特許 6282911 膜厚測定装置および膜厚測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6282911

(24)【登録日】2018年2月2日

(45)【発行日】2018年2月21日

(54)【発明の名称】膜厚測定装置および膜厚測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/06 20060101AFI20180208BHJP

   G01N 21/45 20060101ALI20180208BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/06 G

   G01N21/45 A

【請求項の数】11

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2014-58832(P2014-58832)

(22)【出願日】2014年3月20日

(65)【公開番号】特開2015-184062(P2015-184062A)

(43)【公開日】2015年10月22日

【審査請求日】2017年1月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】514105011

【氏名又は名称】株式会社東光高岳

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】特許業務法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】青木 晋

【審査官】 小野寺 麻美子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−７９９２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１６１６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５０３５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第０３／０２５４９７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００ − Ｇ０１Ｂ １１／３０

Ｇ０１Ｎ ２１／００ − Ｇ０１Ｎ ２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７ − Ｇ０１Ｎ ２１／６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

薄膜の表面反射光と裏面反射光との光路差により生じる反射干渉光の波長分布にもとづいて前記薄膜の膜厚を測定する膜厚測定装置であって、
互いに異なる入射角で所定の照射位置に対して所定の時間間隔で交互に照射光を照射することにより、前記所定の照射位置を通過する前記薄膜上の複数の計測位置のそれぞれに対して互いに異なる入射角で交互に前記照射光を照射する照射部と、
前記複数の計測位置のそれぞれにおける前記照射光の反射干渉光を、前記所定の照射位置を前記複数の計測位置のそれぞれが通過するにともない前記互いに異なる入射角に対応する互いに異なる反射角で交互に受光する受光部と、
前記複数の計測位置のそれぞれについて、各計測位置に対して前記照射光が照射された入射角で得られた反射干渉光の波長分布を用いて光路差を求める光路差算出部と、
前記複数の計測位置のそれぞれについて、一方の入射角で前記照射光が照射された計測位置に対して他方の入射角で前記照射光が照射されたと仮定した場合に推定される光路差を、当該計測位置から所定距離内の計測位置で前記光路差算出部により求められた光路差を用いて補間する光路差補間部と、
前記複数の計測位置のそれぞれについて、入射角、膜厚および屈折率を変数とした関数として光路差を表した式を用いて、前記一方の入射角および前記光路差算出部により求められた光路差、ならびに前記他方の入射角および前記光路差補間部により求められた光路差を前記式に代入することにより、各計測位置における前記薄膜の膜厚および屈折率を求める膜厚屈折率算出部と、
を備えた膜厚測定装置。

【請求項2】

前記光路差補間部は、
前記当該計測位置から所定距離内の計測位置のうち、前記他方の入射角に対応する複数の計測位置で前記光路差算出部により求められた複数の光路差に応じて、前記当該計測位置における前記他方の入射角で前記照射光が照射された場合の光路差を推定する、
請求項１記載の膜厚測定装置。

【請求項3】

前記光路差補間部は、
前記当該計測位置から所定距離内の計測位置のうち、前記他方の入射角に対応する複数の計測位置で前記光路差算出部により求められた前記複数の光路差の２次近似関数を求め、前記２次近似関数の前記当該計測位置における光路差を前記当該計測位置における前記他方の入射角で前記照射光が照射された場合の光路差とする、
請求項２記載の膜厚測定装置。

【請求項4】

前記光路差補間部は、
前記当該計測位置から所定距離内の計測位置のうち、前記一方の入射角に対応する前記当該計測位置を含む複数の計測位置で前記光路差算出部により求められた光路差に応じて、前記当該計測位置における前記他方の入射角で前記照射光が照射された場合の光路差を推定する、
請求項１記載の膜厚測定装置。

【請求項5】

前記光路差補間部は、
前記一方の入射角に対応する計測位置のうち前記一方の入射角に対応する前記当該計測位置の光路差と前記当該計測位置の前後各１つの計測位置の光路差との変化率を求め、前記他方の入射角に対応する計測位置のうち前記当該計測位置の前後各１つの計測位置の光路差と、前記一方の入射角に対応する光路差から求めた前記変化率と、を用いて前記当該計測位置における前記他方の入射角で前記照射光が照射された場合の光路差を求める、
請求項４記載の膜厚測定装置。

【請求項6】

前記光路差補間部は、
前記当該計測位置から所定距離内の計測位置のうち、前記一方の入射角に対応する複数の計測位置で前記光路差算出部により求められた前記複数の光路差の２次近似関数を求め、前記他方の入射角に対応する計測位置のうち前記当該計測位置から所定距離内の計測位置に対応する複数の計測位置で前記光路差算出部により求められた光路差と、前記一方の入射角に対応する光路差から求めた前記２次近似関数と、を用いて前記当該計測位置における前記他方の入射角で前記照射光が照射された場合の光路差を求める、
請求項４記載の膜厚測定装置。

【請求項7】

前記照射部は、
前記所定の照射位置に対して第１の入射角で前記照射光を照射するための第１の照射ユニットと、前記第１の入射角と異なる第２の入射角で前記照射光を照射するための第２の照射ユニットと、前記照射光の光路上に設けられたシャッタと、
を有し、
前記所定の照射位置に対して前記第１の照射ユニットおよび前記第２の照射ユニットから交互に前記照射光が照射されるよう前記シャッタを制御するシャッタ制御部、
をさらに備えた、
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の膜厚測定装置。

【請求項8】

前記膜厚屈折率算出部により求められた屈折率を用いて、前記薄膜の各計測位置における前記薄膜の構成材料の充填率を求める充填率算出部、
をさらに備えた請求項１ないし７のいずれか１項に記載の膜厚測定装置。

【請求項9】

前記薄膜を載置する載置部を有し、前記薄膜が前記所定の照射位置を通過するように前記載置部を一定速度で移動させるコンベヤ、
をさらに備えた請求項１ないし８のいずれか１項に記載の膜厚測定装置。

【請求項10】

前記薄膜の作製装置と、
前記膜厚屈折率算出部により求められた屈折率を用いて、前記薄膜の各計測位置における前記薄膜の構成材料の充填率を求める充填率算出部と、
前記薄膜を載置する載置部を有し、前記薄膜が前記所定の照射位置を通過するように前記載置部を一定速度で移動させるコンベヤと、
をさらに備え、
前記コンベヤは、
前記作製装置で作製された前記薄膜を前記作製装置から前記所定の照射位置まで運び前記所定の照射位置を通過させ、
前記充填率算出部は、
前記充填率の情報を前記作製装置に与え、
前記作製装置は、
前記充填率が所定の値に近づくよう、前記薄膜の作製条件を変更する、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の膜厚測定装置。

【請求項11】

薄膜の表面反射光と裏面反射光との光路差により生じる反射干渉光の波長分布にもとづいて前記薄膜の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、
互いに異なる入射角で所定の照射位置に対して所定の時間間隔で交互に照射光を照射することにより、前記所定の照射位置を通過する前記薄膜上の複数の計測位置のそれぞれに対して互いに異なる入射角で交互に前記照射光を照射するステップと、
前記複数の計測位置のそれぞれにおける前記照射光の反射干渉光を、前記所定の照射位置を前記複数の計測位置のそれぞれが通過するにともない前記互いに異なる入射角に対応する互いに異なる反射角で交互に受光するステップと、
前記複数の計測位置のそれぞれについて、各計測位置に対して前記照射光が照射された入射角で得られた反射干渉光の波長分布を用いて光路差を求めるステップと、
前記複数の計測位置のそれぞれについて、一方の入射角で前記照射光が照射された計測位置に対して他方の入射角で前記照射光が照射されたと仮定した場合に推定される光路差を、当該計測位置から所定距離内の計測位置で前記光路差を求めるステップで求めた光路差を用いて補間するステップと、
前記複数の計測位置のそれぞれについて、入射角、膜厚および屈折率を変数とした関数として光路差を表した式を用いて、前記一方の入射角および前記光路差を求めるステップで求めた光路差、ならびに前記他方の入射角および前記補間するステップで補間された光路差を前記式に代入することにより、各計測位置における前記薄膜の膜厚および屈折率を求めるステップと、
を有する膜厚測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、反射干渉光を用いて薄膜の膜厚を測定する膜厚測定装置および膜厚測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

薄膜の膜厚の測定方法の１つに、薄膜の表面反射光と裏面反射光との光路差により生じる反射干渉光を利用する反射率分光法がある。たとえば特開２０１３−７９９２１号公報（特許文献１）には、異なる入射角の２方向から測定した反射干渉光を用いる方法（以下、２方向反射率分光法という）により、屈折率が未知の薄膜の膜厚を測定する技術が開示されている。

【0003】

誘電体薄膜の充填率（見かけの充填率）は作製条件によって変化する。一方、薄膜の屈折率は充填率によって変化する。このため、薄膜の屈折率は、作製条件によって変化する。２方向反射率分光法によれば、この種の屈折率が未知な誘電体薄膜の膜厚を測定することができ、便利である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−７９９２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、ユーザは、移動中の薄膜を移動するままに検査したいと所望することがある。たとえば、観測対象となる薄膜が形成された試料の作製現場では、次々に作製される試料は、ベルトコンベア上に載置されて試料の製造装置から離れた場所へ移動させられる場合がある。この場合、ユーザは、検査の効率性などを考慮し、ベルトコンベア上で移動中の試料の薄膜を移動するままに検査したいと所望することがある。

【0006】

しかし、２方向反射率分光法により薄膜の膜厚を測定する従来の技術では、両方向における薄膜上の観測点が同一であること、すなわち同一の膜厚および同一の屈折率に対応する反射干渉光が測定されていることを前提としている。また、各方向の反射干渉光測定は、もう一方からの入射光や反射光の干渉を避けるため、互いにタイミングをずらして行われる。

【0007】

このため、従来の技術では、観測対象となる薄膜が移動し続けている場合、２方向のそれぞれで異なる位置の反射干渉光を観測することになってしまう。したがって、従来の技術では観測対象となる薄膜が移動している場合には正確な膜厚を求めることができない。

【0008】

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、薄膜が移動している場合であっても、屈折率が未知の薄膜の膜厚を正確に測定することができる膜厚測定装置および膜厚測定方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一実施形態に係る膜厚測定装置は、上述した課題を解決するために、薄膜の表面反射光と裏面反射光との光路差により生じる反射干渉光の波長分布にもとづいて薄膜の膜厚を測定する膜厚測定装置であって、照射部、受光部、光路差算出部、光路差補間部および膜厚屈折率算出部を備えたものである。照射部は、互いに異なる入射角で所定の照射位置に対して所定の時間間隔で交互に照射光を照射することにより、所定の照射位置を通過する薄膜上の複数の計測位置のそれぞれに対して互いに異なる入射角で交互に照射光を照射する。受光部は、複数の計測位置のそれぞれにおける照射光の反射干渉光を、所定の照射位置を複数の計測位置のそれぞれが通過するにともない互いに異なる入射角に対応する互いに異なる反射角で交互に受光する。光路差算出部は、複数の計測位置のそれぞれについて、各計測位置に対して照射光が照射された入射角で得られた反射干渉光の波長分布を用いて光路差を求める。光路差補間部は、複数の計測位置のそれぞれについて、一方の入射角で照射光が照射された計測位置に対して他方の入射角で照射光が照射されたと仮定した場合に推定される光路差を、当該計測位置から所定距離内の計測位置で光路差算出部により求められた光路差を用いて補間する。膜厚屈折率算出部は、複数の計測位置のそれぞれについて、入射角、膜厚および屈折率を変数とした関数として光路差を表した式を用いて、一方の入射角および光路差算出部により求められた光路差、ならびに他方の入射角および光路差補間部により求められた光路差を式に代入することにより、各計測位置における薄膜の膜厚および屈折率を求める。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態に係る膜厚測定装置の一例を示す概略的な全体構成図。

【図2】（ａ）は、薄膜が所定の照射位置を等速で通過する様子の一例を示すｚ方向矢視図、（ｂ）は、ｙ方向矢視図、（ｃ）はｘ方向矢視図。

【図3】（ａ）は、本実施形態に係る照射光スポットエリア（所定の照射位置）のサイズと受光スポットエリアのサイズの関係の一例を示す説明図、（ｂ）は所定の照射位置と計測位置の関係の一例を示す説明図。

【図4】主制御部のＣＰＵによる機能実現部の構成例を示す概略的なブロック図。

【図5】波長分布生成部により生成される、反射干渉光の波長分布の一例を示す説明図。

【図6】薄膜の表面反射光と裏面反射光の光路差Ｌを説明するための図。

【図7】（ａ）は薄膜の膜厚ｄおよび屈折率ｎが計測位置によらず均一な場合の計測位置と光路差との関係の一例を示す説明図であり、（ｂ）は不均一な場合の計測位置と光路差との関係の一例を示す説明図。

【図8】２方向反射率分光法において薄膜が照射位置を通過する場合に、補間光路差Ｌ’を求めることなく各計測位置における膜厚ｄおよび屈折率ｎを求める単純な方法を説明するための図。

【図9】図８に示す例において計測位置Ｘｎ（Ｂ）で入射角θＡの照射光を用いて実測した光路差の一例を示す説明図。

【図10】本実施形態に係る第１の算出方法により補間光路差Ｌ’を求める様子の一例を示す説明図。

【図11】本実施形態に係る第２の算出方法により補間光路差Ｌ’を求める様子の一例を示す説明図。

【図12】本実施形態に係る第２の算出方法により補間光路差Ｌ’を求める様子の他の一例を示す説明図。

【図13】図１に示す主制御部のＣＰＵにより、薄膜が移動している場合であっても、屈折率ｎが未知の薄膜の膜厚ｄを正確に測定する際の手順の一例を示すフローチャート。

【図14】（ａ）は比較例１に係る計測位置と光路差の関係の一例を示す説明図であり、（ｂ）は比較例１に係る計測位置と膜厚の関係の一例を示す説明図。

【図15】（ａ）は比較例２に係る計測位置と光路差の関係の一例を示す説明図であり、（ｂ）は比較例２に係る計測位置と膜厚の関係の一例を示す説明図。

【図16】（ａ）は実施例１に係る計測位置と光路差の関係の一例を示す説明図であり、（ｂ）は実施例１に係る計測位置と膜厚の関係の一例を示す説明図。

【図17】（ａ）は実施例２に係る計測位置と光路差の関係の一例を示す説明図であり、（ｂ）は実施例２に係る計測位置と膜厚の関係の一例を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明に係る膜厚測定装置および膜厚測定方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

【0012】

本発明の一実施形態に係る膜厚測定装置は、照射光の照射領域内を通過する薄膜に対して互いに異なる２種の入射角θＡおよびθＢで照射光を入射し、この２種の入射光に対応する薄膜の反射干渉光の波長分布にもとづいて薄膜の膜厚を測定するものである。

【0013】

（１．概略構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る膜厚測定装置１０の一例を示す概略的な全体構成図である。なお、以下の説明では、薄膜の法線方向をＺ軸、薄膜の法線方向に垂直かつ薄膜の移動方向をＸ軸とする場合の例について示す。

【0014】

膜厚測定装置１０は、照射部１１、受光部１２、分光部１３、コンベヤ１４、作製装置１５および情報処理装置１６を有する。なお、本実施形態に係る膜厚測定装置１０の膜厚および屈折率の算出処理において情報処理装置１６の主制御部を除く構成は同処理において必須の構成ではなく適宜省略されてもよい。たとえば薄膜の反射干渉光データがネットワークを介して受信可能な場合には、情報処理装置１６を除く構成は同処理において不要である。

【0015】

照射部１１は、光源２０、第１の照射ユニット２１および第２の照射ユニット２２を有する。

【0016】

光源２０は、ハロゲンランプや広帯域レーザなどにより構成され、所定の波長範囲を有する照射光を出射し、この照明光を光ファイバなどにより構成されるライトガイド２３を介してそれぞれ第１の照射ユニット２１および第２の照射ユニット２２に与える。また、第１の照射ユニット２１および第２の照射ユニット２２の光源２０側の光路上には、それぞれシャッタ２４および２５が設けられる。

【0017】

第１の照射ユニット２１および第２の照射ユニット２２は、対象物２６に対し、互いに異なる第１の入射角θＡおよび第２の入射角θＢで所定の時間間隔で交互に照射光を照射する。対象物２６は、基板２７を有し、基板２７の表面には薄膜２８が形成される。

【0018】

シャッタ２４および２５は、情報処理装置１６により制御されて、第１の照射ユニット２１による対象物２６に対する照射光の照射と第２の照射ユニット２２による対象物２６に対する照射光の照射が所定の時間間隔で交互に行われるよう、照射光を適宜遮蔽する。

【0019】

受光部１２は、第１の受光ユニット３１および第２の受光ユニット３２を有する。

【0020】

第１の受光ユニット３１は、薄膜２８の表面の法線を介して第１の照射ユニット２１に対向する位置に配置される。第１の受光ユニット３１は、第１の照射ユニット２１により第１の入射角θＡで薄膜２８に照射された光の薄膜２８による第１の反射干渉光を、第１の入射角θＡにほぼ等しい第１の反射角で受光する。また、第２の受光ユニット３２は、薄膜２８の表面の法線を介して第２の照射ユニット２２に対向する位置に配置される。第２の受光ユニット３２は、第２の照射ユニット２２により第２の入射角θＢで薄膜２８に照射された光の薄膜２８による第２の反射干渉光を、第２の入射角θＢにほぼ等しい第２の反射角で受光する。

【0021】

なお、入射角θＡおよびθＢの一方を０度とする場合は、ビームスプリッタを用いるとよい。たとえば入射角θＡを０度とする場合、第１の受光ユニット３１は、薄膜２８の表面の法線を介して第１の照射ユニット２１に対向する位置には配置されない。この場合、たとえば第１の照射ユニット２１がＸ軸に平行に配置され、第１の受光ユニット３１が薄膜２８の法線上に配置される。このとき、第１の照射ユニット２１からＸ軸に平行に出射された照射光は、ビームスプリッタを介してＺ軸に平行に（薄膜２８の法線に平行に）薄膜２８に向かって反射されることにより、入射角０度で薄膜２８に照射される。そして第１の反射干渉光は、反射角０度で（Ｚ軸に平行に）反射されてビームスプリッタを透過し、第１の受光ユニット３１により受光される。

【0022】

分光部１３は、一般的な分光器により構成され、ライトガイド３３を介して第１の受光ユニット３１により受光された反射干渉光および第２の受光ユニット３２により受光された反射干渉光を交互に受ける。分光部１３は、反射干渉光のそれぞれを所定の波長帯域で分光して、波長ごとの反射干渉光の強度の情報を情報処理装置１６に与える。

【0023】

図２（ａ）は、薄膜２８が所定の照射位置３５を等速で通過する様子の一例を示すｚ方向矢視図であり、（ｂ）は、ｙ方向矢視図、（ｃ）はｘ方向矢視図である。以下の説明では、第１の入射角θＡが２０度、第２の入射角θＢが３０度である場合の例について示す。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、薄膜はそれぞれ右から左、右から左、紙面奥から手前へ移動する。

【0024】

なお、便宜上、図２（ａ）においてはシャッタ２４、２５の図示を省略した。また図２（ｂ）においては第２の照射ユニット２２および第２の受光ユニット３２が、（ｃ）においては第１の照射ユニット２１および第１の受光ユニット３１が、それぞれ紙面の奥行方向に重畳していることに注意する。

【0025】

図２に示すように、薄膜２８を有する対象物２６は、コンベヤ１４のベルト（載置部）３６に載置され、第１の照射ユニット２１および第２の照射ユニット２２の照射位置３５を一定速度で通過する。

【0026】

コンベヤ１４は、１組のローラ対と、このローラ対に掛け渡された無端状のベルト３６とから構成されており、図示しない駆動部により駆動されるようになっている。情報処理装置１６は、駆動部を制御することにより薄膜２８の移動速度を制御する。

【0027】

作製装置１５は、所定の作製条件に従って対象物２６を作製するための装置である。作製装置１５の対象物２６の作製ラインの載置部３６ａは、コンベヤ１４のベルト３６と連結され、ベルト３６と同じ速度で対象物２６を移動させる。

【0028】

本実施形態に係る対象物２６の薄膜２８としては、たとえば、所定の粒径を有する酸化チタンなどの誘電体により構成された膜や、接着剤や、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明電極膜などを用いることができる。誘電体薄膜の場合、膜の充填率（見かけの充填率）は作製条件によって変化する。たとえば対象物２６が色素増感太陽電池自体である場合または色素増感太陽電池の物性を検査するための試料である場合、作製装置１５は、薄膜２８として、色素増感太陽電池の光電極に用いられる酸化チタン薄膜２８を基板２７上に形成する。

【0029】

酸化チタン薄膜２８は、たとえば酸化チタンのナノ粒子を所定の温度で加熱して得られる多孔質膜である。この種の焼成や焼結により得られる多孔質膜の充填率は、加熱温度、加熱時間などの作製条件に応じて変化することが知られている。また、多孔質膜の屈折率は、充填率に応じて異なることが知られている。このため、酸化チタン薄膜２８の屈折率は、作製条件によって変化する。

【0030】

そこで、本実施形態に係る情報処理装置１６は、この種の屈折率が未知な薄膜２８を移動させながらであっても、薄膜２８の膜厚および屈折率を正確に測定可能に構成される。

【0031】

情報処理装置１６は、たとえばデスクトップ型やノートブック型のパーソナルコンピュータやワークステーションなどにより構成することができる。情報処理装置１６は、入力部５１、表示部５２、記憶部５３および主制御部５４を有する。

【0032】

入力部５１は、たとえばキーボード、トラックボール、タッチパネル、テンキーなどの一般的な入力装置により構成され、ユーザの操作に対応した操作入力信号を主制御部５４に出力する。表示部５２は、たとえば液晶ディスプレイやＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイなどの一般的な表示出力装置により構成され、主制御部５４の制御に従って各種情報を表示する。記憶部５３は、ＣＰＵにより読み書き可能な記憶媒体である。記憶部５３は、あらかじめ、入射角、膜厚および屈折率を変数とした関数として光路差Ｌを表した式を記憶している。

【0033】

主制御部５４は、分光部１３から反射干渉光の分光スペクトルを受け、この分光スペクトルを用いて光路差Ｌを求める。また、主制御部５４は、記憶部５３に記憶された式を用いて薄膜２８の計測位置ごとに膜厚および屈折率を求める。主制御部５４の構成および動作の詳細については後述する。

【0034】

（２．薄膜の計測位置）
図３（ａ）は、本実施形態に係る照射光スポットエリア（所定の照射位置３５）のサイズと受光スポットエリア３７のサイズの関係の一例を示す説明図であり、（ｂ）は所定の照射位置３５と計測位置の関係の一例を示す説明図である。

【0035】

干渉信号を効率的に集光するためには、照射光スポットエリア３５の半径ｒ１よりも受光スポットエリア３７の半径ｒ２のほうが大きいことが好ましい（図３（ａ）参照）。照射光スポットエリア３５の半径ｒ１は、照射ユニット２１および２２を構成するレンズの開口数などを調整することにより制御できる。また、受光スポットエリア３７の半径ｒ２は、受光ユニット３１および３２を構成するレンズの開口数などを調整することにより制御できる。

【0036】

薄膜２８は、ベルト３６に載置されて、照射位置３５を通過する。一方、第１の照射ユニット２１および第２の照射ユニット２２は、互いに異なる第１の入射角θＡおよび第２の入射角θＢで、照射位置３５に対して所定の時間間隔で交互に照射光を照射する。このため、薄膜２８上の計測位置Ｘ１、Ｘ２、・・・、Ｘｎ−１、Ｘｎ、Ｘｎ＋１、・・・Ｘｍ（ただし、ｍは正整数、ｎは偶数をあらわす）の隣り合う計測位置どうしは、互いに異なる入射角から照射光を照射されることになる。

【0037】

情報処理装置１６は、ベルト３６の速度およびシャッタ２４、２５を制御することにより、計測位置および計測位置どうしの間隔を制御することができる。

【0038】

以下の説明では、第１の入射角θＡで照射光が照射される計測位置をＸｎ−１（Ａ）、第２の入射角θＢで照射光が照射される計測位置をＸｎ（Ｂ）とあらわすものとする（図３（ｂ）参照）。また、Ｘｎ−１（Ａ）で得られた反射干渉光の波長分布を用いて求められた光路差を光路差Ｌｎ−１（Ａ）、Ｘｎ（Ｂ）で得られた反射干渉光の波長分布を用いて求められた光路差を光路差Ｌｎ（Ｂ）とあらわすものとする。

【0039】

なお、反射干渉光の高強度化を目指すため、図３（ａ）に示す方法に代えてまたは加えて、薄膜２８の測定エリアサイズを狭くしてもよいし、薄膜２８の構成粒子の粒径に応じた光源波長および入射角を用いてもよいし、あらかじめ基板２７のみの反射率を測定し、その結果から反射率の大きい測定波長を用いてもよい（たとえば特開２０１３−７９９２１号公報参照）。

【0040】

（３．主制御部の構成）
主制御部５４は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭをはじめとする記憶媒体などにより構成され、この記憶媒体に記憶されたプログラムに従って膜厚測定装置１０の動作を制御する。主制御部５４のＣＰＵは、ＲＯＭをはじめとする記憶媒体に記憶された膜厚測定プログラムおよびこのプログラムの実行のために必要なデータをＲＡＭへロードする。ＣＰＵは、このプログラムに従って、薄膜２８が移動している場合であっても、屈折率が未知の薄膜２８の膜厚を正確に測定するための処理を実行する。

【0041】

主制御部５４のＲＡＭは、ＣＰＵが実行するプログラムおよびデータを一時的に格納するワークエリアを提供する。主制御部５４のＲＯＭをはじめとする記憶媒体は、情報処理装置１６の起動プログラム、膜厚測定プログラムや、これらのプログラムを実行するために必要な各種データを記憶する。

【0042】

なお、ＲＯＭをはじめとする記憶媒体は、磁気的もしくは光学的記録媒体または半導体メモリなどの、ＣＰＵにより読み取り可能な記録媒体を含んだ構成を有する。これら記憶媒体内のプログラムおよびデータの一部または全部は電子ネットワークを介してダウンロードされるように構成してもよい。

【0043】

図４は、主制御部５４のＣＰＵによる機能実現部の構成例を示す概略的なブロック図である。なお、この機能実現部は、ＣＰＵを用いることなく回路などのハードウエアロジックによって構成してもよい。

【0044】

図４に示すように、主制御部５４のＣＰＵは、膜厚測定プログラムによって、少なくとも駆動制御部６１、シャッタ制御部６２、波長分布生成部６３、光路差算出部６４、光路差補間部６５、膜厚屈折率算出部６６および充填率算出部６７として機能する。この各部６１−６７は、ＲＡＭの所要のワークエリアをデータの一時的な格納場所として利用する。

【0045】

駆動制御部６１は、コンベヤ１４の駆動部を制御することにより、薄膜２８の移動速度を制御する。

【0046】

シャッタ制御部６２は、一の入射角による反射干渉光が他の入射角による反射干渉光に混入する弊害を未然に防ぐよう、所定の照射位置３５に対して第１の照射ユニット２１および第２の照射ユニット２２から所定の時間間隔で交互に照射光が照射されるようにシャッタ２４および２５を制御する。

【0047】

図５は、波長分布生成部６３により生成される、反射干渉光の波長分布の一例を示す説明図である。図５には、膜厚ｄ＝１６μｍ、屈折率ｎ＝１．６を目標に作製された薄膜２８について波長分布生成部６３により生成された波長分布の一例を示した。図５において、実線は第１の入射角θＡ＝２０度に対応する計測位置Ｘｎ−１（Ａ）における波長分布の一例を、破線は第２の入射角θＢ＝３０度に対応する計測位置Ｘｎ（Ｂ）における波長分布の一例を、それぞれ示す。

【0048】

波長分布生成部６３は、分光部１３により生成された各波長における反射干渉光の強度の情報にもとづいて、各計測位置Ｘｎのそれぞれについて、所定の波長帯域ごとのデータからなる離散的な波長分布を生成する（図５参照）。

【0049】

光路差算出部６４は、複数の計測位置Ｘ１（Ａ）、Ｘ２（Ｂ）、・・・、Ｘｍのそれぞれについて、各計測位置に対して照射光が照射された入射角で得られた反射干渉光の波長分布を用いて光路差Ｌ（以下、適宜実測光路差Ｌという）を求める。

【0050】

たとえば、計測位置Ｘｎ（Ｂ）は、入射角θＢにより照射光が照射される計測位置である。この計測位置Ｘｎ（Ｂ）の光路差Ｌｎ（Ｂ）について、光路差算出部６４は、計測位置Ｘｎ（Ｂ）で得られた反射干渉光の波長分布を用いて求める。

【0051】

光路差補間部６５は、複数の計測位置Ｘ１（Ａ）、Ｘ２（Ｂ）、・・・、Ｘｍのそれぞれについて、一方の入射角で照射光が照射された計測位置に対して他方の入射角で前記照射光が照射されたと仮定した場合に推定される光路差である光路差（補間光路差）Ｌ’を、当該計測位置から所定距離内の計測位置で光路差算出部６４により求められた光路差Ｌを用いて求める。

【0052】

たとえば、計測位置Ｘｎ（Ｂ）について考える。計測位置Ｘｎ（Ｂ）は、入射角θＢによる照射光で反射干渉光が実測される計測位置である。このため、光路差算出部６４が算出する実測光路差Ｌｎ（Ｂ）は、入射角θＢによる照射光で実測された反射干渉光の波長分布を用いて求められたものである。換言すれば、計測位置Ｘｎ（Ｂ）に対しては、入射角θＡからの光は照射されていない。光路差補間部６５は、計測位置Ｘｎ（Ｂ）に対して入射角θＡで照射光が照射されたと仮定した場合に推定される補間光路差Ｌ’ｎ（Ａ）を、計測位置Ｘｎ（Ｂ）から所定距離内の計測位置で光路差算出部６４により求められた実測光路差Ｌを用いて求める。

【0053】

膜厚屈折率算出部６６は、複数の計測位置のそれぞれについて、記憶部５３に記憶された式を用いて、実測した入射角および光路差算出部６４により求められた実測光路差Ｌ、ならびに実測していない入射角および光路差補間部６５により求められた補間光路差Ｌ’を式に代入することにより、各計測位置における薄膜２８の膜厚ｄおよび屈折率ｎを求め、その結果を表示部５２に表示する。

【0054】

充填率算出部６７は、膜厚屈折率算出部６６により求められた屈折率ｎを用いて、薄膜２８の各計測位置における薄膜２８の構成材料の充填率を求める。

【0055】

（３−１．実測光路差Ｌの算出方法）
光路差算出部６４は、薄膜２８の表面と裏面、および多層膜であればその界面各々で反射された光の干渉（反射干渉光）の波長分布を用いて実測光路差Ｌを算出する。従来、反射干渉光の波長分布を用いた光路差Ｌの算出方法として種々の方法が知られており、光路差算出部６４は、これらのうち任意のものを使用することができる。

【0056】

図６は、薄膜２８の表面反射光と裏面反射光の光路差Ｌを説明するための図である。

【0057】

照射光が薄膜２８の表面２８ａに入射角θ１で入射する場合、膜厚をｄ、屈折角をθ２とすると、薄膜表面２８ａでの反射光（表面反射光）と薄膜裏面２８ｂでの反射光（裏面反射光）との行程差ΔＳは次のように書ける。

【数1】

【0058】

薄膜２８の屈折率をｎとすると、光路差Ｌは、行程差ΔＳに屈折率ｎを乗じたものである。

【数2】

【0059】

基板２７の屈折率が薄膜２８の屈折率より大きい場合、光路差Ｌと反射干渉光のピーク波長λ_ｍには次の式（３）の関係があることが知られている。

【数3】

【0060】

このため、反射干渉光の波長分布は、各ｍに対応する複数のピークを有する波形となる（図５参照）。なお、基板２７の屈折率が薄膜２８の屈折率より小さい場合には界面反射の際に位相反転が起きるため、式（３）に代えてＬ＝（ｍ＋１／２）・λ_ｍを用いればよい。

【0061】

したがって、光路差算出部６４は、式（３）を用いて、各計測位置について、反射干渉光の波長分布（図５参照）のピークの波長から実測光路差Ｌを求めることができる。ピーク位置を求める方法には、従来、フーリエ変換を用いる方法、カーブフィッティング法や、ピークバレー法などがあり、これらのいずれを用いてもよい。

【0062】

また、光路差算出部６４は、反射干渉光の波長分布に対して離散フーリエ変換を行うことにより実測光路差Ｌを求めてもよいし（特開２０１３−７９９２１号公報参照）、反射干渉光の波長分布に対して所定のテンプレート波形を用いた正規化相関演算を行うことにより実測光路差Ｌを求めてもよい（特開２０１３−２５３８０３号公報参照）。

【0063】

（３−２．補間光路差Ｌ’の算出方法）
図７（ａ）は薄膜２８の膜厚ｄおよび屈折率ｎが計測位置によらず均一な場合の計測位置と光路差との関係の一例を示す説明図であり、（ｂ）は不均一な場合の計測位置と光路差との関係の一例を示す説明図である。

【0064】

図７（ａ）に示すように、薄膜２８の膜厚ｄおよび屈折率ｎが計測位置によらず均一であれば、入射角θＡおよびθＢのそれぞれについて適当な１箇所ずつの計測位置でそれぞれ反射干渉光を実測すればよい。この場合、入射角θＡおよびθＢのそれぞれについて適当な１箇所ずつ（たとえばＸｎ＋３（Ａ）とＸｎ−２（Ｂ）など）の計測位置の実測光路差（たとえばＬｎ＋３（Ａ）とＬｎ−２（Ｂ）など）から正確に膜厚ｄおよび屈折率ｎをもとめることができる。

【0065】

ところが、実際に作製される対象物２６の薄膜２８は、計測位置に応じて異なる膜厚ｄや屈折率ｎを有することが多い（図７（ｂ）参照）。一方、２方向反射率分光法では、互いの反射光が散乱してしまうため、同一の測定位置に対して２種の入射角θＡおよびθＢの両方から同時に反射干渉光を実測することはできず、各入射角から所定時間間隔で交互に反射干渉光を実測する必要がある。このため、２方向反射率分光法において薄膜２８が照射位置３５を通過するときは、この所定時間間隔の間に薄膜２８と照射位置３５との位置関係が変化してしまうことから、同一の測定位置に対して２種の入射角θＡおよびθＢの両方から反射干渉光を実測することはできない。そこで、各計測位置における膜厚ｄは、実測した入射角に対応する光路差Ｌを用いて推定することが必要となる。

【0066】

図８は、２方向反射率分光法において薄膜２８が照射位置３５を通過する場合に、補間光路差Ｌ’を求めることなく各計測位置における膜厚ｄおよび屈折率ｎを求める単純な方法を説明するための図である。また、図９は、図８に示す例において計測位置Ｘｎ（Ｂ）で入射角θＡの照射光を用いて実測した光路差７０の一例を示す説明図である。

【0067】

実測した入射角に対応する光路差Ｌを用いて各計測位置における膜厚ｄおよび屈折率ｎを推定する単純な方法として、隣接する計測位置どうしの実測光路差Ｌを用いる方法が考えられる（図８の破線参照）。この単純な方法では、隣接する計測位置どうしの実測光路差と入射角θＡ、θＢを記憶部５３に記憶された式に代入することにより膜厚ｄおよび屈折率ｎを求めることになる。

【0068】

この方法では、たとえばＸｎ−１（Ａ）とＸｎ（Ｂ）の実測光路差Ｌｎ−１（Ａ）とＬｎ（Ｂ）、および入射角θＡ、θＢを記憶部５３に記憶された式に代入することにより、膜厚ｄおよび屈折率ｎを求めることになる。求められた膜厚ｄおよび屈折率ｎは、計測位置Ｘｎ−１またはＸｎでの算出値としてあつかわれる。

【0069】

しかし、この単純な方法では、算出される膜厚ｄおよび屈折率ｎが大きな誤差を含んでしまう。たとえば、Ｘｎ−１（Ａ）とＸｎ（Ｂ）の実測光路差Ｌｎ−１（Ａ）とＬｎ（Ｂ）を用いて算出した膜厚ｄおよび屈折率ｎをＸｎのものとする場合を考える。この場合、Ｘｎ−１（Ａ）の実測光路差Ｌｎ−１（Ａ）を、Ｘｎで入射角θＡから実測した値と擬制しているにほかならない。

【0070】

ところが、異なる計測位置のそれぞれの膜厚ｄや屈折率ｎが異なると、当然実測光路差Ｌも異なる（式（２）、図６、図７（ｂ）参照）。このため、たとえばベルト３６を停止させるなどして実際に計測位置Ｘｎ（Ｂ）で入射角θＡの照射光を用いて実測した光路差７０は、隣接する計測位置Ｘｎ−１（Ａ）やＸｎ＋１（Ａ）の実測光路差Ｌｎ−１（Ａ）やＬｎ＋１（Ａ）とは異なってしまう（図９参照）。したがって、図８に示す単純な方法では、どうしても算出される膜厚ｄおよび屈折率ｎが大きな誤差を含んでしまう。

【0071】

そこで、光路差補間部６５は、各計測位置について、一方の入射角で照射光が照射された計測位置に対して他方の入射角で照射光が照射されたと仮定した場合に推定される補間光路差Ｌ’を求める。

【0072】

（３−２−１．第１の算出方法）
図１０は、本実施形態に係る第１の算出方法により補間光路差Ｌ’を求める様子の一例を示す説明図である。以下、計測位置Ｘｎ（Ｂ）における補間光路差Ｌ’ｎ（Ａ）を求める場合の例について説明する。

【0073】

第１の補間光路差Ｌ’の算出方法は、各計測位置について、その計測位置で実測していない入射角の他の複数の計測位置での実測光路差Ｌを用いて補間光路差Ｌ’を求める方法である。具体的には、第１の補間光路差Ｌ’の算出方法は、計測位置Ｘｎ（Ｂ）における補間光路差Ｌ’ｎ（Ａ）を、計測位置Ｘｎ（Ｂ）から所定距離内の計測位置に対応するＬｎ−１（Ａ）、Ｌｎ＋１（Ａ）などを用いて求める方法である。

【0074】

この方法では、計測位置Ｘｎ（Ｂ）における補間光路差Ｌ’ｎ（Ａ）を求める場合、たとえば計測位置Ｘｎ（Ｂ）を挟む前後複数点の計測位置であり、かつ入射角θＡに対応する計測位置の実測光路差Ｌ（Ａ）の分布を用いる。

【0075】

図１０には、計測位置Ｘｎ（Ｂ）を挟む前後２点ずつの実測光路差Ｌｎ−３（Ａ）、Ｌｎ−１（Ａ）、Ｌｎ＋１（Ａ）、Ｌｎ＋３（Ａ）の２次近似関数を求める場合の例について示した。光路差補間部６５は、この２次近似関数の計測位置Ｘｎ（Ｂ）における値を、補間光路差Ｌ’ｎ（Ａ）として求める。

【0076】

第１の補間光路差Ｌ’の算出方法は、計測位置Ｘｎ（Ｂ）の近傍における実測光路差Ｌ（Ａ）の分布を用いるため、計測位置Ｘｎ（Ｂ）の近傍における薄膜２８の物性変化を反映した補間光路差Ｌ’ｎ（Ａ）を求めることができる。このため、第１の補間光路差Ｌ’の算出方法によれば、図８に示した単純な方法にくらべ、より正確に各計測位置における膜厚ｄおよび屈折率ｎを求めることができる。

【0077】

（３−２−２．第２の算出方法）
図１１は、本実施形態に係る第２の算出方法により補間光路差Ｌ’を求める様子の一例を示す説明図である。また、図１２は、本実施形態に係る第２の算出方法により補間光路差Ｌ’を求める様子の他の一例を示す説明図である。

【0078】

第２の補間光路差Ｌ’の算出方法は、各計測位置について、その計測位置で実測した入射角の他の複数の計測位置での実測光路差Ｌを用いて補間光路差Ｌ’を求める方法である。具体的には、第２の補間光路差Ｌ’の算出方法は、計測位置Ｘｎ（Ｂ）における補間光路差Ｌ’ｎ（Ａ）を、計測位置Ｘｎ（Ｂ）から所定距離内の計測位置（計測位置Ｘｎ（Ｂ）を含む）に対応するＬｎ−２（Ｂ）、Ｌｎ（Ｂ）Ｌｎ＋２（Ｂ）などを用いて求める方法である。

【0079】

この方法では、計測位置Ｘｎ（Ｂ）における補間光路差Ｌ’ｎ（Ａ）を求める場合、たとえば計測位置Ｘｎ（Ｂ）を含む前後複数点の計測位置であり、かつ入射角θＢに対応する計測位置の実測光路差Ｌ（Ｂ）の分布を用いる。

【0080】

図１１には、計測位置Ｘｎ（Ｂ）と、計測位置Ｘｎ（Ｂ）の前後各１つずつの計測位置Ｘｎ−２（Ｂ）およびＸｎ＋２（Ｂ）との実測光路差変化率を求める場合の例について示した。この場合、光路差補間部６５は、実測光路差Ｌｎ−２（Ｂ）とＬｎ（Ｂ）を結ぶ直線７１の傾きおよびＬｎ（Ｂ）とＬｎ＋２（Ｂ）を結ぶ直線７２の傾きを求める。つぎに、光路差補間部６５は、入射角θＡに対応する計測位置のうち計測位置Ｘｎ（Ｂ）の前後各１つの計測位置Ｘｎ−１（Ａ）およびＸｎ＋１（Ａ）を抽出する。そして、光路差補間部６５は、計測位置Ｘｎ−１（Ａ）を通り直線７１と同一の傾きを有する直線の計測位置Ｘｎ（Ｂ）での値７３と、計測位置Ｘｎ＋１（Ａ）を通り直線７２と同一の傾きを有する直線の計測位置Ｘｎ（Ｂ）での値７４の平均を、補間光路差Ｌ’ｎ（Ａ）として求める。

【0081】

また、図１２には、計測位置Ｘｎ（Ｂ）の前後各１つおよび計測位置Ｘｎ（Ｂ）の実測光路差Ｌｎ−２（Ｂ）、Ｌｎ（Ｂ）、Ｌｎ＋２（Ｂ）の２次近似関数を求める場合の例について示した。この場合、光路差補間部６５は、まず計測位置Ｘｎ（Ｂ）の実測光路差Ｌｎ−２（Ｂ）、Ｌｎ（Ｂ）、Ｌｎ＋２（Ｂ）の２次近似関数を求める。つぎに、この２次近似関数を入射角θＡに対応する実測光路差Ｌ（Ａ）の列に向けて平行移動し、最小２乗的な意味で誤差が最小となる位置を求める。そして、光路差補間部６５は、この求めた位置における２次近似関数の計測位置Ｘｎ（Ｂ）における値を、補間光路差Ｌ’ｎ（Ａ）とする。

【0082】

第２の補間光路差Ｌ’の算出方法は、図１１および図１２に示すように、計測位置Ｘｎ（Ｂ）の近傍における実測光路差Ｌ（Ｂ）の分布を用いるため、計測位置Ｘｎ（Ｂ）の近傍における薄膜２８の物性変化を反映した補間光路差Ｌ’ｎ（Ａ）を求めることができる。このため、第２の補間光路差Ｌ’の算出方法によっても、図８に示した単純な方法にくらべ、より正確に各計測位置における膜厚ｄおよび屈折率ｎを求めることができる。さらに、第２の補間光路差Ｌ’の算出方法は、補間光路差Ｌ’を求める計測位置における実測光路差Ｌｎ（Ｂ）を用いることができるため、第１の補間光路差Ｌ’に比べ、計測位置Ｘｎ（Ｂ）の近傍における薄膜２８の物性変化をより正確に反映した補間光路差Ｌ’ｎ（Ａ）を求めることができる。

【0083】

（３−２−３．膜厚および屈折率の算出）
次に、膜厚屈折率算出部６６による薄膜２８の膜厚ｄおよび屈折率ｎの算出方法について説明する。

【0084】

雰囲気の屈折率を１とすると、入射角θ１と屈折角θ２の関係を示す次式（４）にもとづいて、式（３）は入射角θ１を用いて次式（５）のように変形できる。

【数4】

【数5】

【0085】

したがって、式（５）から、２種の入射角における光路差Ｌが得られれば、膜厚ｄおよび屈折率ｎを求めることができることがわかる。この式（５）は、あらかじめ記憶部５３に記憶される。なお、式（５）は、主制御部５４のＲＯＭをはじめとする記憶媒体に記憶されてもよい。

【0086】

膜厚屈折率算出部６６は、複数の計測位置のそれぞれについて、実測した入射角および実測光路差Ｌ、ならびに実測していない入射角および補間光路差Ｌ’を式（５）に代入することにより、各計測位置における薄膜２８の膜厚ｄおよび屈折率ｎを求める。たとえば、計測位置Ｘｎ（Ｂ）について、膜厚屈折率算出部６６は、入射角θＢおよび実測光路差Ｌｎ（Ｂ）の組と、入射角θＡおよび補間光路差Ｌ’ｎ（Ａ）の組とを式（５）に代入することにより、計測位置Ｘｎ（Ｂ）における薄膜２８の膜厚ｄおよび屈折率ｎを求めることができる。

【0087】

（３−３．充填率）
本実施形態に係る膜厚屈折率算出部６６によれば、薄膜２８の屈折率ｎを測定することができる。このため、薄膜２８の屈折率ｎと、薄膜を構成する誘電体の結晶における屈折率とを比較することにより、この薄膜を構成する誘電体の薄膜２８中の充填率（見かけの充填率）を求めることができる。

【0088】

たとえば、誘電体が酸化チタンである場合、酸化チタン薄膜中の酸化チタンの含有率をａ（％）とし、酸化チタン薄膜の見かけの充填率をｂ（％）＝１００−ａ（％）とする。また、酸化チタンの屈折率をＮ１、薄膜内の空間を充填する他の物質（たとえば空気などの雰囲気気体や樹脂など）の屈折率をＮ２とする。

【0089】

いま、酸化チタン薄膜の屈折率Ｎａは、酸化チタン薄膜中の酸化チタンと薄膜内の空間を充填する他の物質の含有比率に比例すると仮定する。この仮定は、酸化チタンが均質な場合は成り立つ。このとき、酸化チタン薄膜の屈折率Ｎａは、次の式（６）で与えられる。

【0090】

【数6】

式（６）を変形すると、次の式（７）が得られる。

【数7】

【0091】

したがって、屈折率Ｎ１およびＮ２が既知であるものとすれば、膜厚屈折率算出部６６が求めた屈折率をＮａとして式（７）に代入することで、酸化チタンの含有率ａが求められる。このａ（％）から、酸化チタン薄膜の見かけの充填率ｂ（％）＝１００−ａ（％）を求めることができる。

【0092】

充填率ｂは、屈折率ｎに応じて変化する。また、充填率ｂは、作製条件に応じて変化することが知られている。そこで、充填率算出部６７は、測定位置ごとに求めた充填率ｂの情報を作製装置１５に与えてもよい。この場合、作製装置１５は、充填率算出部６７から受けた薄膜２８の充填率ｂの情報にもとづいて、充填率ｂが所定の値に近づき目標とする物性を有する薄膜２８が作製されるように、リアルタイムに作製条件を修正することができる。

【0093】

（４．動作）
次に、本実施形態に係る膜厚測定装置１０の動作の一例について説明する。

【0094】

図１３は、図１に示す主制御部５４のＣＰＵにより、薄膜２８が移動している場合であっても、屈折率ｎが未知の薄膜２８の膜厚ｄを正確に測定する際の手順の一例を示すフローチャートである。図１３において、Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。

【0095】

この手順は、式（５）が記憶部５３に記憶されるとともに、ベルト３６に対象物２６が載置されて等速移動しながら照射位置３５に差し掛かってスタートとなる。

【0096】

まず、ステップＳ１において、照射部１１は、照射位置３５を通過する薄膜２８に対して、入射角θＡおよびθＢから所定の時間間隔で交互に照射光を照射する。この結果、薄膜２８上の一連の複数の計測位置Ｘ１（Ａ）、Ｘ２（Ｂ）、・・・、Ｘｍに対して入射角θＡおよびθＢから交互に照射光が照射されることになる。換言すれば、照射部１１は、計測位置が照射位置３５を通過するごとに入射角をθＡおよびθＢの一方に交互に変更して照射光を照射する。各計測位置における照射光の反射光は、受光部１２を介して分光部１３に与えられる。

【0097】

次に、ステップＳ２において、分光部１３は、各計測位置における反射干渉光を所定の波長帯域で分光して、各波長における反射干渉光の強度の情報を波長分布生成部６３に与える。波長分布生成部６３は、各計測位置Ｘｎのそれぞれについて、分光部１３により生成された各波長における反射干渉光の強度の情報にもとづいて波長分布を生成する（図５参照）。

【0098】

次に、ステップＳ３において、光路差算出部６４は、計測位置ごとに、実測した波長分布にもとづいて実測光路差Ｌを求める。

【0099】

次に、ステップＳ４において、光路差補間部６５は、計測位置ごとに、実測していない方の入射角で照射光を照射したと仮定した場合の補間光路差Ｌ’を、当該計測位置から所定距離内の複数の計測位置の実測光路差Ｌを用いて算出する。このとき、光路差補間部６５は、図１０に示す第１の補間光路差Ｌ’の算出方法を用いてもよいし、図１１または図１２に示す第２の補間光路差Ｌ’の算出方法を用いてもよいし、複数の算出方法で求めた値の平均を補間光路差Ｌ’としてもよい。

【0100】

次に、ステップＳ５において、膜厚屈折率算出部６６は、記憶部５３から式（５）を取得する。

【0101】

次に、ステップＳ６において、膜厚屈折率算出部６６は、計測位置ごとに記憶部５３から取得した式（５）に対して、実測した入射角および実測光路差Ｌの組と、実測していない入射角および補間光路差Ｌ’の組とを代入する。

【0102】

次に、ステップＳ７において、膜厚屈折率算出部６６は、ステップＳ６で得られた２式を連立することにより、計測位置ごとに、薄膜２８の膜厚ｄおよび屈折率ｎを算出する。

【0103】

以上の手順により、薄膜２８が移動している場合であっても、屈折率ｎが未知の薄膜２８の膜厚ｄを正確に測定することができる。

【0104】

本実施形態に係る膜厚測定装置１０は、第１の補間光路差Ｌ’の算出方法や第２の補間光路差Ｌ’の算出方法により、実測していない方の入射角に対応する補間光路差Ｌ’を、当該計測位置から所定距離内の複数の計測位置の実測光路差Ｌを用いて算出する。このため、薄膜２８が移動している場合であっても、各計測位置における入射角と光路差の正確な組を２組得ることができる。したがって、膜厚測定装置１０によれば、薄膜２８が移動している場合であっても、屈折率ｎが未知の薄膜２８の膜厚ｄおよび屈折率ｎを正確に測定することができる。

【0105】

また、本実施形態に係る膜厚測定装置１０は、各計測位置において２つの入射角から光を照射することなく、１つの入射角からの光の照射のみで膜厚ｄおよび屈折率ｎを正確に求めることができる。たとえば、図８に示した単純な方法を採用する場合、隣り合う計測位置における物性変化をできるだけ小さくするため、計測位置の間隔をできるだけ小さくしなければならない。一方、本実施形態に係る膜厚測定装置１０は、補間光路差Ｌ’を求める計測位置の近傍の物性変化を実測光路差Ｌにより予測することにより正確な補間光路差Ｌ’を求めることができる。このため、本実施形態に係る膜厚測定装置１０によれば、隣り合う計測位置どうしの露光開始タイミングの間隔を広くすることができる。このため、各計測位置における処理に要する時間（たとえば、露光時間、データ転送時間、データ加工時間等）が多くかかってしまい上記露光開始タイミングの間隔が広くなってしまう場合であっても、容易に正確な膜厚ｄおよび屈折率ｎを測定することができる。

【0106】

また、本実施形態に係る膜厚測定装置１０によれば、接触法よりも正確に膜厚ｄおよび屈折率ｎを求めることができる。接触法では薄膜２８の表面の位置を測定するにとどまるため、基板２７のたわみ等には全く対処できない。

【0107】

また、本実施形態に係る膜厚測定装置１０は、正確に求めた屈折率ｎから充填率ｂを求めることができる。このため、膜厚測定装置１０は、測定位置ごとに求めた充填率ｂの情報を作製装置１５に与えることができる。この場合、作製装置１５は、充填率算出部６７から受けた薄膜２８の充填率ｂの情報にもとづいて、充填率ｂが所定の値に近づき目標とする物性を有する薄膜２８が作製されるように、リアルタイムに作製条件を修正することができる。

【0108】

したがって、作製装置１５を備える場合、膜厚測定装置１０は、正確に求めた屈折率ｎから薄膜２８の充填率ｂを求めることができるとともに、この充填率ｂの情報を用いることにより、作製する対象物２６の充填率ｂ、すなわち屈折率ｎを、容易に最適化することができる。なお、膜厚測定装置１０は、作製装置１５を備えずともよく、この場合充填率算出部６７も備えずともよい。

【0109】

（５．実施例）
図５に波長分布を示した膜厚ｄ＝１６μｍ、屈折率ｎ＝１．６を目標に作製された薄膜２８に関する比較例１、２および実施例１、２を以下に説明する。

【0110】

比較例１は、各計測位置において薄膜２８を停止させることにより、各計測位置に対して２方向から反射干渉光を測定した例である。一方、比較例２、実施例１および２は、薄膜２８を移動させながら、照射位置３５を通過する計測位置に対して所定の時間間隔で交互に入射角θＡまたはθＢのいずれか１方向から照射光を照射して反射干渉光を測定した例である。

【0111】

（５−１．比較例１）
図１４（ａ）は比較例１に係る計測位置と光路差の関係の一例を示す説明図であり、（ｂ）は比較例１に係る計測位置と膜厚の関係の一例を示す説明図である。

【0112】

比較例１のように各計測位置において薄膜２８を停止させる場合、計測に時間を要するほか、作製装置１５の載置部３６ａとコンベヤ１４のベルト３６とを連結して用いることが難しくなる。

【0113】

（５−２．比較例２）
図１５（ａ）は比較例２に係る計測位置と光路差の関係の一例を示す説明図であり、（ｂ）は比較例２に係る計測位置と膜厚の関係の一例を示す説明図である。

【0114】

比較例２は、図８に示した単純な方法を用いる場合の例である。すなわち、比較例２では、補間光路差Ｌ’を求めることなく、隣接する計測位置どうしの実測光路差Ｌを用いて各計測位置における膜厚ｄを求めた。

【0115】

図１４（ｂ）と図１５（ｂ）とを比較して明らかなように、図８に示した単純な方法では、停止させた場合とは全く異なる膜厚ｄの分布となっている。このため、この単純な方法により求められた膜厚ｄは信頼性が低いと考えられる。

【0116】

（５−３．実施例１）
図１６（ａ）は実施例１に係る計測位置と光路差の関係の一例を示す説明図であり、（ｂ）は実施例１に係る計測位置と膜厚の関係の一例を示す説明図である。

【0117】

実施例１は、図１０に示した第１の補間光路差Ｌ’の算出方法を用いる場合の例である。図１４（ｂ）、図１５（ｂ）および図１６（ｂ）を比較して明らかなように、図１０に示した第１の補間光路差Ｌ’の算出方法では、単純な方法に比べ、停止させた場合に近い膜厚ｄの分布となっている。このため、この単純な方法により求められた膜厚ｄに比べ、第１の補間光路差Ｌ’の算出方法により求められた膜厚ｄは信頼性が高いといえる。

【0118】

（５−４．実施例２）
図１７（ａ）は実施例２に係る計測位置と光路差の関係の一例を示す説明図であり、（ｂ）は実施例２に係る計測位置と膜厚の関係の一例を示す説明図である。

【0119】

実施例２は、図１１に示した第２の補間光路差Ｌ’の算出方法を用いる場合の例である。図１４（ｂ）、図１５（ｂ）および図１７（ｂ）を比較して明らかなように、図１１に示した第２の補間光路差Ｌ’の算出方法もまた、単純な方法に比べ、停止させた場合に近い膜厚ｄの分布となっている。このため、この単純な方法により求められた膜厚ｄに比べ、第２の補間光路差Ｌ’の算出方法により求められた膜厚ｄは信頼性が高いといえる。

【0120】

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0121】

１０ 膜厚測定装置
１１ 照射部
１２ 受光部
１４ コンベヤ
１５ 作製装置
２１ 第１の照射ユニット
２２ 第２の照射ユニット
２４、２５ シャッタ
２８ 薄膜
３５ 照射位置
３６ ベルト（載置部）
６２ シャッタ制御部
６４ 光路差算出部
６５ 光路差補間部
６６ 膜厚屈折率算出部
６７ 充填率算出部
ｂ 充填率
ｄ 膜厚
ｎ 屈折率
θＡ 第１の入射角
θＢ 第２の入射角

【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】