多層膜の膜厚測定方法およびその装置
【課題】多層膜に光を照射して、その反射光のパワースペクトルのピーク位置から多層膜を構成する層の膜厚を算出する膜厚測定装置では、膜厚が同程度の層が複数あると、ピークが重なって層を同定できないという課題があった。本発明は、膜厚が同程度の層が複数あっても各層の膜厚を測定できる多層膜の膜厚測定方法及び装置を提供することを目的にする。
【解決手段】膜厚を測定する多層膜と一定距離離隔して光を反射するミラー板を設け、各層の境界およびミラー板で反射された反射光から膜厚を算出するようにした。多層膜とミラー板の距離を多層膜の厚さより厚くすることにより、ミラー板で反射されたピークと反射されないピークが分離でき、正確に膜厚を測定できる。
【解決手段】膜厚を測定する多層膜と一定距離離隔して光を反射するミラー板を設け、各層の境界およびミラー板で反射された反射光から膜厚を算出するようにした。多層膜とミラー板の距離を多層膜の厚さより厚くすることにより、ミラー板で反射されたピークと反射されないピークが分離でき、正確に膜厚を測定できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層膜の膜厚を測定する方法および装置に関し、概略厚さが同じ層が複数あっても、各層の厚さを同定することができる多層膜の膜厚測定方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８に、光干渉式の膜厚測定装置の構成を示す。図８において、光源１０の出力光は光ファイバプローブ１１を経由して膜厚を測定する多層膜１２に入射される。多層膜１２の各層の境界から反射された光は分光器１３に入力される。分光器１３は、入力された反射光を分光し、この分光した光を電気信号に変換して反射分光スペクトルを得、この反射分光スペクトルを演算処理部１４に出力する。
【０００３】
演算処理部１４は、入力された反射分光スペクトルのうち、所定の波長範囲の信号を選択して、この選択した反射分光スペクトルを等波長間隔に並べ直して波数域反射分光スペクトルを演算する。そして、この波数域反射分光スペクトルにフーリエ変換を施して膜厚スペクトル（パワースペクトル）を求めて、この膜厚スペクトルのピーク位置から光学膜厚を演算し、この光学膜厚と屈折率から物理膜厚を算出する。
【０００４】
図９に、膜厚スペクトルの一例を示す。なお、測定する多層膜１２はＡ、Ｂ、Ｃの３層構造を有し、Ａ、Ｂ、Ｃの各層の概略膜厚をそれぞれ６μｍ、１１μｍ、６μｍとする。
【０００５】
光は各層の境界、および入射面と反対側の面で反射されるので、Ａ、Ｃの各層単独、Ａ＋Ｂ層、Ｃ＋Ｂ層、Ａ＋Ｂ＋Ｃ層に対応するピークが得られる。多層膜の構成、および各層の概略膜厚から、パワースペクトルのピークと測定した膜厚の関係を同定する。
【０００６】
Ａ、Ｂ、Ｃの各層の物理膜厚がそれぞれ６μｍ、１１μｍ、６μｍなので、ピーク２０は膜厚が一番薄いＡ層およびＣ層単独の膜厚に対応するピーク、ピーク２２は膜厚が一番厚いＡ＋Ｂ＋Ｃ層に対応するピークと同定できる。また、ピーク２１はＡ＋Ｂ層およびＣ＋Ｂ層に対応するピークと同定できる。これらの関係、およびピークの位置から、Ａ〜Ｃ層の正確な膜厚を算出する。
【０００７】
しかし、Ａ層とＣ層の膜厚がほぼ同じなので、このような測定手法ではＡ層、あるいはＣ層単独のピークが重なり、各層がどの順番で並んでいるかを同定することが困難であるという課題があった。また、膜厚が近接していると、どのピークがどの層に対応するかを同定することが困難になるという課題もあった。実際に製造される多層膜は各層の膜厚が同程度、あるいは表面と裏面に接する層（Ａ、Ｃ層）の膜厚が同程度のことが多いので、各層の正確な膜厚および層の順番を測定することが難しい場合が多々発生する。
【０００８】
特許文献１には、このような課題を解決して、各層の膜厚が同程度であっても各層の膜厚を正確に測定することができる膜厚測定装置の発明が記載されている。特許文献１では、被測定フィルムに対する透過率が異なる複数の波長帯域を設定し、この設定した波長帯域のパワースペクトル（膜厚スペクトル）を演算し、これらのパワースペクトルのピーク位置から膜厚を求める。
【０００９】
透過率が低い波長帯域のパワースペクトルから表面付近の層の膜厚を求め、透過率が高い波長帯域のパワースペクトルから多層膜全体の膜厚を求める。透過率が低い波長帯域では光の入射面から遠い層で反射された光は吸収されて戻ってこないので、同程度の膜厚の層があっても影響を受けずに測定することができる。多層膜の両面から測定することで、多層の測定ができる。
【００１０】
なお、膜厚測定装置の先行技術として、特許文献１の他に特許文献２〜６がある。特許文献２は微小なセル領域に形成された薄膜の膜厚を測定する際に、撮影用光源で測定位置の近傍を撮影した像から位置ずれを計算して位置修正を行った後に微小スポットの赤外光を照射し、その反射光から膜厚を測定するものである。
【００１１】
特許文献３は、干渉計において、光の経路に偏光ビームスプリッタ、ファラデーローテータ、立方体型ハーフミラー、波面変調器をこの順に設け、立方体型ハーフミラーで反射された光の経路に沿ってチューブレンズ、結像レンズ、カメラを設ける。測定物の全領域の波面を一度に測定できるという効果がある。
【００１２】
特許文献４は、半導体ウエハのための薄膜厚測定装置であって、異なる波長の集束された単色放射線で層の全開口領域を順次照射し、反射光を受信してパターン整合メリット関数を用いて基準特性と受信した放射線の特性を比較して、異なる厚さについてのメリット関数の表を行い、この評価に基づいて全開口領域の層の厚さに対応した出力を得るものである。
【００１３】
特許文献５は、ブロッキングプレートが内蔵されたマイケルソン干渉モジュールと可視光線分光領域範囲の注射が可能な音響光学変調フィルタを結合させた構造を取ることにより、形状と厚さを独立して測定できるようにしたものである。
【００１４】
特許文献６は、被測定材料の層を変形させて、この変形した材料層の前面と後面から反射されるように、材料層の前部表面に単色光を照射し、材料層の反射光と既知の厚さに対応する基準特徴を比較して、材料層の厚さを測定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００８−２９２４７３号公報
【特許文献２】特開２００６−１８４０６０号公報
【特許文献３】特開２００６−１５３５７３号公報
【特許文献４】特許２７８８１５８号公報
【特許文献５】特開２００５−１６４５５６号公報
【特許文献６】特開平６−４２９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、このような膜厚測定装置には次のような課題があった。
前述したように、図８の膜厚測定装置は、概略厚さが同じ層が複数あると、これらの層に対応する膜厚スペクトルのピークが重なって、ピークと層の関係を同定することが難しくなり、層の順番および正確な膜厚を測定することができないという課題があった。
【００１７】
特許文献１に記載された膜厚測定装置は概略膜厚が同じ層が複数あっても各層の膜厚を正確に測定することができる。しかし、実際には適切な透過率となる波長帯域が一般的な分光器では測定できない領域になり、また帯域が狭すぎて長い周期の干渉縞が１周期も測定できないために十分な分解能が得られない場合がある。このため、測定対象が限られてしまうという課題があった。
【００１８】
特許文献２〜６に記載された発明はいずれも薄膜の膜厚を測定する装置に関するものであるが、前記の課題を解決するものではない。
【００１９】
本発明の目的は、概略厚さが同じ層が複数ある多層膜であっても、各層の膜厚および層の順番を同定することができる多層膜の膜厚測定方法およびその装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
多層膜に光を照射し、この多層膜の反射光のパワースペクトルを演算して、このパワースペクトルのピークの位置から前記多層膜を構成する層の膜厚を算出する多層膜の膜厚測定方法において、
前記多層膜に光を反射するミラー板を近接させ、前記多層膜で反射された反射光、および前記多層膜を透過し、前記ミラー板で反射された反射光に起因するピークの位置から、前記多層膜を構成する層の膜厚を算出するようにしたものである。同程度の膜厚の層が複数あっても、各層の正確な膜厚を算出でき、かつ膜の順番を同定できる。
【００２１】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記ミラー板で反射された反射光に起因するピークの位置から前記多層膜の各層の膜厚範囲を算出し、前記多層膜で反射された反射光に起因するピークの位置から膜厚を算出し、これら算出した膜厚範囲と膜厚から、前記多層膜を構成する各層の膜厚を求めるようにしたものである。同程度の膜厚の層が複数あっても、各層の正確な膜厚を算出でき、かつ膜の順番を同定できる。
【００２２】
請求項３記載の発明は、
多層膜に光を照射し、この多層膜の反射光のパワースペクトルを演算して、このパワースペクトルのピークの位置から前記多層膜を構成する層の膜厚を算出する多層膜の膜厚測定装置において、
前記多層膜に光を照射する光照射部と、
前記多層膜に近接して、前記光照射部と反対側に配置され、入力された光を反射するミラー板と、
前記多層膜から反射された反射光、および前記多層膜を透過し、前記ミラー板で反射された反射光が入力され、入力された反射光から反射分光スペクトルを作成する分光器と、
前記分光器が作成した反射分光スペクトルが入力され、この反射分光スペクトルからパワースペクトルを演算して、このパワースペクトルのピーク位置から前記多層膜を構成する層の膜厚を算出する演算処理部と、
を具備したものである。同程度の膜厚の層が複数あっても、各層の正確な膜厚を算出でき、かつ膜の順番を同定できる。
【００２３】
請求項４記載の発明は、請求項３に記載の発明において、
前記演算処理部は、
前記ミラー板で反射された反射光に起因するピークの位置から前記多層膜の各層の膜厚範囲を算出し、前記多層膜で反射された反射光に起因するピークの位置から膜厚を算出し、これら算出した膜厚範囲と膜厚から、前記多層膜を構成する各層の膜厚を求めるようにしたものである。同程度の膜厚の層が複数あっても、各層の正確な膜厚を算出でき、かつ膜の順番を同定できる。
【００２４】
請求項５記載の発明は、請求項３若しくは請求項４に記載の発明において、
前記ミラー板はノズルを有し、このノズルから気体を吹き出させて、この気体によって前記ミラー板と前記多層膜の間の距離を一定に保つようにしたものである。被測定多層膜を固定できないオンライン測定に用いて好適である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば以下のような効果がある。
請求項１、２、３、４、および５の発明によれば、膜厚を測定する多層膜に近接して光を反射するミラー板を設置し、多層膜に光を照射して、多層膜からの反射光、および多層膜を透過してミラー板で反射した反射光のパワースペクトルのピーク位置から、多層膜を構成する層の膜厚および膜の順番を算出するようにした。
【００２６】
ミラー板からの反射光によってピークの数が増加するので、ピーク高さが高く、かつ重複していないピークを選択し、この選択したピークを用いて膜厚を算出できる。このため、膜厚が同程度の層が複数あっても、各層の膜厚および膜の順番を正確に測定できるという効果がある。
【００２７】
また、多層膜とミラー板の距離も独立して測定できるので、ミラー板がずれて多層膜との距離が変化しても、正確に膜厚および膜の順番を測定できるという効果もある。
【００２８】
また、ミラー板からの反射光に起因するピーク位置から各層の膜厚範囲を算出し、その他のピークから膜厚を算出して、これら膜厚範囲と膜厚から各層の膜厚を同定することにより、ミラー板が傾いてそのピークが低くなった場合でも、正確に膜厚および膜の順番を算出できるという効果もある。
【００２９】
さらに、ミラー板にノズルを設け、このノズルから気体を吹き出させて多層膜との間の距離を一定に保つようにすることにより、オンライン測定などで多層膜が動いても正確な測定が可能になるという効果もある。また、多層膜のばたつきを抑えることができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例を示した構成図である。
【図２】測定手順を説明するための表である。
【図３】本発明で得られるパワースペクトルである。
【図４】本発明の一実施例を示すフローチャートである。
【図５】図４フローチャートの動作を説明するための表である。
【図６】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図７】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図８】従来の膜厚測定装置の構成図である。
【図９】従来の膜厚測定装置で得られる膜厚スペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る多層膜の膜厚測定装置の一実施例を示した構成図である。なお、図８と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【００３２】
図１において、３０は演算処理部であり、分光器１３が出力する反射分光スペクトルが入力される。演算処理部３０は入力された反射分光スペクトルから多層膜１２の各層の膜厚および層の順番を算出する。
【００３３】
３１はミラー板であり、測定する多層膜１２の下側、すなわち光ファイバプローブ１１と反対側に、多層膜１２と一定距離離して配置される。ミラー板３１は入射した光を反射する。多層膜１２の下面（光ファイバプローブ１１と反対の面）とミラー板３１間の距離Ｔは、多層膜１２の膜厚より若干大きくなるように調整される。
【００３４】
光源１０の出力光は光ファイバプローブ１１を経由して膜厚を測定する多層膜１２に照射される。多層膜１２を構成する各層の境界および裏面で反射された反射光、および多層膜１２を透過してミラー板３１で反射され、再度多層膜１２を透過した反射光は、光ファイバプローブ１１を経由して分光器１３に入力される。光源１０、および光ファイバプローブ１１は光照射部に相当する。
【００３５】
分光器１３は、入力された反射光を分光し、この分光した光を電気信号に変換して反射分光スペクトルを得、この反射分光スペクトルを演算処理部３０に出力する。
【００３６】
演算処理部３０は、入力された反射分光スペクトルのうち、所定の波長範囲の信号を選択して、選択した反射分光スペクトルを等波長間隔に並べ直して波数域反射分光スペクトルを演算する。そして、この波数域反射分光スペクトルにフーリエ変換を施してパワースペクトル（膜厚スペクトル）を求めて、このパワースペクトルのピーク位置から各層の膜厚および膜の順番を算出する。
【００３７】
多層膜１２はＡ〜Ｃの３つの層で構成され、これらの層の概略膜厚をそれぞれ６、１１、６μｍとする。また、多層膜１２の下面とミラー板３１との間は空気で満たされており、１つの層と考えることができる。この層をＴ層とし、その概略厚さを５０μｍとする。すなわち、多層膜１２とミラー板３１は、５０μｍ離隔して配置されている。
【００３８】
多層膜１２とＴ層を合わせて、新たな多層膜と考えることができる。演算処理部３０が演算するパワースペクトルには、Ａ〜Ｃ層とＴ層、およびこれらの層を合成した層に対応するピークが現れる。
【００３９】
図２（Ａ）に検出される可能性があるパワースペクトルのピークの表を示す。図２（Ａ）において、左列は層の構成である。Ａ〜Ｃ、Ｔ層はそれぞれＡ〜Ｃ、Ｔ層の膜厚のみに関係するピークであり、Ａ＋Ｂ、Ｂ＋Ｃ、Ｃ＋Ｔ層はそれぞれＡ層とＢ層、Ｂ層とＣ層、Ｃ層とＴ層の膜厚に関係するピークである。同様に、Ａ＋Ｂ＋Ｃ層、Ｂ＋Ｃ＋Ｔ層、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｔ層は、それぞれＡ層とＢ層とＣ層、Ｂ層とＣ層とＴ層、Ａ層とＢ層とＣ層とＴ層の膜厚に関係するピークである。
【００４０】
中列は概略膜厚であり、関係する層の概略膜厚を加算した値である。右列は予想される信号強度であり、多層膜の構成、膜厚、透過率、隣接する層との屈折率差などから推定する。
【００４１】
図２（Ｂ）は表（Ａ）から測定可能なピーク（信号強度が二重丸印のピーク）を抜き出して膜厚順に並べたものである。パワースペクトルのピークは、この表の順に表れる。ピークが５つあるので、Ａ〜ＣおよびＴ層の膜厚を個別に求めることができる。
【００４２】
図３に、測定したパワースペクトルの例を示す。このパワースペクトルには４０〜４６の７個のピークが存在する。ピーク４０〜４２はＴ層の膜厚５０μｍより薄く、ピーク４３〜４６はＴ層の膜厚５０μｍより厚いので、ピーク４０〜４２はＴ層が関係しないピーク、ピーク４３〜４６はＴ層が関係するピークであると同定できる。なお、ピーク４０〜４２は図９のピーク２０〜２２に対応するものであるが、図９に比べて、その高さは低くなる場合がある。
【００４３】
図２（Ａ）の表から、ピーク４０はＡ層のみ、Ｃ層のみに関係するピークが重複したピーク、ピーク４１はＡ＋Ｂ層に関係するピークとＢ＋Ｃ層に関係するピークが重複したピーク、４２はＡ＋Ｂ＋Ｃ層に関係するピークであると同定できる。また、図２（Ｂ）表の膜厚の順番から、ピーク４３〜４６はそれぞれＴ層、Ｃ＋Ｔ層、Ｂ＋Ｃ＋Ｔ層、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｔ層に関係するピークであると同定できる。
【００４４】
ピーク４２〜４６から算出した膜厚をそれぞれＴ４２〜Ｔ４６とすると、
Ｔ４２＝Ａ〜Ｃ層の膜厚の和
Ｔ４３＝Ｔ層の膜厚
Ｔ４４＝Ｃ層とＴ層の膜厚の和
Ｔ４５＝Ｂ層、Ｃ層、Ｔ層の膜厚の和
Ｔ４６＝Ａ〜Ｃ層、Ｔ層の膜厚の和
になる。
【００４５】
この関係から、
Ａ層の膜厚＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｔ層の膜厚−Ｂ＋Ｃ＋Ｔ層の膜厚＝Ｔ４６−Ｔ４５
Ｂ層の膜厚＝Ｂ＋Ｃ＋Ｔ層の膜厚−Ｃ＋Ｔ層の膜厚＝Ｔ４５−Ｔ４４
Ｃ層の膜厚＝Ｃ＋Ｔ層の膜厚−Ｔ層の膜厚＝Ｔ４４−Ｔ４３
Ｔ層の膜厚＝Ｔ４３
となり、Ａ〜Ｃ層およびＴ層の膜厚を個別に算出することができる。また、上式で算出したＡ〜Ｃ層の和とＴ４２を比較することにより、測定の確かさを確認できる。
【００４６】
Ａ層とＣ層の概略膜厚は同じであるが、Ａ層はＴ４６とＴ４５から、Ｃ層はＴ４４とＴ４３から得られるので、これら２つの層を分離して測定することができる。また、Ｔ層（空気層）の膜厚も測定できるので、ミラー板３１がずれても正確に膜厚を同定することができる。
【００４７】
従来の膜厚測定装置では、膜厚が同程度の層が複数あるとピークが重なり、どの測定値がどの層に対応するかの同定が困難な場合があった。このため、人手を介して膜厚測定を行わなければならなかったので、測定が煩雑になり、かつ時間および労力がかかるという課題があった。
【００４８】
この実施例では、ミラー板を用いることによりピークの数を増加させることができるので、同程度の膜厚の層が複数あっても、重複したピークを用いないで膜厚を算出することができる。このため、測定値の層の関係を正確に同定できる。また、人手を介さない自動測定が可能になるので、オフライン測定では測定時間を短縮でき、かつ省力化、測定の効率化ができる。また、オンライン測定では完全な自動制御が可能になり、生産性の向上に寄与できる。
【００４９】
また、光学系を機械的に移動させて層と測定値との関係を同定することが行われているが、機械の移動時間のために測定時間が長くなるという欠点がある。また、装置が複雑になるので、故障も多発する。
【００５０】
本実施例では光学系の移動を必要としないので、測定時間を短縮できる。特に、機械的な故障がなくなるので、オンライン測定では保全性を向上させることができる。また、多層膜１２とミラー板３１間の距離が変化しても測定には支障がないので、検出系を移動させながら測定するオンライン測定では、特にメリットが大きい。
【００５１】
なお、この実施例ではＴ層の厚さ（多層膜１２とミラー板３１の距離）を多層膜１２の厚さよりも厚くするようにしたが、ミラー板３１を多層膜１２により近接させて、多層膜１２の厚さより薄くしてもよい。但し、Ｔ層の厚さを多層膜１２の厚さより厚くすると、ピークの同定が簡単になる。
【００５２】
被測定多層膜１２とミラー板３１が平行でないとＴ層に関係する干渉縞が弱くなり、ピークが低くなって正確な膜厚測定が困難になる。連続してフィルムを製造する製造プロセスでオンライン測定を行うときは、被測定フィルムが動いているので、このような状況が起きやすくなる。
【００５３】
このようなときは、パワースペクトルのＴ層（空気層）に関係するピークから膜厚の範囲を算出し、Ｔ層に関係しないピークを用いて層の正確な膜厚を算出して、これら膜厚範囲と正確な膜厚から、各層の膜厚を求めればよい。このようにすると、概略膜厚が同じ層が複数あっても、各層を分離して測定できる。図４にフローチャートを示す。
【００５４】
図４において、工程（Ｐ４−１）でＴ層に関係するピークの位置から各層の膜厚を算出し、これらの測定値の平均値と分散σを計算する。ピークが多数表れるので、これらのピークを組み合わせると、同じ層の厚さの測定値が複数個得られる。また、複数回測定し、これらの測定値の平均値、分散σを算出してもよい。
【００５５】
計算の手順は、図２、図３で説明した手順と同じ手順で行う。Ｔ層に関係するピークの高さが低いので、膜厚を正確に算出することはできないが、層を同定するだけなので、測定精度は悪くてもよい。
【００５６】
図３で説明したように、Ｔ層（空気層）の膜厚は多層膜１２の膜厚よりも厚くなるようにミラー板３１の位置を選定しているので、Ｔ層が関係しているピークであるか、関係していないピークであるかを簡単に知ることができる。
【００５７】
次に、工程（Ｐ４−２）で算出した平均値と分散σから、各層の膜厚範囲を算出する。膜厚範囲は、例えば膜厚範囲を（平均値±３σ）とする。
【００５８】
次に、工程（４−３）で、Ｔ層に関係しないピークの位置から、Ｔ層を除く層の正確な膜厚を算出する。算出手順はＴ層に含む層の場合と同じである。Ｔ層が関係していないので、ミラー板３１が傾いていてもピークの高さは減じることはなく、正確な膜厚を算出できる。同じ概略膜厚の層が複数あるとピークが重なるが、ピークを分離する処理を施すことにより、各層の膜厚を算出できる。
【００５９】
そして、工程（Ｐ４−４）で算出した膜厚範囲と正確な膜厚から、各層の正確な膜厚と順番を決定する。
【００６０】
次に、具体例を用いて図４フローチャートを説明する。なお、被測定多層膜はＡ〜Ｃの３層で構成されているとする。図５（Ａ）はＴ層に含むピークから算出した膜厚の平均値と分散σ、膜厚範囲を示す表である。
【００６１】
図５（Ａ）では第１〜３層の３つの層がこの順番に並んでおり、膜厚平均値はそれぞれ５．５、１０．１、６．２であり、分散の３倍である３σはそれぞれ０．３、０．１５、０．４である。膜厚範囲は（平均値±３σ）で計算され、それぞれ５．２〜５．８、９．９５〜１０．２５、５．８〜６．６となる。
【００６２】
図５（Ｂ）はＴ層に関係しないピークから算出した膜厚である。層Ａの膜厚は５．６なので、表（Ａ）の膜厚範囲から第１層であることがわかる。同様に、層Ｂは第２層、層Ｃは第３層であることが同定される。従って、測定した多層膜は膜厚５．６μｍの層Ａ、膜厚１０．０μｍの層Ｂ、膜厚５．９μｍの層Ｃがこの順に並んだ膜であることが同定できる。
【００６３】
従来は、Ａ層とＣ層が関係するピークが重なっている図９のピーク２０を分離して、それぞれの層の膜厚を正確に測定しても、どちらの層の膜厚であるかを同定することができなかった。この実施例では、Ｔ層に関係するピークから膜厚範囲を算出することにより、どの層の膜厚であるかを同定することができる。
【００６４】
なお、この実施例では膜厚範囲を（平均値±３σ）で計算したが、測定値が近接している場合は、（平均値±２σ）あるいはその他の計算式で計算してもよい。この場合、スイッチなどを用いてどの計算式を用いるかを切り替えられるようにすると、測定環境に応じて最適な膜厚範囲を求めることができる。
【００６５】
図６にミラー板の他の実施例を示す。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図６において、５０はミラー板であり、ミラー部５１、ノズル５２、およびミラー部５１、ノズル５２が取り付けられている基材５３で構成される。
【００６６】
ミラー部５１は多層膜１２を透過した光を反射する板であり、基材５３に埋め込まれている。また、ノズル５２から空気が多層膜１２に向かって吹き出されている。この空気は、図示しない空気源から供給される。
【００６７】
吹き出した空気はミラー板５０を浮上させる。ベルヌーイの定理によってミラー板５０と多層膜１２の間の距離は一定値に保たれる。ノズル５２から吹き出す空気圧を一定に保つことにより、ミラー板５０と多層膜１２間の距離を、数十〜数百μｍのオーダーで一定に保つことができる。
【００６８】
また、ノズル５２から吹き出す空気圧を調整することにより、ミラー板５０と多層膜１２間の距離を変化させることができる。この構成によると、多層膜１２とミラー板５０の間の距離を自動的に一定に保つことができるので、オンラインの測定に用いると効果が大きい。また、ミラー板５０を固定しておくと、多層膜１２のばたつきを抑えることができる。なお、ノズル５２から吹き出す気体は空気に限られることはなく、窒素など他の気体でもよい。
【００６９】
図７に更に他の実施例を示す。この実施例は、オフラインの測定に用いて好適な構成である。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【００７０】
図７において、６０はミラー板、６１はミラー板６０に固定されたミラー部、６２は透明な粘着層である。多層膜１２とミラー板６０の間に透明な粘着層を挟むことにより、多層膜１２とミラー板６０間の距離を一定に保ち、かつ多層膜１２をミラー板６０に固定することができる。透明粘着層６２の代わりに、エアチャックを用いて多層膜１２を固定するようにしてもよい。
【００７１】
なお、ミラー板３１、ミラー部５１、６１は入射した光を反射するものであればよいが、ガラス製の鏡よりも、ステンレスミラーのような表面を鏡面に仕上げた金属板の方が好適である。ガラスのように層構造を持つ物質は、この層構造が追加された層になるのでパワースペクトルのピーク構造が複雑になるが、金属板は表面で反射するので、このようなことが発生しないためである。なお、表面で光を反射するものであれば、金属板でなくてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１０ 光源
１１ 光ファイバプローブ
１２ 多層膜
１３ 分光器
３０ 演算処理部
３１、５０、６０ ミラー板
４０〜４６ パワースペクトルのピーク
５１、６１ ミラー部
５２ ノズル
５３ 基材
６２ 透明粘着層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層膜の膜厚を測定する方法および装置に関し、概略厚さが同じ層が複数あっても、各層の厚さを同定することができる多層膜の膜厚測定方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８に、光干渉式の膜厚測定装置の構成を示す。図８において、光源１０の出力光は光ファイバプローブ１１を経由して膜厚を測定する多層膜１２に入射される。多層膜１２の各層の境界から反射された光は分光器１３に入力される。分光器１３は、入力された反射光を分光し、この分光した光を電気信号に変換して反射分光スペクトルを得、この反射分光スペクトルを演算処理部１４に出力する。
【０００３】
演算処理部１４は、入力された反射分光スペクトルのうち、所定の波長範囲の信号を選択して、この選択した反射分光スペクトルを等波長間隔に並べ直して波数域反射分光スペクトルを演算する。そして、この波数域反射分光スペクトルにフーリエ変換を施して膜厚スペクトル（パワースペクトル）を求めて、この膜厚スペクトルのピーク位置から光学膜厚を演算し、この光学膜厚と屈折率から物理膜厚を算出する。
【０００４】
図９に、膜厚スペクトルの一例を示す。なお、測定する多層膜１２はＡ、Ｂ、Ｃの３層構造を有し、Ａ、Ｂ、Ｃの各層の概略膜厚をそれぞれ６μｍ、１１μｍ、６μｍとする。
【０００５】
光は各層の境界、および入射面と反対側の面で反射されるので、Ａ、Ｃの各層単独、Ａ＋Ｂ層、Ｃ＋Ｂ層、Ａ＋Ｂ＋Ｃ層に対応するピークが得られる。多層膜の構成、および各層の概略膜厚から、パワースペクトルのピークと測定した膜厚の関係を同定する。
【０００６】
Ａ、Ｂ、Ｃの各層の物理膜厚がそれぞれ６μｍ、１１μｍ、６μｍなので、ピーク２０は膜厚が一番薄いＡ層およびＣ層単独の膜厚に対応するピーク、ピーク２２は膜厚が一番厚いＡ＋Ｂ＋Ｃ層に対応するピークと同定できる。また、ピーク２１はＡ＋Ｂ層およびＣ＋Ｂ層に対応するピークと同定できる。これらの関係、およびピークの位置から、Ａ〜Ｃ層の正確な膜厚を算出する。
【０００７】
しかし、Ａ層とＣ層の膜厚がほぼ同じなので、このような測定手法ではＡ層、あるいはＣ層単独のピークが重なり、各層がどの順番で並んでいるかを同定することが困難であるという課題があった。また、膜厚が近接していると、どのピークがどの層に対応するかを同定することが困難になるという課題もあった。実際に製造される多層膜は各層の膜厚が同程度、あるいは表面と裏面に接する層（Ａ、Ｃ層）の膜厚が同程度のことが多いので、各層の正確な膜厚および層の順番を測定することが難しい場合が多々発生する。
【０００８】
特許文献１には、このような課題を解決して、各層の膜厚が同程度であっても各層の膜厚を正確に測定することができる膜厚測定装置の発明が記載されている。特許文献１では、被測定フィルムに対する透過率が異なる複数の波長帯域を設定し、この設定した波長帯域のパワースペクトル（膜厚スペクトル）を演算し、これらのパワースペクトルのピーク位置から膜厚を求める。
【０００９】
透過率が低い波長帯域のパワースペクトルから表面付近の層の膜厚を求め、透過率が高い波長帯域のパワースペクトルから多層膜全体の膜厚を求める。透過率が低い波長帯域では光の入射面から遠い層で反射された光は吸収されて戻ってこないので、同程度の膜厚の層があっても影響を受けずに測定することができる。多層膜の両面から測定することで、多層の測定ができる。
【００１０】
なお、膜厚測定装置の先行技術として、特許文献１の他に特許文献２〜６がある。特許文献２は微小なセル領域に形成された薄膜の膜厚を測定する際に、撮影用光源で測定位置の近傍を撮影した像から位置ずれを計算して位置修正を行った後に微小スポットの赤外光を照射し、その反射光から膜厚を測定するものである。
【００１１】
特許文献３は、干渉計において、光の経路に偏光ビームスプリッタ、ファラデーローテータ、立方体型ハーフミラー、波面変調器をこの順に設け、立方体型ハーフミラーで反射された光の経路に沿ってチューブレンズ、結像レンズ、カメラを設ける。測定物の全領域の波面を一度に測定できるという効果がある。
【００１２】
特許文献４は、半導体ウエハのための薄膜厚測定装置であって、異なる波長の集束された単色放射線で層の全開口領域を順次照射し、反射光を受信してパターン整合メリット関数を用いて基準特性と受信した放射線の特性を比較して、異なる厚さについてのメリット関数の表を行い、この評価に基づいて全開口領域の層の厚さに対応した出力を得るものである。
【００１３】
特許文献５は、ブロッキングプレートが内蔵されたマイケルソン干渉モジュールと可視光線分光領域範囲の注射が可能な音響光学変調フィルタを結合させた構造を取ることにより、形状と厚さを独立して測定できるようにしたものである。
【００１４】
特許文献６は、被測定材料の層を変形させて、この変形した材料層の前面と後面から反射されるように、材料層の前部表面に単色光を照射し、材料層の反射光と既知の厚さに対応する基準特徴を比較して、材料層の厚さを測定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００８−２９２４７３号公報
【特許文献２】特開２００６−１８４０６０号公報
【特許文献３】特開２００６−１５３５７３号公報
【特許文献４】特許２７８８１５８号公報
【特許文献５】特開２００５−１６４５５６号公報
【特許文献６】特開平６−４２９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、このような膜厚測定装置には次のような課題があった。
前述したように、図８の膜厚測定装置は、概略厚さが同じ層が複数あると、これらの層に対応する膜厚スペクトルのピークが重なって、ピークと層の関係を同定することが難しくなり、層の順番および正確な膜厚を測定することができないという課題があった。
【００１７】
特許文献１に記載された膜厚測定装置は概略膜厚が同じ層が複数あっても各層の膜厚を正確に測定することができる。しかし、実際には適切な透過率となる波長帯域が一般的な分光器では測定できない領域になり、また帯域が狭すぎて長い周期の干渉縞が１周期も測定できないために十分な分解能が得られない場合がある。このため、測定対象が限られてしまうという課題があった。
【００１８】
特許文献２〜６に記載された発明はいずれも薄膜の膜厚を測定する装置に関するものであるが、前記の課題を解決するものではない。
【００１９】
本発明の目的は、概略厚さが同じ層が複数ある多層膜であっても、各層の膜厚および層の順番を同定することができる多層膜の膜厚測定方法およびその装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
多層膜に光を照射し、この多層膜の反射光のパワースペクトルを演算して、このパワースペクトルのピークの位置から前記多層膜を構成する層の膜厚を算出する多層膜の膜厚測定方法において、
前記多層膜に光を反射するミラー板を近接させ、前記多層膜で反射された反射光、および前記多層膜を透過し、前記ミラー板で反射された反射光に起因するピークの位置から、前記多層膜を構成する層の膜厚を算出するようにしたものである。同程度の膜厚の層が複数あっても、各層の正確な膜厚を算出でき、かつ膜の順番を同定できる。
【００２１】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記ミラー板で反射された反射光に起因するピークの位置から前記多層膜の各層の膜厚範囲を算出し、前記多層膜で反射された反射光に起因するピークの位置から膜厚を算出し、これら算出した膜厚範囲と膜厚から、前記多層膜を構成する各層の膜厚を求めるようにしたものである。同程度の膜厚の層が複数あっても、各層の正確な膜厚を算出でき、かつ膜の順番を同定できる。
【００２２】
請求項３記載の発明は、
多層膜に光を照射し、この多層膜の反射光のパワースペクトルを演算して、このパワースペクトルのピークの位置から前記多層膜を構成する層の膜厚を算出する多層膜の膜厚測定装置において、
前記多層膜に光を照射する光照射部と、
前記多層膜に近接して、前記光照射部と反対側に配置され、入力された光を反射するミラー板と、
前記多層膜から反射された反射光、および前記多層膜を透過し、前記ミラー板で反射された反射光が入力され、入力された反射光から反射分光スペクトルを作成する分光器と、
前記分光器が作成した反射分光スペクトルが入力され、この反射分光スペクトルからパワースペクトルを演算して、このパワースペクトルのピーク位置から前記多層膜を構成する層の膜厚を算出する演算処理部と、
を具備したものである。同程度の膜厚の層が複数あっても、各層の正確な膜厚を算出でき、かつ膜の順番を同定できる。
【００２３】
請求項４記載の発明は、請求項３に記載の発明において、
前記演算処理部は、
前記ミラー板で反射された反射光に起因するピークの位置から前記多層膜の各層の膜厚範囲を算出し、前記多層膜で反射された反射光に起因するピークの位置から膜厚を算出し、これら算出した膜厚範囲と膜厚から、前記多層膜を構成する各層の膜厚を求めるようにしたものである。同程度の膜厚の層が複数あっても、各層の正確な膜厚を算出でき、かつ膜の順番を同定できる。
【００２４】
請求項５記載の発明は、請求項３若しくは請求項４に記載の発明において、
前記ミラー板はノズルを有し、このノズルから気体を吹き出させて、この気体によって前記ミラー板と前記多層膜の間の距離を一定に保つようにしたものである。被測定多層膜を固定できないオンライン測定に用いて好適である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば以下のような効果がある。
請求項１、２、３、４、および５の発明によれば、膜厚を測定する多層膜に近接して光を反射するミラー板を設置し、多層膜に光を照射して、多層膜からの反射光、および多層膜を透過してミラー板で反射した反射光のパワースペクトルのピーク位置から、多層膜を構成する層の膜厚および膜の順番を算出するようにした。
【００２６】
ミラー板からの反射光によってピークの数が増加するので、ピーク高さが高く、かつ重複していないピークを選択し、この選択したピークを用いて膜厚を算出できる。このため、膜厚が同程度の層が複数あっても、各層の膜厚および膜の順番を正確に測定できるという効果がある。
【００２７】
また、多層膜とミラー板の距離も独立して測定できるので、ミラー板がずれて多層膜との距離が変化しても、正確に膜厚および膜の順番を測定できるという効果もある。
【００２８】
また、ミラー板からの反射光に起因するピーク位置から各層の膜厚範囲を算出し、その他のピークから膜厚を算出して、これら膜厚範囲と膜厚から各層の膜厚を同定することにより、ミラー板が傾いてそのピークが低くなった場合でも、正確に膜厚および膜の順番を算出できるという効果もある。
【００２９】
さらに、ミラー板にノズルを設け、このノズルから気体を吹き出させて多層膜との間の距離を一定に保つようにすることにより、オンライン測定などで多層膜が動いても正確な測定が可能になるという効果もある。また、多層膜のばたつきを抑えることができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例を示した構成図である。
【図２】測定手順を説明するための表である。
【図３】本発明で得られるパワースペクトルである。
【図４】本発明の一実施例を示すフローチャートである。
【図５】図４フローチャートの動作を説明するための表である。
【図６】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図７】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図８】従来の膜厚測定装置の構成図である。
【図９】従来の膜厚測定装置で得られる膜厚スペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る多層膜の膜厚測定装置の一実施例を示した構成図である。なお、図８と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【００３２】
図１において、３０は演算処理部であり、分光器１３が出力する反射分光スペクトルが入力される。演算処理部３０は入力された反射分光スペクトルから多層膜１２の各層の膜厚および層の順番を算出する。
【００３３】
３１はミラー板であり、測定する多層膜１２の下側、すなわち光ファイバプローブ１１と反対側に、多層膜１２と一定距離離して配置される。ミラー板３１は入射した光を反射する。多層膜１２の下面（光ファイバプローブ１１と反対の面）とミラー板３１間の距離Ｔは、多層膜１２の膜厚より若干大きくなるように調整される。
【００３４】
光源１０の出力光は光ファイバプローブ１１を経由して膜厚を測定する多層膜１２に照射される。多層膜１２を構成する各層の境界および裏面で反射された反射光、および多層膜１２を透過してミラー板３１で反射され、再度多層膜１２を透過した反射光は、光ファイバプローブ１１を経由して分光器１３に入力される。光源１０、および光ファイバプローブ１１は光照射部に相当する。
【００３５】
分光器１３は、入力された反射光を分光し、この分光した光を電気信号に変換して反射分光スペクトルを得、この反射分光スペクトルを演算処理部３０に出力する。
【００３６】
演算処理部３０は、入力された反射分光スペクトルのうち、所定の波長範囲の信号を選択して、選択した反射分光スペクトルを等波長間隔に並べ直して波数域反射分光スペクトルを演算する。そして、この波数域反射分光スペクトルにフーリエ変換を施してパワースペクトル（膜厚スペクトル）を求めて、このパワースペクトルのピーク位置から各層の膜厚および膜の順番を算出する。
【００３７】
多層膜１２はＡ〜Ｃの３つの層で構成され、これらの層の概略膜厚をそれぞれ６、１１、６μｍとする。また、多層膜１２の下面とミラー板３１との間は空気で満たされており、１つの層と考えることができる。この層をＴ層とし、その概略厚さを５０μｍとする。すなわち、多層膜１２とミラー板３１は、５０μｍ離隔して配置されている。
【００３８】
多層膜１２とＴ層を合わせて、新たな多層膜と考えることができる。演算処理部３０が演算するパワースペクトルには、Ａ〜Ｃ層とＴ層、およびこれらの層を合成した層に対応するピークが現れる。
【００３９】
図２（Ａ）に検出される可能性があるパワースペクトルのピークの表を示す。図２（Ａ）において、左列は層の構成である。Ａ〜Ｃ、Ｔ層はそれぞれＡ〜Ｃ、Ｔ層の膜厚のみに関係するピークであり、Ａ＋Ｂ、Ｂ＋Ｃ、Ｃ＋Ｔ層はそれぞれＡ層とＢ層、Ｂ層とＣ層、Ｃ層とＴ層の膜厚に関係するピークである。同様に、Ａ＋Ｂ＋Ｃ層、Ｂ＋Ｃ＋Ｔ層、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｔ層は、それぞれＡ層とＢ層とＣ層、Ｂ層とＣ層とＴ層、Ａ層とＢ層とＣ層とＴ層の膜厚に関係するピークである。
【００４０】
中列は概略膜厚であり、関係する層の概略膜厚を加算した値である。右列は予想される信号強度であり、多層膜の構成、膜厚、透過率、隣接する層との屈折率差などから推定する。
【００４１】
図２（Ｂ）は表（Ａ）から測定可能なピーク（信号強度が二重丸印のピーク）を抜き出して膜厚順に並べたものである。パワースペクトルのピークは、この表の順に表れる。ピークが５つあるので、Ａ〜ＣおよびＴ層の膜厚を個別に求めることができる。
【００４２】
図３に、測定したパワースペクトルの例を示す。このパワースペクトルには４０〜４６の７個のピークが存在する。ピーク４０〜４２はＴ層の膜厚５０μｍより薄く、ピーク４３〜４６はＴ層の膜厚５０μｍより厚いので、ピーク４０〜４２はＴ層が関係しないピーク、ピーク４３〜４６はＴ層が関係するピークであると同定できる。なお、ピーク４０〜４２は図９のピーク２０〜２２に対応するものであるが、図９に比べて、その高さは低くなる場合がある。
【００４３】
図２（Ａ）の表から、ピーク４０はＡ層のみ、Ｃ層のみに関係するピークが重複したピーク、ピーク４１はＡ＋Ｂ層に関係するピークとＢ＋Ｃ層に関係するピークが重複したピーク、４２はＡ＋Ｂ＋Ｃ層に関係するピークであると同定できる。また、図２（Ｂ）表の膜厚の順番から、ピーク４３〜４６はそれぞれＴ層、Ｃ＋Ｔ層、Ｂ＋Ｃ＋Ｔ層、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｔ層に関係するピークであると同定できる。
【００４４】
ピーク４２〜４６から算出した膜厚をそれぞれＴ４２〜Ｔ４６とすると、
Ｔ４２＝Ａ〜Ｃ層の膜厚の和
Ｔ４３＝Ｔ層の膜厚
Ｔ４４＝Ｃ層とＴ層の膜厚の和
Ｔ４５＝Ｂ層、Ｃ層、Ｔ層の膜厚の和
Ｔ４６＝Ａ〜Ｃ層、Ｔ層の膜厚の和
になる。
【００４５】
この関係から、
Ａ層の膜厚＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｔ層の膜厚−Ｂ＋Ｃ＋Ｔ層の膜厚＝Ｔ４６−Ｔ４５
Ｂ層の膜厚＝Ｂ＋Ｃ＋Ｔ層の膜厚−Ｃ＋Ｔ層の膜厚＝Ｔ４５−Ｔ４４
Ｃ層の膜厚＝Ｃ＋Ｔ層の膜厚−Ｔ層の膜厚＝Ｔ４４−Ｔ４３
Ｔ層の膜厚＝Ｔ４３
となり、Ａ〜Ｃ層およびＴ層の膜厚を個別に算出することができる。また、上式で算出したＡ〜Ｃ層の和とＴ４２を比較することにより、測定の確かさを確認できる。
【００４６】
Ａ層とＣ層の概略膜厚は同じであるが、Ａ層はＴ４６とＴ４５から、Ｃ層はＴ４４とＴ４３から得られるので、これら２つの層を分離して測定することができる。また、Ｔ層（空気層）の膜厚も測定できるので、ミラー板３１がずれても正確に膜厚を同定することができる。
【００４７】
従来の膜厚測定装置では、膜厚が同程度の層が複数あるとピークが重なり、どの測定値がどの層に対応するかの同定が困難な場合があった。このため、人手を介して膜厚測定を行わなければならなかったので、測定が煩雑になり、かつ時間および労力がかかるという課題があった。
【００４８】
この実施例では、ミラー板を用いることによりピークの数を増加させることができるので、同程度の膜厚の層が複数あっても、重複したピークを用いないで膜厚を算出することができる。このため、測定値の層の関係を正確に同定できる。また、人手を介さない自動測定が可能になるので、オフライン測定では測定時間を短縮でき、かつ省力化、測定の効率化ができる。また、オンライン測定では完全な自動制御が可能になり、生産性の向上に寄与できる。
【００４９】
また、光学系を機械的に移動させて層と測定値との関係を同定することが行われているが、機械の移動時間のために測定時間が長くなるという欠点がある。また、装置が複雑になるので、故障も多発する。
【００５０】
本実施例では光学系の移動を必要としないので、測定時間を短縮できる。特に、機械的な故障がなくなるので、オンライン測定では保全性を向上させることができる。また、多層膜１２とミラー板３１間の距離が変化しても測定には支障がないので、検出系を移動させながら測定するオンライン測定では、特にメリットが大きい。
【００５１】
なお、この実施例ではＴ層の厚さ（多層膜１２とミラー板３１の距離）を多層膜１２の厚さよりも厚くするようにしたが、ミラー板３１を多層膜１２により近接させて、多層膜１２の厚さより薄くしてもよい。但し、Ｔ層の厚さを多層膜１２の厚さより厚くすると、ピークの同定が簡単になる。
【００５２】
被測定多層膜１２とミラー板３１が平行でないとＴ層に関係する干渉縞が弱くなり、ピークが低くなって正確な膜厚測定が困難になる。連続してフィルムを製造する製造プロセスでオンライン測定を行うときは、被測定フィルムが動いているので、このような状況が起きやすくなる。
【００５３】
このようなときは、パワースペクトルのＴ層（空気層）に関係するピークから膜厚の範囲を算出し、Ｔ層に関係しないピークを用いて層の正確な膜厚を算出して、これら膜厚範囲と正確な膜厚から、各層の膜厚を求めればよい。このようにすると、概略膜厚が同じ層が複数あっても、各層を分離して測定できる。図４にフローチャートを示す。
【００５４】
図４において、工程（Ｐ４−１）でＴ層に関係するピークの位置から各層の膜厚を算出し、これらの測定値の平均値と分散σを計算する。ピークが多数表れるので、これらのピークを組み合わせると、同じ層の厚さの測定値が複数個得られる。また、複数回測定し、これらの測定値の平均値、分散σを算出してもよい。
【００５５】
計算の手順は、図２、図３で説明した手順と同じ手順で行う。Ｔ層に関係するピークの高さが低いので、膜厚を正確に算出することはできないが、層を同定するだけなので、測定精度は悪くてもよい。
【００５６】
図３で説明したように、Ｔ層（空気層）の膜厚は多層膜１２の膜厚よりも厚くなるようにミラー板３１の位置を選定しているので、Ｔ層が関係しているピークであるか、関係していないピークであるかを簡単に知ることができる。
【００５７】
次に、工程（Ｐ４−２）で算出した平均値と分散σから、各層の膜厚範囲を算出する。膜厚範囲は、例えば膜厚範囲を（平均値±３σ）とする。
【００５８】
次に、工程（４−３）で、Ｔ層に関係しないピークの位置から、Ｔ層を除く層の正確な膜厚を算出する。算出手順はＴ層に含む層の場合と同じである。Ｔ層が関係していないので、ミラー板３１が傾いていてもピークの高さは減じることはなく、正確な膜厚を算出できる。同じ概略膜厚の層が複数あるとピークが重なるが、ピークを分離する処理を施すことにより、各層の膜厚を算出できる。
【００５９】
そして、工程（Ｐ４−４）で算出した膜厚範囲と正確な膜厚から、各層の正確な膜厚と順番を決定する。
【００６０】
次に、具体例を用いて図４フローチャートを説明する。なお、被測定多層膜はＡ〜Ｃの３層で構成されているとする。図５（Ａ）はＴ層に含むピークから算出した膜厚の平均値と分散σ、膜厚範囲を示す表である。
【００６１】
図５（Ａ）では第１〜３層の３つの層がこの順番に並んでおり、膜厚平均値はそれぞれ５．５、１０．１、６．２であり、分散の３倍である３σはそれぞれ０．３、０．１５、０．４である。膜厚範囲は（平均値±３σ）で計算され、それぞれ５．２〜５．８、９．９５〜１０．２５、５．８〜６．６となる。
【００６２】
図５（Ｂ）はＴ層に関係しないピークから算出した膜厚である。層Ａの膜厚は５．６なので、表（Ａ）の膜厚範囲から第１層であることがわかる。同様に、層Ｂは第２層、層Ｃは第３層であることが同定される。従って、測定した多層膜は膜厚５．６μｍの層Ａ、膜厚１０．０μｍの層Ｂ、膜厚５．９μｍの層Ｃがこの順に並んだ膜であることが同定できる。
【００６３】
従来は、Ａ層とＣ層が関係するピークが重なっている図９のピーク２０を分離して、それぞれの層の膜厚を正確に測定しても、どちらの層の膜厚であるかを同定することができなかった。この実施例では、Ｔ層に関係するピークから膜厚範囲を算出することにより、どの層の膜厚であるかを同定することができる。
【００６４】
なお、この実施例では膜厚範囲を（平均値±３σ）で計算したが、測定値が近接している場合は、（平均値±２σ）あるいはその他の計算式で計算してもよい。この場合、スイッチなどを用いてどの計算式を用いるかを切り替えられるようにすると、測定環境に応じて最適な膜厚範囲を求めることができる。
【００６５】
図６にミラー板の他の実施例を示す。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図６において、５０はミラー板であり、ミラー部５１、ノズル５２、およびミラー部５１、ノズル５２が取り付けられている基材５３で構成される。
【００６６】
ミラー部５１は多層膜１２を透過した光を反射する板であり、基材５３に埋め込まれている。また、ノズル５２から空気が多層膜１２に向かって吹き出されている。この空気は、図示しない空気源から供給される。
【００６７】
吹き出した空気はミラー板５０を浮上させる。ベルヌーイの定理によってミラー板５０と多層膜１２の間の距離は一定値に保たれる。ノズル５２から吹き出す空気圧を一定に保つことにより、ミラー板５０と多層膜１２間の距離を、数十〜数百μｍのオーダーで一定に保つことができる。
【００６８】
また、ノズル５２から吹き出す空気圧を調整することにより、ミラー板５０と多層膜１２間の距離を変化させることができる。この構成によると、多層膜１２とミラー板５０の間の距離を自動的に一定に保つことができるので、オンラインの測定に用いると効果が大きい。また、ミラー板５０を固定しておくと、多層膜１２のばたつきを抑えることができる。なお、ノズル５２から吹き出す気体は空気に限られることはなく、窒素など他の気体でもよい。
【００６９】
図７に更に他の実施例を示す。この実施例は、オフラインの測定に用いて好適な構成である。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【００７０】
図７において、６０はミラー板、６１はミラー板６０に固定されたミラー部、６２は透明な粘着層である。多層膜１２とミラー板６０の間に透明な粘着層を挟むことにより、多層膜１２とミラー板６０間の距離を一定に保ち、かつ多層膜１２をミラー板６０に固定することができる。透明粘着層６２の代わりに、エアチャックを用いて多層膜１２を固定するようにしてもよい。
【００７１】
なお、ミラー板３１、ミラー部５１、６１は入射した光を反射するものであればよいが、ガラス製の鏡よりも、ステンレスミラーのような表面を鏡面に仕上げた金属板の方が好適である。ガラスのように層構造を持つ物質は、この層構造が追加された層になるのでパワースペクトルのピーク構造が複雑になるが、金属板は表面で反射するので、このようなことが発生しないためである。なお、表面で光を反射するものであれば、金属板でなくてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１０ 光源
１１ 光ファイバプローブ
１２ 多層膜
１３ 分光器
３０ 演算処理部
３１、５０、６０ ミラー板
４０〜４６ パワースペクトルのピーク
５１、６１ ミラー部
５２ ノズル
５３ 基材
６２ 透明粘着層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層膜に光を照射し、この多層膜の反射光のパワースペクトルを演算して、このパワースペクトルのピークの位置から前記多層膜を構成する層の膜厚を算出する多層膜の膜厚測定方法において、
前記多層膜に光を反射するミラー板を近接させ、前記多層膜で反射された反射光、および前記多層膜を透過し、前記ミラー板で反射された反射光に起因するピークの位置から、前記多層膜を構成する層の膜厚を算出するようにしたことを特徴とする多層膜の膜厚測定方法。
【請求項２】
前記ミラー板で反射された反射光に起因するピークの位置から前記多層膜の各層の膜厚範囲を算出し、前記多層膜で反射された反射光に起因するピークの位置から膜厚を算出し、これら算出した膜厚範囲と膜厚から、前記多層膜を構成する各層の膜厚を求めるようにしたことを特徴とする請求項１記載の多層膜の膜厚測定方法。
【請求項３】
多層膜に光を照射し、この多層膜の反射光のパワースペクトルを演算して、このパワースペクトルのピークの位置から前記多層膜を構成する層の膜厚を算出する多層膜の膜厚測定装置において、
前記多層膜に光を照射する光照射部と、
前記多層膜に近接して、前記光照射部と反対側に配置され、入力された光を反射するミラー板と、
前記多層膜から反射された反射光、および前記多層膜を透過し、前記ミラー板で反射された反射光が入力され、入力された反射光から反射分光スペクトルを作成する分光器と、
前記分光器が作成した反射分光スペクトルが入力され、この反射分光スペクトルからパワースペクトルを演算して、このパワースペクトルのピーク位置から前記多層膜を構成する層の膜厚を算出する演算処理部と、
を具備したことを特徴とする多層膜の膜厚測定装置。
【請求項４】
前記演算処理部は、
前記ミラー板で反射された反射光に起因するピークの位置から前記多層膜の各層の膜厚範囲を算出し、前記多層膜で反射された反射光に起因するピークの位置から膜厚を算出し、これら算出した膜厚範囲と膜厚から、前記多層膜を構成する各層の膜厚を求めるようにしたことを特徴とする請求項３記載の多層膜の膜厚測定装置。
【請求項５】
前記ミラー板はノズルを有し、このノズルから気体を吹き出させて、この気体によって前記ミラー板と前記多層膜の間の距離を一定に保つようにしたことを特徴とする請求項３若しくは請求項４記載の多層膜の膜厚測定装置。
【請求項１】
多層膜に光を照射し、この多層膜の反射光のパワースペクトルを演算して、このパワースペクトルのピークの位置から前記多層膜を構成する層の膜厚を算出する多層膜の膜厚測定方法において、
前記多層膜に光を反射するミラー板を近接させ、前記多層膜で反射された反射光、および前記多層膜を透過し、前記ミラー板で反射された反射光に起因するピークの位置から、前記多層膜を構成する層の膜厚を算出するようにしたことを特徴とする多層膜の膜厚測定方法。
【請求項２】
前記ミラー板で反射された反射光に起因するピークの位置から前記多層膜の各層の膜厚範囲を算出し、前記多層膜で反射された反射光に起因するピークの位置から膜厚を算出し、これら算出した膜厚範囲と膜厚から、前記多層膜を構成する各層の膜厚を求めるようにしたことを特徴とする請求項１記載の多層膜の膜厚測定方法。
【請求項３】
多層膜に光を照射し、この多層膜の反射光のパワースペクトルを演算して、このパワースペクトルのピークの位置から前記多層膜を構成する層の膜厚を算出する多層膜の膜厚測定装置において、
前記多層膜に光を照射する光照射部と、
前記多層膜に近接して、前記光照射部と反対側に配置され、入力された光を反射するミラー板と、
前記多層膜から反射された反射光、および前記多層膜を透過し、前記ミラー板で反射された反射光が入力され、入力された反射光から反射分光スペクトルを作成する分光器と、
前記分光器が作成した反射分光スペクトルが入力され、この反射分光スペクトルからパワースペクトルを演算して、このパワースペクトルのピーク位置から前記多層膜を構成する層の膜厚を算出する演算処理部と、
を具備したことを特徴とする多層膜の膜厚測定装置。
【請求項４】
前記演算処理部は、
前記ミラー板で反射された反射光に起因するピークの位置から前記多層膜の各層の膜厚範囲を算出し、前記多層膜で反射された反射光に起因するピークの位置から膜厚を算出し、これら算出した膜厚範囲と膜厚から、前記多層膜を構成する各層の膜厚を求めるようにしたことを特徴とする請求項３記載の多層膜の膜厚測定装置。
【請求項５】
前記ミラー板はノズルを有し、このノズルから気体を吹き出させて、この気体によって前記ミラー板と前記多層膜の間の距離を一定に保つようにしたことを特徴とする請求項３若しくは請求項４記載の多層膜の膜厚測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１３３２４９（Ｐ２０１１−１３３２４９Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９０６１３（Ｐ２００９−２９０６１３）
【出願日】平成２１年１２月２２日（２００９．１２．２２）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２２日（２００９．１２．２２）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
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