JPH1047926A - Device for measuring film thickness and method therefor - Google Patents

Device for measuring film thickness and method therefor

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JPH1047926A
JPH1047926A JP20832496A JP20832496A JPH1047926A JP H1047926 A JPH1047926 A JP H1047926A JP 20832496 A JP20832496 A JP 20832496A JP 20832496 A JP20832496 A JP 20832496A JP H1047926 A JPH1047926 A JP H1047926A
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JP
Japan
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light
substrate
film thickness
light receiving
reflected
Prior art date
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Application number
JP20832496A
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Japanese (ja)
Inventor
Noriyuki Kondo
教之 近藤
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Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH1047926A publication Critical patent/JPH1047926A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film thickness measuring device wherein shorter measurement time and smaller and lower cost device is realized. SOLUTION: A light L1 from a light source part 2 is projected on a substrate 91 through a filter 43 which allows the light of a specific wave length to pass, and the reflected light L2 from the substrate 91 is photo-detected with a photo- detecting means 5 comprising multiple photo-detecting elements arrayed in 2-dimension. Kind of the filter 43 is changed by using a changing means 4, so that lights of different wavelengths are projected in order on the substrate 91. Thereby, the 2-dimension space distribution information on the light quantity of reflected light when the lights of multiple wavelengths are projected in order on the substrate is sent to a processing part 6 sequentially, and based on the information, the film thickness at the area of the substrate 91 where the light L1 is poured is collectively obtained. As a result, such means as moving of the substrate 91 not required, shorter measurement time and smaller and lower- cost device is attained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体基板や液
晶表示器などのFPD(Flat Panel Display)の製造に
用いられるガラス基板(以下、「基板」と総称する。)
に光を照射し、基板からの反射光に基づいて基板上に形
成された薄膜の膜厚を測定する膜厚測定装置および膜厚
測定方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a glass substrate used for manufacturing an FPD (Flat Panel Display) such as a semiconductor substrate or a liquid crystal display (hereinafter, referred to as a "substrate").
And a method for measuring the thickness of a thin film formed on the substrate based on the reflected light from the substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体基板やガラス基板上に形成される
薄膜の膜厚は、これらの基板から製造される半導体素子
や液晶表示器などの品質の良否に大きな影響を与えるた
め、重要な管理要素となっている。
2. Description of the Related Art The thickness of a thin film formed on a semiconductor substrate or a glass substrate greatly affects the quality of a semiconductor device or a liquid crystal display manufactured from such a substrate. It has become.

【0003】この薄膜の膜厚を測定する方法の一つとし
て、基板に光を照射し、基板からの反射光の波長ごとの
光量に基づいて膜厚を求める方法がある。図10は、こ
のような光を用いて基板に形成された薄膜の膜厚を測定
する装置の従来例を示した図である。
As one method of measuring the thickness of this thin film, there is a method of irradiating a substrate with light and calculating the thickness based on the amount of light reflected from the substrate for each wavelength. FIG. 10 is a view showing a conventional example of an apparatus for measuring the thickness of a thin film formed on a substrate using such light.

【0004】この膜厚測定装置101では、光源部10
2から出射される白色光L101をハーフミラー131
および対物レンズ132を介して基板109上のに集光
点SP101に集光させ、基板109において反射した
反射光L102を凹面回折格子133を用いて分光し、
受光手段105にて受光している。受光手段105は反
射光L102が分光される方向ARに沿って1次元に配
列された複数の受光素子からなり、各受光素子が分光さ
れた各波長の光を受光して処理部106に向けて分光ス
ペクトルを示す信号を送るようになっている。処理部1
06では、受光手段105からの信号に基づき、所定の
補正処理や参照すべき情報と比較するなどして基板10
9上に形成された薄膜の集光点SP101における膜厚
を求めるようになっている。
In this film thickness measuring device 101, the light source unit 10
White light L101 emitted from the second mirror 131
Then, the light is condensed on the condensing point SP101 on the substrate 109 via the objective lens 132, and the reflected light L102 reflected on the substrate 109 is separated using the concave diffraction grating 133,
The light is received by the light receiving unit 105. The light receiving means 105 is composed of a plurality of light receiving elements arranged one-dimensionally along the direction AR in which the reflected light L102 is dispersed, and each light receiving element receives the separated light of each wavelength and directs the light to the processing unit 106. A signal indicating a spectrum is transmitted. Processing unit 1
At 06, the substrate 10 is subjected to predetermined correction processing and comparison with information to be referred to based on a signal from the light receiving unit 105.
The thickness of the thin film formed on the substrate 9 at the focal point SP101 is determined.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】以上、基板からの反射
光の分光スペクトルを用いて基板上に形成された薄膜の
膜厚を測定する装置の一例について説明したが、この装
置101では基板109上の集光点SP101における
膜厚しか測定できないために、基板109全体の膜厚の
分布を測定するためには基板109が載置されるステー
ジ108を図中に示すX方向およびY方向に移動させる
手段が不可欠となる。したがって、装置が高価でかつ大
きくならざるを得ない。
As described above, an example of an apparatus for measuring the thickness of a thin film formed on a substrate using the spectrum of light reflected from the substrate has been described. Since only the film thickness at the light condensing point SP101 can be measured, the stage 108 on which the substrate 109 is mounted is moved in the X direction and the Y direction shown in FIG. Means are essential. Therefore, the device must be expensive and large.

【0006】また、ステージ108を移動させながら膜
厚を測定するので、ステージ108を移動させる時間が
測定時間全体を長くしてしまい、測定時間の短縮化も困
難となる。
Further, since the film thickness is measured while moving the stage 108, the time required to move the stage 108 lengthens the entire measurement time, making it difficult to shorten the measurement time.

【0007】そこで、この発明は、上記課題に鑑みなさ
れたもので、基板全体の膜厚を一括して測定することが
でき、これにより、基板全体の膜厚測定時間の短縮化や
装置の低価格化、小型化を図ることができる膜厚測定装
置および膜厚測定方法を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and it is possible to collectively measure the film thickness of the entire substrate, thereby shortening the time for measuring the film thickness of the entire substrate and reducing the apparatus. It is an object of the present invention to provide a film thickness measuring device and a film thickness measuring method capable of achieving cost reduction and size reduction.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、基板
上に形成された薄膜の膜厚を測定する膜厚測定装置であ
って、白色光を出射する光源部と、2次元に配列された
複数の受光素子からなる受光手段と、前記光源部からの
光を前記基板に導くとともに、前記基板において反射し
た光を前記受光手段に導く光学系と、互いに異なる所定
の波長の光のみをそれぞれ透過する複数のフィルタから
なるフィルタセットを有し、前記複数のフィルタを前記
光学系の光路上に切り替えて配置する切替手段と、前記
複数のフィルタの切り替えに応じて、前記受光手段から
の信号を取得し、前記信号に基づいて前記薄膜の膜厚を
求める処理部とを備える。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a film thickness measuring apparatus for measuring the thickness of a thin film formed on a substrate, comprising: a light source for emitting white light; And a light receiving unit comprising a plurality of light receiving elements, and an optical system for guiding light from the light source unit to the substrate, and guiding light reflected on the substrate to the light receiving unit, and only light having predetermined wavelengths different from each other. A switching unit that has a filter set including a plurality of filters that transmit light, and switches the plurality of filters on the optical path of the optical system, and a signal from the light receiving unit according to switching of the plurality of filters. And a processing unit for obtaining the thickness of the thin film based on the signal.

【0009】請求項2の発明は、請求項1記載の膜厚測
定装置であって、前記光学系が、前記光源部からの光を
ほぼ平行光として前記基板に入射させる凹面鏡、を有す
る。
According to a second aspect of the present invention, in the film thickness measuring apparatus according to the first aspect, the optical system has a concave mirror for making the light from the light source unit incident on the substrate as substantially parallel light.

【0010】請求項3の発明は、基板上に形成された薄
膜の膜厚を測定する膜厚測定装置であって、白色光を出
射する光源部と、入射された光を受光する受光手段と、
前記光源部からの光を前記基板に導くとともに、前記基
板において反射した光を前記受光手段に導く光学系と、
前記受光手段からの信号を取得し、前記信号に基づいて
前記薄膜の膜厚を求める処理部とを備え、前記受光手段
が、前記基板において反射した光を複数の波長成分に分
割する分割手段と、前記分割手段により分割された光の
それぞれに対応した複数の受光部とを有し、前記複数の
受光部のそれぞれが2次元に配列された複数の受光素子
からなる。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a film thickness measuring device for measuring a film thickness of a thin film formed on a substrate, comprising: a light source section for emitting white light; and a light receiving means for receiving incident light. ,
An optical system that guides light from the light source unit to the substrate, and guides light reflected on the substrate to the light receiving unit,
A processing unit that obtains a signal from the light receiving unit and obtains the thickness of the thin film based on the signal, wherein the light receiving unit divides the light reflected on the substrate into a plurality of wavelength components. And a plurality of light receiving portions corresponding to each of the lights split by the splitting means. Each of the plurality of light receiving portions comprises a plurality of light receiving elements arranged two-dimensionally.

【0011】請求項4の発明は、光源部から出射される
複数の異なった波長の光を切り替えて参照基板の所定の
領域に照射し、前記複数の異なった波長の光の切り替え
に応じて前記参照基板からの反射光の光量の2次元的空
間分布を参照情報として一括して取得する参照情報取得
工程と、前記光源部から出射される複数の異なった波長
の光を切り替えて測定対象である薄膜が形成された基板
の所定の領域に照射し、前記複数の異なった波長の光の
切り替えに応じて前記基板からの反射光の光量の2次元
的空間分布を測定情報として一括して取得する測定情報
取得工程と、前記参照情報と前記測定情報とに基づいて
前記基板の分光反射比率を算出する工程と、前記分光反
射比率と理論計算により求められた分光反射比率とを比
較することにより、前記薄膜の膜厚を求める工程とを有
する。
According to a fourth aspect of the present invention, a plurality of light beams having different wavelengths emitted from the light source unit are switched to irradiate a predetermined region of the reference substrate, and the light beams having different wavelengths are switched in response to the switching of the plurality of different wavelength lights. A reference information acquiring step of collectively acquiring a two-dimensional spatial distribution of the light amount of the reflected light from the reference substrate as reference information, and a plurality of different wavelengths of light emitted from the light source unit are switched to be measured. A predetermined area of the substrate on which the thin film is formed is irradiated, and a two-dimensional spatial distribution of the amount of reflected light from the substrate is collectively acquired as measurement information in accordance with switching of the plurality of different wavelengths of light. A measurement information obtaining step, a step of calculating a spectral reflection ratio of the substrate based on the reference information and the measurement information, and comparing the spectral reflection ratio with a spectral reflection ratio obtained by a theoretical calculation. And a step of determining the thickness of the thin film.

【0012】請求項5の発明は、請求項4記載の膜厚測
定方法であって、前記膜厚の測定範囲である膜厚範囲を
決定する範囲決定工程と、前記膜厚範囲から前記光源部
から出射される複数の異なった波長の光の組合せを設定
する波長設定工程とをさらに有する。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the film thickness measuring method according to the fourth aspect, wherein a range determining step of determining a film thickness range which is the measurement range of the film thickness; And a wavelength setting step of setting a combination of a plurality of lights having different wavelengths emitted from the light source.

【0013】請求項6の発明は、請求項5記載の膜厚測
定方法であって、前記参照情報と前記測定情報とに基づ
いて求められた前記薄膜の膜厚の適否を判定する判定工
程と、前記判定工程の判定に応じて前記範囲決定工程に
おける前記膜厚範囲を変更する範囲変更工程とをさらに
有する。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the film thickness measuring method according to the fifth aspect, further comprising: a judging step of judging whether the thickness of the thin film obtained based on the reference information and the measurement information is appropriate. And a range changing step of changing the film thickness range in the range determining step according to the determination in the determining step.

【0014】請求項7の発明は、光源部からの白色光を
参照基板の所定の領域に照射し、前記参照基板からの反
射光から複数の異なった波長の光を分割し、前記複数の
異なった波長の光の光量の2次元的空間分布を参照情報
として前記波長ごとに一括して取得する参照情報取得工
程と、前記光源部からの白色光を測定対象である薄膜が
形成された基板の所定の領域に照射し、前記基板からの
反射光から複数の異なった波長の光を分割し、前記複数
の異なった波長の光の光量の2次元的空間分布を測定情
報として前記波長ごとに一括して取得する測定情報取得
工程と、前記参照情報と前記測定情報とに基づいて前記
基板の分光反射比率を算出する工程と、前記分光反射比
率と理論計算により求められた分光反射比率とを比較す
ることにより、前記薄膜の膜厚を求める工程とを有す
る。
According to a seventh aspect of the present invention, a predetermined region of the reference substrate is irradiated with white light from the light source unit, and a plurality of light beams having different wavelengths are divided from the reflected light from the reference substrate. Reference information obtaining step of collectively obtaining the two-dimensional spatial distribution of the light amount of the light having the wavelength as the reference information for each wavelength, and white light from the light source unit on the substrate on which the thin film to be measured is formed. A predetermined area is irradiated, light of a plurality of different wavelengths is divided from the reflected light from the substrate, and a two-dimensional spatial distribution of light amounts of the light of the plurality of different wavelengths is collectively measured for each wavelength as measurement information. Obtaining the measurement information, obtaining the spectral reflection ratio of the substrate based on the reference information and the measurement information, and comparing the spectral reflection ratio with the spectral reflection ratio obtained by theoretical calculation. By doing And a step of determining the thickness of the thin film.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

<1.第1の実施の形態>図1はこの発明に係る第1の
実施の形態である膜厚測定装置1の構造を示す図であ
る。
<1. First Embodiment> FIG. 1 is a view showing the structure of a film thickness measuring apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention.

【0016】この膜厚測定装置1は大きく分けて、白色
光を発する光源部2、光源部2からの光L1をステージ
8上に載置された基板91に導くとともに、基板91か
らの反射光L2を所定の受光位置に導く光学系3、基板
91からの反射光L2を受光する受光手段5、光源部2
からの光のうち、特定の波長の光のみを透過する複数の
フィルタ43を切り替えて光路上に配置する切替手段
4、および、受光手段5からの信号を受けて基板91上
に形成された薄膜の膜厚を求める処理部6から構成され
る。
The film thickness measuring device 1 is roughly divided into a light source unit 2 that emits white light, a light L1 from the light source unit 2 guided to a substrate 91 mounted on a stage 8, and a reflected light from the substrate 91. An optical system 3 for guiding L2 to a predetermined light receiving position; a light receiving unit 5 for receiving reflected light L2 from the substrate 91;
Switching means 4 for switching a plurality of filters 43 transmitting only light of a specific wavelength out of light from the light source and arranging them on an optical path, and a thin film formed on a substrate 91 by receiving a signal from a light receiving means 5 And a processing unit 6 for calculating the film thickness.

【0017】光源部2はハロゲンランプである光源2
1、ピンホール23hが形成されたピンホール板23、
および、光源21からの光をピンホール23h上に集光
させるレンズ22から構成され、ピンホール23hから
出射される光L1は点光源からの光として基板91に照
射されることとなる。
The light source unit 2 is a light source 2 which is a halogen lamp.
1, a pinhole plate 23 having a pinhole 23h formed thereon,
The light source 21 is constituted by a lens 22 for condensing light from the light source 21 onto the pinhole 23h, and the light L1 emitted from the pinhole 23h is applied to the substrate 91 as light from a point light source.

【0018】光学系3は、光源部2からの光L1を基板
91に導くレンズ31、ハーフミラー32、絞り33、
凹面鏡34、および、基板91からの反射光L2を受光
手段5に導くレンズ35から構成される。光源部2から
の光L1は、レンズ31によって集光されつつハーフミ
ラー32において反射し、絞り33の位置において集光
した後発散しながら凹面鏡34において反射し、ほぼ平
行光となって基板91の表面全体に垂直に入射する。ま
た、基板91からの反射光L2は再び凹面鏡34、絞り
33を介してハーフミラー32に至り、ハーフミラー3
2を透過した後、レンズ35を介して受光手段5に基板
91の照射範囲すなわち基板面全体の像を結ぶ。この光
学系3においては、凹面鏡34を用いることにより、色
収差に基づく測定誤差を低減し、また紫外域での測定を
可能としている。
The optical system 3 includes a lens 31 for guiding the light L1 from the light source unit 2 to the substrate 91, a half mirror 32, a diaphragm 33,
It comprises a concave mirror 34 and a lens 35 for guiding the reflected light L2 from the substrate 91 to the light receiving means 5. The light L1 from the light source unit 2 is reflected by the half mirror 32 while being condensed by the lens 31, is condensed at the position of the stop 33, is reflected by the concave mirror 34 while diverging, becomes substantially parallel light, and is substantially parallel light. Normally incident on the entire surface. The reflected light L2 from the substrate 91 again reaches the half mirror 32 via the concave mirror 34 and the stop 33,
After passing through the lens 2, an image of the irradiation area of the substrate 91, that is, an image of the entire substrate surface is formed on the light receiving means 5 via the lens 35. In the optical system 3, by using the concave mirror 34, the measurement error based on the chromatic aberration is reduced, and the measurement in the ultraviolet region is enabled.

【0019】受光手段5は紙面に垂直な面上に複数の受
光素子を2次元に配列した構成となっており、基板91
の像を一括して受光できるようになっている。
The light receiving means 5 has a structure in which a plurality of light receiving elements are two-dimensionally arranged on a plane perpendicular to the paper surface.
Can be collectively received.

【0020】切替手段4は光源部2と光学系3との間に
配置され、フィルタを有する円板部41と円板部41を
軸Jを中心に紙面に垂直な面内において回転させる回転
手段42とから構成される。円板部41には軸Jを中心
とする同一円周上に30の異なった種類のフィルタ43
(1)〜43(30)が設けられており、これにより、円板部
41が回転手段42により軸Jを中心に回転すると、フ
ィルタ43(1)〜43(30)が順に光L1の光路上に配置
されることとなる。
The switching unit 4 is disposed between the light source unit 2 and the optical system 3 and has a disk unit 41 having a filter and a rotation unit for rotating the disk unit 41 about an axis J in a plane perpendicular to the plane of the drawing. 42. The disk portion 41 has 30 different types of filters 43 on the same circumference centered on the axis J.
(1) to 43 (30) are provided, and when the disk portion 41 is rotated about the axis J by the rotating means 42, the filters 43 (1) to 43 (30) sequentially emit the light L1. It will be placed on the road.

【0021】受光手段5により取得される基板91の像
の情報と回転手段42に設けられたエンコーダから得ら
れる光L1の光路上に配置されたフィルタの種類の情報
とは処理部6に送られ、ここで基板91上に形成された
膜厚が算出されることとなる。
The information on the image of the substrate 91 obtained by the light receiving means 5 and the information on the type of filter disposed on the optical path of the light L1 obtained from the encoder provided in the rotating means 42 are sent to the processing section 6. Here, the film thickness formed on the substrate 91 is calculated.

【0022】以上、この装置の構成について説明してき
たが、次に、この装置を用いて基板91上に形成された
薄膜の膜厚を測定するために必要な情報の取得方法につ
いて説明する。なお、この装置1において薄膜の膜厚を
測定するために必要な情報とは、基板91からの反射光
L2の波長ごとの光量である基板91の像を表す2次元
的な情報であり、得られた情報である波長ごとの反射光
の光量から膜厚を求める方法は後述する一例のようにど
のような方法であってもよい。
The configuration of this apparatus has been described above. Next, a method of acquiring information necessary for measuring the thickness of a thin film formed on the substrate 91 using this apparatus will be described. Note that the information necessary for measuring the thickness of the thin film in the apparatus 1 is two-dimensional information representing the image of the substrate 91, which is the amount of light for each wavelength of the reflected light L2 from the substrate 91. The method of obtaining the film thickness from the amount of reflected light for each wavelength, which is the obtained information, may be any method as in an example described later.

【0023】この装置では光源部2から出射された光L
1は光学系3により基板91に導かれるが、光路上にフ
ィルタ43が存在するため、例えば、切替手段4により
光路上に波長λ1の光のみを透過するフィルタ43(1)が
配置された状態では、基板91には波長λ1の光のみが
照射されることとなる。また、切替手段4の円板部41
には他の異なった波長λ2〜λ30の光のみを透過するフ
ィルタ43(2)〜43(30)が設けられているので、これ
らのフィルタが回転手段42により光L1の光路上に配
置された時は、これらの波長の光のみが基板91に照射
されることとなる。
In this device, the light L emitted from the light source 2
1 is guided to the substrate 91 by the optical system 3, but since the filter 43 exists on the optical path, for example, a state in which the filter 43 (1) that transmits only the light of the wavelength λ1 is disposed on the optical path by the switching unit 4 In this case, the substrate 91 is irradiated only with the light having the wavelength λ1. Further, the disc portion 41 of the switching means 4
Are provided with filters 43 (2) to 43 (30) that transmit only light of other different wavelengths λ2 to λ30, and these filters are arranged on the optical path of the light L1 by the rotating means 42. At this time, only light having these wavelengths is irradiated on the substrate 91.

【0024】基板91には特定波長の光L1がほぼ平行
光として全面に照射され、基板91において反射して反
射光L2となるが、基板91上には薄膜が形成されてい
るのでこの薄膜の表面や境界面において反射した光同士
が干渉を生じ、反射光L2はこの干渉の影響を受けたも
のとなる。
The substrate 91 is irradiated with light L1 of a specific wavelength as substantially parallel light over the entire surface, and is reflected by the substrate 91 to become reflected light L2. Light reflected on the surface or the boundary surface causes interference, and the reflected light L2 is affected by the interference.

【0025】反射光L2は光学系3を介して受光手段5
において受光されるが、受光手段5は2次元に配列され
た複数の受光素子からなるため、受光手段5では基板9
1における基板面全体の像を一括して取得することがで
きる。したがって、受光手段5からは特定波長の光を基
板91に照射した際の照射範囲(この実施の形態では基
板全体)における干渉の状態が観察されることとなる。
The reflected light L2 is transmitted through the optical system 3 to the light receiving means 5
The light receiving means 5 is composed of a plurality of light receiving elements arranged two-dimensionally.
1 can collectively obtain an image of the entire substrate surface. Therefore, the state of interference in the irradiation range (in the present embodiment, the entire substrate) when the substrate 91 is irradiated with light of a specific wavelength from the light receiving unit 5 is observed.

【0026】受光手段5において得られた基板91から
の反射光L2の光量の2次元的空間分布を表す情報は処
理部6に送られることとなるが、同時に、切替手段4か
らは回転手段42に設けられたエンコーダからどのフィ
ルタを用いて得られた情報であるのかを示す信号が送ら
れる。したがって、処理部6には基板91に照射された
光の波長と、この波長の光を照射した際の照射範囲の干
渉の状態を示す2次元的な情報とが送られることとな
る。そして、処理部6ではこれらの情報に基づいて基板
91上に形成された薄膜の膜厚が基板面全体に対して一
括して求められることとなる。
The information indicating the two-dimensional spatial distribution of the amount of the reflected light L2 from the substrate 91 obtained by the light receiving means 5 is sent to the processing unit 6, but at the same time, the rotating means 42 A signal indicating which filter is used to obtain the information is transmitted from the encoder provided in. Therefore, the wavelength of the light applied to the substrate 91 and the two-dimensional information indicating the interference state of the irradiation range when the light of this wavelength is applied are sent to the processing unit 6. Then, the processing unit 6 collectively obtains the thickness of the thin film formed on the substrate 91 based on the information.

【0027】以上、この装置1における膜厚測定に必要
な情報の取得方法について説明したが、この装置1と図
10に示す従来の装置101とを比較すると、従来の装
置101では、受光素子では基板109上の一点SP1
01からの反射光L102の分光スペクトルを受光手段
105において測定し、この測定位置である集光点SP
101をステージ108を移動させることにより基板1
09上を走査させて反射光の2次元的な情報を取得する
のに対し、この実施の形態における装置1では、分光ス
ペクトルの代わりに特定の波長の光を基板91に照射
し、受光手段5において一括して反射光L2の2次元的
な空間分布の情報を取得している点で異なる。これによ
り、基板91を移動することなく基板91の所定の領域
(照射範囲)の2次元的な情報を一括して取得すること
ができる。その結果、基板全体の膜厚測定時間の短縮化
や装置の低価格化、小型化を図ることができる。
The method of acquiring information necessary for film thickness measurement in the apparatus 1 has been described above. When the apparatus 1 is compared with the conventional apparatus 101 shown in FIG. One point SP1 on the substrate 109
The light receiving means 105 measures the spectral spectrum of the reflected light L102 from the light receiving point SP1.
The substrate 1 is moved by moving the stage
09 is scanned to acquire the two-dimensional information of the reflected light, whereas the device 1 in this embodiment irradiates the substrate 91 with light of a specific wavelength instead of the spectral spectrum, and In that the information of the two-dimensional spatial distribution of the reflected light L2 is obtained collectively. This makes it possible to collectively acquire two-dimensional information of a predetermined region (irradiation range) of the substrate 91 without moving the substrate 91. As a result, the time required for measuring the film thickness of the entire substrate can be reduced, and the cost and size of the apparatus can be reduced.

【0028】次に、以上のようにして取得された情報に
基づいて膜厚を算出する処理部6の内部の処理について
装置全体の操作および動作とともに説明する。なお、処
理部6は複数の特定の波長の光に対する反射光の光量か
ら膜厚を求める方法であればどのようなものでもよく、
ここでは、基板上に単一の層の膜(単層膜)が形成され
ている場合の処理方法の一例について簡単に説明する。
Next, the internal processing of the processing section 6 for calculating the film thickness based on the information acquired as described above will be described together with the operation and operation of the entire apparatus. The processing unit 6 may be any method as long as it is a method of obtaining a film thickness from the amount of reflected light with respect to a plurality of specific wavelengths of light.
Here, an example of a processing method in the case where a single-layer film (single-layer film) is formed over a substrate will be briefly described.

【0029】図2および図3はこの装置1の操作、動
作、および、膜厚算出処理の流れを示す流れ図である。
FIGS. 2 and 3 are flowcharts showing the operation and operation of the apparatus 1 and the flow of the film thickness calculation process.

【0030】まず、オペレータは測定対象である基板に
形成された薄膜の膜種と膜厚の測定範囲(予想されるお
およその膜厚を示すものであり、以下、「膜厚範囲」と
いう。)とを指定する(ステップS11)。これは、膜
厚範囲によって用いるフィルタの種類が異なるため、測
定前に予め決定しておき、測定時間の短縮を図るための
操作である。なお、膜厚範囲は予め初期値が決定されて
いるようにしてもよい。
First, the operator measures the type of the thin film formed on the substrate to be measured and the thickness of the thin film and the measurement range of the film thickness (which indicates an approximate film thickness to be expected, and is hereinafter referred to as a "film thickness range"). Is specified (step S11). This is an operation for determining beforehand the measurement and shortening the measurement time because the type of filter used differs depending on the film thickness range. The initial value of the film thickness range may be determined in advance.

【0031】膜種および膜厚範囲が指定されると、指定
された膜種から薄膜の光学定数(波長λの関数である反
射率N(λ)、吸収係数K(λ)など)が確認のためにモニ
タに表示され(ステップS12)、処理部6内部ではこ
れらの光学定数を用いて膜厚d、波長λに対する分光反
射比率Rs(d,λ)が理論的に求められる(ステップS1
3)。この分光反射比率Rs(d,λ)は図4に示すように
薄膜が形成されていないときの基板の反射率を100
(%)として波長λに対してほぼ周期的に変化し、膜厚が
増加すればするほど(図4(a)が最も膜厚が小さい場
合を示しており、(a)、(b)、(c)の順に膜厚が
増加する)周期が短くなる特性を有しているため、これ
を利用して基板91の膜厚が測定されることとなる。
When the film type and the film thickness range are specified, the optical constants (reflectance N (λ), absorption coefficient K (λ), etc., which are functions of wavelength λ) of the thin film are confirmed from the specified film type. For this purpose, it is displayed on a monitor (step S12), and the spectral reflection ratio Rs (d, λ) with respect to the film thickness d and the wavelength λ is theoretically obtained using these optical constants inside the processing unit 6 (step S1).
3). As shown in FIG. 4, the spectral reflection ratio Rs (d, λ) is obtained by setting the reflectance of the substrate when the thin film is not formed to 100%.
(%), It changes almost periodically with respect to the wavelength λ, and as the film thickness increases, FIG. 4 (a) shows the case where the film thickness is the smallest, and (a), (b), Since the period has a characteristic of shortening the period (the film thickness increases in the order of (c)), the film thickness of the substrate 91 is measured using this.

【0032】また、指定された膜厚範囲からはこの膜厚
範囲における膜厚の測定に用いる複数のフィルタ(円板
部41に設けられたフィルタ43(1)〜43(30)から選
択されたものであり、例えば、フィルタ43(1)〜43
(10)といった組合せである。以下、このフィルタの組合
せを「フィルタセット」という。)が選択される(ステ
ップS14)。
Further, from the designated film thickness range, a plurality of filters (filters 43 (1) to 43 (30) provided in the disk portion 41) used for measuring the film thickness in this film thickness range are selected. And, for example, filters 43 (1) to 43 (43)
It is a combination such as (10). Hereinafter, this combination of filters is referred to as a “filter set”. ) Is selected (step S14).

【0033】次に、参照基板92として薄膜が形成され
ていない基板を図1中のステージ8上に載置し(ステッ
プS21)、フィルタセットの各フィルタを介して特定
波長λf(λfは光L1の光路上に配置されたフィルタが
透過する光の波長)の光L1を照射したときのそれぞれ
の反射光L2を受光手段5の2次元に配列された各受光
素子iにおいて受光することにより、膜厚の算出の基準
に用いる参照情報であるキャリブレーション情報を取得
する(ステップS22)。すなわち、各受光素子iが受
光する光量を示す情報B(i,λf)および後の補正の工程
に用いる各受光素子iの暗電流の大きさを示す情報D
(i)がキャリブレーション情報として処理部6に送られ
ることとなる。
Next, a substrate on which a thin film is not formed is mounted on the stage 8 in FIG. 1 as a reference substrate 92 (step S21), and a specific wavelength λf (where λf is light L1) is passed through each filter of the filter set. The reflected light L2 when the light L1 (the wavelength of the light transmitted through the filter disposed on the optical path of the light source) is irradiated is received by each of the light receiving elements i arranged two-dimensionally of the light receiving means 5 to form the film. Calibration information, which is reference information used as a reference for calculating the thickness, is obtained (step S22). That is, information B (i, λf) indicating the amount of light received by each light receiving element i and information D indicating the magnitude of the dark current of each light receiving element i used in the subsequent correction process
(i) is sent to the processing unit 6 as calibration information.

【0034】キャリブレーション情報B(i,λf)、D
(i)が求められると、次に測定対象である基板91がス
テージ8上に載置され(ステップS31)、同様にして
各受光素子iが受光する光量を示す情報S(i,λf)が測
定情報として取得される(ステップS32)。なお、各
受光素子における情報B(i,λf)、S(i,λf)の典型的
な様子を図5に示す(実際に得られる情報はλfをパラ
メータとする離散的な情報であるが、図5では各情報の
特性を明確に示すために連続的な波長の変化に対する様
子を示す)。
Calibration information B (i, λf), D
When (i) is obtained, the substrate 91 to be measured is placed on the stage 8 (step S31), and information S (i, λf) indicating the amount of light received by each light receiving element i is similarly obtained. It is acquired as measurement information (step S32). FIG. 5 shows typical states of the information B (i, λf) and S (i, λf) in each light receiving element (actually obtained information is discrete information using λf as a parameter. FIG. 5 shows a state with respect to a continuous wavelength change to clearly show the characteristics of each information.)

【0035】このようにして取得された情報B(i,λ
f)、S(i,λf)、および、D(i)から数1に示す式を用
いて処理部6において各受光素子i上に結ばれる基板9
1の像に対応する位置の分光反射比率T(i,λf)が求め
られる(ステップS41)。この分光反射比率T(i,λ
f)の典型的な様子を図6に示す(実際に得られる情報は
離散的な情報であるが、図5と同様に連続的に示す)。
The information B (i, λ) thus obtained
f), S (i, λf), and D (i), the substrate 9 connected to each light receiving element i in the processing unit 6 using the equation shown in Equation 1.
A spectral reflection ratio T (i, λf) at a position corresponding to one image is obtained (step S41). This spectral reflection ratio T (i, λ
FIG. 6 shows a typical state of f) (actually obtained information is discrete information, but is shown continuously as in FIG. 5).

【0036】[0036]

【数1】 (Equation 1)

【0037】次に、この分光反射比率T(i,λf)から数
2に示す式により受光素子iに対応する基板91の位置
におけるおおよその膜厚である仮膜厚da(i)を求める
(ステップS42)。なお、この式において、λ1、λ2
は図6に示すように分光反射比率のおおよその極値を示
す波長であり、このときの薄膜の屈折率がn1、n2であ
る。また、これらの波長の間に存在する極値の個数がX
である。
Next, from the spectral reflection ratio T (i, λf), a temporary film thickness da (i), which is an approximate film thickness at the position of the substrate 91 corresponding to the light receiving element i, is obtained by the equation shown in Expression (2). Step S42). In this equation, λ1, λ2
Is a wavelength indicating an approximate extreme value of the spectral reflection ratio as shown in FIG. 6, and the refractive indexes of the thin film at this time are n1 and n2. Further, the number of extreme values existing between these wavelengths is X
It is.

【0038】[0038]

【数2】 (Equation 2)

【0039】仮膜厚da(i)が求まると、この膜厚近傍
((da(i)−α)〜(da(i)+α))を膜厚検査範囲
として膜厚dに対する理論計算により得られた分光反射
比率Rs(d,λ)と実測により得られた分光反射比率T
(i,λf)とに基づいて、カーブフィット法を用いて受光
素子iに対応する基板91の位置における正確な膜厚d
t(i)を算出する。すなわち、図7に示すように数3に
示す式より求められる誤差平方和Es(i,d)と膜厚dと
の関係を点としてプロットし、これらの点を補間して誤
差平方和Es(i,d)が最小となる膜厚dt(i)を求め
る。
When the provisional film thickness da (i) is obtained, the vicinity ((da (i) -α) to (da (i) + α)) of this film thickness is obtained by a theoretical calculation for the film thickness d as a film thickness inspection range. Spectral reflection ratio Rs (d, λ) and spectral reflection ratio T obtained by actual measurement
Based on (i, λf), the accurate film thickness d at the position of the substrate 91 corresponding to the light receiving element i using the curve fitting method
Calculate t (i). That is, as shown in FIG. 7, the relationship between the sum of squared errors Es (i, d) obtained from the equation shown in Expression 3 and the film thickness d is plotted as points, and these points are interpolated to sum up the sum of squared errors Es ( The film thickness dt (i) that minimizes i, d) is obtained.

【0040】[0040]

【数3】 (Equation 3)

【0041】また、このときの誤差平方和Es(i,dt)
を求められた膜厚dt(i)が適切な値かどうかを判定す
るGOF(Good of Fitness)値としてこの値が所定のし
きい値を超えないかどうか比較し、超えない場合は求め
られた膜厚dt(i)が適切な値であると判定する(ステ
ップS43〜S46)。そして、GOF判定結果が測定
膜厚の値が適切なものであるという結果であれば、膜厚
dt(i)、GOF値、および、GOF判定結果をモニタ
に表示する(ステップS47)。
The error sum of squares Es (i, dt) at this time is
Is compared as a GOF (Good of Fitness) value for judging whether or not the obtained film thickness dt (i) is an appropriate value. It is determined that the film thickness dt (i) is an appropriate value (steps S43 to S46). If the GOF determination result indicates that the value of the measured film thickness is appropriate, the film thickness dt (i), the GOF value, and the GOF determination result are displayed on a monitor (step S47).

【0042】ここで、GOF判定結果が測定された膜厚
が適切な値でないという結果であった場合、ステップS
11において指定された(あるいは、予め決定された)
膜厚範囲を他の膜厚測定範囲に変更し、再び測定処理を
開始する。なお、この場合は、参照情報や測定情報の取
得処理は省略される。これにより、GOF判定結果が適
切な膜厚測定値であるとの結果となるまで、または、全
ての膜厚範囲においての測定が完了するまで測定処理が
繰り返される。
Here, if the GOF determination result is that the measured film thickness is not an appropriate value, step S
Specified in 11 (or predetermined)
The thickness range is changed to another thickness measurement range, and the measurement process is started again. In this case, the process of acquiring the reference information and the measurement information is omitted. Thus, the measurement process is repeated until the GOF determination result indicates that the measurement value is an appropriate thickness measurement value, or until the measurement in the entire thickness range is completed.

【0043】このような膜厚範囲の変更を行うことによ
り、例えば、指定された(あるいは、予め初期状態で決
定された)膜厚範囲が不適切な場合や膜厚が不明な場合
であっても、適切な膜厚測定が可能となる。
By making such a change in the film thickness range, for example, when the designated (or predetermined in the initial state) film thickness range is inappropriate or when the film thickness is unknown. Also, appropriate film thickness measurement becomes possible.

【0044】以上、この実施の形態における膜厚測定装
置1の操作、動作、および、膜厚算出処理の例として、
基板91上に単層膜が形成されている場合について説明
してきたが、もちろん、この方法に限定されるものでは
なく、反射光の波長と光量との関係から膜厚を求めるこ
とができる方法であるならばどのような方法を用いても
よい。
As described above, as an example of the operation and operation of the film thickness measuring apparatus 1 in this embodiment and the film thickness calculation processing,
Although the case where the single-layer film is formed on the substrate 91 has been described, it is needless to say that the present invention is not limited to this method, and that the film thickness can be obtained from the relationship between the wavelength of reflected light and the amount of light. If so, any method may be used.

【0045】例えば、非常に薄い薄膜の分光反射比率T
(i,λf)が2つの異なる波長に対して与えられた場合、
図4に示したように分光反射比率の波長に対する周期的
変化の周期が長くなるので、この2つの値から求められ
る波長に対する分光反射比率の変化量から膜厚を求める
ことができる。したがって、少なくとも2つのフィルタ
が存在すれば非常に薄い薄膜の膜厚の測定が可能とな
る。
For example, the spectral reflection ratio T of a very thin thin film
If (i, λf) is given for two different wavelengths,
As shown in FIG. 4, since the period of the periodic change with respect to the wavelength of the spectral reflection ratio becomes longer, the film thickness can be obtained from the change amount of the spectral reflection ratio with respect to the wavelength obtained from these two values. Therefore, when at least two filters are present, it is possible to measure the thickness of a very thin thin film.

【0046】また、単層膜に限られず、複数の積層され
た薄膜(多層膜)が基板91上に形成されている場合で
も利用可能である。なお、この場合は、上記処理におい
て参照基板92として薄膜が形成されていない基板や完
全に不透明な膜(その層で光を吸収し、下層に光を通さ
ない膜)が形成された基板を用い、また、処理部6にお
ける処理内容も多層膜の膜厚を算出するための方法を用
いることとなる。
The present invention is not limited to a single-layer film, and can be used even when a plurality of laminated thin films (multilayer films) are formed on the substrate 91. In this case, a substrate on which a thin film is not formed or a substrate on which a completely opaque film (a film that absorbs light in the layer and does not transmit light in the lower layer) is used as the reference substrate 92 in the above process. The processing performed by the processing unit 6 also uses a method for calculating the thickness of the multilayer film.

【0047】<2.第2の実施の形態>図8はこの発明
に係る第2の実施の形態である膜厚測定装置の受光手段
5aを示す図である。この装置は図1に示される第1の
実施の形態の装置1と比較し、切替手段4がなく、受光
手段5のみが異なる点を除いて他は同様の構成となって
いる。すなわち、図1に示す装置1から切替手段4を全
て取り除き、受光手段5を図8に示すような構成とした
ものがこの実施の形態における装置となっている。した
がって、基板には光源部からの白色光がフィルタを介さ
ず入射し、その反射光を受光手段5aが受光するように
なっている。
<2. Second Embodiment> FIG. 8 is a view showing a light receiving means 5a of a film thickness measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention. This device is the same as the device 1 of the first embodiment shown in FIG. 1 except that there is no switching means 4 and only the light receiving means 5 is different. That is, the apparatus in this embodiment is one in which all the switching means 4 are removed from the apparatus 1 shown in FIG. 1 and the light receiving means 5 is configured as shown in FIG. Therefore, the white light from the light source unit is incident on the substrate without passing through the filter, and the reflected light is received by the light receiving unit 5a.

【0048】受光手段5aは、反射光L2をほぼ平行光
とするレンズ51、レンズ51を透過した光のうち特定
の波長の光L2a〜L2dを反射する4つのダイクロイ
ックミラー52a〜52d、反射された光L2a〜L2
dを集光させるレンズ53a〜53d、および、2次元
に配列された受光素子からなりこれらの光を受光する受
光部54a〜54dから構成される。
The light receiving means 5a includes a lens 51 for converting the reflected light L2 into substantially parallel light, and four dichroic mirrors 52a to 52d for reflecting light L2a to L2d having specific wavelengths among the light transmitted through the lens 51. Light L2a to L2
It is composed of lenses 53a to 53d for condensing d, and light receiving units 54a to 54d which are composed of light receiving elements arranged two-dimensionally and receive these lights.

【0049】このような構成により、受光手段5aに入
射する光L2は分割手段であるダイクロイックミラー5
2a〜52dにより特定波長の光L2a〜L2dに分割
されて受光部54a〜54dにおいて2次元的に受光さ
れ、第1の実施の形態と同様に基板からの反射光の波長
ごとの2次元的な空間分布の情報が取得されることとな
る。このようにして得られる情報を受光部54a〜54
dから処理部に送り第1の実施の形態と同様の処理を行
い、基板上に形成された薄膜の膜厚を基板全面について
一括して求められる。
With such a configuration, the light L2 incident on the light receiving means 5a is divided by the dichroic mirror 5
The light is divided into light L2a to L2d having a specific wavelength by 2a to 52d and received two-dimensionally in the light receiving units 54a to 54d. As in the first embodiment, two-dimensional light is reflected from the substrate for each wavelength. The information on the spatial distribution is obtained. The information obtained in this way is transmitted to the light receiving units 54a to 54a.
From step d, the film is sent to the processing unit, and the same processing as in the first embodiment is performed, so that the thickness of the thin film formed on the substrate can be obtained all over the substrate.

【0050】以上のように、この第2の実施の形態にお
いても、基板を移動させることなく基板全体の反射光の
波長ごとの光量を測定することができ、その結果、基板
全体の膜厚測定時間の短縮化や装置の低価格化、小型化
を図ることができる。
As described above, also in the second embodiment, it is possible to measure the amount of reflected light of each wavelength of the entire substrate without moving the substrate, and as a result, to measure the film thickness of the entire substrate. It is possible to shorten the time, reduce the price of the device, and reduce the size.

【0051】<3.変形例>以上、この発明に係る膜厚
測定装置およびこの装置における膜厚測定方法について
実施の形態に則して説明してきたが、この発明は上記実
施の形態に限定されるものではない。
<3. Modifications> Although the film thickness measuring apparatus according to the present invention and the film thickness measuring method in this apparatus have been described according to the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments.

【0052】例えば、第1の実施の形態および図1を参
照する第2の実施の形態では、光学系3に凹面鏡34を
用いているが、基板91に入射する光L1および基板9
1から反射する光L2を適切に導くことができるのであ
るならばどのようなものであってもよい。図9はレンズ
34aを用いて基板91に光L1を導き、基板91から
の光L2を受光手段5に導く例を示した図である。
For example, in the first embodiment and the second embodiment referring to FIG. 1, the concave mirror 34 is used for the optical system 3, but the light L1 incident on the substrate 91 and the substrate 9
Any light may be used as long as the light L2 reflected from the light source 1 can be appropriately guided. FIG. 9 is a diagram showing an example in which the light L1 is guided to the substrate 91 using the lens 34a, and the light L2 from the substrate 91 is guided to the light receiving unit 5.

【0053】また、第1の実施の形態ではフィルタ43
(1)〜43(30)を用いて特定の波長の光を受光手段5が
受光するようにしており、第2の実施の形態ではダイク
ロイックミラー52a〜52dを用いて特定の波長の光
L2a〜L2dを受光部54a〜54dが受光するよう
になっているが、これらのフィルタやダイクロイックミ
ラーの数はこの形態に限定されるものではなく、2以上
であればよい。また、第1の実施の形態における切替手
段4はフィルタの切り替えを行うことができるのである
ならばどのようなものであってもよく、回転手段42に
よりフィルタの切り替えを行うのではなく、例えば、ス
ライド式にフィルタを切り替えるようにしてもよい。第
2の実施の形態においても分割手段として機能するダイ
クロイックミラー52a〜52dは波長ごとに光を分割
するのであればどのような形態であってもよく、例え
ば、ハーフミラーにより分割した後、フィルタを通すよ
うにしてもよい。
In the first embodiment, the filter 43
The light receiving means 5 receives light of a specific wavelength by using (1) to 43 (30). In the second embodiment, light L2a to L2a of specific wavelength is used by using dichroic mirrors 52a to 52d. L2d is received by the light receiving units 54a to 54d, but the number of these filters and dichroic mirrors is not limited to this, and may be two or more. Further, the switching means 4 in the first embodiment may be of any type as long as it can switch the filter. Instead of switching the filter by the rotating means 42, for example, The filter may be switched in a sliding manner. Also in the second embodiment, the dichroic mirrors 52a to 52d functioning as a splitting unit may be of any form as long as the light is split for each wavelength. For example, after splitting by a half mirror, You may let it pass.

【0054】また、基板に形成される薄膜が単層膜に限
定されず、処理部6内部の処理も基板91からの反射光
L2の波長と光量との関係から膜厚を求める方法であれ
ばどのような処理内容であってもよいのは第1の実施の
形態で述べた通りである。
Further, the thin film formed on the substrate is not limited to a single-layer film, and the processing inside the processing unit 6 may be a method in which the film thickness is determined from the relationship between the wavelength of the reflected light L2 from the substrate 91 and the amount of light. Any processing content may be used as described in the first embodiment.

【0055】また、第1の実施の形態では白色光の光源
21としてハロゲンランプを用いているが、キセノンラ
ンプなどであってもよい。また、白色光をフィルタに通
すことにより、特定波長の光を基板91に照射している
が、フィルタを用いずに複数のLEDやレーザーを用い
て複数の異なった波長の光を基板91に照射するように
しても利用可能である。
In the first embodiment, a halogen lamp is used as the white light source 21, but a xenon lamp may be used. In addition, although the substrate 91 is irradiated with light of a specific wavelength by passing white light through a filter, the substrate 91 is irradiated with light of a plurality of different wavelengths using a plurality of LEDs or lasers without using a filter. It is also possible to use it.

【0056】また、第1の実施の形態では切替手段4を
光源部2と光学系3との間に配置しているが、光L1ま
たはL2の光路上であればどこに配置してもよい。
In the first embodiment, the switching means 4 is disposed between the light source unit 2 and the optical system 3, but may be disposed anywhere on the optical path of the light L1 or L2.

【0057】さらに、上記実施の形態では光源部2から
の光L1を基板91のほぼ全面に照射するようにしてい
るが、基板91の全面の膜厚を測定する必要がないので
あれば、基板91の一部のみに光を照射するようにして
もよい。
Further, in the above embodiment, the light L1 from the light source unit 2 is applied to almost the entire surface of the substrate 91. However, if it is not necessary to measure the film thickness of the entire surface of the substrate 91, Light may be applied to only a part of 91.

【0058】[0058]

【発明の効果】請求項1記載の発明では、光学系の光路
上に所定の波長の光のみを透過するフィルタを切り替え
て配置するので、所定の波長の光を基板に照射すること
ができ、また、基板からの反射光を2次元に配列した受
光素子において一括して受光するので、基板の所定の領
域からの反射光の光量を一括して取得することができ
る。これにより、基板の所定の領域の膜厚を一括して求
めることができ、基板を移動させる手段が不要となり、
測定時間の短縮化、および、装置の低価格化・小型化を
図ることができる。
According to the first aspect of the present invention, a filter that transmits only light of a predetermined wavelength is disposed on the optical path of the optical system by switching, so that light of a predetermined wavelength can be applied to the substrate. In addition, since the light reflected from the substrate is collectively received by the light receiving elements arranged two-dimensionally, the amount of reflected light from a predetermined region of the substrate can be acquired collectively. This makes it possible to collectively obtain the film thickness of a predetermined region of the substrate, and it becomes unnecessary to move the substrate.
The measurement time can be shortened, and the price and size of the device can be reduced.

【0059】請求項2記載の発明では、光学系に凹面鏡
を用いているので、請求項1記載の発明の効果に加え
て、色収差に基づく測定誤差の低減、紫外域での測定を
可能とすることができる。
According to the second aspect of the present invention, since the concave mirror is used in the optical system, in addition to the effect of the first aspect, a measurement error based on chromatic aberration can be reduced and a measurement in an ultraviolet region can be performed. be able to.

【0060】請求項3記載の発明では、基板からの反射
光を波長ごとの光に分割し、それぞれの光を対応する2
次元に配列した受光素子からなる受光部において受光す
るので、基板の所定の領域の反射光の各波長の光量を一
括して取得することができる。これにより、基板の所定
の領域の膜厚を一括して求めることができる。その結
果、基板を移動させる手段が不要となり、測定時間の短
縮化、および、装置の低価格化・小型化を図ることがで
きる。
According to the third aspect of the present invention, the reflected light from the substrate is divided into lights for each wavelength, and each light is
Since the light is received by the light receiving unit including the light receiving elements arranged in a dimension, the amount of light of each wavelength of the reflected light in a predetermined area of the substrate can be acquired at a time. This makes it possible to collectively determine the film thickness in a predetermined region of the substrate. As a result, a means for moving the substrate becomes unnecessary, so that the measurement time can be shortened, and the apparatus can be reduced in cost and size.

【0061】請求項4記載の発明では、基板に異なる波
長の光を切り替えて照射し、基板からの反射光の光量の
2次元的空間分布を一括して取得するので、基板の所定
の領域の膜厚を一括して求めることができる。これによ
り、測定時間の短縮化、および、膜厚測定を行う装置の
低価格化・小型化を図ることができる。
According to the fourth aspect of the present invention, the substrate is illuminated by switching light of different wavelengths, and the two-dimensional spatial distribution of the amount of light reflected from the substrate is obtained collectively. The film thickness can be obtained collectively. Thus, the measurement time can be reduced, and the cost and size of the apparatus for measuring the film thickness can be reduced.

【0062】請求項5記載の発明では、測定対象の膜厚
の膜厚範囲を決定し、膜厚範囲から基板に照射する光の
波長の組合せを設定するので、膜厚に応じて適切な波長
の光が基板に照射されるので、迅速な膜厚測定が可能と
なる。
According to the fifth aspect of the present invention, the thickness range of the film thickness to be measured is determined, and the combination of the wavelengths of the light irradiated on the substrate is set from the thickness range. Is irradiated on the substrate, so that the film thickness can be quickly measured.

【0063】請求項6記載の発明では、求められた膜厚
の適否を判定し、この判定結果に応じて膜厚範囲の設定
を変更するので、膜厚範囲が不明であったり、膜厚範囲
の設定が不適切な場合であっても、正確な膜厚測定がで
きる。
According to the sixth aspect of the present invention, the appropriateness of the obtained film thickness is determined, and the setting of the film thickness range is changed in accordance with the determination result. Even if the setting is inappropriate, accurate film thickness measurement can be performed.

【0064】請求項7記載の発明では、基板からの反射
光から複数の異なったの波長の光を分割し、これらの光
の2次元的空間分布を波長ごとに一括して取得するの
で、基板の所定の領域の膜厚を一括して求めることがで
きる。これにより、測定時間の短縮化、および、膜厚測
定を行う装置の低価格化・小型化を図ることができる。
In the invention according to claim 7, light of a plurality of different wavelengths is divided from the reflected light from the substrate, and the two-dimensional spatial distribution of these lights is obtained collectively for each wavelength. Can be collectively determined for the predetermined region. Thus, the measurement time can be reduced, and the cost and size of the apparatus for measuring the film thickness can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の第1の実施の形態に係る膜厚測定装
置の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a film thickness measuring device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】膜厚測定装置の操作および処理の流れを示す図
である。
FIG. 2 is a diagram showing a flow of operation and processing of a film thickness measuring device.

【図3】膜厚測定装置の操作および処理の流れを示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing an operation and a processing flow of a film thickness measuring apparatus.

【図4】波長と分光反射比率の理論計算値との関係の例
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a relationship between a wavelength and a theoretically calculated value of a spectral reflection ratio.

【図5】波長と受光素子の出力との関係の例を示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a relationship between a wavelength and an output of a light receiving element.

【図6】波長と分光反射比率との関係の例を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a relationship between a wavelength and a spectral reflection ratio.

【図7】膜厚と誤差平方和との関係の例を示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a relationship between a film thickness and a sum of error squares.

【図8】この発明の第2の実施の形態に係る膜厚測定装
置の受光手段の構成を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a light receiving unit of a film thickness measuring device according to a second embodiment of the present invention.

【図9】この発明の他の実施の形態に係る膜厚測定装置
の構成を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a film thickness measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図10】従来の膜厚測定装置の構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a conventional film thickness measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 膜厚測定装置 2 光源部 3 光学系 4 切替手段 5 受光手段 5a 受光手段 6 処理部 34 凹面鏡 42 回転手段 43 フィルタ 52a〜52d ダイクロイックミラー 54a〜54d 受光部 91 基板 92 参照基板 L1 光 L2 反射光 L2a 反射光 S11〜S47 ステップ Reference Signs List 1 film thickness measuring device 2 light source unit 3 optical system 4 switching unit 5 light receiving unit 5a light receiving unit 6 processing unit 34 concave mirror 42 rotating unit 43 filter 52a to 52d dichroic mirror 54a to 54d light receiving unit 91 substrate 92 reference substrate L1 light L2 reflected light L2a Reflected light S11 to S47 Step

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に形成された薄膜の膜厚を測定す
る膜厚測定装置であって、 白色光を出射する光源部と、 2次元に配列された複数の受光素子からなる受光手段
と、 前記光源部からの光を前記基板に導くとともに、前記基
板において反射した光を前記受光手段に導く光学系と、 互いに異なる所定の波長の光のみをそれぞれ透過する複
数のフィルタからなるフィルタセットを有し、前記複数
のフィルタを前記光学系の光路上に切り替えて配置する
切替手段と、 前記複数のフィルタの切り替えに応じて、前記受光手段
からの信号を取得し、前記信号に基づいて前記薄膜の膜
厚を求める処理部と、を備えることを特徴とする膜厚測
定装置。
1. A film thickness measuring device for measuring a film thickness of a thin film formed on a substrate, comprising: a light source section for emitting white light; and a light receiving means comprising a plurality of light receiving elements arranged two-dimensionally. An optical system that guides light from the light source unit to the substrate and guides light reflected on the substrate to the light receiving unit; and a filter set including a plurality of filters that respectively transmit only light having predetermined different wavelengths. Switching means for switching and arranging the plurality of filters on the optical path of the optical system, acquiring a signal from the light receiving means in response to switching of the plurality of filters, and forming the thin film based on the signal. A film thickness measuring device comprising:
【請求項2】 請求項1記載の膜厚測定装置であって、 前記光学系が、 前記光源部からの光をほぼ平行光として前記基板に入射
させる凹面鏡、を有することを特徴とする膜厚測定装
置。
2. The film thickness measuring apparatus according to claim 1, wherein the optical system has a concave mirror for making the light from the light source unit incident on the substrate as substantially parallel light. measuring device.
【請求項3】 基板上に形成された薄膜の膜厚を測定す
る膜厚測定装置であって、 白色光を出射する光源部と、 入射された光を受光する受光手段と、 前記光源部からの光を前記基板に導くとともに、前記基
板において反射した光を前記受光手段に導く光学系と、 前記受光手段からの信号を取得し、前記信号に基づいて
前記薄膜の膜厚を求める処理部と、を備え、 前記受光手段が、 前記基板において反射した光を複数の波長成分に分割す
る分割手段と、 前記分割手段により分割された光のそれぞれに対応した
複数の受光部と、を有し、前記複数の受光部のそれぞれ
が2次元に配列された複数の受光素子からなることを特
徴とする膜厚測定装置。
3. A film thickness measuring device for measuring a film thickness of a thin film formed on a substrate, comprising: a light source unit for emitting white light; a light receiving unit for receiving incident light; An optical system that guides the light to the substrate, and guides the light reflected by the substrate to the light receiving unit, a processing unit that acquires a signal from the light receiving unit, and obtains a film thickness of the thin film based on the signal. Wherein the light receiving unit has: a dividing unit that divides the light reflected on the substrate into a plurality of wavelength components; and a plurality of light receiving units corresponding to each of the lights divided by the dividing unit. A film thickness measuring apparatus, wherein each of the plurality of light receiving sections is composed of a plurality of light receiving elements arranged two-dimensionally.
【請求項4】 光源部から出射される複数の異なった波
長の光を切り替えて参照基板の所定の領域に照射し、前
記複数の異なった波長の光の切り替えに応じて前記参照
基板からの反射光の光量の2次元的空間分布を参照情報
として一括して取得する参照情報取得工程と、 前記光源部から出射される複数の異なった波長の光を切
り替えて測定対象である薄膜が形成された基板の所定の
領域に照射し、前記複数の異なった波長の光の切り替え
に応じて前記基板からの反射光の光量の2次元的空間分
布を測定情報として一括して取得する測定情報取得工程
と、 前記参照情報と前記測定情報とに基づいて前記基板の分
光反射比率を算出する工程と、 前記分光反射比率と理論計算により求められた分光反射
比率とを比較することにより、前記薄膜の膜厚を求める
工程と、を有することを特徴とする膜厚測定方法。
4. A plurality of light beams of different wavelengths emitted from a light source unit are switched to irradiate a predetermined area of a reference substrate, and reflected from the reference substrate according to the switching of the plurality of different wavelength light beams. A reference information acquisition step of collectively acquiring a two-dimensional spatial distribution of light quantity of light as reference information, and a thin film to be measured is formed by switching light of a plurality of different wavelengths emitted from the light source unit. Irradiating a predetermined area of the substrate, a measurement information obtaining step of collectively obtaining a two-dimensional spatial distribution of the amount of reflected light from the substrate as measurement information in accordance with switching of the plurality of different wavelengths; Calculating the spectral reflection ratio of the substrate based on the reference information and the measurement information; and comparing the spectral reflection ratio with the spectral reflection ratio obtained by theoretical calculation to obtain a film thickness of the thin film. A film thickness measuring method comprising:
【請求項5】 請求項4記載の膜厚測定方法であって、 前記膜厚の測定範囲である膜厚範囲を決定する範囲決定
工程と、 前記膜厚範囲から前記光源部から出射される複数の異な
った波長の光の組合せを設定する波長設定工程と、をさ
らに有することを特徴とする膜厚測定方法。
5. The film thickness measuring method according to claim 4, wherein: a range determining step of determining a film thickness range that is the film thickness measuring range; and a plurality of light emitted from the light source unit from the film thickness range. A wavelength setting step of setting a combination of lights having different wavelengths.
【請求項6】 請求項5記載の膜厚測定方法であって、 前記参照情報と前記測定情報とに基づいて求められた前
記薄膜の膜厚の適否を判定する判定工程と、 前記判定工程の判定に応じて前記範囲決定工程における
前記膜厚範囲を変更する範囲変更工程と、をさらに有す
ることを特徴とする膜厚測定方法。
6. The method of measuring a film thickness according to claim 5, wherein: a determining step of determining whether the thickness of the thin film obtained based on the reference information and the measuring information is appropriate; A range changing step of changing the film thickness range in the range determining step according to the determination.
【請求項7】 光源部からの白色光を参照基板の所定の
領域に照射し、前記参照基板からの反射光から複数の異
なった波長の光を分割し、前記複数の異なった波長の光
の光量の2次元的空間分布を参照情報として前記波長ご
とに一括して取得する参照情報取得工程と、 前記光源部からの白色光を測定対象である薄膜が形成さ
れた基板の所定の領域に照射し、前記基板からの反射光
から複数の異なった波長の光を分割し、前記複数の異な
った波長の光の光量の2次元的空間分布を測定情報とし
て前記波長ごとに一括して取得する測定情報取得工程
と、 前記参照情報と前記測定情報とに基づいて前記基板の分
光反射比率を算出する工程と、 前記分光反射比率と理論計算により求められた分光反射
比率とを比較することにより、前記薄膜の膜厚を求める
工程と、を有することを特徴とする膜厚測定方法。
7. A method for irradiating a predetermined area of a reference substrate with white light from a light source unit, splitting a plurality of light beams having different wavelengths from light reflected from the reference substrate, and A reference information acquisition step of collectively acquiring a two-dimensional spatial distribution of light amount as reference information for each wavelength, and irradiating a predetermined region of a substrate on which a thin film to be measured is formed with white light from the light source unit Measuring a plurality of different wavelengths of light from the reflected light from the substrate, and collectively obtaining a two-dimensional spatial distribution of the light amounts of the plurality of different wavelengths as measurement information for each wavelength; An information acquisition step, a step of calculating a spectral reflection ratio of the substrate based on the reference information and the measurement information, and comparing the spectral reflection ratio with a spectral reflection ratio obtained by theoretical calculation, Calculate thin film thickness And measuring the film thickness.
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