, G) of each term of the equation (18) can be determined by calculating the refractive index n 1 (i) for at least three points of the wavelength direction pixel number i.

また、Cauchy分散式を用いた場合、波長方向ピクセル番号iの各々での位置方向のデータ列を複数まとめて取り扱うこともできる。すなわち、異なる複数の波長方向ピクセル番号iについて、膜厚dおよび係数(E,F,G)を、波長方向ピクセル番号iに依存しない共通のパラメータとして取り扱い、これら4つのパラメータを変化させたときに、位置方向ピクセル番号jに加えて、複数の波長方向ピクセル番号iに関する和も含めた残差二乗和Qが最小になるように係数(E,F,G)を決定できる。 In addition, when the Cauchy dispersion formula is used, a plurality of data strings in the position direction in each of the wavelength direction pixel numbers i can be handled collectively. That is, for a plurality of different wavelength direction pixel numbers i, the film thickness d 1 and the coefficients (E, F, G) are handled as common parameters independent of the wavelength direction pixel numbers i, and these four parameters are changed. Further, in addition to the position direction pixel number j, the coefficient (E, F, G) can be determined so that the residual square sum Q including the sum related to the plurality of wavelength direction pixel numbers i is minimized.

より具体的には、∂Q/∂d=∂Q/∂E=∂Q/∂F=∂Q/∂G=0を満たす、膜厚dおよび係数(E,F,G)の組を求めてもよい。この際のアルゴリズムとしては、Gauss−Newton法、最急降下法、Levenberg−Marquardt法などを使用できる。 More specifically, a set of film thickness d 1 and coefficients (E, F, G) satisfying ∂Q / ∂d 1 = ∂Q / ∂E = ∂Q / ∂F = ∂Q / ∂G = 0. You may ask for. As an algorithm at this time, Gauss-Newton method, steepest descent method, Levenberg-Marquardt method, or the like can be used.

さらに別の方法として、上述の(26)式に最小二乗法を適用して、波長方向ピクセル番号iの各々について屈折率n(i)を算出した後、算出された波長方向ピクセル番号iの各々についての屈折率n(i)(i=1,2,3,・・・,C/B)を集合させることで、屈折率の波長依存性n(λ)を決定することもできる。この方法では、屈折率の波長依存性の関数形(モデル式)を特に指定する必要がない。 As another method, the least square method is applied to the above equation (26) to calculate the refractive index n 1 (i) for each wavelength direction pixel number i, and then the calculated wavelength direction pixel number i is calculated. Refractive index wavelength dependence n 1 (λ) is determined by aggregating the refractive indices n 1 (i) (i = 1, 2, 3,..., C x / B x ) for each. You can also. In this method, it is not necessary to specify the function form (model formula) of the wavelength dependency of the refractive index.

以上のような手順により、波長依存性を考慮した屈折率n(λ)を求めることができる。 The refractive index n 1 (λ) considering the wavelength dependency can be obtained by the procedure as described above.

<G.アプリケーション例>
次に、本実施の形態に従う光学測定装置のアプリケーション例について説明する。
<G. Application example>
Next, an application example of the optical measurement device according to the present embodiment will be described.

例えば、本実施の形態に従う光学測定装置は、フィルム製造ラインなどに配置されることで、インラインでの膜厚測定を行うことができる。本実施の形態に従う光学測定装置は、サンプル膜厚の面内分布(すなわち、膜厚の2次元分布)を出力できる。例えば、サンプルの搬送方向、すなわちMD方向(Machine Direction)の膜厚トレンドの変化から、
フィルム製造ラインに生じ得る欠陥部分を特定することなども可能となる。
For example, the optical measurement device according to the present embodiment can be measured in-line by being disposed on a film production line or the like. The optical measurement apparatus according to the present embodiment can output an in-plane distribution of sample film thickness (that is, a two-dimensional distribution of film thickness). For example, from the change in film thickness trend in the sample transport direction, that is, the MD direction (Machine Direction),
It is also possible to specify a defective portion that may occur in the film production line.

より具体的には、例えば、フィルム製造ラインは、複数の搬送ローラを有しており、い
ずれかの搬送ローラが、フィルムへの凸部の形成やローラ表面への異物混入などの欠陥部分を有していたとする。この場合、搬送ローラのローラ半径(あるいは、円周長さ)やその搬送ローラにおけるフィルム巻長に依存した周期で膜厚に変化が生じると考えられる。このようなMD方向の膜厚トレンドに生じる変化(膜厚の大きさ変動、スジやムラの発生、局所的なムラの発生など)の周期性から、フィルム製造ライン上の欠陥部分を特定することができる。
More specifically, for example, the film production line has a plurality of conveyance rollers, and any one of the conveyance rollers has a defective portion such as formation of a convex portion on the film or contamination of the roller surface. Suppose you were. In this case, it is considered that the film thickness changes in a cycle depending on the roller radius (or circumferential length) of the transport roller and the film winding length of the transport roller. Identify defects on the film production line from the periodicity of changes that occur in the film thickness trend in the MD direction (thickness fluctuations, streaks and unevenness, local unevenness, etc.) Can do.

このように、本実施の形態に従う光学測定装置が出力する膜厚トレンドの周期性を利用することで、欠陥検査などを行うことができる。   In this way, defect inspection or the like can be performed by utilizing the periodicity of the film thickness trend output by the optical measurement device according to the present embodiment.

本実施の形態に従う光学測定装置は、上述したようなアプリケーションに限らず、任意の用途に用いることができる。   The optical measurement device according to the present embodiment is not limited to the application as described above, and can be used for any purpose.

例えば、インラインでの膜厚測定の対象としては、半導体、機能性フィルム、プラスチック、各種フィルタなどが挙げられる。   For example, in-line film thickness measurement targets include semiconductors, functional films, plastics, and various filters.

<H.その他の実施の形態>
(h1:実測膜厚値からの画角および中心位置の決定)
上述の説明においては、測定光学系10の画角φ(=Atan(b/2f))は、カタログスペック上の撮像素子160の長さbおよび対物レンズ12の焦点距離fから理論的に決定することを前提とした。
<H. Other Embodiments>
(H1: Determination of angle of view and center position from measured film thickness value)
In the above description, the angle of view φ (= Atan (b / 2f)) of the measurement optical system 10 is theoretically determined from the length b of the image sensor 160 on the catalog specification and the focal length f of the objective lens 12. It was assumed that.

しかしながら、実際に使用する対物レンズ12の種類によっては、レンズ歪みやフォーカス度合いの変化によって、実効的な焦点距離f’が焦点距離fのカタログ値から微妙ずれる可能性がある。また、光学調整の際、ピクセルの中心位置(j=C/2B)と撮像部16の撮像中心を一致させることが少々難しい場合も想定される。 However, depending on the type of the objective lens 12 that is actually used, the effective focal length f ′ may slightly deviate from the catalog value of the focal length f due to lens distortion or a change in the focus degree. In addition, when optical adjustment is performed, it may be a little difficult to make the pixel center position (j = C y / 2B y ) coincide with the imaging center of the imaging unit 16.

このような場合、膜厚の実測値から画角の実効値および中心位置を決定するようにしてもよい。例えば、同一のサンプルSについて、位置方向ピクセル番号j(すなわち、入射角θ)を異ならせた場合の波長方向の透過率スペクトルまたは反射率スペクトルを測定する。そして、測定した透過率スペクトルまたは反射率スペクトルに対して、入射角θの補正を行うことなく、上述の膜厚測定方法の処理手順(その1)に従って膜厚をそれぞれ算出する。このような手順によって、それぞれの測定点に対応する膜厚の変化を示す膜厚トレンドを得ることができる。 In such a case, the effective value of the angle of view and the center position may be determined from the actually measured value of the film thickness. For example, with respect to the same sample S, the transmittance spectrum or reflectance spectrum in the wavelength direction when the position direction pixel number j (that is, the incident angle θ 0 ) is varied is measured. Then, the film thickness is respectively calculated according to the processing procedure (part 1) of the above-described film thickness measurement method without correcting the incident angle θ 0 for the measured transmittance spectrum or reflectance spectrum. By such a procedure, a film thickness trend indicating a change in film thickness corresponding to each measurement point can be obtained.

そして、取得された膜厚トレンドに対して、ピクセルの中心位置での膜厚値を1に規格化した上で、y=cosA(x−x0)などの関数によりフィッティングすることで、膜厚の実測値に基づいて、実効的な画角φ’(=Atan(b/2f’))および中心位置xを算出できる。 Then, the film thickness value at the center position of the pixel is normalized to 1 with respect to the obtained film thickness trend, and then fitting with a function such as y = cosA (x−x0) Based on the actual measurement value, the effective angle of view φ ′ (= Atan (b / 2f ′)) and the center position x 0 can be calculated.

(h2:複数の光学測定装置の並列配置)
本実施の形態に従う光学測定装置をフィルム製造ラインなどに配置する場合には、フィルムのライン幅に応じて、本実施の形態に従う光学測定装置が並列に複数台配置されることが想定される。このような場合、測定光学系10の測定範囲の端部付近には、隣接配置された他の測定光学系10の測定範囲と重複する部分が生じ得る。すなわち、サンプルSの同一ポイントが複数の測定光学系10の測定範囲に含まれることが想定される。このような場合、それぞれの光学測定装置から出力される、サンプルSの同一ポイントについての測定結果が互いに異なる可能性がある。このような不整合は、ライン管理上好ましくないので、以下のような補正方法を採用して、測定結果を整合させてもよい。
(H2: Parallel arrangement of a plurality of optical measuring devices)
When the optical measuring device according to the present embodiment is arranged on a film production line or the like, it is assumed that a plurality of optical measuring devices according to the present embodiment are arranged in parallel according to the line width of the film. In such a case, a portion overlapping the measurement range of another measurement optical system 10 arranged adjacent to the measurement optical system 10 may be formed near the end of the measurement range of the measurement optical system 10. That is, it is assumed that the same point of the sample S is included in the measurement range of the plurality of measurement optical systems 10. In such a case, the measurement results for the same point of the sample S output from the respective optical measurement devices may be different from each other. Since such inconsistency is not preferable in line management, the following correction method may be employed to match the measurement results.

本実施の形態に従う光学測定装置においては、測定干渉光の入射角の影響を排除できるので、サンプルの同一ポイントについて算出されるそれぞれの膜厚は、入射角によらず一定になる。例えば、それぞれの光学測定装置にて、同一のサンプルSの小片(例えば、1mm角)についての膜厚を測定し、測定されたそれぞれの膜厚(例えば、入射角がゼロとなる測定点での測定値)の間で整合性がとれるように、それぞれの光学測定装置に、オフセット補正および/または係数などを設定すればよい。   In the optical measurement apparatus according to the present embodiment, the influence of the incident angle of the measurement interference light can be eliminated, so that the respective film thicknesses calculated for the same point of the sample are constant regardless of the incident angle. For example, each optical measurement device measures the film thickness of a small piece (for example, 1 mm square) of the same sample S, and measures each film thickness (for example, at a measurement point where the incident angle becomes zero). What is necessary is just to set offset correction and / or a coefficient, etc. to each optical measuring device so that consistency may be taken between measurement values.

<I.利点>
上述したように、本実施の形態によれば、様々な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できる。また、本実施の形態によれば、専用の測定装置などを用いることなく、屈折率などのサンプルの光学特性を測定できる。
<I. Advantage>
As described above, according to the present embodiment, the in-plane distribution of film thicknesses of various samples can be measured at higher speed and with higher accuracy. Further, according to the present embodiment, it is possible to measure the optical characteristics of the sample such as the refractive index without using a dedicated measuring device.

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 embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1,2 光学測定装置、4 ベース部材、6 支持部材、10 測定光学系、12 対物レンズ、14 イメージング分光器、16 撮像部、20,174 光源、22 ラインライトガイド、24 測定ライン、28 垂直方向、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 2次元画像データ、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、142 スリット、144 第1レンズ、146 回折格子、148 第2レンズ、150 2次元画像、152,156 バッファ、154 モデル化モジュール、158 フィッティングモジュール、160 撮像素子、170 位置調整機構、172 シャッター。   1, 2 Optical measurement device, 4 Base member, 6 Support member, 10 Measurement optical system, 12 Objective lens, 14 Imaging spectroscope, 16 Imaging unit, 20, 174 Light source, 22 Line light guide, 24 Measurement line, 28 Vertical direction , 100 processor, 102 processor, 104 main memory, 106 input unit, 108 display unit, 110 storage, 112 operating system, 114 measurement program, 116 two-dimensional image data, 118 measurement result, 120 communication interface, 122 network interface, 124 Media drive, 126 recording medium, 142 slit, 144 first lens, 146 diffraction grating, 148 second lens, 150 two-dimensional image, 152,156 buffer, 154 modeling module, 158 I Tsu computing module, 160 imaging device, 170 positioning mechanism, 172 a shutter.

Claims (11)

測定対象に対して所定の波長範囲を有する測定光を直線状に照射する照射光学系と、前記測定光の照射により前記測定対象から生じる透過光または反射光である直線状の測定干渉光を当該測定干渉光の長手方向とは直交する方向に波長展開して2次元画像を出力する測定光学系とを備える光学測定装置を用いた光学測定方法であって、
同一のサンプルについて入射角を異ならせた場合の実測値分布を取得するステップと、
前記測定光が照射される前記測定対象の各測定点に対応する前記2次元画像上の領域に関連付けて、各測定点から前記測定光学系への入射角に応じた補正要素を算出するステップと、
前記実測値分布のいずれか一方向に沿った1または複数の列についてのピクセル値群と、対応する補正要素とに基づいて、前記サンプルの屈折率を含む光学特性を算出するステップとを備える、光学測定方法。
An irradiation optical system that linearly irradiates measurement light having a predetermined wavelength range with respect to the measurement target, and linear measurement interference light that is transmitted light or reflected light generated from the measurement target by irradiation of the measurement light. An optical measurement method using an optical measurement device including a measurement optical system that expands a wavelength in a direction orthogonal to a longitudinal direction of measurement interference light and outputs a two-dimensional image,
Obtaining a measured value distribution when the incident angle is varied for the same sample;
Calculating a correction element according to an incident angle from each measurement point to the measurement optical system in association with an area on the two-dimensional image corresponding to each measurement point of the measurement target irradiated with the measurement light; ,
Calculating an optical characteristic including a refractive index of the sample based on a pixel value group for one or a plurality of columns along any one direction of the measured value distribution and a corresponding correction element; Optical measurement method.
前記光学特性を算出するステップは、
前記実測値分布の複数の位置について、設定されている屈折率と、各位置に対応する補正要素と、各位置における波長方向のピクセル値群とに基づいて、それぞれの膜厚を算出するステップと、
前記算出されたそれぞれの膜厚についての分散である膜厚分散を算出するステップと、
前記サンプルの屈折率を異なる複数の値にそれぞれ設定して、前記膜厚を算出するステップおよび前記膜厚分散を算出するステップを繰返すステップと、
前記算出された膜厚分散に基づいて、前記サンプルの屈折率を決定するステップとを含む、請求項1に記載の光学測定方法。
Calculating the optical characteristic comprises:
Calculating a film thickness of each of the plurality of positions of the measured value distribution based on a set refractive index, a correction element corresponding to each position, and a pixel value group in the wavelength direction at each position; ,
Calculating a film thickness dispersion that is a dispersion for each of the calculated film thicknesses;
Setting the refractive index of the sample to a plurality of different values, respectively, repeating the steps of calculating the film thickness and calculating the film thickness dispersion;
The optical measurement method according to claim 1, further comprising: determining a refractive index of the sample based on the calculated film thickness dispersion.
前記サンプルの屈折率を決定するステップは、前記算出された膜厚分散が小さくなる屈折率を、前記サンプルの屈折率として決定するステップを含む、請求項2に記載の光学測定方法。   The optical measurement method according to claim 2, wherein the step of determining the refractive index of the sample includes a step of determining a refractive index that reduces the calculated film thickness dispersion as the refractive index of the sample. 前記サンプルの屈折率を決定するステップは、
屈折率と膜厚分散との関係に対して、予め定められた膜厚分散を示す多項式をフィッティングするステップと、
フィッティングにより決定された多項式により表される膜厚分散が極値をとる点に基づいて、前記サンプルの屈折率を決定するステップとを含む、請求項2に記載の光学測定方法。
Determining the refractive index of the sample comprises:
Fitting a polynomial indicating a predetermined film thickness dispersion with respect to the relationship between the refractive index and the film thickness dispersion;
The optical measurement method according to claim 2, further comprising: determining a refractive index of the sample based on a point at which the film thickness dispersion represented by the polynomial determined by the fitting takes an extreme value.
前記サンプルの屈折率を決定するステップは、
屈折率と前記算出されたそれぞれの膜厚についての残差二乗値との関係に対して、予め定められた残差二乗値を示す多項式をフィッティングするステップと、
フィッティングにより決定された多項式により表される残差二乗値が極値をとる点に基づいて、前記サンプルの屈折率を決定するステップとを含む、請求項2に記載の光学測定方法。
Determining the refractive index of the sample comprises:
Fitting a polynomial representing a predetermined residual square value with respect to the relationship between the refractive index and the residual square value for each calculated film thickness;
The optical measurement method according to claim 2, further comprising: determining a refractive index of the sample based on a point where a residual square value represented by a polynomial determined by fitting takes an extreme value.
前記サンプルの屈折率は、所定の波長分散式に従って算出され、
前記サンプルの屈折率を決定するステップは、
前記波長分散式を規定する各係数と膜厚分散との関係、および、前記波長分散式を規定する各係数と残差二乗値との関係、のいずれかに対して、最小二乗法を適用するステップと、
前記膜厚分散または前記残差二乗値が極値をとるときの係数の組に基づいて、前記サンプルの屈折率を決定するステップとを含む、請求項2に記載の光学測定方法。
The refractive index of the sample is calculated according to a predetermined wavelength dispersion formula,
Determining the refractive index of the sample comprises:
The least square method is applied to either the relationship between each coefficient that defines the chromatic dispersion formula and the film thickness dispersion or the relationship between each coefficient that defines the chromatic dispersion formula and the residual square value. Steps,
The optical measurement method according to claim 2, further comprising: determining a refractive index of the sample based on a set of coefficients when the film thickness dispersion or the residual square value takes an extreme value.
前記光学特性を算出するステップは、
前記実測値分布の任意の波長についての位置方向のピクセル値群が示す実測値分布を算出するステップと、
予め設定された前記サンプルの膜厚および屈折率と各位置に対応する補正要素とに基づいて、前記任意の波長についての理論値分布を算出するステップと、
前記理論値分布と前記実測値分布との誤差を小さくするように、前記サンプルの膜厚および屈折率を決定するステップとを含む、請求項1に記載の光学測定方法。
Calculating the optical characteristic comprises:
Calculating an actual value distribution indicated by a pixel value group in a position direction for an arbitrary wavelength of the actual value distribution;
Calculating a theoretical value distribution for the arbitrary wavelength based on a preset film thickness and refractive index of the sample and a correction factor corresponding to each position;
The optical measurement method according to claim 1, further comprising: determining a film thickness and a refractive index of the sample so as to reduce an error between the theoretical value distribution and the actual value distribution.
前記光学特性を算出するステップは、前記実測値分布の複数の波長の各々について、前記サンプルの屈折率を決定するステップを含む、請求項7に記載の光学測定方法。   The optical measurement method according to claim 7, wherein the step of calculating the optical characteristic includes a step of determining a refractive index of the sample for each of a plurality of wavelengths of the measured value distribution. 前記光学特性を算出するステップは、
前記理論値分布と前記実測値分布との誤差に基づいて、前記実測値分布の複数の波長について前記サンプルの膜厚をそれぞれ算出するステップと、
前記算出されたそれぞれの膜厚に基づいてより確からしい膜厚を決定するステップとを含む、請求項7または8に記載の光学測定方法。
Calculating the optical characteristic comprises:
Calculating each film thickness of the sample for a plurality of wavelengths of the actual value distribution based on an error between the theoretical value distribution and the actual value distribution;
The optical measurement method according to claim 7, further comprising: determining a more probable film thickness based on the calculated film thicknesses.
前記理論値分布の算出に用いられる前記サンプルの屈折率は所定の波長分散式に従って算出され、
前記実測値分布の複数の波長についての前記理論値分布と前記実測値分布とのそれぞれの誤差を小さくするように、前記所定の波長分散式を規定する各係数および膜厚をフィッティングするステップとを含む、請求項7に記載の光学測定方法。
The refractive index of the sample used for calculation of the theoretical value distribution is calculated according to a predetermined wavelength dispersion formula,
Fitting each coefficient and film thickness defining the predetermined wavelength dispersion formula so as to reduce the error between the theoretical value distribution and the actual value distribution for a plurality of wavelengths of the actual value distribution; The optical measurement method according to claim 7, further comprising:
測定対象に対して所定の波長範囲を有する測定光を直線状に照射する照射光学系と、
前記測定光の照射により前記測定対象から生じる透過光または反射光である直線状の測定干渉光を当該測定干渉光の長手方向とは直交する方向に波長展開して2次元画像を出力する測定光学系と、
処理装置とを備え、前記処理装置は、
同一のサンプルについて入射角を異ならせた場合の実測値分布を取得する取得手段と、
前記測定光が照射される前記測定対象の各測定点に対応する前記2次元画像上の領域に関連付けて、各測定点から前記測定光学系への入射角に応じた補正要素を算出する第1の算出手段と、
前記実測値分布のいずれか一方向に沿った1または複数の列についてのピクセル値群と、対応する補正要素とに基づいて、前記サンプルの屈折率を含む光学特性を算出する第2の算出手段とを備える、光学測定装置。
An irradiation optical system for linearly irradiating measurement light having a predetermined wavelength range with respect to the measurement object;
Measurement optics that outputs a two-dimensional image by expanding the wavelength of linear measurement interference light, which is transmitted light or reflected light generated from the measurement object by irradiation of the measurement light, in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the measurement interference light. The system,
A processing device, the processing device,
An acquisition means for acquiring an actual value distribution when the incident angle is varied for the same sample;
A correction element corresponding to an incident angle from each measurement point to the measurement optical system is calculated in association with a region on the two-dimensional image corresponding to each measurement point of the measurement target irradiated with the measurement light. Means for calculating
Second calculation means for calculating an optical characteristic including a refractive index of the sample based on a pixel value group for one or a plurality of columns along any one direction of the measured value distribution and a corresponding correction element. An optical measuring device comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7253457B2 (en) * 2019-06-25 2023-04-06 株式会社Screenホールディングス Correction method, correction device and imaging device
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JP6758736B1 (en) * 2020-04-08 2020-09-23 大塚電子株式会社 Optical measurement system and optical measurement method

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0634525A (en) * 1992-07-21 1994-02-08 Olympus Optical Co Ltd High-speed spectrophotometer
JP2000275016A (en) * 1999-03-26 2000-10-06 Inst Of Physical & Chemical Res Measurement method and measuring apparatus for film characteristic value distribution
JP2004279296A (en) * 2003-03-18 2004-10-07 Japan Science & Technology Agency Film thickness acquiring method
JP2012122768A (en) * 2010-12-06 2012-06-28 National Central Univ Method for measuring thin film element using optical multi-wavelength interferometry
JP2013044729A (en) * 2011-08-26 2013-03-04 Sumitomo Electric Ind Ltd Coating state measuring method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0634525A (en) * 1992-07-21 1994-02-08 Olympus Optical Co Ltd High-speed spectrophotometer
JP2000275016A (en) * 1999-03-26 2000-10-06 Inst Of Physical & Chemical Res Measurement method and measuring apparatus for film characteristic value distribution
JP2004279296A (en) * 2003-03-18 2004-10-07 Japan Science & Technology Agency Film thickness acquiring method
JP2012122768A (en) * 2010-12-06 2012-06-28 National Central Univ Method for measuring thin film element using optical multi-wavelength interferometry
JP2013044729A (en) * 2011-08-26 2013-03-04 Sumitomo Electric Ind Ltd Coating state measuring method

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