JP6758736B1 - 光学測定システムおよび光学測定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、本実施の形態に従う光学測定システム1の構成例について説明する。光学測定システム1は、分光干渉式の膜厚測定装置である。以下では、試料に光を照射してその反射光を観測する光学系(反射光観測系)について主として説明するが、試料に光を照射してその透過光を観測する光学系(透過光観測系)にも当然に適用可能である。
本実施の形態に従う光学測定システム1は、分光干渉式の光学測定装置である。光学測定システム1は、所定の波長範囲を有する測定光をサンプル2に照射し、分光検出器20でサンプル2からの反射光(反射干渉光)または透過光(透過干渉光)のスペクトルを測定し、当該スペクトルを解析することによってサンプル2の膜厚を算出する。スペクトルを解析する方法としては、典型的には、フィッティングにより解析する手法、および、周波数解析による手法が挙げられる。
次に、図4に示す処理手順における観測光スペクトルを補整する処理(ステップS4)について説明する。
図6は、本実施の形態に従う光学測定システム1における観測光スペクトルの補整方法を説明するための図である。図6(A)には、分光検出器20の検出結果である、サンプル2から観測された観測光スペクトルの一例を示す。なお、分光検出器20からは、チャネル毎(すなわち、波長毎)に観測光の強度が出力されることになる。図6(A)には、チャネル毎の強度を補間した連続波形が示されている。
図6および図7には、予め定められた波長範囲のスペクトルを出力する分光検出器20の検出結果から観測光スペクトルを補整する例について説明したが、別の光学系を用いて、始点と終点との位相を一致させた観測光スペクトルを取得してもよい。
上述したような始点と終点との位相を同じくした観測光スペクトルを用いた場合の測定結果の一例について説明する。
次に、図4に示す処理手順におけるフィッティング(ステップS10〜S18)について説明する。フィッティングにおいては、膜厚をパラメータとして含むサンプル2のモデルから算出される干渉スペクトルと、観測光スペクトルとが合致するように、モデルのパラメータを更新することで、サンプル2の膜厚を決定する。
次に、本実施の形態に従う光学測定システム1による測定結果の一例について説明する。サンプルの一例として、2枚のガラス板を非平行に配置し、ガラス板間の空隙を傾斜的に変化させた疑似サンプルについて測定を行った。
次に、図4に示す処理手順における正常測定条件の監視(ステップS22〜S24)について説明する。正常測定条件の監視においては、フィッティングにより決定された膜厚が先に取得された膜厚に基づく正常測定条件を満たしているか否かを判断する処理が実行される。
図17は、本実施の形態に従う光学測定システム1が提供する機能構成の一例を示す模式図である。図17に示す各機能は、典型的には、光学測定システム1の処理装置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てもよい。なお、図17に示す機能構成を実現するハードウェアは各時代に応じて適切なものが選択される。
上述の説明においては、補整された観測光スペクトルをフーリエ変換して算出されるパワースペクトル(実測値)は、後続のフィッティングに用いられる膜厚の初期値を決定するために用いられる例を示すが、パワースペクトル(実測値)から決定される膜厚をそのまま測定結果として出力してもよい。この場合においても、始点と終点との位相を一致させた観測光スペクトルに補整する処理は、測定精度を高めるために有効である。
本実施の形態に従う光学測定装置においては、サンプルから取得された観測光スペクトルをフーリエ変換して算出されるパワースペクトルに基づいて膜厚の初期値を決定するとともに、当該決定された膜厚の初期値を用いて、観測光スペクトルとサンプルのモデルから算出される干渉スペクトルとをフィッティングすることで、サンプルの膜厚を決定する。このようなフーリエ変換を用いる方法とフィッティングを用いる方法とを統合した測定方法を採用することで、それぞれの方法の利点を利用して、膜厚の測定精度を高めることができる。
Claims (8)
- 測定光を発生する光源と、
前記測定光をサンプルに照射して生じる反射光または透過光を観測光として受光する受光部と、
前記観測光に含まれる波長範囲のうち、両端の位相が同じになるように設定された波長区間の観測光スペクトルを取得する取得手段と、
前記観測光スペクトルをフーリエ変換して得られるパワースペクトルに現れるピークの位置に基づいて前記サンプルの膜厚の初期値を決定する初期値決定手段と、
膜厚をパラメータとして含む前記サンプルのモデルから算出される干渉スペクトルと、前記観測光スペクトルとが合致するように、前記モデルのパラメータを更新することで、前記サンプルの膜厚を決定するフィッティング手段と、
当該決定された膜厚が先に取得された膜厚に基づく条件を満たしているか否かを判断する判断手段とを備える、光学測定システム。 - 前記受光部は、所定の波長範囲について、前記観測光の波長毎の強度を出力する分光検出器を含み、
前記取得手段は、前記受光部の検出結果に基づいて、同じ位相を示す2つの波長位置を探索するとともに、前記検出結果のうち探索された2つの波長位置の間にある情報から前記観測光スペクトルを抽出する、請求項1に記載の光学測定システム。 - 前記受光部は、受光素子と、前記観測光に含まれる波長成分のうち前記受光素子に入射する波長成分を変更可能に配置された回折格子とを含み、
前記取得手段は、前記受光部の受光素子に入射する波長成分を順次異ならせて、同じ位相を示す2つの波長位置を探索し、当該探索された2つの波長位置の間にある波長成分を前記受光部の受光素子に順次入射させることで、前記観測光スペクトルを取得する、請求項1に記載の光学測定システム。 - 前記条件は、同一または別のサンプルから先に取得された膜厚に対する、今回決定された膜厚の誤差が予め定められた範囲内であることを含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学測定システム。
- 前記サンプルのモデルは、前記サンプルの内部に生じる光干渉を模擬した、膜厚および光学定数を含む数式である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光学測定システム。
- 前記決定された膜厚が前記条件を満たしていないと判断されると、当該決定された膜厚を補正する補正手段をさらに備える、請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学測定システム。
- 前記決定された膜厚が前記条件を満たしていないと判断されると、当該条件を満たしていないことを通知する通知手段をさらに備える、請求項1〜6のいずれか1項に記載の光学測定システム。
- 光源からの測定光をサンプルに照射し、前記サンプルから生じる反射光または透過光である観測光のスペクトルを取得するステップを備え、前記観測光のスペクトルは、前記観測光に含まれる波長範囲のうち、両端の位相が同じになるように設定された波長区間のスペクトルであり、
前記観測光のスペクトルをフーリエ変換して得られるパワースペクトルに現れるピークの位置に基づいて前記サンプルの膜厚の初期値を決定するステップと、
膜厚をパラメータとして含む前記サンプルのモデルから算出される干渉スペクトルと、前記観測光スペクトルとが合致するように、前記モデルのパラメータを更新することで、前記サンプルの膜厚を決定するステップと、
当該決定された膜厚が先に取得された膜厚に基づく条件を満たしているか否かを判断するステップとを備える、光学測定方法。
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