JP7690648B2 - 膜厚測定装置及び膜厚測定方法 - Google Patents

Description

本発明の一態様は、膜厚測定装置及び膜厚測定方法に関する。

例えば半導体の製造装置等においては、ウエハ面に均一に成膜することが重要である。膜厚値の面内均一性が悪い場合には、配線不良やボイド等の故障要因が生じ、歩留まりが悪化してしまう。この場合、プロセス時間及び材料が増えることによって、生産性が悪化することが問題となる。このため、半導体の製造装置等においては、通常、ポイントセンサ又はラインスキャン（例えば特許文献１参照）等によって膜厚を測定し、所望の膜厚分布になっているか否かを判定している。

特開２０１８－２０５１３２

ここで、上述したポイントセンサ又はラインスキャン等によって膜厚を測定する方法では、測定時間が長くなることが問題となる。

本発明の一態様は上記実情に鑑みてなされたものであり、膜厚を高速に測定することができる膜厚測定装置及び膜厚測定方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る膜厚測定装置は、対象物に対して面状に光を照射する光照射部と、所定の波長域において波長に応じて透過率及び反射率が変化し、対象物からの光を透過及び反射することにより分離する光学素子と、光学素子によって分離された光を撮像する撮像部と、光を撮像した撮像部からの信号に基づいて対象物の膜厚を推定する解析部と、を備え、光照射部は、光学素子の所定の波長域に含まれる波長の光を照射する。

本発明の一態様に係る膜厚測定装置では、対象物に対して面状に、光学素子の所定の波長域に含まれる波長の光が照射される。そして、本膜厚測定装置では、光学素子が、対象物からの光を透過及び反射することにより分離する。ここで、光学素子は、所定の波長域において波長に応じて透過率及び反射率が変化する。そのため、光学素子において分離される光における透過される割合と反射される割合とは、波長に応じて変化することとなる。そして、分離された光が撮像部において撮像されることにより、透過光の割合と反射光の割合が特定可能となり、その結果、波長が特定可能となる。さらに、解析部において、撮像部からの信号に基づき対象物の膜厚が推定される。波長を示す情報に基づいて膜厚が推定可能であるところ、上述したように、撮像部における撮像結果から波長が特定されるため、当該波長の情報を含む信号（撮像部からの信号）が考慮されることによって、対象物の膜厚を高精度に推定することができる。そして、本膜厚測定装置では、対象物に対して面状に光が照射されて、対象物からの光に応じて対象物の面内の膜厚が同時に推定されるため、ポイントセンサ又はラインスキャン等によって光の照射範囲が変更されながら面内の膜厚が推定される場合と比較して、面内の膜厚分布を高速に推定することができる。以上のように、本発明の一態様に係る膜厚測定装置によれば、対象物の膜厚を高速に測定することができる。

上記膜厚測定装置において、解析部は、撮像部における画素毎の波長情報に基づいて各画素に対応する膜厚を推定してもよい。このような構成によれば、対象物の照射面における膜厚分布をより詳細に（画素毎に）推定することができる。

上記膜厚測定装置において、解析部は、対象物に照射される光の角度を更に考慮して、膜厚を推定してもよい。対象物に照射される光の角度が変わると光路が変わるため、波長のみの情報からは高精度に膜厚が推定できない場合がある。この点、対象物に照射される光の角度がさらに考慮されることによって、実際の光路に応じて、より高精度に膜厚を推定することができる。

上記膜厚測定装置において、光照射部は、対象物に対して拡散光を照射してもよい。これにより、対象物の表面に対して均一的に光を照射することができる。

上記膜厚測定装置において、光照射部は、拡散光を生成する導光板を有していてもよい。これにより、コンパクトな構成で、対象物の表面に対して均一的に光を照射することができる。

上記膜厚測定装置は、光学素子及び撮像部の間に配置されたバンドパスフィルタを更に備えていてもよい。これにより、所望の波長範囲外の光を取り除くことができ、膜厚推定の精度を向上させることができる。

本発明の一態様に係る膜厚測定方法は、対象物に対して面状に光を照射する第１工程と、所定の波長域において波長に応じて透過率及び反射率が変化し対象物からの光を透過及び反射することにより分離する光学素子によって分離された光を撮像する第２工程と、撮像結果に基づいて波長を導出し、該波長に基づいて対象物の膜厚を推定する第３工程と、を含む。このような膜厚測定方法によれば、上述した膜厚測定装置と同様に、対象物の膜厚を高速に測定することができる。

本発明の一態様に係る膜厚測定装置によれば、対象物の膜厚を高速に測定することができる。

本発明の実施形態に膜厚測定装置を模式的に示した図である。 光源の一例を模式的に示す図であり、図２（ａ）はフラットドーム照明、図２（ｂ）はドーム照明を示している。 ダイクロイックミラーの特性と光源から出射される光の波長との関係を説明する図である。 光のスペクトル及び傾斜ダイクロイックミラーの特性を説明する図である。 透過光量及び反射光量に応じた波長シフトを説明する図である。 波長と膜厚との関係を示す図である。 膜厚測定の原理を説明する図である。 カメラシステムに対する光の入射角の違いを説明する図である。 膜厚測定値の補正を説明する図である。 本実施形態に係る膜厚測定装置と比較例との比較結果を示す図である。 変形例に係る膜厚測定装置を説明する図である。 変形例に係る膜厚測定装置を説明する図である。 変形例に係る膜厚測定装置を模式的に示した図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る膜厚測定装置１を模式的に示した図である。膜厚測定装置１は、サンプル１００（対象物）に対して面状に光を照射し、該サンプル１００からの反射光に基づいて、サンプル１００に形成された膜の厚さを測定する装置である。サンプル１００は、例えばＬＥＤ、ミニＬＥＤ、μＬＥＤ、ＳＬＤ素子、レーザ素子、垂直型レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）、ＯＬＥＤ等の発光素子であってもよいし、ナノドット等を含む蛍光物質により発光波長を調整する発光素子であってもよい。

図１に示されるように、膜厚測定装置１は、光源１０（光照射部）と、カメラシステム２０と、制御装置３０（解析部）と、を備えている。

光源１０は、サンプル１００に対して面状に光を照射する。光源１０は、例えば、サンプル１００の表面の略全面に対して面状に光を照射する。光源１０は、例えば、サンプル１００の表面を均一的に照射可能な光源であり、サンプル１００に対して拡散光を照射する。図２に示されるように、光源１０は、いわゆるフラットドーム型の光源１０Ａ（図２（ａ）参照）であってもよいし、ドーム型の光源１０Ｂ（図２（ｂ）参照）であってもよい。図２（ａ）に示される光源１０Ａは、ＬＥＤ１０ｃと、導光板１０ｄと、を有する。導光板１０ｄは、ＬＥＤ１０ｃから照射される光に応じて拡散光を生成する。導光板１０ｄによって生成された拡散光は、サンプル１００において反射され、カメラシステム２０に入力される。このようなフラットドーム型の光源１０Ａによれば、十分な視野（例えば３００ｍｍ程度の視野）を確保しながら、映り込みを抑制することができる。光源１０Ｂは、ＬＥＤ１０ｅと、ドーム部１０ｆと、を有する。ＬＥＤ１０ｅから照射された光がドーム部１０ｆの内面に照射され、該ドーム部１０ｆの内面からの拡散光がサンプル１００において反射され、サンプル１００における反射光がカメラシステム２０に入力される。光源１０は、白色ＬＥＤ、ハロゲンランプ、又はＸｅランプ等を用いた面照明ユニットであってもよい。

光源１０は、カメラシステム２０が有する傾斜ダイクロイックミラー２２（詳細は後述）の所定の波長域に含まれる波長の光を、サンプル１００に対して照射する。詳細は後述するが、傾斜ダイクロイックミラー２２は、サンプル１００からの光を波長に応じて透過及び反射することにより分離する光学素子である。傾斜ダイクロイックミラー２２は、上述した所定の波長域において、波長に応じて透過率及び反射率が変化する。

図３は、傾斜ダイクロイックミラー２２の特性と光源１０から出射される光の波長との関係を説明する図である。図３において、横軸は波長を示しており、縦軸は傾斜ダイクロイックミラー２２の透過率を示している。図３の傾斜ダイクロイックミラー２２の特性Ｘ４に示されるように、傾斜ダイクロイックミラー２２においては、所定の波長域Ｘ１０では波長の変化に応じて光の透過率（及び反射率）が緩やかに変化し、該特定の波長域以外の波長域では波長の変化に関わらず光の透過率（及び反射率）が一定とされている。図３に示されるように、光源１０から出力される光Ｘ２０は、上述した所定の波長域Ｘ１０に含まれる波長の光を含んでいる。すなわち、光源１０は、所定の波長域Ｘ１０を含むブロードなスペクトルの光を出力する。なお、測定に係る波長域（干渉ピーク波長）は、サンプル１００に形成されている膜の材質や測定膜厚範囲によって定まる。

図１に戻り、カメラシステム２０は、レンズ２１と、傾斜ダイクロイックミラー２２（光学素子）と、エリアセンサ２３，２４（撮像部）と、バンドパスフィルタ２５，２６と、を含んで構成されている。

レンズ２１は、入射したサンプル１００からの光を集光するレンズである。レンズ２１は、傾斜ダイクロイックミラー２２の前段（上流）に配置されていてもよいし、傾斜ダイクロイックミラー２２とエリアセンサ２３，２４との間の領域に配置されていてもよい。レンズ２１は、有限焦点レンズであってもよいし、無限焦点レンズであってもよい。レンズ２１が有限焦点レンズである場合には、レンズ２１からエリアセンサ２３，２４までの距離は所定値とされる。レンズ２１が無限焦点レンズである場合には、レンズ２１は、サンプル１００からの光を平行光に変換するコリメータレンズであり、平行光が得られるように収差補正されている。レンズ２１から出力された光は、傾斜ダイクロイックミラー２２に入射する。

傾斜ダイクロイックミラー２２は、特殊な光学素材を用いて作成されたミラーであり、サンプル１００からの光を波長に応じて透過及び反射することにより分離する光学素子である。傾斜ダイクロイックミラー２２は、所定の波長域において波長に応じて光の透過率及び反射率が変化するように構成されている。

図４は、光のスペクトル及び傾斜ダイクロイックミラー２２の特性を説明する図である。図４において横軸は波長を示しており、縦軸はスペクトル強度（光のスペクトルの場合）及び透過率（傾斜ダイクロイックミラー２２の場合）を示している。図４の傾斜ダイクロイックミラー２２の特性Ｘ４に示されるように、傾斜ダイクロイックミラー２２においては、所定の波長域（波長λ1～λ2の波長域）では波長の変化に応じて光の透過率（及び反射率）が緩やかに変化し、該所定の波長域以外の波長域（すなわち、波長λ1よりも低波長側及び波長λ2よりも高波長側）では波長の変化に関わらず光の透過率（及び反射率）が一定とされている。換言すれば、特定の波長帯（波長λ1～λ2の波長帯）では波長の変化に応じて光の透過率が単調増加（反射率が単調減少）で変化している。透過率と反射率とは、一方が大きくなる方向に変化すると他方が小さくなる方向に変化する、負の相関関係にあるため、以下では「透過率（及び反射率）」と記載せずに単に「透過率」と記載する場合がある。なお、「波長の変化に関わらず光の透過率が一定」とは、完全に一定である場合だけでなく、例えば波長１ｎｍの変化に対する透過率の変化が０．１％以下であるような場合も含むものである。波長λ1よりも低波長側では波長の変化に関わらず光の透過率が概ね０％であり、波長λ2よりも高波長側では波長の変化に関わらず光の透過率が概ね１００％である。なお、「光の透過率が概ね０％である」とは、０％＋１０％程度の透過率を含むものであり、「光の透過率が概ね１００％である」とは、１００％－１０％程度の透過率を含むものである。図４において、波形Ｘ１は、光源１０から出力される光の波形を示している。図４の波形Ｘ１に示されるように、光源１０から出力される光は、傾斜ダイクロイックミラー２２の所定の波長域（波長λ１～λ２の波長域）に含まれる波長の光を含んでいる。

エリアセンサ２３，２４は、傾斜ダイクロイックミラー２２によって分離された光を撮像する。エリアセンサ２３は、傾斜ダイクロイックミラー２２において透過された光を撮像する。エリアセンサ２４は、傾斜ダイクロイックミラー２２において反射された光を撮像する。エリアセンサ２３，２４が感度を有する波長の範囲は、傾斜ダイクロイックミラー２２において波長の変化に応じて光の透過率（及び反射率）が変化する所定の波長域に対応している。エリアセンサ２３，２４は、例えば、モノクロセンサ又はカラーセンサである。エリアセンサ２３，２４による撮像結果（画像）は、制御装置３０に出力される。

バンドパスフィルタ２５は、傾斜ダイクロイックミラー２２及びエリアセンサ２３の間に配置されている。バンドパスフィルタ２６は、傾斜ダイクロイックミラー２２及びエリアセンサ２４の間に配置されている。バンドパスフィルタ２５，２６は、例えば、上述した所定の波長域（傾斜ダイクロイックミラー２２において、波長に応じて光の透過率及び反射率が変化する波長域）以外の波長域の光を取り除くフィルタであってもよい。

図１に戻り、制御装置３０は、コンピュータであって、物理的には、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ、ＣＰＵ等のプロセッサ（演算回路）、通信インターフェイス、ハードディスク等の格納部を備えて構成されている。制御装置３０は、メモリに格納されるプログラムをコンピュータシステムのＣＰＵで実行することにより機能する。制御装置３０は、マイコンやＦＰＧＡで構成されていてもよい。

制御装置３０は、光を撮像したエリアセンサ２３，２４からの信号に基づいてサンプル１００の膜厚を推定する。制御装置３０は、エリアセンサ２３，２４における画素毎の波長情報に基づいて各画素に対応する膜厚を推定する。より詳細には、制御装置３０は、エリアセンサ２３における撮像結果（エリアセンサ２３からの信号）に基づき特定される透過光量と、エリアセンサ２４における撮像結果（エリアセンサ２４からの信号）に基づき特定される反射光量と、傾斜ダイクロイックミラー２２の中心波長（所定の波長域の中心波長）と、傾斜ダイクロイックミラー２２の幅と、に基づいて、画素毎の光の波長重心を導出し、該波長重心に基づいて各画素に対応する膜厚を推定する。傾斜ダイクロイックミラー２２の幅とは、例えば傾斜ダイクロイックミラー２２において透過率が０％となる波長から透過率が１００％となる波長までの波長幅である。

具体的には、制御装置３０は、以下の（１）式に基づいて各画素の波長重心を導出する。以下の（１）式において、λは波長重心、λ０は傾斜ダイクロイックミラー２２の中心波長、Ａは傾斜ダイクロイックミラー２２の幅、Ｒは反射光量、Ｔは透過光量を示している。
λ＝λ０＋Ａ（Ｔ－Ｒ）／２（Ｔ＋Ｒ） （１）

図５は、透過光量及び反射光量に応じた波長シフトを説明する図である。上述した（１）式によってλ（波長重心）を導出する場合、図５に示されるように、Ｔ（透過光量）＝Ｒ（反射光量）である画素については、λ＝λ０（傾斜ダイクロイックミラー２２の中心波長）とされる。また、Ｔ＜Ｒである画素、すなわち透過光量よりも反射光量が多い画素については、λ＝λ１（λ０よりも短波長側の波長）とされる。また、Ｔ＞Ｒである画素、すなわち透過光量が反射光量よりも多い画素については、λ＝λ２（λ０よりも長波長側の波長）とされる。このように、λ（波長重心）は、透過光量及び反射光量に基づいて値がシフト（波長シフト）する。

なお、波長重心の導出方法は、上記に限定されない。例えば、λ（波長重心）は以下のｘと比例関係にあるため、以下の（２）式及び（３）式から波長重心を導出してもよい。以下の（３）式において、ＩＴは透過光量、ＩＲは反射光量を示している。また、測定対象のスペクトル形状や傾斜ダイクロイックミラー２２の線形成が理想的な形状である場合には、（２）式におけるパラメータであるａ、ｂは傾斜ダイクロイックミラー２２の光学特性によって決定できる。
λ＝ａｘ＋ｂ （２）
ｘ＝ＩＴ－ＩＲ／２（ＩＴ＋ＩＲ） （３）

なお、実際には光学系やカメラ間のスペクトル特性に差異（個体差）があるため、それらを補正する目的で、例えば、反射特性が既知の基板の信号強度をリファレンスとして、ｘを以下の（４）式により導出してもよい。以下の（４）式において、ＩＴｒはリファレンスにおける透過光量、ＩＲｒはリファレンスにおける反射光量を示している。
ｘ＝（ＩＴ／ＩＴｒ－ＩＲ／ＩＲｒ）／２（ＩＴ／ＩＴｒ＋ＩＲ／ＩＲｒ） （４）

また、光源からの直接光の影響を除去する目的で無反射状態の信号量を用いてｘを以下の（５）式により導出してもよい。以下の（５）式において、ＩＴｂは無反射状態の透過光量、ＩＲｂは無反射状態の反射光量を示している。
ｘ＝｛（ＩＴ－ＩＴｂ）／（ＩＴｒ－ＩＴｂ）－（ＩＲ－ＩＲｂ）／（ＩＲｒ－ＩＲｂ）｝／２｛（ＩＴ－ＩＴｂ）／（ＩＴｒ－ＩＴｂ）＋（ＩＲ－ＩＲｂ）／（ＩＲｒ－ＩＲｂ）｝
（５）

また、膜特性、照射スペクトル、傾斜ダイクロイックミラー２２の非線形性等の、種々の補正を包括的に実施するために、波長重心（λ）は以下の（６）式のような多項式で近似してもよい。なお、以下の（６）式における各パラメータ（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ）は、例えば、波長重心（膜厚）の異なるサンプルを複数測定することにより決定される。
λ＝ａｘ４＋ｂｘ３＋ｃｘ２＋ｄｘ＋ｅ （６）

図６は、膜厚測定の原理を説明する図である。図６では、横軸が波長、縦軸が反射率とされている。図６に示す例では、膜厚が８２０ｎｍの例、８３０ｎｍの例、８４０ｎｍの例のそれぞれについて波長と反射率との関係が示されている。図６に示されるように、膜厚の違いによって、波長重心が異なることとなる。このため、波長重心が特定されることにより、膜厚を推定することが可能となる。

波長と膜厚との関係は、図７に示されるように、以下の（７）式により説明することができる。以下の（７）式において、ｎは膜の屈折率、ｄは膜厚、ｍは正の整数（１，２，３，…）、λは波長重心を示している。２ｎｄは、光路差（膜が配置されていることにより生じる光路差）を示している。制御装置３０は、以下の（７）式に基づいて、各画素の波長重心から各画素に対応する膜厚を推定する。
２ｎｄ＝ｍλ（ｍ＝１，２，３，…） （強め合う条件）
２ｎｄ＝（ｍ－１／２）λ（ｍ＝１，２，３，…） （弱め合う条件）・・（７）

ここで、上述した波長と膜厚との関係を示す（７）式は、サンプル１００に対して光が垂直に入射する場合に成り立つ。一方で、サンプル１００に対して、光が垂直に入射しない場合には、上記（７）式は成立しない。すなわち、図８に示されるように、基材１０２の表面に膜１０１が配置されたサンプル１００に対して光が入射する場合、測定点によって光の入射角が異なって光路差が異なるため、一律に上記（７）式によって膜厚を高精度に推定することができない。このため、どの測定点（入射角）でも高精度に膜厚を推定するためには、測定点（入射角）に応じた計算（補正処理）が必要となる。

図９は、膜厚測定値の補正を説明する図である。図９（ａ）に示されるように、光の入射角がθである場合、光路差は、２ｎｄｃｏｓθで示される。これにより、入射角θを考慮した波長と膜厚との関係は、図９（ｂ）に示されるように、以下の（８）式により説明することができる。制御装置３０は、以下の（８）式に基づいて、測定点（入射角）に応じた膜厚推定を行う。このように、制御装置３０は、サンプル１００に照射される光の角度を更に考慮して、波長重心から膜厚を推定してもよい。
２ｎｄｃｏｓθ＝ｍλ （強め合う条件）
２ｎｄｃｏｓθ＝（ｍ－１／２）λ （弱め合う条件）・・（８）

上述したように、膜厚測定装置１は、膜厚測定方法を実施する。膜厚測定方法は、例えば、サンプル１００に対して面状に光を照射する第１工程と、所定の波長域において波長に応じて透過率及び反射率が変化しサンプル１００からの光を透過及び反射することにより分離する傾斜ダイクロイックミラー２２によって分離された光を撮像する第２工程と、撮像結果に基づいて波長を導出し、該波長に基づいてサンプル１００の膜厚を推定する第３工程と、を含んでいる。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。

本実施形態に係る膜厚測定装置１は、サンプル１００に対して面状に光を照射する光源１０と、所定の波長域において波長に応じて透過率及び反射率が変化し、サンプル１００からの光を透過及び反射することにより分離する傾斜ダイクロイックミラー２２と、傾斜ダイクロイックミラー２２によって分離された光を撮像するエリアセンサ２３，２４と、光を撮像したエリアセンサ２３，２４からの信号に基づいてサンプル１００の膜厚を推定する制御装置３０と、を備え、光源１０は、傾斜ダイクロイックミラー２２の所定の波長域に含まれる波長の光を照射する。

本実施形態に係る膜厚測定装置１では、サンプル１００に対して面状に、傾斜ダイクロイックミラー２２の所定の波長域に含まれる波長の光が照射される。そして、本実施形態に係る膜厚測定装置１では、傾斜ダイクロイックミラー２２が、サンプル１００からの光を透過及び反射することにより分離する。ここで、傾斜ダイクロイックミラー２２は、所定の波長域において波長に応じて透過率及び反射率が変化する。そのため、傾斜ダイクロイックミラー２２において分離される光における透過される割合と反射される割合とは、波長に応じて変化することとなる。そして、分離された光がエリアセンサ２３，２４において撮像されることにより、透過光の割合と反射光の割合が特定可能となり、その結果、波長が特定可能となる。さらに、制御装置３０において、エリアセンサ２３，２４からの信号に基づきサンプル１００の膜厚が推定される。波長を示す情報に基づいて膜厚が推定可能であるところ、上述したように、エリアセンサ２３，２４における撮像結果から波長が特定されるため、当該波長の情報を含む信号（エリアセンサ２３，２４からの信号）が考慮されることによって、サンプル１００の膜厚を高精度に推定することができる。そして、本実施形態に係る膜厚測定装置１では、サンプル１００に対して面状に光が照射されて、サンプル１００からの光に応じてサンプル１００の面内の膜厚が同時に推定されるため、ポイントセンサ又はラインスキャン等によって光の照射範囲が変更されながら面内の膜厚が推定される場合と比較して、面内の膜厚分布を高速に推定することができる。以上のように、本実施形態に係る膜厚測定装置１によれば、サンプル１００の膜厚を高速に測定することができる。

図１０は、本実施形態に係る膜厚測定装置１と比較例との比較結果を示す図である。図１０に示されるように、ポイントセンサによって１点ずつ膜厚が測定される場合には、例えば４時間程度の測定時間がかかる。なお、ここでの４時間とは、例えば約１６０００点の検出が行われた場合の測定時間である。また、図１０に示されるように、ラインスキャンによって１ラインずつ膜厚が測定される場合には、例えば３分程度の測定時間がかかる。これに対して、図１０に示されるように、本実施形態に係る膜厚測定装置１では、サンプル１００に対して面状に光が照射されて面内の膜厚が一括で（同時に）測定されるので、測定時間が５秒程度となる。このように、本実施形態に係る膜厚測定装置１は、比較例に係るポイントセンサ又はラインスキャン等と比較して、面内の膜厚分布を高速に推定することができる。なお、本実施形態に係る膜厚測定装置１では、測定結果と実際の膜厚との誤差を０．１％以下とすることができた。このように、本実施形態に係る膜厚測定装置１は、膜厚に関する測定時間の短縮及び測定精度の向上を両立することができる。また、ポイントセンサ及びラインスキャンに係る構成は、インライン（装置への搭載）が困難であるところ、本実施形態に係る膜厚測定装置１は、容易にインライン対応が可能である。

上記膜厚測定装置１において、制御装置３０は、エリアセンサ２３，２４における画素毎の波長情報に基づいて各画素に対応する膜厚を推定してもよい。このような構成によれば、サンプル１００の照射面における膜厚分布をより詳細に（画素毎に）推定することができる。

上記膜厚測定装置１において、制御装置３０は、サンプル１００に照射される光の角度を更に考慮して、膜厚を推定してもよい。サンプル１００に照射される光の角度が変わると光路が変わるため、波長のみの情報からは高精度に膜厚が推定できない場合がある。この点、サンプル１００に照射される光の角度がさらに考慮されることによって、実際の光路に応じて、より高精度に膜厚を推定することができる。具体的には、上述した（８）式が用いられて膜厚が推定される。

上記膜厚測定装置１において、光源１０は、サンプル１００に対して拡散光を照射してもよい。これにより、サンプル１００の表面に対して均一的に光を照射することができる。

上記膜厚測定装置１において、光源１０は、拡散光を生成する導光板１０ｄ（図２（ａ）参照）を有していてもよい。これにより、コンパクトな構成で、サンプル１００の表面に対して均一的に光を照射することができる。

上記膜厚測定装置１は、傾斜ダイクロイックミラー２２及びエリアセンサ２３，２４の間に配置されたバンドパスフィルタ２５，２６を更に備えていてもよい。これにより、所望の波長範囲外の光を取り除くことができ、膜厚推定の精度を向上させることができる。

本実施形態に係る膜厚測定方法は、膜厚測定装置１により実施され、サンプル１００に対して面状に光を照射する第１工程と、所定の波長域において波長に応じて透過率及び反射率が変化しサンプル１００からの光を透過及び反射することにより分離する傾斜ダイクロイックミラー２２によって分離された光を撮像する第２工程と、撮像結果に基づいて波長を導出し、該波長に基づいてサンプル１００の膜厚を推定する第３工程と、を含む。このような膜厚測定方法によれば、サンプル１００の膜厚を高速に測定することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。膜厚測定装置１は、様々なサンプル１００の膜厚測定に応用することができる。図１１に示されるように、サンプル１００として、半導体素子１００Ａ、フラットパネルディスプレイ１００Ｂ、フィルム部材１００Ｃ、電子部品１００Ｄ、電子部品以外のその他の部品１００Ｅ等が考えられる。

すなわち、膜厚測定装置１は、半導体素子１００Ａについて、ウエハである基材１０２に形成された膜１０１の厚さを測定してもよい。この場合、装置構成としては、アーム、カセット、フープ、コンベア、移動ステージ等を含めたウエハ搬送及び保持機構が用いられる。

また、膜厚測定装置１は、フラットパネルディスプレイ１００Ｂについて、ガラス、フィルム、シート等で構成される基材１０２に形成された膜１０１の厚さを測定してもよい。この場合、装置構成としては、アーム、ガラス台、コンベア、移動ステージ等を含めた搬送及び保持機構が用いられる。

また、膜厚測定装置１は、フィルム部材１００Ｃについて、ガラス、フィルム、シート等で構成される基材１０２に形成された膜１０１の厚さを測定してもよい。この場合、装置構成としては、アーム、ガラス台、コンベア、移動ステージ等を含めた搬送及び保持機構が用いられる。なお、フィルム部材１００Ｃについては、例えば、図１２に示されるように、一方向に搬送されているフィルム部材１００Ｃが連続的に撮像され、撮像領域同士が繋ぎ合わされることにより、搬送されているフィルム部材１００Ｃ全体の膜厚測定が実施されてもよい。

また、膜厚測定装置１は、電子部品１００Ｄについて、基板である基材１０２に形成された膜１０１の厚さを測定してもよい。この場合、装置構成としては、アーム、カセット、フープ、コンベア、サンプル台、移動ステージ等を含めたウエハ搬送及び保持機構が用いられる。

また、膜厚測定装置１は、部品１００Ｅについて、基板である基材１０２に形成された膜１０１の厚さを測定してもよい。部品１００Ｅの膜とは、例えば、成形品等の薄膜であり、この場合の膜厚測定とは、例えば薄膜コート厚の測定である。装置構成としては、アーム、カセット、フープ、コンベア、サンプル台、移動ステージ等を含めたウエハ搬送及び保持機構が用いられる。

また、上述した膜厚測定によっては、相対的な膜厚分布が導出されるが、これに加えて、サンプル１００のある一点のスペクトル情報（基準スペクトル情報）を検出することにより、相対的な膜厚分布及び基準スペクトル情報に基づいて、各エリアの膜厚の絶対値をそれぞれ導出してもよい。図１３は、変形例に係る膜厚測定装置１Ａを模式的に示した図である。膜厚測定装置１Ａは、実施形態において説明した膜厚測定装置１の各構成に加えて、ハーフミラー２９と、分光器５０とを備えている。ハーフミラー２９は、例えばサンプル１００の中央付近の１点の光を反射する。分光器５０は、当該１点の光の分光スペクトルデータである基準スペクトル情報を取得する。このように、基準スペクトル情報が取得されることにより、（７）式及び（８）式におけるｍの値を決定し、相対的な膜厚の変化量だけでなく、各エリアの膜厚の絶対値を導出することができる。なお、膜厚の絶対値計測の手法は上記に限定されない。

１，１Ａ…膜厚測定装置、１０…光源（光照射部）、１０ｄ…導光板、２２…傾斜ダイクロイックミラー、２３，２４…エリアセンサ（撮像部）、２５，２６…バンドパスフィルタ、３０…制御装置（解析部）、１００…サンプル（対象物）。

Claims (12)

1. 対象物に対して面状に光を照射する光照射部と、
   所定の波長域において波長に応じて透過率及び反射率が変化し、前記対象物からの光を透過及び反射することにより分離する光学素子と、
   複数の画素を有するエリアセンサを有し、前記光学素子によって分離された光を撮像する撮像部と、
   前記撮像部による撮像結果に基づいて各画素の反射光量及び各画素の透過光量を求め、前記各画素の反射光量及び前記各画素の透過光量に基づいて、各画素に対応する、前記対象物からの光の波長重心を導出し、前記各画素に対応する波長重心に基づいて各画素に対応する前記対象物の膜厚を推定する解析部と、を備える、膜厚測定装置。
2. 前記解析部は、前記対象物に照射される光の角度を更に考慮して、膜厚を推定する、請求項１記載の膜厚測定装置。
3. 前記光照射部は、前記対象物に対して拡散光を照射する、請求項１又は２記載の膜厚測定装置。
4. 前記光照射部は、前記拡散光を生成する導光板を有する、請求項３記載の膜厚測定装置。
5. 前記光学素子及び前記撮像部の間に配置されたバンドパスフィルタを更に備え、前記バンドパスフィルタは、前記所定の波長域の光を透過する、請求項１～４のいずれか一項記載の膜厚測定装置。
6. ウエハの基材に形成された膜の厚さを測定する半導体膜厚測定装置において、
   請求項１～５のいずれか一項記載の膜厚測定装置と、
   前記対象物であるウエハを搬送し、保持する搬送及び保持機構と、を備え、
   前記膜厚測定装置は、前記搬送及び保持機構に保持された前記ウエハに形成された膜の厚さを求める、半導体膜厚測定装置。
7. ディスプレイの基材に形成された膜の厚さを測定するディスプレイ膜厚測定装置において、
   請求項１～５のいずれか一項記載の膜厚測定装置と、
   前記対象物であるディスプレイを搬送する搬送及び保持機構と、を備え、
   前記膜厚測定装置は、前記搬送及び保持機構に保持された前記ディスプレイに形成された膜の厚さを求める、ディスプレイ膜厚測定装置。
8. フィルム部材の基材に形成された膜の厚さを測定するフィルム膜厚測定装置において、
   請求項１～５のいずれか一項記載の膜厚測定装置と、
   前記対象物であるフィルム部材を搬送する搬送機構と、を備え、
   前記膜厚測定装置は、前記搬送機構に搬送された前記フィルム部材に形成された膜の厚さを求める、フィルム膜厚測定装置。
9. 対象物に対して面状に光を照射する第１工程と、
   所定の波長域において波長に応じて透過率及び反射率が単調に変化する光学素子を用いて、前記対象物からの光を透過及び反射することにより分離された光を、複数の画素を有するエリアセンサを用いて撮像する第２工程と、
   前記第２工程による撮像結果に基づいて各画素の反射光量及び各画素の透過光量を求める第３工程と、
   前記各画素の反射光量及び前記各画素の透過光量に基づいて、各画素に対応する、前記対象物からの光の波長重心を導出する第４工程と、
   前記各画素に対応する波長重心に基づいて各画素に対応する前記対象物の膜厚を推定する第５工程と、を含む膜厚測定方法。
10. 請求項９に記載の膜厚測定方法における各前記工程を含み、
    前記対象物がウエハであり、
    前記第５工程において、前記ウエハの基材に形成された膜の厚さを求める、半導体膜厚測定方法。
11. 請求項９に記載の膜厚測定方法における各前記工程を含み、
    前記対象物がディスプレイであり、
    前記第５工程において、前記ディスプレイの基材に形成された膜の厚さを求める、ディスプレイ膜厚測定方法。
12. 請求項９に記載の膜厚測定方法における各前記工程を含み、
    前記対象物がフィルム部材であり、
    前記第５工程において、前記フィルム部材の基材に形成された膜の厚さを求める、フィルム膜厚測定方法。

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