薄膜計測装置
【課題】例えば、半導体製造プロセスやＦＰＤ製造プロセス等におけるインライン計測に好適なエリプソメトリ方式の薄膜計測装置を提供すること。
【解決手段】投光側光学系には、光源（２１）と、コリメータレンズ（２２）と、偏光子（２３）と、回転式移相子（２４）と、スリット板（２０）と、集光レンズ（２５）とが含まれる。受光側光学系には、コリメータレンズ（２６）と、検光子（２７）と、傾斜膜（２８）と、一次元ＣＣＤ（２９）とが含まれる。コリメータレンズ（２６）と一次元ＣＣＤ（２９）の受光面とは平行であり、かつそれらの距離はほぼレンズ（２６）の焦点距離（ｆ）とされる。それにより、距離バタツキ及び角度バタツキに対する耐性が向上する。
【解決手段】投光側光学系には、光源（２１）と、コリメータレンズ（２２）と、偏光子（２３）と、回転式移相子（２４）と、スリット板（２０）と、集光レンズ（２５）とが含まれる。受光側光学系には、コリメータレンズ（２６）と、検光子（２７）と、傾斜膜（２８）と、一次元ＣＣＤ（２９）とが含まれる。コリメータレンズ（２６）と一次元ＣＣＤ（２９）の受光面とは平行であり、かつそれらの距離はほぼレンズ（２６）の焦点距離（ｆ）とされる。それにより、距離バタツキ及び角度バタツキに対する耐性が向上する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜の膜厚や膜質（光学定数や試料構造）をエリプソメトリ方式で計測する薄膜計測装置に係り、特にインライン計測に適した薄膜計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体プロセスにおいては、半導体基板の大型化やデザインルールの微細化に伴い、不良に対する莫大な損害の可能性や微妙な異常に対する管理の必要性が生じており、このことから検査の重要性がますます高まってきている。また、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＰＤＰ（Plasma Display Panel）、に代表されるＦＰＤ（Flat Panel Display）製造プロセスにおいても、ガラス基板の大型化が進む中で、大画面化・高精細化・高品位化が急速に進んでおり、高品質の製品を高歩留まりで生産するために、検査の重要性がますます高まってきている。
【０００３】
従来、この種の製造プロセスにおける検査は、大きくかつ高価な検査装置を用いて、オフライン計測にて行われていた。このオフライン計測は、製造プロセスの中から製品を抜き取り、離れたところにある膜厚測定装置まで運び、測定・確認を行うという一連の手順を通じて行われる。このようなオフライン計測では、測定した結果が管理基準から外れていた場合、その情報をフィードバックしてプロセスに反映・修正するまでに時間を要し、また抜き取りを行っていない製品については管理基準から外れているかの判定もできず、歩留まりを低下させるという問題があった。
【０００４】
そこで、例えば、成膜プロセス中（in-situ）又は成膜プロセス直後の製造ライン中に計測装置を組み込むことでインライン計測を実現し、製造プロセス中から製品を抜き取ることなく全数測定を行うことで、製品歩留まりを向上させたいというニーズが大きくなっている。
【０００５】
このようなインライン計測に適用可能な計測装置は、（１）従来のオフライン計測に使用される計測装置と同等の性能を有すること、（２）小型で高速データ取得が可能であること、（３）後述する設置条件（距離バタツキや角度バタツキ）にも強く、試料を固定するためのステージが不要であること、と言った諸条件が必要になってくる。
【０００６】
近年のデザインルールの微細化に伴い、半導体基板の絶縁膜等も薄くなり、数ｎｍの超薄膜の膜厚および膜質を検査する重要性がますます高まってきている。従来、測定の簡便さ、速度などの点から膜厚の測定には分光解析方式の膜厚計測装置が主に使われているが、例えばＳｉＯ2／Ｓｉ試料で１０ｎｍ（ＳｉＯ2）以下のものに関しては分光解析方式の膜厚計測装置では、安定した測定は困難とされる。そこで、エリプソメータ（偏光解析方式の薄膜計測装置）による膜厚測定が一般に行われている。また、物質の膜質（光学定数や試料構造）は広い波長領域で測定されたスペクトルが必要であり、分光エリプソメータが有利である。ここでいう膜質とは、屈折率、吸収係数、バンド構造、結晶構造などを示す。
［第１従来例］
【０００７】
検光子を回転させる従来の単入射角分光エリプソメータの構成図が図３９に示されている。同図に示すような分光エリプソメータでは、光源１１１からの光を、偏光状態を調整する偏光子１１２の光学素子を通過させることによって、直線偏光状態の入射光を形成し、試料１１６に照射する。試料１１６からの反射光の光路上に、偏光状態を調べるための検光子１１３、所定波長の光を選択するための分光器１１４、検出器１１５を設けて反射光の各波長について偏光状態を測定し、スペクトルを得る。最後に、演算部（図示せず）において理論と実測をフィッティングすることにより膜厚を算出する。なお、分光器１１４としては回折格子を利用したものが一般的である。
【０００８】
このような単入射角の分光エリプソメータにあっては、光学系と試料１１６との相対的な位置関係が僅かに変動しても、観測される反射光の強度分布波形が大きく変動し、計測できなくなる。ここでいう変動とは、後述する距離バタツキや角度バタツキを意味する。このような状況を解消しようとすると、測定したい試料を固定する専用のステージが必要になり、装置の設置条件が大幅に制限される。さらに、測定前には試料までの距離および傾斜の位置合わせをしなければならないため、ステージの調整に時間がかかる。その結果、計測時間が増大し、インラインでの計測は不可能になる。
【０００９】
加えて、単入射角のエリプソメータにあっては、（１）より精度を上げる場合、入射角を変えて複数回計測することが必要であり、高速に計測することができないこと、（２）回折格子を利用した分光器により構成されているので装置が大型になること、（３）微少領域を計測しようとすると、レンズなどを用いスポット径を小さくする必要があり、スポット径を小さくすると、複数の入射角におけるデータが計測されること、（４）単一の入射角として計測データを処理し、膜厚値を算出するため、実測では複数の入射角におけるデータを含むので、実測値と理論値で誤差が生じ精度が悪くなること、と言った欠点がある。それらの理由から、単入射角のエリプソメータ（薄膜計測装置）は、インライン計測には不適とされる。
［第２従来例］
【００１０】
複数の異なる入射角のデータを一括で計測することができる、従来の多入射角分光エリプソメトリー（仮称）を用いたエリプソメータの説明図が図４０及び図４１に示されている。このエリプソメータは特許文献１に記載されたものである。
【００１１】
図４０及び図４１を参照して、多入射角分光エリプソメータについて説明する。このエリプソメータは試料表面２に偏光光を向けるための照明手段と、表面で反射された光の偏光状態を解析するための解析手段とから構成されている。前記照明手段は単色光源１３０と集光レンズ１３４と偏光子１３６と1／４波長板１４０とを有している。解析手段は、角度視準スリット１４６、偏光分析器１５２、光検出器１５４および他の要素を有している。なお、角度視準スリットは正確な反射角Ａｒで測定すべき平面１２４から反射された光のみが光検出器に入射することを保証するもので、図４０におけるセンサ自体は単入射角および単色のエリプソメータである。
【００１２】
図４０におけるセンサを複数個用い、それぞれのセンサが異なる入射角になるように配置した実施形態を図４１に示す。異なる入射角のセンサを複数個配置することで、多入射角を実現できる。また、同様に、各センサの光源の波長に異なる波長を用いることで複数の異なる波長の偏光状態を一括で計測すること（分光）も可能である。
【００１３】
このように、図４１で示される多入射角分光エリプソメータにあっては、複数の異なる入射角および複数の異なる波長の光の偏光状態を一括で計測できるため、精度がよく高速計測が可能である。
【００１４】
しかし、このエリプソメータにあっても、第１従来例のそれと同様、測定したい試料を固定する専用のステージが必要になり、装置の設置条件が大幅に制限される。さらに、測定前には試料までの距離および傾斜の位置合わせをしなければならなくなるため、ステージの調整に時間がかかる。その結果、計測時間が増大し、インラインでの計測は不可能になる。
【００１５】
ここて゛、図４２を参照して、距離バタツキについて説明する。なお、図において、３０１は入射光束、３０２は反射光束、３１１は試料が基準高さ状態にあるときの反射光の強度分布波形、３１２は試料が上昇状態にあるときの反射光の強度分布波形、３１３は試料が下降状態にあるときの反射光の強度分布波形、３２１は一次元ＣＣＤやＬＥＤアレイ等の受光素子アレイ、３２２は基準高さ、３２３は対物レンズ、３２４は半導体製品やＦＤＰ等の試料、３２４ａは試料表面の薄膜である。
【００１６】
距離バタツキとは、光学系（例えば、対物レンズ３２３）と試料３２４との距離が変動する現象のことである。この距離バタツキが発生すると、受光素子アレイ３２１を介して観測される反射光の強度分布波形３１１のアレイ列方向の幅が変動するため、その強度分布波形に基づいて算出される薄膜の光学定数は誤ったものとなる。
【００１７】
同図（ｂ）に示されるように、試料３２４の上面が基準高さ３２２に一致する基準高さ状態においては、入射光束３０１の集光点は試料３２４の上面に一致して、入射光束３０１と反射光束３０２とは完全に重なり合うため、受光素子アレイ３２１の出力側においては、符号３１１で示される基準となるアレイ列方向幅を有する反射光の強度分布波形が観測される。
【００１８】
同図（ａ）に示されるように、試料３２４の上面が基準高さ３２２よりも上昇した上昇状態においては、入射光束３０１の集光点は試料３２４の上面よりも下方に位置して、入射光束３０１の輪郭よりも反射光束３０２の輪郭の方が小さくなるため、受光素子アレイ３２１の出力側においては、基準となる強度分布波形３１１よりも幅狭な反射光の強度分布波形３１２が観測される。
【００１９】
同図（ｃ）に示されるように、試料３２４の上面が基準高さ３２２よりも下降した下降状態においては、入射光束３０１の集光点は試料３２４の上面よりも上方に位置して、入射光束３０１の輪郭よりも反射光束３０２の輪郭の方が大きくなるため、受光素子アレイ３２１の出力側においては、基準となる強度分布波形３１１よりも幅広な反射光の強度分布波形３１３が観測される。
【００２０】
図４３を参照して、角度バタツキについて説明する。なお、図において、４０１は入射光束、４０２は反射光束、４１１は試料が基準角度（水平）状態にあるときの反射光の強度分布波形、４１２は試料が左下り傾斜状態にあるときの反射光の強度分布波形、４１３は試料が右下り傾斜状態にあるときの反射光の強度分布波形、４２１は一次元ＣＣＤやＬＥＤアレイ等の受光素子アレイ、４２２は基準角度（水平）、４２３は対物レンズ、４２４は半導体製品やＦＤＰ等の試料、４２４ａは試料表面の薄膜である。角度バタツキとは、光学系（例えば、対物レンズ４２３）の光軸と試料４２４とのなす角度が変動する現象のことである。この角度バタツキが生ずると、受光素子アレイ４２１を介して観測される反射光の強度分布波形４１１のアレイ列方向の位置が変動（シフト）するため、その強度分布波形に基づいて算出される薄膜の光学定数は誤ったものとなる。
【００２１】
同図（ｂ）に示されるように、試料４２４の上面が基準角度（水平）４２２に一致する基準角度（水平）状態においては、入射光束４０１の集光点は試料４２４の上面に一致して、入射光束４０１と反射光束４０２とは完全に同軸で重なり合うため、受光素子アレイ４２１の出力側においては、符号４１１で示されるアレイ列方向の幅並びに位置を有する反射光の強度分布波形が観測される。
【００２２】
同図（ａ）に示されるように、試料４２４の上面が基準角度（水平レベル）よりも左下りに傾斜した左下り傾斜状態においては、反射光束４０２の光軸は入射光束４０１の光軸よりも左に傾斜するため、受光素子アレイ４２１の出力側においては、基準となる強度分布波形４１１よりも左方向へとシフトされた強度分布波形４１２が観測される。
【００２３】
同図（ｃ）に示されるように、試料４２４の上面が基準角度（水平レベル）よりも右下りに傾斜した右下り傾斜状態においては、反射光束４０２の光軸は入射光束４０１の光軸よりも右に傾斜するため、受光素子アレイ４２１の出力側においては、基準となる強度分布波形４１１よりも右方向へとシフトされた強度分布波形４１３が観測される。
【特許文献１】特表平４−５０１１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
この発明は、従来のエリプソメータ（薄膜計測装置）における上述の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、例えば半導体製造プロセスやＦＰＤ製造プロセス等におけるインライン計測に好適なエリプソメトリ方式の薄膜計測装置を提供することにある。
【００２５】
この発明の、より具体的な目的とするところは、距離バタツキや角度バタツキに対する耐性を有し、高速計測・高精度計測・小型化を実現するエリプソメトリ方式を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明の薄膜計測装置は、試料表面に様々な照射角度成分を含む偏光光を照射する投光側光学系と、多数の光電変換部を受光面上にアレイ状に配置してなる光電変換部アレイ手段を含むと共に、試料からの反射光の入射角情報を保持し、偏光状態の変化を検出する機能を有する受光側光学系と、前記光電変換部アレイ手段の各光電変換部から得られる一連の受光量データに基づいて偏光解析により反射光の入射角に対応したＳ偏光とＰ偏光の位相差Δと振幅比ψの分布を算出し、実測波形と理論波形とのフィッティングにより膜厚、および／または、膜質を求める演算部を具備し、前記受光側光学系に含まれる前記レンズと前記光電変換部アレイ手段の前記受光面との距離は、当該レンズの焦点距離とほぼ一致するように設定されている、ことを特徴とするものである。
【００２７】
別の一面から見た本発明の薄膜計測装置は、試料表面に様々な照射角度成分を含む偏光光を照射する投光側光学系と、多数の光電変換部を受光面上にアレイ状に配置してなる光電変換部アレイ手段を含むと共に、試料からの反射光の入射角情報を保持し、偏光状態の変化を検出する機能を有する受光側光学系と、前記光電変換部アレイ手段の各光電変換部から得られる一連の受光量データに基づいて偏光解析により反射光の入射角に対応したＳ偏光とＰ偏光の位相差Δと振幅比ψの分布を算出し、実測波形と理論波形とのフィッティングにより膜厚、および／または、膜質を求める演算部を具備し、前記投光側光学系には、前記測定媒体光に対して基準光軸に相当する特徴付けを行う特徴化手段が含まれており、前記受光側光学系には、前記試料の膜厚又は膜質計測点から到来する測定媒体光の反射光を受光してそれに含まれる基準光軸に相当する特徴を検出するための第２の光電変換手段が含まれており、さらに前記演算手段には、前記第２の光電変換手段により検出された基準光軸に相当する特徴に基づいて、各光電変換部から得られる一連の受光量データに含まれる試料の角度バタツキによる誤差成分を修正する受光量データ修正手段が含まれている、ことを特徴とするものである。
【００２８】
レンズと受光面との距離に着目した本発明にあっても、投光側光学系には、測定媒体光に対して基準光軸に相当する特徴付けを行う特徴化手段が含まれており、受光側光学系には、試料の膜厚又は膜質計測点から到来する測定媒体光の反射光を受光してそれに含まれる基準光軸に相当する特徴を検出するための第２の光電変換手段が含まれており、さらに演算手段には、前記第２の光電変換手段により検出された基準光軸に相当する特徴に基づいて、各光電変換部から得られる一連の受光量データに含まれる試料の角度バタツキによる誤差成分を修正する受光量データ修正手段が含まれていてもよい。
【００２９】
本発明には以下に述べる種々の実施形態を含むことができる。すなわち、前記特徴化手段が前記測定媒体光の断面輪郭のうちで基準光軸に相当する部分をエッジ整形する断面輪郭整形手段であってもよい。また、前記断面輪郭整形手段には、スリット、アパーチャ、又はナイフエッジが少なくとも含まれていてもよい。また、試料上のスポット径が１ｍｍ以下であってもよい。また、投光側光学系の試料への照射角範囲内に試料基板のブリュースター角を含むものであってもよい。また、位相を遅らす機能を有する移相子を回転する機構を備えていてもよい。また、位相を遅らす機能を有する移相子を前記記載の投光側光学系に備えていてもよい。また、光源に白色光源を使用し、受光側光学系に分光素子を備えていてもよい。また、白色光源がＬＥＤ光源であってもよい。また、透過位置によって透過光波長を次第に変化させる光干渉式の分光素子を前記記載の受光側光学系に備えていてもよい。また、光電変換部アレイ手段として、ニ次元アレイ手段を用いてもよい。また、理論の位相差Δおよび振幅比ψを算出する演算部が、分光素子の波長分解能による誤差を解消する処理を含むものであってもよい。また、試料基板が透明基板の場合、演算部が試料基板の裏面からの反射した光を含む複素反射率の理論式により、理論の位相差Δおよび振幅比ψを算出する処理を含むものであってもよい。また、演算部が、試料基板が透明基板であるか不透明基板であるかを入力できる入力手段を有するものであってもよい。また、半導体製品やＦＰＤ等のような成膜プロセスを伴う製品の製造ラインに配置されてインラインで製品の膜厚又は膜質計測を行うようにしてもよい。また、半導体製品やＦＰＤ等のような成膜プロセスを伴う製品の製造ラインに配置されて、全数検査し、ロギングし解析した結果を製造ライン内の装置にフィードバックできるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の薄膜計測装置によれば、距離バタツキや角度バタツキに対する耐性を有し、高速計測、高精度計測、小型化が可能であるため、半導体製造プロセスやＦＰＤ製造プロセス等におけるインライン計測を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に、この発明に係るエリプソメトリ方式の薄膜計測装置の好適な実施の一形態を添付図面に従って詳細に説明する。
［第１実施形態］
【００３２】
本発明の多入射角分光エリプソメトリ法を用いた薄膜計測装置の全体を示す構成図が図１に示されている。同図に示されるように、この計測装置１は、センサヘッド部２と、演算処理部３と、モニタ・キーボード・マウス等のＨＭＩ（Human Machine Interface）部４とを含んでいる。なお、図において、５は試料（例えば半導体やＦＰＤ等）を構成する基板、５ａは基板５の表面に存在する測定対象薄膜である。
【００３３】
センサヘッド部２の光学的構成が図２に示されている。同図に示されるように、センサヘッド部２には、投光部制御信号ｓ１により発光状態が制御される光源２１と、光源２１からの測定媒体光をコリメート光にするコリメータレンズ２２と、コリメート光のある偏光成分だけを通過させる偏光子２３と、波長の４分の１だけ位相を遅らす移相子と、移相子を回転させる駆動手段２４ａと、光源２１（図示例では白色光源）からの光を集光して基板（試料）５の薄膜５ａの膜厚測定点に照射する集光用レンズ２５とからなる「投光用光学系」と、測定媒体光の反射光をコリメート光にするコリメータレンズ（受光レンズ）２６と、コリメート光のある偏光成分だけを通過させる検光子２７と、透過位置によって透過光波長を次第に変化させる光干渉式の分光素子（以下、傾斜膜と称す）２８と、多数の画素２９ａを受光面上にアレイ状に配置してなる一次元ＣＣＤ２９とを含む「受光側光学系」と、を含んでいる。
【００３４】
加えて、受光側光学系に含まれるレンズ（図示例では受光レンズ２６が相当）と一次元ＣＣＤ２９（光電変換部アレイ手段）の受光面との距離は、当該レンズの焦点距離（ｆ）とほぼ一致するように設定されている。尚、一次元ＣＣＤ２９の撮影動作は、一次元ＣＣＤ制御信号ｓ３により制御される。一次元ＣＣＤの各画素２９ａから得られる一連の受光量データは、一次元ＣＣＤ出力信号ｓ２として外部へ出力される。
【００３５】
演算処理部３の電気的構成が図３に示されている。同図に示されるように、演算処理部３は、投光部制御信号ｓ１を生成出力する投光部駆動回路３２と、一次元ＣＣＤ出力信号ｓ２をデジタル信号に変換するＡＤ変換部３３と、一次元ＣＣＤ制御信号ｓ３を生成出力するＣＣＤ駆動回路３４と、各種のシステムプログラムを格納したＲＯＭ３５と、ＨＭＩ部を構成するキーボードやマウスとのインタフェースとして機能する入出力部３６と、ＨＭＩ部を構成するディスプレイとのインタフェースとして機能する表示部３７と、それらの構成要素３２〜３７を統括制御すると共に、後述する膜厚測定演算等を実行するためのＣＰＵ３１とを含んで構成される。
【００３６】
膜厚測定のための基本動作は次の通りである。光源２１から発せられた測定媒体光は、コリメータレンズ２２・偏光子２３・移相子２４を介し、集光レンズ２５の作用で測定対象である基板５上の薄膜５ａに集光して照射される。試料の膜厚測定点は、入射光のほぼ集光位置に置かれる。このとき、θ０〜θ１の範囲の連続した入射角成分を有する測定媒体光が試料へと入射されることになる。
【００３７】
集光レンズ２５を介して入射された測定媒体光は試料で反射される。試料の膜厚測定点から到来する測定媒体光の反射光は、コリメータレンズ２６・検光子２７・傾斜膜２８を介し、受光レンズ２６の作用で一次元ＣＣＤ２９の受光面に導かれる。これにより、一次元ＣＣＤ２９からは各受光素子（画素）の受光量データをシリアルに並べたものに相当する一次元ＣＣＤ出力信号ｓ２が送出される。この一次元ＣＣＤ出力信号ｓ２に基づいて、入射角（θ０〜θ１）のそれぞれに応じた反射光強度分布が観測される。このとき観測される入射角のそれぞれに応じた反射光強度分布は、入射角および波長に応じた量である。そして、駆動手段２４ａの作用で（移相子）２４を角度ｘ°ずつ回転し順次一次元ＣＣＤデータを計測する。移相子２４が半回転（１８０度）分回転したところで、これらを演算処理部３で処理することにより、実測値の位相差Δと振幅比ψを算出する。同時に、演算処理部３で理論値の位相差Δと振幅比ψを算出し、最後に、実測値と理論値を対比することで膜厚を求めることができる。
【００３８】
実測値の位相差Δと振幅比ψの算出法を以下に述べる。回転移相子法では、一次元ＣＣＤで検出される光強度波形Ｉは一般的に以下の式で表される。
【００３９】
Ｉ＝Ｉ0（1＋α0cos2ωt＋α1sin2ωt＋α2cos4ωt＋α3sin4ωt）
ここでα0，α1，α2，α3は規格化フーリエ級数、ωtは移相子２４の回転角を示している。
【００４０】
また、規格化フーリエ級数とストークスパラメータＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３には一般的に以下の関係式がある。
【数１】
ここでＰは偏光子２３の方位角、Ａは検光子２７の方位角、φは移相子２４の位相差、λは波長を示す。
【００４１】
また、ストークスパラメータＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３と位相差Δおよび振幅比ψには一般的に以下の関係式がある。なお、ｐは偏光度を示す。
【数２】
上記に示した式（１）〜（８）より実測値の位相差Δおよび振幅比ψを算出することができる。
【００４２】
次に、理論値の位相差Δと振幅比ψの算出法を以下に述べる。例えば、図２（ａ）に示すように、Ｓｉ基板２０２上に成膜された酸化膜（ゲート酸化膜など）２０１の膜厚を測定する場合、上記のようにして、空気（屈折率＝Ｎ0）２００中から角度θ0で照射された楕円偏光状態の入射光は、酸化膜（屈折率＝Ｎ1）２０１表面で反射するとともに、そのほとんどは酸化膜２０１内に入射する。酸化膜２０１内に入射した光は、Ｓｉ基板２０２界面（基板面）（屈折率＝Ｎ2）で反射して酸化膜２０１内から空気２００中に戻り、酸化膜２０１表面での反射光と偏光干渉する。上記のような光について、それぞれｐ偏光成分とｓ偏光成分を計算し、それぞれの位相差Δと振幅比Ψから膜厚が算出される。
【００４３】
Ｓｉ基板２０２面での反射光のｐ偏光成分（ｒ1p）と、ｓ偏光成分（ｒ1s）は、それぞれ以下の式によって計算される。
【００４４】
ｒ1p＝（ｎ2 cos θ1−ｎ1 cos θ2）／（ｎ2 cos θ1＋ｎ1 cos θ2）
ｒ1s＝（ｎ1 cos θ1−ｎ2 cos θ2）／（ｎ1 cos θ1＋ｎ2 cos θ2）
【００４５】
また、検出される光のｐ偏光成分（ＲP）とｓ偏光成分（Ｒs）は、上記のｒ1p、ｒ1sと、酸化膜２０１面での反射光のｐ偏光成分（ｒ0p）と、ｓ偏光成分（ｒ0s）から、以下の式により偏光状態が計算される。
【００４６】
ＲP＝（ｒ0p＋ｒ1pexp（−２ｉδ））／（１＋ｒ0p・ｒ1pexp（−２ｉδ））
Ｒs＝（ｒ0s＋ｒ1sexp（−２ｉδ））／（１＋ｒ0s・ｒ1sexp（−２ｉδ））
但し（δ＝２πｎ1 dcos θ1／λ）
最終的に、
【００４７】
ＲP／Ｒs＝tan（Ψ）・exp（−ｉΔ） ・・・式（９）
を用いて、ΔとΨを各波長について計算することで、波長依存スペクトルが得られる。そして、酸化膜２０１の膜厚値dをパラメータとして実測スペクトルと、後述する傾斜膜の半値幅補正処理後の理論スペクトル（テーブルデータ）を比較することで、膜厚値dが算出できる。
【００４８】
さらに、図４では単層膜に限定してＲP、Ｒsを導出しているが、図６に示されるように、多層膜に対応した理論式も導出可能であり、多層膜の膜厚や屈折率測定も可能である。
【００４９】
演算処理部３のＣＰＵ３１における膜厚の計算処理法としては、カーブフィッティング法を利用することができる。カーブフィッティング法とは、予め計算してテーブルとして記憶しておいた各膜厚に対する後述する傾斜膜半値幅補正処理後の理論値の位相差Δ、振幅比ψの波形データ（テーブルデータ）と、測定した受光量データから算出した実測値の位相差Δ、振幅比ψの波形データとを比較し、最小自乗法により最も誤差の少ないデータを抽出し、その波形データの膜厚を測定対象となっている薄膜の膜厚とする方法である。膜厚の計算処理法としては、他にも極値探索法または位相差Δ、振幅比ψに重みづけをするような膜厚の計算方法を利用することも可能である。
【００５０】
あらかじめ、測定対象となる薄膜の屈折率、及び、を、キーボード等の入出力部から入力すると、演算部では、膜厚及び入射角の各値に対する位相差Δ、振幅比ψの値を演算し、これらを演算部内のメモリにテーブルとして保持する。このようなテーブルの例を、図６及び図７に示す。
【００５１】
次にカーブフィッティングの詳細を述べる。図８に示す処理フローにしたがって、カーブフィッティングが実行される。演算部はまず、Ａ／Ｄ変換よりデジタル化された測定データを取得し、実測値の位相差Δ_ex（θ）、振幅比ψ_ex（θ）を算出する（ステップ８０１）。まず膜厚ｄを最小膜厚ｄｘとし（ステップ８０２）、図６及び図７の理論テーブルを用いて、膜厚ｄ＝ｄｘにおける理論値の位相差Δdx（θ）、振幅比ψdx（θ）と実測値の位相差Δ_ex（θ）、振幅比ψ_ex（θ）との差の自乗
【００５２】
［Δ_ex（θ）−Δdx（θ）］２＋［ψ_ex（θ）−ψdx（θ）］２
を入射角範囲θpからθqまで、Δθ刻みで計算し、その和
評価式Ｐ（ｄ）＝Σ（［Δ_ex（θ）−Δdx（θ）］２
＋［ψ_ex（θ）−ψdx（θ）］２）
を求めて（ステップ８０３）、メモリ内に記憶しておく。なお、フィッティングにおける評価式Ｐ（ｄ）は理論値と実測値の差を表すものであればこれ以外でもよい。
【００５３】
このようにして、膜厚ｄが最大膜厚ｄｙに達するまで膜厚ｄの値を順次Δｄずつ増加させては（ステップ８０４）、そのときの膜厚における理論データと測定データの差の自乗和を求めて（ステップ８０３）メモリ内に記憶する。
【００５４】
こうして、最大膜厚ｄｙまで自乗和の計算が終了すると（ステップ８０５でＹＥＳの場合）、メモリに記憶しておいた膜厚範囲ｄｘ〜ｄｙにおける自乗和Ｐ(ｄｘ)〜Ｐ(ｄｘ)の中から最小の値をとる自乗和Ｐ(ｄｚ)を抽出し（ステップ８０６）、このときの膜厚ｄｚを測定膜厚とする（ステップ８０７）。
【００５５】
また、上記は不透明基板を想定し、基板の裏面からの反射は考慮していないが、透明基板では裏面からの反射を考慮する必要がある。このような場合には、図９のように、理論式も導出可能であり、この理論式を用いれば上記同様に、透明基板における多層膜の膜厚、および／または、膜質測定も可能である。ただし、図９中ｒは、図４で示す反射光ｒを示す。
【００５６】
図１２に示されるセンサヘッド部２の大きな特徴は、（１）受光レンズ２６と一次元ＣＣＤ２９の受光面とが平行であること、及び（２）受光レンズ２６と一次元ＣＣＤ２９の受光面との距離が、受光レンズの焦点距離ｆとほぼ一致していること、が挙げられる。換言すれば、受光レンズ２６に対して試料（基板５）側を前方、一次元ＣＣＤ２９側を後方と定義すれば、一次元ＣＣＤ２９の受光面の位置は受光レンズのほぼ後方焦点位置であると表現することができる。そして、このような配置によれば、距離バタツキの影響を受けない光学系を実現することができる。
【００５７】
距離バタツキ対策の作用説明図が図１０に示されている。今仮に、集光レンズ２２からの光束のうちで、入射角が最も離隔した２本の光線をＬ１，Ｌ２と定義する。また、基準高さＨｒｅｆにあるときの基板を符号５（薄膜を５ａ）、また距離バタツキにより下降したときの基板を符号５´（薄膜を５ａ´）とする。また、光線Ｌ１が基板５で反射された反射光線を符号Ｌ１１、基板５´で反射された反射光線をＬ１２とする。また、光線Ｌ２が基板５で反射された反射光線をＬ２１、基板５´で反射された反射光線をＬ２２とする。さらに、一次元ＣＣＤの受光面上における反射光線Ｌ１１，Ｌ１２の入射点をＰ１、反射光線Ｌ２１，Ｌ２２の入射点をＰ２とする。
【００５８】
すると、図から明らかなように、同一の入射光線Ｌ１，Ｌ２に関しては、距離バタツキにより基板が上下移動したとしても、対応する反射光（Ｌ１１，Ｌ１２），（Ｌ２１，Ｌ２２）については、一次元ＣＣＤ２３の受光面上の同一の入射点Ｐ１，Ｐ２に入射することが理解されるであろう。
【００５９】
上述の距離バタツキによる影響を解消する作用は、以下の原理に基づくものである。スネルの法則によれば、入射光の角度と試料の法線方向とが決定されれば、反射角は一意に決定されることが知られている。
【００６０】
図１１に示されるように、入射角θで試料に光線Ｌ１が入射している状況を考えると、このときに距離バタツキにより試料の上下変動ΔＬが生じたとしても、入射光線Ｌ１の角度θと試料の法線Ｌ０１，Ｌ０２，Ｌ０３，Ｌ０４の方向は変化しないから、反射角も変化しないことが判る。しかし、距離バタツキが生ずると、反射面の平行移動に伴い、反射する点がＰ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４の如く移動するため、反射光線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４も平行に移動する。
【００６１】
ここで、それぞれ異なる入射角θ１，θ２，θ３を有する３本の入射光線Ｌ１，Ｌ３，Ｌ２を想定する。このとき、距離バタツキ（基準高さの基板５，下降位置の基板５′、上昇位置の基板５″）が生ずると、図１２〜図１４に示されるように、各入射光線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３のそれぞれについて、平行な３本の反射光線（Ｌ１０，Ｌ１１，Ｌ１２），（Ｌ２０，Ｌ２１，Ｌ２２），（Ｌ３０，Ｌ３１，Ｌ３２）が生ずる。
【００６２】
先に述べたように、受光レンズ２６と一次元ＣＣＤ２９の受光面との距離は、受光レンズ２６の焦点距離ｆとほぼ一致させてあるため、図１５に示されるように、それら３組の平行光線（Ｌ１０，Ｌ１１，Ｌ１２），（Ｌ２０，Ｌ２１，Ｌ２２），（Ｌ３０，Ｌ３１，Ｌ３２）は、一次元ＣＣＤ２９の受光面上の３点であるＰ１，Ｐ２，Ｐ３に収束することになる。つまり、距離バタツキが生じたとしても、一次元ＣＣＤ２９の出力信号ｓ２を介して観測される波形の入射角（θ１〜θ３）に応じた反射光強度分布は変化しないので、正常な膜厚測定が可能になることが理解されるであろう。
【００６３】
ただ、受光レンズ２６には収差があるのが普通であるから、仮に受光レンズ２６と一次元ＣＣＤ２９の受光面２９ｂが平行で、かつ両者の距離が受光レンズの焦点距離ｆと完全に一致したとしても、図１６に示されるように、各組の平行光線の集光点は、厳密な意味では受光面２９ｂ上の一点に収束しない。『〜焦点距離ｆとほぼ一致〜』と表現したのは、このことを意識したためである。
【００６４】
図２に示されるセンサヘッド部２の大きな特徴の他の１つとしては、（１）ブリュースター角を入射角範囲に容易に含むことができる多入射角の分光エリプソメトリ方式を採用したこと、及び（２）回転移相子法を採用したこと、が挙げられる。
【００６５】
分光エリプソメトリ方式の薄膜計測装置では、ブリュースター角のときに、測定感度（ＲP／Ｒs）が最大になる（図１７参照）。つまり、ブリュースター角近傍では位相差Δ、振幅比ψの変化が激しく、Δおよびψの範囲も広範囲に及ぶ。また、多入射角としたことにより、単入射角のエリプソメータでは実現できなかった微少領域の計測が可能となった。すなわち、本実施形態における一次元ＣＣＤではスポット径の大小に関わらず画素ごとに入射角を分離して受光することができる。その結果、理論の入射角と実測の入射角を１対１に対応付けて処理することができ、理論と実測の誤差がなくなり正確な膜厚を算出することができるからである。また、本実施形態ではブリュースター角を入射角範囲に含み、かつ一括で計測することができるのも特徴の一つであり、これにより高感度・高速計測を可能にした。
【００６６】
さらに、ブリュースター角近傍ではΔおよびψの範囲が広範囲に及ぶことに加え、回転移相子法は回転検光子法などと違いＳ0〜Ｓ3までの全てのストークスパラメータを求めることができるため、どのような偏光状態でも精度よく測定できること、の２つの利点から、回転移相子法を採用したことにより、高精度な計測が可能となった。
【００６７】
図２に示されるセンサヘッド部２の大きな特徴のさらに他の１つとしては、（１）投光側光学系に移相子を配置したこと、及び（２）分光手段として干渉方式の分光素子（傾斜膜）を用いたこと、が挙げられる。
【００６８】
投光側光学系に移相子を配置した理由を以下に述べる。受光側光学系に移相子を配置し、距離バタツキがある場合を図１８に示す。今仮に、集光レンズ２５からの光束のうちで、入射角が最も離隔した２本の光線をＬ１，Ｌ２と定義する。また、基準高さＨｒｅｆにあるときの基板を符号５（薄膜を５ａ）、また距離バタツキにより下降したときの基板を符号５´（薄膜を５ａ´）とする。また、光線Ｌ１が基板５で反射されコリメートレンズ２６を通過した直後の光線を符号Ｌ１１、基板５´でコリメートレンズを通過した直後の光線をＬ１２とする。また、光線Ｌ２が基板５で反射されコリメートレンズ２６を通過した直後の光線をＬ２１、基板５´で反射されコリメートレンズを通過した直後の光線をＬ２２とする。また、光線Ｌ１１が移相子２４を通過した直後の光線をＬ１１'、光線Ｌ１２が移相子を通過した直後の光線をＬ１２'、光線Ｌ２１が移相子を通過した直後の光線をＬ２１'、光線Ｌ２２が移相子２４を通過した直後の光線をＬ２２'とする。
【００６９】
図１８より、光線Ｌ１２が移相子２４へ入射する角度θ１と光線Ｌ１１が移相子２４へ入射する角度θ２とは等しくないことが分かる。また、光線Ｌ２１が移相子へ入射する角度θ３と光線Ｌ２２が移相子２４へ入射する角度θ４も等しくないことが分かる。一般に移相子２４は、入射角依存性を持つため、光線Ｌ１１'と光線Ｌ１２'、光線Ｌ２１'と光線Ｌ２２'における偏光状態も異なってくる。よって、受光側光学系に移相子を配置した場合、距離バタツキに強い光学系は実現できないことが分かる。
【００７０】
受光側光学系に移相子を配置し、角度バタツキがある場合を図１９に示す。今仮に、集光レンズ２５からの光束のうちで、入射角が最も離隔した２本の光線をＬ１，Ｌ２と定義する。また、光線Ｌ１が基準角度Ａ１にあるときの基板５で反射されコリメートレンズ２６を通過した直後の光線をＬ１１とする。また、光線Ｌ１が角度Ａ２にあるときの基板５で反射されコリメートレンズ２６を通過した直後の光線をＬ１２、また、光線Ｌ２が基準角度Ａ１にあるときの基板５で反射されコリメートレンズ２６を通過した直後の光線をＬ２１とする。また、光線Ｌ２が角度Ａ２にあるときの基板５で反射されコリメートレンズ２６を通過した直後の光線をＬ２２とする。また、光線Ｌ１１が移相子２４を通過した直後の光線をＬ１１'、光線Ｌ１２が移相子２４を通過した直後の光線をＬ１２'、光線Ｌ２１が移相子２４を通過した直後の光線をＬ２１'、光線Ｌ２２が移相子２４を通過した直後の光線をＬ２２'とする。
【００７１】
図１９より明らかなように、光線Ｌ１２が移相子２４へ入射する角度θ１と光線Ｌ１１が移相子２４へ入射する角度θ２は等しいことが分かる。また、光線Ｌ２１が移相子２４へ入射する角度θ３と光線Ｌ２２が移相子２４へ入射する角度θ４も等しいことが分かる。一般に移相子２４は、入射角依存性を持つため、光線Ｌ１１'と光線Ｌ１２'、光線Ｌ２１'と光線Ｌ２２'における偏光状態も等しくなる。よって、受光側光学系に移相子を配置する場合、角度バタツキに強い光学系は実現できることが分かる。尚、図１９において２５ａはスリット板である。。上記から受光側光学系に移相子２４を配置する場合、角度バタツキに強い光学系は実現できるが、距離バタツキに強い光学系は実現できないことがわかる。
【００７２】
次に、投光側光学系に移相子を配置し、距離バタツキがある場合を図２０に示す。今仮に、偏光子２４からの光束のうちで、入射角が最も離隔した２本の光線をＬ１，Ｌ２と定義する。また、基準高さＨｒｅｆにあるときの基板を符号５（薄膜を５ａ）、また距離バタツキにより下降したときの基板を符号５´（薄膜を５ａ´）とする。
【００７３】
図２０より明らかなように、距離バタツキがない場合と距離バタツキがある場合とでは、光線Ｌ２から移相子２４への入射角θ１および光線Ｌ２から移相子２４への入射角θ２に変化はないことが分かる。その結果、移相子２４を通過した直後の偏光状態も変化しない。したがって、投光側光学系に移相子２４を配置する場合、距離バタツキに強い光学系を実現できることが分かる。
【００７４】
次に、投光側光学系に移相子２４を配置し、角度バタツキがある場合を図２１に示す。今仮に、偏光子２４からの光束のうちで、入射角が最も離隔した２本の光線をＬ１，Ｌ２と定義する。図２１より、角度バタツキがない場合と角度バタツキがある場合では、光線Ｌ１から移相子２４への入射角θ１および光線Ｌ２から移相子２４への入射角θ２に変化はないことが分かる。その結果、移相子２４を通過した直後の偏光状態も変化しない。したがって、投光側光学系に移相子２４を配置する場合、角度バタツキに強い光学系を実現できる。上記から投光側光学系に移相子２４を配置する場合、距離バタツキおよび角度バタツキの双方に強い光学系を実現できることがわかる。
【００７５】
次に、分光手段として干渉方式の分光素子（傾斜膜）を用いた理由を以下に述べる。すなわち、回折格子を利用した分光手段では、距離バタツキおよび角度バタツキの双方に強い光学系を実現することができず、加えて装置が大型になる。以下に、図２２〜２４を用い、回折格子を利用した分光手段では、距離バタツキおよび角度バタツキに強い光学系を実現できない理由を述べる。
【００７６】
図２２は受光側光学系に回折格子とレンズと一次元ＣＣＤに配置した図である。図において、２０１は測定対象、２０２はコリメータレンズ、２０３は回折格子、２０４は集光レンズ、２０５は一次元ＣＣＤである。このような構成によれば、光線ａと光線ｂは一次元ＣＣＤ２０５上の同じ位置に集光する。つまり、波長は分離して検出できるが、入射角は分離して検出できないことがわかる。
【００７７】
次に、受光側光学系に回折格子とシリンドリカルレンズとニ次元ＣＣＤを配置する場合を考える。図において、２０１は測定対象、２０２はコリメータレンズ、２０３は回折格子、２０６はシリンドリカルレンズ、２０７は二次元ＣＣＤである。図２３は角度バタツキがある場合、図２４は距離バタツキがある場合である。
【００７８】
まず、角度バタツキがある場合を考える。図２３に示すように、入射面に対し正面方向から見た場合には、回折格子２０３を通過する前の光はコリメート光になり、ニ次元ＣＣＤ２０７上での集光位置は平行移動するだけなので後述する第２実施形態と同じ手法で角度検知および補正が可能である。また、図２３に示すように、真上方向から見た場合には、ニ次元ＣＣＤ２０７で集光位置は変化しない。よって、波長および入射角を分離して検出することができ、角度バタツキに強い光学系を実現できる。
【００７９】
次に、距離バタツキがある場合を考える。図２４（ａ）に示すように、入射面に対し正面方向から見た場合には、ニ次元ＣＣＤ２０７上での集光位置は変化しないが、図２４（ｂ）に示すように、真上方向から見た場合には、回折格子２０３を通過する前の光はコリメート光でなくなくなるため、正確に分光することができなくなり、距離バタツキに強い光学系を実現することはできない。
【００８０】
したがって、一次元ＣＣＤを用いる場合でもニ次元ＣＣＤを用いる場合でも、角度バタツキに強い光学系は実現できるが、距離バタツキに強い光学系は実現できない。よって、回折格子を利用した分光手段では距離バタツキおよび角度バタツキに強い光学系を実現できないことがわかる。また、回折格子を利用した分光手段は装置が大型になることから、本発明では、距離バタツキおよび角度バタツキに強い光学系を実現でき、かつ小型化が可能な干渉方式の分光手段（傾斜膜）を採用した。
【００８１】
ここで、本発明で用いる傾斜膜について説明する。例えば、傾斜膜に対し波長４５０nmの光を入射し、ニ次元ＣＣＤで受光すると、受光波形は図２５のようになる。つまり、受光波形は波長分解能の誤差によりある程度の半値幅ｈを持つようになる。半値幅ｈは、最大受光量のの高さ（図ではライン）における幅を示す。図２５のように、傾斜膜の特性として半値幅ｈは波長特性を有する。その結果、理論値と実測値を対比し膜厚を求める際には、傾斜膜の波長分解能の誤差を解消する処理が必要となってくる。なお、この処理を半値幅補正と称す。
【００８２】
次に、図６及び図７に示すテーブルの作成方法を述べる。理論値の位相差Δ、振幅比ψの半値幅補正方法は次のようにして行なわれる。まず、以下の式（１０）〜（１２）を用いて，補正前のストークスパラメータＳ1，Ｓ2，Ｓ3を求める。なお、以下の式は、回転移相子法で用いられる一般的な式である。
【００８３】
Ｓ1 ＝ −cos 2ψ ・・・式（１０）
Ｓ2 ＝ sin 2ψcosΔ ・・・式（１１）
Ｓ3 ＝ −sin 2ψsinΔ ・・・式（１２）
補正前のＳ1，Ｓ2，Ｓ3に対して，図２５に示す傾斜膜の半値幅ｈと図２６に示すローレンツ関数ｆ（ｘ）により受光量データの注目波長αごとに重み付けを行う。以下に補正後Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3の算出式を式（１３）〜（１５）に示す。ここで、ｘは受光量データの任意の波長を示す。なお、ここではローレンツ関数を用いて傾斜膜の波長分解能の誤差を解消しているが、傾斜膜の波長分解能の誤差を解消する方法であればこれ以外でもよい。
【数３】
上記で求めた補正後のストークスパラメータＳ1，Ｓ2，Ｓ3から式（１０）〜（１２）より再び理論値の位相差Δ、振幅比ψを算出し、これをテーブルデータとして、メモリに格納する。半値幅補正をした結果を図２８に示す。
【００８４】
なお、本実施形態では以下の変形例がある。光源に白色光源以外のＬＥＤを用いることも可能である。複数のＬＥＤを用いることで、白色光源と同等の広い波長帯を実現することができ、光源としての寿命が大幅に伸び、本発明装置のメンテナンス性が上がり、よりインライン計測に有効となる。
【００８５】
次に、光電変換部アレイ手段に一次元ＣＣＤ以外の二次元ＣＣＤを用いる場合を考える。一次元ＣＣＤでは、図２９（ａ）に示すように入射角が変化すると必然的に波長も変化するのに対し、ニ次元ＣＣＤでは、図２９（ｂ）に示すように、入射角と波長がそれぞれ独立で変化する。つまり、一次元ＣＣＤ・ニ次元ＣＣＤ共に入射角および波長を分離して検出することが可能であるが、二次元ＣＣＤの場合さらに情報量が多くなりより高精細な計測が可能となる。
［第２実施形態］
【００８６】
次に、角度バタツキ対策が組み込まれたエリプソメトリ方式の薄膜計測装置の実施形態を図３０〜図３３を参照しつつ詳細に説明する。なお、本実施形態の全体を示す構成図および演算処理部３の電気的構成は第１実施形態に示したとおりである。
【００８７】
角度バタツキ対策が組み込まれたセンサヘッド部２の光学的構成が図３０に示されている。このセンサヘッド部２は、試料の膜厚測定点に対して、試料のブリュースター角を挟む広範囲の照射角度成分（図示例ではθ０〜θ１）を含む測定媒体光を照射するために、光源２１からの光をコリメート光にするコリメータレンズ２２と、コリメート光のある偏光成分だけを通過させる偏光子２３と、波長の４分の１だけ位相を遅らす移相子２４と、移相子２４を回転させる駆動手段２４ａと光源（図示例では白色光源）２１からの光を集光して基板（試料）５の薄膜５ａの膜厚測定点に照射する集光用レンズからなる「投光用光学系」と、媒体光の反射光をコリメート光にするコリメータレンズ（受光レンズ）２６とコリメート光のある偏光成分だけを通過させる検光子２７と傾斜膜２８と、多数の光電変換部を受光面上にアレイ状に配置してなる光電変換部アレイ手段（図示例では一次元ＣＣＤが相当）２９を含む「受光側光学系」と、を含んでいる。
【００８８】
さらに、投光側光学系には、測定媒体光に対して基準光軸に相当する特徴付けを行う特徴化手段（図示例ではエッジ整形手段として機能するスリット板２０のスリット２０ａが相当）が含まれており、また受光側光学系には、試料の膜厚計測点から到来する測定媒体光の反射光を受光してそれに含まれる基準光軸に相当する特徴を検出するための第２の光電変換手段（図示例では一次元ＣＣＤ２９そのものが相当）が含まれている。
【００８９】
さらに、演算処理部３には、第２の光電変換手段により検出された基準光軸に相当する特徴に基づいて、各光電変換部から得られる一連の受光量データに含まれる試料の角度バタツキによる誤差成分を修正する受光量データ修正手段が含まれている。
【００９０】
膜厚測定のための基本動作は次の通りである。光源２１から発せられた測定媒体光は、コリメータレンズ２２・偏光子２３・移相子２４を介し、集光レンズ２５の作用で測定対象である基板５上の薄膜５ａに集光して照射される。試料の膜厚測定点は、入射光のほぼ集光位置に置かれる。このとき、θ０〜θ１の範囲の連続した入射角成分を有する測定媒体光が試料へと入射されることになる。
【００９１】
集光レンズ２５を介して入射された測定媒体光は試料５で反射される。試料の膜厚測定点から到来する測定媒体光の反射光は、コリメータレンズ２６・検光子２７・傾斜膜２８を介し、受光レンズ２６の作用で一次元ＣＣＤ２９の受光面に導かれる。これにより、一次元ＣＣＤ２９からは各受光素子（画素）２９ａの受光量データをシリアルに並べたものに相当する一次元ＣＣＤ出力信号ｓ２が送出される。この一次元ＣＣＤ出力信号ｓ２に基づいて、入射角（θ０〜θ１）のそれぞれに応じた反射光強度分布が観測される。このとき観測される入射角のそれぞれに応じた反射光強度分布は、入射角および波長に応じた量である。そして、駆動手段（移相子）２４ａを角度ｘ°ずつ回転し順次一次元ＣＣＤデータを計測する。駆動手段（移相子）２４ａが半回転（１８０度）分回転したところで、これらを演算処理部３で処理することにより、実測値の位相差Δと振幅比ψを算出する。同時に、演算処理部３で理論値の位相差Δと振幅比ψを算出し、最後に、実測値と理論値を対比することで膜厚を求めることができる。なお、演算処理部３における膜厚測定のための詳細な処理については、第一実施形態で説明した通りである。
【００９２】
図３０に示されるセンサヘッド部２の大きな特徴は、（１）集光レンズの入射側にエッジ整形手段として機能するスリット板（スリット）２０が配置されて、入射光の断面がエッジ整形されて、基準光軸Ｌｒｅｆ０，Ｌｒｅｆ１が特徴づけられていること、（２）反射光の基準光軸Ｌｒｅｆ０′，Ｌｒｅｆ１′の到達点Ｐｒｅｆ０，Ｐｒｅｆ１が一次元ＣＣＤを介して検出されること、（３）検出された入射点Ｐｒｅｆ０，Ｐｒｅｆ１に基づいて、一次元ＣＣＤからの出力信号ｓ２に含まれる試料の角度バタツキによる誤差成分が修正されること、にある。
【００９３】
すなわち、投光光学系に配置されたエッジ整形手段としてのスリット板２０には、図３１（ａ）に示されるようにその中央部にスリット２０ａが形成されており、このスリットの長手方向の両端縁により入射角範囲（θ０〜θ１）が決定され、換言すれば、測定媒体光中に２本の基準光軸Ｌｒｅｆ０，Ｌｒｅｆ１が特徴付けされる。これらの２本の基準光軸Ｌｒｅｆ０，Ｌｒｅｆ１は、試料で反射されて反射光の基準光軸Ｌｒｅｆ０′，Ｌｒｅｆ１′となり、一次元ＣＣＤの受光面上の画素位置Ｐｒｅｆ０，Ｐｒｅｆ１に入射される。これら入射点の画素座標Ｒｒｅｆ０，Ｒｒｅｆ１は、一次元ＣＣＤ２９の出力信号ｓ２を例えば暗レベル相当のしきい値で二値化することで、容易に検出することができる。したがって、入射角範囲の両端（θ０とθ１）を一次元ＣＣＤ２９の各画素２９ａを介して観測し、基準位置からの画素位置のずれを見ることで、角度バタツキを検出し、かつ角度バタツキのない状態に戻すことができる。ここで基準位置とは、図３０においてＰｒｅｆ０，Ｐｒｅｆ１に示されるように、角度バタツキが存在しない状態で測定した画素位置のことである。
【００９４】
なお、この例では、エッジ整形手段（スリット板２０）は集光用レンズ近傍の光源側に配置されているが、レンズ近傍の基板側に配置しても同様の作用を得ることができる。
【００９５】
角度バタツキの検出方法及び補正方法についてさらに詳細に説明する。先に説明したように、この種のエリプソメトリ方式の薄膜計測装置において角度バタツキが生ずると、一次元ＣＣＤ２９を介して観測される波形の画素列方向両端が基準位置からずれる。この状態では演算処理部３で正常に波形処理を行うことができないため、これを膜厚測定のための演算処理に先立って補正する必要がある。
【００９６】
本発明者等の鋭意研究によれば、角度バタツキとそれに伴う測定条件の変動との間には、図３２に示される因果関係があることが知見された。
【００９７】
角度バタツキが生ずると、それに伴って試料の傾きもΔθだけ傾き、その結果、試料の法線はＬ０からＬ０′となる。すると、入射角もΔθずれることとなり、入射角範囲はθ０＋Δθ〜θ１＋Δθとなる。入射角がΔθずれると、一次元ＣＣＤで観測される光強度分布波形は、基準位置に対して２Δθだけずれた画素位置へと移動することとなり、一次元ＣＣＤにおいては、この入射角範囲θ０＋２Δθ〜θ１＋２Δθの画素位置にて光強度分布波形が観測される。
【００９８】
したがって、一次元ＣＣＤで観測された波形から、基準位置に対して波形が何度ずれているかを見ることで、試料が基準位置に対して何度傾いているかを測定することができる。例えば、観測された波形が、基準位置から２Δθずれていれば、試料はΔθだけ傾いていることになる。
【００９９】
次に、検出した波形を、角度バタツキのない状態に戻すには、観測された波形の入射角範囲を検出されたずれ角度２Δθに応じてΔθだけ戻す操作を演算処理部３で行えばよい。例えば、入射角度範囲θ０＋２Δθ〜θ１＋２Δθの画素位置で観測された波形は、入射角度範囲θ０＋Δθ〜θ１＋Δθの範囲に戻される。この方法で、一次元ＣＣＤで観測される光強度分布波形を角度バタツキのない状態に戻すことができる。この結果、角度バタツキがあっても、正常な膜厚測定が可能になる。
【０１００】
演算処理部３にて実行される角度修正処理を示すフローチャートが図３３に示されている。同図に示されるように、演算処理部３では、先ず、Ａ／Ｄ変換部３３より測定データＭ（θ）を取得し（ステップ３３０１）、次いで測定データＭ（θ）に基づいて前述のアルゴリズムにより波形ずれ量２Δθの算出を行い（ステップ３３０２）、最後に、観測された入射角範囲をΔθだけ戻す処理を実行することにより、角度修正を完了する。その後、先に図８に示した処理を実行することで、正確な膜厚測定が可能となる。
【０１０１】
なお、本実施形態においては、基準光軸特徴付けのためのエッジ整形手段としてスリット板２０を使用したが、これに代えて、図３１（ｂ）に示されるアパーチャ板２０′、図３１（ｃ）に示されるナイフエッジ板２０″等の他のエッジ整形手段を採用しても良い。なお、２０ａ′はアパーチャ、２０ａ″はナイフエッジである。
［第３実施形態］
【０１０２】
次に、距離バタツキ及び角度バタツキが組み込まれたエリプソメータの実施形態を、図３４〜図３７を参照しつつ詳細に説明する。なお、本実施形態の全体を示す構成図および演算処理部３の電気的構成は第一実施形態に示したとおりである。
【０１０３】
距離バタツキ及び角度バタツキの双方に対する対策が組み込まれたセンサヘッド部の光学的構成が図３４に示されている。同図に示されるように、このセンサヘッド部２は、試料の膜厚測定点に対して、試料のブリュースター角を挟む広範囲の照射角度成分（図示例ではθ０〜θ１）を含む測定媒体光を照射するために、光源２１からの光をコリメート光にするコリメータレンズ２２と、コリメート光のある偏光成分だけを通過させる偏光子２３と、波長の４分の１だけ位相を遅らす移相子２４と、移相子を回転させる駆動手段（図示せず）と、光源（図示例では白色光源）２１からの光を集光して基板（試料）５の薄膜の膜厚測定点に照射する集光用レンズ２５からなる「投光用光学系」と、媒体光の反射光をコリメート光にするコリメータレンズ（受光レンズ）２６とコリメート光のある偏光成分だけを通過させる検光子２７と傾斜膜２８と、多数の光電変換部を受光面上にアレイ状に配置してなる光電変換部アレイ手段（図示例では一次元ＣＣＤ２９が相当）を含む「受光側光学系」と、を含んでいる。加えて、受光側光学系に含まれるレンズ（レンズ２６）と光電変換部アレイ手段（一次元ＣＣＤ２９）の受光面との距離は、当該レンズの焦点距離（ｆ）とほぼ一致するように設定されている。
【０１０４】
また、投光側光学系には、測定媒体光に対して基準光軸に相当する特徴付けを行う特徴化手段（図ではエッジ整形手段として機能するスリット板２０が相当）が含まれており、受光側光学系には、試料の膜厚計測点から到来する測定媒体光の反射光を受光してそれに含まれる基準光軸に相当する特徴を検出するための第２の光電変換手段（図では一次元ＣＣＤ自体が相当）が含まれている。
【０１０５】
さらに、演算処理部３には、第２の光電変換手段により検出された基準光軸に相当する特徴に基づいて、各光電変換部から得られる一連の受光量データに含まれる試料の角度バタツキによる誤差成分を修正する受光量データ修正手段が含まれている。
【０１０６】
膜厚測定のための基本動作は次の通りである。光源２１から発せられた測定媒体光は、コリメータレンズ２２・偏光子２３・移相子２４を介し、集光レンズ２５の作用で測定対象である基板５上の薄膜５ａに集光して照射される。試料の膜厚測定点は、入射光のほぼ集光位置に置かれる。このとき、θ０〜θ１の範囲の連続した入射角成分を有する測定媒体光が試料へと入射されることになる。
【０１０７】
集光レンズ２５を介して入射された測定媒体光は試料５で反射される。試料５の膜厚測定点から到来する測定媒体光の反射光は、コリメータレンズ２６・検光子２７・傾斜膜２８を介し、受光レンズ２６の作用で一次元ＣＣＤ２９の受光面に導かれる。これにより、一次元ＣＣＤ２９からは各受光素子（画素）２９ａの受光量データをシリアルに並べたものに相当する一次元ＣＣＤ出力信号ｓ２が送出される。この一次元ＣＣＤ出力信号ｓ２に基づいて、入射角（θ０〜θ１）のそれぞれに応じた反射光強度分布が観測される。このとき観測される入射角のそれぞれに応じた反射光強度分布は、入射角および波長に応じた量である。そして、駆動手段（移相子）を角度ｘ°ずつ回転し順次一次元ＣＣＤデータを計測する。駆動手段（移相子）が半回転（１８０度）分回転したところで、これらを演算処理部３で処理することにより、実測値の位相差Δと振幅比ψを算出する。同時に、演算処理部３で理論値の位相差Δと振幅比ψを算出し、最後に、実測値と理論値を対比することで膜厚を求めることができる。なお、演算処理部３における膜厚測定のための詳細な処理については、第一実施形態で説明した通りである。
【０１０８】
図３４に示されるセンサヘッド部２の大きな特徴は、（１）受光レンズと一次元ＣＣＤの受光面とが平行であること、（２）受光レンズと一次元ＣＣＤの受光面との距離が、受光レンズの焦点距離ｆとほぼ一致していること、（３）集光レンズの入射側にエッジ整形手段として機能するスリット板（スリット）が配置されて、入射光の断面がエッジ整形されて、基準光軸Ｌｒｅｆ０，Ｌｒｅｆ１が特徴づけられていること、（４）反射光の基準光軸Ｌｒｅｆ０′，Ｌｒｅｆ１′の到達点が一次元ＣＣＤ２３を介して検出されること、（５）検出された反射光の基準光軸Ｌｒｅｆ０′，Ｌｒｅｆ１′の入射点と基準入射点Ｐｒｅｆ０，Ｐｒｅｆ１とに基づいて、一次元ＣＣＤからの出力信号ｓ２に含まれる試料の角度バタツキによる誤差成分が修正されること、にある。
【０１０９】
距離及び角度バタツキ対策を併用する場合の作用説明図（その１〜その３）が図３５〜図３７に示されている。先に、図１１〜図１５を参照して説明したように、（１）受光光学系に含まれる受光レンズと一次元ＣＣＤ２９の受光面とが平行であること、及び（２）受光レンズ２６と一次元ＣＣＤ２９の受光面との距離が、受光レンズ２６の焦点距離ｆとほぼ一致すること、なる条件が満たされる限り、受光レンズ２６に入射される平行光線は一次元ＣＣＤ２９の受光面上の一点に集光して入射される。
【０１１０】
ここで、図３５〜図３７を参照して明らかなように、ズレ角Δθが一定である限り距離バタツキの有無に拘わらず、各高さ位置（上昇位置、基準位置、下降位置）にある基板５″，５，５′からの３組の反射光（Ｌ１０，Ｌ１１，Ｌ１２），（Ｌ２０，Ｌ２１，Ｌ２２），（Ｌ３０，Ｌ３１，Ｌ３３）は、いずれの組においても互いに平行な関係を維持している。そのため、この実施形態にあっても、入射光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に対する反射光（Ｌ１０，Ｌ１１，Ｌ１２），（Ｌ２０，Ｌ２１，Ｌ２２），（Ｌ３０，Ｌ３１，Ｌ３３）は、一次元ＣＣＤ２３の受光面上の３点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に必ず集光されるから、距離バタツキによる影響の受けない光学系を実現することができる。
【０１１１】
一方、図３５〜図３７において、ズレ角Δθが変動した場合には、先に、図３２を参照して説明したように、一次元ＣＣＤ２９の受光面に入射する反射光の入射点は、法線Ｌ０から法線Ｌ０′へのズレ角（Δθ）に応じて画素列方向へと所定角度分（２Δθ）移動することとなる。先の例で説明したように、投光光学系に配置されたスリット板２０のスリット２０ａは、エッジ整形手段として機能して入射角範囲（θ０〜θ１）を規定しており、換言すれば、入射光中に基準光軸Ｌｒｅｆ０，Ｌｒｅｆ１を特徴づけている。これら基準光軸Ｌｒｅｆ０，Ｌｒｅｆ１の反射光の一次元ＣＣＤ２３への入射点Ｐｘ０，Ｐｘ１は、一次元ＣＣＤ２９の出力信号ｓ２から検出することができる。演算処理部３では、検出された入射点Ｐｘ０，Ｐｘ１と基準となる入射点Ｐｒｅｆ０，Ｐｒｅｆ１とのズレ角２θに基づいて、試料の実際のズレ角Δθを求め、観測波形を角度バタツキのない状態に戻す処理を実行する。
【０１１２】
したがって、この実施形態によれば、試料の距離バタツキ並びに角度バタツキに拘わらず試料の単層薄膜又は多層薄膜の膜厚、および／または、膜質を高精度に測定することが可能となる。殊に、この実施形態によれば、距離バタツキに関する補正は一次元ＣＣＤで観測された時点で既に完了しており、距離バタツキによる観測波形の変化は解消されている。したがって、観測波形が変化する要因は角度バタツキのみであり、演算処理部では角度バタツキに起因する誤差成分を補正する処理を実行するだけで済む。
【０１１３】
このように、距離バタツキ及び角度バタツキは互いに独立な過程で補正されるため、これら２種類のバタツキに起因する観測波形の変化を演算処理部で同一の過程で補正する場合のように、２つの補正処理が互いに競合して演算処理が収束しないと言った不都合は生じない。また、スポット径が大きくなっても、試料の距離バタツキ並びに角度バタツキの理論が成り立ち、距離バタツキ並びに角度バタツキに強い光学系が実現できることも特徴の一つである。
【０１１４】
その結果、この実施形態によれば、設置条件（距離／角度バタツキ）が緩和され、従来必要だったオートフォーカス機能、または測定前のステージのピント及び傾き調整が不要となる。同時に、装置の小型化も実現され、インライン計測に適した装置を提供することが可能となる。
［応用例］
【０１１５】
次に、第１実施形態〜第３実施形態のいずれかを利用したアプリケーション例を説明する。半導体製品やＦＰＤ等のような成膜プロセスを伴う製品の製造ライン内での適用例を図３８に示す。この適用方法によれば、まず、ライン上を流れる製品の上にセンサ（本発明装置）１０１を配置し、インラインで全製品に対しデータ収集を行い、パソコンなどのコンピュータ１０２にデータを転送する。次に、コンピュータ１０２内で転送されてきたデータをロギングし、ロギングしたデータを解析する。最後に、解析した結果を製造ライン内のプロセス装置１０３のコントローラ１０４にフィードバックすることによりプロセスを改善し歩留まりを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】エリプソメトリ法を用いた膜厚測定装置の全体を示す図である。
【図２】センサヘッド部の光学的構成を示す図である。
【図３】演算処理部の電気的構成を示す図である。
【図４】単層膜の場合の理論値の位相差Δと振幅比ψの算出法の説明図である。
【図５】多層膜の場合の理論値Δと振幅比ψの算出法の説明図である。
【図６】カーブフィッティング法に使用されるテーブル（その１）である。
【図７】カーブフィッティング法に使用されるテーブル（その２）である。
【図８】カーブフィッティング法を示すフローチャートである。
【図９】透明基板の場合の理論式算出の説明図である。
【図１０】距離バタツキ対策の作用説明図である。
【図１１】距離バタツキ対策の原理説明図である。
【図１２】距離バタツキ対策の作用説明図（光線Ｌ１）である。
【図１３】距離バタツキ対策の作用説明図（光線Ｌ３）である。
【図１４】距離バタツキ対策の作用説明図（光線Ｌ２）である。
【図１５】距離バタツキ対策の作用を受光用レンズの後段について示す説明図である。
【図１６】一次元ＣＣＤ受光部付近の集光状態を拡大して示す説明図である。
【図１７】入射角と測定感度（Ｒp／Ｒs）との関係を示すグラフである。
【図１８】受光側光学系に移相子を配置した場合の距離バタツキに対する作用説明図である。
【図１９】受光側光学系に移相子を配置した場合の角度バタツキに対する作用説明図である。
【図２０】投光側光学系に移相子を配置した場合の距離バタツキに対する作用説明図である。
【図２１】投光側光学系に移相子を配置した場合の角度バタツキに対する作用説明図である。
【図２２】受光側光学系に回折格子とレンズと一次元ＣＣＤとを配置した場合の作用説明図である。
【図２３】受光側光学系に回折格子とシリンドリカルレンズと二次元ＣＣＤとを配置した場合の作用説明図（角度バタツキあり）である。
【図２４】受光側光学系に回折格子とシリンドリカルレンズと二次元ＣＣＤとを配置した場合の作用説明図（距離バタツキあり）である。
【図２５】傾斜膜半値幅の波長特性を示すグラフである。
【図２６】ローレンツ関数を示すグラフである。
【図２７】ＣＣＤ受光量の波長特性を示すグラフである。
【図２８】位相差Δ及び振幅比ψの半値幅補正の結果を示すグラフである。
【図２９】ＣＣＤが受光する入射角と波長との関係を表にして示す図である。
【図３０】角度バタツキ対策が組み込まれたセンサヘッド部の光学的構成を示す図である。
【図３１】エッジ整形手段の説明図である。
【図３２】角度バタツキとそれに伴う測定条件の変動との関係の説明図である。
【図３３】角度修正処理を示すフローチャートである。
【図３４】距離バタツキと角度バタツキの双方に対する対策が組み込まれたセンサヘッド部の光学的構成を示す図である。
【図３５】距離及び角度バタツキ対策を併用する場合の作用説明図（その１）である。
【図３６】距離及び角度バタツキ対策を併用する場合の作用説明図（その２）である。
【図３７】距離及び角度バタツキ対策を併用する場合の作用説明図（その３）である。
【図３８】本発明に係る薄膜計測装置の応用例である。
【図３９】検光子を回転させる単入射角分光エリプソメータの概略構成図である。
【図４０】多入射角分光エリプソメトリーを用いたエリプソメータの概略構成図（その１）である。
【図４１】多入射角分光エリプソメトリーを用いたエリプソメータの概略構成図（その２）である。
【図４２】距離バタツキの説明図である。
【図４３】角度バタツキの説明図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１ 薄膜計測装置（エリプソメータ）
２ センサヘッド部
３ 演算処理部
４ ヒューマンマシンインタフェース
５ 試料
５ａ 薄膜
２０ スリット板
２１ 光源
２２ コリメータレンズ
２３ 偏光子
２４ 移相子
２４ａ 回転駆動手段
２５ 集光レンズ
２６ コリメータレンズ
２７ 検光子
２８ 傾斜膜
２９ 一次元ＣＣＤ
２９ａ 画素
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜の膜厚や膜質（光学定数や試料構造）をエリプソメトリ方式で計測する薄膜計測装置に係り、特にインライン計測に適した薄膜計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体プロセスにおいては、半導体基板の大型化やデザインルールの微細化に伴い、不良に対する莫大な損害の可能性や微妙な異常に対する管理の必要性が生じており、このことから検査の重要性がますます高まってきている。また、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＰＤＰ（Plasma Display Panel）、に代表されるＦＰＤ（Flat Panel Display）製造プロセスにおいても、ガラス基板の大型化が進む中で、大画面化・高精細化・高品位化が急速に進んでおり、高品質の製品を高歩留まりで生産するために、検査の重要性がますます高まってきている。
【０００３】
従来、この種の製造プロセスにおける検査は、大きくかつ高価な検査装置を用いて、オフライン計測にて行われていた。このオフライン計測は、製造プロセスの中から製品を抜き取り、離れたところにある膜厚測定装置まで運び、測定・確認を行うという一連の手順を通じて行われる。このようなオフライン計測では、測定した結果が管理基準から外れていた場合、その情報をフィードバックしてプロセスに反映・修正するまでに時間を要し、また抜き取りを行っていない製品については管理基準から外れているかの判定もできず、歩留まりを低下させるという問題があった。
【０００４】
そこで、例えば、成膜プロセス中（in-situ）又は成膜プロセス直後の製造ライン中に計測装置を組み込むことでインライン計測を実現し、製造プロセス中から製品を抜き取ることなく全数測定を行うことで、製品歩留まりを向上させたいというニーズが大きくなっている。
【０００５】
このようなインライン計測に適用可能な計測装置は、（１）従来のオフライン計測に使用される計測装置と同等の性能を有すること、（２）小型で高速データ取得が可能であること、（３）後述する設置条件（距離バタツキや角度バタツキ）にも強く、試料を固定するためのステージが不要であること、と言った諸条件が必要になってくる。
【０００６】
近年のデザインルールの微細化に伴い、半導体基板の絶縁膜等も薄くなり、数ｎｍの超薄膜の膜厚および膜質を検査する重要性がますます高まってきている。従来、測定の簡便さ、速度などの点から膜厚の測定には分光解析方式の膜厚計測装置が主に使われているが、例えばＳｉＯ2／Ｓｉ試料で１０ｎｍ（ＳｉＯ2）以下のものに関しては分光解析方式の膜厚計測装置では、安定した測定は困難とされる。そこで、エリプソメータ（偏光解析方式の薄膜計測装置）による膜厚測定が一般に行われている。また、物質の膜質（光学定数や試料構造）は広い波長領域で測定されたスペクトルが必要であり、分光エリプソメータが有利である。ここでいう膜質とは、屈折率、吸収係数、バンド構造、結晶構造などを示す。
［第１従来例］
【０００７】
検光子を回転させる従来の単入射角分光エリプソメータの構成図が図３９に示されている。同図に示すような分光エリプソメータでは、光源１１１からの光を、偏光状態を調整する偏光子１１２の光学素子を通過させることによって、直線偏光状態の入射光を形成し、試料１１６に照射する。試料１１６からの反射光の光路上に、偏光状態を調べるための検光子１１３、所定波長の光を選択するための分光器１１４、検出器１１５を設けて反射光の各波長について偏光状態を測定し、スペクトルを得る。最後に、演算部（図示せず）において理論と実測をフィッティングすることにより膜厚を算出する。なお、分光器１１４としては回折格子を利用したものが一般的である。
【０００８】
このような単入射角の分光エリプソメータにあっては、光学系と試料１１６との相対的な位置関係が僅かに変動しても、観測される反射光の強度分布波形が大きく変動し、計測できなくなる。ここでいう変動とは、後述する距離バタツキや角度バタツキを意味する。このような状況を解消しようとすると、測定したい試料を固定する専用のステージが必要になり、装置の設置条件が大幅に制限される。さらに、測定前には試料までの距離および傾斜の位置合わせをしなければならないため、ステージの調整に時間がかかる。その結果、計測時間が増大し、インラインでの計測は不可能になる。
【０００９】
加えて、単入射角のエリプソメータにあっては、（１）より精度を上げる場合、入射角を変えて複数回計測することが必要であり、高速に計測することができないこと、（２）回折格子を利用した分光器により構成されているので装置が大型になること、（３）微少領域を計測しようとすると、レンズなどを用いスポット径を小さくする必要があり、スポット径を小さくすると、複数の入射角におけるデータが計測されること、（４）単一の入射角として計測データを処理し、膜厚値を算出するため、実測では複数の入射角におけるデータを含むので、実測値と理論値で誤差が生じ精度が悪くなること、と言った欠点がある。それらの理由から、単入射角のエリプソメータ（薄膜計測装置）は、インライン計測には不適とされる。
［第２従来例］
【００１０】
複数の異なる入射角のデータを一括で計測することができる、従来の多入射角分光エリプソメトリー（仮称）を用いたエリプソメータの説明図が図４０及び図４１に示されている。このエリプソメータは特許文献１に記載されたものである。
【００１１】
図４０及び図４１を参照して、多入射角分光エリプソメータについて説明する。このエリプソメータは試料表面２に偏光光を向けるための照明手段と、表面で反射された光の偏光状態を解析するための解析手段とから構成されている。前記照明手段は単色光源１３０と集光レンズ１３４と偏光子１３６と1／４波長板１４０とを有している。解析手段は、角度視準スリット１４６、偏光分析器１５２、光検出器１５４および他の要素を有している。なお、角度視準スリットは正確な反射角Ａｒで測定すべき平面１２４から反射された光のみが光検出器に入射することを保証するもので、図４０におけるセンサ自体は単入射角および単色のエリプソメータである。
【００１２】
図４０におけるセンサを複数個用い、それぞれのセンサが異なる入射角になるように配置した実施形態を図４１に示す。異なる入射角のセンサを複数個配置することで、多入射角を実現できる。また、同様に、各センサの光源の波長に異なる波長を用いることで複数の異なる波長の偏光状態を一括で計測すること（分光）も可能である。
【００１３】
このように、図４１で示される多入射角分光エリプソメータにあっては、複数の異なる入射角および複数の異なる波長の光の偏光状態を一括で計測できるため、精度がよく高速計測が可能である。
【００１４】
しかし、このエリプソメータにあっても、第１従来例のそれと同様、測定したい試料を固定する専用のステージが必要になり、装置の設置条件が大幅に制限される。さらに、測定前には試料までの距離および傾斜の位置合わせをしなければならなくなるため、ステージの調整に時間がかかる。その結果、計測時間が増大し、インラインでの計測は不可能になる。
【００１５】
ここて゛、図４２を参照して、距離バタツキについて説明する。なお、図において、３０１は入射光束、３０２は反射光束、３１１は試料が基準高さ状態にあるときの反射光の強度分布波形、３１２は試料が上昇状態にあるときの反射光の強度分布波形、３１３は試料が下降状態にあるときの反射光の強度分布波形、３２１は一次元ＣＣＤやＬＥＤアレイ等の受光素子アレイ、３２２は基準高さ、３２３は対物レンズ、３２４は半導体製品やＦＤＰ等の試料、３２４ａは試料表面の薄膜である。
【００１６】
距離バタツキとは、光学系（例えば、対物レンズ３２３）と試料３２４との距離が変動する現象のことである。この距離バタツキが発生すると、受光素子アレイ３２１を介して観測される反射光の強度分布波形３１１のアレイ列方向の幅が変動するため、その強度分布波形に基づいて算出される薄膜の光学定数は誤ったものとなる。
【００１７】
同図（ｂ）に示されるように、試料３２４の上面が基準高さ３２２に一致する基準高さ状態においては、入射光束３０１の集光点は試料３２４の上面に一致して、入射光束３０１と反射光束３０２とは完全に重なり合うため、受光素子アレイ３２１の出力側においては、符号３１１で示される基準となるアレイ列方向幅を有する反射光の強度分布波形が観測される。
【００１８】
同図（ａ）に示されるように、試料３２４の上面が基準高さ３２２よりも上昇した上昇状態においては、入射光束３０１の集光点は試料３２４の上面よりも下方に位置して、入射光束３０１の輪郭よりも反射光束３０２の輪郭の方が小さくなるため、受光素子アレイ３２１の出力側においては、基準となる強度分布波形３１１よりも幅狭な反射光の強度分布波形３１２が観測される。
【００１９】
同図（ｃ）に示されるように、試料３２４の上面が基準高さ３２２よりも下降した下降状態においては、入射光束３０１の集光点は試料３２４の上面よりも上方に位置して、入射光束３０１の輪郭よりも反射光束３０２の輪郭の方が大きくなるため、受光素子アレイ３２１の出力側においては、基準となる強度分布波形３１１よりも幅広な反射光の強度分布波形３１３が観測される。
【００２０】
図４３を参照して、角度バタツキについて説明する。なお、図において、４０１は入射光束、４０２は反射光束、４１１は試料が基準角度（水平）状態にあるときの反射光の強度分布波形、４１２は試料が左下り傾斜状態にあるときの反射光の強度分布波形、４１３は試料が右下り傾斜状態にあるときの反射光の強度分布波形、４２１は一次元ＣＣＤやＬＥＤアレイ等の受光素子アレイ、４２２は基準角度（水平）、４２３は対物レンズ、４２４は半導体製品やＦＤＰ等の試料、４２４ａは試料表面の薄膜である。角度バタツキとは、光学系（例えば、対物レンズ４２３）の光軸と試料４２４とのなす角度が変動する現象のことである。この角度バタツキが生ずると、受光素子アレイ４２１を介して観測される反射光の強度分布波形４１１のアレイ列方向の位置が変動（シフト）するため、その強度分布波形に基づいて算出される薄膜の光学定数は誤ったものとなる。
【００２１】
同図（ｂ）に示されるように、試料４２４の上面が基準角度（水平）４２２に一致する基準角度（水平）状態においては、入射光束４０１の集光点は試料４２４の上面に一致して、入射光束４０１と反射光束４０２とは完全に同軸で重なり合うため、受光素子アレイ４２１の出力側においては、符号４１１で示されるアレイ列方向の幅並びに位置を有する反射光の強度分布波形が観測される。
【００２２】
同図（ａ）に示されるように、試料４２４の上面が基準角度（水平レベル）よりも左下りに傾斜した左下り傾斜状態においては、反射光束４０２の光軸は入射光束４０１の光軸よりも左に傾斜するため、受光素子アレイ４２１の出力側においては、基準となる強度分布波形４１１よりも左方向へとシフトされた強度分布波形４１２が観測される。
【００２３】
同図（ｃ）に示されるように、試料４２４の上面が基準角度（水平レベル）よりも右下りに傾斜した右下り傾斜状態においては、反射光束４０２の光軸は入射光束４０１の光軸よりも右に傾斜するため、受光素子アレイ４２１の出力側においては、基準となる強度分布波形４１１よりも右方向へとシフトされた強度分布波形４１３が観測される。
【特許文献１】特表平４−５０１１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
この発明は、従来のエリプソメータ（薄膜計測装置）における上述の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、例えば半導体製造プロセスやＦＰＤ製造プロセス等におけるインライン計測に好適なエリプソメトリ方式の薄膜計測装置を提供することにある。
【００２５】
この発明の、より具体的な目的とするところは、距離バタツキや角度バタツキに対する耐性を有し、高速計測・高精度計測・小型化を実現するエリプソメトリ方式を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明の薄膜計測装置は、試料表面に様々な照射角度成分を含む偏光光を照射する投光側光学系と、多数の光電変換部を受光面上にアレイ状に配置してなる光電変換部アレイ手段を含むと共に、試料からの反射光の入射角情報を保持し、偏光状態の変化を検出する機能を有する受光側光学系と、前記光電変換部アレイ手段の各光電変換部から得られる一連の受光量データに基づいて偏光解析により反射光の入射角に対応したＳ偏光とＰ偏光の位相差Δと振幅比ψの分布を算出し、実測波形と理論波形とのフィッティングにより膜厚、および／または、膜質を求める演算部を具備し、前記受光側光学系に含まれる前記レンズと前記光電変換部アレイ手段の前記受光面との距離は、当該レンズの焦点距離とほぼ一致するように設定されている、ことを特徴とするものである。
【００２７】
別の一面から見た本発明の薄膜計測装置は、試料表面に様々な照射角度成分を含む偏光光を照射する投光側光学系と、多数の光電変換部を受光面上にアレイ状に配置してなる光電変換部アレイ手段を含むと共に、試料からの反射光の入射角情報を保持し、偏光状態の変化を検出する機能を有する受光側光学系と、前記光電変換部アレイ手段の各光電変換部から得られる一連の受光量データに基づいて偏光解析により反射光の入射角に対応したＳ偏光とＰ偏光の位相差Δと振幅比ψの分布を算出し、実測波形と理論波形とのフィッティングにより膜厚、および／または、膜質を求める演算部を具備し、前記投光側光学系には、前記測定媒体光に対して基準光軸に相当する特徴付けを行う特徴化手段が含まれており、前記受光側光学系には、前記試料の膜厚又は膜質計測点から到来する測定媒体光の反射光を受光してそれに含まれる基準光軸に相当する特徴を検出するための第２の光電変換手段が含まれており、さらに前記演算手段には、前記第２の光電変換手段により検出された基準光軸に相当する特徴に基づいて、各光電変換部から得られる一連の受光量データに含まれる試料の角度バタツキによる誤差成分を修正する受光量データ修正手段が含まれている、ことを特徴とするものである。
【００２８】
レンズと受光面との距離に着目した本発明にあっても、投光側光学系には、測定媒体光に対して基準光軸に相当する特徴付けを行う特徴化手段が含まれており、受光側光学系には、試料の膜厚又は膜質計測点から到来する測定媒体光の反射光を受光してそれに含まれる基準光軸に相当する特徴を検出するための第２の光電変換手段が含まれており、さらに演算手段には、前記第２の光電変換手段により検出された基準光軸に相当する特徴に基づいて、各光電変換部から得られる一連の受光量データに含まれる試料の角度バタツキによる誤差成分を修正する受光量データ修正手段が含まれていてもよい。
【００２９】
本発明には以下に述べる種々の実施形態を含むことができる。すなわち、前記特徴化手段が前記測定媒体光の断面輪郭のうちで基準光軸に相当する部分をエッジ整形する断面輪郭整形手段であってもよい。また、前記断面輪郭整形手段には、スリット、アパーチャ、又はナイフエッジが少なくとも含まれていてもよい。また、試料上のスポット径が１ｍｍ以下であってもよい。また、投光側光学系の試料への照射角範囲内に試料基板のブリュースター角を含むものであってもよい。また、位相を遅らす機能を有する移相子を回転する機構を備えていてもよい。また、位相を遅らす機能を有する移相子を前記記載の投光側光学系に備えていてもよい。また、光源に白色光源を使用し、受光側光学系に分光素子を備えていてもよい。また、白色光源がＬＥＤ光源であってもよい。また、透過位置によって透過光波長を次第に変化させる光干渉式の分光素子を前記記載の受光側光学系に備えていてもよい。また、光電変換部アレイ手段として、ニ次元アレイ手段を用いてもよい。また、理論の位相差Δおよび振幅比ψを算出する演算部が、分光素子の波長分解能による誤差を解消する処理を含むものであってもよい。また、試料基板が透明基板の場合、演算部が試料基板の裏面からの反射した光を含む複素反射率の理論式により、理論の位相差Δおよび振幅比ψを算出する処理を含むものであってもよい。また、演算部が、試料基板が透明基板であるか不透明基板であるかを入力できる入力手段を有するものであってもよい。また、半導体製品やＦＰＤ等のような成膜プロセスを伴う製品の製造ラインに配置されてインラインで製品の膜厚又は膜質計測を行うようにしてもよい。また、半導体製品やＦＰＤ等のような成膜プロセスを伴う製品の製造ラインに配置されて、全数検査し、ロギングし解析した結果を製造ライン内の装置にフィードバックできるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の薄膜計測装置によれば、距離バタツキや角度バタツキに対する耐性を有し、高速計測、高精度計測、小型化が可能であるため、半導体製造プロセスやＦＰＤ製造プロセス等におけるインライン計測を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に、この発明に係るエリプソメトリ方式の薄膜計測装置の好適な実施の一形態を添付図面に従って詳細に説明する。
［第１実施形態］
【００３２】
本発明の多入射角分光エリプソメトリ法を用いた薄膜計測装置の全体を示す構成図が図１に示されている。同図に示されるように、この計測装置１は、センサヘッド部２と、演算処理部３と、モニタ・キーボード・マウス等のＨＭＩ（Human Machine Interface）部４とを含んでいる。なお、図において、５は試料（例えば半導体やＦＰＤ等）を構成する基板、５ａは基板５の表面に存在する測定対象薄膜である。
【００３３】
センサヘッド部２の光学的構成が図２に示されている。同図に示されるように、センサヘッド部２には、投光部制御信号ｓ１により発光状態が制御される光源２１と、光源２１からの測定媒体光をコリメート光にするコリメータレンズ２２と、コリメート光のある偏光成分だけを通過させる偏光子２３と、波長の４分の１だけ位相を遅らす移相子と、移相子を回転させる駆動手段２４ａと、光源２１（図示例では白色光源）からの光を集光して基板（試料）５の薄膜５ａの膜厚測定点に照射する集光用レンズ２５とからなる「投光用光学系」と、測定媒体光の反射光をコリメート光にするコリメータレンズ（受光レンズ）２６と、コリメート光のある偏光成分だけを通過させる検光子２７と、透過位置によって透過光波長を次第に変化させる光干渉式の分光素子（以下、傾斜膜と称す）２８と、多数の画素２９ａを受光面上にアレイ状に配置してなる一次元ＣＣＤ２９とを含む「受光側光学系」と、を含んでいる。
【００３４】
加えて、受光側光学系に含まれるレンズ（図示例では受光レンズ２６が相当）と一次元ＣＣＤ２９（光電変換部アレイ手段）の受光面との距離は、当該レンズの焦点距離（ｆ）とほぼ一致するように設定されている。尚、一次元ＣＣＤ２９の撮影動作は、一次元ＣＣＤ制御信号ｓ３により制御される。一次元ＣＣＤの各画素２９ａから得られる一連の受光量データは、一次元ＣＣＤ出力信号ｓ２として外部へ出力される。
【００３５】
演算処理部３の電気的構成が図３に示されている。同図に示されるように、演算処理部３は、投光部制御信号ｓ１を生成出力する投光部駆動回路３２と、一次元ＣＣＤ出力信号ｓ２をデジタル信号に変換するＡＤ変換部３３と、一次元ＣＣＤ制御信号ｓ３を生成出力するＣＣＤ駆動回路３４と、各種のシステムプログラムを格納したＲＯＭ３５と、ＨＭＩ部を構成するキーボードやマウスとのインタフェースとして機能する入出力部３６と、ＨＭＩ部を構成するディスプレイとのインタフェースとして機能する表示部３７と、それらの構成要素３２〜３７を統括制御すると共に、後述する膜厚測定演算等を実行するためのＣＰＵ３１とを含んで構成される。
【００３６】
膜厚測定のための基本動作は次の通りである。光源２１から発せられた測定媒体光は、コリメータレンズ２２・偏光子２３・移相子２４を介し、集光レンズ２５の作用で測定対象である基板５上の薄膜５ａに集光して照射される。試料の膜厚測定点は、入射光のほぼ集光位置に置かれる。このとき、θ０〜θ１の範囲の連続した入射角成分を有する測定媒体光が試料へと入射されることになる。
【００３７】
集光レンズ２５を介して入射された測定媒体光は試料で反射される。試料の膜厚測定点から到来する測定媒体光の反射光は、コリメータレンズ２６・検光子２７・傾斜膜２８を介し、受光レンズ２６の作用で一次元ＣＣＤ２９の受光面に導かれる。これにより、一次元ＣＣＤ２９からは各受光素子（画素）の受光量データをシリアルに並べたものに相当する一次元ＣＣＤ出力信号ｓ２が送出される。この一次元ＣＣＤ出力信号ｓ２に基づいて、入射角（θ０〜θ１）のそれぞれに応じた反射光強度分布が観測される。このとき観測される入射角のそれぞれに応じた反射光強度分布は、入射角および波長に応じた量である。そして、駆動手段２４ａの作用で（移相子）２４を角度ｘ°ずつ回転し順次一次元ＣＣＤデータを計測する。移相子２４が半回転（１８０度）分回転したところで、これらを演算処理部３で処理することにより、実測値の位相差Δと振幅比ψを算出する。同時に、演算処理部３で理論値の位相差Δと振幅比ψを算出し、最後に、実測値と理論値を対比することで膜厚を求めることができる。
【００３８】
実測値の位相差Δと振幅比ψの算出法を以下に述べる。回転移相子法では、一次元ＣＣＤで検出される光強度波形Ｉは一般的に以下の式で表される。
【００３９】
Ｉ＝Ｉ0（1＋α0cos2ωt＋α1sin2ωt＋α2cos4ωt＋α3sin4ωt）
ここでα0，α1，α2，α3は規格化フーリエ級数、ωtは移相子２４の回転角を示している。
【００４０】
また、規格化フーリエ級数とストークスパラメータＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３には一般的に以下の関係式がある。
【数１】
ここでＰは偏光子２３の方位角、Ａは検光子２７の方位角、φは移相子２４の位相差、λは波長を示す。
【００４１】
また、ストークスパラメータＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３と位相差Δおよび振幅比ψには一般的に以下の関係式がある。なお、ｐは偏光度を示す。
【数２】
上記に示した式（１）〜（８）より実測値の位相差Δおよび振幅比ψを算出することができる。
【００４２】
次に、理論値の位相差Δと振幅比ψの算出法を以下に述べる。例えば、図２（ａ）に示すように、Ｓｉ基板２０２上に成膜された酸化膜（ゲート酸化膜など）２０１の膜厚を測定する場合、上記のようにして、空気（屈折率＝Ｎ0）２００中から角度θ0で照射された楕円偏光状態の入射光は、酸化膜（屈折率＝Ｎ1）２０１表面で反射するとともに、そのほとんどは酸化膜２０１内に入射する。酸化膜２０１内に入射した光は、Ｓｉ基板２０２界面（基板面）（屈折率＝Ｎ2）で反射して酸化膜２０１内から空気２００中に戻り、酸化膜２０１表面での反射光と偏光干渉する。上記のような光について、それぞれｐ偏光成分とｓ偏光成分を計算し、それぞれの位相差Δと振幅比Ψから膜厚が算出される。
【００４３】
Ｓｉ基板２０２面での反射光のｐ偏光成分（ｒ1p）と、ｓ偏光成分（ｒ1s）は、それぞれ以下の式によって計算される。
【００４４】
ｒ1p＝（ｎ2 cos θ1−ｎ1 cos θ2）／（ｎ2 cos θ1＋ｎ1 cos θ2）
ｒ1s＝（ｎ1 cos θ1−ｎ2 cos θ2）／（ｎ1 cos θ1＋ｎ2 cos θ2）
【００４５】
また、検出される光のｐ偏光成分（ＲP）とｓ偏光成分（Ｒs）は、上記のｒ1p、ｒ1sと、酸化膜２０１面での反射光のｐ偏光成分（ｒ0p）と、ｓ偏光成分（ｒ0s）から、以下の式により偏光状態が計算される。
【００４６】
ＲP＝（ｒ0p＋ｒ1pexp（−２ｉδ））／（１＋ｒ0p・ｒ1pexp（−２ｉδ））
Ｒs＝（ｒ0s＋ｒ1sexp（−２ｉδ））／（１＋ｒ0s・ｒ1sexp（−２ｉδ））
但し（δ＝２πｎ1 dcos θ1／λ）
最終的に、
【００４７】
ＲP／Ｒs＝tan（Ψ）・exp（−ｉΔ） ・・・式（９）
を用いて、ΔとΨを各波長について計算することで、波長依存スペクトルが得られる。そして、酸化膜２０１の膜厚値dをパラメータとして実測スペクトルと、後述する傾斜膜の半値幅補正処理後の理論スペクトル（テーブルデータ）を比較することで、膜厚値dが算出できる。
【００４８】
さらに、図４では単層膜に限定してＲP、Ｒsを導出しているが、図６に示されるように、多層膜に対応した理論式も導出可能であり、多層膜の膜厚や屈折率測定も可能である。
【００４９】
演算処理部３のＣＰＵ３１における膜厚の計算処理法としては、カーブフィッティング法を利用することができる。カーブフィッティング法とは、予め計算してテーブルとして記憶しておいた各膜厚に対する後述する傾斜膜半値幅補正処理後の理論値の位相差Δ、振幅比ψの波形データ（テーブルデータ）と、測定した受光量データから算出した実測値の位相差Δ、振幅比ψの波形データとを比較し、最小自乗法により最も誤差の少ないデータを抽出し、その波形データの膜厚を測定対象となっている薄膜の膜厚とする方法である。膜厚の計算処理法としては、他にも極値探索法または位相差Δ、振幅比ψに重みづけをするような膜厚の計算方法を利用することも可能である。
【００５０】
あらかじめ、測定対象となる薄膜の屈折率、及び、を、キーボード等の入出力部から入力すると、演算部では、膜厚及び入射角の各値に対する位相差Δ、振幅比ψの値を演算し、これらを演算部内のメモリにテーブルとして保持する。このようなテーブルの例を、図６及び図７に示す。
【００５１】
次にカーブフィッティングの詳細を述べる。図８に示す処理フローにしたがって、カーブフィッティングが実行される。演算部はまず、Ａ／Ｄ変換よりデジタル化された測定データを取得し、実測値の位相差Δ_ex（θ）、振幅比ψ_ex（θ）を算出する（ステップ８０１）。まず膜厚ｄを最小膜厚ｄｘとし（ステップ８０２）、図６及び図７の理論テーブルを用いて、膜厚ｄ＝ｄｘにおける理論値の位相差Δdx（θ）、振幅比ψdx（θ）と実測値の位相差Δ_ex（θ）、振幅比ψ_ex（θ）との差の自乗
【００５２】
［Δ_ex（θ）−Δdx（θ）］２＋［ψ_ex（θ）−ψdx（θ）］２
を入射角範囲θpからθqまで、Δθ刻みで計算し、その和
評価式Ｐ（ｄ）＝Σ（［Δ_ex（θ）−Δdx（θ）］２
＋［ψ_ex（θ）−ψdx（θ）］２）
を求めて（ステップ８０３）、メモリ内に記憶しておく。なお、フィッティングにおける評価式Ｐ（ｄ）は理論値と実測値の差を表すものであればこれ以外でもよい。
【００５３】
このようにして、膜厚ｄが最大膜厚ｄｙに達するまで膜厚ｄの値を順次Δｄずつ増加させては（ステップ８０４）、そのときの膜厚における理論データと測定データの差の自乗和を求めて（ステップ８０３）メモリ内に記憶する。
【００５４】
こうして、最大膜厚ｄｙまで自乗和の計算が終了すると（ステップ８０５でＹＥＳの場合）、メモリに記憶しておいた膜厚範囲ｄｘ〜ｄｙにおける自乗和Ｐ(ｄｘ)〜Ｐ(ｄｘ)の中から最小の値をとる自乗和Ｐ(ｄｚ)を抽出し（ステップ８０６）、このときの膜厚ｄｚを測定膜厚とする（ステップ８０７）。
【００５５】
また、上記は不透明基板を想定し、基板の裏面からの反射は考慮していないが、透明基板では裏面からの反射を考慮する必要がある。このような場合には、図９のように、理論式も導出可能であり、この理論式を用いれば上記同様に、透明基板における多層膜の膜厚、および／または、膜質測定も可能である。ただし、図９中ｒは、図４で示す反射光ｒを示す。
【００５６】
図１２に示されるセンサヘッド部２の大きな特徴は、（１）受光レンズ２６と一次元ＣＣＤ２９の受光面とが平行であること、及び（２）受光レンズ２６と一次元ＣＣＤ２９の受光面との距離が、受光レンズの焦点距離ｆとほぼ一致していること、が挙げられる。換言すれば、受光レンズ２６に対して試料（基板５）側を前方、一次元ＣＣＤ２９側を後方と定義すれば、一次元ＣＣＤ２９の受光面の位置は受光レンズのほぼ後方焦点位置であると表現することができる。そして、このような配置によれば、距離バタツキの影響を受けない光学系を実現することができる。
【００５７】
距離バタツキ対策の作用説明図が図１０に示されている。今仮に、集光レンズ２２からの光束のうちで、入射角が最も離隔した２本の光線をＬ１，Ｌ２と定義する。また、基準高さＨｒｅｆにあるときの基板を符号５（薄膜を５ａ）、また距離バタツキにより下降したときの基板を符号５´（薄膜を５ａ´）とする。また、光線Ｌ１が基板５で反射された反射光線を符号Ｌ１１、基板５´で反射された反射光線をＬ１２とする。また、光線Ｌ２が基板５で反射された反射光線をＬ２１、基板５´で反射された反射光線をＬ２２とする。さらに、一次元ＣＣＤの受光面上における反射光線Ｌ１１，Ｌ１２の入射点をＰ１、反射光線Ｌ２１，Ｌ２２の入射点をＰ２とする。
【００５８】
すると、図から明らかなように、同一の入射光線Ｌ１，Ｌ２に関しては、距離バタツキにより基板が上下移動したとしても、対応する反射光（Ｌ１１，Ｌ１２），（Ｌ２１，Ｌ２２）については、一次元ＣＣＤ２３の受光面上の同一の入射点Ｐ１，Ｐ２に入射することが理解されるであろう。
【００５９】
上述の距離バタツキによる影響を解消する作用は、以下の原理に基づくものである。スネルの法則によれば、入射光の角度と試料の法線方向とが決定されれば、反射角は一意に決定されることが知られている。
【００６０】
図１１に示されるように、入射角θで試料に光線Ｌ１が入射している状況を考えると、このときに距離バタツキにより試料の上下変動ΔＬが生じたとしても、入射光線Ｌ１の角度θと試料の法線Ｌ０１，Ｌ０２，Ｌ０３，Ｌ０４の方向は変化しないから、反射角も変化しないことが判る。しかし、距離バタツキが生ずると、反射面の平行移動に伴い、反射する点がＰ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４の如く移動するため、反射光線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４も平行に移動する。
【００６１】
ここで、それぞれ異なる入射角θ１，θ２，θ３を有する３本の入射光線Ｌ１，Ｌ３，Ｌ２を想定する。このとき、距離バタツキ（基準高さの基板５，下降位置の基板５′、上昇位置の基板５″）が生ずると、図１２〜図１４に示されるように、各入射光線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３のそれぞれについて、平行な３本の反射光線（Ｌ１０，Ｌ１１，Ｌ１２），（Ｌ２０，Ｌ２１，Ｌ２２），（Ｌ３０，Ｌ３１，Ｌ３２）が生ずる。
【００６２】
先に述べたように、受光レンズ２６と一次元ＣＣＤ２９の受光面との距離は、受光レンズ２６の焦点距離ｆとほぼ一致させてあるため、図１５に示されるように、それら３組の平行光線（Ｌ１０，Ｌ１１，Ｌ１２），（Ｌ２０，Ｌ２１，Ｌ２２），（Ｌ３０，Ｌ３１，Ｌ３２）は、一次元ＣＣＤ２９の受光面上の３点であるＰ１，Ｐ２，Ｐ３に収束することになる。つまり、距離バタツキが生じたとしても、一次元ＣＣＤ２９の出力信号ｓ２を介して観測される波形の入射角（θ１〜θ３）に応じた反射光強度分布は変化しないので、正常な膜厚測定が可能になることが理解されるであろう。
【００６３】
ただ、受光レンズ２６には収差があるのが普通であるから、仮に受光レンズ２６と一次元ＣＣＤ２９の受光面２９ｂが平行で、かつ両者の距離が受光レンズの焦点距離ｆと完全に一致したとしても、図１６に示されるように、各組の平行光線の集光点は、厳密な意味では受光面２９ｂ上の一点に収束しない。『〜焦点距離ｆとほぼ一致〜』と表現したのは、このことを意識したためである。
【００６４】
図２に示されるセンサヘッド部２の大きな特徴の他の１つとしては、（１）ブリュースター角を入射角範囲に容易に含むことができる多入射角の分光エリプソメトリ方式を採用したこと、及び（２）回転移相子法を採用したこと、が挙げられる。
【００６５】
分光エリプソメトリ方式の薄膜計測装置では、ブリュースター角のときに、測定感度（ＲP／Ｒs）が最大になる（図１７参照）。つまり、ブリュースター角近傍では位相差Δ、振幅比ψの変化が激しく、Δおよびψの範囲も広範囲に及ぶ。また、多入射角としたことにより、単入射角のエリプソメータでは実現できなかった微少領域の計測が可能となった。すなわち、本実施形態における一次元ＣＣＤではスポット径の大小に関わらず画素ごとに入射角を分離して受光することができる。その結果、理論の入射角と実測の入射角を１対１に対応付けて処理することができ、理論と実測の誤差がなくなり正確な膜厚を算出することができるからである。また、本実施形態ではブリュースター角を入射角範囲に含み、かつ一括で計測することができるのも特徴の一つであり、これにより高感度・高速計測を可能にした。
【００６６】
さらに、ブリュースター角近傍ではΔおよびψの範囲が広範囲に及ぶことに加え、回転移相子法は回転検光子法などと違いＳ0〜Ｓ3までの全てのストークスパラメータを求めることができるため、どのような偏光状態でも精度よく測定できること、の２つの利点から、回転移相子法を採用したことにより、高精度な計測が可能となった。
【００６７】
図２に示されるセンサヘッド部２の大きな特徴のさらに他の１つとしては、（１）投光側光学系に移相子を配置したこと、及び（２）分光手段として干渉方式の分光素子（傾斜膜）を用いたこと、が挙げられる。
【００６８】
投光側光学系に移相子を配置した理由を以下に述べる。受光側光学系に移相子を配置し、距離バタツキがある場合を図１８に示す。今仮に、集光レンズ２５からの光束のうちで、入射角が最も離隔した２本の光線をＬ１，Ｌ２と定義する。また、基準高さＨｒｅｆにあるときの基板を符号５（薄膜を５ａ）、また距離バタツキにより下降したときの基板を符号５´（薄膜を５ａ´）とする。また、光線Ｌ１が基板５で反射されコリメートレンズ２６を通過した直後の光線を符号Ｌ１１、基板５´でコリメートレンズを通過した直後の光線をＬ１２とする。また、光線Ｌ２が基板５で反射されコリメートレンズ２６を通過した直後の光線をＬ２１、基板５´で反射されコリメートレンズを通過した直後の光線をＬ２２とする。また、光線Ｌ１１が移相子２４を通過した直後の光線をＬ１１'、光線Ｌ１２が移相子を通過した直後の光線をＬ１２'、光線Ｌ２１が移相子を通過した直後の光線をＬ２１'、光線Ｌ２２が移相子２４を通過した直後の光線をＬ２２'とする。
【００６９】
図１８より、光線Ｌ１２が移相子２４へ入射する角度θ１と光線Ｌ１１が移相子２４へ入射する角度θ２とは等しくないことが分かる。また、光線Ｌ２１が移相子へ入射する角度θ３と光線Ｌ２２が移相子２４へ入射する角度θ４も等しくないことが分かる。一般に移相子２４は、入射角依存性を持つため、光線Ｌ１１'と光線Ｌ１２'、光線Ｌ２１'と光線Ｌ２２'における偏光状態も異なってくる。よって、受光側光学系に移相子を配置した場合、距離バタツキに強い光学系は実現できないことが分かる。
【００７０】
受光側光学系に移相子を配置し、角度バタツキがある場合を図１９に示す。今仮に、集光レンズ２５からの光束のうちで、入射角が最も離隔した２本の光線をＬ１，Ｌ２と定義する。また、光線Ｌ１が基準角度Ａ１にあるときの基板５で反射されコリメートレンズ２６を通過した直後の光線をＬ１１とする。また、光線Ｌ１が角度Ａ２にあるときの基板５で反射されコリメートレンズ２６を通過した直後の光線をＬ１２、また、光線Ｌ２が基準角度Ａ１にあるときの基板５で反射されコリメートレンズ２６を通過した直後の光線をＬ２１とする。また、光線Ｌ２が角度Ａ２にあるときの基板５で反射されコリメートレンズ２６を通過した直後の光線をＬ２２とする。また、光線Ｌ１１が移相子２４を通過した直後の光線をＬ１１'、光線Ｌ１２が移相子２４を通過した直後の光線をＬ１２'、光線Ｌ２１が移相子２４を通過した直後の光線をＬ２１'、光線Ｌ２２が移相子２４を通過した直後の光線をＬ２２'とする。
【００７１】
図１９より明らかなように、光線Ｌ１２が移相子２４へ入射する角度θ１と光線Ｌ１１が移相子２４へ入射する角度θ２は等しいことが分かる。また、光線Ｌ２１が移相子２４へ入射する角度θ３と光線Ｌ２２が移相子２４へ入射する角度θ４も等しいことが分かる。一般に移相子２４は、入射角依存性を持つため、光線Ｌ１１'と光線Ｌ１２'、光線Ｌ２１'と光線Ｌ２２'における偏光状態も等しくなる。よって、受光側光学系に移相子を配置する場合、角度バタツキに強い光学系は実現できることが分かる。尚、図１９において２５ａはスリット板である。。上記から受光側光学系に移相子２４を配置する場合、角度バタツキに強い光学系は実現できるが、距離バタツキに強い光学系は実現できないことがわかる。
【００７２】
次に、投光側光学系に移相子を配置し、距離バタツキがある場合を図２０に示す。今仮に、偏光子２４からの光束のうちで、入射角が最も離隔した２本の光線をＬ１，Ｌ２と定義する。また、基準高さＨｒｅｆにあるときの基板を符号５（薄膜を５ａ）、また距離バタツキにより下降したときの基板を符号５´（薄膜を５ａ´）とする。
【００７３】
図２０より明らかなように、距離バタツキがない場合と距離バタツキがある場合とでは、光線Ｌ２から移相子２４への入射角θ１および光線Ｌ２から移相子２４への入射角θ２に変化はないことが分かる。その結果、移相子２４を通過した直後の偏光状態も変化しない。したがって、投光側光学系に移相子２４を配置する場合、距離バタツキに強い光学系を実現できることが分かる。
【００７４】
次に、投光側光学系に移相子２４を配置し、角度バタツキがある場合を図２１に示す。今仮に、偏光子２４からの光束のうちで、入射角が最も離隔した２本の光線をＬ１，Ｌ２と定義する。図２１より、角度バタツキがない場合と角度バタツキがある場合では、光線Ｌ１から移相子２４への入射角θ１および光線Ｌ２から移相子２４への入射角θ２に変化はないことが分かる。その結果、移相子２４を通過した直後の偏光状態も変化しない。したがって、投光側光学系に移相子２４を配置する場合、角度バタツキに強い光学系を実現できる。上記から投光側光学系に移相子２４を配置する場合、距離バタツキおよび角度バタツキの双方に強い光学系を実現できることがわかる。
【００７５】
次に、分光手段として干渉方式の分光素子（傾斜膜）を用いた理由を以下に述べる。すなわち、回折格子を利用した分光手段では、距離バタツキおよび角度バタツキの双方に強い光学系を実現することができず、加えて装置が大型になる。以下に、図２２〜２４を用い、回折格子を利用した分光手段では、距離バタツキおよび角度バタツキに強い光学系を実現できない理由を述べる。
【００７６】
図２２は受光側光学系に回折格子とレンズと一次元ＣＣＤに配置した図である。図において、２０１は測定対象、２０２はコリメータレンズ、２０３は回折格子、２０４は集光レンズ、２０５は一次元ＣＣＤである。このような構成によれば、光線ａと光線ｂは一次元ＣＣＤ２０５上の同じ位置に集光する。つまり、波長は分離して検出できるが、入射角は分離して検出できないことがわかる。
【００７７】
次に、受光側光学系に回折格子とシリンドリカルレンズとニ次元ＣＣＤを配置する場合を考える。図において、２０１は測定対象、２０２はコリメータレンズ、２０３は回折格子、２０６はシリンドリカルレンズ、２０７は二次元ＣＣＤである。図２３は角度バタツキがある場合、図２４は距離バタツキがある場合である。
【００７８】
まず、角度バタツキがある場合を考える。図２３に示すように、入射面に対し正面方向から見た場合には、回折格子２０３を通過する前の光はコリメート光になり、ニ次元ＣＣＤ２０７上での集光位置は平行移動するだけなので後述する第２実施形態と同じ手法で角度検知および補正が可能である。また、図２３に示すように、真上方向から見た場合には、ニ次元ＣＣＤ２０７で集光位置は変化しない。よって、波長および入射角を分離して検出することができ、角度バタツキに強い光学系を実現できる。
【００７９】
次に、距離バタツキがある場合を考える。図２４（ａ）に示すように、入射面に対し正面方向から見た場合には、ニ次元ＣＣＤ２０７上での集光位置は変化しないが、図２４（ｂ）に示すように、真上方向から見た場合には、回折格子２０３を通過する前の光はコリメート光でなくなくなるため、正確に分光することができなくなり、距離バタツキに強い光学系を実現することはできない。
【００８０】
したがって、一次元ＣＣＤを用いる場合でもニ次元ＣＣＤを用いる場合でも、角度バタツキに強い光学系は実現できるが、距離バタツキに強い光学系は実現できない。よって、回折格子を利用した分光手段では距離バタツキおよび角度バタツキに強い光学系を実現できないことがわかる。また、回折格子を利用した分光手段は装置が大型になることから、本発明では、距離バタツキおよび角度バタツキに強い光学系を実現でき、かつ小型化が可能な干渉方式の分光手段（傾斜膜）を採用した。
【００８１】
ここで、本発明で用いる傾斜膜について説明する。例えば、傾斜膜に対し波長４５０nmの光を入射し、ニ次元ＣＣＤで受光すると、受光波形は図２５のようになる。つまり、受光波形は波長分解能の誤差によりある程度の半値幅ｈを持つようになる。半値幅ｈは、最大受光量のの高さ（図ではライン）における幅を示す。図２５のように、傾斜膜の特性として半値幅ｈは波長特性を有する。その結果、理論値と実測値を対比し膜厚を求める際には、傾斜膜の波長分解能の誤差を解消する処理が必要となってくる。なお、この処理を半値幅補正と称す。
【００８２】
次に、図６及び図７に示すテーブルの作成方法を述べる。理論値の位相差Δ、振幅比ψの半値幅補正方法は次のようにして行なわれる。まず、以下の式（１０）〜（１２）を用いて，補正前のストークスパラメータＳ1，Ｓ2，Ｓ3を求める。なお、以下の式は、回転移相子法で用いられる一般的な式である。
【００８３】
Ｓ1 ＝ −cos 2ψ ・・・式（１０）
Ｓ2 ＝ sin 2ψcosΔ ・・・式（１１）
Ｓ3 ＝ −sin 2ψsinΔ ・・・式（１２）
補正前のＳ1，Ｓ2，Ｓ3に対して，図２５に示す傾斜膜の半値幅ｈと図２６に示すローレンツ関数ｆ（ｘ）により受光量データの注目波長αごとに重み付けを行う。以下に補正後Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3の算出式を式（１３）〜（１５）に示す。ここで、ｘは受光量データの任意の波長を示す。なお、ここではローレンツ関数を用いて傾斜膜の波長分解能の誤差を解消しているが、傾斜膜の波長分解能の誤差を解消する方法であればこれ以外でもよい。
【数３】
上記で求めた補正後のストークスパラメータＳ1，Ｓ2，Ｓ3から式（１０）〜（１２）より再び理論値の位相差Δ、振幅比ψを算出し、これをテーブルデータとして、メモリに格納する。半値幅補正をした結果を図２８に示す。
【００８４】
なお、本実施形態では以下の変形例がある。光源に白色光源以外のＬＥＤを用いることも可能である。複数のＬＥＤを用いることで、白色光源と同等の広い波長帯を実現することができ、光源としての寿命が大幅に伸び、本発明装置のメンテナンス性が上がり、よりインライン計測に有効となる。
【００８５】
次に、光電変換部アレイ手段に一次元ＣＣＤ以外の二次元ＣＣＤを用いる場合を考える。一次元ＣＣＤでは、図２９（ａ）に示すように入射角が変化すると必然的に波長も変化するのに対し、ニ次元ＣＣＤでは、図２９（ｂ）に示すように、入射角と波長がそれぞれ独立で変化する。つまり、一次元ＣＣＤ・ニ次元ＣＣＤ共に入射角および波長を分離して検出することが可能であるが、二次元ＣＣＤの場合さらに情報量が多くなりより高精細な計測が可能となる。
［第２実施形態］
【００８６】
次に、角度バタツキ対策が組み込まれたエリプソメトリ方式の薄膜計測装置の実施形態を図３０〜図３３を参照しつつ詳細に説明する。なお、本実施形態の全体を示す構成図および演算処理部３の電気的構成は第１実施形態に示したとおりである。
【００８７】
角度バタツキ対策が組み込まれたセンサヘッド部２の光学的構成が図３０に示されている。このセンサヘッド部２は、試料の膜厚測定点に対して、試料のブリュースター角を挟む広範囲の照射角度成分（図示例ではθ０〜θ１）を含む測定媒体光を照射するために、光源２１からの光をコリメート光にするコリメータレンズ２２と、コリメート光のある偏光成分だけを通過させる偏光子２３と、波長の４分の１だけ位相を遅らす移相子２４と、移相子２４を回転させる駆動手段２４ａと光源（図示例では白色光源）２１からの光を集光して基板（試料）５の薄膜５ａの膜厚測定点に照射する集光用レンズからなる「投光用光学系」と、媒体光の反射光をコリメート光にするコリメータレンズ（受光レンズ）２６とコリメート光のある偏光成分だけを通過させる検光子２７と傾斜膜２８と、多数の光電変換部を受光面上にアレイ状に配置してなる光電変換部アレイ手段（図示例では一次元ＣＣＤが相当）２９を含む「受光側光学系」と、を含んでいる。
【００８８】
さらに、投光側光学系には、測定媒体光に対して基準光軸に相当する特徴付けを行う特徴化手段（図示例ではエッジ整形手段として機能するスリット板２０のスリット２０ａが相当）が含まれており、また受光側光学系には、試料の膜厚計測点から到来する測定媒体光の反射光を受光してそれに含まれる基準光軸に相当する特徴を検出するための第２の光電変換手段（図示例では一次元ＣＣＤ２９そのものが相当）が含まれている。
【００８９】
さらに、演算処理部３には、第２の光電変換手段により検出された基準光軸に相当する特徴に基づいて、各光電変換部から得られる一連の受光量データに含まれる試料の角度バタツキによる誤差成分を修正する受光量データ修正手段が含まれている。
【００９０】
膜厚測定のための基本動作は次の通りである。光源２１から発せられた測定媒体光は、コリメータレンズ２２・偏光子２３・移相子２４を介し、集光レンズ２５の作用で測定対象である基板５上の薄膜５ａに集光して照射される。試料の膜厚測定点は、入射光のほぼ集光位置に置かれる。このとき、θ０〜θ１の範囲の連続した入射角成分を有する測定媒体光が試料へと入射されることになる。
【００９１】
集光レンズ２５を介して入射された測定媒体光は試料５で反射される。試料の膜厚測定点から到来する測定媒体光の反射光は、コリメータレンズ２６・検光子２７・傾斜膜２８を介し、受光レンズ２６の作用で一次元ＣＣＤ２９の受光面に導かれる。これにより、一次元ＣＣＤ２９からは各受光素子（画素）２９ａの受光量データをシリアルに並べたものに相当する一次元ＣＣＤ出力信号ｓ２が送出される。この一次元ＣＣＤ出力信号ｓ２に基づいて、入射角（θ０〜θ１）のそれぞれに応じた反射光強度分布が観測される。このとき観測される入射角のそれぞれに応じた反射光強度分布は、入射角および波長に応じた量である。そして、駆動手段（移相子）２４ａを角度ｘ°ずつ回転し順次一次元ＣＣＤデータを計測する。駆動手段（移相子）２４ａが半回転（１８０度）分回転したところで、これらを演算処理部３で処理することにより、実測値の位相差Δと振幅比ψを算出する。同時に、演算処理部３で理論値の位相差Δと振幅比ψを算出し、最後に、実測値と理論値を対比することで膜厚を求めることができる。なお、演算処理部３における膜厚測定のための詳細な処理については、第一実施形態で説明した通りである。
【００９２】
図３０に示されるセンサヘッド部２の大きな特徴は、（１）集光レンズの入射側にエッジ整形手段として機能するスリット板（スリット）２０が配置されて、入射光の断面がエッジ整形されて、基準光軸Ｌｒｅｆ０，Ｌｒｅｆ１が特徴づけられていること、（２）反射光の基準光軸Ｌｒｅｆ０′，Ｌｒｅｆ１′の到達点Ｐｒｅｆ０，Ｐｒｅｆ１が一次元ＣＣＤを介して検出されること、（３）検出された入射点Ｐｒｅｆ０，Ｐｒｅｆ１に基づいて、一次元ＣＣＤからの出力信号ｓ２に含まれる試料の角度バタツキによる誤差成分が修正されること、にある。
【００９３】
すなわち、投光光学系に配置されたエッジ整形手段としてのスリット板２０には、図３１（ａ）に示されるようにその中央部にスリット２０ａが形成されており、このスリットの長手方向の両端縁により入射角範囲（θ０〜θ１）が決定され、換言すれば、測定媒体光中に２本の基準光軸Ｌｒｅｆ０，Ｌｒｅｆ１が特徴付けされる。これらの２本の基準光軸Ｌｒｅｆ０，Ｌｒｅｆ１は、試料で反射されて反射光の基準光軸Ｌｒｅｆ０′，Ｌｒｅｆ１′となり、一次元ＣＣＤの受光面上の画素位置Ｐｒｅｆ０，Ｐｒｅｆ１に入射される。これら入射点の画素座標Ｒｒｅｆ０，Ｒｒｅｆ１は、一次元ＣＣＤ２９の出力信号ｓ２を例えば暗レベル相当のしきい値で二値化することで、容易に検出することができる。したがって、入射角範囲の両端（θ０とθ１）を一次元ＣＣＤ２９の各画素２９ａを介して観測し、基準位置からの画素位置のずれを見ることで、角度バタツキを検出し、かつ角度バタツキのない状態に戻すことができる。ここで基準位置とは、図３０においてＰｒｅｆ０，Ｐｒｅｆ１に示されるように、角度バタツキが存在しない状態で測定した画素位置のことである。
【００９４】
なお、この例では、エッジ整形手段（スリット板２０）は集光用レンズ近傍の光源側に配置されているが、レンズ近傍の基板側に配置しても同様の作用を得ることができる。
【００９５】
角度バタツキの検出方法及び補正方法についてさらに詳細に説明する。先に説明したように、この種のエリプソメトリ方式の薄膜計測装置において角度バタツキが生ずると、一次元ＣＣＤ２９を介して観測される波形の画素列方向両端が基準位置からずれる。この状態では演算処理部３で正常に波形処理を行うことができないため、これを膜厚測定のための演算処理に先立って補正する必要がある。
【００９６】
本発明者等の鋭意研究によれば、角度バタツキとそれに伴う測定条件の変動との間には、図３２に示される因果関係があることが知見された。
【００９７】
角度バタツキが生ずると、それに伴って試料の傾きもΔθだけ傾き、その結果、試料の法線はＬ０からＬ０′となる。すると、入射角もΔθずれることとなり、入射角範囲はθ０＋Δθ〜θ１＋Δθとなる。入射角がΔθずれると、一次元ＣＣＤで観測される光強度分布波形は、基準位置に対して２Δθだけずれた画素位置へと移動することとなり、一次元ＣＣＤにおいては、この入射角範囲θ０＋２Δθ〜θ１＋２Δθの画素位置にて光強度分布波形が観測される。
【００９８】
したがって、一次元ＣＣＤで観測された波形から、基準位置に対して波形が何度ずれているかを見ることで、試料が基準位置に対して何度傾いているかを測定することができる。例えば、観測された波形が、基準位置から２Δθずれていれば、試料はΔθだけ傾いていることになる。
【００９９】
次に、検出した波形を、角度バタツキのない状態に戻すには、観測された波形の入射角範囲を検出されたずれ角度２Δθに応じてΔθだけ戻す操作を演算処理部３で行えばよい。例えば、入射角度範囲θ０＋２Δθ〜θ１＋２Δθの画素位置で観測された波形は、入射角度範囲θ０＋Δθ〜θ１＋Δθの範囲に戻される。この方法で、一次元ＣＣＤで観測される光強度分布波形を角度バタツキのない状態に戻すことができる。この結果、角度バタツキがあっても、正常な膜厚測定が可能になる。
【０１００】
演算処理部３にて実行される角度修正処理を示すフローチャートが図３３に示されている。同図に示されるように、演算処理部３では、先ず、Ａ／Ｄ変換部３３より測定データＭ（θ）を取得し（ステップ３３０１）、次いで測定データＭ（θ）に基づいて前述のアルゴリズムにより波形ずれ量２Δθの算出を行い（ステップ３３０２）、最後に、観測された入射角範囲をΔθだけ戻す処理を実行することにより、角度修正を完了する。その後、先に図８に示した処理を実行することで、正確な膜厚測定が可能となる。
【０１０１】
なお、本実施形態においては、基準光軸特徴付けのためのエッジ整形手段としてスリット板２０を使用したが、これに代えて、図３１（ｂ）に示されるアパーチャ板２０′、図３１（ｃ）に示されるナイフエッジ板２０″等の他のエッジ整形手段を採用しても良い。なお、２０ａ′はアパーチャ、２０ａ″はナイフエッジである。
［第３実施形態］
【０１０２】
次に、距離バタツキ及び角度バタツキが組み込まれたエリプソメータの実施形態を、図３４〜図３７を参照しつつ詳細に説明する。なお、本実施形態の全体を示す構成図および演算処理部３の電気的構成は第一実施形態に示したとおりである。
【０１０３】
距離バタツキ及び角度バタツキの双方に対する対策が組み込まれたセンサヘッド部の光学的構成が図３４に示されている。同図に示されるように、このセンサヘッド部２は、試料の膜厚測定点に対して、試料のブリュースター角を挟む広範囲の照射角度成分（図示例ではθ０〜θ１）を含む測定媒体光を照射するために、光源２１からの光をコリメート光にするコリメータレンズ２２と、コリメート光のある偏光成分だけを通過させる偏光子２３と、波長の４分の１だけ位相を遅らす移相子２４と、移相子を回転させる駆動手段（図示せず）と、光源（図示例では白色光源）２１からの光を集光して基板（試料）５の薄膜の膜厚測定点に照射する集光用レンズ２５からなる「投光用光学系」と、媒体光の反射光をコリメート光にするコリメータレンズ（受光レンズ）２６とコリメート光のある偏光成分だけを通過させる検光子２７と傾斜膜２８と、多数の光電変換部を受光面上にアレイ状に配置してなる光電変換部アレイ手段（図示例では一次元ＣＣＤ２９が相当）を含む「受光側光学系」と、を含んでいる。加えて、受光側光学系に含まれるレンズ（レンズ２６）と光電変換部アレイ手段（一次元ＣＣＤ２９）の受光面との距離は、当該レンズの焦点距離（ｆ）とほぼ一致するように設定されている。
【０１０４】
また、投光側光学系には、測定媒体光に対して基準光軸に相当する特徴付けを行う特徴化手段（図ではエッジ整形手段として機能するスリット板２０が相当）が含まれており、受光側光学系には、試料の膜厚計測点から到来する測定媒体光の反射光を受光してそれに含まれる基準光軸に相当する特徴を検出するための第２の光電変換手段（図では一次元ＣＣＤ自体が相当）が含まれている。
【０１０５】
さらに、演算処理部３には、第２の光電変換手段により検出された基準光軸に相当する特徴に基づいて、各光電変換部から得られる一連の受光量データに含まれる試料の角度バタツキによる誤差成分を修正する受光量データ修正手段が含まれている。
【０１０６】
膜厚測定のための基本動作は次の通りである。光源２１から発せられた測定媒体光は、コリメータレンズ２２・偏光子２３・移相子２４を介し、集光レンズ２５の作用で測定対象である基板５上の薄膜５ａに集光して照射される。試料の膜厚測定点は、入射光のほぼ集光位置に置かれる。このとき、θ０〜θ１の範囲の連続した入射角成分を有する測定媒体光が試料へと入射されることになる。
【０１０７】
集光レンズ２５を介して入射された測定媒体光は試料５で反射される。試料５の膜厚測定点から到来する測定媒体光の反射光は、コリメータレンズ２６・検光子２７・傾斜膜２８を介し、受光レンズ２６の作用で一次元ＣＣＤ２９の受光面に導かれる。これにより、一次元ＣＣＤ２９からは各受光素子（画素）２９ａの受光量データをシリアルに並べたものに相当する一次元ＣＣＤ出力信号ｓ２が送出される。この一次元ＣＣＤ出力信号ｓ２に基づいて、入射角（θ０〜θ１）のそれぞれに応じた反射光強度分布が観測される。このとき観測される入射角のそれぞれに応じた反射光強度分布は、入射角および波長に応じた量である。そして、駆動手段（移相子）を角度ｘ°ずつ回転し順次一次元ＣＣＤデータを計測する。駆動手段（移相子）が半回転（１８０度）分回転したところで、これらを演算処理部３で処理することにより、実測値の位相差Δと振幅比ψを算出する。同時に、演算処理部３で理論値の位相差Δと振幅比ψを算出し、最後に、実測値と理論値を対比することで膜厚を求めることができる。なお、演算処理部３における膜厚測定のための詳細な処理については、第一実施形態で説明した通りである。
【０１０８】
図３４に示されるセンサヘッド部２の大きな特徴は、（１）受光レンズと一次元ＣＣＤの受光面とが平行であること、（２）受光レンズと一次元ＣＣＤの受光面との距離が、受光レンズの焦点距離ｆとほぼ一致していること、（３）集光レンズの入射側にエッジ整形手段として機能するスリット板（スリット）が配置されて、入射光の断面がエッジ整形されて、基準光軸Ｌｒｅｆ０，Ｌｒｅｆ１が特徴づけられていること、（４）反射光の基準光軸Ｌｒｅｆ０′，Ｌｒｅｆ１′の到達点が一次元ＣＣＤ２３を介して検出されること、（５）検出された反射光の基準光軸Ｌｒｅｆ０′，Ｌｒｅｆ１′の入射点と基準入射点Ｐｒｅｆ０，Ｐｒｅｆ１とに基づいて、一次元ＣＣＤからの出力信号ｓ２に含まれる試料の角度バタツキによる誤差成分が修正されること、にある。
【０１０９】
距離及び角度バタツキ対策を併用する場合の作用説明図（その１〜その３）が図３５〜図３７に示されている。先に、図１１〜図１５を参照して説明したように、（１）受光光学系に含まれる受光レンズと一次元ＣＣＤ２９の受光面とが平行であること、及び（２）受光レンズ２６と一次元ＣＣＤ２９の受光面との距離が、受光レンズ２６の焦点距離ｆとほぼ一致すること、なる条件が満たされる限り、受光レンズ２６に入射される平行光線は一次元ＣＣＤ２９の受光面上の一点に集光して入射される。
【０１１０】
ここで、図３５〜図３７を参照して明らかなように、ズレ角Δθが一定である限り距離バタツキの有無に拘わらず、各高さ位置（上昇位置、基準位置、下降位置）にある基板５″，５，５′からの３組の反射光（Ｌ１０，Ｌ１１，Ｌ１２），（Ｌ２０，Ｌ２１，Ｌ２２），（Ｌ３０，Ｌ３１，Ｌ３３）は、いずれの組においても互いに平行な関係を維持している。そのため、この実施形態にあっても、入射光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に対する反射光（Ｌ１０，Ｌ１１，Ｌ１２），（Ｌ２０，Ｌ２１，Ｌ２２），（Ｌ３０，Ｌ３１，Ｌ３３）は、一次元ＣＣＤ２３の受光面上の３点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に必ず集光されるから、距離バタツキによる影響の受けない光学系を実現することができる。
【０１１１】
一方、図３５〜図３７において、ズレ角Δθが変動した場合には、先に、図３２を参照して説明したように、一次元ＣＣＤ２９の受光面に入射する反射光の入射点は、法線Ｌ０から法線Ｌ０′へのズレ角（Δθ）に応じて画素列方向へと所定角度分（２Δθ）移動することとなる。先の例で説明したように、投光光学系に配置されたスリット板２０のスリット２０ａは、エッジ整形手段として機能して入射角範囲（θ０〜θ１）を規定しており、換言すれば、入射光中に基準光軸Ｌｒｅｆ０，Ｌｒｅｆ１を特徴づけている。これら基準光軸Ｌｒｅｆ０，Ｌｒｅｆ１の反射光の一次元ＣＣＤ２３への入射点Ｐｘ０，Ｐｘ１は、一次元ＣＣＤ２９の出力信号ｓ２から検出することができる。演算処理部３では、検出された入射点Ｐｘ０，Ｐｘ１と基準となる入射点Ｐｒｅｆ０，Ｐｒｅｆ１とのズレ角２θに基づいて、試料の実際のズレ角Δθを求め、観測波形を角度バタツキのない状態に戻す処理を実行する。
【０１１２】
したがって、この実施形態によれば、試料の距離バタツキ並びに角度バタツキに拘わらず試料の単層薄膜又は多層薄膜の膜厚、および／または、膜質を高精度に測定することが可能となる。殊に、この実施形態によれば、距離バタツキに関する補正は一次元ＣＣＤで観測された時点で既に完了しており、距離バタツキによる観測波形の変化は解消されている。したがって、観測波形が変化する要因は角度バタツキのみであり、演算処理部では角度バタツキに起因する誤差成分を補正する処理を実行するだけで済む。
【０１１３】
このように、距離バタツキ及び角度バタツキは互いに独立な過程で補正されるため、これら２種類のバタツキに起因する観測波形の変化を演算処理部で同一の過程で補正する場合のように、２つの補正処理が互いに競合して演算処理が収束しないと言った不都合は生じない。また、スポット径が大きくなっても、試料の距離バタツキ並びに角度バタツキの理論が成り立ち、距離バタツキ並びに角度バタツキに強い光学系が実現できることも特徴の一つである。
【０１１４】
その結果、この実施形態によれば、設置条件（距離／角度バタツキ）が緩和され、従来必要だったオートフォーカス機能、または測定前のステージのピント及び傾き調整が不要となる。同時に、装置の小型化も実現され、インライン計測に適した装置を提供することが可能となる。
［応用例］
【０１１５】
次に、第１実施形態〜第３実施形態のいずれかを利用したアプリケーション例を説明する。半導体製品やＦＰＤ等のような成膜プロセスを伴う製品の製造ライン内での適用例を図３８に示す。この適用方法によれば、まず、ライン上を流れる製品の上にセンサ（本発明装置）１０１を配置し、インラインで全製品に対しデータ収集を行い、パソコンなどのコンピュータ１０２にデータを転送する。次に、コンピュータ１０２内で転送されてきたデータをロギングし、ロギングしたデータを解析する。最後に、解析した結果を製造ライン内のプロセス装置１０３のコントローラ１０４にフィードバックすることによりプロセスを改善し歩留まりを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】エリプソメトリ法を用いた膜厚測定装置の全体を示す図である。
【図２】センサヘッド部の光学的構成を示す図である。
【図３】演算処理部の電気的構成を示す図である。
【図４】単層膜の場合の理論値の位相差Δと振幅比ψの算出法の説明図である。
【図５】多層膜の場合の理論値Δと振幅比ψの算出法の説明図である。
【図６】カーブフィッティング法に使用されるテーブル（その１）である。
【図７】カーブフィッティング法に使用されるテーブル（その２）である。
【図８】カーブフィッティング法を示すフローチャートである。
【図９】透明基板の場合の理論式算出の説明図である。
【図１０】距離バタツキ対策の作用説明図である。
【図１１】距離バタツキ対策の原理説明図である。
【図１２】距離バタツキ対策の作用説明図（光線Ｌ１）である。
【図１３】距離バタツキ対策の作用説明図（光線Ｌ３）である。
【図１４】距離バタツキ対策の作用説明図（光線Ｌ２）である。
【図１５】距離バタツキ対策の作用を受光用レンズの後段について示す説明図である。
【図１６】一次元ＣＣＤ受光部付近の集光状態を拡大して示す説明図である。
【図１７】入射角と測定感度（Ｒp／Ｒs）との関係を示すグラフである。
【図１８】受光側光学系に移相子を配置した場合の距離バタツキに対する作用説明図である。
【図１９】受光側光学系に移相子を配置した場合の角度バタツキに対する作用説明図である。
【図２０】投光側光学系に移相子を配置した場合の距離バタツキに対する作用説明図である。
【図２１】投光側光学系に移相子を配置した場合の角度バタツキに対する作用説明図である。
【図２２】受光側光学系に回折格子とレンズと一次元ＣＣＤとを配置した場合の作用説明図である。
【図２３】受光側光学系に回折格子とシリンドリカルレンズと二次元ＣＣＤとを配置した場合の作用説明図（角度バタツキあり）である。
【図２４】受光側光学系に回折格子とシリンドリカルレンズと二次元ＣＣＤとを配置した場合の作用説明図（距離バタツキあり）である。
【図２５】傾斜膜半値幅の波長特性を示すグラフである。
【図２６】ローレンツ関数を示すグラフである。
【図２７】ＣＣＤ受光量の波長特性を示すグラフである。
【図２８】位相差Δ及び振幅比ψの半値幅補正の結果を示すグラフである。
【図２９】ＣＣＤが受光する入射角と波長との関係を表にして示す図である。
【図３０】角度バタツキ対策が組み込まれたセンサヘッド部の光学的構成を示す図である。
【図３１】エッジ整形手段の説明図である。
【図３２】角度バタツキとそれに伴う測定条件の変動との関係の説明図である。
【図３３】角度修正処理を示すフローチャートである。
【図３４】距離バタツキと角度バタツキの双方に対する対策が組み込まれたセンサヘッド部の光学的構成を示す図である。
【図３５】距離及び角度バタツキ対策を併用する場合の作用説明図（その１）である。
【図３６】距離及び角度バタツキ対策を併用する場合の作用説明図（その２）である。
【図３７】距離及び角度バタツキ対策を併用する場合の作用説明図（その３）である。
【図３８】本発明に係る薄膜計測装置の応用例である。
【図３９】検光子を回転させる単入射角分光エリプソメータの概略構成図である。
【図４０】多入射角分光エリプソメトリーを用いたエリプソメータの概略構成図（その１）である。
【図４１】多入射角分光エリプソメトリーを用いたエリプソメータの概略構成図（その２）である。
【図４２】距離バタツキの説明図である。
【図４３】角度バタツキの説明図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１ 薄膜計測装置（エリプソメータ）
２ センサヘッド部
３ 演算処理部
４ ヒューマンマシンインタフェース
５ 試料
５ａ 薄膜
２０ スリット板
２１ 光源
２２ コリメータレンズ
２３ 偏光子
２４ 移相子
２４ａ 回転駆動手段
２５ 集光レンズ
２６ コリメータレンズ
２７ 検光子
２８ 傾斜膜
２９ 一次元ＣＣＤ
２９ａ 画素
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料表面に様々な照射角度成分を含む偏光光を照射する投光側光学系と、多数の光電変換部を受光面上にアレイ状に配置してなる光電変換部アレイ手段を含むと共に、試料からの反射光の入射角情報を保持し、偏光状態の変化を検出する機能を有する受光側光学系と、前記光電変換部アレイ手段の各光電変換部から得られる一連の受光量データに基づいて偏光解析により反射光の入射角に対応したＳ偏光とＰ偏光の位相差Δと振幅比ψの分布を算出し、実測波形と理論波形とのフィッティングにより膜厚、および／または、膜質を求める演算部を具備し、
前記受光側光学系に含まれる前記レンズと前記光電変換部アレイ手段の前記受光面との距離は、当該レンズの焦点距離とほぼ一致するように設定されている、ことを特徴とする薄膜計測装置。
【請求項２】
試料表面に様々な照射角度成分を含む偏光光を照射する投光側光学系と、多数の光電変換部を受光面上にアレイ状に配置してなる光電変換部アレイ手段を含むと共に、試料からの反射光の入射角情報を保持し、偏光状態の変化を検出する機能を有する受光側光学系と、前記光電変換部アレイ手段の各光電変換部から得られる一連の受光量データに基づいて偏光解析により反射光の入射角に対応したＳ偏光とＰ偏光の位相差Δと振幅比ψの分布を算出し、実測波形と理論波形とのフィッティングにより膜厚、および／または、膜質を求める演算部を具備し、
前記投光側光学系には、前記測定媒体光に対して基準光軸に相当する特徴付けを行う特徴化手段が含まれており、前記受光側光学系には、前記試料の膜厚又は膜質計測点から到来する測定媒体光の反射光を受光してそれに含まれる基準光軸に相当する特徴を検出するための第２の光電変換手段が含まれており、さらに前記演算手段には、前記第２の光電変換手段により検出された基準光軸に相当する特徴に基づいて、各光電変換部から得られる一連の受光量データに含まれる試料の角度バタツキによる誤差成分を修正する受光量データ修正手段が含まれている、ことを特徴とする薄膜計測装置。
【請求項３】
投光側光学系には、測定媒体光に対して基準光軸に相当する特徴付けを行う特徴化手段が含まれており、受光側光学系には、試料の膜厚又は膜質計測点から到来する測定媒体光の反射光を受光してそれに含まれる基準光軸に相当する特徴を検出するための第２の光電変換手段が含まれており、さらに演算手段には、前記第２の光電変換手段により検出された基準光軸に相当する特徴に基づいて、各光電変換部から得られる一連の受光量データに含まれる試料の角度バタツキによる誤差成分を修正する受光量データ修正手段が含まれている、ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜計測装置。
【請求項４】
前記特徴化手段が前記測定媒体光の断面輪郭のうちで基準光軸に相当する部分をエッジ整形する断面輪郭整形手段である、ことを特徴とする請求項２〜３のいずれかに記載の薄膜計測装置。
【請求項５】
前記断面輪郭整形手段には、スリット、アパーチャ、又はナイフエッジが少なくとも含まれる、ことを特徴とする請求項４に記載の薄膜計測装置。
【請求項６】
試料上のスポット径が１ｍｍ以下である、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の薄膜計測装置。
【請求項７】
投光側光学系の試料への照射角範囲内に試料基板のブリュースター角を含む、ことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の薄膜計測装置。
【請求項８】
位相を遅らす機能を有する移相子を回転する機構を備える、ことを特徴とした請求項１〜７のいずれかに記載の薄膜計測装置。
【請求項９】
位相を遅らす機能を有する移相子を前記記載の投光側光学系に備える、ことを特徴とした、請求項８に記載の薄膜計測装置。
【請求項１０】
光源に白色光源を使用し、受光側光学系に分光素子を備える、ことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の薄膜計測装置。
【請求項１１】
前記記載の白色光源がＬＥＤ光源である、ことを特徴とする請求項１０に記載の薄膜計測装置。
【請求項１２】
透過位置によって透過光波長を次第に変化させる光干渉式の分光素子を前記記載の受光側光学系に備える、ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の薄膜計測装置。
【請求項１３】
光電変換部アレイ手段として、ニ次元アレイ手段を用いる、ことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の薄膜計測装置。
【請求項１４】
理論の位相差Δおよび振幅比ψを算出する演算部が、分光素子の波長分解能による誤差を解消する処理を含む、ことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の薄膜計測装置。
【請求項１５】
試料基板が透明基板の場合、演算部が試料基板の裏面からの反射した光を含む複素反射率の理論式により、理論の位相差Δおよび振幅比ψを算出する処理を含む、ことを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の薄膜計測装置。
【請求項１６】
演算部が、試料基板が透明基板であるか不透明基板であるかを入力できる入力手段を有する、ことを特徴とする請求項１５に記載の薄膜計測装置。
【請求項１７】
半導体製品やＦＰＤ等のような成膜プロセスを伴う製品の製造ラインに配置されてインラインで製品の膜厚又は膜質計測を行う、ことを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の薄膜計測装置。
【請求項１８】
半導体製品やＦＰＤ等のような成膜プロセスを伴う製品の製造ラインに配置されて、全数検査し、ロギングし解析した結果を製造ライン内の装置にフィードバックできる、ことを特徴とする請求項１７に記載の薄膜計測装置。
【請求項１】
試料表面に様々な照射角度成分を含む偏光光を照射する投光側光学系と、多数の光電変換部を受光面上にアレイ状に配置してなる光電変換部アレイ手段を含むと共に、試料からの反射光の入射角情報を保持し、偏光状態の変化を検出する機能を有する受光側光学系と、前記光電変換部アレイ手段の各光電変換部から得られる一連の受光量データに基づいて偏光解析により反射光の入射角に対応したＳ偏光とＰ偏光の位相差Δと振幅比ψの分布を算出し、実測波形と理論波形とのフィッティングにより膜厚、および／または、膜質を求める演算部を具備し、
前記受光側光学系に含まれる前記レンズと前記光電変換部アレイ手段の前記受光面との距離は、当該レンズの焦点距離とほぼ一致するように設定されている、ことを特徴とする薄膜計測装置。
【請求項２】
試料表面に様々な照射角度成分を含む偏光光を照射する投光側光学系と、多数の光電変換部を受光面上にアレイ状に配置してなる光電変換部アレイ手段を含むと共に、試料からの反射光の入射角情報を保持し、偏光状態の変化を検出する機能を有する受光側光学系と、前記光電変換部アレイ手段の各光電変換部から得られる一連の受光量データに基づいて偏光解析により反射光の入射角に対応したＳ偏光とＰ偏光の位相差Δと振幅比ψの分布を算出し、実測波形と理論波形とのフィッティングにより膜厚、および／または、膜質を求める演算部を具備し、
前記投光側光学系には、前記測定媒体光に対して基準光軸に相当する特徴付けを行う特徴化手段が含まれており、前記受光側光学系には、前記試料の膜厚又は膜質計測点から到来する測定媒体光の反射光を受光してそれに含まれる基準光軸に相当する特徴を検出するための第２の光電変換手段が含まれており、さらに前記演算手段には、前記第２の光電変換手段により検出された基準光軸に相当する特徴に基づいて、各光電変換部から得られる一連の受光量データに含まれる試料の角度バタツキによる誤差成分を修正する受光量データ修正手段が含まれている、ことを特徴とする薄膜計測装置。
【請求項３】
投光側光学系には、測定媒体光に対して基準光軸に相当する特徴付けを行う特徴化手段が含まれており、受光側光学系には、試料の膜厚又は膜質計測点から到来する測定媒体光の反射光を受光してそれに含まれる基準光軸に相当する特徴を検出するための第２の光電変換手段が含まれており、さらに演算手段には、前記第２の光電変換手段により検出された基準光軸に相当する特徴に基づいて、各光電変換部から得られる一連の受光量データに含まれる試料の角度バタツキによる誤差成分を修正する受光量データ修正手段が含まれている、ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜計測装置。
【請求項４】
前記特徴化手段が前記測定媒体光の断面輪郭のうちで基準光軸に相当する部分をエッジ整形する断面輪郭整形手段である、ことを特徴とする請求項２〜３のいずれかに記載の薄膜計測装置。
【請求項５】
前記断面輪郭整形手段には、スリット、アパーチャ、又はナイフエッジが少なくとも含まれる、ことを特徴とする請求項４に記載の薄膜計測装置。
【請求項６】
試料上のスポット径が１ｍｍ以下である、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の薄膜計測装置。
【請求項７】
投光側光学系の試料への照射角範囲内に試料基板のブリュースター角を含む、ことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の薄膜計測装置。
【請求項８】
位相を遅らす機能を有する移相子を回転する機構を備える、ことを特徴とした請求項１〜７のいずれかに記載の薄膜計測装置。
【請求項９】
位相を遅らす機能を有する移相子を前記記載の投光側光学系に備える、ことを特徴とした、請求項８に記載の薄膜計測装置。
【請求項１０】
光源に白色光源を使用し、受光側光学系に分光素子を備える、ことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の薄膜計測装置。
【請求項１１】
前記記載の白色光源がＬＥＤ光源である、ことを特徴とする請求項１０に記載の薄膜計測装置。
【請求項１２】
透過位置によって透過光波長を次第に変化させる光干渉式の分光素子を前記記載の受光側光学系に備える、ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の薄膜計測装置。
【請求項１３】
光電変換部アレイ手段として、ニ次元アレイ手段を用いる、ことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の薄膜計測装置。
【請求項１４】
理論の位相差Δおよび振幅比ψを算出する演算部が、分光素子の波長分解能による誤差を解消する処理を含む、ことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の薄膜計測装置。
【請求項１５】
試料基板が透明基板の場合、演算部が試料基板の裏面からの反射した光を含む複素反射率の理論式により、理論の位相差Δおよび振幅比ψを算出する処理を含む、ことを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の薄膜計測装置。
【請求項１６】
演算部が、試料基板が透明基板であるか不透明基板であるかを入力できる入力手段を有する、ことを特徴とする請求項１５に記載の薄膜計測装置。
【請求項１７】
半導体製品やＦＰＤ等のような成膜プロセスを伴う製品の製造ラインに配置されてインラインで製品の膜厚又は膜質計測を行う、ことを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の薄膜計測装置。
【請求項１８】
半導体製品やＦＰＤ等のような成膜プロセスを伴う製品の製造ラインに配置されて、全数検査し、ロギングし解析した結果を製造ライン内の装置にフィードバックできる、ことを特徴とする請求項１７に記載の薄膜計測装置。
【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１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【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２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【公開番号】特開２００６−７１３８１（Ｐ２００６−７１３８１Ａ）
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２５３５７４（Ｐ２００４−２５３５７４）
【出願日】平成１６年８月３１日（２００４．８．３１）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月３１日（２００４．８．３１）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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