反射率測定装置、反射率測定方法、膜厚測定装置及び膜厚測定方法
【課題】測定対象物の波長毎の反射率を精度良く測定することができる反射率測定装置及び反射率測定方法、並びに本発明による反射率測定装置を備えた膜厚測定装置及び本発明による反射率測定方法を含む膜厚測定方法を提供する。
【解決手段】
反射率測定装置１は、照射光Ｌ１を測定対象物へ供給する測定光源３０と、照射光Ｌ１の強度及び測定対象物からの反射光Ｌ２の強度を波長毎に検出する分光検出部８０と、照射光Ｌ１の波長毎の強度の検出値を、基準測定対象物からの反射光Ｌ２の波長毎の強度の検出値に相当する値に変換する変換係数Ｋ（λ）を記録する係数記録部９２と、照射光Ｌ１の波長毎の強度の検出値及び変換係数Ｋ（λ）より求まる、基準測定対象物からの反射光Ｌ２の波長毎の強度に相当する値に基づいて、波長毎の反射率を算出する反射率算出部９３とを備えることを特徴とする。
【解決手段】
反射率測定装置１は、照射光Ｌ１を測定対象物へ供給する測定光源３０と、照射光Ｌ１の強度及び測定対象物からの反射光Ｌ２の強度を波長毎に検出する分光検出部８０と、照射光Ｌ１の波長毎の強度の検出値を、基準測定対象物からの反射光Ｌ２の波長毎の強度の検出値に相当する値に変換する変換係数Ｋ（λ）を記録する係数記録部９２と、照射光Ｌ１の波長毎の強度の検出値及び変換係数Ｋ（λ）より求まる、基準測定対象物からの反射光Ｌ２の波長毎の強度に相当する値に基づいて、波長毎の反射率を算出する反射率算出部９３とを備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射率測定装置、反射率測定方法、膜厚測定装置及び膜厚測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、キセノンランプやハロゲンランプ等の光源からの光を測定対象物である液晶表示器用基板に照射し、液晶表示器用基板からの反射光を検出して、反射光の波長毎の反射率から液晶表示器用基板の表面処理の終点を検出する装置が記載されている。
【０００３】
また、特許文献２にはキセノンランプ等の白色光源からの光を測定対象物である被エッチング基板に照射し、被エッチング基板からの反射光を検出して、被エッチング基板のエッチング深さを求める装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−３２２５１５号公報
【特許文献２】特開２００１−２６７３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
測定対象物の膜厚の測定方法として、測定対象物からの反射干渉光を検出して波長毎の反射率を算出することにより、測定対象物の膜厚を求める方法が知られている。これは、薄膜の表面と裏面とにおける反射光による干渉を利用するものである。裏面からの反射光は表面からの反射光に対し膜厚の２倍の厚さ分だけ光路が長くなり、位相が変化する。これらの表面からの反射光と裏面からの反射光とが干渉することにより干渉光が得られる。この干渉光を波長毎に分解すると、波長毎に強弱が変化しており、その変化の様子から膜厚を算出することができる。
【０００６】
干渉光の波長毎の強度の変動から膜厚を算出する場合には、光源から照射される光の波長毎の強度の影響を除去するために波長毎の反射率を求めることが一般的である。この波長毎の反射率を求める際には、基準測定対象物からの反射光の波長毎の強度と、測定対象物からの反射光の波長毎の強度とをそれぞれ取得する必要がある。通常は、測定装置の工場出荷時等に基準測定対象物からの反射光の波長毎の強度を取得して測定装置の記録部等に記録しておく。そして、測定対象物の膜厚を算出する際に、記録された基準測定対象物からの反射光の波長毎の強度を読み出して使用している。
【０００７】
上記した装置によれば、測定に用いる光源の波長毎の強度が経年変化や周囲環境により変動すると、基準測定対象物からの反射光の波長毎の強度を取得する際に測定光源から基準測定対象物へと供給された照射光の強度と、測定対象物の膜厚を算出する際に測定光源から測定対象物へと供給された照射光の強度とが相違することとなり、波長毎の反射率を精度良く測定できない。
【０００８】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、測定対象物の波長毎の反射率を精度良く測定することができる反射率測定装置及び反射率測定方法、並びに本発明による反射率測定装置を備える膜厚測定装置及び本発明による反射率測定方法を含む膜厚測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る反射率測定装置は、照射光を測定対象物へ供給する測定光源と、照射光の強度及び測定対象物からの反射光の強度を波長毎に検出する分光検出部と、照射光の波長毎の強度の検出値を、基準測定対象物からの反射光の波長毎の強度に相当する値に変換するための変換係数を記録する係数記録部と、照射光の波長毎の強度の検出値及び変換係数より求まる基準測定対象物からの反射光の波長毎の強度に相当する値に基づいて、測定対象物の波長毎の反射率を算出する反射率算出部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る反射率測定方法は、基準測定対象物へと供給される補正用照射光の強度を波長毎に検出する補正用照射光検出ステップと、補正用照射光を測定光源から基準測定対象物へと供給する補正用照射光供給ステップと、基準測定対象物からの補正用照射光の反射光の強度を波長毎に検出する第１の反射光検出ステップと、補正用照射光検出ステップにより得られる補正用照射光の波長毎の強度の検出値と、第１の反射光検出ステップにより得られる補正用照射光の反射光の波長毎の強度の検出値とに基づいて、測定対象物へと供給される測定用照射光の波長毎の強度の検出値を、基準測定対象物からの測定用照射光の反射光の波長毎の強度に相当する値に変換するための変換係数を算出する係数算出ステップと、測定対象物を設置する設置ステップと、励起光及び励起光により生じた蛍光を含む測定用照射光の強度を波長毎に検出する測定用照射光検出ステップと、測定用照射光を測定光源から測定対象物へと供給する測定用照射光供給ステップと、測定対象物からの測定用照射光の反射光の強度を波長毎に検出する第２の反射光検出ステップと、測定用照射光検出ステップにより得られる測定用照射光のスペクトルの検出値及び変換係数により求まる基準測定対象物からの測定用照射光の反射光の波長毎の強度に相当する値と、第２の反射光検出ステップにより得られる測定対象物からの測定用照射光の反射光の波長毎の強度の検出値とに基づいて、測定対象物の波長毎の反射率を算出する反射率算出ステップとを備えることを特徴とする。
【００１１】
上記した反射率測定装置及び反射率測定方法によれば、基準測定対象物からの反射光の波長毎の強度に相当する値を、測定対象物の測定の際に基準測定対象物を用いることなく、測定対象物に照射される照射光の波長毎の強度の検出値と、係数記録部に記録された変換係数とから測定毎に算出することができる。これにより、照射光の波長毎の強度が変動する場合であっても、測定対象物の波長毎の反射率を精度良く測定することができる。
【００１２】
また、測定光源は、励起光及び励起光により生じた蛍光を含む照射光を供給する蛍光体方式の白色発光ダイオードであることが好ましい。発光ダイオードの寿命はハロゲンランプ等よりも長いため、測定光源の交換回数を減少させることができる。
【００１３】
また、上記した反射率測定装置は、測定光源から照射光が照射されるリファレンス光受光面を一端に有し、他端が分光検出部に光学的に結合されているリファレンス用光導波路と、測定光源から照射光が照射される照射光受光面を一端に有し、測定対象物へ照射光を供給する照射光供給面を他端に有する第１測定用光導波路と、測定対象物からの反射光を受光する反射光受光面を一端に有し、他端が分光検出部に光学的に結合されている第２測定用光導波路とをさらに備えることが好ましい。この構成によれば、リファレンス用光導波路と第１測定用光導波路との配置により照射光の波長毎の強度を調整することができる。
【００１４】
また、分光検出部は、照射光の強度を波長毎に検出する第１検出部、及び測定対象物からの反射光の強度を波長毎に検出する第２検出部を有し、リファレンス用光導波路の他端は、第１検出部に光学的に結合され、第２測定用光導波路の他端は、第２検出部に光学的に結合されていることが好ましい。このような構成では、照射光の強度を波長毎に検出する検出部と、測定対象物からの反射光の強度を波長毎に検出する検出部とが互いに独立している。従って、照射光の波長毎の強度と反射光の波長毎の強度とを同時に検出することが可能となり、測定対象物の波長毎の反射率を精度良く測定することができる。さらに、波長毎の反射率の測定に要する時間を短縮することができる。
【００１５】
また、測定光源から照射された照射光をリファレンス光受光面及び照射光受光面のいずれか一方に選択的に入射させる光導波路選択手段をさらに備え、分光検出部は、照射光の強度を波長毎に検出し且つ反射光の強度を波長毎に検出する第３検出部を有し、リファレンス用光導波路の他端と第２測定用光導波路の他端とは、第３検出部に光学的に結合されていることが好ましい。このような構成によれば、分光検出部は１つの検出部で構成することが可能となり、簡易な構成により反射率測定装置を製造することができる。
【００１６】
また、照射光受光面に照射される照射光の光量は、リファレンス光受光面に照射される照射光の光量よりも大きいことを特徴としてもよい。従って、照射光、反射光が光導波路等を通過することにより減衰した場合であっても、波長毎の反射率を精度良く測定するために必要な光量を確保することができる。また、第１測定用光導波路は、照射光受光面と測定光源とが対向するように配置されてもよい。このような配置によれば、第１測定用光導波路に照射される照射光の光量を大きくすることが可能となる。
【００１７】
また、第１測定用光導波路及びリファレンス用光導波路は、第１測定用光導波路の中心軸とリファレンス用光導波路の中心軸とが、測定光源を通る軸に対して互いに線対称となるように配置されていることが好ましい。例えば、発光ダイオードから照射される光のように指向性を有する光を照射光として用いた場合には、測定光源と光導波路との位置関係により、光導波路に入射される照射光の波長毎の強度の検出値が異なる場合がある。このような配置によれば、リファレンス用光導波路に照射される照射光の波長毎の強度の検出値と、第１測定用光導波路に照射される照射光の波長毎の強度の検出値との差異を抑制し、波長毎の反射率を精度良く測定することができる。
【００１８】
さらに、膜厚測定装置は上記した反射率測定装置を備えることを特徴とする。また、膜厚測定方法は上記した反射率測定方法を含み反射率測定方法により得られる波長毎の反射率に基づいて測定対象物の膜厚を算出することを特徴とする。これにより、膜厚の測定に必要な、測定対象物の波長毎の反射率を精度良く算出することが可能となり、測定対象物の膜厚を精度良く測定することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明による反射率測定装置及び反射率測定方法によれば、測定対象物の波長毎の反射率を精度良く測定することができる。また、本発明による膜厚測定装置及び膜厚測定方法によれば、測定対象物の膜厚を精度良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】測定対象物の膜厚の測定方法について模式的に示す図である。
【図２】膜厚測定装置の構成を示すブロック図である。
【図３】反射率測定装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図４】測定光源と、リファレンス用光導波路及び第１測定用光導波路との構成の一例を示す構成図である。
【図５】分光光学系の構成の一例を示す図である。
【図６】（ａ）はダーク信号の波長毎の強度を示すグラフであり、（ｂ）はダーク信号に含まれる暗電流成分の波長毎の強度を示すグラフであり、（ｃ）はダーク信号に含まれる外乱光に起因する信号の波長毎の強度を示すグラフであり、（ｄ）はダーク信号を含む照射光の波長毎の強度を示すグラフであり、（ｅ）はダーク減算補正を行った後の照射光の波長毎の強度を示すグラフである。
【図７】第１実施形態に係る変換係数を算出する手順を示すフローチャートである。
【図８】第１実施形態に係る膜厚等を算出する手順を示すフローチャートである。
【図９】異なる温度環境下で蛍光体方式の白色発光ダイオードを発光させた場合の波長と波長毎の相対強度との関係を示すグラフである。
【図１０】（ａ）は蛍光体方式の白色発光ダイオードと光導波路の配置の一例を示し、（ｂ）は蛍光体方式の白色発光ダイオードと光導波路の配置の他の例を示し、（ｃ）は蛍光体方式の白色発光ダイオードと光導波路の配置のさらに他の例を示す図である。
【図１１】図１０に示す光導波路に入射された照射光の波長と波長毎の相対強度との関係を示すグラフである。
【図１２】照射光の照射範囲の断面を模式的に示す概念図である。
【図１３】リファレンス用光導波路及び第１測定用光導波路に入射された照射光の波長と波長毎の相対強度との関係を示すグラフである。
【図１４】反射率測定装置の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１５】反射率測定装置の第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１６】第３実施形態に係る変換係数を算出する手順を示すフローチャートである。
【図１７】第３実施形態に係る膜厚等を算出する手順を示すフローチャートである。
【図１８】第４実施形態に係る変換係数を算出する手順を示すフローチャートである。
【図１９】測定光源と、リファレンス用光導波路及び第１測定用光導波路との構成の変形例を示す構成図である。
【図２０】測定光源と、リファレンス用光導波路及び第１測定用光導波路との構成の他の変形例を示す構成図である。
【図２１】（ａ）は測定光源と、リファレンス用光導波路及び第１測定用光導波路との構成のさらに他の変形例を示し、（ｂ）は測定光源と、リファレンス用光導波路及び第１測定用光導波路との構成のさらに他の変形例を示す構成図である。
【図２２】測定光源と、リファレンス用光導波路及び第１測定用光導波路との構成のさらに他の変形例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照しながら本発明による反射率測定装置及び反射率測定方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
（第１実施形態）
【００２２】
最初に、反射光による干渉を利用した膜厚測定の原理について説明する。図１に示す例では、膜状の測定対象物の一例として、基板２上に形成された半導体膜１３を示している。このような膜厚ｄについて、基板２及び半導体膜１３からなる試料１２に対し、基板２とは反対側となる半導体膜１３の上面（第１面）６側から膜厚測定用の照射光Ｌ１を供給する。そして、その上面６からの反射光Ｌ２と、下面（第２面、基板２と半導体膜１３との境界面）７からの反射光Ｌ３〜Ｌｍとが干渉して生成される干渉光を検出することで、半導体膜１３の膜厚ｄを算出する。
【００２３】
次に、本発明に係る反射率測定装置を備えた膜厚測定装置の構成について説明する。図２は膜厚測定装置１０の一実施形態の構成を示すブロック図である。図２では、試料測定部１１の処理チャンバ内に設置された試料１２の半導体膜１３を測定対象物とした例を示している。膜厚測定装置１０は、後述する反射率測定装置１と、測定光学系１４と、膜厚算出部１９とを備えている。
【００２４】
膜厚算出部１９は、測定対象物である半導体膜１３の膜厚を算出する膜厚算出手段であり、反射率測定装置１から出力された波長毎の反射率（以下「波長毎の反射率」を「分光反射率データ」という）の算出値に基づいて膜厚を算出する。この膜厚算出部１９の入力端は、反射率測定装置１の出力端と接続されている。なお、このような膜厚算出部１９は、例えば所定の算出プログラムが実行されるコンピュータにより構成されることができる。
【００２５】
この膜厚算出部１９には、測定制御部２０が接続されている。測定制御部２０は、膜厚算出部１９から出力される膜厚情報等を参照し、反射率測定装置１などの膜厚測定装置１０の装置各部を制御することで、膜厚測定装置１０における膜厚測定動作等の動作について必要な制御を行う。
【００２６】
この測定制御部２０には、入力装置２１及び表示装置２２が接続されている。入力装置２１は、反射率測定装置１及び膜厚測定装置１０における測定動作に必要な情報、条件、指示等の操作者による入力に用いられる。また、表示装置２２は、上記した測定動作についての必要な情報の操作者への表示に用いられる。
【００２７】
測定光学系１４は、反射率測定装置１から供給される照射光Ｌ１を試料１２の所定の測定位置に照射するとともに、試料１２の表面で反射した反射光Ｌ２を反射率測定装置１に導光する。この測定光学系１４に対して、反射率測定装置１からの照射光Ｌ１を導光する第１測定用光導波路（後述のため図示せず）、及び後述する試料１２からの反射光Ｌ２を反射率測定装置１へと導光する第２測定用光導波路（後述のため図示せず）が光学的に結合されている。また測定光学系１４には、内部に測定対象物である試料１２が設置される試料測定部１１が設けられている。この測定対象物には、波長毎の反射率が既知である基準測定対象物と、膜厚測定の対象となる測定対象物とがある。
【００２８】
この測定光学系１４には、ＸＹθステージ１５が設けられている。このＸＹθステージ１５は、測定光学系１４の位置、角度等をＸ方向、Ｙ方向、θ方向に調整することで、膜厚測定装置１０による半導体膜１３での膜厚の測定位置、測定条件を調整する。また、ＸＹθステージ１５は、ステージ制御部１６によって駆動制御されている。
【００２９】
また、試料測定部１１内の試料１２、及び測定光学系１４には、さらに撮像装置１７、及び測定位置設定部１８が設けられている。撮像装置１７は、膜厚測定装置１０による半導体膜１３での膜厚の測定位置を確認するための位置確認用撮像装置である。また、測定位置設定部１８は、撮像装置１７によって測定光学系１４を介して取得された半導体膜１３を含む試料１２の画像を参照して、試料１２に対する膜厚測定位置を設定する。
【００３０】
次に、第１実施形態に係る反射率測定装置１の構成について説明する。図３は、第１実施形態に係る反射率測定装置１の構成の一例を示す。この反射率測定装置１は、測定光源３０、リファレンス用光導波路５０、第１測定用光導波路６０、第２測定用光導波路７０、分光検出部８０、及び処理部９０を備えて構成されている。
【００３１】
この反射率測定装置１には、試料測定部１１内の試料１２の半導体膜１３に対し、測定光学系１４を介して照射光Ｌ１を供給する測定光源３０が設けられている。この測定光源３０は、所定帯域に亘る波長成分を少なくとも含む照射光Ｌ１を測定対象物である半導体膜１３へと供給する。このような測定光源３０としては、例えば、励起光及び励起光により生じた蛍光を含む光を照射する蛍光方式の白色発光ダイオード（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ、以下「蛍光体方式の白色ＬＥＤ」という）を好適に用いることができる。白色ＬＥＤは、短波長の励起光が蛍光体に照射されることで長波長領域の蛍光が生成され、励起光と蛍光とが混合されて白色光を発生させるものである。なお、測定光源３０としては、キセノンランプやハロゲンランプ等の光源や、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤなどを組み合わせた３色ＬＥＤ方式による白色ＬＥＤを用いてもよい。
【００３２】
第１測定用光導波路６０は、測定光源３０から測定光学系１４へと照射光Ｌ１を導光する。この第１測定用光導波路６０は、測定光源３０から照射光Ｌ１が照射される照射光受光面６１、及び測定対象物に照射光Ｌ１を供給する照射光供給面６２を有している。照射光受光面６１は測定光源３０に光学的に結合され、照射光供給面６２は測定光学系１４に光学的に結合されている。この第１測定用光導波路６０としては、例えば、光ファイバを好適に用いることができる。
【００３３】
第２測定用光導波路７０は、試料１２からの反射光Ｌ２を測定光学系１４を介して反射率測定装置１へと導光する。この第２測定用光導波路７０は、試料１２からの反射光Ｌ２を受光する反射光受光面７１を有している。反射光受光面７１は、測定光学系１４に光学的に結合されている。また、第２測定用光導波路７０の他端は分光検出部８０に光学的に結合されている。この第２測定用光導波路７０としては、例えば、光ファイバを好適に用いることができる。
【００３４】
リファレンス用光導波路５０の一端には、測定光源３０から照射光Ｌ１が照射されるリファレンス光受光面５１が設けられている。このリファレンス光受光面５１は、測定光源３０に光学的に結合されている。また、リファレンス用光導波路５０の他端は分光検出部８０に光学的に結合されている。このリファレンス用光導波路５０としては、例えば、光ファイバを好適に用いることができる。
【００３５】
分光検出部８０は、照射光Ｌ１の強度を波長毎に検出し、波長毎の強度の検出値（以下「波長毎の強度の検出値」を「スペクトル波形」という）を取得する第１検出部８１、及び反射光Ｌ２のスペクトル波形を取得する第２検出部８４を備えて構成されている。この第１検出部８１は、分光光学系８２及び光検出器８３を備えて構成されている。分光光学系８２は、分光光学系８２に入射された光を波長毎に分解し、波長毎に分解した光を光検出器８３に出力する。光検出器８３は、分光光学系８２から出力された光のスペクトル波形を取得し、取得したスペクトル波形を処理部９０へ出力する。第１検出部８１の分光光学系８２の入力端には、リファレンス用光導波路５０の他端が光学的に結合されている。また、光検出器８３の出力端は処理部９０の入力端に接続されている。また、第２検出部８４も第１検出部８１と同様に、分光光学系８２及び光検出器８３を備えて構成されている。第２検出部８４の分光光学系８２の入力端には第２測定用光導波路７０の他端が光学的に結合されている。また、光検出器８３の出力端は処理部９０の他の入力端に接続されている。
【００３６】
処理部９０は、係数算出部９１、係数記録部９２及び反射率算出部９３を備えて構成されている。係数算出部９１は、照射光Ｌ１のスペクトル波形を、基準測定対象物からの反射光Ｌ２のスペクトル波形に相当する値に変換する変換係数を算出する。係数記録部９２は算出した変換係数を記録する。反射率算出部９３は測定対象物の分光反射率データを算出する。処理部９０の入力端は、第１検出部８１の光検出器８３の出力端と接続されている。また、処理部９０の他の入力端は、第２検出部８４の光検出器８３の出力端と接続されている。さらに、処理部９０の出力端は、図２に示す膜厚算出部１９の入力端に接続されている。
【００３７】
係数算出部９１は、基準測定対象物に照射される照射光Ｌ１のスペクトル波形と、基準測定対象物からの反射光Ｌ２のスペクトル波形とに基づいて変換係数を算出する。さらに、係数算出部９１は、算出した変換係数を係数記録部９２に出力する。この係数算出部９１の出力端は、係数記録部９２の入力端と接続されている。なお、このような係数算出部９１は、例えば所定の算出プログラムが実行されるコンピュータにより構成されることができる。
【００３８】
係数記録部９２は、上記した変換係数を記録し、該変換係数を反射率算出部９３に出力する。この係数記録部９２の入力端は、係数算出部９１の出力端と接続されている。
【００３９】
反射率算出部９３は、測定対象物に照射される照射光Ｌ１のスペクトル波形及び変換係数により求まる基準測定対象物からの反射光Ｌ２のスペクトル波形に相当する値と、測定対象物からの反射光Ｌ２のスペクトル波形とに基づいて、測定対象物の分光反射率データを算出し、算出したスペクトル波形を膜厚算出部１９（図２参照）に出力する。この反射率算出部９３の出力端は、膜厚算出部１９（図２参照）の入力端と接続されている。なお、このような反射率算出部９３は、例えば所定の算出プログラムが実行されるコンピュータにより構成されることができる。
【００４０】
図４は、本実施形態における測定光源３０、リファレンス用光導波路５０、及び第１測定用光導波路６０の構成を示す。この測定光源３０は、蛍光体方式の白色ＬＥＤ３１及び光源本体部３２を備えて構成されている。また、リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０は光導波路保持部９６により保持されている。本実施形態において、リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０は、リファレンス用光導波路５０の中心軸５０Ａ及び第１測定用光導波路６０の中心軸６０Ａが、白色ＬＥＤ３１を通る軸３１Ａに対して互いに線対称となるように配置されている。
【００４１】
図５は、分光光学系８２の構成の一例を示す。具体的には、分光光学系８２は、照射光Ｌ１の測定対象物からの反射光Ｌ２と照射光Ｌ１とを、波長毎に検出可能なように分解する。この分光光学系８２は、入射スリット３０１、コリメーティング光学系３０２、分散素子である回折格子３０３、及びフォーカシング光学系３０４を備えて構成されている。このような構成において、回折格子３０３で各波長へと分解された光は、フォーカシング光学系３０４を介して波長スペクトルの出力面３０５において波長成分毎に結像され、出力面３０５に配置された光検出器８３によって波長成分毎に検出される。なお、本例以外にも、例えば帯域フィルタを用いることによって、測定対象物からの反射光Ｌ２と照射光Ｌ１とを波長毎に検出可能なように分解する分光光学系８２を好適に構成することができる。
【００４２】
図５に示すように、分光光学系８２によって波長成分毎に分解された光に対し、各波長成分の強度を検出する検出手段として、光検出器８３が設けられている。具体的には、この光検出器８３は、分光光学系８２によって分解された出力光の強度を数ｎｍ単位の波長成分毎に検出する。光検出器８３は、例えば、図５に示した分光光学系８２に対し、その出力面３０５に配置されて、分光光学系８２によって分解された各波長成分の強度を検出する複数の光検出素子が配列されたマルチチャンネル光検出器により構成されている。
【００４３】
次に、第１実施形態に係る反射率測定方法について説明する。説明の前に、ダーク減算補正について説明する。図３に示す第１検出部８１からは、リファレンス用光導波路５０から照射光Ｌ１の入射がない場合であっても微弱な信号が出力される。また、第２検出部８４からは、第２測定用光導波路７０から反射光Ｌ２の入射がない場合であっても微弱な信号が出力される。この微弱な信号は、暗電流と呼ばれるものである。この暗電流は、光検出素子により光の強度を取得する場合には校正を要する要素として扱う必要がある。この暗電流の他に、第１検出部８１及び第２検出部８４から出力される信号には、室内照明から照射される光等の外乱光に起因する信号が含まれている。上記した暗電流及び外乱光等の不要な信号を合わせたものをダーク信号と呼ぶことにする。照射光Ｌ１のスペクトル波形及び反射光Ｌ２のスペクトル波形を精度良く取得するためには、照射光Ｌ１のスペクトル波形及び反射光Ｌ２のスペクトル波形からダーク信号のスペクトル波形を減算する必要がある。
【００４４】
図６を参照しながら、ダーク減算補正の方法を説明する。ここでは、例として照射光Ｌ１についてダーク減算補正を行う方法について説明する。まず、測定光源３０を消灯させて、分光検出部８０によりダーク信号のスペクトル波形を取得する。図６（ａ）に示すように、ダーク信号のスペクトル波形は、白色雑音成分と特定の波長領域にピークを有する雑音成分とを含んでいる。白色雑音成分は、暗電流による雑音成分である（図６（ｂ））。また、特定の波長領域において強度がピークを有する雑音成分は、外乱光等による雑音成分である（図６（ｃ））。
【００４５】
次に、測定光源３０を点灯させて、分光検出部８０により照射光Ｌ１のスペクトル波形を取得する。図６（ｄ）に示すように、この光のスペクトル波形には照射光Ｌ１のスペクトル波形の成分ほかに、例えば図６（ａ）に示すようなダーク信号のスペクトル波形の成分が含まれている。そして、図６（ｄ）に示すような照射光Ｌ１のスペクトル波形の成分及びダーク信号のスペクトル波形の成分を含んだスペクトル波形から、図６（ａ）に示すようなダーク信号のスペクトル波形を減算する。これにより、ダーク信号のスペクトル波形の成分を含まない、図６（ｅ）に示すような照射光Ｌ１のスペクトル波形を精度良く取得することができる。反射光Ｌ２についても、測定光源３０を点灯させて得た反射光Ｌ２のスペクトル波形から、測定光源３０を消灯させて得たダーク信号のスペクトル波形を減算することにより、反射光Ｌ２のスペクトル波形を精度良く取得することができる。
【００４６】
次に、ダーク減算補正を用いた本実施形態に係る反射率測定方法を説明する。図７及び図８は、第１実施形態に係る反射率測定方法を含む膜厚測定方法を示すフローチャートである。
【００４７】
まず、図７に示す変換係数Ｋ（λ）を算出する工程を実施する。ここでλは波長または分光検出部の波長分解単位を意味する。分光反射率データＲｒｅｆ（λ）が既知である基準測定対象物を試料測定部１１に設置する（Ｓ１０）。次に、測定光源３０を点灯させて、照射光Ｌ１を測定光源３０からリファレンス光受光面５１及び照射光受光面６１へと照射させる。ここで、この変換係数Ｋ（λ）を算出する工程において、測定光源３０から照射される照射光Ｌ１を補正用照射光と呼ぶことにする。照射光受光面６１に照射された補正用照射光は、第１測定用光導波路６０及び測定光学系１４を介して、基準測定対象物へと供給される。（補正用照射光供給ステップＳ１２）。
【００４８】
リファレンス光受光面５１に照射された補正用照射光は、リファレンス用光導波路５０により第１検出部８１に導光され、分光光学系８２において波長成分毎に分解される。その後、光検出器８３により補正用照射光のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）を取得する（補正用照射光検出ステップＳ１４）。
【００４９】
一方、基準測定対象物に供給された補正用照射光は、基準測定対象物の表面で反射し、反射光Ｌ２となる。ここで、基準測定対象物の表面で反射した補正用照射光を補正用反射光と呼ぶことにする。補正用反射光は、測定光学系１４及び第２測定用光導波路７０により第２検出部８４に導光され、分光光学系８２において波長成分毎に分解される。その後、光検出器８３により補正用反射光のスペクトル波形Ｓｓｉｇ（λ）を取得する（第１の反射光検出ステップＳ１６）。次に、測定光源３０を消灯させる（Ｓ１８）。この状態において、第１検出部８１から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄｒｅｆ（λ）を取得する（Ｓ２０）。さらに、第２検出部８４から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄｓｉｇ（λ）を取得する（Ｓ２２）。
【００５０】
下記の式（１）は変換係数Ｋ（λ）を算出する式である。基準測定対象物の分光反射率データＲｒｅｆ（λ）、補正用照射光のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）、補正用反射光のスペクトル波形Ｓｓｉｇ（λ）、第１検出部８１から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄｒｅｆ（λ）及び第２検出部８４から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄｓｉｇ（λ）に基づいて、変換係数Ｋ（λ）を、算出する（係数算出ステップＳ２４）。変換係数Ｋ（λ）の算出は、係数算出部９１において実行される。変換係数Ｋ（λ）は係数記録部９２に記録される（Ｓ２６）。なお、上記した変換係数Ｋ（λ）を算出する工程は、出荷検査時若しくは定期的な保守作業で実施すれば足りる。
【数１】
【００５１】
次に、図８に示す測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出する工程を実施する。まず、測定対象物を試料測定部１１に設置する（設置ステップＳ２８）。次に、測定光源３０を点灯させて、照射光Ｌ１をリファレンス光受光面５１及び照射光受光面６１に照射させる。ここで、この測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出する場合において、測定光源３０から照射される照射光Ｌ１を測定用照射光と呼ぶことにする。照射光受光面６１に照射された測定用照射光は、第１測定用光導波路６０及び測定光学系１４を介して、測定対象物に供給される。（測定用照射光供給ステップＳ３０）。
【００５２】
リファレンス光受光面５１に照射された測定用照射光は、リファレンス用光導波路５０により第１検出部８１に導光され、分光光学系８２において波長成分毎に分解される。その後、光検出器８３により測定用照射光のスペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）を取得する（測定用照射光検出ステップＳ３２）。測定用照射光のスペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）を取得する時間を任意の時間に設定する。
【００５３】
一方、測定対象物に供給された測定用照射光は、測定対象物の表面で反射し、反射光Ｌ２となる。ここでは、反射光Ｌ２を測定用反射光と呼ぶことにする。測定用反射光は、測定光学系１４及び第２測定用光導波路７０により第２検出部８４に導光され、分光光学系８２において波長成分毎に分解される。その後、光検出器８３により測定用反射光のスペクトル波形Ｓ’ｓｉｇ（λ）を取得する（第２の反射光検出ステップＳ３４）。測定用反射光のスペクトル波形を取得する時間を任意の時間に設定する。
【００５４】
次に、測定光源３０を消灯させる（Ｓ３６）。測定光源３０を消灯させる時間を１００ミリ秒程度に設定する。その後、第１検出部８１から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄ’ｒｅｆ（λ）を取得する（Ｓ３８）。ダーク信号のスペクトル波形Ｄ’ｒｅｆ（λ）を取得する時間を任意の時間に設定する。また、測定光源３０を消灯させた状態で、第２検出部８４から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄ’ｓｉｇ（λ）を取得する（Ｓ４０）。ダーク信号のスペクトル波形Ｄ’ｓｉｇ（λ）を取得する時間を任意の時間に設定する。
【００５５】
下記の式（２）は、分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出する数式である。式（２）の分子は、ダーク信号のスペクトル波形Ｄ’ｓｉｇ（λ）を含まない測定用反射光のスペクトル波形Ｓ’ｓｉｇ（λ）を示す。式（２）の分母は、基準測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形に相当する値を示す。測定用照射光のスペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）からダーク信号のスペクトル波形Ｄ’ｒｅｆ（λ）を減算した波形と、変換係数Ｋ（λ）とを乗算することにより、式（２）の分母に該当する基準測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形に相当する値を算出する。そして、測定用反射光のスペクトル波形Ｓ’ｓｉｇ（λ）からダーク信号のスペクトル波形Ｄ’ｓｉｇ（λ）を減算した波形を、基準測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形に相当する値で除算することにより、測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出する（反射率算出ステップＳ４２）。分光反射率データＲｓｉｇ（λ）の算出は、反射率算出部９３において実行される。
【数２】
【００５６】
本実施形態における反射率測定装置１により測定された分光反射率データＲｓｉｇ（λ）は、膜厚算出部１９に出力される。膜厚算出部１９では、分光反射率データＲｓｉｇ（λ）に基づいて測定対象物の膜厚を算出する（Ｓ４４）。
【００５７】
本実施形態による反射率測定装置１を用いた膜厚測定装置１０、及び反射率測定方法を用いた膜厚測定方法ついて、はじめに測定光源３０のスペクトル波形の変動に関する課題を説明しその後に作用効果を説明する。
【００５８】
本実施形態による反射率測定装置１は、図４に示すように照射光Ｌ１の光源として蛍光体方式の白色ＬＥＤ３１を備えている。一般的に、白色ＬＥＤ３１では、周囲環境から与えられる熱のような外的要因により、励起光の光量が変動することが知られている。図９は、異なる温度環境下における白色ＬＥＤ３１から発生させた白色光の波長と波長毎の相対強度との関係の一例を示すグラフである。この白色光が有する波長領域のうち、例えば、波長が４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下である領域Ｂ１が、測定対象となる波長領域である。領域Ｂ１のうち例えば波長が４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である領域Ｂ２が励起光の波長領域であり、例えば波長が５００ｎｍ以上８００ｎｍ以下である領域Ｂ３が蛍光の波長領域である。また、図９の曲線Ｇ１は、室温の温度環境下で白色ＬＥＤ３１を発光させた場合の白色光の波長毎の相対強度を示し、曲線Ｇ２は、０℃の温度環境下で白色ＬＥＤ３１を発光させた場合の白色光の波長毎の相対強度を示す。図９の曲線Ｇ１と曲線Ｇ２とを比較すると、励起光の波長領域である領域Ｂ２において曲線Ｇ１と曲線Ｇ２とのピーク値が異なっている。すなわち、異なる温度環境下で白色ＬＥＤ３１を発光させた場合には、励起光の波長領域における相対強度が相違する。
【００５９】
この励起光の波長領域の強度の相違は、白色ＬＥＤ３１を照明器具に用いる場合には問題とならない。一方、白色ＬＥＤ３１を、測定光の波長領域に励起光の波長領域が含まれるような測定に用いる場合には問題となる。なお、蛍光の波長領域である領域Ｂ３において曲線Ｇ１と曲線Ｇ２とでは、相対強度の相違は殆どない。これは、蛍光体が飽和状態になるように、蛍光体に励起光を供給しているためである。
【００６０】
上記に例示したように、測定光源３０が備える白色ＬＥＤ３１から照射される照射光Ｌ１のスペクトル波形は、周囲温度等の外的要因により変動する。例えば、基準測定対象物からの反射光Ｌ２のスペクトル波形を取得する際の白色ＬＥＤ３１の温度と、測定対象物からの反射光Ｌ２のスペクトル波形を取得する際の白色ＬＥＤ３１の温度とが相違した場合は、基準測定対象物に照射された補正用照射光と、測定対象物に照射された測定用照射光との励起光の波長領域における波長毎の相対強度が相違する。そのために、測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を精度良く測定できない。
【００６１】
本実施形態による反射率測定装置１及び反射率測定方法によれば、基準測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形に相当する値を、測定対象物の測定の際に基準測定対象物を用いることなく、測定対象物に照射される測定用照射光のスペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）と、変換係数Ｋ（λ）とから測定毎に算出することができる。これにより、測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出する際には、照射光Ｌ１の変動の影響を含んだ測定用反射光のスペクトル波形に相当する値を用いることができる。すなわち、測定用照射光のスペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）が変動する場合であっても、測定用反射光のスペクトル波形Ｓ’ｓｉｇ（λ）に含まれる測定用照射光のスペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）の変動をキャンセルすることが可能となる。従って、測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を常に精度良く測定することができる。なお、変換係数Ｋ（λ）は、スペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）が変動しても影響を受けることはない。
【００６２】
さらに、本実施形態による反射率測定装置を備える膜厚測定装置１０、及び本実施形態による反射率測定方法を含む膜厚測定方法によれば、測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を精度良く算出することが可能となるため、分光反射率データＲｓｉｇ（λ）から求まる測定対象物の膜厚を精度良く算出することができる。
【００６３】
また、精度の良い分光反射率データＲｓｉｇ（λ）が得られることにより、同一の測定対象物について複数回の反射率測定をした場合に得られる分光反射率データＲｓｉｇ（λ）のばらつきを抑えることができる。従って、分光反射率データＲｓｉｇ（λ）から算出される測定対象物の膜厚の測定値のばらつきを抑えることができる。
【００６４】
また、照射光Ｌ１のスペクトル波形の変動があるような場合、生産現場においては、基準測定対象物を用いて基準測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形を測定毎に取得し、取得したスペクトル波形を再度設定していた。これによれば、基準測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形を取得し、再度設定するために、生産ラインを一時停止させる必要がある。そのために、生産ラインにおける生産効率を低下させる要因となっていた。
【００６５】
本実施形態による反射率測定装置１及び反射率測定方法によれば、基準測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形に相当する値を測定用照射光のスペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）及び変換係数Ｋ（λ）から算出する。従って、基準測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形を測定毎に取得することなく、分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出することが可能となる。これにより、照射光Ｌ１のスペクトル波形の変動があるような場合であっても、基準測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形に相当する値を取得する工程を測定毎に実施することなく、分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を精度良く測定することができる。さらに、作業工程を削減することができるため、生産効率の低下を防ぐことができ、コストダウンが可能となる。
【００６６】
次に、図１０及び図１１を参照しながらリファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０と、白色ＬＥＤ３１を含む測定光源３０との位置関係により、スペクトル波形が異なる課題について述べ、その後作用効果を説明する。図１０（ａ）は、白色ＬＥＤ３１を通る軸３１Ａと光導波路Ｐ１の中心軸Ｐ１Ａとを一致させて、白色ＬＥＤ３１と光導波路Ｐ１とを対向させた位置に光導波路Ｐ１を配置した形態を示している。図１０（ｂ）は、白色ＬＥＤ３１を通る軸３１Ａと光導波路Ｐ２の中心軸Ｐ２Ａとを離間させた位置に光導波路Ｐ２を配置した形態を示している。図１０（ｃ）は、白色ＬＥＤ３１を通る軸３１Ａと光導波路Ｐ３の中心軸Ｐ３Ａとをさらに離間させた位置に光導波路Ｐ２を配置した形態を示している。
【００６７】
図１１は、図１０に示す光導波路Ｐ１〜Ｐ３に入射された照射光Ｌ１の波長毎の相対強度を示すグラフである。図９と同様に、Ｂ１は測定対象となる波長領域であり、Ｂ２は励起光の波長領域であり、Ｂ３は蛍光の波長領域である。また、曲線Ｇ３は光導波路Ｐ１に入射された照射光Ｌ１の波長毎の相対強度であり、曲線Ｇ４は光導波路Ｐ２に入射された照射光Ｌ１の波長毎の相対強度であり、曲線Ｇ５は光導波路Ｐ３に入射された照射光Ｌ１の波長毎の相対強度である。
【００６８】
図１１に示すように、それぞれの光導波路Ｐ１〜Ｐ３に入射された照射光Ｌ１の波長毎の相対強度は、蛍光の波長領域（Ｂ３）では略同じである。一方、励起光の波長領域（Ｂ２）ではピーク値が相違する。すなわち、リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０と、白色ＬＥＤ３１との位置関係により、励起光の波長領域においてスペクトル波形が相違する。
【００６９】
蛍光体方式の白色ＬＥＤ３１の場合、発光素子からの光が励起光となり蛍光体に照射されることで蛍光を生じる。図１２は、照射光Ｌ１の照射範囲の断面を示す概念図である。励起光は指向性があるために、照射光Ｌ１の照射範囲の断面における中心部Ｔ１は励起光の影響が強い領域となる。また、蛍光は広域性があるため、照射光Ｌ１の照射範囲の断面における周辺部Ｔ２は蛍光の影響が強い領域となる。そのため、測定光源３０と光導波路Ｐ１〜Ｐ３との位置関係により、光導波路Ｐ１〜Ｐ３に入射させた照射光Ｌ１のスペクトル波形が異なると考えられる。
【００７０】
本実施形態による反射率測定装置１を用いた膜厚測定装置１０では、図４に示すようにリファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０は、リファレンス用光導波路５０の中心軸５０Ａ及び第１測定用光導波路６０の中心軸６０Ａが、白色ＬＥＤ３１を通る軸３１Ａに対して互いに線対称となるように配置されている。
【００７１】
図１３は、このように配置した場合に、リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０に照射される照射光Ｌ１の波長毎の相対強度を示す。図９と同様に、Ｂ１は測定対象となる波長領域であり、Ｂ２は励起光の波長領域であり、Ｂ３は蛍光の波長領域である。曲線Ｇ６はリファレンス用光導波路５０に照射された射光Ｌ１の波長毎の相対強度を示し、曲線Ｇ７は第１測定用光導波路６０に照射された射光Ｌ１の波長毎の相対強度を示す。リファレンス用光導波路５０の中心軸５０Ａ及び第１測定用光導波路６０の中心軸６０Ａが、白色ＬＥＤ３１を通る軸３１Ａに対して互いに線対称となるように配置された場合には、リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０に照射される照射光Ｌ１のスペクトル波形の違いが抑制されている。従って、本実施形態による反射率測定装置１を用いた膜厚測定装置１０によれば、リファレンス用光導波路５０に照射される照射光Ｌ１のスペクトル波形と、第１測定用光導波路６０に照射される照射光Ｌ１のスペクトル波形との違いを抑制し、分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を精度の良く測定することができる。
【００７２】
また、本実施形態による反射率測定装置１は、測定光源３０として白色ＬＥＤ３１を備えている。白色ＬＥＤ３１の寿命は、従来に使用されていた寿命が１０００時間程度であるキセノンランプやハロゲンランプ等のランプ系光源よりも長い。これにより、測定光源３０が備えている光源の交換回数を減少させることができる。
【００７３】
また、本実施形態による反射率測定装置１は、リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０を備える。このような構成によれば、それぞれの光導波路の配置を調整することが可能となる。これにより、リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０に照射される照射光Ｌ１の波長毎の強度を調整することができる。
【００７４】
また、本実施形態による反射率測定装置１は、分光検出部８０が第１検出部８１及び第２検出部８４を備えている。このような構成によれば、照射光Ｌ１のスペクトル波形を取得する検出部及び測定対象物からの反射光Ｌ２のスペクトル波形を取得する検出部を互いに独立させることができる。従って、照射光Ｌ１のスペクトル波形及び測定対象物からの反射光Ｌ２のスペクトル波形を同時に取得することが可能となり、さらに測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を精度良く測定することができる。さらに、波長毎の反射率の測定に要する時間を短縮することができる。
【００７５】
また、本実施形態による反射率測定装置１は、上記した式（２）により分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出する。式（２）を用いることにより、分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を容易に算出することができる。さらに、式（２）によれば基準測定対象物の分光反射率データＲｒｅｆ（λ）を用いることなく分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出できる。従って、基準測定対象物の分光反射率データＲｒｅｆ（λ）を記録する装置を備えることなく、反射率測定装置１を構成することができる。
（第２実施形態）
【００７６】
続いて、第２実施形態について説明する。図１４は、第２実施形態に係る反射率測定装置１Ａの構成の一例を示す。図１４に示される本実施形態と、上記した第１実施形態とで異なる点は、複数の試料１２を同時に測定することができるように構成されている点である。すなわち、本実施形態による反射率測定装置１Ａは、第１測定用光導波路６０、測定光学系１４、第２測定用光導波路７０、第２検出部８４をそれぞれ複数備えて構成されている。ここで、本実施形態では２つの試料１２についてそれぞれの分光反射率データＲｓｉｇ（ｎ、λ）を算出する場合を例に説明する。なお、本実施形態による反射率測定装置１Ａによれば試料１２は２つ以上であってもよい。
【００７７】
次に、本実施形態に係る反射率測定装置１Ａの構成について説明する。なお、ここでは第１実施形態と異なる構成となる点についてのみ説明をする。この反射率測定装置１Ａは、測定光源３０、リファレンス用光導波路５０、２つの第１測定用光導波路６０、２つの第２測定用光導波路７０、分光検出部８０Ａ、及び処理部９０を備えて構成されている。
【００７８】
本実施形態に係る分光検出部８０Ａは、照射光Ｌ１のスペクトル波形を取得する第１検出部８１、及び試料１２Ａ、１２Ｂからの反射光Ｌ２のスペクトル波形を取得する２つの第２検出部８４を備えて構成されている。一方の第２検出部８４の分光光学系８２には、試料１２Ａ、１２Ｂのいずれか一方からの反射光Ｌ２を導光する第２測定用光導波路７０の他端が光学的に結合されている。また、他方の第２検出部８４の分光光学系８２には、試料１２Ａ、１２Ｂの他方からの反射光Ｌ２を導光する第２測定用光導波路７０の他端が光学的に結合されている。
【００７９】
測定光源３０から照射された照射光Ｌ１は、第１測定用光導波路６０及び測定光学系１４を介して試料１２Ａ、１２Ｂに供給される。試料１２Ａ、１２Ｂに供給された照射光Ｌ１は試料１２Ａ、１２Ｂの表面で反射し、反射光Ｌ２となる。反射光Ｌ２は測定光学系１４及び第２測定用光導波路７０を介して第２の検出部８４の分光光学系８２に供給される。分光光学系８２に供給された反射光Ｌ２は、波長毎に検出可能なように分解される。その後、光検出器８３により反射光Ｌ２のスペクトル波形を取得する。
【００８０】
次に、ダーク減算補正を用いた本実施形態に係る反射率測定方法について説明する。なお、ダーク減算補正の原理は、第１実施形態で説明した原理と同じである。本実施形態と第１実施形態とで相違する点は、第１実施形態では１つの変換係数Ｋ（λ）を算出したが、本実施形態では第２検出部８４毎に変換係数Ｋ（ｎ、λ）を算出する点が相違する。ここでｎは、本実施形態ではｎ＝１〜２の整数である。また、本実施形態では複数の試料１２毎に分光反射率データＲｓｉｇ（ｎ、λ）を算出する点が第１実施形態と相違する。本実施形態に係る反射率測定方法の手順において上記した相違点以外の手順は、第１実施形態と同様である。
【００８１】
まず、本実施形態では、２つの第２検出部８４のそれぞれについて変換係数Ｋ（ｎ、λ）を算出する。下記の式（３）は変換係数Ｋ（ｎ、λ）を算出する式である。基準測定対象物からの補正用反射光のスペクトル波形Ｓｓｉｎ（ｎ、λ）、補正用照射光のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）、ダーク信号のスペクトル波形Ｄｓｉｇ（ｎ、λ）、Ｄｒｅｆ（λ）、及び基準測定対象物の既知の分光反射率Ｒｒｅｆ（λ）に基づいて、変換係数Ｋ（ｎ、λ）を算出する。
【数３】
【００８２】
次に、試料１２Ａ、１２Ｂの分光反射率データＲｓｉｇ（ｎ、λ）を算出する。下記の式（４）は分光反射率データＲｓｉｇ（ｎ、λ）を算出する式である。測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形Ｓ’ｓｉｎ（ｎ、λ）、測定用照射光のスペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）、ダーク信号のスペクトル波形Ｄ’ｓｉｇ（ｎ、λ）、Ｄ’ｒｅｆ（λ）、及び変換係数Ｋ（ｎ、λ）に基づいて、試料１２Ａ、１２Ｂの分光反射率データＲｓｉｇ（ｎ、λ）を算出する。
【数４】
【００８３】
本実施形態の反射率測定装置１Ａ及び反射率測定装置１Ａを用いた反射率測定方法によれば、複数の測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（ｎ、λ）を測定することができる。また、複数の測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（ｎ、λ）を同時に測定することもできる。さらに、本実施形態の反射率測定装置１Ａを備える膜厚測定装置１０、及び膜厚装置１０を用いた膜厚測定方法によれば、複数の測定対象物の膜厚を同時に測定することができる。
（第３実施形態）
【００８４】
続いて、第３実施形態について説明する。図１５は、第３実施形態に係る反射率測定装置１Ｂの構成の一例を示す。上記した第１実施形態と本実施形態とで異なる点は、図１５に示すように、分光検出部８０Ｂが第３の検出部８５により構成されている点である。すなわち、本実施形態においては、第３検出部８５により照射光Ｌ１のスペクトル波形及び反射光Ｌ２のスペクトル波形が取得される構成が第１実施形態と異なっている。さらに、上記した第１実施形態と本実施形態とで異なる点は、本実施形態に係る反射率測定装置１Ｂが光導波路選択手段４０を備えている点である。なお、分光検出部８０Ｂ及び光導波路選択手段４０以外の装置構成については、第１実施形態と同様である。
【００８５】
まず、図１５に示すような本実施形態に用いられる反射率測定装置１Ｂの構成について説明する。なお、ここでは第１実施形態と異なる構成となる点についてのみ説明をする。測定光源３０には光導波路選択手段４０が光学的に結合されている。この光導波路選択手段４０は、シャッタ４１を含んで構成されている。シャッタ４１により、リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０の少なくとも一方に、選択的に照射光Ｌ１を照射することができる。また、リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０の双方に照射しないようにすることもできる。
【００８６】
リファレンス用光導波路５０において、リファレンス光受光面５１が設けられた一端は光導波路選択手段４０と光学的に結合されており、他端は第３検出部８５における分光光学系８２に光学的に結合されている。第１測定用光導波路６０において、照射光受光面６１が設けられた一端は光導波路選択手段４０と光学的に結合されている。また、第２測定用光導波路７０において他端は第３検出部８５における分光光学系８２に光学的に結合されている。
【００８７】
次に、ダーク減算補正を用いた第３実施形態に係る反射率測定方法について説明する。図１６及び図１７は本実施形態に係る反射率測定方法を含む膜厚測定方法を示すフローチャートである。なお、ダーク減算補正の原理は、第１実施形態で説明した原理と同じである。
【００８８】
まず、図１６に示す変換係数Ｋ（λ）を算出する工程を実施する。本実施形態では変換係数Ｋ（λ）を算出する方法として、測定光源３０を制御してダーク信号のスペクトル波形を取得することにより変換係数Ｋ（λ）を算出する方法を説明する。
【００８９】
分光反射率データＲｒｅｆ（λ）が既知である基準測定対象物を試料測定部１１に設置する（Ｓ５０）。次に、光導波路選択手段４０を制御して、照射光受光面６１への照射光Ｌ１の照射を遮断しリファレンス光受光面５１のみに照射光Ｌ１を入射させるようにシャッタ４１を操作する（Ｓ５２）。シャッタ４１を操作する時間は１００ミリ秒程度かかる。次に、測定光源３０を点灯させて、照射光Ｌ１を測定光源３０からリファレンス光受光面５１へと照射させる。（Ｓ５４）。ここで、この変換係数Ｋ（λ）を算出する工程において測定光源３０から照射される照射光Ｌ１を補正用照射光と呼ぶことにする。
【００９０】
リファレンス光受光面５１に照射された補正用照射光は、リファレンス用光導波路５０により第３検出部８５に導光される。第３検出部８５に導光された補正用照射光は、分光光学系８２において波長成分毎に分解される。その後、光検出器８３により補正用照射光のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）を取得する（補正用照射光検出ステップＳ５６）。なお、補正用照射光のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）を取得する時間は任意の時間に設定される。次に、測定光源３０を消灯させる（Ｓ５８）。測定光源３０を消灯させる時間は補正用照射光のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）を取得する時間と同程度の時間に設定される。その後、第３検出部８５から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄｒｅｆ（λ）を取得する（Ｓ６０）。
【００９１】
次に、光導波路選択手段４０を制御して、リファレンス光受光面５１への補正用照射光の照射を遮断し、照射光受光面６１のみに補正用照射光が照射されるようにシャッタ４１を操作する（Ｓ６２）。シャッタ４１を操作する時間は１００ミリ秒程度かかる。この状態において、第３検出部８５から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄｓｉｇ（λ）を取得する（Ｓ６４）。ダーク信号のスペクトル波形Ｄｓｉｇ（λ）を取得する時間は補正用反射光のスペクトル波形Ｓｓｉｇ（λ）を取得する時間と同程度の時間に設定される。なお、ここでは上記したＤｒｅｆ（λ）をＤｓｉｇ（λ）として用いてもよい。
【００９２】
次に、測定光源３０を点灯させる。照射光受光面６１に照射される補正用照射光は、第１測定用光導波路６０及び測定光学系１４を介して、基準測定対象物に供給される（補正用照射光供給ステップＳ６６）。基準測定対象物に供給された補正用照射光は、基準測定対象物の表面で反射し、反射光Ｌ２となる。ここで、反射光Ｌ２を補正用反射光と呼ぶことにする。補正用反射光は、測定光学系１４及び第２測定用光導波路７０により第３検出部８５に導光され、分光光学系８２において波長成分毎に分解される。その後、光検出器８３により補正用反射光のスペクトル波形Ｓｓｉｇ（λ）を取得する（第１の反射光検出ステップＳ６８）。補正用反射光のスペクトル波形Ｓｓｉｇ（λ）を取得する時間は、所定の時間に設定される。
【００９３】
下記の式（５）は変換係数Ｋ（λ）を算出する式である。基準測定対象物の分光反射率データＲｒｅｆ（λ）、補正用照射光のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）、補正用反射光のスペクトル波形Ｓｓｉｇ（λ）、第３検出部８５から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄｒｅｆ（λ）、Ｄｓｉｇ（λ）に基づいて、変換係数Ｋ（λ）を算出する（係数算出ステップＳ７０）。変換係数Ｋ（λ）の算出は、係数算出部９１において実行される。変換係数Ｋ（λ）は係数記録部９２に記録される（Ｓ７２）。なお、上記した変換係数Ｋ（λ）を算出する工程は、出荷検査時若しくは定期的な保守作業で実施すれば足りる。
【数５】
【００９４】
次に、図１７に示す測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出する工程を実施する。まず、測定対象物を試料測定部１１に設置する（設置ステップＳ７４）。次に、光導波路選択手段４０を制御して、リファレンス光受光面５１に測定光源３０からの照射光Ｌ１を入射させるように、シャッタ４１を操作する（Ｓ７６）。次に、測定光源３０を点灯させて、照射光Ｌ１をリファレンス光受光面５１に照射させる。（Ｓ７８）。ここで、この測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出する場合において、測定光源３０から照射される照射光Ｌ１を測定用照射光と呼ぶことにする。
【００９５】
リファレンス光受光面５１に照射された測定用照射光は、リファレンス用光導波路５０を介して第３検出部８５に供給される。第３検出部８５に供給された測定用照射光は、分光光学系８２において波長成分毎に分解される。その後、光検出器８３により測定用照射光のスペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）を取得する（測定用照射光検出ステップＳ８０）。
【００９６】
次に、測定光源３０を消灯させる（Ｓ８２）。この状態において、第３検出部８５から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄ’ｒｅｆ（λ）を取得する（Ｓ８４）。次に、第３検出部８５から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄ’ｓｉｇ（λ）を取得する（Ｓ８６）。なお、上記したＤ’ｒｅｆ（λ）及びＤ’ｓｉｇ（λ）のうちＤ’ｒｅｆ（λ）のみを取得し、取得されたＤ’ｒｅｆ（λ）をＤ’ｓｉｇ（λ）として用いてもよい。逆に、上記したＤ’ｒｅｆ（λ）及びＤ’ｓｉｇ（λ）のうちＤ’ｓｉｇ（λ）のみを取得し、取得したＤ’ｓｉｇ（λ）をＤ’ｒｅｆ（λ）として用いてもよい。
【００９７】
次に、光導波路選択手段４０を制御して、リファレンス光受光面５１への測定用照射光の照射を遮断し照射光受光面６１のみに測定用照射光が照射されるようにシャッタ４１を操作する（Ｓ８８）。次に、測定光源３０を点灯させる。照射光受光面６１に照射された測定用照射光は、第１測定用光導波路６０及び測定光学系１４を介して、測定対象物に供給される（測定用照射光供給ステップＳ９０）。
【００９８】
測定用対象物に供給された測定用照射光は、測定対象物の表面で反射し、反射光Ｌ２となる。ここでは、反射光Ｌ２を測定用反射光と呼ぶことにする。測定用反射光は、測定光学系１４及び第２測定用光導波路７０により第３検出部８５に導光され、分光光学系８２において波長成分毎に分解される。その後、光検出器８３により測定用反射光のスペクトル波形Ｓ’ｓｉｇ（λ）を取得する（第２の反射光検出ステップＳ９２）。
【００９９】
下記の式（６）は、分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出する数式である。測定用照射光のスペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）、ダーク信号のスペクトル波形Ｄ’ｒｅｆ（λ）、及び変換係数Ｋ（λ）に基づいて、式（６）の分母に該当する基準測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形に相当する値を算出する。そして、測定用反射光のスペクトル波形Ｓ’ｓｉｇ（λ）、ダーク信号のスペクトル波形Ｄ’ｓｉｇ（λ）、及び式（６）の分母に該当する基準測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形に相当する値に基づいて、測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出する（反射率算出ステップＳ９４）。分光反射率データＲｓｉｇ（λ）の算出は、反射率算出部９３において実行される。
【数６】
【０１００】
本実施形態における反射率測定装置１Ｂにより測定された分光反射率データＲｓｉｇ（λ）は、膜厚算出部１９に出力される。膜厚算出部１９では、分光反射率データＲｓｉｇ（λ）に基づいて測定対象物の膜厚を算出する（Ｓ９６）。
【０１０１】
本実施形態による反射率測定装置１及び反射率測定方法によれば、上記した第１実施形態と同様に、基準測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形Ｓ’ｓｉｇ（λ）に相当する値を、測定対象物に照射される測定用照射光のスペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）と、係数記録部９２に記録された変換係数Ｋ（λ）とから測定毎に算出することができる。これにより、測定用照射光のスペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）が変動する場合であっても、測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形Ｓ’ｓｉｇ（λ）に含まれる測定用照射光のスペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）の変動の影響をキャンセルすることが可能となる。従って、測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を精度良く測定することができる。
【０１０２】
本実施形態による反射率測定装置１Ｂによれば、分光検出部８０Ｂは１つの光検出器８３により構成することが可能となる。この構成により、反射率測定装置１Ｂの構成を簡素にし、小型化することができる。さらに、反射率測定装置１Ｂの構成を簡素にすることにより製造に必要な部材及び製造工程を削減することが可能となるため、反射率測定装置１Ｂの製造コストを抑制することができる。
（第４実施形態）
【０１０３】
続いて、第３実施形態の変形例である第４実施形態について説明する。上記した第３実施形態と本実施形態とで異なる点は、変換係数Ｋ（λ）を算出する方法である。第３実施形態では、測定光源３０を制御することにより変換係数Ｋ（λ）を算出したが、本実施形態では測定光源３０は点灯させた状態にし、光導波路選択手段４０を制御することにより変換係数Ｋ（λ）を算出している。なお、本実施形態に使用する反射率測定装置１Ｂは、第３実施形態に使用する反射率測定装置１Ｂと同様の構成を備える。また、分光反射率データＲｓｉｇ（λ）に基づいて測定対象物の膜厚等を算出する図１７に示す工程は、第３実施形態の工程と同様である。
【０１０４】
図１８に示す変換係数Ｋ（λ）を算出する工程について説明する。本実施形態では、変換係数Ｋ（λ）を算出する方法として、光導波路選択手段４０を制御してダーク信号のスペクトル波形を取得することにより変換係数Ｋ（λ）を算出する方法を説明する。
【０１０５】
分光反射率データＲｒｅｆ（λ）が既知である基準測定対象物を試料測定部１１に設置する（Ｓ１００）。次に、光導波路選択手段４０を制御して、照射光受光面６１への照射光Ｌ１の照射を遮断しリファレンス光受光面５１のみに照射光Ｌ１を照射するようにシャッタ４１を操作する（Ｓ１０２）。次に、測定光源３０を点灯させる（Ｓ１０４）。ここで、この変換係数Ｋ（λ）を算出する工程において測定光源３０から照射される照射光Ｌ１を補正用照射光と呼ぶことにする。
【０１０６】
リファレンス光受光面５１に照射された補正用照射光は、リファレンス用光導波路５０により第３検出部８５に導光される。第３検出部８５に導光された補正用照射光は、分光光学系８２において波長成分毎に分解される。その後、光検出器８３により補正用照射光のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）を取得する（補正用照射光検出ステップＳ１０６）。補正用照射光のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）を取得する時間を任意の時間に設定する。
【０１０７】
次に、光導波路選択手段４０を制御して、リファレンス光受光面５１及び照射光受光面６１に補正用照射光が照射されないようにシャッタ４１を操作する（Ｓ１０８）。その後、第３検出部８５から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄｒｅｆ（λ）を取得する（Ｓ１１０）。ダーク信号のスペクトル波形Ｄｒｅｆ（λ）を取得する時間を補正用照射光のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）を取得する時間と同程度に設定する。さらに、第３検出部８５から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄｓｉｇ（λ）を取得する（Ｓ１１２）。なお、Ｄｒｅｆ（λ）及びＤｓｉｇ（λ）は同時に測定してもよい。次に、光導波路選択手段４０を制御して、照射光受光面６１に補正用照射光が照射されるようにシャッタ４１を操作する。照射光受光面６１に照射された補正用照射光は、第１測定用光導波路６０及び測定光学系１４を介して、基準測定対象物に供給される（補正用照射光供給ステップＳ１１４）。
【０１０８】
基準測定対象物に供給された補正用照射光は、基準測定対象物の表面で反射し、反射光Ｌ２となる。ここでは、反射光Ｌ２を補正用反射光と呼ぶことにする。補正用反射光は、測定光学系１４及び第２測定用光導波路７０により第３検出部８５に導光される。第３検出部８５に導光された補正用反射光は、分光光学系８２において波長成分毎に分解される。その後、光検出器８３により補正用反射光のスペクトル波形Ｓｓｉｇ（λ）を取得する（第１の反射検出ステップＳ１１６）。補正用反射光スペクトル波形の取得する時間を任意の時間に設定する。
【０１０９】
下記の式（７）は変換係数Ｋ（λ）を算出する式である。基準測定対象物の分光反射率データＲｒｅｆ（λ）、補正用照射光のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）、補正用反射光のスペクトル波形Ｓｓｉｇ（λ）、第３検出部８５から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄｒｅｆ（λ）、Ｄｓｉｇ（λ）に基づいて、変換係数Ｋ（λ）を算出する（係数算出ステップＳ１１８）。変換係数Ｋ（λ）の算出は、係数算出部９１において実行される。変換係数Ｋ（λ）は係数記録部９２に記録される（Ｓ１２０）。なお、上記した変換係数Ｋ（λ）を算出する工程は、出荷検査時若しくは定期的な保守作業で実施すれば足りる。
【数７】
【０１１０】
光導波路選択手段４０を制御することにより変換係数Ｋ（λ）を算出する上記した方法によれば、測定光源３０を連続して点灯させた状態で基準測定対象物の分光反射率データＲｒｅｆ（λ）、補正用照射光のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）、補正用反射光のスペクトル波形Ｓｓｉｇ（λ）、第３検出部８５から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄｒｅｆ（λ）、Ｄｓｉｇ（λ）を取得することが可能である。そのため、測定光源３０を連続して点灯させた状態で変換係数Ｋ（λ）を算出することができる。従って、測定の間は測定光源３０を点灯させた状態を維持することが可能となり、測定光源３０から照射される照射光Ｌ１のスペクトル波形を安定させることができる。
【０１１１】
本発明による反射率測定装置及び反射率測定方法は、上記実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記した第１実施形態及び第２実施形態では、図１９に示すように、リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０はバンドルファイバ９５を介して測定光源３０と光学的に結合されていてもよい。リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０は、リファレンス光受光面５１及び照射光受光面６１を介してバンドルファイバ９５の一端に光学的に結合されている。リファレンス用光導波路５０の中心軸５０Ａと第１測定用光導波路６０の中心軸６０Ａとは、バンドルファイバ９５の中心軸９５Ａに対して互いに線対称となるように配置されている。このバンドルファイバ９５は光導波路保持部９６により保持され、白色ＬＥＤ３１の中心を通る軸と、バンドルファイバ９５の中心軸９５Ａとが略一致するように光学的に結合されている。
【０１１２】
図１９に示す構成を備えた反射率測定装置１によれば、白色ＬＥＤ３１を通る軸３１Ａと、リファレンス用光導波路５０の中心軸５０Ａ及び第１測定用光導波路６０の中心軸６０Ａとの位置の調整を容易に行うことができる。
【０１１３】
また、バンドルファイバ９５により光導波路を分岐させる場合は、バンドルファイバ９５を構成するファイバを理想的なランダム配置にすることが望まれる。バンドルファイバ９５を構成するファイバを理想的なランダム配置にすることが製造上の問題により困難である場合には、バンドルファイバ９５を用いることなく反射率測定装置１を構成することもできる。バンドルファイバ９５を用いない構成にすることにより、反射率測定装置１の製造コストを抑制することができる。
【０１１４】
また、リファレンス用光導波路５０に入射される照射光Ｌ１、及び第１測定用光導波路６０に入射される照射光Ｌ１の光量の大きさを調整する必要がある場合は、バンドルファイバ９５を用いることなく反射率測定装置１を構成することもできる。バンドルファイバ９５を用いない構成にすることにより、リファレンス用光導波路５０に入射される照射光Ｌ１、及び第１測定用光導波路６０に入射される照射光Ｌ１の光量の大きさを調整することができる。
【０１１５】
さらに、図２０はバンドルファイバ９５を備えた反射率測定装置１の他の変形例の構成を示す。図１９の変形例と相違する点は、光導波路選択手段４０を備えている点である。光導波路選択手段４０を備えていることにより、リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０の少なくとも一方について選択的に、白色ＬＥＤ３１から照射された照射光Ｌ１を照射することができる。また、リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０の双方に照射しないようにすることもできる。
【０１１６】
また、図２０に示す構成を備えた反射率測定装置１では、反射率測定装置１の構成が煩雑になる場合がある。簡易な構成による反射率測定装置１を望む場合には、バンドルファイバ９５を用いることなく反射率測定装置１を構成することもできる。バンドルファイバ９５を用いない構成にすることにより、測定光源３０と光導波路選択手段４０とを備える構成を簡素にすることができる。さらに簡素な構成にすることにより、測定光源３０と光導波路選択手段４０とを容易に一体化することができる。さらに、測定光源３０と光導波路選択手段４０とを備える構成を容易に小型化することができる。
【０１１７】
また、上記した第１実施形態〜第４実施形態では、リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０は、リファレンス用光導波路５０の中心軸５０Ａ及び第１測定用光導波路６０の中心軸６０Ａが、白色ＬＥＤ３１を通る軸３１Ａに対して互いに線対称となるように配置されているが、図２１（ａ）に示すように白色ＬＥＤ３１と第１測定用光導波路６０とが対向するように配置されていてもよい。これによれば、試料１２に供給される照射光Ｌ１の光量を大きくすることができる。従って、照射光Ｌ１、反射光Ｌ２が光導波路等を通過することにより減衰した場合であっても、分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を精度良く測定するために必要な光量を確保することができる。また、図２１（ｂ）のように、光導波路選択手段４０を備えていてもよい。
【０１１８】
また、上記した第１実施形態に示した反射利率測定装置１及び第２実施形態に示した反射利率測定装置１Ａでは、光導波路選択手段４０を備えていないが、図２２に示すように光導波路選択手段４０を備えていても良い。
【０１１９】
また、上記した第１実施形態〜第４実施形態では、照射光Ｌ１のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）と、ダーク減算補正用の補正データであるＤｓｉｇ（λ）、Ｄｒｅｆ（λ）とを測定毎に取得する必要がある。本発明による反射率測定装置及び反射率測定方法はこれに限られるものではなく、例えば、一連の測定時間内において照射光Ｌ１のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）及びダーク信号のスペクトル波形Ｄｓｉｇ（λ）、Ｄｒｅｆ（λ）の変動が測定結果に影響を及ぼさない程度であれば、照射光Ｌ１のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）及びダーク信号のスペクトル波形Ｄｓｉｇ（λ）、Ｄｒｅｆ（λ）の取得は測定開始直後に１回のみ実施して該データを保存しておき、それ以降は保存されたデータを使用してもよい。これにより、タクトタイムを短縮することができる。
【０１２０】
また、上記した第１実施形態〜第４実施形態では、反射率測定装置１を、分光反射率データの算出値に基づいて膜厚を算出する膜厚測定装置１０に用いている。本発明による反射率測定装置１はこれに限られるものではなく、分光反射率データの算出値に基づいて、色を測定する色測定装置、反射率を測定する反射率測定装置、または透過率を測定する透過率測定装置に用いてもよい。
【０１２１】
また、上記した第１実施形態、第３実施形態、及び第４実施形態では下記に示す式（８）を用いて変換係数Ｋ（λ）を算出し、さらに式（９）を用いて分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出している。本発明による反射率測定装置１はこれに限られるものではなく、下記に示す式（１０）を用いて変換係数Ｋ（λ）を算出し、さらに式（１１）を用いて分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出してもよい。
【数８】
【数９】
【数１０】
【数１１】
【符号の説明】
【０１２２】
１…反射率測定装置、３０…測定光源、８０…分光検出部、９２…係数記録部、９３…反射率算出部、Ｌ１…照射光、Ｌ２…反射光、Ｋ（λ）…変換係数。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射率測定装置、反射率測定方法、膜厚測定装置及び膜厚測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、キセノンランプやハロゲンランプ等の光源からの光を測定対象物である液晶表示器用基板に照射し、液晶表示器用基板からの反射光を検出して、反射光の波長毎の反射率から液晶表示器用基板の表面処理の終点を検出する装置が記載されている。
【０００３】
また、特許文献２にはキセノンランプ等の白色光源からの光を測定対象物である被エッチング基板に照射し、被エッチング基板からの反射光を検出して、被エッチング基板のエッチング深さを求める装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−３２２５１５号公報
【特許文献２】特開２００１−２６７３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
測定対象物の膜厚の測定方法として、測定対象物からの反射干渉光を検出して波長毎の反射率を算出することにより、測定対象物の膜厚を求める方法が知られている。これは、薄膜の表面と裏面とにおける反射光による干渉を利用するものである。裏面からの反射光は表面からの反射光に対し膜厚の２倍の厚さ分だけ光路が長くなり、位相が変化する。これらの表面からの反射光と裏面からの反射光とが干渉することにより干渉光が得られる。この干渉光を波長毎に分解すると、波長毎に強弱が変化しており、その変化の様子から膜厚を算出することができる。
【０００６】
干渉光の波長毎の強度の変動から膜厚を算出する場合には、光源から照射される光の波長毎の強度の影響を除去するために波長毎の反射率を求めることが一般的である。この波長毎の反射率を求める際には、基準測定対象物からの反射光の波長毎の強度と、測定対象物からの反射光の波長毎の強度とをそれぞれ取得する必要がある。通常は、測定装置の工場出荷時等に基準測定対象物からの反射光の波長毎の強度を取得して測定装置の記録部等に記録しておく。そして、測定対象物の膜厚を算出する際に、記録された基準測定対象物からの反射光の波長毎の強度を読み出して使用している。
【０００７】
上記した装置によれば、測定に用いる光源の波長毎の強度が経年変化や周囲環境により変動すると、基準測定対象物からの反射光の波長毎の強度を取得する際に測定光源から基準測定対象物へと供給された照射光の強度と、測定対象物の膜厚を算出する際に測定光源から測定対象物へと供給された照射光の強度とが相違することとなり、波長毎の反射率を精度良く測定できない。
【０００８】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、測定対象物の波長毎の反射率を精度良く測定することができる反射率測定装置及び反射率測定方法、並びに本発明による反射率測定装置を備える膜厚測定装置及び本発明による反射率測定方法を含む膜厚測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る反射率測定装置は、照射光を測定対象物へ供給する測定光源と、照射光の強度及び測定対象物からの反射光の強度を波長毎に検出する分光検出部と、照射光の波長毎の強度の検出値を、基準測定対象物からの反射光の波長毎の強度に相当する値に変換するための変換係数を記録する係数記録部と、照射光の波長毎の強度の検出値及び変換係数より求まる基準測定対象物からの反射光の波長毎の強度に相当する値に基づいて、測定対象物の波長毎の反射率を算出する反射率算出部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る反射率測定方法は、基準測定対象物へと供給される補正用照射光の強度を波長毎に検出する補正用照射光検出ステップと、補正用照射光を測定光源から基準測定対象物へと供給する補正用照射光供給ステップと、基準測定対象物からの補正用照射光の反射光の強度を波長毎に検出する第１の反射光検出ステップと、補正用照射光検出ステップにより得られる補正用照射光の波長毎の強度の検出値と、第１の反射光検出ステップにより得られる補正用照射光の反射光の波長毎の強度の検出値とに基づいて、測定対象物へと供給される測定用照射光の波長毎の強度の検出値を、基準測定対象物からの測定用照射光の反射光の波長毎の強度に相当する値に変換するための変換係数を算出する係数算出ステップと、測定対象物を設置する設置ステップと、励起光及び励起光により生じた蛍光を含む測定用照射光の強度を波長毎に検出する測定用照射光検出ステップと、測定用照射光を測定光源から測定対象物へと供給する測定用照射光供給ステップと、測定対象物からの測定用照射光の反射光の強度を波長毎に検出する第２の反射光検出ステップと、測定用照射光検出ステップにより得られる測定用照射光のスペクトルの検出値及び変換係数により求まる基準測定対象物からの測定用照射光の反射光の波長毎の強度に相当する値と、第２の反射光検出ステップにより得られる測定対象物からの測定用照射光の反射光の波長毎の強度の検出値とに基づいて、測定対象物の波長毎の反射率を算出する反射率算出ステップとを備えることを特徴とする。
【００１１】
上記した反射率測定装置及び反射率測定方法によれば、基準測定対象物からの反射光の波長毎の強度に相当する値を、測定対象物の測定の際に基準測定対象物を用いることなく、測定対象物に照射される照射光の波長毎の強度の検出値と、係数記録部に記録された変換係数とから測定毎に算出することができる。これにより、照射光の波長毎の強度が変動する場合であっても、測定対象物の波長毎の反射率を精度良く測定することができる。
【００１２】
また、測定光源は、励起光及び励起光により生じた蛍光を含む照射光を供給する蛍光体方式の白色発光ダイオードであることが好ましい。発光ダイオードの寿命はハロゲンランプ等よりも長いため、測定光源の交換回数を減少させることができる。
【００１３】
また、上記した反射率測定装置は、測定光源から照射光が照射されるリファレンス光受光面を一端に有し、他端が分光検出部に光学的に結合されているリファレンス用光導波路と、測定光源から照射光が照射される照射光受光面を一端に有し、測定対象物へ照射光を供給する照射光供給面を他端に有する第１測定用光導波路と、測定対象物からの反射光を受光する反射光受光面を一端に有し、他端が分光検出部に光学的に結合されている第２測定用光導波路とをさらに備えることが好ましい。この構成によれば、リファレンス用光導波路と第１測定用光導波路との配置により照射光の波長毎の強度を調整することができる。
【００１４】
また、分光検出部は、照射光の強度を波長毎に検出する第１検出部、及び測定対象物からの反射光の強度を波長毎に検出する第２検出部を有し、リファレンス用光導波路の他端は、第１検出部に光学的に結合され、第２測定用光導波路の他端は、第２検出部に光学的に結合されていることが好ましい。このような構成では、照射光の強度を波長毎に検出する検出部と、測定対象物からの反射光の強度を波長毎に検出する検出部とが互いに独立している。従って、照射光の波長毎の強度と反射光の波長毎の強度とを同時に検出することが可能となり、測定対象物の波長毎の反射率を精度良く測定することができる。さらに、波長毎の反射率の測定に要する時間を短縮することができる。
【００１５】
また、測定光源から照射された照射光をリファレンス光受光面及び照射光受光面のいずれか一方に選択的に入射させる光導波路選択手段をさらに備え、分光検出部は、照射光の強度を波長毎に検出し且つ反射光の強度を波長毎に検出する第３検出部を有し、リファレンス用光導波路の他端と第２測定用光導波路の他端とは、第３検出部に光学的に結合されていることが好ましい。このような構成によれば、分光検出部は１つの検出部で構成することが可能となり、簡易な構成により反射率測定装置を製造することができる。
【００１６】
また、照射光受光面に照射される照射光の光量は、リファレンス光受光面に照射される照射光の光量よりも大きいことを特徴としてもよい。従って、照射光、反射光が光導波路等を通過することにより減衰した場合であっても、波長毎の反射率を精度良く測定するために必要な光量を確保することができる。また、第１測定用光導波路は、照射光受光面と測定光源とが対向するように配置されてもよい。このような配置によれば、第１測定用光導波路に照射される照射光の光量を大きくすることが可能となる。
【００１７】
また、第１測定用光導波路及びリファレンス用光導波路は、第１測定用光導波路の中心軸とリファレンス用光導波路の中心軸とが、測定光源を通る軸に対して互いに線対称となるように配置されていることが好ましい。例えば、発光ダイオードから照射される光のように指向性を有する光を照射光として用いた場合には、測定光源と光導波路との位置関係により、光導波路に入射される照射光の波長毎の強度の検出値が異なる場合がある。このような配置によれば、リファレンス用光導波路に照射される照射光の波長毎の強度の検出値と、第１測定用光導波路に照射される照射光の波長毎の強度の検出値との差異を抑制し、波長毎の反射率を精度良く測定することができる。
【００１８】
さらに、膜厚測定装置は上記した反射率測定装置を備えることを特徴とする。また、膜厚測定方法は上記した反射率測定方法を含み反射率測定方法により得られる波長毎の反射率に基づいて測定対象物の膜厚を算出することを特徴とする。これにより、膜厚の測定に必要な、測定対象物の波長毎の反射率を精度良く算出することが可能となり、測定対象物の膜厚を精度良く測定することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明による反射率測定装置及び反射率測定方法によれば、測定対象物の波長毎の反射率を精度良く測定することができる。また、本発明による膜厚測定装置及び膜厚測定方法によれば、測定対象物の膜厚を精度良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】測定対象物の膜厚の測定方法について模式的に示す図である。
【図２】膜厚測定装置の構成を示すブロック図である。
【図３】反射率測定装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図４】測定光源と、リファレンス用光導波路及び第１測定用光導波路との構成の一例を示す構成図である。
【図５】分光光学系の構成の一例を示す図である。
【図６】（ａ）はダーク信号の波長毎の強度を示すグラフであり、（ｂ）はダーク信号に含まれる暗電流成分の波長毎の強度を示すグラフであり、（ｃ）はダーク信号に含まれる外乱光に起因する信号の波長毎の強度を示すグラフであり、（ｄ）はダーク信号を含む照射光の波長毎の強度を示すグラフであり、（ｅ）はダーク減算補正を行った後の照射光の波長毎の強度を示すグラフである。
【図７】第１実施形態に係る変換係数を算出する手順を示すフローチャートである。
【図８】第１実施形態に係る膜厚等を算出する手順を示すフローチャートである。
【図９】異なる温度環境下で蛍光体方式の白色発光ダイオードを発光させた場合の波長と波長毎の相対強度との関係を示すグラフである。
【図１０】（ａ）は蛍光体方式の白色発光ダイオードと光導波路の配置の一例を示し、（ｂ）は蛍光体方式の白色発光ダイオードと光導波路の配置の他の例を示し、（ｃ）は蛍光体方式の白色発光ダイオードと光導波路の配置のさらに他の例を示す図である。
【図１１】図１０に示す光導波路に入射された照射光の波長と波長毎の相対強度との関係を示すグラフである。
【図１２】照射光の照射範囲の断面を模式的に示す概念図である。
【図１３】リファレンス用光導波路及び第１測定用光導波路に入射された照射光の波長と波長毎の相対強度との関係を示すグラフである。
【図１４】反射率測定装置の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１５】反射率測定装置の第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１６】第３実施形態に係る変換係数を算出する手順を示すフローチャートである。
【図１７】第３実施形態に係る膜厚等を算出する手順を示すフローチャートである。
【図１８】第４実施形態に係る変換係数を算出する手順を示すフローチャートである。
【図１９】測定光源と、リファレンス用光導波路及び第１測定用光導波路との構成の変形例を示す構成図である。
【図２０】測定光源と、リファレンス用光導波路及び第１測定用光導波路との構成の他の変形例を示す構成図である。
【図２１】（ａ）は測定光源と、リファレンス用光導波路及び第１測定用光導波路との構成のさらに他の変形例を示し、（ｂ）は測定光源と、リファレンス用光導波路及び第１測定用光導波路との構成のさらに他の変形例を示す構成図である。
【図２２】測定光源と、リファレンス用光導波路及び第１測定用光導波路との構成のさらに他の変形例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照しながら本発明による反射率測定装置及び反射率測定方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
（第１実施形態）
【００２２】
最初に、反射光による干渉を利用した膜厚測定の原理について説明する。図１に示す例では、膜状の測定対象物の一例として、基板２上に形成された半導体膜１３を示している。このような膜厚ｄについて、基板２及び半導体膜１３からなる試料１２に対し、基板２とは反対側となる半導体膜１３の上面（第１面）６側から膜厚測定用の照射光Ｌ１を供給する。そして、その上面６からの反射光Ｌ２と、下面（第２面、基板２と半導体膜１３との境界面）７からの反射光Ｌ３〜Ｌｍとが干渉して生成される干渉光を検出することで、半導体膜１３の膜厚ｄを算出する。
【００２３】
次に、本発明に係る反射率測定装置を備えた膜厚測定装置の構成について説明する。図２は膜厚測定装置１０の一実施形態の構成を示すブロック図である。図２では、試料測定部１１の処理チャンバ内に設置された試料１２の半導体膜１３を測定対象物とした例を示している。膜厚測定装置１０は、後述する反射率測定装置１と、測定光学系１４と、膜厚算出部１９とを備えている。
【００２４】
膜厚算出部１９は、測定対象物である半導体膜１３の膜厚を算出する膜厚算出手段であり、反射率測定装置１から出力された波長毎の反射率（以下「波長毎の反射率」を「分光反射率データ」という）の算出値に基づいて膜厚を算出する。この膜厚算出部１９の入力端は、反射率測定装置１の出力端と接続されている。なお、このような膜厚算出部１９は、例えば所定の算出プログラムが実行されるコンピュータにより構成されることができる。
【００２５】
この膜厚算出部１９には、測定制御部２０が接続されている。測定制御部２０は、膜厚算出部１９から出力される膜厚情報等を参照し、反射率測定装置１などの膜厚測定装置１０の装置各部を制御することで、膜厚測定装置１０における膜厚測定動作等の動作について必要な制御を行う。
【００２６】
この測定制御部２０には、入力装置２１及び表示装置２２が接続されている。入力装置２１は、反射率測定装置１及び膜厚測定装置１０における測定動作に必要な情報、条件、指示等の操作者による入力に用いられる。また、表示装置２２は、上記した測定動作についての必要な情報の操作者への表示に用いられる。
【００２７】
測定光学系１４は、反射率測定装置１から供給される照射光Ｌ１を試料１２の所定の測定位置に照射するとともに、試料１２の表面で反射した反射光Ｌ２を反射率測定装置１に導光する。この測定光学系１４に対して、反射率測定装置１からの照射光Ｌ１を導光する第１測定用光導波路（後述のため図示せず）、及び後述する試料１２からの反射光Ｌ２を反射率測定装置１へと導光する第２測定用光導波路（後述のため図示せず）が光学的に結合されている。また測定光学系１４には、内部に測定対象物である試料１２が設置される試料測定部１１が設けられている。この測定対象物には、波長毎の反射率が既知である基準測定対象物と、膜厚測定の対象となる測定対象物とがある。
【００２８】
この測定光学系１４には、ＸＹθステージ１５が設けられている。このＸＹθステージ１５は、測定光学系１４の位置、角度等をＸ方向、Ｙ方向、θ方向に調整することで、膜厚測定装置１０による半導体膜１３での膜厚の測定位置、測定条件を調整する。また、ＸＹθステージ１５は、ステージ制御部１６によって駆動制御されている。
【００２９】
また、試料測定部１１内の試料１２、及び測定光学系１４には、さらに撮像装置１７、及び測定位置設定部１８が設けられている。撮像装置１７は、膜厚測定装置１０による半導体膜１３での膜厚の測定位置を確認するための位置確認用撮像装置である。また、測定位置設定部１８は、撮像装置１７によって測定光学系１４を介して取得された半導体膜１３を含む試料１２の画像を参照して、試料１２に対する膜厚測定位置を設定する。
【００３０】
次に、第１実施形態に係る反射率測定装置１の構成について説明する。図３は、第１実施形態に係る反射率測定装置１の構成の一例を示す。この反射率測定装置１は、測定光源３０、リファレンス用光導波路５０、第１測定用光導波路６０、第２測定用光導波路７０、分光検出部８０、及び処理部９０を備えて構成されている。
【００３１】
この反射率測定装置１には、試料測定部１１内の試料１２の半導体膜１３に対し、測定光学系１４を介して照射光Ｌ１を供給する測定光源３０が設けられている。この測定光源３０は、所定帯域に亘る波長成分を少なくとも含む照射光Ｌ１を測定対象物である半導体膜１３へと供給する。このような測定光源３０としては、例えば、励起光及び励起光により生じた蛍光を含む光を照射する蛍光方式の白色発光ダイオード（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ、以下「蛍光体方式の白色ＬＥＤ」という）を好適に用いることができる。白色ＬＥＤは、短波長の励起光が蛍光体に照射されることで長波長領域の蛍光が生成され、励起光と蛍光とが混合されて白色光を発生させるものである。なお、測定光源３０としては、キセノンランプやハロゲンランプ等の光源や、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤなどを組み合わせた３色ＬＥＤ方式による白色ＬＥＤを用いてもよい。
【００３２】
第１測定用光導波路６０は、測定光源３０から測定光学系１４へと照射光Ｌ１を導光する。この第１測定用光導波路６０は、測定光源３０から照射光Ｌ１が照射される照射光受光面６１、及び測定対象物に照射光Ｌ１を供給する照射光供給面６２を有している。照射光受光面６１は測定光源３０に光学的に結合され、照射光供給面６２は測定光学系１４に光学的に結合されている。この第１測定用光導波路６０としては、例えば、光ファイバを好適に用いることができる。
【００３３】
第２測定用光導波路７０は、試料１２からの反射光Ｌ２を測定光学系１４を介して反射率測定装置１へと導光する。この第２測定用光導波路７０は、試料１２からの反射光Ｌ２を受光する反射光受光面７１を有している。反射光受光面７１は、測定光学系１４に光学的に結合されている。また、第２測定用光導波路７０の他端は分光検出部８０に光学的に結合されている。この第２測定用光導波路７０としては、例えば、光ファイバを好適に用いることができる。
【００３４】
リファレンス用光導波路５０の一端には、測定光源３０から照射光Ｌ１が照射されるリファレンス光受光面５１が設けられている。このリファレンス光受光面５１は、測定光源３０に光学的に結合されている。また、リファレンス用光導波路５０の他端は分光検出部８０に光学的に結合されている。このリファレンス用光導波路５０としては、例えば、光ファイバを好適に用いることができる。
【００３５】
分光検出部８０は、照射光Ｌ１の強度を波長毎に検出し、波長毎の強度の検出値（以下「波長毎の強度の検出値」を「スペクトル波形」という）を取得する第１検出部８１、及び反射光Ｌ２のスペクトル波形を取得する第２検出部８４を備えて構成されている。この第１検出部８１は、分光光学系８２及び光検出器８３を備えて構成されている。分光光学系８２は、分光光学系８２に入射された光を波長毎に分解し、波長毎に分解した光を光検出器８３に出力する。光検出器８３は、分光光学系８２から出力された光のスペクトル波形を取得し、取得したスペクトル波形を処理部９０へ出力する。第１検出部８１の分光光学系８２の入力端には、リファレンス用光導波路５０の他端が光学的に結合されている。また、光検出器８３の出力端は処理部９０の入力端に接続されている。また、第２検出部８４も第１検出部８１と同様に、分光光学系８２及び光検出器８３を備えて構成されている。第２検出部８４の分光光学系８２の入力端には第２測定用光導波路７０の他端が光学的に結合されている。また、光検出器８３の出力端は処理部９０の他の入力端に接続されている。
【００３６】
処理部９０は、係数算出部９１、係数記録部９２及び反射率算出部９３を備えて構成されている。係数算出部９１は、照射光Ｌ１のスペクトル波形を、基準測定対象物からの反射光Ｌ２のスペクトル波形に相当する値に変換する変換係数を算出する。係数記録部９２は算出した変換係数を記録する。反射率算出部９３は測定対象物の分光反射率データを算出する。処理部９０の入力端は、第１検出部８１の光検出器８３の出力端と接続されている。また、処理部９０の他の入力端は、第２検出部８４の光検出器８３の出力端と接続されている。さらに、処理部９０の出力端は、図２に示す膜厚算出部１９の入力端に接続されている。
【００３７】
係数算出部９１は、基準測定対象物に照射される照射光Ｌ１のスペクトル波形と、基準測定対象物からの反射光Ｌ２のスペクトル波形とに基づいて変換係数を算出する。さらに、係数算出部９１は、算出した変換係数を係数記録部９２に出力する。この係数算出部９１の出力端は、係数記録部９２の入力端と接続されている。なお、このような係数算出部９１は、例えば所定の算出プログラムが実行されるコンピュータにより構成されることができる。
【００３８】
係数記録部９２は、上記した変換係数を記録し、該変換係数を反射率算出部９３に出力する。この係数記録部９２の入力端は、係数算出部９１の出力端と接続されている。
【００３９】
反射率算出部９３は、測定対象物に照射される照射光Ｌ１のスペクトル波形及び変換係数により求まる基準測定対象物からの反射光Ｌ２のスペクトル波形に相当する値と、測定対象物からの反射光Ｌ２のスペクトル波形とに基づいて、測定対象物の分光反射率データを算出し、算出したスペクトル波形を膜厚算出部１９（図２参照）に出力する。この反射率算出部９３の出力端は、膜厚算出部１９（図２参照）の入力端と接続されている。なお、このような反射率算出部９３は、例えば所定の算出プログラムが実行されるコンピュータにより構成されることができる。
【００４０】
図４は、本実施形態における測定光源３０、リファレンス用光導波路５０、及び第１測定用光導波路６０の構成を示す。この測定光源３０は、蛍光体方式の白色ＬＥＤ３１及び光源本体部３２を備えて構成されている。また、リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０は光導波路保持部９６により保持されている。本実施形態において、リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０は、リファレンス用光導波路５０の中心軸５０Ａ及び第１測定用光導波路６０の中心軸６０Ａが、白色ＬＥＤ３１を通る軸３１Ａに対して互いに線対称となるように配置されている。
【００４１】
図５は、分光光学系８２の構成の一例を示す。具体的には、分光光学系８２は、照射光Ｌ１の測定対象物からの反射光Ｌ２と照射光Ｌ１とを、波長毎に検出可能なように分解する。この分光光学系８２は、入射スリット３０１、コリメーティング光学系３０２、分散素子である回折格子３０３、及びフォーカシング光学系３０４を備えて構成されている。このような構成において、回折格子３０３で各波長へと分解された光は、フォーカシング光学系３０４を介して波長スペクトルの出力面３０５において波長成分毎に結像され、出力面３０５に配置された光検出器８３によって波長成分毎に検出される。なお、本例以外にも、例えば帯域フィルタを用いることによって、測定対象物からの反射光Ｌ２と照射光Ｌ１とを波長毎に検出可能なように分解する分光光学系８２を好適に構成することができる。
【００４２】
図５に示すように、分光光学系８２によって波長成分毎に分解された光に対し、各波長成分の強度を検出する検出手段として、光検出器８３が設けられている。具体的には、この光検出器８３は、分光光学系８２によって分解された出力光の強度を数ｎｍ単位の波長成分毎に検出する。光検出器８３は、例えば、図５に示した分光光学系８２に対し、その出力面３０５に配置されて、分光光学系８２によって分解された各波長成分の強度を検出する複数の光検出素子が配列されたマルチチャンネル光検出器により構成されている。
【００４３】
次に、第１実施形態に係る反射率測定方法について説明する。説明の前に、ダーク減算補正について説明する。図３に示す第１検出部８１からは、リファレンス用光導波路５０から照射光Ｌ１の入射がない場合であっても微弱な信号が出力される。また、第２検出部８４からは、第２測定用光導波路７０から反射光Ｌ２の入射がない場合であっても微弱な信号が出力される。この微弱な信号は、暗電流と呼ばれるものである。この暗電流は、光検出素子により光の強度を取得する場合には校正を要する要素として扱う必要がある。この暗電流の他に、第１検出部８１及び第２検出部８４から出力される信号には、室内照明から照射される光等の外乱光に起因する信号が含まれている。上記した暗電流及び外乱光等の不要な信号を合わせたものをダーク信号と呼ぶことにする。照射光Ｌ１のスペクトル波形及び反射光Ｌ２のスペクトル波形を精度良く取得するためには、照射光Ｌ１のスペクトル波形及び反射光Ｌ２のスペクトル波形からダーク信号のスペクトル波形を減算する必要がある。
【００４４】
図６を参照しながら、ダーク減算補正の方法を説明する。ここでは、例として照射光Ｌ１についてダーク減算補正を行う方法について説明する。まず、測定光源３０を消灯させて、分光検出部８０によりダーク信号のスペクトル波形を取得する。図６（ａ）に示すように、ダーク信号のスペクトル波形は、白色雑音成分と特定の波長領域にピークを有する雑音成分とを含んでいる。白色雑音成分は、暗電流による雑音成分である（図６（ｂ））。また、特定の波長領域において強度がピークを有する雑音成分は、外乱光等による雑音成分である（図６（ｃ））。
【００４５】
次に、測定光源３０を点灯させて、分光検出部８０により照射光Ｌ１のスペクトル波形を取得する。図６（ｄ）に示すように、この光のスペクトル波形には照射光Ｌ１のスペクトル波形の成分ほかに、例えば図６（ａ）に示すようなダーク信号のスペクトル波形の成分が含まれている。そして、図６（ｄ）に示すような照射光Ｌ１のスペクトル波形の成分及びダーク信号のスペクトル波形の成分を含んだスペクトル波形から、図６（ａ）に示すようなダーク信号のスペクトル波形を減算する。これにより、ダーク信号のスペクトル波形の成分を含まない、図６（ｅ）に示すような照射光Ｌ１のスペクトル波形を精度良く取得することができる。反射光Ｌ２についても、測定光源３０を点灯させて得た反射光Ｌ２のスペクトル波形から、測定光源３０を消灯させて得たダーク信号のスペクトル波形を減算することにより、反射光Ｌ２のスペクトル波形を精度良く取得することができる。
【００４６】
次に、ダーク減算補正を用いた本実施形態に係る反射率測定方法を説明する。図７及び図８は、第１実施形態に係る反射率測定方法を含む膜厚測定方法を示すフローチャートである。
【００４７】
まず、図７に示す変換係数Ｋ（λ）を算出する工程を実施する。ここでλは波長または分光検出部の波長分解単位を意味する。分光反射率データＲｒｅｆ（λ）が既知である基準測定対象物を試料測定部１１に設置する（Ｓ１０）。次に、測定光源３０を点灯させて、照射光Ｌ１を測定光源３０からリファレンス光受光面５１及び照射光受光面６１へと照射させる。ここで、この変換係数Ｋ（λ）を算出する工程において、測定光源３０から照射される照射光Ｌ１を補正用照射光と呼ぶことにする。照射光受光面６１に照射された補正用照射光は、第１測定用光導波路６０及び測定光学系１４を介して、基準測定対象物へと供給される。（補正用照射光供給ステップＳ１２）。
【００４８】
リファレンス光受光面５１に照射された補正用照射光は、リファレンス用光導波路５０により第１検出部８１に導光され、分光光学系８２において波長成分毎に分解される。その後、光検出器８３により補正用照射光のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）を取得する（補正用照射光検出ステップＳ１４）。
【００４９】
一方、基準測定対象物に供給された補正用照射光は、基準測定対象物の表面で反射し、反射光Ｌ２となる。ここで、基準測定対象物の表面で反射した補正用照射光を補正用反射光と呼ぶことにする。補正用反射光は、測定光学系１４及び第２測定用光導波路７０により第２検出部８４に導光され、分光光学系８２において波長成分毎に分解される。その後、光検出器８３により補正用反射光のスペクトル波形Ｓｓｉｇ（λ）を取得する（第１の反射光検出ステップＳ１６）。次に、測定光源３０を消灯させる（Ｓ１８）。この状態において、第１検出部８１から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄｒｅｆ（λ）を取得する（Ｓ２０）。さらに、第２検出部８４から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄｓｉｇ（λ）を取得する（Ｓ２２）。
【００５０】
下記の式（１）は変換係数Ｋ（λ）を算出する式である。基準測定対象物の分光反射率データＲｒｅｆ（λ）、補正用照射光のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）、補正用反射光のスペクトル波形Ｓｓｉｇ（λ）、第１検出部８１から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄｒｅｆ（λ）及び第２検出部８４から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄｓｉｇ（λ）に基づいて、変換係数Ｋ（λ）を、算出する（係数算出ステップＳ２４）。変換係数Ｋ（λ）の算出は、係数算出部９１において実行される。変換係数Ｋ（λ）は係数記録部９２に記録される（Ｓ２６）。なお、上記した変換係数Ｋ（λ）を算出する工程は、出荷検査時若しくは定期的な保守作業で実施すれば足りる。
【数１】
【００５１】
次に、図８に示す測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出する工程を実施する。まず、測定対象物を試料測定部１１に設置する（設置ステップＳ２８）。次に、測定光源３０を点灯させて、照射光Ｌ１をリファレンス光受光面５１及び照射光受光面６１に照射させる。ここで、この測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出する場合において、測定光源３０から照射される照射光Ｌ１を測定用照射光と呼ぶことにする。照射光受光面６１に照射された測定用照射光は、第１測定用光導波路６０及び測定光学系１４を介して、測定対象物に供給される。（測定用照射光供給ステップＳ３０）。
【００５２】
リファレンス光受光面５１に照射された測定用照射光は、リファレンス用光導波路５０により第１検出部８１に導光され、分光光学系８２において波長成分毎に分解される。その後、光検出器８３により測定用照射光のスペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）を取得する（測定用照射光検出ステップＳ３２）。測定用照射光のスペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）を取得する時間を任意の時間に設定する。
【００５３】
一方、測定対象物に供給された測定用照射光は、測定対象物の表面で反射し、反射光Ｌ２となる。ここでは、反射光Ｌ２を測定用反射光と呼ぶことにする。測定用反射光は、測定光学系１４及び第２測定用光導波路７０により第２検出部８４に導光され、分光光学系８２において波長成分毎に分解される。その後、光検出器８３により測定用反射光のスペクトル波形Ｓ’ｓｉｇ（λ）を取得する（第２の反射光検出ステップＳ３４）。測定用反射光のスペクトル波形を取得する時間を任意の時間に設定する。
【００５４】
次に、測定光源３０を消灯させる（Ｓ３６）。測定光源３０を消灯させる時間を１００ミリ秒程度に設定する。その後、第１検出部８１から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄ’ｒｅｆ（λ）を取得する（Ｓ３８）。ダーク信号のスペクトル波形Ｄ’ｒｅｆ（λ）を取得する時間を任意の時間に設定する。また、測定光源３０を消灯させた状態で、第２検出部８４から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄ’ｓｉｇ（λ）を取得する（Ｓ４０）。ダーク信号のスペクトル波形Ｄ’ｓｉｇ（λ）を取得する時間を任意の時間に設定する。
【００５５】
下記の式（２）は、分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出する数式である。式（２）の分子は、ダーク信号のスペクトル波形Ｄ’ｓｉｇ（λ）を含まない測定用反射光のスペクトル波形Ｓ’ｓｉｇ（λ）を示す。式（２）の分母は、基準測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形に相当する値を示す。測定用照射光のスペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）からダーク信号のスペクトル波形Ｄ’ｒｅｆ（λ）を減算した波形と、変換係数Ｋ（λ）とを乗算することにより、式（２）の分母に該当する基準測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形に相当する値を算出する。そして、測定用反射光のスペクトル波形Ｓ’ｓｉｇ（λ）からダーク信号のスペクトル波形Ｄ’ｓｉｇ（λ）を減算した波形を、基準測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形に相当する値で除算することにより、測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出する（反射率算出ステップＳ４２）。分光反射率データＲｓｉｇ（λ）の算出は、反射率算出部９３において実行される。
【数２】
【００５６】
本実施形態における反射率測定装置１により測定された分光反射率データＲｓｉｇ（λ）は、膜厚算出部１９に出力される。膜厚算出部１９では、分光反射率データＲｓｉｇ（λ）に基づいて測定対象物の膜厚を算出する（Ｓ４４）。
【００５７】
本実施形態による反射率測定装置１を用いた膜厚測定装置１０、及び反射率測定方法を用いた膜厚測定方法ついて、はじめに測定光源３０のスペクトル波形の変動に関する課題を説明しその後に作用効果を説明する。
【００５８】
本実施形態による反射率測定装置１は、図４に示すように照射光Ｌ１の光源として蛍光体方式の白色ＬＥＤ３１を備えている。一般的に、白色ＬＥＤ３１では、周囲環境から与えられる熱のような外的要因により、励起光の光量が変動することが知られている。図９は、異なる温度環境下における白色ＬＥＤ３１から発生させた白色光の波長と波長毎の相対強度との関係の一例を示すグラフである。この白色光が有する波長領域のうち、例えば、波長が４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下である領域Ｂ１が、測定対象となる波長領域である。領域Ｂ１のうち例えば波長が４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である領域Ｂ２が励起光の波長領域であり、例えば波長が５００ｎｍ以上８００ｎｍ以下である領域Ｂ３が蛍光の波長領域である。また、図９の曲線Ｇ１は、室温の温度環境下で白色ＬＥＤ３１を発光させた場合の白色光の波長毎の相対強度を示し、曲線Ｇ２は、０℃の温度環境下で白色ＬＥＤ３１を発光させた場合の白色光の波長毎の相対強度を示す。図９の曲線Ｇ１と曲線Ｇ２とを比較すると、励起光の波長領域である領域Ｂ２において曲線Ｇ１と曲線Ｇ２とのピーク値が異なっている。すなわち、異なる温度環境下で白色ＬＥＤ３１を発光させた場合には、励起光の波長領域における相対強度が相違する。
【００５９】
この励起光の波長領域の強度の相違は、白色ＬＥＤ３１を照明器具に用いる場合には問題とならない。一方、白色ＬＥＤ３１を、測定光の波長領域に励起光の波長領域が含まれるような測定に用いる場合には問題となる。なお、蛍光の波長領域である領域Ｂ３において曲線Ｇ１と曲線Ｇ２とでは、相対強度の相違は殆どない。これは、蛍光体が飽和状態になるように、蛍光体に励起光を供給しているためである。
【００６０】
上記に例示したように、測定光源３０が備える白色ＬＥＤ３１から照射される照射光Ｌ１のスペクトル波形は、周囲温度等の外的要因により変動する。例えば、基準測定対象物からの反射光Ｌ２のスペクトル波形を取得する際の白色ＬＥＤ３１の温度と、測定対象物からの反射光Ｌ２のスペクトル波形を取得する際の白色ＬＥＤ３１の温度とが相違した場合は、基準測定対象物に照射された補正用照射光と、測定対象物に照射された測定用照射光との励起光の波長領域における波長毎の相対強度が相違する。そのために、測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を精度良く測定できない。
【００６１】
本実施形態による反射率測定装置１及び反射率測定方法によれば、基準測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形に相当する値を、測定対象物の測定の際に基準測定対象物を用いることなく、測定対象物に照射される測定用照射光のスペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）と、変換係数Ｋ（λ）とから測定毎に算出することができる。これにより、測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出する際には、照射光Ｌ１の変動の影響を含んだ測定用反射光のスペクトル波形に相当する値を用いることができる。すなわち、測定用照射光のスペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）が変動する場合であっても、測定用反射光のスペクトル波形Ｓ’ｓｉｇ（λ）に含まれる測定用照射光のスペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）の変動をキャンセルすることが可能となる。従って、測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を常に精度良く測定することができる。なお、変換係数Ｋ（λ）は、スペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）が変動しても影響を受けることはない。
【００６２】
さらに、本実施形態による反射率測定装置を備える膜厚測定装置１０、及び本実施形態による反射率測定方法を含む膜厚測定方法によれば、測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を精度良く算出することが可能となるため、分光反射率データＲｓｉｇ（λ）から求まる測定対象物の膜厚を精度良く算出することができる。
【００６３】
また、精度の良い分光反射率データＲｓｉｇ（λ）が得られることにより、同一の測定対象物について複数回の反射率測定をした場合に得られる分光反射率データＲｓｉｇ（λ）のばらつきを抑えることができる。従って、分光反射率データＲｓｉｇ（λ）から算出される測定対象物の膜厚の測定値のばらつきを抑えることができる。
【００６４】
また、照射光Ｌ１のスペクトル波形の変動があるような場合、生産現場においては、基準測定対象物を用いて基準測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形を測定毎に取得し、取得したスペクトル波形を再度設定していた。これによれば、基準測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形を取得し、再度設定するために、生産ラインを一時停止させる必要がある。そのために、生産ラインにおける生産効率を低下させる要因となっていた。
【００６５】
本実施形態による反射率測定装置１及び反射率測定方法によれば、基準測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形に相当する値を測定用照射光のスペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）及び変換係数Ｋ（λ）から算出する。従って、基準測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形を測定毎に取得することなく、分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出することが可能となる。これにより、照射光Ｌ１のスペクトル波形の変動があるような場合であっても、基準測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形に相当する値を取得する工程を測定毎に実施することなく、分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を精度良く測定することができる。さらに、作業工程を削減することができるため、生産効率の低下を防ぐことができ、コストダウンが可能となる。
【００６６】
次に、図１０及び図１１を参照しながらリファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０と、白色ＬＥＤ３１を含む測定光源３０との位置関係により、スペクトル波形が異なる課題について述べ、その後作用効果を説明する。図１０（ａ）は、白色ＬＥＤ３１を通る軸３１Ａと光導波路Ｐ１の中心軸Ｐ１Ａとを一致させて、白色ＬＥＤ３１と光導波路Ｐ１とを対向させた位置に光導波路Ｐ１を配置した形態を示している。図１０（ｂ）は、白色ＬＥＤ３１を通る軸３１Ａと光導波路Ｐ２の中心軸Ｐ２Ａとを離間させた位置に光導波路Ｐ２を配置した形態を示している。図１０（ｃ）は、白色ＬＥＤ３１を通る軸３１Ａと光導波路Ｐ３の中心軸Ｐ３Ａとをさらに離間させた位置に光導波路Ｐ２を配置した形態を示している。
【００６７】
図１１は、図１０に示す光導波路Ｐ１〜Ｐ３に入射された照射光Ｌ１の波長毎の相対強度を示すグラフである。図９と同様に、Ｂ１は測定対象となる波長領域であり、Ｂ２は励起光の波長領域であり、Ｂ３は蛍光の波長領域である。また、曲線Ｇ３は光導波路Ｐ１に入射された照射光Ｌ１の波長毎の相対強度であり、曲線Ｇ４は光導波路Ｐ２に入射された照射光Ｌ１の波長毎の相対強度であり、曲線Ｇ５は光導波路Ｐ３に入射された照射光Ｌ１の波長毎の相対強度である。
【００６８】
図１１に示すように、それぞれの光導波路Ｐ１〜Ｐ３に入射された照射光Ｌ１の波長毎の相対強度は、蛍光の波長領域（Ｂ３）では略同じである。一方、励起光の波長領域（Ｂ２）ではピーク値が相違する。すなわち、リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０と、白色ＬＥＤ３１との位置関係により、励起光の波長領域においてスペクトル波形が相違する。
【００６９】
蛍光体方式の白色ＬＥＤ３１の場合、発光素子からの光が励起光となり蛍光体に照射されることで蛍光を生じる。図１２は、照射光Ｌ１の照射範囲の断面を示す概念図である。励起光は指向性があるために、照射光Ｌ１の照射範囲の断面における中心部Ｔ１は励起光の影響が強い領域となる。また、蛍光は広域性があるため、照射光Ｌ１の照射範囲の断面における周辺部Ｔ２は蛍光の影響が強い領域となる。そのため、測定光源３０と光導波路Ｐ１〜Ｐ３との位置関係により、光導波路Ｐ１〜Ｐ３に入射させた照射光Ｌ１のスペクトル波形が異なると考えられる。
【００７０】
本実施形態による反射率測定装置１を用いた膜厚測定装置１０では、図４に示すようにリファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０は、リファレンス用光導波路５０の中心軸５０Ａ及び第１測定用光導波路６０の中心軸６０Ａが、白色ＬＥＤ３１を通る軸３１Ａに対して互いに線対称となるように配置されている。
【００７１】
図１３は、このように配置した場合に、リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０に照射される照射光Ｌ１の波長毎の相対強度を示す。図９と同様に、Ｂ１は測定対象となる波長領域であり、Ｂ２は励起光の波長領域であり、Ｂ３は蛍光の波長領域である。曲線Ｇ６はリファレンス用光導波路５０に照射された射光Ｌ１の波長毎の相対強度を示し、曲線Ｇ７は第１測定用光導波路６０に照射された射光Ｌ１の波長毎の相対強度を示す。リファレンス用光導波路５０の中心軸５０Ａ及び第１測定用光導波路６０の中心軸６０Ａが、白色ＬＥＤ３１を通る軸３１Ａに対して互いに線対称となるように配置された場合には、リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０に照射される照射光Ｌ１のスペクトル波形の違いが抑制されている。従って、本実施形態による反射率測定装置１を用いた膜厚測定装置１０によれば、リファレンス用光導波路５０に照射される照射光Ｌ１のスペクトル波形と、第１測定用光導波路６０に照射される照射光Ｌ１のスペクトル波形との違いを抑制し、分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を精度の良く測定することができる。
【００７２】
また、本実施形態による反射率測定装置１は、測定光源３０として白色ＬＥＤ３１を備えている。白色ＬＥＤ３１の寿命は、従来に使用されていた寿命が１０００時間程度であるキセノンランプやハロゲンランプ等のランプ系光源よりも長い。これにより、測定光源３０が備えている光源の交換回数を減少させることができる。
【００７３】
また、本実施形態による反射率測定装置１は、リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０を備える。このような構成によれば、それぞれの光導波路の配置を調整することが可能となる。これにより、リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０に照射される照射光Ｌ１の波長毎の強度を調整することができる。
【００７４】
また、本実施形態による反射率測定装置１は、分光検出部８０が第１検出部８１及び第２検出部８４を備えている。このような構成によれば、照射光Ｌ１のスペクトル波形を取得する検出部及び測定対象物からの反射光Ｌ２のスペクトル波形を取得する検出部を互いに独立させることができる。従って、照射光Ｌ１のスペクトル波形及び測定対象物からの反射光Ｌ２のスペクトル波形を同時に取得することが可能となり、さらに測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を精度良く測定することができる。さらに、波長毎の反射率の測定に要する時間を短縮することができる。
【００７５】
また、本実施形態による反射率測定装置１は、上記した式（２）により分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出する。式（２）を用いることにより、分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を容易に算出することができる。さらに、式（２）によれば基準測定対象物の分光反射率データＲｒｅｆ（λ）を用いることなく分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出できる。従って、基準測定対象物の分光反射率データＲｒｅｆ（λ）を記録する装置を備えることなく、反射率測定装置１を構成することができる。
（第２実施形態）
【００７６】
続いて、第２実施形態について説明する。図１４は、第２実施形態に係る反射率測定装置１Ａの構成の一例を示す。図１４に示される本実施形態と、上記した第１実施形態とで異なる点は、複数の試料１２を同時に測定することができるように構成されている点である。すなわち、本実施形態による反射率測定装置１Ａは、第１測定用光導波路６０、測定光学系１４、第２測定用光導波路７０、第２検出部８４をそれぞれ複数備えて構成されている。ここで、本実施形態では２つの試料１２についてそれぞれの分光反射率データＲｓｉｇ（ｎ、λ）を算出する場合を例に説明する。なお、本実施形態による反射率測定装置１Ａによれば試料１２は２つ以上であってもよい。
【００７７】
次に、本実施形態に係る反射率測定装置１Ａの構成について説明する。なお、ここでは第１実施形態と異なる構成となる点についてのみ説明をする。この反射率測定装置１Ａは、測定光源３０、リファレンス用光導波路５０、２つの第１測定用光導波路６０、２つの第２測定用光導波路７０、分光検出部８０Ａ、及び処理部９０を備えて構成されている。
【００７８】
本実施形態に係る分光検出部８０Ａは、照射光Ｌ１のスペクトル波形を取得する第１検出部８１、及び試料１２Ａ、１２Ｂからの反射光Ｌ２のスペクトル波形を取得する２つの第２検出部８４を備えて構成されている。一方の第２検出部８４の分光光学系８２には、試料１２Ａ、１２Ｂのいずれか一方からの反射光Ｌ２を導光する第２測定用光導波路７０の他端が光学的に結合されている。また、他方の第２検出部８４の分光光学系８２には、試料１２Ａ、１２Ｂの他方からの反射光Ｌ２を導光する第２測定用光導波路７０の他端が光学的に結合されている。
【００７９】
測定光源３０から照射された照射光Ｌ１は、第１測定用光導波路６０及び測定光学系１４を介して試料１２Ａ、１２Ｂに供給される。試料１２Ａ、１２Ｂに供給された照射光Ｌ１は試料１２Ａ、１２Ｂの表面で反射し、反射光Ｌ２となる。反射光Ｌ２は測定光学系１４及び第２測定用光導波路７０を介して第２の検出部８４の分光光学系８２に供給される。分光光学系８２に供給された反射光Ｌ２は、波長毎に検出可能なように分解される。その後、光検出器８３により反射光Ｌ２のスペクトル波形を取得する。
【００８０】
次に、ダーク減算補正を用いた本実施形態に係る反射率測定方法について説明する。なお、ダーク減算補正の原理は、第１実施形態で説明した原理と同じである。本実施形態と第１実施形態とで相違する点は、第１実施形態では１つの変換係数Ｋ（λ）を算出したが、本実施形態では第２検出部８４毎に変換係数Ｋ（ｎ、λ）を算出する点が相違する。ここでｎは、本実施形態ではｎ＝１〜２の整数である。また、本実施形態では複数の試料１２毎に分光反射率データＲｓｉｇ（ｎ、λ）を算出する点が第１実施形態と相違する。本実施形態に係る反射率測定方法の手順において上記した相違点以外の手順は、第１実施形態と同様である。
【００８１】
まず、本実施形態では、２つの第２検出部８４のそれぞれについて変換係数Ｋ（ｎ、λ）を算出する。下記の式（３）は変換係数Ｋ（ｎ、λ）を算出する式である。基準測定対象物からの補正用反射光のスペクトル波形Ｓｓｉｎ（ｎ、λ）、補正用照射光のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）、ダーク信号のスペクトル波形Ｄｓｉｇ（ｎ、λ）、Ｄｒｅｆ（λ）、及び基準測定対象物の既知の分光反射率Ｒｒｅｆ（λ）に基づいて、変換係数Ｋ（ｎ、λ）を算出する。
【数３】
【００８２】
次に、試料１２Ａ、１２Ｂの分光反射率データＲｓｉｇ（ｎ、λ）を算出する。下記の式（４）は分光反射率データＲｓｉｇ（ｎ、λ）を算出する式である。測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形Ｓ’ｓｉｎ（ｎ、λ）、測定用照射光のスペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）、ダーク信号のスペクトル波形Ｄ’ｓｉｇ（ｎ、λ）、Ｄ’ｒｅｆ（λ）、及び変換係数Ｋ（ｎ、λ）に基づいて、試料１２Ａ、１２Ｂの分光反射率データＲｓｉｇ（ｎ、λ）を算出する。
【数４】
【００８３】
本実施形態の反射率測定装置１Ａ及び反射率測定装置１Ａを用いた反射率測定方法によれば、複数の測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（ｎ、λ）を測定することができる。また、複数の測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（ｎ、λ）を同時に測定することもできる。さらに、本実施形態の反射率測定装置１Ａを備える膜厚測定装置１０、及び膜厚装置１０を用いた膜厚測定方法によれば、複数の測定対象物の膜厚を同時に測定することができる。
（第３実施形態）
【００８４】
続いて、第３実施形態について説明する。図１５は、第３実施形態に係る反射率測定装置１Ｂの構成の一例を示す。上記した第１実施形態と本実施形態とで異なる点は、図１５に示すように、分光検出部８０Ｂが第３の検出部８５により構成されている点である。すなわち、本実施形態においては、第３検出部８５により照射光Ｌ１のスペクトル波形及び反射光Ｌ２のスペクトル波形が取得される構成が第１実施形態と異なっている。さらに、上記した第１実施形態と本実施形態とで異なる点は、本実施形態に係る反射率測定装置１Ｂが光導波路選択手段４０を備えている点である。なお、分光検出部８０Ｂ及び光導波路選択手段４０以外の装置構成については、第１実施形態と同様である。
【００８５】
まず、図１５に示すような本実施形態に用いられる反射率測定装置１Ｂの構成について説明する。なお、ここでは第１実施形態と異なる構成となる点についてのみ説明をする。測定光源３０には光導波路選択手段４０が光学的に結合されている。この光導波路選択手段４０は、シャッタ４１を含んで構成されている。シャッタ４１により、リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０の少なくとも一方に、選択的に照射光Ｌ１を照射することができる。また、リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０の双方に照射しないようにすることもできる。
【００８６】
リファレンス用光導波路５０において、リファレンス光受光面５１が設けられた一端は光導波路選択手段４０と光学的に結合されており、他端は第３検出部８５における分光光学系８２に光学的に結合されている。第１測定用光導波路６０において、照射光受光面６１が設けられた一端は光導波路選択手段４０と光学的に結合されている。また、第２測定用光導波路７０において他端は第３検出部８５における分光光学系８２に光学的に結合されている。
【００８７】
次に、ダーク減算補正を用いた第３実施形態に係る反射率測定方法について説明する。図１６及び図１７は本実施形態に係る反射率測定方法を含む膜厚測定方法を示すフローチャートである。なお、ダーク減算補正の原理は、第１実施形態で説明した原理と同じである。
【００８８】
まず、図１６に示す変換係数Ｋ（λ）を算出する工程を実施する。本実施形態では変換係数Ｋ（λ）を算出する方法として、測定光源３０を制御してダーク信号のスペクトル波形を取得することにより変換係数Ｋ（λ）を算出する方法を説明する。
【００８９】
分光反射率データＲｒｅｆ（λ）が既知である基準測定対象物を試料測定部１１に設置する（Ｓ５０）。次に、光導波路選択手段４０を制御して、照射光受光面６１への照射光Ｌ１の照射を遮断しリファレンス光受光面５１のみに照射光Ｌ１を入射させるようにシャッタ４１を操作する（Ｓ５２）。シャッタ４１を操作する時間は１００ミリ秒程度かかる。次に、測定光源３０を点灯させて、照射光Ｌ１を測定光源３０からリファレンス光受光面５１へと照射させる。（Ｓ５４）。ここで、この変換係数Ｋ（λ）を算出する工程において測定光源３０から照射される照射光Ｌ１を補正用照射光と呼ぶことにする。
【００９０】
リファレンス光受光面５１に照射された補正用照射光は、リファレンス用光導波路５０により第３検出部８５に導光される。第３検出部８５に導光された補正用照射光は、分光光学系８２において波長成分毎に分解される。その後、光検出器８３により補正用照射光のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）を取得する（補正用照射光検出ステップＳ５６）。なお、補正用照射光のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）を取得する時間は任意の時間に設定される。次に、測定光源３０を消灯させる（Ｓ５８）。測定光源３０を消灯させる時間は補正用照射光のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）を取得する時間と同程度の時間に設定される。その後、第３検出部８５から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄｒｅｆ（λ）を取得する（Ｓ６０）。
【００９１】
次に、光導波路選択手段４０を制御して、リファレンス光受光面５１への補正用照射光の照射を遮断し、照射光受光面６１のみに補正用照射光が照射されるようにシャッタ４１を操作する（Ｓ６２）。シャッタ４１を操作する時間は１００ミリ秒程度かかる。この状態において、第３検出部８５から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄｓｉｇ（λ）を取得する（Ｓ６４）。ダーク信号のスペクトル波形Ｄｓｉｇ（λ）を取得する時間は補正用反射光のスペクトル波形Ｓｓｉｇ（λ）を取得する時間と同程度の時間に設定される。なお、ここでは上記したＤｒｅｆ（λ）をＤｓｉｇ（λ）として用いてもよい。
【００９２】
次に、測定光源３０を点灯させる。照射光受光面６１に照射される補正用照射光は、第１測定用光導波路６０及び測定光学系１４を介して、基準測定対象物に供給される（補正用照射光供給ステップＳ６６）。基準測定対象物に供給された補正用照射光は、基準測定対象物の表面で反射し、反射光Ｌ２となる。ここで、反射光Ｌ２を補正用反射光と呼ぶことにする。補正用反射光は、測定光学系１４及び第２測定用光導波路７０により第３検出部８５に導光され、分光光学系８２において波長成分毎に分解される。その後、光検出器８３により補正用反射光のスペクトル波形Ｓｓｉｇ（λ）を取得する（第１の反射光検出ステップＳ６８）。補正用反射光のスペクトル波形Ｓｓｉｇ（λ）を取得する時間は、所定の時間に設定される。
【００９３】
下記の式（５）は変換係数Ｋ（λ）を算出する式である。基準測定対象物の分光反射率データＲｒｅｆ（λ）、補正用照射光のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）、補正用反射光のスペクトル波形Ｓｓｉｇ（λ）、第３検出部８５から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄｒｅｆ（λ）、Ｄｓｉｇ（λ）に基づいて、変換係数Ｋ（λ）を算出する（係数算出ステップＳ７０）。変換係数Ｋ（λ）の算出は、係数算出部９１において実行される。変換係数Ｋ（λ）は係数記録部９２に記録される（Ｓ７２）。なお、上記した変換係数Ｋ（λ）を算出する工程は、出荷検査時若しくは定期的な保守作業で実施すれば足りる。
【数５】
【００９４】
次に、図１７に示す測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出する工程を実施する。まず、測定対象物を試料測定部１１に設置する（設置ステップＳ７４）。次に、光導波路選択手段４０を制御して、リファレンス光受光面５１に測定光源３０からの照射光Ｌ１を入射させるように、シャッタ４１を操作する（Ｓ７６）。次に、測定光源３０を点灯させて、照射光Ｌ１をリファレンス光受光面５１に照射させる。（Ｓ７８）。ここで、この測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出する場合において、測定光源３０から照射される照射光Ｌ１を測定用照射光と呼ぶことにする。
【００９５】
リファレンス光受光面５１に照射された測定用照射光は、リファレンス用光導波路５０を介して第３検出部８５に供給される。第３検出部８５に供給された測定用照射光は、分光光学系８２において波長成分毎に分解される。その後、光検出器８３により測定用照射光のスペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）を取得する（測定用照射光検出ステップＳ８０）。
【００９６】
次に、測定光源３０を消灯させる（Ｓ８２）。この状態において、第３検出部８５から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄ’ｒｅｆ（λ）を取得する（Ｓ８４）。次に、第３検出部８５から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄ’ｓｉｇ（λ）を取得する（Ｓ８６）。なお、上記したＤ’ｒｅｆ（λ）及びＤ’ｓｉｇ（λ）のうちＤ’ｒｅｆ（λ）のみを取得し、取得されたＤ’ｒｅｆ（λ）をＤ’ｓｉｇ（λ）として用いてもよい。逆に、上記したＤ’ｒｅｆ（λ）及びＤ’ｓｉｇ（λ）のうちＤ’ｓｉｇ（λ）のみを取得し、取得したＤ’ｓｉｇ（λ）をＤ’ｒｅｆ（λ）として用いてもよい。
【００９７】
次に、光導波路選択手段４０を制御して、リファレンス光受光面５１への測定用照射光の照射を遮断し照射光受光面６１のみに測定用照射光が照射されるようにシャッタ４１を操作する（Ｓ８８）。次に、測定光源３０を点灯させる。照射光受光面６１に照射された測定用照射光は、第１測定用光導波路６０及び測定光学系１４を介して、測定対象物に供給される（測定用照射光供給ステップＳ９０）。
【００９８】
測定用対象物に供給された測定用照射光は、測定対象物の表面で反射し、反射光Ｌ２となる。ここでは、反射光Ｌ２を測定用反射光と呼ぶことにする。測定用反射光は、測定光学系１４及び第２測定用光導波路７０により第３検出部８５に導光され、分光光学系８２において波長成分毎に分解される。その後、光検出器８３により測定用反射光のスペクトル波形Ｓ’ｓｉｇ（λ）を取得する（第２の反射光検出ステップＳ９２）。
【００９９】
下記の式（６）は、分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出する数式である。測定用照射光のスペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）、ダーク信号のスペクトル波形Ｄ’ｒｅｆ（λ）、及び変換係数Ｋ（λ）に基づいて、式（６）の分母に該当する基準測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形に相当する値を算出する。そして、測定用反射光のスペクトル波形Ｓ’ｓｉｇ（λ）、ダーク信号のスペクトル波形Ｄ’ｓｉｇ（λ）、及び式（６）の分母に該当する基準測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形に相当する値に基づいて、測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出する（反射率算出ステップＳ９４）。分光反射率データＲｓｉｇ（λ）の算出は、反射率算出部９３において実行される。
【数６】
【０１００】
本実施形態における反射率測定装置１Ｂにより測定された分光反射率データＲｓｉｇ（λ）は、膜厚算出部１９に出力される。膜厚算出部１９では、分光反射率データＲｓｉｇ（λ）に基づいて測定対象物の膜厚を算出する（Ｓ９６）。
【０１０１】
本実施形態による反射率測定装置１及び反射率測定方法によれば、上記した第１実施形態と同様に、基準測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形Ｓ’ｓｉｇ（λ）に相当する値を、測定対象物に照射される測定用照射光のスペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）と、係数記録部９２に記録された変換係数Ｋ（λ）とから測定毎に算出することができる。これにより、測定用照射光のスペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）が変動する場合であっても、測定対象物からの測定用反射光のスペクトル波形Ｓ’ｓｉｇ（λ）に含まれる測定用照射光のスペクトル波形Ｓ’ｒｅｆ（λ）の変動の影響をキャンセルすることが可能となる。従って、測定対象物の分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を精度良く測定することができる。
【０１０２】
本実施形態による反射率測定装置１Ｂによれば、分光検出部８０Ｂは１つの光検出器８３により構成することが可能となる。この構成により、反射率測定装置１Ｂの構成を簡素にし、小型化することができる。さらに、反射率測定装置１Ｂの構成を簡素にすることにより製造に必要な部材及び製造工程を削減することが可能となるため、反射率測定装置１Ｂの製造コストを抑制することができる。
（第４実施形態）
【０１０３】
続いて、第３実施形態の変形例である第４実施形態について説明する。上記した第３実施形態と本実施形態とで異なる点は、変換係数Ｋ（λ）を算出する方法である。第３実施形態では、測定光源３０を制御することにより変換係数Ｋ（λ）を算出したが、本実施形態では測定光源３０は点灯させた状態にし、光導波路選択手段４０を制御することにより変換係数Ｋ（λ）を算出している。なお、本実施形態に使用する反射率測定装置１Ｂは、第３実施形態に使用する反射率測定装置１Ｂと同様の構成を備える。また、分光反射率データＲｓｉｇ（λ）に基づいて測定対象物の膜厚等を算出する図１７に示す工程は、第３実施形態の工程と同様である。
【０１０４】
図１８に示す変換係数Ｋ（λ）を算出する工程について説明する。本実施形態では、変換係数Ｋ（λ）を算出する方法として、光導波路選択手段４０を制御してダーク信号のスペクトル波形を取得することにより変換係数Ｋ（λ）を算出する方法を説明する。
【０１０５】
分光反射率データＲｒｅｆ（λ）が既知である基準測定対象物を試料測定部１１に設置する（Ｓ１００）。次に、光導波路選択手段４０を制御して、照射光受光面６１への照射光Ｌ１の照射を遮断しリファレンス光受光面５１のみに照射光Ｌ１を照射するようにシャッタ４１を操作する（Ｓ１０２）。次に、測定光源３０を点灯させる（Ｓ１０４）。ここで、この変換係数Ｋ（λ）を算出する工程において測定光源３０から照射される照射光Ｌ１を補正用照射光と呼ぶことにする。
【０１０６】
リファレンス光受光面５１に照射された補正用照射光は、リファレンス用光導波路５０により第３検出部８５に導光される。第３検出部８５に導光された補正用照射光は、分光光学系８２において波長成分毎に分解される。その後、光検出器８３により補正用照射光のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）を取得する（補正用照射光検出ステップＳ１０６）。補正用照射光のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）を取得する時間を任意の時間に設定する。
【０１０７】
次に、光導波路選択手段４０を制御して、リファレンス光受光面５１及び照射光受光面６１に補正用照射光が照射されないようにシャッタ４１を操作する（Ｓ１０８）。その後、第３検出部８５から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄｒｅｆ（λ）を取得する（Ｓ１１０）。ダーク信号のスペクトル波形Ｄｒｅｆ（λ）を取得する時間を補正用照射光のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）を取得する時間と同程度に設定する。さらに、第３検出部８５から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄｓｉｇ（λ）を取得する（Ｓ１１２）。なお、Ｄｒｅｆ（λ）及びＤｓｉｇ（λ）は同時に測定してもよい。次に、光導波路選択手段４０を制御して、照射光受光面６１に補正用照射光が照射されるようにシャッタ４１を操作する。照射光受光面６１に照射された補正用照射光は、第１測定用光導波路６０及び測定光学系１４を介して、基準測定対象物に供給される（補正用照射光供給ステップＳ１１４）。
【０１０８】
基準測定対象物に供給された補正用照射光は、基準測定対象物の表面で反射し、反射光Ｌ２となる。ここでは、反射光Ｌ２を補正用反射光と呼ぶことにする。補正用反射光は、測定光学系１４及び第２測定用光導波路７０により第３検出部８５に導光される。第３検出部８５に導光された補正用反射光は、分光光学系８２において波長成分毎に分解される。その後、光検出器８３により補正用反射光のスペクトル波形Ｓｓｉｇ（λ）を取得する（第１の反射検出ステップＳ１１６）。補正用反射光スペクトル波形の取得する時間を任意の時間に設定する。
【０１０９】
下記の式（７）は変換係数Ｋ（λ）を算出する式である。基準測定対象物の分光反射率データＲｒｅｆ（λ）、補正用照射光のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）、補正用反射光のスペクトル波形Ｓｓｉｇ（λ）、第３検出部８５から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄｒｅｆ（λ）、Ｄｓｉｇ（λ）に基づいて、変換係数Ｋ（λ）を算出する（係数算出ステップＳ１１８）。変換係数Ｋ（λ）の算出は、係数算出部９１において実行される。変換係数Ｋ（λ）は係数記録部９２に記録される（Ｓ１２０）。なお、上記した変換係数Ｋ（λ）を算出する工程は、出荷検査時若しくは定期的な保守作業で実施すれば足りる。
【数７】
【０１１０】
光導波路選択手段４０を制御することにより変換係数Ｋ（λ）を算出する上記した方法によれば、測定光源３０を連続して点灯させた状態で基準測定対象物の分光反射率データＲｒｅｆ（λ）、補正用照射光のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）、補正用反射光のスペクトル波形Ｓｓｉｇ（λ）、第３検出部８５から出力されるダーク信号のスペクトル波形Ｄｒｅｆ（λ）、Ｄｓｉｇ（λ）を取得することが可能である。そのため、測定光源３０を連続して点灯させた状態で変換係数Ｋ（λ）を算出することができる。従って、測定の間は測定光源３０を点灯させた状態を維持することが可能となり、測定光源３０から照射される照射光Ｌ１のスペクトル波形を安定させることができる。
【０１１１】
本発明による反射率測定装置及び反射率測定方法は、上記実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記した第１実施形態及び第２実施形態では、図１９に示すように、リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０はバンドルファイバ９５を介して測定光源３０と光学的に結合されていてもよい。リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０は、リファレンス光受光面５１及び照射光受光面６１を介してバンドルファイバ９５の一端に光学的に結合されている。リファレンス用光導波路５０の中心軸５０Ａと第１測定用光導波路６０の中心軸６０Ａとは、バンドルファイバ９５の中心軸９５Ａに対して互いに線対称となるように配置されている。このバンドルファイバ９５は光導波路保持部９６により保持され、白色ＬＥＤ３１の中心を通る軸と、バンドルファイバ９５の中心軸９５Ａとが略一致するように光学的に結合されている。
【０１１２】
図１９に示す構成を備えた反射率測定装置１によれば、白色ＬＥＤ３１を通る軸３１Ａと、リファレンス用光導波路５０の中心軸５０Ａ及び第１測定用光導波路６０の中心軸６０Ａとの位置の調整を容易に行うことができる。
【０１１３】
また、バンドルファイバ９５により光導波路を分岐させる場合は、バンドルファイバ９５を構成するファイバを理想的なランダム配置にすることが望まれる。バンドルファイバ９５を構成するファイバを理想的なランダム配置にすることが製造上の問題により困難である場合には、バンドルファイバ９５を用いることなく反射率測定装置１を構成することもできる。バンドルファイバ９５を用いない構成にすることにより、反射率測定装置１の製造コストを抑制することができる。
【０１１４】
また、リファレンス用光導波路５０に入射される照射光Ｌ１、及び第１測定用光導波路６０に入射される照射光Ｌ１の光量の大きさを調整する必要がある場合は、バンドルファイバ９５を用いることなく反射率測定装置１を構成することもできる。バンドルファイバ９５を用いない構成にすることにより、リファレンス用光導波路５０に入射される照射光Ｌ１、及び第１測定用光導波路６０に入射される照射光Ｌ１の光量の大きさを調整することができる。
【０１１５】
さらに、図２０はバンドルファイバ９５を備えた反射率測定装置１の他の変形例の構成を示す。図１９の変形例と相違する点は、光導波路選択手段４０を備えている点である。光導波路選択手段４０を備えていることにより、リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０の少なくとも一方について選択的に、白色ＬＥＤ３１から照射された照射光Ｌ１を照射することができる。また、リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０の双方に照射しないようにすることもできる。
【０１１６】
また、図２０に示す構成を備えた反射率測定装置１では、反射率測定装置１の構成が煩雑になる場合がある。簡易な構成による反射率測定装置１を望む場合には、バンドルファイバ９５を用いることなく反射率測定装置１を構成することもできる。バンドルファイバ９５を用いない構成にすることにより、測定光源３０と光導波路選択手段４０とを備える構成を簡素にすることができる。さらに簡素な構成にすることにより、測定光源３０と光導波路選択手段４０とを容易に一体化することができる。さらに、測定光源３０と光導波路選択手段４０とを備える構成を容易に小型化することができる。
【０１１７】
また、上記した第１実施形態〜第４実施形態では、リファレンス用光導波路５０及び第１測定用光導波路６０は、リファレンス用光導波路５０の中心軸５０Ａ及び第１測定用光導波路６０の中心軸６０Ａが、白色ＬＥＤ３１を通る軸３１Ａに対して互いに線対称となるように配置されているが、図２１（ａ）に示すように白色ＬＥＤ３１と第１測定用光導波路６０とが対向するように配置されていてもよい。これによれば、試料１２に供給される照射光Ｌ１の光量を大きくすることができる。従って、照射光Ｌ１、反射光Ｌ２が光導波路等を通過することにより減衰した場合であっても、分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を精度良く測定するために必要な光量を確保することができる。また、図２１（ｂ）のように、光導波路選択手段４０を備えていてもよい。
【０１１８】
また、上記した第１実施形態に示した反射利率測定装置１及び第２実施形態に示した反射利率測定装置１Ａでは、光導波路選択手段４０を備えていないが、図２２に示すように光導波路選択手段４０を備えていても良い。
【０１１９】
また、上記した第１実施形態〜第４実施形態では、照射光Ｌ１のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）と、ダーク減算補正用の補正データであるＤｓｉｇ（λ）、Ｄｒｅｆ（λ）とを測定毎に取得する必要がある。本発明による反射率測定装置及び反射率測定方法はこれに限られるものではなく、例えば、一連の測定時間内において照射光Ｌ１のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）及びダーク信号のスペクトル波形Ｄｓｉｇ（λ）、Ｄｒｅｆ（λ）の変動が測定結果に影響を及ぼさない程度であれば、照射光Ｌ１のスペクトル波形Ｓｒｅｆ（λ）及びダーク信号のスペクトル波形Ｄｓｉｇ（λ）、Ｄｒｅｆ（λ）の取得は測定開始直後に１回のみ実施して該データを保存しておき、それ以降は保存されたデータを使用してもよい。これにより、タクトタイムを短縮することができる。
【０１２０】
また、上記した第１実施形態〜第４実施形態では、反射率測定装置１を、分光反射率データの算出値に基づいて膜厚を算出する膜厚測定装置１０に用いている。本発明による反射率測定装置１はこれに限られるものではなく、分光反射率データの算出値に基づいて、色を測定する色測定装置、反射率を測定する反射率測定装置、または透過率を測定する透過率測定装置に用いてもよい。
【０１２１】
また、上記した第１実施形態、第３実施形態、及び第４実施形態では下記に示す式（８）を用いて変換係数Ｋ（λ）を算出し、さらに式（９）を用いて分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出している。本発明による反射率測定装置１はこれに限られるものではなく、下記に示す式（１０）を用いて変換係数Ｋ（λ）を算出し、さらに式（１１）を用いて分光反射率データＲｓｉｇ（λ）を算出してもよい。
【数８】
【数９】
【数１０】
【数１１】
【符号の説明】
【０１２２】
１…反射率測定装置、３０…測定光源、８０…分光検出部、９２…係数記録部、９３…反射率算出部、Ｌ１…照射光、Ｌ２…反射光、Ｋ（λ）…変換係数。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射光を測定対象物へ供給する測定光源と、
前記照射光の強度及び前記測定対象物からの反射光の強度を波長毎に検出する分光検出部と、
前記照射光の波長毎の強度の検出値を、基準測定対象物からの反射光の波長毎の強度に相当する値に変換するための変換係数を記録する係数記録部と、
前記照射光の波長毎の強度の検出値及び前記変換係数より求まる前記基準測定対象物からの前記反射光の波長毎の強度に相当する値に基づいて、前記測定対象物の波長毎の反射率を算出する反射率算出部と、
を備えることを特徴とする反射率測定装置。
【請求項２】
前記測定光源は、励起光及び前記励起光により生じた蛍光を含む前記照射光を供給する蛍光体方式の白色発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の反射率測定装置。
【請求項３】
前記測定光源から前記照射光が照射されるリファレンス光受光面を一端に有し、他端が前記分光検出部に光学的に結合されているリファレンス用光導波路と、
前記測定光源から前記照射光が照射される照射光受光面を一端に有し、前記測定対象物へ前記照射光を供給する照射光供給面を他端に有する第１測定用光導波路と、
前記測定対象物からの前記反射光を受光する反射光受光面を一端に有し、他端が前記分光検出部に光学的に結合されている第２測定用光導波路と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載の反射率測定装置。
【請求項４】
前記分光検出部は、前記照射光の強度を波長毎に検出する第１検出部、及び前記測定対象物からの前記反射光の強度を波長毎に検出する第２検出部を有し、
前記リファレンス用光導波路の他端は、前記第１検出部に光学的に結合され、前記第２測定用光導波路の他端は、前記第２検出部に光学的に結合されていることを特徴とする請求項３に記載の反射率測定装置。
【請求項５】
前記測定光源から照射された前記照射光を前記リファレンス光受光面及び前記照射光受光面のいずれか一方に選択的に入射させる光導波路選択手段をさらに備え、
前記分光検出部は、前記照射光の強度を波長毎に検出し且つ前記反射光の強度を波長毎に検出する第３検出部を有し、
前記リファレンス用光導波路の他端と前記第２測定用光導波路の他端とは、前記第３検出部に光学的に結合されていることを特徴とする請求項３に記載の反射率測定装置。
【請求項６】
前記照射光受光面に照射される前記照射光の光量は、前記リファレンス光受光面に照射される前記照射光の光量よりも大きいことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の反射率測定装置。
【請求項７】
前記第１測定用光導波路は、前記照射光受光面と前記測定光源とが対向するように配置されていることを特徴とする請求項６に記載の反射率測定装置。
【請求項８】
前記第１測定用光導波路及び前記リファレンス用光導波路は、前記第１測定用光導波路の中心軸と前記リファレンス用光導波路の中心軸とが、前記測定光源を通る軸に対して互いに線対称となるように配置されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の反射率測定装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の反射率測定装置を備えることを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項１０】
基準測定対象物へと供給される補正用照射光の強度を波長毎に検出する補正用照射光検出ステップと、
前記補正用照射光を測定光源から前記基準測定対象物へと供給する補正用照射光供給ステップと、
前記基準測定対象物からの前記補正用照射光の反射光の強度を波長毎に検出する第１の反射光検出ステップと、
前記補正用照射光検出ステップにより得られる前記補正用照射光の波長毎の強度の検出値と、前記第１の反射光検出ステップにより得られる前記補正用照射光の反射光の波長毎の強度の検出値とに基づいて、測定対象物へと供給される測定用照射光の波長毎の強度の検出値を、前記基準測定対象物からの前記測定用照射光の反射光の波長毎の強度に相当する値に変換するための変換係数を算出する係数算出ステップと、
前記測定対象物を設置する設置ステップと、
励起光及び前記励起光により生じた蛍光を含む前記測定用照射光の強度を波長毎に検出する測定用照射光検出ステップと、
前記測定用照射光を前記測定光源から前記測定対象物へと供給する測定用照射光供給ステップと、
前記測定対象物からの前記測定用照射光の反射光の強度を波長毎に検出する第２の反射光検出ステップと、
前記測定用照射光検出ステップにより得られる前記測定用照射光の波長毎の強度の検出値及び前記変換係数により求まる前記基準測定対象物からの前記測定用照射光の反射光の波長毎の強度に相当する値と、前記第２の反射光検出ステップにより得られる前記測定対象物からの前記測定用照射光の反射光の波長毎の強度の検出値とに基づいて、前記測定対象物の波長毎の反射率を算出する反射率算出ステップとを備えることを特徴とする反射率測定方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の反射率測定方法を含み、前記反射率測定方法により得られる波長毎の反射率に基づいて前記測定対象物の膜厚を算出することを特徴とする膜厚測定方法。
【請求項１】
照射光を測定対象物へ供給する測定光源と、
前記照射光の強度及び前記測定対象物からの反射光の強度を波長毎に検出する分光検出部と、
前記照射光の波長毎の強度の検出値を、基準測定対象物からの反射光の波長毎の強度に相当する値に変換するための変換係数を記録する係数記録部と、
前記照射光の波長毎の強度の検出値及び前記変換係数より求まる前記基準測定対象物からの前記反射光の波長毎の強度に相当する値に基づいて、前記測定対象物の波長毎の反射率を算出する反射率算出部と、
を備えることを特徴とする反射率測定装置。
【請求項２】
前記測定光源は、励起光及び前記励起光により生じた蛍光を含む前記照射光を供給する蛍光体方式の白色発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の反射率測定装置。
【請求項３】
前記測定光源から前記照射光が照射されるリファレンス光受光面を一端に有し、他端が前記分光検出部に光学的に結合されているリファレンス用光導波路と、
前記測定光源から前記照射光が照射される照射光受光面を一端に有し、前記測定対象物へ前記照射光を供給する照射光供給面を他端に有する第１測定用光導波路と、
前記測定対象物からの前記反射光を受光する反射光受光面を一端に有し、他端が前記分光検出部に光学的に結合されている第２測定用光導波路と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載の反射率測定装置。
【請求項４】
前記分光検出部は、前記照射光の強度を波長毎に検出する第１検出部、及び前記測定対象物からの前記反射光の強度を波長毎に検出する第２検出部を有し、
前記リファレンス用光導波路の他端は、前記第１検出部に光学的に結合され、前記第２測定用光導波路の他端は、前記第２検出部に光学的に結合されていることを特徴とする請求項３に記載の反射率測定装置。
【請求項５】
前記測定光源から照射された前記照射光を前記リファレンス光受光面及び前記照射光受光面のいずれか一方に選択的に入射させる光導波路選択手段をさらに備え、
前記分光検出部は、前記照射光の強度を波長毎に検出し且つ前記反射光の強度を波長毎に検出する第３検出部を有し、
前記リファレンス用光導波路の他端と前記第２測定用光導波路の他端とは、前記第３検出部に光学的に結合されていることを特徴とする請求項３に記載の反射率測定装置。
【請求項６】
前記照射光受光面に照射される前記照射光の光量は、前記リファレンス光受光面に照射される前記照射光の光量よりも大きいことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の反射率測定装置。
【請求項７】
前記第１測定用光導波路は、前記照射光受光面と前記測定光源とが対向するように配置されていることを特徴とする請求項６に記載の反射率測定装置。
【請求項８】
前記第１測定用光導波路及び前記リファレンス用光導波路は、前記第１測定用光導波路の中心軸と前記リファレンス用光導波路の中心軸とが、前記測定光源を通る軸に対して互いに線対称となるように配置されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の反射率測定装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の反射率測定装置を備えることを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項１０】
基準測定対象物へと供給される補正用照射光の強度を波長毎に検出する補正用照射光検出ステップと、
前記補正用照射光を測定光源から前記基準測定対象物へと供給する補正用照射光供給ステップと、
前記基準測定対象物からの前記補正用照射光の反射光の強度を波長毎に検出する第１の反射光検出ステップと、
前記補正用照射光検出ステップにより得られる前記補正用照射光の波長毎の強度の検出値と、前記第１の反射光検出ステップにより得られる前記補正用照射光の反射光の波長毎の強度の検出値とに基づいて、測定対象物へと供給される測定用照射光の波長毎の強度の検出値を、前記基準測定対象物からの前記測定用照射光の反射光の波長毎の強度に相当する値に変換するための変換係数を算出する係数算出ステップと、
前記測定対象物を設置する設置ステップと、
励起光及び前記励起光により生じた蛍光を含む前記測定用照射光の強度を波長毎に検出する測定用照射光検出ステップと、
前記測定用照射光を前記測定光源から前記測定対象物へと供給する測定用照射光供給ステップと、
前記測定対象物からの前記測定用照射光の反射光の強度を波長毎に検出する第２の反射光検出ステップと、
前記測定用照射光検出ステップにより得られる前記測定用照射光の波長毎の強度の検出値及び前記変換係数により求まる前記基準測定対象物からの前記測定用照射光の反射光の波長毎の強度に相当する値と、前記第２の反射光検出ステップにより得られる前記測定対象物からの前記測定用照射光の反射光の波長毎の強度の検出値とに基づいて、前記測定対象物の波長毎の反射率を算出する反射率算出ステップとを備えることを特徴とする反射率測定方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の反射率測定方法を含み、前記反射率測定方法により得られる波長毎の反射率に基づいて前記測定対象物の膜厚を算出することを特徴とする膜厚測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１２−６３３２１（Ｐ２０１２−６３３２１Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０９６６８（Ｐ２０１０−２０９６６８）
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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