KR20240011694A - 막 두께 측정 장치 및 막 두께 측정 방법 - Google Patents
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Abstract
막 두께 측정 장치는 샘플에 대해서 광을 조사하는 광원과, 샘플로부터의 광을 검출하고, 검출한 광의 휘도 정보에 따른 신호를 출력하는 에어리어 센서와, 샘플로부터의 광을 분광 검출하고, 해당 광의 스펙트럼을 포함하는 파장 정보에 따른 신호를 출력하는 분광기와, 에어리어 센서로부터 출력되는 신호로부터 특정되는 휘도 정보와, 분광기로부터 출력되는 신호로부터 특정되는 파장 정보에 기초하여, 샘플의 막 두께를 추정하는 제어 장치를 구비한다.
Description
본 발명의 일 양태는, 막 두께 측정 장치 및 막 두께 측정 방법에 관한 것이다.
측정 대상물의 막 두께를 측정하는 기술로서, 백색광을 측정 대상물에 조사하여 그 반사광을 컬러 카메라로 검출함으로써 3파장의 간섭색 화상을 취득하고, 소정의 알고리즘에 기초하여 에어리어 단위로 막 두께 분포 측정을 행하는 기술이 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 1 및 2, 그리고, 비특허문헌 1 참조).
기타가와 카츠이치, 오오츠키 마사후미, "간섭색 화상 해석에 의한 투명막의 광(廣)시야 막 두께 분포 측정 장치의 개발", 정밀 공학 회지 79(11), 1078-1082, 2013.
본 기술 분야에서는, 보다 고정밀도로 측정 대상물의 막 두께를 측정하는 것이 요구되고 있다.
본 발명의 일 양태는 상기 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 측정 대상물의 막 두께를 고정밀도로 도출하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에 따른 막 두께 측정 장치는, 측정 대상물에 대해서 광을 조사하는 광 조사부와, 측정 대상물로부터의 광을 검출하는 에어리어 센서 또는 라인 센서인 제1 광 검출기를 가지고, 검출한 광의 휘도 정보에 따른 신호를 출력하는 광 검출부와, 측정 대상물로부터의 광을 분광 검출하고, 해당 광의 스펙트럼을 포함하는 파장 정보에 따른 신호를 출력하는 분광기와, 광 검출부로부터 출력되는 신호로부터 특정되는 휘도 정보와, 분광기로부터 출력되는 신호로부터 특정되는 파장 정보에 기초하여, 측정 대상물의 막 두께를 추정하는 해석부를 구비한다.
본 발명의 일 양태에 따른 막 두께 측정 장치에서는, 측정 대상물로부터의 광이 광 검출부에 있어서 검출됨과 아울러 분광기에 있어서 분광 검출되고, 광 검출부로부터 출력되는 신호로부터 특정되는 휘도 정보와, 분광기로부터 출력되는 신호로부터 특정되는 파장 정보에 기초하여, 측정 대상물의 막 두께가 추정된다. 광 검출부에 있어서 검출되는 광의 휘도 정보(광의 반사율)는, 측정 대상물의 막 두께에 따른 값이 된다. 여기서, 휘도 정보만으로는, 막 두께의 상대적인 분포만이 특정되고 절대값이 특정되지 않는다. 이 점, 본 발명의 일 양태에 따른 막 두께 측정 장치에서는, 분광 검출된 광의 스펙트럼을 포함하는 파장 정보가 더 고려되고 있으므로, 분광 검출된 점의 막 두께의 절대값을 특정할 수 있다. 이것에 의해, 휘도 정보로부터 특정되는 상대적인 막 두께 분포와, 분광 검출된 점의 막 두께의 절대값에 기초하여, 측정 대상물의 각 에어리어의 막 두께의 절대값을 적절히 도출할 수 있다. 이상과 같이, 광 검출부에 있어서의 검출 결과가 분광기에 있어서의 검출 결과에 의해서 교정됨으로써, 측정 대상물의 막 두께를 고정밀도로 도출할 수 있다.
상기 막 두께 측정 장치는, 측정 대상물로부터의 광을 분할하는 광 분할 소자를 더 구비하고, 광 검출부는 에어리어 센서 또는 라인 센서인 제2 광 검출기를 더 가지고, 광 분할 소자는 측정 대상물로부터의 광을 분할하여 제1 광 검출기 및 제2 광 검출기로 도광해도 된다. 이와 같이, 측정 대상물로부터의 광이 분할되고, 2개의 광 검출기에 의해서 분할 후의 광이 검출됨으로써, 예를 들면 파장대마다 광을 나누어, 원하는 파장대에 있어서의 휘도 정보로부터 막 두께를 추정할 수 있다. 이것에 의해서, 보다 고정밀도로 측정 대상물의 막 두께를 도출할 수 있다.
광 분할 소자는 소정의 파장역에 있어서 파장에 따라 투과율 및 반사율이 변화하고, 측정 대상물로부터의 광을 투과 및 반사시킴으로써 분할하는 경사 다이크로익 미러를 가지고 있어도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 파장대마다 광을 적절히 분할할 수 있다.
광 분할 소자는 다이크로익 미러 또는 하프 미러와, 밴드 패스 필터를 가지고 있어도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 파장대마다 광을 적절히 분할할 수 있다.
광 검출부는 제1 광 검출기에 있어서 검출되는 광의 휘도값과 제2 광 검출기에 있어서 검출되는 광의 휘도값의 비를 포함하는 휘도 정보에 따른 신호를 출력해도 된다. 광 검출기에 있어서 검출되는 광은, 예를 들면 광원의 흔들림이나 배경광 등의 영향을 받는 것을 생각할 수 있다. 이 경우, 휘도 정보에 기초하여 막 두께를 고정밀도로 추정할 수 없을 우려가 있다. 이 점, 파장에 따라 분할한 2개의 파장대의 광의 휘도값의 비가 도출됨으로써, 상술한 배경광 등의 영향을 받지 않는 휘도 정보를 도출할 수 있다. 이와 같은 휘도 정보에 기초하여 막 두께가 추정됨으로써, 고정밀도의 막 두께 추정을 실현할 수 있다.
해석부는, 측정 대상물의 정보에 기초하여, 휘도 정보와 파장 정보를 이용한 측정 대상물의 막 두께 추정을 실시할지 여부를 결정해도 된다. 측정 대상물의 상태(예를 들면 두께 등)에 따라서, 막 두께를 고정밀도로 추정 가능한 방법이 다른 바, 측정 대상물의 정보에 기초하여, 상술한 「휘도 정보와 파장 정보를 이용한 막 두께 추정」을 실시할지 여부가 결정됨으로써, 측정 대상물의 상태에 맞는 막 두께 추정을 실시할 수 있다. 이것에 의해, 고정밀도의 막 두께 추정을 실현할 수 있다.
광 분할 소자는 소정의 파장역에 있어서 파장에 따라 투과율 및 반사율이 변화하고, 측정 대상물로부터의 광을 투과 및 반사시킴으로써 분할하는 경사 다이크로익 미러를 가지고, 해석부는, 측정 대상물의 막 두께의 두께가 소정값보다도 작은 경우에는, 휘도 정보와 파장 정보에 기초하여 측정 대상물의 막 두께를 추정하고, 측정 대상물의 막 두께의 두께가 소정값보다도 큰 경우에는, 광 검출부로부터 출력되는 신호에 기초하여 파장 중심을 특정하고, 해당 파장 중심에 기초하여 측정 대상물의 막 두께를 추정해도 된다. 파장 중심에 기초하여 측정 대상물의 막 두께를 추정하는 방법에 의하면, 보다 간이하게 고정밀도의 막 두께 추정을 실현할 수 있다. 그렇지만, 막 두께가 작은 경우에는 파장 중심에 기초하여 고정밀도로 막 두께 추정을 실시하는 것이 곤란하다. 이 점, 측정 대상물의 막 두께의 두께가 취득되고, 막 두께의 두께가 소정값보다도 작은 경우에는 상술한 휘도 정보와 파장 정보에 기초하는 막 두께 추정이 실시됨으로써, 막 두께가 작은 경우라도 고정밀도로 막 두께 추정을 실시할 수 있다. 그리고, 막 두께의 두께가 충분히 큰 경우에는, 파장 중심에 기초하는 막 두께 추정이 실시됨으로써, 보다 간이한 방법에 의해서 신속하고 고정밀도로 막 두께 추정을 실시할 수 있다.
해석부는, 파장 정보에 기초하여, 측정될 수 있는 막 두께의 범위인 막 두께 측정 레인지를 특정하고, 휘도 및 막 두께의 관계식과 휘도 정보에 기초하여 특정되는 하나 또는 복수의 막 두께 중, 막 두께 측정 레인지에 포함되는 막 두께를, 측정 대상물의 막 두께로서 추정해도 된다. 측정 대상물로부터의 광의 휘도 및 막 두께에 대해서는 관계식이 성립하기 때문에, 휘도 및 막 두께의 관계식을 미리 규정할 수 있다. 여기서, 휘도 및 막 두께의 관계는, 주기적 변화를 나타내는 파형으로 나타내지기 때문에, 휘도 정보에 기초하여 휘도가 특정되어도, 해당 휘도에 대응하는 막 두께 후보가 복수 존재하게 된다. 이 점, 스펙트럼을 포함하는 파장 정보가 이용됨으로써, 측정될 수 있는 막 두께의 범위(막 두께 측정 레인지)가 특정되기 때문에, 복수의 막 두께 후보 중에서 하나의 막 두께를 특정하는 것이 가능하게 된다. 이와 같이 하여 특정된 막 두께가 대상물의 막 두께로서 추정됨으로써, 고정밀도의 막 두께 추정을 실현할 수 있다.
해석부는, 휘도 정보에서 나타내지는 휘도값을 파장 정보의 스펙트럼의 초기값으로부터의 변화량에 의해서 보정한 보정 후 휘도 정보에 기초하여, 측정 대상물의 막 두께를 추정해도 된다. 광 검출기에 있어서 검출되는 광은, 예를 들면 광원의 흔들림이나 배경광 등의 영향을 받는 것을 생각할 수 있다. 이 경우, 휘도 정보에 기초하여 막 두께를 고정밀도로 추정할 수 없을 우려가 있다. 이 점, 스펙트럼의 초기값으로부터의 변화량에 의해서, 휘도 정보에서 나타내지는 휘도값이 보정됨으로써, 원래 포함되어 있던 광원의 흔들림이나 배경광 등의 영향을 제거한 휘도 정보에 의해서, 고정밀도로 막 두께를 추정할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 막 두께 측정 방법은, 측정 대상물에 대해서 광을 조사하는 광 조사 스텝과, 측정 대상물로부터의 광을 검출하고, 검출한 광의 휘도 정보에 따른 신호를 출력하는 광 검출 스텝과, 측정 대상물로부터의 광을 분광 검출하고, 해당 광의 스펙트럼을 포함하는 파장 정보에 따른 신호를 출력하는 분광 스텝과, 광 검출 스텝에 있어서 출력되는 신호로부터 특정되는 휘도 정보와, 분광 스텝에 있어서 출력되는 신호로부터 특정되는 파장 정보에 기초하여, 측정 대상물의 막 두께를 추정하는 막 두께 추정 스텝을 포함한다.
광 검출 스텝에서는, 측정 대상물로부터의 광을 분할하고, 분할된 각각의 광을 검출함으로써, 휘도 정보를 취득해도 된다.
광 검출 스텝에서는, 분할된 각각의 광의 휘도값의 비를 포함하는 휘도 정보에 따른 신호를 출력해도 된다.
막 두께 추정 스텝에서는, 측정 대상물의 정보에 기초하여, 휘도 정보와 파장 정보를 이용한 측정 대상물의 막 두께 추정을 실시할지 여부를 결정해도 된다.
광 검출 스텝에서는, 소정의 파장역에 있어서 파장에 따라 투과율 및 반사율이 변화하고, 측정 대상물로부터의 광을 투과 및 반사시킴으로써 분할하는 경사 다이크로익 미러에 의해서, 측정 대상물로부터의 광을 분할하고, 막 두께 추정 스텝에서는, 측정 대상물의 막 두께의 두께가 소정값보다도 작은 경우에는, 휘도 정보와 파장 정보에 기초하여 측정 대상물의 막 두께를 추정하고, 측정 대상물의 막 두께의 두께가 소정값보다도 큰 경우에는, 광 검출 스텝에 있어서 출력되는 신호에 기초하여 파장 중심을 특정하고, 해당 파장 중심에 기초하여 측정 대상물의 막 두께를 추정해도 된다.
막 두께 추정 스텝에서는, 파장 정보에 기초하여, 측정될 수 있는 막 두께의 범위인 막 두께 측정 레인지를 특정하고, 휘도 및 막 두께의 관계식과 휘도 정보에 기초하여 특정되는 하나 또는 복수의 막 두께 중, 막 두께 측정 레인지에 포함되는 막 두께를, 측정 대상물의 막 두께로서 추정해도 된다.
막 두께 추정 스텝에서는, 휘도 정보에서 나타내지는 휘도값을 파장 정보의 스펙트럼의 초기값으로부터의 변화량에 의해서 보정한 보정 후 휘도 정보에 기초하여, 측정 대상물의 막 두께를 추정해도 된다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 측정 대상물의 막 두께를 고정밀도로 도출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 막 두께 측정 장치를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 막 두께마다의 파장과 반사 강도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 막 두께값 추정을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 막 두께 측정 흐름을 나타내는 플로차트이다.
도 2는 막 두께마다의 파장과 반사 강도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 막 두께값 추정을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 막 두께 측정 흐름을 나타내는 플로차트이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 막 두께 측정 장치(1)를 모식적으로 나타낸 도면이다. 막 두께 측정 장치(1)는 샘플(100)(측정 대상물)에 대해서 예를 들면 면 모양으로 광을 조사하고, 해당 샘플(100)로부터의 반사광에 기초하여, 샘플(100)에 형성된 막의 두께를 측정하는 장치이다. 샘플(100)은 예를 들면 LED, 미니 LED, μLED, SLD 소자, 레이저 소자, 수직형 레이저 소자(VCSEL), OLED 등의 발광 소자여도 되고, 나노 도트 등을 포함하는 형광 물질에 의해 발광 파장을 조정하는 발광 소자여도 된다. 또한, 샘플(100)은 예를 들면 박막이 형성된 웨이퍼 등의 반도체 재료여도 된다.
도 1에 나타내지는 바와 같이, 막 두께 측정 장치(1)는 광원(10)(광 조사부)과, 카메라 시스템(20)과, 제어 장치(30)(해석부)를 구비하고 있다.
광원(10)은 샘플(100)에 대해서 예를 들면 면 모양으로 광을 조사한다. 광원(10)은, 예를 들면, 샘플(100)의 표면의 대략 전면(全面)에 대해서 면 모양으로 광을 조사한다. 광원(10)은, 예를 들면, 샘플(100)의 표면을 균일적으로 조사 가능한 광원이며, 샘플(100)에 대해서 확산광을 조사한다. 광원(10)은 소위 플랫 돔형의 광원이어도 되고, 돔형의 광원이어도 된다. 플랫 돔형의 광원에 의하면, 충분한 시야(예를 들면 300mm 정도의 시야)를 확보하면서, 화면 겹침을 억제할 수 있다. 광원(10)은 백색 LED, 할로겐 램프, 또는 Xe 램프 등을 이용한 면 조명 유닛이어도 된다.
광원(10)은, 예를 들면, 카메라 시스템(20)이 갖는 경사 다이크로익 미러(22)(상세는 후술)의 소정의 파장역에 포함되는 파장의 광을, 샘플(100)에 대해서 조사한다. 상세는 후술하지만, 경사 다이크로익 미러(22)는 샘플(100)로부터의 광을 파장에 따라 투과 및 반사시킴으로써 분할하는 광학 소자이다. 경사 다이크로익 미러(22)는, 상술한 소정의 파장역에 있어서, 파장에 따라 투과율 및 반사율이 변화한다.
카메라 시스템(20)은 렌즈(21)와, 경사 다이크로익 미러(22)(광 분할 소자)와, 에어리어 센서(23, 24)(광 검출부)와, 밴드 패스 필터(25, 26)와, 하프 미러(29)와, 분광기(50)를 포함하여 구성되어 있다.
렌즈(21)는 입사한 샘플(100)로부터의 광을 집광하는 렌즈이다. 렌즈(21)는 경사 다이크로익 미러(22)의 전단(前段)(상류)에 배치되어 있어도 되고, 경사 다이크로익 미러(22)와 에어리어 센서(23, 24) 사이의 영역에 배치되어 있어도 된다. 렌즈(21)는 유한 초점 렌즈여도 되고, 무한 초점 렌즈여도 된다. 렌즈(21)가 유한 초점 렌즈인 경우에는, 렌즈(21)로부터 에어리어 센서(23, 24)까지의 거리는 소정값으로 된다. 렌즈(21)가 무한 초점 렌즈인 경우에는, 렌즈(21)는 샘플(100)로부터의 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이터 렌즈이며, 평행광이 얻어지도록 수차 보정되어 있다. 렌즈(21)로부터 출력된 광은, 경사 다이크로익 미러(22)에 입사한다.
경사 다이크로익 미러(22)는, 특수한 광학 소재를 이용하여 작성된 미러로서, 샘플(100)로부터의 광을 파장에 따라 투과 및 반사시킴으로써 분할하는 광 분할 소자이다. 경사 다이크로익 미러(22)는 샘플(100)로부터의 광을 분할하여 에어리어 센서(23, 24)로 도광한다. 경사 다이크로익 미러(22)는 소정의 파장역에 있어서 파장에 따라 광의 투과율 및 반사율이 변화하도록 구성되어 있다. 즉, 경사 다이크로익 미러(22)에서는, 소정의 파장역에 있어서 파장의 변화에 따라 광의 투과율(및 반사율)이 완만하게 변화하고, 해당 소정의 파장역 이외의 파장역에 있어서 파장의 변화에 관계없이 광의 투과율(및 반사율)이 일정하게 되어 있다. 바꿔 말하면, 특정 파장대에서는 파장의 변화에 따라 광의 투과율이 단조 증가(반사율이 단조 감소)로 변화하고 있다. 투과율과 반사율은, 일방이 커지는 방향으로 변화하면 타방이 작아지는 방향으로 변화하는, 음의 상관 관계에 있기 때문에, 이하에서는 「투과율(및 반사율)」이라고 기재하지 않고 간단하게 「투과율」이라고 기재하는 경우가 있다. 또한, 「파장의 변화에 관계없이 광의 투과율이 일정」이란, 완전히 일정한 경우뿐만 아니라, 예를 들면 파장 1nm의 변화에 대한 투과율의 변화가 0.1% 이하와 같은 경우도 포함하는 것이다.
에어리어 센서(23, 24)는 샘플(100)로부터의 광(상세하게는, 경사 다이크로익 미러(22)에 의해서 분할된 광)을 촬상(검출)한다. 에어리어 센서(23)는 경사 다이크로익 미러(22)에 있어서 투과된 광을 촬상하는 제1 광 검출기이다. 에어리어 센서(24)는 경사 다이크로익 미러(22)에 있어서 반사된 광을 촬상하는 제2 광 검출기이다. 에어리어 센서(23, 24)가 감도를 가지는 파장의 범위는, 경사 다이크로익 미러(22)에 있어서 파장의 변화에 따라 광의 투과율(및 반사율)이 변화하는 소정의 파장역에 대응하고 있다. 에어리어 센서(23, 24)는, 예를 들면, 모노크롬 센서 또는 컬러 센서이다. 에어리어 센서(23, 24)는 검출한 광의 휘도 정보에 따른 신호를 출력한다. 보다 상세하게는, 에어리어 센서(23, 24)는 에어리어 센서(23)에 있어서 검출되는 광의 휘도값과, 에어리어 센서(24)에 있어서 검출되는 광의 휘도값의 비를 포함하는 휘도 정보에 따른 신호를, 제어 장치(30)에 출력해도 된다. 또한, 에어리어 센서(23, 24)로부터 출력되는 신호란, 예를 들면 촬상 결과(화상)이다.
또한, 상술한 경사 다이크로익 미러(22)는 다른 광 분할 소자로 치환되어도 된다. 예를 들어, 이와 같은 광 분할 소자는, 예를 들면 통상의 다이크로익 미러(파장에 따른 광의 투과율 및 반사율의 변화가 작은 다이크로익 미러) 또는 하프 미러와, 밴드 패스 필터에 의해서 구성되어 있어도 된다. 또한, 상술한 에어리어 센서(23, 24)는 다른 광 검출기로 치환되어도 된다. 예를 들어, 이와 같은 광 검출기는, 예를 들면 라인 센서여도 된다.
밴드 패스 필터(25)는 경사 다이크로익 미러(22) 및 에어리어 센서(23)의 사이에 배치되어 있다. 밴드 패스 필터(26)는 경사 다이크로익 미러(22) 및 에어리어 센서(24)의 사이에 배치되어 있다. 밴드 패스 필터(25, 26)는, 예를 들면, 상술한 소정의 파장역(경사 다이크로익 미러(22)에 있어서, 파장에 따라 광의 투과율 및 반사율이 변화하는 파장역) 이외의 파장역의 광을 없애는 필터여도 된다.
하프 미러(29)는 예를 들면 렌즈(21)와 경사 다이크로익 미러(22) 사이의 광로에 마련되어 있고, 샘플(100)의 일점(예를 들면 샘플(100)의 중앙 부근의 일점)으로부터의 광을 분광기(50) 방향으로 반사시킨다.
분광기(50)는, 샘플(100)로부터의 광, 구체적으로는 하프 미러(29)에 있어서 반사된 샘플(100)의 일점으로부터의 광을 분광 검출하고, 해당 광의 스펙트럼을 취득한다. 여기서의 스펙트럼이란, 파장마다의 광의 강도를 나타내는 분광 스펙트럼이다. 이와 같은 분광 스펙트럼에 의하면, 제어 장치(30)에 있어서, 상술한 샘플(100)의 일점의 두께의 절대값을 특정할 수 있다. 분광기(50)는 해당 분광 스펙트럼을 포함하는 파장 정보에 따른 신호를 제어 장치(30)에 출력한다. 또한, 분광기(50)는 카메라 시스템(20)의 외부에 마련되어, 렌즈(21)에 입사하기 전의 샘플(100)로부터의 광을 분광 검출하는 것이어도 된다.
제어 장치(30)는, 컴퓨터로서, 물리적으로는, RAM, ROM 등의 메모리, CPU 등의 프로세서(연산 회로), 통신 인터페이스, 하드 디스크 등의 격납부를 구비하여 구성되어 있다. 제어 장치(30)는 메모리에 격납되는 프로그램을 컴퓨터 시스템의 CPU로 실행함으로써 기능한다. 제어 장치(30)는 마이크로 컴퓨터나 FPGA로 구성되어 있어도 된다.
제어 장치(30)는 샘플(100)의 막 두께를 추정하는 해석부이다. 제어 장치(30)는 전처리와, 선택 처리와, 막 두께 추정 처리를 실시한다. 이하, 각각의 처리에 대해 설명한다.
(전처리)
제어 장치(30)는 에어리어 센서(23, 24)로부터 촬상 화상(휘도 정보에 따른 신호)을 취득하고, 해당 촬상 화상에 대해서 전처리를 실시한다. 여기서의 전처리란, 촬상 화상에 기초하여 샘플(100)의 막 두께를 고정밀도로 추정하기 위한 보정 처리로서, 예를 들면, 백그라운드 보정 및 레퍼런스 보정(셰이딩 보정)이다.
백그라운드 보정이란, 촬상 화상에 포함되는 대기 중으로부터의 광(배경광)을 뺌으로써, 조사한 광에 따른 샘플(100)로부터의 광의 휘도값을 적절히 취득하기 위한 처리이다. 백그라운드 보정에서는, 예를 들면, 촬상 화상의 휘도값으로부터, 무반사 상태의 샘플(100)의 화상 데이터의 휘도값이 감산된다. 광원(10)으로부터의 직접광의 영향을 제거할 목적으로 무반사 상태의 신호량을 이용하여, 촬상 화상의 휘도 정보에 따른 x를 이하의 (1)식에 의해 도출해도 된다. 이하의 (1)식에 있어서, IT는 투과 광량, IR은 반사 광량, ITr은 레퍼런스에 있어서의 투과 광량, IRr은 레퍼런스에 있어서의 반사 광량, ITb는 무반사 상태의 투과 광량, IRb는 무반사 상태의 반사 광량을 나타내고 있다.
x = {(IT-ITb)/(ITr-ITb)-(IR-IRb)/(IRr-IRb)}/2{(IT-ITb)/(ITr-ITb)+(IR-IRb)/(IRr-IRb)}
(1)
레퍼런스 보정(셰이딩 보정)이란, 촬상 화상과, 촬상 화상에 대응하는 영역의 셰이딩용 화상의 차분 데이터를 취득함으로써, 광학계에 기인하는 명암의 불균일이나 수차 등의 개체차를 보정하는 처리이다. 레퍼런스 보정에서는, 예를 들면 촬상 화상이, 레퍼런스 샘플의 화상 데이터에 의해 나눗셈된다. 예를 들어, 반사 특성이 기지(旣知)인 기판의 신호 강도를 레퍼런스로 하여, x를 이하의 (2)식에 의해 도출해도 된다.
x = (IT/ITr-IR/IRr)/2(IT/ITr+IR/IRr)
(2)
(선택 처리)
제어 장치(30)는 전처리에 이어서 선택 처리를 실시한다. 제어 장치(30)는, 샘플(100)의 정보(상세하게는, 샘플(100)의 막 두께)에 기초하여, 막 두께 추정 방법을 선택한다. 샘플(100)의 막 두께에 대해서는, 제어 장치(30)에 미리 설정되어 있어도 되고, 유저에 의해서 입력되어도 된다. 제어 장치(30)는, 막 두께 추정 방법으로서, 파장 시프트 방식 및 반사 광량 두께 환산 방식(상세는 후술) 중 어느 일방을 선택한다. 제어 장치(30)는 샘플(100)의 막 두께의 두께가 소정값(예를 들면 100nm)보다도 작은 경우에는 반사 광량 두께 환산 방식을 선택하고, 샘플(100)의 막 두께의 두께가 소정값보다도 큰 경우에는, 파장 시프트 방식을 선택한다.
(막 두께 추정 처리)
제어 장치(30)는, 선택 처리에 있어서 선택된 막 두께 추정 방법에 의해, 샘플(100)의 막 두께를 추정한다. 즉, 제어 장치(30)는, 파장 시프트 방식 또는 반사 광량 두께 환산 방식에 의해, 샘플(100)의 막 두께를 추정한다.
파장 시프트 방식에서는, 제어 장치(30)는, 에어리어 센서(23, 24)로부터 출력되는 신호(촬상 화상)에 기초하여 파장 중심을 특정하고, 해당 파장 중심에 기초하여 샘플(100)의 막 두께를 추정한다. 제어 장치(30)는 에어리어 센서(23)에 있어서의 촬상 화상에 기초하여 특정되는 투과 광량과, 에어리어 센서(24)에 있어서의 촬상 화상에 기초하여 특정되는 반사 광량과, 경사 다이크로익 미러(22)의 중심 파장과, 경사 다이크로익 미러(22)의 폭에 기초하여, 화소마다의 광의 파장 중심을 도출하고, 해당 파장 중심에 기초하여 각 화소에 대응하는 막 두께를 추정한다. 경사 다이크로익 미러(22)의 폭이란, 예를 들면 경사 다이크로익 미러(22)에 있어서 투과율이 0%가 되는 파장부터 투과율이 100%가 되는 파장까지의 파장폭이다.
구체적으로는, 제어 장치(30)는, 이하의 (3)식에 기초하여 각 화소의 파장 중심을 도출한다. 이하의 (3)식에 있어서, λ는 파장 중심, λ0는 경사 다이크로익 미러(22)의 중심 파장, W는 경사 다이크로익 미러(22)의 폭, R은 반사 광량, T는 투과 광량을 나타내고 있다. 이와 같이, 파장 중심은 투과 광량 및 반사 광량에 기초하여 값이 시프트(파장 시프트)된다.
λ = λ0+W(T-R)/2(T+R)
(3)
또한, 파장 중심의 도출 방법은, 상기로 한정되지 않는다. 예를 들어, λ(파장 중심)는 이하의 x와 비례 관계에 있기 때문에, 이하의 (4)식 및 (5)식으로부터 파장 중심을 도출해도 된다. 이하의 (5)식에 있어서, IT는 투과 광량, IR은 반사 광량을 나타내고 있다. 또한, 측정 대상의 스펙트럼 형상이나 경사 다이크로익 미러(22)의 선형성이 이상적인 형상인 경우에는, (4)식에 있어서의 파라미터인 a, b는 경사 다이크로익 미러(22)의 광학 특성에 의해서 결정할 수 있다.
λ = ax+b
(4)
x = IT-IR/2(IT+IR)
(5)
또한, 막 특성, 조사 스펙트럼, 경사 다이크로익 미러(22)의 비선형성 등의, 다양한 보정을 포괄적으로 실시하기 위해서, 파장 중심(λ)은 이하의 (6)식과 같은 다항식으로 근사해도 된다. 또한, 이하의 (6)식에 있어서의 각 파라미터(a, b, c, d, e)는, 예를 들면, 파장 중심(막 두께)이 다른 샘플을 복수 측정함으로써 결정된다.
λ = ax4+bx3+cx2+dx+e
(6)
그리고, 막 두께의 차이에 따라, 파장 중심이 다르기 때문에, 파장 중심이 특정됨으로써, 막 두께를 추정하는 것이 가능하게 된다. 파장과 막 두께의 관계는, 이하의 (7)식에 의해 설명할 수 있다. 이하의 (7)식에 있어서, n은 막의 굴절률, d는 막 두께, m은 양의 정수(1, 2, 3, …), λ는 파장 중심을 나타내고 있다. 2nd는, 광로차(막이 배치되어 있음으로써 발생하는 광로차)를 나타내고 있다. 제어 장치(30)는, 이하의 (7)식에 기초하여, 각 화소의 파장 중심으로부터 각 화소에 대응하는 막 두께를 추정한다.
2nd = mλ (m=1, 2, 3,…)
(보강 조건)
2nd = (m-1/2)λ (m=1, 2, 3,…)
(상쇄 조건)
(7)
여기서, 상술한 바와 같은 투과 광량 및 반사 광량에 기초하는 파장 중심의 값의 시프트(파장 시프트)는, 샘플(100)의 막 두께가 얇은 경우에는 일어나기 어렵게 된다. 도 2는 막 두께마다의 파장과 반사 강도(에어리어 센서(23, 24)에 의해서 검출되는 광의 반사율)의 관계를 나타내는 도면이다. 도 2에 있어서, 가로축은 파장, 세로축은 반사 강도(반사율)를 나타내고 있다. 도 2에 나타내지는 바와 같이, 막 두께가 얇아질수록, 반사율(광량)이 변화해도 파장의 변화가 작아지고 있는 것을 알 수 있다. 광량에 따라 파장이 충분히 시프트되지 않는 경우에는, 상술한 파장 시프트 방식에 의해 막 두께를 추정하는 것이 어렵게 된다. 구체적으로는, 상술한 파장 시프트 방식은, 샘플(100)의 막 두께가 100nm보다도 얇아지면, 고정밀도로 막 두께를 추정하는 것이 어렵게 된다. 그래서, 제어 장치(30)는 샘플(100)의 막 두께가 소정값(예를 들면 100nm)보다도 작은 경우에는 반사 광량 두께 환산 방식에 의해서 샘플(100)의 막 두께를 추정한다.
반사 광량 두께 환산 방식에서는, 제어 장치(30)는 에어리어 센서(23, 24)로부터 출력되는 신호(촬상 화상)로부터 특정되는 휘도 정보와, 분광기(50)로부터 출력되는 신호로부터 특정되는 파장 정보에 기초하여, 샘플(100)의 막 두께를 추정한다.
구체적으로는, 제어 장치(30)는, 먼저, 촬상 화상의 휘도 정보에 따른 x의 값을 도출한다. 예를 들어 경사 다이크로익 미러(22)에 있어서의 투과측의 광의 휘도 정보가 이용되는 경우에는, x = IT(IT는 투과 광량)로 된다. 또한, 경사 다이크로익 미러(22)에 있어서의 반사측의 광의 휘도 정보가 이용되는 경우에는, x = IR(IR은 반사 광량)로 된다. 또한, 에어리어 센서(23)에 있어서 검출되는 광의 휘도값과 에어리어 센서(24)에 있어서 검출되는 광의 휘도값의 비를 포함하는 휘도 정보가 이용되는 경우에는, x = IT/IR로 되어도 된다. 에어리어 센서(23, 24)에 있어서 검출되는 광은, 예를 들면 광원(10)의 흔들림이나 배경광 등의 영향을 받고 있는(광량 변동이 발생하고 있는) 것을 생각할 수 있지만, 휘도 정보에 따른 x의 값이 IT/IR과 같이 비율값으로 됨으로써, 상술한 바와 같은 광량 변동을 보정할 수 있다. 또한, 이와 같은 광량 변동 보정은, 광량 변동량이, 검출되는 광량과 비교하여 매우 작은 경우에 유효하다.
제어 장치(30)는, 분광기(50)로부터 출력되는 신호로부터 특정되는 파장 정보에 기초하여, 상술한 x의 도출에 관한 IT(IT는 투과 광량) 및 IR(IR은 반사 광량)의 값을 보정함으로써, 상술한 광량 변동 보정을 행해도 된다. 제어 장치(30)는, 이하의 (8)식에 의해, IT 및 IR의 광량 변동 보정을 행해도 된다. 이하의 (8)식에 있어서, IT'는 보정 후의 투과 광량, IR'는 보정 후의 반사 광량, T(λ)는 경사 다이크로익 미러(22)에 있어서의 투과율, R(λ)는 경사 다이크로익 미러(22)에 있어서의 반사율, I(λ)는 파장 정보에 포함되는 스펙트럼(분광기(50)가 측정한 스펙트럼), Iini(λ)는 분광기(50)에 있어서 측정되는 스펙트럼의 초기값이다. 또한, 경사 다이크로익 미러(22)에 있어서는, R(λ) = 1-T(λ)이다.
IT' = IT×(Σ(Iini(λ)T(λ))/Σ(I(λ)T(λ))
IR' = IR×(Σ(Iini(λ)R(λ))/Σ(I(λ)R(λ))
(8)
상술한 (8)식으로 나타내지는 바와 같이, 제어 장치(30)는, 휘도 정보에서 나타내지는 휘도값에 따른 IT(또는 IR)를, 분광기(50)가 측정한 스펙트럼의 초기값으로부터의 변화량에 의해서 보정함으로써, 보정 후의 휘도 정보인 IT' 및 IR'를 도출하고 있다. 이와 같이, 스펙트럼의 초기값으로부터의 변화량에 의해서, 휘도값이 보정됨으로써, 원래 포함되어 있던 광원(10)의 흔들림이나 배경광 등의 영향을 제거할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 x의 값이 IT/IR와 같이 비율값으로 되는 경우에 있어서는, 비율값을 이용함으로써 광량 변동 보정이 이루어지고 있기 때문에, (8)식에 의한 광량 변동 보정을 반드시 실시하지 않아도 되다. 다만, 투과 신호와 반사 신호에서 서로 독립된 광량 변동이 있는 경우에는, (8)식에 의한 광량 변동 보정을 실시하는 것이 바람직하다. 즉, 광원(10)이 파장대에 따라서 거동이 변화하는 경우 등에 있어서는, (8)식에 의한 광량 변동 보정이 바람직하다. 이하에서는, (8)식에 의해서 광량 변동 보정을 실시하여, 보정 후의 휘도 정보를 이용하는 예를 설명한다. 즉, 제어 장치(30)는, 휘도 정보에서 나타내지는 휘도값을 파장 정보의 스펙트럼의 초기값으로부터의 변화량에 의해서 보정한 보정 후 휘도 정보에 기초하여, 샘플(100)의 막 두께를 추정한다.
제어 장치(30)는, 분광기(50)로부터 출력되는 신호로부터 특정되는 파장 정보에 기초하여, 측정될 수 있는 막 두께의 범위인 막 두께 측정 레인지를 특정하고, 휘도 및 막 두께의 관계식과 휘도 정보에 기초하여 특정되는 하나 또는 복수의 막 두께 중, 막 두께 측정 레인지에 포함되는 막 두께를, 샘플(100)의 막 두께로서 추정한다.
도 3은 상술한 막 두께값 추정을 설명하는 도면이다. 휘도 정보에 나타내지는 광의 휘도값(반사 강도) 및 막 두께의 관계는, 예를 들면 이하의 (9)식에 의해 나타내진다. 이하의 (9)식에 있어서, I는 휘도값(반사 강도), n은 막의 굴절률, d는 막 두께이다.
I = Acos(2π(2nd/λ))+B
(9)
도 3의 (a)는, 상기 (9)식에 의해서 정해지는 휘도값(반사 강도) 및 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다. 도 3의 (a)에 있어서, 가로축은 막 두께, 세로축은 휘도값(반사 강도)이다. (9)식으로부터도 분명한 바와 같이, 휘도 및 막 두께의 관계는 주기적 변화를 나타내는 파형으로 나타내진다(도 3의 (a) 참조). 그 때문에, 휘도 정보에 기초하여 휘도값이 특정되어도, 해당 휘도값에 대응하는 막 두께 d의 후보가 복수 존재하게 된다. 즉, 도 3의 (a)에 있어서 파선으로 나타내지는 휘도값(반사 강도)이 특정되는 경우, 위상마다 상이한 복수의 막 두께 d의 후보가 존재하게 된다. 도 3의 (a)에 나타내지는 예에서는, m을 정수로 하여, 2π(2nd/λ) = (m+4)π~(m+5)π의 막 두께의 범위, 2π(2nd/λ) = (m+2)π~(m+3)π의 막 두께의 범위, 2π(2nd/λ) = mπ~(m+1)π의 막 두께의 범위가 존재하고 있다. 이 경우, 제어 장치(30)는, 분광기(50)로부터 출력되는 신호로부터 특정되는 파장 정보(도 3의 (e) 참조)에 기초하여, 어느 막 두께의 범위가, 측정될 수 있는 막 두께의 범위(막 두께 측정 레인지)인지를 특정할 수 있다. 즉, (m+4)π~(m+5)π의 반사 강도 및 파장의 관계식(도 3의 (b) 참조), (m+2)π~(m+3)π의 반사 강도 및 파장의 관계식(도 3의 (c) 참조), 및 mπ~(m+1)π의 반사 강도 및 파장의 관계식(도 3의 (d) 참조)이 있는 경우에 있어서, 제어 장치(30)는, (m+2)π~(m+3)π의 반사 강도 및 파장의 관계식(도 3의 (c) 참조)과 파장 정보(도 3의 (e) 참조)가 일치하기 때문에, (m+2)π~(m+3)π의 막 두께의 범위를, 막 두께 측정 레인지로 특정한다.
제어 장치(30)는, 막 특성, 조사 스펙트럼, 경사 다이크로익 미러(22)의 비선형성 등의, 다양한 보정을 포괄적으로 실시하기 위해서, 막 두께 d를 이하의 (10)식과 같은 다항식으로 근사해도 된다. 또한, 이하의 (10)식에 있어서의 각 파라미터(a, b, c, d, e)는, 예를 들면, 막 두께·막 타입이 다른 샘플을 복수 측정함으로써, 막 두께·막 타입마다 미리 설정되어 있어도 된다.
d = ax4+bx3+cx2+dx+e
(10)
다음으로, 본 실시 형태에 따른 막 두께 측정 흐름에 대해 설명한다. 도 4는 본 실시 형태에 따른 막 두께 측정 흐름을 나타내는 플로차트이다.
막 두께 측정 장치(1)에서는, 처음에, 광원(10)으로부터 샘플(100)에 대해서 광이 조사되고(광 조사 스텝), 에어리어 센서(23, 24)에 있어서 샘플(100)로부터의 광이 검출되고, 검출된 광의 휘도 정보에 따른 신호가 출력됨으로써 촬상 화상이 취득된다(스텝 S1, 광 검출 스텝).
취득된 화상에 대해서는, 제어 장치(30)에 의해서 백그라운드 보정이 실시되고(스텝 S2), 또한, 레퍼런스 보정이 실시된다(스텝 S3). 그리고, 제어 장치(30)에 있어서, 샘플(100)의 정보에 기초하여, 막 두께 추정 방법이 선택된다(스텝 S4). 제어 장치(30)는, 샘플(100)의 막 두께에 기초하여, 휘도 정보와 파장 정보를 이용한 샘플(100)의 막 두께 추정을 실시할지 여부를 결정한다. 제어 장치(30)는, 막 두께가 예를 들면 100nm 미만인 경우에는, 휘도 정보와 파장 정보를 이용한 샘플(100)의 막 두께 추정(반사 광량 두께 환산 방식)을 실시하는 것을 결정하고, 스텝 S5~스텝 S10의 처리를 실시한다. 제어 장치(30)는, 막 두께가 예를 들면 100nm 이상인 경우에는, 휘도 정보와 파장 정보를 이용한 샘플(100)의 막 두께 추정(반사 광량 두께 환산 방식)을 실시하지 않고 파장 시프트 방식을 실시하는 것을 결정하고, 스텝 S13~스텝 S15의 처리를 실시한다.
반사 광량 두께 환산 방식에서는, 먼저, 촬상 화상의 휘도 정보에 따른 x의 값이 도출된다(스텝 S5). 예를 들어 에어리어 센서(23)에 있어서 검출되는 광의 휘도값과 에어리어 센서(24)에 있어서 검출되는 광의 휘도값의 비를 포함하는 휘도 정보가 이용되는 경우에는, x = IT/IR로 된다.
이어서, 막 두께 절대값 보정이 실시될지 여부가 판정된다(스텝 S6). 막 두께 절대값 보정이란, 분광기(50)에 의한 막 두께의 절대값의 측정 결과를 이용하여 막 두께의 값을 산출하는 처리이다. 막 두께 절대값 보정이 실시되지 않는 경우에는, 스텝 S6의 처리에 이어서 후술하는 스텝 S10의 처리가 실시된다.
막 두께 절대값 보정이 실시되는 경우, 분광기(50)에 의해서, 샘플(100)로부터의 광이 분광 검출되고, 해당 광의 스펙트럼을 포함하는 파장 정보에 따른 신호가 출력된다(스텝 S7, 분광 스텝). 그리고, 제어 장치(30)에 의해서, 상기 파장 정보에 기초하여, 측정될 수 있는 막 두께의 범위인 막 두께 측정 레인지가 특정된다(스텝 S8).
또한, 제어 장치(30)에 의해서, 광량 변동 보정이 실시된다(스텝 S9). 구체적으로는, 제어 장치(30)는, 상술한 (8)식에 의해서, 파장 정보에 기초하여 IT(IT는 투과 광량) 및 IR(IR은 반사 광량)의 값을 보정함으로써, 광량 변동 보정을 행한다.
마지막으로, 제어 장치(30)에 의해서, 상술한 (10)식으로 나타내지는 다항식에 의해 막 두께 d가 추정된다(스텝 S10, 막 두께 추정 스텝). 또한, (10)식에 있어서의 각 파라미터(보정 계수)인 a, b, c, d, e는, 막 두께·막 타입마다 설정되어 있어도 된다. 그 경우, 사전에, 막 두께·막 타입마다 보정용 화상이 취득되고(스텝 S11), 보정 계수 a~e가 결정된다(스텝 S12).
한편, 파장 시프트 방식에서는, 먼저, 제어 장치(30)에 의해서, 파장 중심을 도출하기 위한 x가 상기 (5)식에 의해 도출된다(스텝 S13). 그리고, 제어 장치(30)에 의해서, 상술한 (6)식으로 나타내지는 다항식에 의해 파장 중심(λ)이 도출된다(스텝 S14). 그리고, 제어 장치(30)에 의해서, 상술한 (7)식에 의해, 파장 중심으로부터 막 두께가 추정된다(스텝 S15). 또한, (6)식에 있어서의 각 파라미터(보정 계수)인 a, b, c, d, e는, 사전에 보정용 화상이 취득되고(스텝 S16), 결정되어 있어도 된다(스텝 S17).
다음으로, 본 실시 형태의 작용 효과에 대해 설명한다.
막 두께 측정 장치(1)는 샘플(100)에 대해서 광을 조사하는 광원(10)과, 샘플(100)로부터의 광을 검출하고, 검출한 광의 휘도 정보에 따른 신호를 출력하는 에어리어 센서(23)와, 샘플(100)로부터의 광을 분광 검출하고, 해당 광의 스펙트럼을 포함하는 파장 정보에 따른 신호를 출력하는 분광기(50)와, 에어리어 센서(23)로부터 출력되는 신호로부터 특정되는 휘도 정보와, 분광기(50)로부터 출력되는 신호로부터 특정되는 파장 정보에 기초하여, 샘플(100)의 막 두께를 추정하는 제어 장치(30)를 구비한다.
본 실시 형태에 따른 막 두께 측정 장치(1)에서는, 샘플(100)로부터의 광이 에어리어 센서(23)에 있어서 검출됨과 아울러 분광기(50)에 있어서 분광 검출되고, 에어리어 센서(23)로부터 출력되는 신호로부터 특정되는 휘도 정보와, 분광기(50)로부터 출력되는 신호로부터 특정되는 파장 정보에 기초하여, 샘플(100)의 막 두께가 추정된다. 에어리어 센서(23)에 있어서 검출되는 광의 휘도 정보(광의 반사율)는, 샘플(100)의 막 두께에 따른 값으로 된다. 여기서, 휘도 정보만으로는, 막 두께의 상대적인 분포만이 특정되고 절대값이 특정되지 않는다. 이 점, 본 실시 형태에 따른 막 두께 측정 장치(1)에서는, 분광 검출된 광의 스펙트럼을 포함하는 파장 정보가 더 고려되고 있으므로, 분광 검출된 점의 막 두께의 절대값을 특정할 수 있다. 이것에 의해, 휘도 정보로부터 특정되는 상대적인 막 두께 분포와, 분광 검출된 점의 막 두께의 절대값에 기초하여, 측정 대상물의 각 에어리어의 막 두께의 절대값을 적절히 도출할 수 있다. 이상과 같이, 에어리어 센서(23)에 있어서의 검출 결과가 분광기(50)에 있어서의 검출 결과에 의해서 교정됨으로써, 샘플(100)의 막 두께를 고정밀도로 도출할 수 있다.
상기 막 두께 측정 장치(1)는 샘플(100)로부터의 광을 분할하는 광 분할 소자인 경사 다이크로익 미러(22)(혹은, 다이크로익 미러 또는 하프 미러와 밴드 패스 필터)를 더 구비하고, 에어리어 센서(24)를 더 가지고, 경사 다이크로익 미러(22)는 샘플(100)로부터의 광을 분할하여 에어리어 센서(23) 및 에어리어 센서(24)로 도광해도 된다. 이와 같이, 샘플(100)로부터의 광이 분할되고, 2개의 에어리어 센서(23, 24)에 의해서 분할 후의 광이 검출됨으로써, 예를 들면 파장대마다 광을 나누어, 원하는 파장대에 있어서의 휘도 정보로부터 막 두께를 추정할 수 있다. 이것에 의해서, 보다 고정밀도로 샘플(100)의 막 두께를 도출할 수 있다.
그리고, 광 분할 소자로서, 경사 다이크로익 미러(22)(혹은, 다이크로익 미러 또는 하프 미러와 밴드 패스 필터)가 이용됨으로써, 파장대마다 광을 적절히 분할할 수 있다.
에어리어 센서(23, 24)는 에어리어 센서(23)에 있어서 검출되는 광의 휘도값과 에어리어 센서(24)에 있어서 검출되는 광의 휘도값의 비를 포함하는 휘도 정보에 따른 신호를 출력해도 된다. 에어리어 센서(23, 24)에 있어서 검출되는 광은, 예를 들면 광원의 흔들림이나 배경광 등의 영향을 받는 것을 생각할 수 있다. 이 경우, 휘도 정보에 기초하여 막 두께를 고정밀도로 추정할 수 없을 우려가 있다. 이 점, 파장에 따라 분할한 2개의 파장대의 광의 휘도값의 비가 도출됨으로써, 상술한 배경광 등의 영향을 받지 않는 휘도 정보를 도출할 수 있다. 이와 같은 휘도 정보에 기초하여 막 두께가 추정됨으로써, 고정밀도의 막 두께 추정을 실현할 수 있다.
제어 장치(30)는, 샘플(100)의 정보에 기초하여, 휘도 정보와 파장 정보를 이용한 샘플(100)의 막 두께 추정을 실시할지 여부를 결정해도 된다. 샘플(100)의 상태(예를 들면 두께 등)에 따라서, 막 두께를 고정밀도로 추정 가능한 방법이 다른 바, 샘플(100)의 정보에 기초하여, 상술한 「휘도 정보와 파장 정보를 이용한 막 두께 추정」을 실시할지 여부가 결정됨으로써, 샘플(100)의 상태에 맞는 막 두께 추정을 실시할 수 있다. 이것에 의해, 고정밀도의 막 두께 추정을 실현할 수 있다.
제어 장치(30)는, 샘플(100)의 막 두께의 두께가 소정값보다도 작은 경우에는, 휘도 정보와 파장 정보에 기초하여 샘플(100)의 막 두께를 추정하고, 샘플(100)의 막 두께의 두께가 소정값보다도 큰 경우에는, 에어리어 센서(23, 24)로부터 출력되는 신호에 기초하여 파장 중심을 특정하고, 해당 파장 중심에 기초하여 샘플(100)의 막 두께를 추정해도 된다. 파장 중심에 기초하여 샘플(100)의 막 두께를 추정하는 방법에 의하면, 보다 간이하게 고정밀도의 막 두께 추정을 실현할 수 있다. 그렇지만, 상술한 바와 같이, 막 두께가 작은 경우에는 파장 중심에 기초하여 고정밀도로 막 두께 추정을 실시하는 것이 곤란하다. 이 점, 샘플(100)의 막 두께의 두께가 취득되고, 막 두께의 두께가 소정값보다도 작은 경우에는 상술한 휘도 정보와 파장 정보에 기초하는 막 두께 추정이 실시됨으로써, 막 두께가 작은 경우라도 고정밀도로 막 두께 추정을 실시할 수 있다. 그리고, 막 두께의 두께가 충분히 큰 경우에는, 파장 중심에 기초하는 막 두께 추정이 실시됨으로써, 보다 간이한 방법에 의해서 신속하고 고정밀도로 막 두께 추정을 실시할 수 있다.
제어 장치(30)는, 파장 정보에 기초하여, 측정될 수 있는 막 두께의 범위인 막 두께 측정 레인지를 특정하고, 휘도 및 막 두께의 관계식과 휘도 정보에 기초하여 특정되는 하나 또는 복수의 막 두께 중, 막 두께 측정 레인지에 포함되는 막 두께를, 샘플(100)의 막 두께로서 추정해도 된다. 샘플(100)로부터의 광의 휘도 및 막 두께에 대해서는 관계식이 성립하기 때문에, 휘도 및 막 두께의 관계식을 미리 규정할 수 있다. 여기서, 휘도 및 막 두께의 관계는, 주기적 변화를 나타내는 파형으로 나타내지기 때문에, 휘도 정보에 기초하여 휘도가 특정되어도, 해당 휘도에 대응하는 막 두께 후보가 복수 존재하게 된다. 이 점, 스펙트럼을 포함하는 파장 정보가 이용됨으로써, 측정될 수 있는 막 두께의 범위(막 두께 측정 레인지)가 특정되기 때문에, 복수의 막 두께 후보 중에서 하나의 막 두께를 특정하는 것이 가능하게 된다. 이와 같이 하여 특정된 막 두께가 샘플(100)의 막 두께로서 추정됨으로써, 고정밀도의 막 두께 추정을 실현할 수 있다.
제어 장치(30)는, 휘도 정보에서 나타내지는 휘도값을 파장 정보의 스펙트럼의 초기값으로부터의 변화량에 의해서 보정한 보정 후 휘도 정보에 기초하여, 샘플(100)의 막 두께를 추정해도 된다. 광 검출기에 있어서 검출되는 광은, 예를 들면 광원의 흔들림이나 배경광 등의 영향을 받는 것을 생각할 수 있다. 이 경우, 휘도 정보에 기초하여 막 두께를 고정밀도로 추정할 수 없을 우려가 있다. 이 점, 스펙트럼의 초기값으로부터의 변화량에 의해서, 휘도 정보에서 나타내지는 휘도값이 보정됨으로써, 원래 포함되어 있던 광원의 흔들림이나 배경광 등의 영향을 제거한 휘도 정보에 의해서, 고정밀도로 막 두께를 추정할 수 있다.
1…막 두께 측정 장치
10…광원(광 조사부)
22…경사 다이크로익 미러
23, 24…에어리어 센서(광 검출기, 광 검출부)
30…제어 장치(해석부) 50…분광기
100…샘플(측정 대상물)
22…경사 다이크로익 미러
23, 24…에어리어 센서(광 검출기, 광 검출부)
30…제어 장치(해석부) 50…분광기
100…샘플(측정 대상물)
Claims (16)
- 측정 대상물에 대해서 광을 조사하는 광 조사부와,
상기 측정 대상물로부터의 광을 검출하는 에어리어 센서 또는 라인 센서인 제1 광 검출기를 가지고, 검출한 광의 휘도 정보에 따른 신호를 출력하는 광 검출부와,
상기 측정 대상물로부터의 광을 분광 검출하고, 상기 광의 스펙트럼을 포함하는 파장 정보에 따른 신호를 출력하는 분광기와,
상기 광 검출부로부터 출력되는 신호로부터 특정되는 상기 휘도 정보와, 상기 분광기로부터 출력되는 신호로부터 특정되는 상기 파장 정보에 기초하여, 상기 측정 대상물의 막 두께를 추정하는 해석부를 구비하는 막 두께 측정 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 측정 대상물로부터의 광을 분할하는 광 분할 소자를 더 구비하고,
상기 광 검출부는 에어리어 센서 또는 라인 센서인 제2 광 검출기를 더 가지고,
상기 광 분할 소자는 상기 측정 대상물로부터의 광을 분할하여 상기 제1 광 검출기 및 상기 제2 광 검출기로 도광하는 막 두께 측정 장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 광 분할 소자는 소정의 파장역에 있어서 파장에 따라 투과율 및 반사율이 변화하고, 상기 측정 대상물로부터의 광을 투과 및 반사시킴으로써 분할하는 경사 다이크로익 미러를 가지는 막 두께 측정 장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 광 분할 소자는 다이크로익 미러 또는 하프 미러와, 밴드 패스 필터를 가지는 막 두께 측정 장치. - 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 검출부는 상기 제1 광 검출기에 있어서 검출되는 광의 휘도값과 상기 제2 광 검출기에 있어서 검출되는 광의 휘도값의 비를 포함하는 상기 휘도 정보에 따른 신호를 출력하는 막 두께 측정 장치. - 청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 해석부는, 상기 측정 대상물의 정보에 기초하여, 상기 휘도 정보와 상기 파장 정보를 이용한 상기 측정 대상물의 막 두께 추정을 실시할지 여부를 결정하는 막 두께 측정 장치. - 청구항 6에 있어서,
상기 광 분할 소자는 소정의 파장역에 있어서 파장에 따라 투과율 및 반사율이 변화하고, 상기 측정 대상물로부터의 광을 투과 및 반사시킴으로써 분할하는 경사 다이크로익 미러를 가지고,
상기 해석부는,
상기 측정 대상물의 막 두께의 두께가 소정값보다도 작은 경우에는, 상기 휘도 정보와 상기 파장 정보에 기초하여 상기 측정 대상물의 막 두께를 추정하고,
상기 측정 대상물의 막 두께의 두께가 상기 소정값보다도 큰 경우에는, 상기 광 검출부로부터 출력되는 신호에 기초하여 파장 중심을 특정하고, 상기 파장 중심에 기초하여 상기 측정 대상물의 막 두께를 추정하는 막 두께 측정 장치. - 청구항 2 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 해석부는, 상기 파장 정보에 기초하여, 측정될 수 있는 막 두께의 범위인 막 두께 측정 레인지를 특정하고, 휘도 및 막 두께의 관계식과 상기 휘도 정보에 기초하여 특정되는 하나 또는 복수의 막 두께 중, 상기 막 두께 측정 레인지에 포함되는 막 두께를, 상기 측정 대상물의 막 두께로서 추정하는 막 두께 측정 장치. - 청구항 2 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 해석부는, 상기 휘도 정보에서 나타내지는 휘도값을 상기 파장 정보의 스펙트럼의 초기값으로부터의 변화량에 의해서 보정한 보정 후 휘도 정보에 기초하여, 상기 측정 대상물의 막 두께를 추정하는 막 두께 측정 장치. - 측정 대상물에 대해서 광을 조사하는 광 조사 스텝과,
상기 측정 대상물로부터의 광을 검출하고, 검출한 광의 휘도 정보에 따른 신호를 출력하는 광 검출 스텝과,
상기 측정 대상물로부터의 광을 분광 검출하고, 상기 광의 스펙트럼을 포함하는 파장 정보에 따른 신호를 출력하는 분광 스텝과,
상기 광 검출 스텝에 있어서 출력되는 신호로부터 특정되는 상기 휘도 정보와, 상기 분광 스텝에 있어서 출력되는 신호로부터 특정되는 상기 파장 정보에 기초하여, 상기 측정 대상물의 막 두께를 추정하는 막 두께 추정 스텝을 포함하는 막 두께 측정 방법. - 청구항 10에 있어서,
상기 광 검출 스텝에서는, 상기 측정 대상물로부터의 광을 분할하고, 분할된 각각의 광을 검출함으로써, 상기 휘도 정보를 취득하는 막 두께 측정 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 광 검출 스텝에서는, 분할된 각각의 광의 휘도값의 비를 포함하는 상기 휘도 정보에 따른 신호를 출력하는 막 두께 측정 방법. - 청구항 11 또는 청구항 12에 있어서,
상기 막 두께 추정 스텝에서는, 상기 측정 대상물의 정보에 기초하여, 상기 휘도 정보와 상기 파장 정보를 이용한 상기 측정 대상물의 막 두께 추정을 실시할지 여부를 결정하는 막 두께 측정 방법. - 청구항 13에 있어서,
상기 광 검출 스텝에서는, 소정의 파장역에 있어서 파장에 따라 투과율 및 반사율이 변화하고, 상기 측정 대상물로부터의 광을 투과 및 반사시킴으로써 분할하는 경사 다이크로익 미러에 의해서, 상기 측정 대상물로부터의 광을 분할하고,
상기 막 두께 추정 스텝에서는,
상기 측정 대상물의 막 두께의 두께가 소정값보다도 작은 경우에는, 상기 휘도 정보와 상기 파장 정보에 기초하여 상기 측정 대상물의 막 두께를 추정하고,
상기 측정 대상물의 막 두께의 두께가 상기 소정값보다도 큰 경우에는, 상기 광 검출 스텝에 있어서 출력되는 신호에 기초하여 파장 중심을 특정하고, 상기 파장 중심에 기초하여 상기 측정 대상물의 막 두께를 추정하는 막 두께 측정 방법. - 청구항 10 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
상기 막 두께 추정 스텝에서는, 상기 파장 정보에 기초하여, 측정될 수 있는 막 두께의 범위인 막 두께 측정 레인지를 특정하고, 휘도 및 막 두께의 관계식과 상기 휘도 정보에 기초하여 특정되는 하나 또는 복수의 막 두께 중, 상기 막 두께 측정 레인지에 포함되는 막 두께를, 상기 측정 대상물의 막 두께로서 추정하는 막 두께 측정 방법. - 청구항 10 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
상기 막 두께 추정 스텝에서는, 상기 휘도 정보에서 나타내지는 휘도값을 상기 파장 정보의 스펙트럼의 초기값으로부터의 변화량에 의해서 보정한 보정 후 휘도 정보에 기초하여, 상기 측정 대상물의 막 두께를 추정하는 막 두께 측정 방법.
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