膜厚測定方法及び膜厚測定装置
【課題】多くの基準となる板状部材の膜厚とパラメータとの関係を用いなくても広い範囲の膜厚測定が可能となる膜厚測定方法及び膜厚測定装置を提供することである。
【解決手段】板状部材に含まれる膜層の厚さを測定する膜厚測定方法及び装置であって、前記板状部材の面に対して透過可能な検査光を、その波長を所定範囲にわたって変化させつつ照射し、照射される各波長の検査光が前記板状部材を透過して出てくる透過光の強度を検出し、前記検査光の各波長とその透過光の強度との関係を表す特性曲線における極大点及び極小点に基づいて注目波長を決定し、前記決定された注目波長から前記膜層の厚さを算出するようにした膜厚測定方法及び装置である。
【解決手段】板状部材に含まれる膜層の厚さを測定する膜厚測定方法及び装置であって、前記板状部材の面に対して透過可能な検査光を、その波長を所定範囲にわたって変化させつつ照射し、照射される各波長の検査光が前記板状部材を透過して出てくる透過光の強度を検出し、前記検査光の各波長とその透過光の強度との関係を表す特性曲線における極大点及び極小点に基づいて注目波長を決定し、前記決定された注目波長から前記膜層の厚さを算出するようにした膜厚測定方法及び装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエーハ等の板状部材に含まれる膜の厚さを非接触にて測定する膜厚測定方法及び膜厚測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウエーハ（板状部材）上にプローブ光を照射して得られる反射光または透過光の分光波形から求めた所定のパラメータ（最大極大値、最小極小値、それらの比等）の値に基づいて半導体ウエーハの表層の膜厚を検出する手法が提案されている（特許文献１）。この手法では、同じ膜厚ではその反射光または透過光の分光波形が略一定になるという現象を利用するものである。具体的には、膜厚が既知となる基準半導体ウエーハに対する反射光または透過光の分光波形から求められたパラメータの値を参照値として保存しておき、測定対象となる半導体ウエーハを研磨する過程で当該半導体ウエーハに対する反射光または透過光の分光波形から得られるパラメータの値が前記参照値と同じになったときに、その測定対象の半導体ウエーハの膜厚が前記基準半導体ウエーハの膜厚であると判定している。一方、前記パラメータの値が前記参照値と同じでなければ、その測定対象の半導体ウエーハの膜厚が前記基準半導体ウエーハの膜厚ではないと判定している。
【特許文献１】特開２０００−７７３７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前述した従来の手法では、基準となる半導体ウエーハの膜厚と同じ膜厚しか測定できず、他の膜厚については、その基準となる半導体ウエーハの膜厚とは異なるものであるとしか判定できない。広い範囲の膜厚測定を可能なものとするためには、多くの基準半導体ウエーハの膜厚と分光波形から得られるパラメータとを組にして予め保存しておかなければならず、膨大な保存容量を確保しなければならない。
【０００４】
本発明は、従来技術のこのような事情に鑑みてなされたもので、多くの基準となる板状部材の膜厚とパラメータとの関係を用いなくても広い範囲の膜厚測定が可能となる膜厚測定方法及び膜厚測定装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る膜厚検査方法は、板状部材に含まれる膜層の厚さを測定する膜厚測定方法であって、前記板状部材の面に対して透過可能な検査光を、その波長を所定範囲にわたって変化させつつ照射する検査光照射工程と、照射される各波長の検査光が前記板状部材を透過して出てくる透過光の強度を検出する透過光強度検出工程と、前記検査光の各波長とその透過光の強度との関係を表す特性曲線における極大点及び極小点に基づいて注目波長を決定する注目波長決定工程と、前記決定された注目波長から前記膜層の厚さを算出する演算工程とを有する構成となる。
【０００６】
このような構成により、波長を所定範囲にわたって変化させつつ検査光を板状部材の面に照射した際に透過光の強度が検出されると、検査光の各波長とその透過光の強度との関係を表す特性曲線における極大点及び極小点に基づいて注目波長が決定される。そして、その注目波長から膜層の厚さが算出される。
【０００７】
前記特性曲線の極大点及び極小点は、検査光の板状部材を直接透過する成分と、膜層の境界にて反射して透過する成分との干渉作用によって生じるものと推察される。このことからすると、特性曲線における極大点及び極小点それぞれに対応した波長は、膜層の厚さに依存するといい得る。従って、前記特性曲線における極大点及び極小点から前記膜層の厚さを最も的確に表す情報といい得る波長を注目波長として決定することができ、その決定された注目波長から膜厚が算出される。
【０００８】
また、本発明に係る膜厚検査方法において、前記注目波長決定工程は、前記特性曲線における最も長波長側の極大点及び極小点の少なくともいずれかに対応する波長に基づいて前記注目波長を決定する構成とすることができる。
【０００９】
このような構成により、波長を所定範囲にわたって変化させつつ検査光を板状部材の面に照射した際に透過光の強度が検出されると、検査光の各波長とその透過光の強度との関係を表す特性曲線における最も長波長側の極大点及び極小点の少なくともいずれかに対応する波長に基づいて注目波長が決定される。
【００１０】
前述したように前記特性曲線における極大点及び極小点それぞれに対応した波長は、膜層の厚さに依存するといい得る。また、波長が長くなって膜厚以上になると干渉作用がなくなり、特性曲線においては膜厚以上の波長領域では極大点及び極小点がなくなる。従って、前記特性曲線における最も長波長側の極大点及び極小点それぞれに対応する波長は、膜層の厚さを最も的確に表す情報であるといい得る。この膜層の厚さを最も的確に表す情報であるといい得る前記特性曲線における最も長波長側の極大点及び極小点の少なくともいずれかに対応する波長に基づいて決定された注目波長からその膜厚を算出することが可能となる。
【００１１】
また、本発明に係る膜厚測定方法において、前記注目波長決定工程は、前記特性曲線における最も長波長側の極大点に対応した波長を前記注目波長として決定することも、前記特性曲線における最も長波長側の極小点に対応した波長を前記注目波長として決定することもできる。更に、前記極大点に対応した波長と前記極小点に対応した波長の双方にから、例えば、それらの中間の波長（平均値等）を注目波長として決定することもできる。
【００１２】
また、本発明に係る膜厚測定方法において、前記注目波長決定工程は、前記特性曲線の極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線を生成する第１工程と、前記特性曲線の極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線を生成する第２工程と、前記第１近似曲線と前記第２近似曲線との長波長側の交点を算出する第３工程と、前記第１近似曲線と前記第２近似曲線との長波長側の交点にその短波長側で最も近い前記特性曲線の極大点及び極小点の少なくともいずれかに対応する波長に基づいて前記注目波長を決定する第４工程とを有する構成とすることができる。
【００１３】
このような構成により、検査光の各波長とその透過光の強度との関係を表す特性曲線の極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線と前記特性曲線の極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線との長波長側の交点は、長波長側で特性曲線の極大点と極小点とが一致する点である。即ち、その交点に対応した波長は、前記特性曲線において極大点及び極小点がなくなる波長領域内にあると推察される。そして、その交点にその短波長側で最も近い前記特性曲線の極大点及び極小点は、前記特性曲線における最も長波長側の極大点及び極小点となる。従って、前記特性曲線における最も長波長側の極大点及び極小点の少なくともいずれかに対応する波長に基づいて決定された注目波長から膜層の厚さが算出されるようになる。
【００１４】
また、本発明に係る膜厚測定方法において、前記注目波長決定工程は、前記特性曲線の極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線を生成する第１工程と、前記特性曲線の極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線を生成する第２工程と、前記第１近似曲線と前記第２近似曲線との長波長側の交点を算出する第３工程とを有し、前記交点に対応する波長を前記注目波長として決定するように構成することができる。
【００１５】
このような構成により、検査光の各波長とその透過光の強度との関係を表す特性曲線の極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線と前記特性曲線の極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線との長波長側の交点に対応する波長が注目波長として決定される。そして、その決定された注目波長から膜層の厚さが算出される。
【００１６】
前述したように査光の各波長とその透過光の強度との関係を表す特性曲線の極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線と前記特性曲線の極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線との長波長側の交点に対応する波長は前記特性曲線において極大点と極小点が一致する波長領域内にあると推察される。即ち、その波長の光では膜層に起因した干渉作用が生じないものと推察される。従って、前記交点に対応した波長は、測定対象となる膜層の厚さで干渉作用が生じるか否かの境界条件なり得るものであり、その膜層の厚さを表す情報となり得る。このような前記交点に対応した波長から膜層の厚さが演算することができる。
【００１７】
また、本発明に係る膜厚測定方法において、前記第３工程での交点の演算が可能であるか否かを前記膜層の欠陥の有無として判定する判定工程を有する構成とすることができる。
【００１８】
膜層が正常であれば、前記特性曲線において長波長側に極大点及び極小点がなくなる、即ち、前記特性曲線の極大点を通る曲線として近似された第１近似曲線と前記特性曲線の極小点を通る曲線として近似された第２近似曲線との交点が存在する。逆に、前記第１近似曲線と前記第２近似曲線との交点が存在しない場合、膜層自体に欠陥（剥離、ボイド等）があるものと判断し得る。従って、前述した構成によれば、膜層の厚さを測定する過程で、その測定部位での膜層の欠陥の有無を判定することができるようになる。
【００１９】
更に、本発明に係る膜厚測定方法において、前記特性曲線は、前記検査光の各波長に対応した透過光の強度と予め定めた基準板状部材に対して前記板状部材と同様に得られた透過光の強度との差と、波長との関係を表すように構成することができる。
【００２０】
このような構成により、特性曲線が測定対象となる板状部材にて得られた透過光の強度から基準板状部材にて得られた透過光の強度が差し引かれた値と波長との関係を表すようになるので、前記特性曲線は、干渉現象に基づいた透過光の強度の変動分を強調して表し得るようになる。従って、その極大点及び極小点を判定し易くすることができる。
【００２１】
また、本発明に係る膜厚測定方法において、前記特性曲線は、前記検査光の各波長と前記透過光の強度に依存する所定のパラメータとの関係を表すものである構成とすることができる。
【００２２】
このような構成により、パラメータが透過光の強度に依存しているので、前記検査光の各波長とそのパラメータとの関係を表す特性曲線は、結局、前記検査光の各波長と透過光の強度との関係を表し得る。
【００２３】
また、本発明に係る膜厚測定方法において、前記特性曲線は、前記検査光の各波長に対応した前記パラメータの値と予め定めた基準板状部材に対して前記板状部材と同様に得られた前記パラメータの値との差と、波長との関係を表すように構成することができる。
【００２４】
このような構成により、特性曲線は、前述したのと同様に干渉現象に基づいた透過光の強度の変動分を強調して表し得るようになり、よって、その極大点及び極小点を判定し易くすることができる。
【００２５】
また、本発明に係る膜厚測定方法において、前記パラメータは、前記検査光の前記板状部材での吸収の度合いを表す吸光パラメータとすることがきる。前記吸光パラメータは、検査光の板状部材での吸収の度合を表すパラメータであれば、限定されず、例えば、吸光率を用いることができる。
【００２６】
更に、本発明に係る膜厚測定方法において、予め定めた物質の濃度に対する吸光特性と、前記検査光の各波長と前記検査光の前記吸光パラメータとの関係を表す特性曲線とに基づいて前記物質の前記板状部材内での濃度を算出する工程を有する構成とすることができる。
【００２７】
このような構成により、特性曲線が検査光の各波長とその検査光の板状部材での吸収の度合との関係を表すので、予め定められた物質の濃度に対する吸光特性を用いることにより、その板状物質内での前記物質の濃度を算出し得る。従って、板状部材の膜層の厚さを測定する際に、その板状部材に含有される予め定めた物質の濃度も得ることができるようになる。なお、前記物質の濃度に対する吸光特性は、当該物質の濃度と光の波長毎の吸収の度合との関係を表したものである。
【００２８】
また、本発明に係る膜厚測定方法において、前記パラメータは、前記検査光の前記板状部材での吸収の度合いを表す吸光パラメータであって、予め定めた物質の濃度に対する吸光特性と、前記検査光の各波長と前記検査光の前記吸光パラメータとの関係を表す特性曲線とに基づいて前記物質の前記板状部材内での濃度を算出する物質濃度算出工程と、前記基準板状部材に含まれる既知の前記物質の濃度と、前記物質濃度算出工程にて得られた前記物質の濃度とに基づいて、前記特性曲線を補正する補正工程とを有する構成とすることができる。
【００２９】
このような構成により、特性曲線が検査光の各波長に対応したパラメータの値と予め定めた基準板状部材に対して前記板状部材と同様に得られた前記パラメータの値との差と、波長との関係を表すものであり、前記パラメータが、前記検査光の前記板状部材での吸収の度合いを表す吸光パラメータである場合に、膜厚の測定対象となる板状部材に含有される予め定めた物質の濃度に応じてその吸光の度合が種々変わったとしても、その特性曲線がその物質の濃度に応じて補正されるようになるので、より正確な膜厚の測定が可能となる。
【００３０】
本発明に係る膜厚測定装置は、板状部材に含まれる膜層の厚さを測定する膜厚測定装置であって、前記板状部材の面に対して透過可能な検査光を、その波長を所定範囲にわたって変化させつつ照射する検査光照射手段と、照射される各波長の検査光が前記板状部材を透過して出てくる透過光の強度を検出する透過光強度検出手段と、前記検査光の各波長とその透過光の強度との関係を表す特性曲線における極大点及び極小点に基づいて注目波長を決定する注目波長決定手段と、前記決定された注目波長から前記膜層の厚さを算出する演算手段とを有する構成となる。
【００３１】
また、本発明に係る膜厚測定装置において、前記注目波長決定手段は、前記特性曲線における最も長波長側の極大点及び極小点の少なくともいずれかに対応する波長に基づいて前記注目波長を決定するように構成することができる。
【００３２】
また、本発明に係る膜厚測定装置において、前記注目波長決定手段は、前記特性曲線の極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線を生成する第１手段と、前記特性曲線の極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線を生成する第２手段と、前記第１近似曲線と前記第２近似曲線との長波長側の交点を算出する第３手段と、前記第１近似曲線と前記第２近似曲線との長波長側の交点にその短波長側で最も近い前記特性曲線の極大点及び極小点の少なくともいずれかに対応する波長に基づいて前記注目波長を決定する第４手段とを有する構成とすることができる。
【００３３】
更に、本発明に係る膜厚測定装置において、前記注目波長決定手段は、前記特性曲線の極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線を生成する第１手段と、前記特性曲線の極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線を生成する第２手段と、前記第１近似曲線と前記第２近似曲線との長波長側の交点を算出する第３手段とを有し、前記交点に対応する波長を前記注目波長として決定するように構成することができる。
【００３４】
また、本発明に係る膜厚測定装置において、前記第３手段での交点の演算が可能であるか否かを前記膜層の損傷の有無として判定する判定手段を有する構成とすることができる。
【００３５】
また、本発明に係る膜厚測定装置において、前記特性曲線は、前記検査光の各波長と前記透過光の強度に依存する所定のパラメータとの関係を表すように構成することができる。
【００３６】
更に、本発明に係る膜厚測定装置は、前記特性曲線は、前記検査光の各波長に対応した前記パラメータの値と予め定めた基準板状部材に対して前記板状部材と同様に得られた前記パラメータの値との差と、波長との関係を表すように構成することができる。
【００３７】
また、本発明に係る膜厚測定装置において、前記パラメータは、前記検査光の前記板状部材での吸収の度合いを表す吸光パラメータであるように構成することができる。
【００３８】
また、本発明に係る膜厚測定装置において、予め定めた物質の濃度に対する吸光特性と、前記検査光の各波長と前記検査光の前記吸光パラメータとの関係を表す特性曲線とに基づいて前記物質の前記板状部材内での濃度を算出する手段と、該濃度を出力する手段とを有する構成とすることができる。
【００３９】
更に、本発明に係る膜厚測定装置において、前記パラメータは、前記検査光の前記板状部材での吸収の度合いを表す吸光パラメータであって、予め定めた物質の濃度に対する吸光特性と、前記検査光の各波長と前記検査光の前記吸光パラメータとの関係を表す特性曲線とに基づいて前記物質の前記板状部材内での濃度を算出する物質濃度算出手段と、前記基準板状部材に含まれる既知の前記物質の濃度と、前記物質濃度算出工程にて得られた前記物質の濃度とに基づいて、前記特性曲線を補正する補正手段とを有する構成とすることができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明に係る膜厚検査方法及び膜厚検査装置によれば、波長を所定範囲にわたって変化させつつ検査光を板状部材の面に照射した際に透過光の強度が検出され、検査光の各波長とその透過光の強度との関係を表す特性曲線における極大値及び極小値に基づいて決定された注目波長から膜層の厚さが算出されるので、特に基準となる板状部材に対する特性曲線等を用いることなく、膜層の厚さを計測することができる。従って、多くの基準となる板状部材の膜厚とパラメータとの関係を用いなくても広い範囲の膜厚測定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００４２】
本発明の実施の一形態に係る膜厚検査方法に従って膜層の厚さを計測すべき板状部材は、例えば、図１（ａ）に示すように、結晶軸（１００）のシリコン基盤１０１の表層に結晶軸（１１０）のシリコン膜１０２が形成された、所謂、ＨＯＴ（Hybrid-Orientation Technology）構造の半導体ウエーハ１００である。
【００４３】
本件発明者は、図１（ｂ）に示す結晶軸（１００）のシリコン基盤１０１単体からなる半導体ウエーハ１００に対して、検査光を、その波長を近赤外領域となる１０００nm〜２５００nmの範囲にわたって変化させつつ照射し、その各波長の検査光（強度Ｉｉ）がシリコン基盤１０１単体の半導体ウエーハ１００から出てくる透過光の強度Ｉｏを検出した。その結果、検査光の各波長と透過光の強度Ｉｏとの関係、具体的には、各波長に対応する透過強度（Ｉｏ／Ｉｉ）（％）は、図３に示すような特性曲線Ｑ１となった。
【００４４】
本件発明者は、更に、図１（ａ）に示す所謂ＨＯＴ構造の半導体ウエーハ１００に対しても、前記波長を前記範囲で変化させつつ検査光を照射し、その透過光の強度Ｉｏを検出した。その結果、各波長に対応する透過強度（Ｉｏ／Ｉｉ）（％）は、図４に示すような特性曲線Ｑ２となった。前記特性曲線Ｑ１とＱ２とを比較すると、特性曲線Ｑ２において特に１２００nmを超える長波長側で振動成分が発生している点で、それらは異なる。この相違は、シリコン基盤１０１上に形成されたシリコン膜１０２の存在に起因するものと考えられる。
【００４５】
そして、図２に示すように、表層にそのシリコン膜１０２が形成された半導体ウエーハ１００に検査光Ｒｉｎを入射させると、半導体ウエーハ１００を直接透過する光と、厚さＤのシリコン膜１０２とシリコン基盤１０１との境界面及びシリコン膜１０２と空気との境界面で反射を繰り返して透過する光とが干渉する結果、波長に対するその透過光Ｒｔの強度に振動成分が含まれるものと推察される。従って、その特性曲線Ｑ２の振動状態、具体的には、その振動の極大点及び極小点に対応する波長はシリコン膜１０２の厚さＤに依存するものといい得る。
【００４６】
本発明の実施の一形態に係る膜厚検査方法（膜厚検査装置）は、前述したような検査光の各波長とその透過光の強度との関係を表す特性曲線における極大点（極小点）に対応する波長からシリコン膜１０２の厚さＤを演算するものである。以下、その膜厚検査方法について具体的に説明する。
【００４７】
本発明の実施の一形態に係る膜厚検査装置の基本的な構成は図５に示すようになっている。
【００４８】
図５において、この膜厚検査装置は、Ｘ−Ｙ平面内で２次元的な動きが可能となるステージ１０、投光ヘッド１２及び受光ヘッド２１を有している。ステージ１０には、膜厚の測定対象となる図１（ａ）に示すようなＨＯＴ構造の半導体ウエーハ１００がセットされる。そして、図６に拡大して示すように、半導体ウエーハ１００の裏面側に投光ヘッド１２が配置されるとともに、半導体ウエーハ１００を挟んで投光ヘッド１２と逆側に受光ヘッド２１が配置され、投光ヘッド１２からスポットＳＰ状に半導体ウエーハ１００の面に照射される検査光が半導体ウエーハ１００を透過して受光ヘッド２１に入射するようになっている。
【００４９】
投光ヘッド１２は、白色光を出力する光源装置１６に導光ファイバ１３を介して接続されている。この投光ヘッド１２は、レンズ、プリズム、回折格子等の光学部材を有しており、光源装置１６から導光ファイバ１３を介して入力する白色光から、波長が所定範囲（例えば、１０００nm〜２５００nmの範囲）で変化する検査光を生成し、その検査光を半導体ウエーハ１００の面に照射する。受光ヘッド２１は、投光ヘッド１２から照射される各波長の検査光が半導体ウエーハ１００を透過して出てくる透過光を受光する。受光ヘッド２１は導光ファイバ２２を介して検出器（光電変換素子）２０に接続されており、受光ヘッド２１にて受光された透過光が検出器２０に入射する。検出器２０は、入射した光の強度、即ち、前記透過光の強度に対応したレベルの信号（透過光強度信号）を出力する。
【００５０】
膜厚検査装置は、更に、制御ユニット３０及び演算ユニット４０を有している。制御ユニット３０は、前述した検出器２０、光源装置１６、投光ヘッド１２及び演算ユニット４０等の各部の動作を制御する。演算ユニット４０は、制御ユニット３０による制御のもと、検出器２０からの透過光強度信号から、後述するような手順に従って、測定対象となる半導体ウエーハ１００のシリコン膜１０２の厚さを演算する。
【００５１】
なお、カメラ５０が受光ヘッド２１の光学系を介して半導体ウエーハ１００の面の所定部位を撮影している。この撮影映像はモニタユニット５１に表示されるようになっている。これにより、シリコン膜１０２の厚さの測定とともに、半導体ウエーハ１００の表面外観をモニタすることができる。また、図示されてはいないが、演算ユニット４０にて演算されたシリコン膜１０２の厚さについての情報は、モニタユニット５１にその測定結果として表示（出力）されるようになっている。
【００５２】
制御ユニット３０は、図７に示す手順にしたがって処理を行なう。
【００５３】
図７において、制御ユニット３０は、予め定めた波長範囲（シリコンに対する透過可能な波長範囲）の最小値λmin（例えば、１０００nm）を照射光の波長λとして設定し（λ＝λmin）（Ｓ１）、その設定された波長λの光が半導体ウエーハ１００に照射されるように投光ヘッド１２を制御する（Ｓ２）。その後、制御ユニット３０は、所定のタイミングにて計測指示を演算ユニット４０に与える（Ｓ３）。制御ユニット３０は、計測指示を与えると、設定されている波長λが前記波長範囲の最大値λmax（例えば、２５００nm）であるか否かを判定する（Ｓ４）。その設定されている波長λが最大値λmaxではないとの判定がなされると（Ｓ４でＮＯ）、制御ユニット３０は、所定のタイミングにて更に所定量Δλだけ増加させた波長λ＋Δλを新たな波長λとして設定する（Ｓ５）。以後、制御ユニットは、前述したのと同様の処理（Ｓ２〜Ｓ５）を繰り返し実行する。その過程で、設定されている波長λが最大値λmaxに達したとの判定を行なうと（Ｓ４でＹＥＳ）、制御ユニット３０は、演算ユニット４０に終了指示を与えて、一連の処理を終了する。
【００５４】
このような処理により、半導体ウエーハ１００の面に対して検査光が、その波長λがシリコンに対する透過可能な波長範囲にわたって少しずつ（Δλ）変化しつつ照射されるようになる。
【００５５】
また、前述したように半導体ウエーハ１００の面に対して検査光が、その波長λがシリコンに対する透過可能な波長範囲にわたって少しずつ（Δλ）変化しつつ照射される過程で、演算ユニット４０は、図８及び図９に示す手順に従って処理を行なっている。
【００５６】
図８において、演算ユニット４０は、制御ユニット３０から計測指示（図７におけるＳ３参照）があるまで待機状態となっている（Ｓ１１でＮＯ）。そして、波長λの検査光が半導体ウエーハ１００に照射された状態で制御ユニット３０から計測指示があると（Ｓ１１でＹＥＳ）、演算ユニット４０は、前記検査光が半導体ウエーハ１００を透過して出てくる透過光の強度、即ち、透過光強度ＩTλを表す検出器２０からの透過光強度信号のレベルを取得する（Ｓ１２）。
【００５７】
ところで、
Ａ（λ）＝Ｌｏｇ｛（Ｉi−ＩTλ）／Ｉi｝ ・・・（１）
Ｉi：入射光（検査光）の強度
ＩTλ：透過光の強度
で定義される吸収率Ａ（吸光パラメータ）は、半導体ウエーハ１００を透過して出てくる透過光の強度に依存するパラメータとなる。そして、前記式（１）で定義される吸収率Ａと波長λとの関係は、透過光強度ＩTλと波長λとの関係（図３参照）と同様であって、例えば、図１０に示す特性曲線Ｑ３のようになる。
【００５８】
演算ユニット４０は、前記取得した透過光強度ＩTλから前記式（１）に従って吸収率Ａ（λ）を算出する（Ｓ１３）。また、演算ユニット４０は、シリコン基盤１０１単体となる基準半導体ウエーハ（図１（ｂ）参照）について、各波長λに対応した吸収率ＡR（λ）を事前に計測して内部に保持している。この基準半導体ウエーハに対する吸収率ＡR（λ）は、シリコン基盤１０１単体となる基準ウエーハ（図１（ｂ）参照）についての透過光強度に対応したものとなる。
【００５９】
演算ユニット４０は、更に、検査光の波長λに対応した吸収率Ａ（λ）と基準半導体ウエーハに対して同様に得られた吸収率ＡR（λ）との差分ΔＡ
ΔＡ＝Ａ（λ）−ＡR（λ） ・・・（２）
を算出し（Ｓ１４）、その差分ΔＡを波長λに対応付けて内部メモリに蓄積する（Ｓ１５）。その後、演算ユニット４０は、制御ユニット３０から終了指示（図７におけるＳ６参照）がなされた否かを判定する（Ｓ１６）。終了指示がなければ（Ｓ１６でＮＯ）、演算ユニット４０は、前述した処理（Ｓ１１〜Ｓ１６）を再度実行し、次の波長（λ＋Δλ：図７におけるＳ５参照）に対応した吸収率の差分ΔＡ（λ）を算出し、その差分を波長λに対応付けて内部メモリに蓄積する。
【００６０】
以後、演算ユニット４０は、制御ユニット３０から終了指示がなされるまで、前述した処理（Ｓ１１〜Ｓ１６）を繰り返し実行する。そして、制御ユニット３０から終了指示がなされると（Ｓ１６でＹＥＳ）、演算ユニット４０は、図９に示す処理に移行する。この時点で、演算ユニット４０内には、所定範囲（１０００nm〜２５００nm）の波長と前記吸収率の差分ΔＡ（λ）との関係（特性曲線）が保存されたことになる。その関係は、図２に示す波形と図３に示す波形の差分に相当するものであり、例えば、図１１に示す特性曲線Ｑ（ΔＡ−λ特性）に対応したものとなる。このように吸収率の差分ΔＡを用いて特性曲線Ｑが表されるので、特性曲線Ｑにおいてシリコン膜１０２に起因する干渉現象に基づいた変動成分が強調され得るようになる。
【００６１】
図９において、演算ユニット４０は、前記蓄積した情報から、図１１に示す特性曲線Ｑにおける極大点（ピーク点）及び極小点（ボトム点）を検出する（Ｓ２１）。そして、演算ユニット４０は、公知の数学的手法を用いて、その特性曲線Ｑの極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線ｆｐ（λ）を算出し（Ｓ２２）、その特性曲線Ｑの極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線ｆｂ（λ）を算出する（Ｓ２３）。これら第１近似曲線ｆｐ（λ）と第２近似曲線ｆｂ（λ）は、一般的には指数関数曲線となる。
【００６２】
次いで、演算ユニット４０は、第１近似曲線ｆｐ（λ）と第２近似曲線ｆｂ（λ）との交点Ｐｘを算出する処理を実行する（Ｓ２４）。そして、演算ユニット４０は、この第１近似曲線ｆｐ（λ）と第２近似曲線ｆｂ（λ）との交点Ｐｘが算出されたか否かを判定する（Ｓ２５）。前記交点Ｐｘが算出されると（Ｓ２５でＹＥＳ）、演算ユニット４０は、前記特性曲線Ｑにおいて、前記交点Ｐｘにその短波長側で最も近い極大点に対応した波長λｐ１を注目波長として決定し（Ｓ２６）、その波長λｐ１（注目波長）を用いて、
Ｄ＝２λｐ１ ・・・（３）
に従ってシリコン膜１０２の膜厚Ｄを算出する（Ｓ２７）。
【００６３】
このように算出された膜厚Ｄは、例えば、モニタユニット５１に表示され、オペレータに提示される。また、前記算出された膜厚Ｄを膜の形成工程にフィードバックすることもできる。
【００６４】
シリコン膜１０２の膜厚Ｄを、前記第１近似曲線ｆｐ（λ）と前記第２近似曲線ｆｂ（λ）との交点Ｐｘにその短波長側で最も近い特性曲線Ｑの極大点に対応した波長λｐ１の２倍（２λｐ１）として算出することの妥当性について定性的に考察する。
【００６５】
図１１を参照するに、吸収率Ａ（λ）と波長λとの関係を表す特性曲線Ｑには、前述したようにシリコン膜１０２の厚さＤに依存した、変動成分が存在する。そして、その極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線ｆｐ（λ）とその極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線ｆｂ（λ）との交点Ｐｘは、長波長側で特性曲線Ｑにおいて極大点と極小点とが一致する点である。即ち、その交点Ｐｘに対応した波長λｐ０＝λｂ０＝λ０は、前記特性曲線Ｑにおいて極大点及び極小点がなくなる波長領域内あると推察される。
【００６６】
一方、図２に示すように、膜厚Ｄ以上の波長λの光は、反射光による干渉を受けることなく半導体ウエーハ１００を透過する。従って、干渉の影響を受けることなく透過する光（反射次数ｍ＝０）の最小の波長λ０は膜厚Ｄになる（λ０＝Ｄ）。そして、シリコン膜１０２の膜厚Ｄにて２回反射（反射次数ｍ＝２）して透過する光成分による干渉の影響を受ける光の波長λ１は、波長λ０の２分の１（最小の偶数分の１）になるはずである（２λ１＝λ０）。
【００６７】
これらのことを考慮すると、前記１次近似曲線ｆｐ（λ）と前記２次近似曲線ｆｂ（λ）との交点Ｐｘに対応する波長λ０の光は、半導体ウエーハ１００のシリコン膜１０２の境界で反射することなく透過するものであるが、その波長λ０がシリコン膜１０２の境界で反射することなく透過する光の波長の最小値、即ち、シリコン膜１０２の膜厚Ｄになる保証はない。しかし、特性曲線Ｑにおいて前記交点Ｐｘにその短波長側で最も近い極大点に対応した波長λｐ１は、膜厚Ｄの波長λ０より短波長側で初めて干渉の影響を受ける波長、即ち、反射次数ｍ＝２での反射成分にて干渉の影響を受け得る波長であるとみることができる。従って、前記極大点に対応したλｐ１は、膜厚Ｄと同じ長さの波長λ０の２分の１であり、その関係から前記式（３）に基づいて膜厚Ｄを算出することができる。
【００６８】
図９に戻って、演算ユニット４０は、前記第１近似曲線ｆｐ（λ）と前記第２近似曲線ｆｂ（λ）との交点Ｐｘの算出が可能ではないと判定した場合（Ｓ２５でＮＯ）、半導体ウエーハ１００の膜厚を測定している領域のシリコン膜１０２が剥離、ボイドなど、損傷しているものとの判定を行なう（Ｓ２８）。例えば、シリコン膜１０２がボイド、剥離など、損傷している領域では、その特性曲線Ｑから得られるその極大点を通る曲線として近似された第１近似曲線ｆｐ（λ）と極小点を通る曲線として近似された第２近似曲線ｆｂ（λ）との交点Ｐｘは、図１２に示すように存在しない。このような処理（Ｓ２５、Ｓ２８）を行なうことにより、シリコン膜１０２の厚さＤを測定する過程で、その測定部位でのシリコン膜１０２の欠陥の有無を判定することができるようになる。
【００６９】
ところで、シリコン基盤１０１がボロンＢ（ドーパント）を含有している場合がある。その場合、ボロンＢ自体が吸光特性（吸光係数ε（λ）：濃度に対する光の吸収程度を表す）を有していることから、膜厚の測定中に得られる吸収率Ａ（λ）は、そのボロン濃度の影響を受ける。一般には、図１３に示すように、ボロン濃度Ｂが高い場合、その吸収率Ａ（特性ＱＢ１）は、ボロン濃度Ｂが低い場合（特性ＱＢ２）に比べて、全体的に高くなる。
【００７０】
このような状況のなかで、図１４に示すように、シリコン基盤１０１内のボロン濃度Ｂが比較的高い半導体ウエーハ１００では、比較的吸収率が高い領域で、その基本的な吸収率の特性Ｑ１１に膜厚に依存した変動成分がのった特性Ｑ１２となる。また、シリコン基盤１０１内のボロン濃度Ｂが比較的低い半導体ウエーハ１００では、比較的吸収率が低い領域で、その基本的な吸収率の特性Ｑ２１に膜厚に依存した変動成分がのった特性Ｑ２２となる。このため、前述したように予め定めた基準半導体ウエーハにて得られた吸収率との差分ΔＡ（λ）を特性曲線Ｑとする場合、測定対象となる半導体ウエーハ１００と同じボロン濃度の基準半導体ウエーハをその都度用意しなければならない。
【００７１】
これでは、実用上支障をきたすことから、測定対象となる半導体ウエーハ１００のボロン濃度を得られた吸収率Ａ（λ）から求めて、その特性曲線Ｑを表す吸収率の差分ΔＡを補正することが好ましい。
【００７２】
具体的には、演算ユニット４０は、図８に示すステップＳ１４にて次のような処理を実行する。
【００７３】
測定対象となる半導体ウエーハ１００の吸収率Ａが得られると（Ｓ１３）、その吸収率Ａ（λ）とボロンＢの吸光係数ε（λ）と半導体ウエーハ１００の厚さＬとから、
Ａ（λ）＝Ｂｄ・ε（λ）・Ｌ
Ｂｄ＝｛Ａ（λ）／（ε（λ）・Ｌ）｝ ・・・（４）
に従って、ボロン濃度Ｂｄを算出する。そして、基準半導体ウエーハから既に得られているボロン濃度Ｂｄｒとの比（Ｂｄ／Ｂｄｒ）を用いた比例配分の手法に従って前記差分ΔＡ（λ）（特性曲線Ｑ）を補正する。
【００７４】
このように、ボロン濃度Ｂに応じて特性曲線Ｑを表す吸収率の差分ΔＡが補正されるので、測定対象となる半導体ウエーハ１００に含有されるボロンＢ（ドーパント）の濃度が種々変わっても、より精度の高い膜厚の測定が可能となる。
【００７５】
また、前述した処理において算出されたボロン濃度をモニタユニット５１に表示（出力）させることもできる。これにより、オペレータは、測定対象となる半導体ウエーハ１００の膜厚を測定する過程で、その半導体ウエーハ１００に含有されるボロンＢ（ドーパント）の濃度も知ることができるようになる。
【００７６】
なお、ドーパントの種類は、観測波長（例えば、１０００nm〜２５００nm）の範囲で有効な吸収率があって前記式（４）を満足するものであれば、どんなものでもその濃度を測定することができる。一方、観測波長の範囲に有効な吸収率がないドーパント（物質）の場合には、その濃度を知ることができないが、その場合、そもそもその物質の濃度に応じて特性曲線Ｑを補正する必要がない。
【００７７】
前述した実施の形態では、特性曲線Ｑにおける極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線ｆｐ（λ）と極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線ｆｂ（λ）の交点Ｐｘにその短波長側で最も近い特性曲線Ｑの極大点に対応する波長λＰ１を注目波長として決定しているが、他の手法を用いて、特性曲線Ｑにおける最も長波長側の極大点を注目波長として決定することもできる。また、理論的には、特性曲線Ｑにおける最も長波長側の極大点と極小点は、非常に近づいたものとなる（前記交点Ｐｘでは一致している）。従って、特性曲線Ｑにおける最も長波長側の極小点に対応した波長λｂ１を注目波長として、
Ｄ＝２・λｂ１
に従って、膜厚Ｄを算出することも可能である。
【００７８】
更に、特性曲線Ｑにおける最も長波長側の極大点に対応する波長λｐ１と最も長波長側の極小点に対応した波長λｂ１とに基づいて、例えば、平均化して、注目波長λｘを決定することもできる。そして、その注目波長λｘを用いて
Ｄ＝２・λｘ
に従って、膜厚Ｄを算出することも可能である。
【００７９】
また、更に、前記特性曲線Ｑの極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線ｆｐ（λ）と前記特性曲線Ｑの極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線ｆｂ（λ）との長波長側の交点Ｐｘに対応する波長λ０を注目波長とし、その注目波長からシリコン膜１０２の膜厚Ｄを算出するようにしてもよい。具体的には、
Ｄ＝λ０ ・・・（５）
として算出することができる。
【００８０】
前記第１近似曲線ｆｐ（λ）と前記第２近似曲線ｆｂ（λ）との交点Ｐｘに対応する波長λ０の光は、前述したように、半導体ウエーハ１００のシリコン膜１０２の境界で反射することなく透過するものであるが、その波長λ０がシリコン膜１０２の境界で反射することなく透過する光の波長の最小値、即ち、シリコン膜１０２の膜厚Ｄになる保証はない。しかし、それによる精度誤差を許容するものであれば、あるいは、特性曲線Ｑの極大点及び極小点から前記第１近似曲線ｆｐ（λ）及び前記第２近似曲線ｆｂ（λ）を生成する手法を工夫することにより、前記波長λ０をその膜層を反射することなく透過する光の波長の最小値として扱うこともできる。この場合、前記式（５）に従ってシリコン膜１０２の膜厚Ｄが演算される。
【００８１】
前述した例では、検査光の各波長とその透過光の強度との関係を表す特性曲線Ｑとして、吸収率Ａの基準半導体ウエーハのものとの差分ΔＡ（λ）を用いたが、これに限定されず、透過光の強度に依存するパラメータと検査光の波長との関係を表すものであれば、特に限定されない。例えば、吸収率Ａ（λ）を特性曲線Ｑとして用いることも、透過光強度ＩTλそのものを特性曲線Ｑとして用いることもできる。
【００８２】
前述した例では、図１（ａ）、（ｂ）に示すようなＨＯＴ構造の半導体ウエーハ１００を測定対象としていたが、板状部材（半導体ウエーハ）を透過可能な光を用いることにより、種々の板状部材をその測定対象とすることができる。例えば、図１５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すような他のＨＯＴ構造の半導体ウエーハでも、前述した手法にて膜厚を測定することができる。更に、図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すような、ＳＯＩ構造の半導体ウエーハであっても、酸化膜層（Ｏｘｉｄｅ）やＢｏｘ層が極めて薄ければ、前述した手法により表層の膜の厚さを測定することは可能であり、酸化膜層やＢｏｘ層が比較的厚くても、それらを透過することのできるＸ線領域の光を検査光として用いることにより膜厚を前述した手法にて測定することができる。
【００８３】
前述した例では、半導体ウエーハ１００の表層にある膜の厚さＤを測定するものであったが、半導体ウエーハ１００の内部に形成される膜層であっても、その界面で反射が発生し、その反射光によって透過光が振動的な影響を受け得るものであれば、前述した手法に従ってその内部の膜の厚さを測定することも可能である。
【００８４】
また、図５に示す膜厚測定装置において、半導体ウエーハ１００は、厚さを測定すべきシリコン膜１０２を投光ヘッド１２に対向するようにステージ１０にセットしても、シリコン膜１０２を受光ヘッド２１に対向するようにステージ１０にセットしても、その厚さを測定することができる。
【００８５】
更に、図７、図８及び図９に示す手順に従った制御ユニット３０及び演算ユニット４０の処理は、半導体ウエーハ１００に検査光がスポットＳＰ状に照射された１箇所の部位についての処理であり、例えば、ステージ１０を移動させてその測定部位が変更されるごとに、制御ユニット３０及び演算ユニット４０は、図７、図８及び図９に示す手順に従った処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
以上、説明したように、本発明に係る膜厚検査方法及び膜厚検査装置は、多くの基準となる板状部材の膜厚とパラメータとの関係を用いなくても広い範囲の膜厚測定が可能となるという効果を有し、半導体ウエーハ等の板状部材に含まれる膜の厚さを非接触にて測定する膜厚測定方法及び膜厚測定装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施の一形態に係る膜厚検査方法に従って膜層の厚さが検査される半導体ウエーハ（板状部材）の断面構造及び光の透過状態を模式的に表した図（ａ）と、膜層のない基準半導体ウエーハ(基準板状部材)の断面構造及び光の透過状態を模式的に表した図（ｂ）。である。
【図２】図１（ａ）に示す断面構造を有する半導体ウエーハ（板状部材）に入射した検査光の挙動を模式的に示す図である。
【図３】図１（ｂ）に示すようなシリコン基盤での波長に対する透過強度の特性例を示す図である。
【図４】図１（ａ）に示すような膜層を有する半導体ウエーハでの波長に対する透過強度の特性例を示す図である。
【図５】本発明の実施の一形態に係る膜厚測定装置の構成例を示す図である。
【図６】図５に示す測定対象となる半導体ウエーハ及びその近傍領域を拡大して示す図である。
【図７】図５に示す膜厚測定装置の制御ユニットでの処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】図５に示す膜厚測定装置の演算ユニットでの処理の手順を示すフローチャート（その１）である。
【図９】図５に示す膜厚測定装置の演算ユニットでの処理の手順を示すフローチャート（その２）である。
【図１０】半導体ウエーハでの波長に対する吸収率の特性例を示す図である。
【図１１】特性曲線Ｑ（ΔＡ（λ））から膜厚を算出する手法を示す図である。
【図１２】膜が損傷している場合の特性曲線Ｑの状態例を示す図である。
【図１３】シリコン基盤に含有されるボロン（ドーパント）濃度の違いによる吸光特性の相違を示す図である。
【図１４】異なるボロン濃度での特性曲線Ｑの例を示す図である。
【図１５】膜の測定対象となり得る半導体ウエーハの構造例を示す図である。
【図１６】膜の測定対象となり得る半導体ウエーハの構造例を示す図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０ ステージ
１２ 投光ヘッド
１３ 導光ファイバ
１６ 光源装置
２０ 検出器
２１ 受光ヘッド
２２ 導光ファイバ
３０ 制御ユニット
４０ 演算ユニット
５０ カメラ
５１ モニタユニット
１００ 半導体ウエーハ
１０１ シリコン基盤
１０２ シリコン膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエーハ等の板状部材に含まれる膜の厚さを非接触にて測定する膜厚測定方法及び膜厚測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウエーハ（板状部材）上にプローブ光を照射して得られる反射光または透過光の分光波形から求めた所定のパラメータ（最大極大値、最小極小値、それらの比等）の値に基づいて半導体ウエーハの表層の膜厚を検出する手法が提案されている（特許文献１）。この手法では、同じ膜厚ではその反射光または透過光の分光波形が略一定になるという現象を利用するものである。具体的には、膜厚が既知となる基準半導体ウエーハに対する反射光または透過光の分光波形から求められたパラメータの値を参照値として保存しておき、測定対象となる半導体ウエーハを研磨する過程で当該半導体ウエーハに対する反射光または透過光の分光波形から得られるパラメータの値が前記参照値と同じになったときに、その測定対象の半導体ウエーハの膜厚が前記基準半導体ウエーハの膜厚であると判定している。一方、前記パラメータの値が前記参照値と同じでなければ、その測定対象の半導体ウエーハの膜厚が前記基準半導体ウエーハの膜厚ではないと判定している。
【特許文献１】特開２０００−７７３７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前述した従来の手法では、基準となる半導体ウエーハの膜厚と同じ膜厚しか測定できず、他の膜厚については、その基準となる半導体ウエーハの膜厚とは異なるものであるとしか判定できない。広い範囲の膜厚測定を可能なものとするためには、多くの基準半導体ウエーハの膜厚と分光波形から得られるパラメータとを組にして予め保存しておかなければならず、膨大な保存容量を確保しなければならない。
【０００４】
本発明は、従来技術のこのような事情に鑑みてなされたもので、多くの基準となる板状部材の膜厚とパラメータとの関係を用いなくても広い範囲の膜厚測定が可能となる膜厚測定方法及び膜厚測定装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る膜厚検査方法は、板状部材に含まれる膜層の厚さを測定する膜厚測定方法であって、前記板状部材の面に対して透過可能な検査光を、その波長を所定範囲にわたって変化させつつ照射する検査光照射工程と、照射される各波長の検査光が前記板状部材を透過して出てくる透過光の強度を検出する透過光強度検出工程と、前記検査光の各波長とその透過光の強度との関係を表す特性曲線における極大点及び極小点に基づいて注目波長を決定する注目波長決定工程と、前記決定された注目波長から前記膜層の厚さを算出する演算工程とを有する構成となる。
【０００６】
このような構成により、波長を所定範囲にわたって変化させつつ検査光を板状部材の面に照射した際に透過光の強度が検出されると、検査光の各波長とその透過光の強度との関係を表す特性曲線における極大点及び極小点に基づいて注目波長が決定される。そして、その注目波長から膜層の厚さが算出される。
【０００７】
前記特性曲線の極大点及び極小点は、検査光の板状部材を直接透過する成分と、膜層の境界にて反射して透過する成分との干渉作用によって生じるものと推察される。このことからすると、特性曲線における極大点及び極小点それぞれに対応した波長は、膜層の厚さに依存するといい得る。従って、前記特性曲線における極大点及び極小点から前記膜層の厚さを最も的確に表す情報といい得る波長を注目波長として決定することができ、その決定された注目波長から膜厚が算出される。
【０００８】
また、本発明に係る膜厚検査方法において、前記注目波長決定工程は、前記特性曲線における最も長波長側の極大点及び極小点の少なくともいずれかに対応する波長に基づいて前記注目波長を決定する構成とすることができる。
【０００９】
このような構成により、波長を所定範囲にわたって変化させつつ検査光を板状部材の面に照射した際に透過光の強度が検出されると、検査光の各波長とその透過光の強度との関係を表す特性曲線における最も長波長側の極大点及び極小点の少なくともいずれかに対応する波長に基づいて注目波長が決定される。
【００１０】
前述したように前記特性曲線における極大点及び極小点それぞれに対応した波長は、膜層の厚さに依存するといい得る。また、波長が長くなって膜厚以上になると干渉作用がなくなり、特性曲線においては膜厚以上の波長領域では極大点及び極小点がなくなる。従って、前記特性曲線における最も長波長側の極大点及び極小点それぞれに対応する波長は、膜層の厚さを最も的確に表す情報であるといい得る。この膜層の厚さを最も的確に表す情報であるといい得る前記特性曲線における最も長波長側の極大点及び極小点の少なくともいずれかに対応する波長に基づいて決定された注目波長からその膜厚を算出することが可能となる。
【００１１】
また、本発明に係る膜厚測定方法において、前記注目波長決定工程は、前記特性曲線における最も長波長側の極大点に対応した波長を前記注目波長として決定することも、前記特性曲線における最も長波長側の極小点に対応した波長を前記注目波長として決定することもできる。更に、前記極大点に対応した波長と前記極小点に対応した波長の双方にから、例えば、それらの中間の波長（平均値等）を注目波長として決定することもできる。
【００１２】
また、本発明に係る膜厚測定方法において、前記注目波長決定工程は、前記特性曲線の極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線を生成する第１工程と、前記特性曲線の極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線を生成する第２工程と、前記第１近似曲線と前記第２近似曲線との長波長側の交点を算出する第３工程と、前記第１近似曲線と前記第２近似曲線との長波長側の交点にその短波長側で最も近い前記特性曲線の極大点及び極小点の少なくともいずれかに対応する波長に基づいて前記注目波長を決定する第４工程とを有する構成とすることができる。
【００１３】
このような構成により、検査光の各波長とその透過光の強度との関係を表す特性曲線の極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線と前記特性曲線の極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線との長波長側の交点は、長波長側で特性曲線の極大点と極小点とが一致する点である。即ち、その交点に対応した波長は、前記特性曲線において極大点及び極小点がなくなる波長領域内にあると推察される。そして、その交点にその短波長側で最も近い前記特性曲線の極大点及び極小点は、前記特性曲線における最も長波長側の極大点及び極小点となる。従って、前記特性曲線における最も長波長側の極大点及び極小点の少なくともいずれかに対応する波長に基づいて決定された注目波長から膜層の厚さが算出されるようになる。
【００１４】
また、本発明に係る膜厚測定方法において、前記注目波長決定工程は、前記特性曲線の極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線を生成する第１工程と、前記特性曲線の極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線を生成する第２工程と、前記第１近似曲線と前記第２近似曲線との長波長側の交点を算出する第３工程とを有し、前記交点に対応する波長を前記注目波長として決定するように構成することができる。
【００１５】
このような構成により、検査光の各波長とその透過光の強度との関係を表す特性曲線の極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線と前記特性曲線の極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線との長波長側の交点に対応する波長が注目波長として決定される。そして、その決定された注目波長から膜層の厚さが算出される。
【００１６】
前述したように査光の各波長とその透過光の強度との関係を表す特性曲線の極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線と前記特性曲線の極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線との長波長側の交点に対応する波長は前記特性曲線において極大点と極小点が一致する波長領域内にあると推察される。即ち、その波長の光では膜層に起因した干渉作用が生じないものと推察される。従って、前記交点に対応した波長は、測定対象となる膜層の厚さで干渉作用が生じるか否かの境界条件なり得るものであり、その膜層の厚さを表す情報となり得る。このような前記交点に対応した波長から膜層の厚さが演算することができる。
【００１７】
また、本発明に係る膜厚測定方法において、前記第３工程での交点の演算が可能であるか否かを前記膜層の欠陥の有無として判定する判定工程を有する構成とすることができる。
【００１８】
膜層が正常であれば、前記特性曲線において長波長側に極大点及び極小点がなくなる、即ち、前記特性曲線の極大点を通る曲線として近似された第１近似曲線と前記特性曲線の極小点を通る曲線として近似された第２近似曲線との交点が存在する。逆に、前記第１近似曲線と前記第２近似曲線との交点が存在しない場合、膜層自体に欠陥（剥離、ボイド等）があるものと判断し得る。従って、前述した構成によれば、膜層の厚さを測定する過程で、その測定部位での膜層の欠陥の有無を判定することができるようになる。
【００１９】
更に、本発明に係る膜厚測定方法において、前記特性曲線は、前記検査光の各波長に対応した透過光の強度と予め定めた基準板状部材に対して前記板状部材と同様に得られた透過光の強度との差と、波長との関係を表すように構成することができる。
【００２０】
このような構成により、特性曲線が測定対象となる板状部材にて得られた透過光の強度から基準板状部材にて得られた透過光の強度が差し引かれた値と波長との関係を表すようになるので、前記特性曲線は、干渉現象に基づいた透過光の強度の変動分を強調して表し得るようになる。従って、その極大点及び極小点を判定し易くすることができる。
【００２１】
また、本発明に係る膜厚測定方法において、前記特性曲線は、前記検査光の各波長と前記透過光の強度に依存する所定のパラメータとの関係を表すものである構成とすることができる。
【００２２】
このような構成により、パラメータが透過光の強度に依存しているので、前記検査光の各波長とそのパラメータとの関係を表す特性曲線は、結局、前記検査光の各波長と透過光の強度との関係を表し得る。
【００２３】
また、本発明に係る膜厚測定方法において、前記特性曲線は、前記検査光の各波長に対応した前記パラメータの値と予め定めた基準板状部材に対して前記板状部材と同様に得られた前記パラメータの値との差と、波長との関係を表すように構成することができる。
【００２４】
このような構成により、特性曲線は、前述したのと同様に干渉現象に基づいた透過光の強度の変動分を強調して表し得るようになり、よって、その極大点及び極小点を判定し易くすることができる。
【００２５】
また、本発明に係る膜厚測定方法において、前記パラメータは、前記検査光の前記板状部材での吸収の度合いを表す吸光パラメータとすることがきる。前記吸光パラメータは、検査光の板状部材での吸収の度合を表すパラメータであれば、限定されず、例えば、吸光率を用いることができる。
【００２６】
更に、本発明に係る膜厚測定方法において、予め定めた物質の濃度に対する吸光特性と、前記検査光の各波長と前記検査光の前記吸光パラメータとの関係を表す特性曲線とに基づいて前記物質の前記板状部材内での濃度を算出する工程を有する構成とすることができる。
【００２７】
このような構成により、特性曲線が検査光の各波長とその検査光の板状部材での吸収の度合との関係を表すので、予め定められた物質の濃度に対する吸光特性を用いることにより、その板状物質内での前記物質の濃度を算出し得る。従って、板状部材の膜層の厚さを測定する際に、その板状部材に含有される予め定めた物質の濃度も得ることができるようになる。なお、前記物質の濃度に対する吸光特性は、当該物質の濃度と光の波長毎の吸収の度合との関係を表したものである。
【００２８】
また、本発明に係る膜厚測定方法において、前記パラメータは、前記検査光の前記板状部材での吸収の度合いを表す吸光パラメータであって、予め定めた物質の濃度に対する吸光特性と、前記検査光の各波長と前記検査光の前記吸光パラメータとの関係を表す特性曲線とに基づいて前記物質の前記板状部材内での濃度を算出する物質濃度算出工程と、前記基準板状部材に含まれる既知の前記物質の濃度と、前記物質濃度算出工程にて得られた前記物質の濃度とに基づいて、前記特性曲線を補正する補正工程とを有する構成とすることができる。
【００２９】
このような構成により、特性曲線が検査光の各波長に対応したパラメータの値と予め定めた基準板状部材に対して前記板状部材と同様に得られた前記パラメータの値との差と、波長との関係を表すものであり、前記パラメータが、前記検査光の前記板状部材での吸収の度合いを表す吸光パラメータである場合に、膜厚の測定対象となる板状部材に含有される予め定めた物質の濃度に応じてその吸光の度合が種々変わったとしても、その特性曲線がその物質の濃度に応じて補正されるようになるので、より正確な膜厚の測定が可能となる。
【００３０】
本発明に係る膜厚測定装置は、板状部材に含まれる膜層の厚さを測定する膜厚測定装置であって、前記板状部材の面に対して透過可能な検査光を、その波長を所定範囲にわたって変化させつつ照射する検査光照射手段と、照射される各波長の検査光が前記板状部材を透過して出てくる透過光の強度を検出する透過光強度検出手段と、前記検査光の各波長とその透過光の強度との関係を表す特性曲線における極大点及び極小点に基づいて注目波長を決定する注目波長決定手段と、前記決定された注目波長から前記膜層の厚さを算出する演算手段とを有する構成となる。
【００３１】
また、本発明に係る膜厚測定装置において、前記注目波長決定手段は、前記特性曲線における最も長波長側の極大点及び極小点の少なくともいずれかに対応する波長に基づいて前記注目波長を決定するように構成することができる。
【００３２】
また、本発明に係る膜厚測定装置において、前記注目波長決定手段は、前記特性曲線の極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線を生成する第１手段と、前記特性曲線の極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線を生成する第２手段と、前記第１近似曲線と前記第２近似曲線との長波長側の交点を算出する第３手段と、前記第１近似曲線と前記第２近似曲線との長波長側の交点にその短波長側で最も近い前記特性曲線の極大点及び極小点の少なくともいずれかに対応する波長に基づいて前記注目波長を決定する第４手段とを有する構成とすることができる。
【００３３】
更に、本発明に係る膜厚測定装置において、前記注目波長決定手段は、前記特性曲線の極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線を生成する第１手段と、前記特性曲線の極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線を生成する第２手段と、前記第１近似曲線と前記第２近似曲線との長波長側の交点を算出する第３手段とを有し、前記交点に対応する波長を前記注目波長として決定するように構成することができる。
【００３４】
また、本発明に係る膜厚測定装置において、前記第３手段での交点の演算が可能であるか否かを前記膜層の損傷の有無として判定する判定手段を有する構成とすることができる。
【００３５】
また、本発明に係る膜厚測定装置において、前記特性曲線は、前記検査光の各波長と前記透過光の強度に依存する所定のパラメータとの関係を表すように構成することができる。
【００３６】
更に、本発明に係る膜厚測定装置は、前記特性曲線は、前記検査光の各波長に対応した前記パラメータの値と予め定めた基準板状部材に対して前記板状部材と同様に得られた前記パラメータの値との差と、波長との関係を表すように構成することができる。
【００３７】
また、本発明に係る膜厚測定装置において、前記パラメータは、前記検査光の前記板状部材での吸収の度合いを表す吸光パラメータであるように構成することができる。
【００３８】
また、本発明に係る膜厚測定装置において、予め定めた物質の濃度に対する吸光特性と、前記検査光の各波長と前記検査光の前記吸光パラメータとの関係を表す特性曲線とに基づいて前記物質の前記板状部材内での濃度を算出する手段と、該濃度を出力する手段とを有する構成とすることができる。
【００３９】
更に、本発明に係る膜厚測定装置において、前記パラメータは、前記検査光の前記板状部材での吸収の度合いを表す吸光パラメータであって、予め定めた物質の濃度に対する吸光特性と、前記検査光の各波長と前記検査光の前記吸光パラメータとの関係を表す特性曲線とに基づいて前記物質の前記板状部材内での濃度を算出する物質濃度算出手段と、前記基準板状部材に含まれる既知の前記物質の濃度と、前記物質濃度算出工程にて得られた前記物質の濃度とに基づいて、前記特性曲線を補正する補正手段とを有する構成とすることができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明に係る膜厚検査方法及び膜厚検査装置によれば、波長を所定範囲にわたって変化させつつ検査光を板状部材の面に照射した際に透過光の強度が検出され、検査光の各波長とその透過光の強度との関係を表す特性曲線における極大値及び極小値に基づいて決定された注目波長から膜層の厚さが算出されるので、特に基準となる板状部材に対する特性曲線等を用いることなく、膜層の厚さを計測することができる。従って、多くの基準となる板状部材の膜厚とパラメータとの関係を用いなくても広い範囲の膜厚測定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００４２】
本発明の実施の一形態に係る膜厚検査方法に従って膜層の厚さを計測すべき板状部材は、例えば、図１（ａ）に示すように、結晶軸（１００）のシリコン基盤１０１の表層に結晶軸（１１０）のシリコン膜１０２が形成された、所謂、ＨＯＴ（Hybrid-Orientation Technology）構造の半導体ウエーハ１００である。
【００４３】
本件発明者は、図１（ｂ）に示す結晶軸（１００）のシリコン基盤１０１単体からなる半導体ウエーハ１００に対して、検査光を、その波長を近赤外領域となる１０００nm〜２５００nmの範囲にわたって変化させつつ照射し、その各波長の検査光（強度Ｉｉ）がシリコン基盤１０１単体の半導体ウエーハ１００から出てくる透過光の強度Ｉｏを検出した。その結果、検査光の各波長と透過光の強度Ｉｏとの関係、具体的には、各波長に対応する透過強度（Ｉｏ／Ｉｉ）（％）は、図３に示すような特性曲線Ｑ１となった。
【００４４】
本件発明者は、更に、図１（ａ）に示す所謂ＨＯＴ構造の半導体ウエーハ１００に対しても、前記波長を前記範囲で変化させつつ検査光を照射し、その透過光の強度Ｉｏを検出した。その結果、各波長に対応する透過強度（Ｉｏ／Ｉｉ）（％）は、図４に示すような特性曲線Ｑ２となった。前記特性曲線Ｑ１とＱ２とを比較すると、特性曲線Ｑ２において特に１２００nmを超える長波長側で振動成分が発生している点で、それらは異なる。この相違は、シリコン基盤１０１上に形成されたシリコン膜１０２の存在に起因するものと考えられる。
【００４５】
そして、図２に示すように、表層にそのシリコン膜１０２が形成された半導体ウエーハ１００に検査光Ｒｉｎを入射させると、半導体ウエーハ１００を直接透過する光と、厚さＤのシリコン膜１０２とシリコン基盤１０１との境界面及びシリコン膜１０２と空気との境界面で反射を繰り返して透過する光とが干渉する結果、波長に対するその透過光Ｒｔの強度に振動成分が含まれるものと推察される。従って、その特性曲線Ｑ２の振動状態、具体的には、その振動の極大点及び極小点に対応する波長はシリコン膜１０２の厚さＤに依存するものといい得る。
【００４６】
本発明の実施の一形態に係る膜厚検査方法（膜厚検査装置）は、前述したような検査光の各波長とその透過光の強度との関係を表す特性曲線における極大点（極小点）に対応する波長からシリコン膜１０２の厚さＤを演算するものである。以下、その膜厚検査方法について具体的に説明する。
【００４７】
本発明の実施の一形態に係る膜厚検査装置の基本的な構成は図５に示すようになっている。
【００４８】
図５において、この膜厚検査装置は、Ｘ−Ｙ平面内で２次元的な動きが可能となるステージ１０、投光ヘッド１２及び受光ヘッド２１を有している。ステージ１０には、膜厚の測定対象となる図１（ａ）に示すようなＨＯＴ構造の半導体ウエーハ１００がセットされる。そして、図６に拡大して示すように、半導体ウエーハ１００の裏面側に投光ヘッド１２が配置されるとともに、半導体ウエーハ１００を挟んで投光ヘッド１２と逆側に受光ヘッド２１が配置され、投光ヘッド１２からスポットＳＰ状に半導体ウエーハ１００の面に照射される検査光が半導体ウエーハ１００を透過して受光ヘッド２１に入射するようになっている。
【００４９】
投光ヘッド１２は、白色光を出力する光源装置１６に導光ファイバ１３を介して接続されている。この投光ヘッド１２は、レンズ、プリズム、回折格子等の光学部材を有しており、光源装置１６から導光ファイバ１３を介して入力する白色光から、波長が所定範囲（例えば、１０００nm〜２５００nmの範囲）で変化する検査光を生成し、その検査光を半導体ウエーハ１００の面に照射する。受光ヘッド２１は、投光ヘッド１２から照射される各波長の検査光が半導体ウエーハ１００を透過して出てくる透過光を受光する。受光ヘッド２１は導光ファイバ２２を介して検出器（光電変換素子）２０に接続されており、受光ヘッド２１にて受光された透過光が検出器２０に入射する。検出器２０は、入射した光の強度、即ち、前記透過光の強度に対応したレベルの信号（透過光強度信号）を出力する。
【００５０】
膜厚検査装置は、更に、制御ユニット３０及び演算ユニット４０を有している。制御ユニット３０は、前述した検出器２０、光源装置１６、投光ヘッド１２及び演算ユニット４０等の各部の動作を制御する。演算ユニット４０は、制御ユニット３０による制御のもと、検出器２０からの透過光強度信号から、後述するような手順に従って、測定対象となる半導体ウエーハ１００のシリコン膜１０２の厚さを演算する。
【００５１】
なお、カメラ５０が受光ヘッド２１の光学系を介して半導体ウエーハ１００の面の所定部位を撮影している。この撮影映像はモニタユニット５１に表示されるようになっている。これにより、シリコン膜１０２の厚さの測定とともに、半導体ウエーハ１００の表面外観をモニタすることができる。また、図示されてはいないが、演算ユニット４０にて演算されたシリコン膜１０２の厚さについての情報は、モニタユニット５１にその測定結果として表示（出力）されるようになっている。
【００５２】
制御ユニット３０は、図７に示す手順にしたがって処理を行なう。
【００５３】
図７において、制御ユニット３０は、予め定めた波長範囲（シリコンに対する透過可能な波長範囲）の最小値λmin（例えば、１０００nm）を照射光の波長λとして設定し（λ＝λmin）（Ｓ１）、その設定された波長λの光が半導体ウエーハ１００に照射されるように投光ヘッド１２を制御する（Ｓ２）。その後、制御ユニット３０は、所定のタイミングにて計測指示を演算ユニット４０に与える（Ｓ３）。制御ユニット３０は、計測指示を与えると、設定されている波長λが前記波長範囲の最大値λmax（例えば、２５００nm）であるか否かを判定する（Ｓ４）。その設定されている波長λが最大値λmaxではないとの判定がなされると（Ｓ４でＮＯ）、制御ユニット３０は、所定のタイミングにて更に所定量Δλだけ増加させた波長λ＋Δλを新たな波長λとして設定する（Ｓ５）。以後、制御ユニットは、前述したのと同様の処理（Ｓ２〜Ｓ５）を繰り返し実行する。その過程で、設定されている波長λが最大値λmaxに達したとの判定を行なうと（Ｓ４でＹＥＳ）、制御ユニット３０は、演算ユニット４０に終了指示を与えて、一連の処理を終了する。
【００５４】
このような処理により、半導体ウエーハ１００の面に対して検査光が、その波長λがシリコンに対する透過可能な波長範囲にわたって少しずつ（Δλ）変化しつつ照射されるようになる。
【００５５】
また、前述したように半導体ウエーハ１００の面に対して検査光が、その波長λがシリコンに対する透過可能な波長範囲にわたって少しずつ（Δλ）変化しつつ照射される過程で、演算ユニット４０は、図８及び図９に示す手順に従って処理を行なっている。
【００５６】
図８において、演算ユニット４０は、制御ユニット３０から計測指示（図７におけるＳ３参照）があるまで待機状態となっている（Ｓ１１でＮＯ）。そして、波長λの検査光が半導体ウエーハ１００に照射された状態で制御ユニット３０から計測指示があると（Ｓ１１でＹＥＳ）、演算ユニット４０は、前記検査光が半導体ウエーハ１００を透過して出てくる透過光の強度、即ち、透過光強度ＩTλを表す検出器２０からの透過光強度信号のレベルを取得する（Ｓ１２）。
【００５７】
ところで、
Ａ（λ）＝Ｌｏｇ｛（Ｉi−ＩTλ）／Ｉi｝ ・・・（１）
Ｉi：入射光（検査光）の強度
ＩTλ：透過光の強度
で定義される吸収率Ａ（吸光パラメータ）は、半導体ウエーハ１００を透過して出てくる透過光の強度に依存するパラメータとなる。そして、前記式（１）で定義される吸収率Ａと波長λとの関係は、透過光強度ＩTλと波長λとの関係（図３参照）と同様であって、例えば、図１０に示す特性曲線Ｑ３のようになる。
【００５８】
演算ユニット４０は、前記取得した透過光強度ＩTλから前記式（１）に従って吸収率Ａ（λ）を算出する（Ｓ１３）。また、演算ユニット４０は、シリコン基盤１０１単体となる基準半導体ウエーハ（図１（ｂ）参照）について、各波長λに対応した吸収率ＡR（λ）を事前に計測して内部に保持している。この基準半導体ウエーハに対する吸収率ＡR（λ）は、シリコン基盤１０１単体となる基準ウエーハ（図１（ｂ）参照）についての透過光強度に対応したものとなる。
【００５９】
演算ユニット４０は、更に、検査光の波長λに対応した吸収率Ａ（λ）と基準半導体ウエーハに対して同様に得られた吸収率ＡR（λ）との差分ΔＡ
ΔＡ＝Ａ（λ）−ＡR（λ） ・・・（２）
を算出し（Ｓ１４）、その差分ΔＡを波長λに対応付けて内部メモリに蓄積する（Ｓ１５）。その後、演算ユニット４０は、制御ユニット３０から終了指示（図７におけるＳ６参照）がなされた否かを判定する（Ｓ１６）。終了指示がなければ（Ｓ１６でＮＯ）、演算ユニット４０は、前述した処理（Ｓ１１〜Ｓ１６）を再度実行し、次の波長（λ＋Δλ：図７におけるＳ５参照）に対応した吸収率の差分ΔＡ（λ）を算出し、その差分を波長λに対応付けて内部メモリに蓄積する。
【００６０】
以後、演算ユニット４０は、制御ユニット３０から終了指示がなされるまで、前述した処理（Ｓ１１〜Ｓ１６）を繰り返し実行する。そして、制御ユニット３０から終了指示がなされると（Ｓ１６でＹＥＳ）、演算ユニット４０は、図９に示す処理に移行する。この時点で、演算ユニット４０内には、所定範囲（１０００nm〜２５００nm）の波長と前記吸収率の差分ΔＡ（λ）との関係（特性曲線）が保存されたことになる。その関係は、図２に示す波形と図３に示す波形の差分に相当するものであり、例えば、図１１に示す特性曲線Ｑ（ΔＡ−λ特性）に対応したものとなる。このように吸収率の差分ΔＡを用いて特性曲線Ｑが表されるので、特性曲線Ｑにおいてシリコン膜１０２に起因する干渉現象に基づいた変動成分が強調され得るようになる。
【００６１】
図９において、演算ユニット４０は、前記蓄積した情報から、図１１に示す特性曲線Ｑにおける極大点（ピーク点）及び極小点（ボトム点）を検出する（Ｓ２１）。そして、演算ユニット４０は、公知の数学的手法を用いて、その特性曲線Ｑの極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線ｆｐ（λ）を算出し（Ｓ２２）、その特性曲線Ｑの極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線ｆｂ（λ）を算出する（Ｓ２３）。これら第１近似曲線ｆｐ（λ）と第２近似曲線ｆｂ（λ）は、一般的には指数関数曲線となる。
【００６２】
次いで、演算ユニット４０は、第１近似曲線ｆｐ（λ）と第２近似曲線ｆｂ（λ）との交点Ｐｘを算出する処理を実行する（Ｓ２４）。そして、演算ユニット４０は、この第１近似曲線ｆｐ（λ）と第２近似曲線ｆｂ（λ）との交点Ｐｘが算出されたか否かを判定する（Ｓ２５）。前記交点Ｐｘが算出されると（Ｓ２５でＹＥＳ）、演算ユニット４０は、前記特性曲線Ｑにおいて、前記交点Ｐｘにその短波長側で最も近い極大点に対応した波長λｐ１を注目波長として決定し（Ｓ２６）、その波長λｐ１（注目波長）を用いて、
Ｄ＝２λｐ１ ・・・（３）
に従ってシリコン膜１０２の膜厚Ｄを算出する（Ｓ２７）。
【００６３】
このように算出された膜厚Ｄは、例えば、モニタユニット５１に表示され、オペレータに提示される。また、前記算出された膜厚Ｄを膜の形成工程にフィードバックすることもできる。
【００６４】
シリコン膜１０２の膜厚Ｄを、前記第１近似曲線ｆｐ（λ）と前記第２近似曲線ｆｂ（λ）との交点Ｐｘにその短波長側で最も近い特性曲線Ｑの極大点に対応した波長λｐ１の２倍（２λｐ１）として算出することの妥当性について定性的に考察する。
【００６５】
図１１を参照するに、吸収率Ａ（λ）と波長λとの関係を表す特性曲線Ｑには、前述したようにシリコン膜１０２の厚さＤに依存した、変動成分が存在する。そして、その極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線ｆｐ（λ）とその極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線ｆｂ（λ）との交点Ｐｘは、長波長側で特性曲線Ｑにおいて極大点と極小点とが一致する点である。即ち、その交点Ｐｘに対応した波長λｐ０＝λｂ０＝λ０は、前記特性曲線Ｑにおいて極大点及び極小点がなくなる波長領域内あると推察される。
【００６６】
一方、図２に示すように、膜厚Ｄ以上の波長λの光は、反射光による干渉を受けることなく半導体ウエーハ１００を透過する。従って、干渉の影響を受けることなく透過する光（反射次数ｍ＝０）の最小の波長λ０は膜厚Ｄになる（λ０＝Ｄ）。そして、シリコン膜１０２の膜厚Ｄにて２回反射（反射次数ｍ＝２）して透過する光成分による干渉の影響を受ける光の波長λ１は、波長λ０の２分の１（最小の偶数分の１）になるはずである（２λ１＝λ０）。
【００６７】
これらのことを考慮すると、前記１次近似曲線ｆｐ（λ）と前記２次近似曲線ｆｂ（λ）との交点Ｐｘに対応する波長λ０の光は、半導体ウエーハ１００のシリコン膜１０２の境界で反射することなく透過するものであるが、その波長λ０がシリコン膜１０２の境界で反射することなく透過する光の波長の最小値、即ち、シリコン膜１０２の膜厚Ｄになる保証はない。しかし、特性曲線Ｑにおいて前記交点Ｐｘにその短波長側で最も近い極大点に対応した波長λｐ１は、膜厚Ｄの波長λ０より短波長側で初めて干渉の影響を受ける波長、即ち、反射次数ｍ＝２での反射成分にて干渉の影響を受け得る波長であるとみることができる。従って、前記極大点に対応したλｐ１は、膜厚Ｄと同じ長さの波長λ０の２分の１であり、その関係から前記式（３）に基づいて膜厚Ｄを算出することができる。
【００６８】
図９に戻って、演算ユニット４０は、前記第１近似曲線ｆｐ（λ）と前記第２近似曲線ｆｂ（λ）との交点Ｐｘの算出が可能ではないと判定した場合（Ｓ２５でＮＯ）、半導体ウエーハ１００の膜厚を測定している領域のシリコン膜１０２が剥離、ボイドなど、損傷しているものとの判定を行なう（Ｓ２８）。例えば、シリコン膜１０２がボイド、剥離など、損傷している領域では、その特性曲線Ｑから得られるその極大点を通る曲線として近似された第１近似曲線ｆｐ（λ）と極小点を通る曲線として近似された第２近似曲線ｆｂ（λ）との交点Ｐｘは、図１２に示すように存在しない。このような処理（Ｓ２５、Ｓ２８）を行なうことにより、シリコン膜１０２の厚さＤを測定する過程で、その測定部位でのシリコン膜１０２の欠陥の有無を判定することができるようになる。
【００６９】
ところで、シリコン基盤１０１がボロンＢ（ドーパント）を含有している場合がある。その場合、ボロンＢ自体が吸光特性（吸光係数ε（λ）：濃度に対する光の吸収程度を表す）を有していることから、膜厚の測定中に得られる吸収率Ａ（λ）は、そのボロン濃度の影響を受ける。一般には、図１３に示すように、ボロン濃度Ｂが高い場合、その吸収率Ａ（特性ＱＢ１）は、ボロン濃度Ｂが低い場合（特性ＱＢ２）に比べて、全体的に高くなる。
【００７０】
このような状況のなかで、図１４に示すように、シリコン基盤１０１内のボロン濃度Ｂが比較的高い半導体ウエーハ１００では、比較的吸収率が高い領域で、その基本的な吸収率の特性Ｑ１１に膜厚に依存した変動成分がのった特性Ｑ１２となる。また、シリコン基盤１０１内のボロン濃度Ｂが比較的低い半導体ウエーハ１００では、比較的吸収率が低い領域で、その基本的な吸収率の特性Ｑ２１に膜厚に依存した変動成分がのった特性Ｑ２２となる。このため、前述したように予め定めた基準半導体ウエーハにて得られた吸収率との差分ΔＡ（λ）を特性曲線Ｑとする場合、測定対象となる半導体ウエーハ１００と同じボロン濃度の基準半導体ウエーハをその都度用意しなければならない。
【００７１】
これでは、実用上支障をきたすことから、測定対象となる半導体ウエーハ１００のボロン濃度を得られた吸収率Ａ（λ）から求めて、その特性曲線Ｑを表す吸収率の差分ΔＡを補正することが好ましい。
【００７２】
具体的には、演算ユニット４０は、図８に示すステップＳ１４にて次のような処理を実行する。
【００７３】
測定対象となる半導体ウエーハ１００の吸収率Ａが得られると（Ｓ１３）、その吸収率Ａ（λ）とボロンＢの吸光係数ε（λ）と半導体ウエーハ１００の厚さＬとから、
Ａ（λ）＝Ｂｄ・ε（λ）・Ｌ
Ｂｄ＝｛Ａ（λ）／（ε（λ）・Ｌ）｝ ・・・（４）
に従って、ボロン濃度Ｂｄを算出する。そして、基準半導体ウエーハから既に得られているボロン濃度Ｂｄｒとの比（Ｂｄ／Ｂｄｒ）を用いた比例配分の手法に従って前記差分ΔＡ（λ）（特性曲線Ｑ）を補正する。
【００７４】
このように、ボロン濃度Ｂに応じて特性曲線Ｑを表す吸収率の差分ΔＡが補正されるので、測定対象となる半導体ウエーハ１００に含有されるボロンＢ（ドーパント）の濃度が種々変わっても、より精度の高い膜厚の測定が可能となる。
【００７５】
また、前述した処理において算出されたボロン濃度をモニタユニット５１に表示（出力）させることもできる。これにより、オペレータは、測定対象となる半導体ウエーハ１００の膜厚を測定する過程で、その半導体ウエーハ１００に含有されるボロンＢ（ドーパント）の濃度も知ることができるようになる。
【００７６】
なお、ドーパントの種類は、観測波長（例えば、１０００nm〜２５００nm）の範囲で有効な吸収率があって前記式（４）を満足するものであれば、どんなものでもその濃度を測定することができる。一方、観測波長の範囲に有効な吸収率がないドーパント（物質）の場合には、その濃度を知ることができないが、その場合、そもそもその物質の濃度に応じて特性曲線Ｑを補正する必要がない。
【００７７】
前述した実施の形態では、特性曲線Ｑにおける極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線ｆｐ（λ）と極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線ｆｂ（λ）の交点Ｐｘにその短波長側で最も近い特性曲線Ｑの極大点に対応する波長λＰ１を注目波長として決定しているが、他の手法を用いて、特性曲線Ｑにおける最も長波長側の極大点を注目波長として決定することもできる。また、理論的には、特性曲線Ｑにおける最も長波長側の極大点と極小点は、非常に近づいたものとなる（前記交点Ｐｘでは一致している）。従って、特性曲線Ｑにおける最も長波長側の極小点に対応した波長λｂ１を注目波長として、
Ｄ＝２・λｂ１
に従って、膜厚Ｄを算出することも可能である。
【００７８】
更に、特性曲線Ｑにおける最も長波長側の極大点に対応する波長λｐ１と最も長波長側の極小点に対応した波長λｂ１とに基づいて、例えば、平均化して、注目波長λｘを決定することもできる。そして、その注目波長λｘを用いて
Ｄ＝２・λｘ
に従って、膜厚Ｄを算出することも可能である。
【００７９】
また、更に、前記特性曲線Ｑの極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線ｆｐ（λ）と前記特性曲線Ｑの極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線ｆｂ（λ）との長波長側の交点Ｐｘに対応する波長λ０を注目波長とし、その注目波長からシリコン膜１０２の膜厚Ｄを算出するようにしてもよい。具体的には、
Ｄ＝λ０ ・・・（５）
として算出することができる。
【００８０】
前記第１近似曲線ｆｐ（λ）と前記第２近似曲線ｆｂ（λ）との交点Ｐｘに対応する波長λ０の光は、前述したように、半導体ウエーハ１００のシリコン膜１０２の境界で反射することなく透過するものであるが、その波長λ０がシリコン膜１０２の境界で反射することなく透過する光の波長の最小値、即ち、シリコン膜１０２の膜厚Ｄになる保証はない。しかし、それによる精度誤差を許容するものであれば、あるいは、特性曲線Ｑの極大点及び極小点から前記第１近似曲線ｆｐ（λ）及び前記第２近似曲線ｆｂ（λ）を生成する手法を工夫することにより、前記波長λ０をその膜層を反射することなく透過する光の波長の最小値として扱うこともできる。この場合、前記式（５）に従ってシリコン膜１０２の膜厚Ｄが演算される。
【００８１】
前述した例では、検査光の各波長とその透過光の強度との関係を表す特性曲線Ｑとして、吸収率Ａの基準半導体ウエーハのものとの差分ΔＡ（λ）を用いたが、これに限定されず、透過光の強度に依存するパラメータと検査光の波長との関係を表すものであれば、特に限定されない。例えば、吸収率Ａ（λ）を特性曲線Ｑとして用いることも、透過光強度ＩTλそのものを特性曲線Ｑとして用いることもできる。
【００８２】
前述した例では、図１（ａ）、（ｂ）に示すようなＨＯＴ構造の半導体ウエーハ１００を測定対象としていたが、板状部材（半導体ウエーハ）を透過可能な光を用いることにより、種々の板状部材をその測定対象とすることができる。例えば、図１５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すような他のＨＯＴ構造の半導体ウエーハでも、前述した手法にて膜厚を測定することができる。更に、図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すような、ＳＯＩ構造の半導体ウエーハであっても、酸化膜層（Ｏｘｉｄｅ）やＢｏｘ層が極めて薄ければ、前述した手法により表層の膜の厚さを測定することは可能であり、酸化膜層やＢｏｘ層が比較的厚くても、それらを透過することのできるＸ線領域の光を検査光として用いることにより膜厚を前述した手法にて測定することができる。
【００８３】
前述した例では、半導体ウエーハ１００の表層にある膜の厚さＤを測定するものであったが、半導体ウエーハ１００の内部に形成される膜層であっても、その界面で反射が発生し、その反射光によって透過光が振動的な影響を受け得るものであれば、前述した手法に従ってその内部の膜の厚さを測定することも可能である。
【００８４】
また、図５に示す膜厚測定装置において、半導体ウエーハ１００は、厚さを測定すべきシリコン膜１０２を投光ヘッド１２に対向するようにステージ１０にセットしても、シリコン膜１０２を受光ヘッド２１に対向するようにステージ１０にセットしても、その厚さを測定することができる。
【００８５】
更に、図７、図８及び図９に示す手順に従った制御ユニット３０及び演算ユニット４０の処理は、半導体ウエーハ１００に検査光がスポットＳＰ状に照射された１箇所の部位についての処理であり、例えば、ステージ１０を移動させてその測定部位が変更されるごとに、制御ユニット３０及び演算ユニット４０は、図７、図８及び図９に示す手順に従った処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
以上、説明したように、本発明に係る膜厚検査方法及び膜厚検査装置は、多くの基準となる板状部材の膜厚とパラメータとの関係を用いなくても広い範囲の膜厚測定が可能となるという効果を有し、半導体ウエーハ等の板状部材に含まれる膜の厚さを非接触にて測定する膜厚測定方法及び膜厚測定装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施の一形態に係る膜厚検査方法に従って膜層の厚さが検査される半導体ウエーハ（板状部材）の断面構造及び光の透過状態を模式的に表した図（ａ）と、膜層のない基準半導体ウエーハ(基準板状部材)の断面構造及び光の透過状態を模式的に表した図（ｂ）。である。
【図２】図１（ａ）に示す断面構造を有する半導体ウエーハ（板状部材）に入射した検査光の挙動を模式的に示す図である。
【図３】図１（ｂ）に示すようなシリコン基盤での波長に対する透過強度の特性例を示す図である。
【図４】図１（ａ）に示すような膜層を有する半導体ウエーハでの波長に対する透過強度の特性例を示す図である。
【図５】本発明の実施の一形態に係る膜厚測定装置の構成例を示す図である。
【図６】図５に示す測定対象となる半導体ウエーハ及びその近傍領域を拡大して示す図である。
【図７】図５に示す膜厚測定装置の制御ユニットでの処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】図５に示す膜厚測定装置の演算ユニットでの処理の手順を示すフローチャート（その１）である。
【図９】図５に示す膜厚測定装置の演算ユニットでの処理の手順を示すフローチャート（その２）である。
【図１０】半導体ウエーハでの波長に対する吸収率の特性例を示す図である。
【図１１】特性曲線Ｑ（ΔＡ（λ））から膜厚を算出する手法を示す図である。
【図１２】膜が損傷している場合の特性曲線Ｑの状態例を示す図である。
【図１３】シリコン基盤に含有されるボロン（ドーパント）濃度の違いによる吸光特性の相違を示す図である。
【図１４】異なるボロン濃度での特性曲線Ｑの例を示す図である。
【図１５】膜の測定対象となり得る半導体ウエーハの構造例を示す図である。
【図１６】膜の測定対象となり得る半導体ウエーハの構造例を示す図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０ ステージ
１２ 投光ヘッド
１３ 導光ファイバ
１６ 光源装置
２０ 検出器
２１ 受光ヘッド
２２ 導光ファイバ
３０ 制御ユニット
４０ 演算ユニット
５０ カメラ
５１ モニタユニット
１００ 半導体ウエーハ
１０１ シリコン基盤
１０２ シリコン膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状部材に含まれる膜層の厚さを測定する膜厚測定方法であって、
前記板状部材の面に対して透過可能な検査光を、その波長を所定範囲にわたって変化させつつ照射する検査光照射工程と、
照射される各波長の検査光が前記板状部材を透過して出てくる透過光の強度を検出する透過光強度検出工程と、
前記検査光の各波長とその透過光の強度との関係を表す特性曲線における極大点及び極小点に基づいて注目波長を決定する注目波長決定工程と、
前記決定された注目波長から前記膜層の厚さを算出する演算工程とを有することを特徴とする膜厚測定方法。
【請求項２】
前記注目波長決定工程は、前記特性曲線における最も長波長側の極大点及び極小点の少なくともいずれかに対応する波長に基づいて前記注目波長を決定することを特徴とする請求項１記載の膜厚測定方法。
【請求項３】
前記注目波長決定工程は、前記特性曲線における最も長波長側の極大点に対応した波長を前記注目波長として決定することを特徴とする請求項２記載の膜厚測定方法。
【請求項４】
前記注目波長決定工程は、前記特性曲線における最も長波長側の極小点に対応した波長を前記注目波長として決定することを特徴とする請求項２記載の膜厚測定方法。
【請求項５】
前記注目波長決定工程は、前記特性曲線の極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線を生成する第１工程と、
前記特性曲線の極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線を生成する第２工程と、
前記第１近似曲線と前記第２近似曲線との長波長側の交点を算出する第３工程と、
前記第１近似曲線と前記第２近似曲線との長波長側の交点にその短波長側で最も近い前記特性曲線の極大点及び極小点の少なくともいずれかに対応する波長に基づいて前記注目波長を決定する第４工程とを有することを特徴とする請求項２記載の膜厚測定方法。
【請求項６】
前記注目波長決定工程は、前記特性曲線の極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線を生成する第１工程と、
前記特性曲線の極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線を生成する第２工程と、
前記第１近似曲線と前記第２近似曲線との長波長側の交点を算出する第３工程とを有し、
前記交点に対応する波長を前記注目波長として決定することを特徴とする請求項１記載の膜厚測定方法。
【請求項７】
前記第３工程での交点の演算が可能であるか否かを前記膜層の欠陥の有無として判定する判定工程を有することを特徴とする請求項５または６記載の膜厚測定方法。
【請求項８】
前記特性曲線は、前記検査光の各波長に対応した透過光の強度と予め定めた基準板状部材に対して前記板状部材と同様に得られた透過光の強度との差と、波長との関係を表すものであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の膜厚計測方法。
【請求項９】
前記特性曲線は、前記検査光の各波長と前記透過光の強度に依存する所定のパラメータとの関係を表すものであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の膜厚測定装置。
【請求項１０】
前記特性曲線は、前記検査光の各波長に対応した前記パラメータの値と予め定めた基準板状部材に対して前記板状部材と同様に得られた前記パラメータの値との差と、波長との関係を表すものであることを特徴とする請求項９記載の膜厚測定方法。
【請求項１１】
前記パラメータは、前記検査光の前記板状部材での吸収の度合いを表す吸光パラメータであることを特徴とする請求項９または１０記載の膜厚測定方法。
【請求項１２】
予め定めた物質の濃度に対する吸光特性と、前記検査光の各波長と前記検査光の前記吸光パラメータとの関係を表す特性曲線とに基づいて前記物質の前記板状部材内での濃度を算出する工程を有することを特徴とする請求項１１記載の膜厚測定方法。
【請求項１３】
前記パラメータは、前記検査光の前記板状部材での吸収の度合いを表す吸光パラメータであって、
予め定めた物質の濃度に対する吸光特性と、前記検査光の各波長と前記検査光の前記吸光パラメータとの関係を表す特性曲線とに基づいて前記物質の前記板状部材内での濃度を算出する物質濃度算出工程と、
前記基準板状部材に含まれる既知の前記物質の濃度と、前記物質濃度算出工程にて得られた前記物質の濃度とに基づいて、前記特性曲線を補正する補正工程とを有することを特徴とする請求項１０記載の膜厚測定方法。
【請求項１４】
板状部材に含まれる膜層の厚さを測定する膜厚測定装置であって、
前記板状部材の面に対して透過可能な検査光を、その波長を所定範囲にわたって変化させつつ照射する検査光照射手段と、
照射される各波長の検査光が前記板状部材を透過して出てくる透過光の強度を検出する透過光強度検出手段と、
前記検査光の各波長とその透過光の強度との関係を表す特性曲線における極大点及び極小点に基づいて注目波長を決定する注目波長決定手段と、
前記決定された注目波長から前記膜層の厚さを算出する演算手段とを有することを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項１５】
前記注目波長決定手段は、前記特性曲線における最も長波長側の極大点及び極小点の少なくともいずれかに対応する波長に基づいて前記注目波長を決定することを特徴とする請求項１４記載の膜厚測定装置。
【請求項１６】
前記注目波長決定手段は、前記特性曲線の極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線を生成する第１手段と、
前記特性曲線の極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線を生成する第２手段と、
前記第１近似曲線と前記第２近似曲線との長波長側の交点を算出する第３手段と、
前記第１近似曲線と前記第２近似曲線との長波長側の交点にその短波長側で最も近い前記特性曲線の極大点及び極小点の少なくともいずれかに対応する波長に基づいて前記注目波長を決定する第４手段とを有することを特徴とする請求項１５記載の膜厚測定装置。
【請求項１７】
前記注目波長決定手段は、前記特性曲線の極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線を生成する第１手段と、
前記特性曲線の極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線を生成する第２手段と、
前記第１近似曲線と前記第２近似曲線との長波長側の交点を算出する第３手段とを有し、
前記交点に対応する波長を前記注目波長として決定することを特徴とする請求項１４記載の膜厚測定装置。
【請求項１８】
前記第３手段での交点の演算が可能であるか否かを前記膜層の損傷の有無として判定する判定手段を有することを特徴とする請求項１６または１７記載の膜厚測定装置。
【請求項１９】
前記特性曲線は、前記検査光の各波長と前記透過光の強度に依存する所定のパラメータとの関係を表すものであることを特徴とする請求項１４乃至１８のいずれかに記載の膜厚測定装置。
【請求項２０】
前記特性曲線は、前記検査光の各波長に対応した前記パラメータの値と予め定めた基準板状部材に対して前記板状部材と同様に得られた前記パラメータの値との差と、波長との関係を表すものであることを特徴とする請求項１９記載の膜厚測定装置。
【請求項２１】
前記パラメータは、前記検査光の前記板状部材での吸収の度合いを表す吸光パラメータであることを特徴とする請求項１９または２０記載の膜厚測定装置。
【請求項２２】
予め定めた物質の濃度に対する吸光特性と、前記検査光の各波長と前記検査光の前記吸光パラメータとの関係を表す特性曲線とに基づいて前記物質の前記板状部材内での濃度を算出する手段と、
該濃度を出力する手段とを有することを特徴とする請求項２１記載の膜厚測定装置。
【請求項２３】
前記パラメータは、前記検査光の前記板状部材での吸収の度合いを表す吸光パラメータであって、
予め定めた物質の濃度に対する吸光特性と、前記検査光の各波長と前記検査光の前記吸光パラメータとの関係を表す特性曲線とに基づいて前記物質の前記板状部材内での濃度を算出する物質濃度算出手段と、
前記基準板状部材に含まれる既知の前記物質の濃度と、前記物質濃度算出工程にて得られた前記物質の濃度とに基づいて、前記特性曲線を補正する補正手段とを有することを特徴とする請求項２０記載の膜厚測定装置。
【請求項１】
板状部材に含まれる膜層の厚さを測定する膜厚測定方法であって、
前記板状部材の面に対して透過可能な検査光を、その波長を所定範囲にわたって変化させつつ照射する検査光照射工程と、
照射される各波長の検査光が前記板状部材を透過して出てくる透過光の強度を検出する透過光強度検出工程と、
前記検査光の各波長とその透過光の強度との関係を表す特性曲線における極大点及び極小点に基づいて注目波長を決定する注目波長決定工程と、
前記決定された注目波長から前記膜層の厚さを算出する演算工程とを有することを特徴とする膜厚測定方法。
【請求項２】
前記注目波長決定工程は、前記特性曲線における最も長波長側の極大点及び極小点の少なくともいずれかに対応する波長に基づいて前記注目波長を決定することを特徴とする請求項１記載の膜厚測定方法。
【請求項３】
前記注目波長決定工程は、前記特性曲線における最も長波長側の極大点に対応した波長を前記注目波長として決定することを特徴とする請求項２記載の膜厚測定方法。
【請求項４】
前記注目波長決定工程は、前記特性曲線における最も長波長側の極小点に対応した波長を前記注目波長として決定することを特徴とする請求項２記載の膜厚測定方法。
【請求項５】
前記注目波長決定工程は、前記特性曲線の極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線を生成する第１工程と、
前記特性曲線の極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線を生成する第２工程と、
前記第１近似曲線と前記第２近似曲線との長波長側の交点を算出する第３工程と、
前記第１近似曲線と前記第２近似曲線との長波長側の交点にその短波長側で最も近い前記特性曲線の極大点及び極小点の少なくともいずれかに対応する波長に基づいて前記注目波長を決定する第４工程とを有することを特徴とする請求項２記載の膜厚測定方法。
【請求項６】
前記注目波長決定工程は、前記特性曲線の極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線を生成する第１工程と、
前記特性曲線の極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線を生成する第２工程と、
前記第１近似曲線と前記第２近似曲線との長波長側の交点を算出する第３工程とを有し、
前記交点に対応する波長を前記注目波長として決定することを特徴とする請求項１記載の膜厚測定方法。
【請求項７】
前記第３工程での交点の演算が可能であるか否かを前記膜層の欠陥の有無として判定する判定工程を有することを特徴とする請求項５または６記載の膜厚測定方法。
【請求項８】
前記特性曲線は、前記検査光の各波長に対応した透過光の強度と予め定めた基準板状部材に対して前記板状部材と同様に得られた透過光の強度との差と、波長との関係を表すものであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の膜厚計測方法。
【請求項９】
前記特性曲線は、前記検査光の各波長と前記透過光の強度に依存する所定のパラメータとの関係を表すものであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の膜厚測定装置。
【請求項１０】
前記特性曲線は、前記検査光の各波長に対応した前記パラメータの値と予め定めた基準板状部材に対して前記板状部材と同様に得られた前記パラメータの値との差と、波長との関係を表すものであることを特徴とする請求項９記載の膜厚測定方法。
【請求項１１】
前記パラメータは、前記検査光の前記板状部材での吸収の度合いを表す吸光パラメータであることを特徴とする請求項９または１０記載の膜厚測定方法。
【請求項１２】
予め定めた物質の濃度に対する吸光特性と、前記検査光の各波長と前記検査光の前記吸光パラメータとの関係を表す特性曲線とに基づいて前記物質の前記板状部材内での濃度を算出する工程を有することを特徴とする請求項１１記載の膜厚測定方法。
【請求項１３】
前記パラメータは、前記検査光の前記板状部材での吸収の度合いを表す吸光パラメータであって、
予め定めた物質の濃度に対する吸光特性と、前記検査光の各波長と前記検査光の前記吸光パラメータとの関係を表す特性曲線とに基づいて前記物質の前記板状部材内での濃度を算出する物質濃度算出工程と、
前記基準板状部材に含まれる既知の前記物質の濃度と、前記物質濃度算出工程にて得られた前記物質の濃度とに基づいて、前記特性曲線を補正する補正工程とを有することを特徴とする請求項１０記載の膜厚測定方法。
【請求項１４】
板状部材に含まれる膜層の厚さを測定する膜厚測定装置であって、
前記板状部材の面に対して透過可能な検査光を、その波長を所定範囲にわたって変化させつつ照射する検査光照射手段と、
照射される各波長の検査光が前記板状部材を透過して出てくる透過光の強度を検出する透過光強度検出手段と、
前記検査光の各波長とその透過光の強度との関係を表す特性曲線における極大点及び極小点に基づいて注目波長を決定する注目波長決定手段と、
前記決定された注目波長から前記膜層の厚さを算出する演算手段とを有することを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項１５】
前記注目波長決定手段は、前記特性曲線における最も長波長側の極大点及び極小点の少なくともいずれかに対応する波長に基づいて前記注目波長を決定することを特徴とする請求項１４記載の膜厚測定装置。
【請求項１６】
前記注目波長決定手段は、前記特性曲線の極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線を生成する第１手段と、
前記特性曲線の極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線を生成する第２手段と、
前記第１近似曲線と前記第２近似曲線との長波長側の交点を算出する第３手段と、
前記第１近似曲線と前記第２近似曲線との長波長側の交点にその短波長側で最も近い前記特性曲線の極大点及び極小点の少なくともいずれかに対応する波長に基づいて前記注目波長を決定する第４手段とを有することを特徴とする請求項１５記載の膜厚測定装置。
【請求項１７】
前記注目波長決定手段は、前記特性曲線の極大点を通る曲線として近似される第１近似曲線を生成する第１手段と、
前記特性曲線の極小点を通る曲線として近似される第２近似曲線を生成する第２手段と、
前記第１近似曲線と前記第２近似曲線との長波長側の交点を算出する第３手段とを有し、
前記交点に対応する波長を前記注目波長として決定することを特徴とする請求項１４記載の膜厚測定装置。
【請求項１８】
前記第３手段での交点の演算が可能であるか否かを前記膜層の損傷の有無として判定する判定手段を有することを特徴とする請求項１６または１７記載の膜厚測定装置。
【請求項１９】
前記特性曲線は、前記検査光の各波長と前記透過光の強度に依存する所定のパラメータとの関係を表すものであることを特徴とする請求項１４乃至１８のいずれかに記載の膜厚測定装置。
【請求項２０】
前記特性曲線は、前記検査光の各波長に対応した前記パラメータの値と予め定めた基準板状部材に対して前記板状部材と同様に得られた前記パラメータの値との差と、波長との関係を表すものであることを特徴とする請求項１９記載の膜厚測定装置。
【請求項２１】
前記パラメータは、前記検査光の前記板状部材での吸収の度合いを表す吸光パラメータであることを特徴とする請求項１９または２０記載の膜厚測定装置。
【請求項２２】
予め定めた物質の濃度に対する吸光特性と、前記検査光の各波長と前記検査光の前記吸光パラメータとの関係を表す特性曲線とに基づいて前記物質の前記板状部材内での濃度を算出する手段と、
該濃度を出力する手段とを有することを特徴とする請求項２１記載の膜厚測定装置。
【請求項２３】
前記パラメータは、前記検査光の前記板状部材での吸収の度合いを表す吸光パラメータであって、
予め定めた物質の濃度に対する吸光特性と、前記検査光の各波長と前記検査光の前記吸光パラメータとの関係を表す特性曲線とに基づいて前記物質の前記板状部材内での濃度を算出する物質濃度算出手段と、
前記基準板状部材に含まれる既知の前記物質の濃度と、前記物質濃度算出工程にて得られた前記物質の濃度とに基づいて、前記特性曲線を補正する補正手段とを有することを特徴とする請求項２０記載の膜厚測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【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】
【公開番号】特開２００８−１３９１７７（Ｐ２００８−１３９１７７Ａ）
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２６３６４（Ｐ２００６−３２６３６４）
【出願日】平成１８年１２月１日（２００６．１２．１）
【出願人】（０００００２４２８）芝浦メカトロニクス株式会社 (907)
【出願人】（５０７１８２８０７）コバレントマテリアル株式会社 (506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１日（２００６．１２．１）
【出願人】（０００００２４２８）芝浦メカトロニクス株式会社 (907)
【出願人】（５０７１８２８０７）コバレントマテリアル株式会社 (506)
【Ｆターム（参考）】
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