JPH10122824A

JPH10122824A - 膜厚測定方法

Info

Publication number: JPH10122824A
Application number: JP8282188A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Horie; 正浩堀江
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1996-10-24
Filing date: 1996-10-24
Publication date: 1998-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】被測定試料に形成された薄膜の光学定数が変
化等する場合であっても、変化に対応させた補正光学定
数に基づいて膜厚を正確に測定できる。【解決手段】複数に分割された部分波長領域ごとに実
測反射比率と理論反射比率とが一致するように光学定数
を増減し（ステップＳ５０３）、これに基づいて波長と
ともに連続的に変化する補正光学定数を定め（ステップ
Ｓ５０６）、この補正光学定数に基づいて透光膜の理論
反射比率が実測反射比率に一致するように透光膜の膜厚
を再度決定するので、被測定試料に形成された薄膜の光
学定数が変化した場合であっても、変化に対応させた補
正光学定数に基づいて膜厚を正確に測定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、基板上の薄膜の
膜厚や光学定数を反射光の分光特性に基づいて測定する
膜厚測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板上に形成した透光性の薄膜の膜厚や
光学定数を非接触、非破壊で測定する方法として、従来
からエリプソメトリーが知られている。

【０００３】また、分光反射スペクトルから膜厚を求め
る方法として、例えば薄膜を設けた被測定試料によって
反射された光を分光して実測反射率を求めるとともに、
この薄膜の理論反射率の分布が実測反射率の分布に一致
するように、薄膜の膜厚を決定する方法が知られている
（特開平７−９１９２１号公報参照）。この膜厚測定方
法をより具体的に説明すると、透光性の薄膜を形成した
被測定試料を照明してその反射光を検出する。そして、
被測定試料からの反射光を分光し、分光したスペクトル
信号に基づいて被測定試料の相対的な分光反射率である
実測反射比率を算出する。その後、この実測反射比率に
ついて、予め適当な膜厚ピッチごとに理論的に算出して
おいた理論反射比率との偏差量を演算し、偏差量が最小
となる最適な膜厚値を求める。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
エリプソメトリーでは、その測定に複雑で大がかりな装
置を必要とし、さらに微小領域における膜厚を測定する
ことができなかった。

【０００５】また、後者の分光反射スペクトルを利用す
る方法では、薄膜の光学定数を測定することができな
い。例えば、半導体ウェハー上に形成される薄膜におい
ては、不純物の注入量や熱処理によって表面状態が荒れ
ることもあり、従来のように既知の光学定数を前提とし
て膜厚を計算する膜厚計算方法では、正確な膜厚値を求
めることが困難となる。

【０００６】そこで、この発明は、被測定試料に形成さ
れた薄膜の光学定数が変化した場合であっても、膜厚を
正確に測定できる膜厚測定方法を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の膜厚測定方法は、基板上に透光膜が形成
された被測定試料の透光膜の膜厚を求める膜厚測定方法
であって、被測定試料で反射された光を分光して実測反
射率を求める工程と、予め準備した基準光学定数に基づ
いて、透光膜の理論反射率が実測反射率に一致するよう
に、透光膜の膜厚を決定する工程と、基準光学定数に基
づいて決定した膜厚に対し、複数に分割された部分波長
領域ごとに実測反射率と理論反射率とが一致するように
光学定数を増減する工程と、部分波長領域ごとの光学定
数の増減に基づいて、波長とともに連続的に変化する補
正光学定数を定める工程と、補正光学定数に基づいて、
透光膜の理論反射率が実測反射率に一致するように、透
光膜の膜厚を再度決定する工程とを備えることを特徴と
する。

【０００８】また、請求項２の膜厚測定方法は、上記部
分波長領域の波長幅が、実測反射率中の隣接するピーク
及びヴァレイ間の波長幅程度であることを特徴とする。

【０００９】また、請求項３の膜厚測定方法は、補正光
学定数が、部分波長領域ごとに増減された後の光学定数
にコーシーの多項式を近似させたものとして算出される
ことを特徴とする。

【００１０】また、請求項４の膜厚測定方法は、透光膜
の膜厚を決定する際に理論反射率を実測反射率に一致さ
せた場合において、各波長における理論反射率と実測反
射率との差が所定値の絶対値の積算値を超えたときの
み、得られた膜厚に基づいて補正光学定数を定めること
を特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、この発明に係る膜厚測定
方法を実施するための装置の構造を説明する図である。

【００１２】この膜厚測定装置は、被測定試料ＳＰを照
明するための照明光を発生する照明光学系２０と、照明
光学系２０からの照明光を被測定試料ＳＰ上に照射する
とともに被測定試料ＳＰから反射された反射光を集束さ
せる結像光学系３０と、結像光学系３０で集束された反
射光を分光する分光ユニット５０と、分光ユニット５０
の分光検出出力に基づいて被測定試料ＳＰの表面に形成
された透光性薄膜の膜厚を算出する制御ユニット６０と
から構成される。

【００１３】まず、照明光学系２０は、光源としてハロ
ゲンランプ２１を備えており、一定の観察波長域（例え
ば４００ｎｍ〜８００ｎｍ）をカバーする光を発生す
る。ハロゲンランプ２１より出射された光束は、コンデ
ンサーレンズ２２を介して視野絞り２３の開口部に一旦
集光された後、コリメーターレンズ２４で平行光束に変
換される。

【００１４】次に、結像光学系３０は、結像用の対物レ
ンズ３１と落射照明用のハーフミラー３２とコンデンサ
ーレンズ３３とからなり、照明光学系２０からの照明光
は、ハーフミラー３２によって下向に反射され、対物レ
ンズ３１を経て被測定試料ＳＰ上の所定の照明領域ＩＡ
に入射する。ここで、被測定試料ＳＰ表面上の照明領域
ＩＡと、視野絞り２３の開口とは共役な配置となってお
り、視野絞り２３によって照明領域ＩＡが画定される。

【００１５】なお、被測定試料ＳＰの下側にはＸＹステ
ージ４０が配置されている。このＸＹステージ４０は、
被測定試料ＳＰを搭載しながらＸ、Ｙ方向に移動し、被
測定試料ＳＰ表面の任意の領域を照明領域ＩＡに位置さ
せる。また、このＸＹステージ４０には、その位置
（Ｘ、Ｙ座標）を検出してその位置情報を制御ユニット
６０に与える機構が設けられている。

【００１６】この照明領域ＩＡに位置する被測定試料Ｓ
Ｐ表面で反射された光は、対物レンズ３１、ハーフミラ
ー３２およびコンデンサーレンズ３３を介して光軸上の
所定位置に集束する。この集光位置には、中心部にピン
ホール５１を有するプレート５２が配置されており、被
測定試料ＳＰからの反射光のうちピンホール５１を通過
した光のみを分光ユニット５０内に選択的に入射させ
る。

【００１７】分光ユニット５０は、前述のプレート５２
と、反射光を分光する凹面回折格子５３と、凹面回折格
子５３により回折された回折光の分光スペクトルを電気
信号として検出する光検出器５４とにより構成されてい
る。光検出器５４は、例えばフォトダイオードアレイや
ＣＣＤ等からなるリニアイメージセンサであり、ピンホ
ール５１と共役な関係に配置される。このため、分光ユ
ニット５０に取り込まれた光は凹面回折格子５３により
分光されて光検出器５４に入射し、各分光スペクトルの
エネルギーに対応したスペクトル信号が光検出器５４か
ら制御ユニット６０側に与えられる。

【００１８】制御ユニット６０は、論理演算を実行する
周知な構造のＣＰＵ６１を備えており、図示を省略する
入出力ポートを介してＣＲＴ６２およびキーボード６３
との間で信号の授受を行う。ＣＰＵ６１は、光検出器５
４からのスペクトル信号に基づき、後述する方法により
被測定試料ＳＰに形成された薄膜の膜厚を求め、その結
果をＣＲＴ６２に出力する。

【００１９】以下、図２〜図５を参照しつつ、図１に示
す膜厚測定装置を用いた膜厚測定方法の詳細を説明す
る。なお、以下の実施形態では、基板上に単層の薄膜が
形成されている被測定試料ＳＰの膜厚ｄを測定する場合
について説明する。また、反射率としては、相対的な反
射率を示す「反射比率」を用いているが、これは「薄膜
が形成されていない基準試料から得られる基準スペクト
ル信号に対する被測定試料ＳＰから得られる対象スペク
トル信号の割合」と定義される。さらに、実際の測定に
基づいて算出した被測定試料ＳＰの反射比率を実測反射
比率、理論的に算出した被測定試料ＳＰの反射比率を理
論反射比率（検量線反射比率）という。

【００２０】(1) 図２に示すように、まず、ステップＳ
１で、オペレータが制御ユニット６０のキーボード６３
を介して、被測定試料ＳＰを構成する基板（例えばシリ
コン基板）と、この基板上に形成された透光膜である薄
膜（例えばシリコン酸化膜）との波長ごとの屈折率ｎ
（λ）及び吸収係数ｋ（λ）を当初設定の光学定数（基
準光学定数）として入力する。これらの入力データは、
制御ユニット６０のメモリ（図示省略）にテーブルとし
て格納され、後で説明する計算処理において必要に応じ
て適宜読み出される。なお、光学定数の入力データは、
例えばコーシーの多項式等によって近似した係数として
入力することもできる。

【００２１】(2) 次に、ステップＳ２で、観測波長域
（例えば、下限波長λs＝４００ｎｍから上限波長λe＝
８００ｎｍまでの範囲）内において、基準となるキャリ
ブレーション試料（シリコン基板の単体）のスペクトル
信号に対する被測定試料ＳＰのスペクトル信号の比とし
て与えられる実測反射比率Ｒmeas（λ）を実測する。具
体的には、図３に示すような手順で計算を行う。

【００２２】まず、ステップＳ２０１で、ハロゲンラン
プ２１を点灯する。そして、ステップＳ２０２で、オペ
レータがキャリブレーション試料をＸＹステージ４０に
セットすると、キャリブレーション試料で反射された光
が、対物レンズ３１およびハーフミラー３２を介して光
軸上の所定位置に集光され、さらにプレート５２のピン
ホール５１を通過した光が分光ユニット５０に入射し
て、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲で分光される
（ステップＳ２０３）。そして、ステップＳ２０４で、
光検出器５４に入射された光は光電変換され、各スペク
トル信号が制御ユニット６０に与えられ、分光データＣ
（λ）として制御ユニット６０のメモリに格納される。

【００２３】それに続いて、オペレータがＸＹステージ
４０からキャリブレーション試料を取り除いた後、測定
対象である被測定試料ＳＰをＸＹステージ４０に載置す
る（ステップＳ２０５）と、上記と同様にして、被測定
試料ＳＰで反射された光が、分光ユニット５０に入射し
て、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲で分光された
（ステップＳ２０６）後、分光データＭ（λ）として制
御ユニット６０のメモリに格納される（ステップＳ２０
７）。

【００２４】そして、ステップＳ２０８〜Ｓ２１０を繰
り返して、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲におい
て、適当なピッチ、例えば１ｎｍピッチでメモリから分
光データＣ（λ）、Ｍ（λ）を読み出し、

【００２５】

【数１】

【００２６】に従って、被測定試料ＳＰの実測反射比率
Ｒmeas（λ）を求め、それに関するデータ（以下「実測
反射比率データ」という）をメモリに格納する（ステッ
プＳ２０９）。

【００２７】以上のようにして、波長４００ｎｍ〜８０
０ｎｍで被測定試料ＳＰの実測反射比率データを求め、
各波長λに対する実測反射比率Ｒmeas（λ）をプロット
することにより、干渉波形が得られる。

【００２８】(3) 次に、図２に戻って、ステップＳ３
で、薄膜の膜厚ｄを指定膜厚範囲内において膜厚ピッチ
Δｄで変化させながら、各膜厚ｄ（＝ｄs＋ｍ・Δｄ；
ｍは正の整数）における理論反射比率データと実測反射
比率データとの偏差量（すなわちエラー値）を演算し、
その偏差量が最小となる膜厚ｄを求める。具体的には、
図４に示すような手順で計算を行う。

【００２９】まず、ステップＳ３０１で、被測定試料Ｓ
Ｐの薄膜のとりうる膜厚の範囲ｄｓ〜ｄｅを指定する。
この指定膜厚範囲ｄs〜ｄeは、理論反射比率を算出する
範囲を一定の範囲内に限定するために必要となるもので
ある。さらに、このステップＳ３０１では、理論反射比
率を求める際の膜厚ピッチΔｄも指定する。この膜厚ピ
ッチΔｄは、仮想的な理論上の膜厚を漸次変化させて理
論反射比率を求める際に必要となるもので、例えば１ｎ
ｍとする。なお、後に詳細に説明するが、得られた理論
反射比率は、実測反射比率と逐次比較されて膜厚の最適
値を求めるために利用される。

【００３０】そして、ステップＳ３０２で、まず各膜厚
ｄ（＝ｄs＋ｍ・Δｄ）における理論反射比率Ｒstd
（λ）を求める。なお、理論反射比率Ｒstd（λ）は、
演算の対象とする波長範囲λs〜λe（４００ｎｍ〜８０
０ｎｍ）における任意の波長λと、被測定試料ＳＰを構
成する薄膜等の波長ごとの光学定数及び薄膜の膜厚が与
えられた場合、従来より周知の計算式に基づいて得られ
る。さらに、

【００３１】

【数２】

【００３２】に従って、理論反射比率Ｒstd（λ）と実
測反射比率Ｒmeas（λ）との偏差量、すなわち各波長に
おける論理反射比率と実測反射比率との差の２乗の積算
値であるエラー値Ｅ（ｄ）を各膜厚ｄごとに計算し、指
定膜厚範囲ｄs〜ｄeにおける最小値Ｅminを求め、この
最小値Ｅminに対応するｄの値を膜厚値の計算結果とす
る。なお、差を２乗するのは正の値を得るためであり、
絶対値をとるのと等価である。

【００３３】(4) 次に、図２に戻って、ステップＳ４
で、エラー値Ｅ（ｄ）の最小値Ｅminが許容値以下かど
うかを判断する。この許容値は、膜厚の測定精度と測定
時間との関係で予め適当な値に設定しておく。最小値Ｅ
minが許容値以上の場合、ステップＳ３における膜厚値
の計算が十分な測定精度を有しないものと判断して次の
ステップＳ５に進む。

【００３４】(5) ステップＳ５では、当初設定した光学
定数を実測反射比率と理論反射比率とがより一致するよ
うな光学定数に補正する。具体的には、図５に示すよう
な手順で補正光学定数の計算を行う。

【００３５】まず、ステップＳ５０１で、実測反射比率
Ｒmeas（λ）のスペクトル波形（干渉波形）中のピーク
・ヴァレイを検出し、その波長位置を、短波長側から順
に、ｐ1，ｐ2，ｐ3，…，ｐn（ｎは、ピークまたはヴァ
レイの個数）とする。参考のため、図６に、ピーク・ヴ
ァレイ検出の具体例を示す。この図６は、理論反射比率
Ｒstd（λ）と実測反射比率Ｒmeas（λ）のスペクトル
波形を示したものであり、２つのピークと１つのヴァレ
イとに対応する波長ｐ1，ｐ2，ｐ3が求まる。

【００３６】次に、ステップＳ５０２で、ピーク・ヴァ
レイの波長ｐ1，ｐ2，ｐ3，…，ｐnに基づいて、膜厚計
算に利用した当初の光学定数を一様にシフトさせる単位
とする部分波長領域を決定する。この部分波長領域Ｒ
1，Ｒ2，Ｒ3，…，Ｒnは、ほぼ中央にピークまたはヴァ
レイを含むように、例えばＲ1：４００〜（ｐ1＋ｐ2）／２，Ｒ2：（ｐ1＋ｐ2）／２〜（ｐ2＋ｐ3）／２，Ｒ3：（ｐ2＋ｐ3）／２〜（ｐ3＋ｐ4）／２， …，Ｒn：（ｐn-1＋ｐn）／２〜８００で与えられる。図６に、光学定数をシフトさせる部分波
長領域の具体例を示す。この場合、図からも明らかなよ
うに、ピーク又はヴァレイをそれぞれほぼ中央に含む３
つの部分波長領域Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3が求まる。

【００３７】次に、ステップＳ５０３で、部分波長領域
Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，…，Ｒnごとの単位で光学定数（ｎ，
ｋ）をシフトさせる。すなわち、まず第１部分波長領域
Ｒ1で、理論反射比率Ｒstd（λ）と実測反射比率Ｒmeas
（λ）とがより一致するように、現在の膜厚を計算する
基礎として用いた光学定数に対し適当な数値を加算す
る。そして、ステップＳ５０４で全波長領域での処理が
完了したと判断されるまで、残りの部分波長領域Ｒ2，
Ｒ3，…，Ｒnでも、理論反射比率Ｒstd（λ）と実測反
射比率Ｒmeas（λ）とがより一致するように、膜厚計算
の基礎として用いた光学定数に対し適当な数値を加算す
る。

【００３８】具体的には、各部分波長領域Ｒ1，Ｒ2，Ｒ
3，…，Ｒnごとに、非線形最適化アルゴリズムを用い
て、屈折率及び吸収係数を１次近似で漸次増減させつつ
理論反射比率Ｒstd（λ）と実測反射比率Ｒmeas（λ）
との偏差量が最小になるように屈折率及び吸収係数のシ
フト量を決定する。図７及び図８は、光学定数のシフト
計算を具体的に説明する図である。図７は、現在の膜厚
を計算するために用いた当初の光学定数（屈折率）を示
す。また、図８は、各部分波長領域Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3ごと
の単位で最適な数値を加算して、理論反射比率Ｒstd
（λ）と実測反射比率Ｒmeas（λ）との偏差量を最小に
するシフト計算を行った後の状態を説明する図である。

【００３９】次に、ステップＳ５０５で、各部分波長領
域の中点となる波長 λm1＝（８００＋ｐ1＋ｐ2）／４， λm2＝（ｐ1＋２ｐ2＋ｐ3）／４， λm3＝（ｐ2＋２ｐ3＋ｐ4）／４， …， λmn＝（ｐn-1＋ｐn＋１６００）／４におけるシフト後の光学定数を代表点として、これらの
代表点を通るような曲線に光学定数を補正する。すなわ
ち、各部分波長領域Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，…，Ｒnの中点とな
る上記波長λm1，λm2，λm3，…，λmnにおけるシフト
後の光学定数を用いて、コーシーの多項式

【００４０】

【数３】

【００４１】で光学定数を近似して補正光学定数を求め
る。図９は、コーシーの多項式による近似によって補正
光学定数を求める工程を説明する図である。同図のよう
に、部分波長領域Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3ごとの中点の波長λm
1，λm2，λm3における光学定数（ここでは屈折率）を
代表点として、コーシーの多項式の係数を求める。この
場合、３点のデータが得られているので、第１項から第
３項のまでのａ1，ｂ1，ｃ1を求める近似とする。な
お、４点以上のデータが得られる場合、コーシーの多項
式における第４項以上の係数を求める近似とすることも
できるが、第３項までの係数を最小２乗法等を用いた近
似によって統計的に算出することも可能である。

【００４２】最後に、ステップＳ５０６で、コーシーの
多項式の係数から、全測定波長にわたる補正後の光学定
数（ｎ（λ），ｋ（λ））を算出する。

【００４３】(6) 次に、図２に戻って、ステップＳ３
で、ステップＳ５で求めた補正後の光学定数（ｎ
（λ），ｋ（λ））に基づいて、薄膜の膜厚ｄを変化さ
せながら、理論反射比率と実測反射比率との偏差量が最
小となる最適な膜厚ｄを決定する。

【００４４】(7) 次に、ステップＳ４で、エラー値Ｅ
（ｄ）の最小値Ｅminが許容値以下かどうかを判断し、
この最小値Ｅminが許容値以下と判断された場合、次の
ステップＳ６に進む。

【００４５】(8) ステップＳ６では、最終的な膜厚の計
算結果を出力し、ステップＳ７では、光学定数を補正し
た場合に限り、補正後の光学定数すなわち補正光学定数
を出力する。なお、図１０は、補正光学定数に基づいて
計算した理論反射比率のスペクトル波形と、実測反射比
率のスペクトル波形とを示したものであり、図６のよう
に補正前の光学定数に基づいて計算した理論反射比率に
比較して実測反射比率との一致性が高まっている。

【００４６】(9) 最後に、ステップＳ８では、被測定試
料ＳＰ表面の荒れ係数を算出する。ステップＳ１〜Ｓ５
までで求めた膜厚値及び光学定数に基づいて最終的に得
られた理論反射比率のスペクトル波形が実測反射比率の
スペクトル波形と一致しない場合、その不一致の原因
は、例えば表面状態の荒れにあると考えられる。特に、
短波長側で理論反射比率が実測反射比率より相対的に小
さくなっている場合、サンプル表面での荒れが大きな原
因となって光が散乱され、短波長側での反射率の低下が
生じているものと考えられる。従って、このような場
合、４００nm近傍での反射率の低下比率を算出し、表面
の荒れ具合を表す係数ρを算出する。この表面荒れ係数
ρは、

【００４７】

【数４】

【００４８】で与えられる。

【００４９】以上の説明から明らかなように、上記実施
形態の膜厚測定方法では、複数に区分された部分波長領
域ごとの単位で実測反射比率と理論反射比率とが一致す
るように光学定数を増減し（ステップＳ５０３）、これ
に基づいて波長とともに連続的に変化する補正光学定数
を定め（ステップＳ５０６）、この補正光学定数に基づ
いて透光膜の理論反射比率が実測反射比率に一致するよ
うに透光膜の膜厚を再度決定するので（ステップＳ
３）、被測定試料に形成された薄膜の光学定数が変化し
た場合であっても、変化に対応させた補正光学定数に基
づいて膜厚を正確に測定できる。さらに、補正光学定数
に基づいて膜厚を算出する工程（ステップＳ３）と、得
られた膜厚に基づいて光学定数を補正する工程（ステッ
プＳ５）とを交互に繰り返すことにより、膜厚と光学定
数をそれぞれ精度良く求めることができる。

【００５０】以上実施形態に即してこの発明を説明した
が、この発明は、上記実施形態に限定されるものではな
い。例えば、光学定数の補正にあたり、ピーク・ヴァレ
イの波長ｐ1，ｐ2，ｐ3，…，ｐnの中間値を各部分波長
領域Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，…，Ｒnの境界に設定しているが、
この発明はこれに限るものではない。ただし、各部分波
長領域の有する波長幅が実測反射比率の増減変化の半周
期程度をカバーしていないと、複数に分割された部分波
長領域単位での理論反射比率によるフィッティングが不
適切となる場合も生じ易く、得られる補正光学定数が結
果的に不正確なものとなる可能性がある。

【００５１】また、各部分波長領域ごとに実測反射比率
と理論反射比率とが一致するように光学定数を増減する
際に、当初の光学定数に最適値を加算することとしてい
るが、当初の光学定数に最適値を積算することもでき
る。

【００５２】また、連続的に変化する補正光学定数を定
めるため、コーシーの多項式を用いた近似を行っている
が、その他の多項式や折れ線を用いて概略の近似とする
こともできる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明のように、請求項１の膜厚測定
方法によれば、基準光学定数に基づいて決定した膜厚に
対し、複数に分割された部分波長領域ごとに実測反射率
と理論反射率とが一致するように光学定数を増減する工
程と、部分波長領域ごとの光学定数の増減に基づいて、
波長とともに連続的に変化する補正光学定数を定める工
程と、補正光学定数に基づいて、透光膜の理論反射率が
実測反射率に一致するように、透光膜の膜厚を再度決定
する工程とを備えるので、被測定試料に形成された薄膜
の光学定数が変化したり正確に特定できていない場合で
あっても、変化等に対応させた補正光学定数に基づいて
膜厚を正確に測定できる。

【００５４】また、請求項２の膜厚測定方法によれば、
部分波長領域の波長幅が、実測反射率中の隣接するピー
ク及びヴァレイ間の波長幅程度であるので、部分波長領
域は、実測反射率の増減変化の略半周期をカバーしてい
ることになる。よって、複数に分割された各部分波長領
域ごとにおける理論反射率によるフィッティングがより
正確となり、各部分波長領域ごとの補正光学定数の増減
がより正確なものとなり、補正光学定数をより正確なも
のとできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る膜厚測定方法を実施するための
装置を示す図である。

【図２】図１の膜厚測定装置の動作を示すフローチャー
トである。

【図３】被測定試料の実測反射比率を測定する工程を示
すフローチャートである。

【図４】被測定試料の膜厚を算出する工程を示すフロー
チャートである。

【図５】被測定試料の光学定数を算出する工程を示すフ
ローチャートである。

【図６】当初設定した光学定数に基づいて最適化した理
論反射比率のスペクトルと実際の測定に基づいて決定し
た実測反射比率のスペクトルとを比較するグラフであ
る。

【図７】当初設定した光学定数を示すグラフである。

【図８】図７に示す光学定数を各部分波長領域単位で増
加させた状態を示すグラフである。

【図９】図８に示す光学定数に基づいて連続的に滑らか
に変化する補正光学定数を求めた結果を示すグラフであ
る。

【図１０】図９に示す補正光学定数に基づいて最適化し
た理論反射比率のスペクトルと実際の測定に基づいて決
定した実測反射比率のスペクトルとを比較するグラフで
ある。

【符号の説明】

２０照明光学系３０結像光学系４０ＸＹステージ５０分光ユニット６０制御ユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に透光膜が形成された被測定試料
の前記透光膜の膜厚を求める膜厚測定方法であって、前記被測定試料で反射された光を分光して実測反射率を
求める工程と、予め準備した基準光学定数に基づいて、前記透光膜の理
論反射率が前記実測反射率に一致するように、前記透光
膜の膜厚を決定する工程と、前記基準光学定数に基づいて決定した膜厚に対し、複数
に分割された部分波長領域ごとに実測反射率と理論反射
率とが一致するように光学定数を増減する工程と、前記部分波長領域ごとの前記光学定数の増減に基づい
て、波長とともに連続的に変化する補正光学定数を定め
る工程と、前記補正光学定数に基づいて、前記透光膜の理論反射率
が前記実測反射率に一致するように、前記透光膜の膜厚
を再度決定する工程とを備えることを特徴とする膜厚測
定方法。
【請求項２】前記部分波長領域の波長幅は、前記実測
反射率中の隣接するピーク及びヴァレイ間の波長幅程度
であることを特徴とする請求項１記載の膜厚測定方法。
【請求項３】前記補正光学定数は、前記部分波長領域
ごとに増減された後の前記光学定数にコーシーの多項式
を近似させたものとして算出されることを特徴とする請
求項２記載の膜厚測定方法。
【請求項４】前記透光膜の膜厚を決定する際に前記理
論反射率を前記実測反射率に一致させた場合において、
各波長における前記理論反射率と前記実測反射率との差
の絶対値の積算値が所定値を超えたときのみ、得られた
前記膜厚に基づいて前記補正光学定数を定めることを特
徴とする請求項１記載の膜厚測定方法。