特開 2022-147223 光学測定システム、光学測定方法および測定プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022147223

(43)【公開日】2022-10-06

(54)【発明の名称】光学測定システム、光学測定方法および測定プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/06 20060101AFI20220929BHJP

【ＦＩ】

G01B11/06 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021048379

(22)【出願日】2021-03-23

(71)【出願人】

【識別番号】000206967

【氏名又は名称】大塚電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】川口 史朗

(72)【発明者】

【氏名】中嶋 一八

(72)【発明者】

【氏名】瀧澤 勇人

(72)【発明者】

【氏名】前田 吾郎

【テーマコード（参考）】

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F065AA30

2F065BB17

2F065CC19

2F065DD15

2F065EE01

2F065FF01

2F065FF41

2F065FF61

2F065GG03

2F065GG07

2F065GG24

2F065JJ02

2F065JJ03

2F065JJ25

2F065JJ26

2F065LL02

2F065LL30

2F065LL42

2F065LL67

2F065PP22

2F065QQ21

2F065QQ28

2F065RR08

(57)【要約】

【課題】分光検出器などに生じる温度変化などによる誤差を低減する手法を提供する。
【解決手段】光学測定システムは、光源と、分光検出器と、温度変化に対して特性を維持するように構成された基準試料と、光源からの光を測定対象の試料に照射するとともに、試料で生じる光を分光検出器へ導く第１の光学経路と、光源からの光を基準試料に照射するとともに、基準試料で生じる光を分光検出器へ導く第２の光学経路とを切り換える切換機構と、第１の時刻に、光源からの光を基準試料に照射して分光検出器が出力した第１の検出結果と、第２の時刻に、光源からの光を基準試料に照射して分光検出器が出力した第２の検出結果との変化に基づく補正処理を実行することで、第２の時刻と時間的に近接した第３の時刻に、光源からの光を試料に照射して分光検出器が出力した第３の検出結果から試料の測定値を算出する算出部とを含む。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、
分光検出器と、
温度変化に対して特性を維持するように構成された基準試料と、
前記光源からの光を測定対象の試料に照射するとともに、前記試料で生じる光を前記分光検出器へ導く第１の光学経路と、前記光源からの光を前記基準試料に照射するとともに、前記基準試料で生じる光を前記分光検出器へ導く第２の光学経路とを切り換える切換機構と、
第１の時刻に、前記光源からの光を前記基準試料に照射して前記分光検出器が出力した第１の検出結果と、第２の時刻に、前記光源からの光を前記基準試料に照射して前記分光検出器が出力した第２の検出結果との変化に基づく補正処理を実行することで、前記第２の時刻と時間的に近接した第３の時刻に、前記光源からの光を前記試料に照射して前記分光検出器が出力した第３の検出結果から前記試料の測定値を算出する算出部とを備える、光学測定システム。

【請求項2】

前記補正処理は、前記第１の検出結果を基準とした前記第２の検出結果の変化に基づく、請求項１に記載の光学測定システム。

【請求項3】

前記算出部は、
前記分光検出器が出力した検出結果に基づいて膜厚を算出する手段と、
前記第１の検出結果から算出された第１の膜厚に対する前記第２の検出結果から算出された第２の膜厚の変化率を、前記第３の検出結果から算出された第３の膜厚に反映することで、前記試料の測定値を算出する手段とを備える、請求項１または２に記載の光学測定システム。

【請求項4】

前記算出部は、
波長校正情報を参照して、前記分光検出器が出力した検出結果に波長を対応付ける手段と、
前記第１の検出結果に波長を対応付けた結果と前記第２の検出結果に波長を対応付けた結果との差に基づいて、前記波長校正情報を補正する手段とを備える、請求項１または２に記載の光学測定システム。

【請求項5】

前記基準試料の周囲には断熱構造が設けられている、請求項１～４のいずれか１項に記載の光学測定システム。

【請求項6】

前記基準試料は、温度依存性を実質的に無視できる材質で構成される、請求項１～４のいずれか１項に記載の光学測定システム。

【請求項7】

前記切換機構は、前記光源と前記試料および前記基準試料との間の光学経路上に設けられた光スイッチを含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の光学測定システム。

【請求項8】

前記切換機構は、前記光源から前記試料までの光学経路、および、前記光源から前記基準試料までの光学経路のいずれか一方を選択的に遮光する光学シャッタを含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の光学測定システム。

【請求項9】

第１の時刻に、光源からの光を基準試料に照射して分光検出器が出力する第１の検出結果を取得するステップを備え、前記基準試料は、温度変化に対して特性を維持するように構成されており、
第２の時刻に、前記光源からの光を前記基準試料に照射して前記分光検出器が出力する第２の検出結果を取得するステップと、
前記第２の時刻と時間的に近接した第３の時刻に、前記光源からの光を試料に照射して前記分光検出器が出力した第３の検出結果を取得するステップと、
前記第１の検出結果と前記第２の検出結果との変化に基づく補正処理を実行することで、前記第３の検出結果から前記試料の測定値を算出するステップとを備える、光学測定方法。

【請求項10】

試料を測定するための測定プログラムであって、コンピュータに、
第１の時刻に、光源からの光を基準試料に照射して分光検出器が出力する第１の検出結果を取得するステップを実行させ、前記基準試料は、温度変化に対して特性を維持するように構成されており、
第２の時刻に、前記光源からの光を前記基準試料に照射して前記分光検出器が出力する第２の検出結果を取得するステップと、
前記第２の時刻と時間的に近接した第３の時刻に、前記光源からの光を前記試料に照射して前記分光検出器が出力した第３の検出結果を取得するステップと、
前記第１の検出結果と前記第２の検出結果との変化に基づく補正処理を実行することで、前記第３の検出結果から前記試料の測定値を算出するステップとを実行させる、測定プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、分光検出器を含む光学測定システム、光学測定方法および測定プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

試料に光を照射することで生じる干渉を分光検出器で観測することで、当該試料の膜厚や表面形状などを測定する光学測定システムが知られている。このような光学測定システムは、分光干渉式とも称される。

【0003】

光学的な測定における測定精度を低下させる要因は複数存在する。そのため、測定精度を向上させるためのさまざまな工夫が提案されている。

【0004】

例えば、特開２００２－０３９９５５号公報（特許文献１）は、サンプル測定中、リファレンスとなる基準反射物を測定光路にセットすることなくリファレンス光量の推定ができ、もって測定精度を上げることができる光学自動測定方法を開示する。

【0005】

また、特開２０１１－１１７７７７号公報（特許文献２）は、経時変化や温度変化などによって波長と検出位置との対応関係が変化した場合であっても、検出位置と波長との対応関係を適切に取得することができる校正装置などを開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００２－０３９９５５号公報

【特許文献2】特開２０１１－１１７７７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

分光検出器は、温度変化の影響を受けて検出結果に誤差を生じ得る。上述の特許文献１に開示される光学自動測定方法は、温度変化の影響について考慮するものではない。また、上述の特許文献２に開示される校正装置は、経時変化や温度変化などの影響を考慮するものであるが、輝線を含む入射光を用いた校正に向けられており、測定中に生じる温度変化の影響を補正等するようなことはできない。

【0008】

本発明の一つの目的は、分光検出器を含む光学測定システムにおいて、分光検出器などに生じる温度変化などによる誤差を低減する手法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明のある局面に従う光学測定システムは、光源と、分光検出器と、温度変化に対して特性を維持するように構成された基準試料と、光源からの光を測定対象の試料に照射するとともに、試料で生じる光を分光検出器へ導く第１の光学経路と、光源からの光を基準試料に照射するとともに、基準試料で生じる光を分光検出器へ導く第２の光学経路とを切り換える切換機構と、第１の時刻に、光源からの光を基準試料に照射して分光検出器が出力した第１の検出結果と、第２の時刻に、光源からの光を基準試料に照射して分光検出器が出力した第２の検出結果との変化に基づく補正処理を実行することで、第２の時刻と時間的に近接した第３の時刻に、光源からの光を試料に照射して分光検出器が出力した第３の検出結果から試料の測定値を算出する算出部とを含む。

【0010】

補正処理は、第１の検出結果を基準とした第２の検出結果の変化に基づくものであってもよい。

【0011】

算出部は、分光検出器が出力した検出結果に基づいて膜厚を算出する手段と、第１の検出結果から算出された第１の膜厚に対する第２の検出結果から算出された第２の膜厚の変化率を、第３の検出結果から算出された第３の膜厚に反映することで、試料の測定値を算出する手段とを含んでいてもよい。

【0012】

算出部は、波長校正情報を参照して、分光検出器が出力した検出結果に波長を対応付ける手段と、第１の検出結果に波長を対応付けた結果と第２の検出結果に波長を対応付けた結果との差に基づいて、波長校正情報を補正する手段とを含んでいてもよい。

【0013】

基準試料の周囲には断熱構造が設けられてもよい。
基準試料は、温度依存性を実質的に無視できる材質で構成されてもよい。

【0014】

切換機構は、光源と試料および基準試料との間の光学経路上に設けられた光スイッチを含んでいてもよい。

【0015】

切換機構は、光源から試料までの光学経路、および、光源から基準試料までの光学経路のいずれか一方を選択的に遮光する光学シャッタを含んでいてもよい。

【0016】

本発明の別の局面に従う光学測定方法は、第１の時刻に、光源からの光を基準試料に照射して分光検出器が出力する第１の検出結果を取得するステップを含む。基準試料は、温度変化に対して特性を維持するように構成されている。光学測定方法は、第２の時刻に、光源からの光を基準試料に照射して分光検出器が出力する第２の検出結果を取得するステップと、第２の時刻と時間的に近接した第３の時刻に、光源からの光を試料に照射して分光検出器が出力した第３の検出結果を取得するステップと、第１の検出結果と第２の検出結果との変化に基づく補正処理を実行することで、第３の検出結果から試料の測定値を算出するステップとを含む。

【0017】

本発明のさらに別の局面に従えば、試料を測定するための測定プログラムが提供される。測定プログラムは、コンピュータに、第１の時刻に、光源からの光を基準試料に照射して分光検出器が出力する第１の検出結果を取得するステップを実行させる。基準試料は、温度変化に対して特性を維持するように構成されている。測定プログラムは、コンピュータに、第２の時刻に、光源からの光を基準試料に照射して分光検出器が出力する第２の検出結果を取得するステップと、第２の時刻と時間的に近接した第３の時刻に、光源からの光を試料に照射して分光検出器が出力した第３の検出結果を取得するステップと、第１の検出結果と第２の検出結果との変化に基づく補正処理を実行することで、第３の検出結果から試料の測定値を算出するステップとを実行させる。

【発明の効果】

【0018】

本発明のある実施の形態によれば、分光検出器を含む光学測定システムにおいて、分光検出器などに生じる温度変化などによる誤差を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本実施の形態に従う光学測定システムの構成例を示す模式図である。

【図2】図１に示す光学測定システムの測定時の動作を説明するための図である。

【図3】本実施の形態に従う光学測定システムにおける補正処理を説明するための図である。

【図4】本実施の形態に従う光学測定システムの構成例を示す模式図である。

【図5】本実施の形態に従う光学測定システムの構成例を示す模式図である。

【図6】本実施の形態に従う光学測定システムの構成例を示す模式図である。

【図7】本実施の形態に従う光学測定システムの構成例を示す模式図である。

【図8】本実施の形態に従う光学測定システムの構成例を示す模式図である。

【図9】本実施の形態に従う光学測定システムに含まれる処理装置の構成例を示す模式図である。

【図10】本実施の形態に従う光学測定システムにおける補正処理を含む測定処理を実現するための機能構成の一例を示す模式図である。

【図11】本実施の形態に従う光学測定システムにおける補正処理の実験例を示すタイムチャートである。

【図12】本実施の形態に従う光学測定システムにおける補正処理の実験例を示すタイムチャートである。

【図13】本実施の形態に従う光学測定システムにおける補正処理を含む測定処理に係る処理手順を示すフローチャートである。

【図14】本実施の形態に従う光学測定システムにおける別の補正処理を含む測定処理を実現するための機能構成の一例を示す模式図である。

【図15】本実施の形態に従う光学測定システムにおける補正処理で用いられる干渉波形の一例を示す図である。

【図16】本実施の形態に従う光学測定システムにおける補正処理で用いられる干渉波形の一例を示す図である。

【図17】本実施の形態に従う光学測定システムにおける補正処理で用いられる干渉波形の一例を示す図である。

【図18】本実施の形態に従う光学測定システムにおける補正処理で用いられる干渉波形の一例を示す図である。

【図19】本実施の形態に従う光学測定システムにおける別の補正処理を含む測定処理に係る処理手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0021】

本実施の形態に従う光学測定システムの典型例として、分光干渉式の膜厚測定システムについて主として説明するが、分光検出器を用いる構成であれば、どのような光学系を採用してもよい。また、以下の説明では、測定対象の試料（後述の試料５０）に光を照射してその反射光を観測する光学系（反射光観測系）を例示するが、測定対象の試料に光を照射してその透過光を観測する光学系（透過光観測系）にも当然に適用可能である。

【0022】

＜Ａ．概要＞
図１は、本実施の形態に従う光学測定システム１Ａの構成例を示す模式図である。図１を参照して、光学測定システム１Ａは、試料５０を照射する光を発生する光源１０と、試料５０で生じる光（反射光または透過光）を受光する分光検出器２０とを含む。

【0023】

光源１０は、所定の波長範囲を有する光を発生する発光部１２と、集光レンズ１４と、アパーチャ１６とを含む。発光部１２が発生する光の波長範囲は、測定範囲や試料５０の材質などに応じて任意に決定される。例えば、発光部１２として、ハロゲンランプや白色ＬＥＤなどを採用してもよい。あるいは、発光部１２として、近赤外域の成分を含む測定光を発生するＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光源を採用してもよい。ＡＳＥ光源を採用した場合には、光源１０は、アイソレータやカプラなどの光学素子を介して光ファイバと接続されるため、集光レンズ１４およびアパーチャ１６を省略できる。

【0024】

分光検出器２０は、入射する光を回折する回折格子２２と、回折格子２２に対応付けて配置される複数チャネルを有する受光素子２４と、回折格子２２に入射する光を絞るスリット２６とを含む。受光素子２４は、ラインセンサあるいは２次元センサなどで構成され、波長毎の強度を検出結果として出力する。すなわち、検出結果は、受光素子２４の受光面の各位置における光の強度を示す。なお、回折格子２２に代えて、プリズム分光器を採用してもよい。

【0025】

カプラ３０の一端には、光源１０および分光検出器２０が接続されている。より具体的には、光源１０は、コネクタ１８および光ファイバ４２を介して、カプラ３０に接続されている。分光検出器２０は、コネクタ２８および光ファイバ４４を介して、カプラ３０に接続されている。

【0026】

カプラ３０の他端には、光ファイバ４６を介して、光スイッチ３２の一端が接続されている。

【0027】

光スイッチ３２の他端には、光ファイバ３４を介して、投受光ヘッド３８が接続されるとともに、光ファイバ３６を介して、投受光ヘッド４０が接続されている。

【0028】

光スイッチ３２は、光源１０と試料５０および基準試料６０との間の光学経路上に設けられる。より具体的には、光スイッチ３２は、処理装置２００などからの切換指令に従って、一端に接続された光ファイバ４６と、他端に接続された光ファイバ３４および光ファイバ３６の一方とを光学的に接続する。

【0029】

なお、本実施の形態に従う光学測定システムを構成する光学素子としては、図示するものに限らず目的の機能を果たす任意の光学素子を採用できる。例えば、カプラ３０に代えて、サーキュレータやビームスプリッタを採用してもよい。以下に説明する各実施の形態においても同様である。

【0030】

図２は、図１に示す光学測定システム１Ａの測定時の動作を説明するための図である。
図２を参照して、試料５０を測定する測定モードでは、光スイッチ３２において、光ファイバ４６と光ファイバ３４とが光学的に接続される。これによって、光源１０が発生した光は、コネクタ１８および光ファイバ４２を介してカプラ３０に入射し、さらに、光ファイバ４６、光スイッチ３２、光ファイバ３４を通過して、投受光ヘッド３８から試料５０へ照射される。

【0031】

試料５０に光が照射されることで生じる反射光は、投受光ヘッド３８に入射した後、光ファイバ３４、光スイッチ３２および光ファイバ４６を通過して、カプラ３０に到達する。さらに、試料５０からの反射光は、カプラ３０において、光ファイバ４４およびコネクタ２８へ導かれ、分光検出器２０へ入射する。

【0032】

最終的に、分光検出器２０の検出結果は、処理装置２００へ与えられる。処理装置２００は、分光検出器２０から検出結果に基づいて、試料５０の膜厚などの測定値を算出する。

【0033】

本明細書において、「膜厚」は、任意の試料（または、基準試料）に含まれる特定の層の厚さを意味する。但し、試料（または、基準試料）がウェハのような均一な材質で構成されている場合には、単一の層のみを有している構造と等価であるので、測定される膜厚は試料（または、基準試料）全体の厚さを意味することになる。すなわち、本明細書において、「膜厚」は、積層構造を有する試料に含まれる各層の厚さのみを意味するのではなく、試料全体の厚さを意味することもある。

【0034】

図１および図２に示す光学測定システム１Ａにおいて、例えば、分光検出器２０を含む測定系に対する温度変化の影響が生じ得る。分光干渉式を採用した光学測定システムにおいては、測定される光学距離の精度維持が重要である。すなわち、光学距離の測定結果が変動することで、出力される膜厚などの測定値に誤差が生じることになる。このような測定される光学距離への影響は、典型的には、分光検出器２０を含む測定系の設置環境における温度変化の影響が大きい。

【0035】

そこで、本実施の形態に従う光学測定システムにおいては、分光検出器２０を含む測定系に生じる温度変化の影響を補正するために、基準試料６０（あるいは、後述の基準試料６０Ｓ）を用いる。

【0036】

図１および図２に示す光学測定システム１Ａにおいては、基準試料６０は、投受光ヘッド４０から光が照射されるように配置される。さらに、基準試料６０の周囲には、温度変化の影響を可能な限り低減するための断熱構造６２が設けられている。断熱構造６２を設けることで、基準試料６０に対する温度変化の影響を無視できる程度に抑制する。すなわち、光学測定システム１Ａの環境温度が変化しても、基準試料６０は、初期状態（基準状態）における膜厚などの特性を維持する。このように、基準試料６０は、温度変化に対して特性を維持するように構成される。光学測定システム１Ａは、基準試料６０についての検出結果を用いて、温度変化の影響を低減するための補正処理を実行する。

【0037】

基準試料６０を測定する補正モードでは、光スイッチ３２において、光ファイバ４６と光ファイバ３６とが光学的に接続される。これによって、光源１０が発生した光は、光ファイバ３４および投受光ヘッド３８ではなく、光ファイバ３６および投受光ヘッド４０を通過することになる。そして、光源１０からの光は、投受光ヘッド４０から基準試料６０へ照射される。

【0038】

基準試料６０に光が照射されることで生じる反射光は、投受光ヘッド４０に入射した後、光ファイバ３６、光スイッチ３２および光ファイバ４６を通過して、カプラ３０に到達する。さらに、光源１０からの反射光は、カプラ３０において、光ファイバ４４およびコネクタ２８へ導かれ、分光検出器２０へ入射する。基準試料６０からの光から取得された検出結果は、処理装置２００へ与えられる。処理装置２００は、基準試料６０についての検出結果に基づく補正処理によって、試料５０の膜厚などの測定値を補正する。

【0039】

図２に示すように、光学測定システム１Ａは、光源１０からの光を測定対象の試料５０に照射するとともに、試料５０で生じる光を分光検出器２０へ導く測定モードでの光学経路（第１の光学経路）と、光源１０からの光を基準試料６０に照射するとともに、基準試料６０で生じる光を分光検出器２０へ導く補正モードでの光学経路（第２の光学経路）とを切り換える切換機構を有している。

【0040】

図３は、本実施の形態に従う光学測定システムにおける補正処理を説明するための図である。図３を参照して、光学測定システムは、測定開始前に設定される基準時刻ｔ０において、基準試料６０を測定する（ステップＳ１：基準試料測定）。基準試料６０の測定によって、基準時刻ｔ０における検出結果２５１を取得できる。

【0041】

その後、光学測定システムは、任意の測定時刻ｔ１において、基準試料６０を測定する（ステップＳ２：基準試料測定）とともに、任意の測定時刻ｔ１’（＝ｔ１±Δｔ）において、試料５０を測定する（ステップＳ３：試料測定）。基準試料６０の測定によって、測定時刻ｔ１における検出結果２５２を取得でき、試料５０の測定によって、測定時刻ｔ１’における検出結果２５３を取得できる。なお、測定時刻ｔ１と測定時刻ｔ１’との間は、時間的に近接しているとする。

【0042】

本明細書において、「時間的に近接」とは、温度が時間的に変化し得る任意の環境において、環境温度の差が無視できる時間範囲内であることを意味する。すなわち、「時間的に近接」する時間範囲内において取得された、基準試料６０についての検出結果および試料５０についての検出結果は、実質的に同一の環境温度における検出結果とみなすことができる。そのため、基準試料６０についての検出結果を用いることで、基準試料６０についての検出結果に含まれる温度変化の影響（すなわち、試料５０についての検出結果に含まれる温度変化の影響）を補正できる。

【0043】

光学測定システムは、基準時刻ｔ０における基準試料６０についての検出結果２５１と、測定時刻ｔ１における基準試料６０についての検出結果２５２とに基づく補正処理２５０によって、測定時刻ｔ１’における試料５０についての検出結果２５３から温度変化の影響を低減した上で、試料５０の膜厚などの測定値２５４を算出する。補正処理２５０は、基準時刻ｔ０における検出結果２５１を基準とした測定時刻ｔ１における検出結果２５２の変化に基づいて実行される。

【0044】

このように、本実施の形態に従う光学測定システムは、基準時刻ｔ０（第１の時刻）に光源１０からの光を基準試料６０に照射して分光検出器２０が出力した検出結果２５１（第１の検出結果）と、測定時刻ｔ１（第２の時刻）に光源１０からの光を基準試料６０に照射して分光検出器２０が出力した検出結果２５２（第２の検出結果）との変化に基づく補正処理２５０を実行することで、測定時刻ｔ１（第２の時刻）と時間的に近接した測定時刻ｔ１’（第３の時刻）に光源１０からの光を試料５０に照射して分光検出器２０が出力した検出結果２５３（第３の検出結果）から試料５０の測定値２５４を算出する。

【0045】

本実施の形態に従う光学測定システムは、温度変化の影響を無視できる程度に抑制された環境（例えば、断熱構造６２）に配置された基準試料６０、および／または、温度変化の影響を無視できる材質で構成された基準試料６０Ｓ（後述する）を用いて、試料５０についての検出結果を補正することで、分光検出器２０を含む測定系に対する温度変化の影響を相殺し、試料５０の測定精度を向上させる。

【0046】

なお、基準試料６０を配置する位置は、測定装置の内部であってもよいし、外部であってもよい。

【0047】

図３においては、任意の測定時刻ｔ１において基準試料６０を測定した後に、試料５０を測定する例を示したが、時間的に近接していれば、試料５０および基準試料６０の測定順序はいずれであってもよい。

【0048】

さらに、任意の測定時刻ｔ１において基準試料６０を測定して取得された検出結果２５２を用いて、複数の試料５０を測定して取得された複数の検出結果２５３を補正処理するようにしてもよい。例えば、所定の測定回数毎に、あるいは、所定の測定期間毎に、補正処理２５０に用いる基準試料６０を測定するようにしてもよい。

【0049】

さらにあるいは、基準試料６０を複数回測定して取得された複数の検出結果２５２を用いて補正処理２５０を行ってもよい。

【0050】

環境温度の変化による測定値の相対的な変化を補正することで足りる場合には、測定開始前などの任意の時点を基準時刻ｔ０として設定すればよい。一方、環境温度の変化による測定値の絶対的な変化を補正する必要がある場合には、分光検出器２０を波長校正した環境と同様の環境に維持するとともに、分光検出器２０が安定した状態において、検出結果２５１（第１の検出結果）を取得する必要がある。すなわち、基準時刻ｔ０は、分光検出器２０を波長校正した環境と同様の環境に維持するとともに、分光検出器２０が安定した状態の任意の時刻に設定される。

【0051】

上述したように、本実施の形態に従う光学測定システムは、温度変化の影響を無視できる状態で取得された基準試料６０（あるいは、基準試料６０Ｓ）についての検出結果を用いて、分光検出器２０を含む測定系に対する温度変化の影響を相殺して、試料５０の測定精度を向上する。なお、補正処理２５０の詳細については後述する。

【0052】

＜Ｂ．光学測定システムの構成例＞
次に、図１に示す光学測定システム１Ａに加えて、本実施の形態に従う光学測定システムのいくつかの構成例について説明する。

【0053】

（ｂ１：光学測定システム１Ｂ）
図４は、本実施の形態に従う光学測定システム１Ｂの構成例を示す模式図である。図４に示す光学測定システム１Ｂは、図１に示す光学測定システム１Ａに比較して、基準試料６０が基準試料６０Ｓに変更されるとともに、断熱構造６２が取り除かれている。

【0054】

基準試料６０Ｓは、温度変化に対して特性を維持するように構成される。より具体的には、基準試料６０Ｓは、試料５０の測定中に生じ得る温度変化の影響を無視できる材質で構成されている。すなわち、基準試料６０Ｓは、温度依存性を実質的に無視できる材質で構成され、特性についての温度依存性が極めて小さい。そのため、図１に示すような断熱構造６２を設ける必要性がない。

【0055】

光学測定システム１Ｂの環境温度が変化しても、基準試料６０Ｓは、初期状態（基準状態）における膜厚などの特性を維持する。光学測定システム１Ｂは、基準試料６０Ｓについての検出結果を用いて、温度変化の影響を低減するための補正処理を実行する。

【0056】

光学測定システム１Ｂのその他の構成および処理は、図１に示す光学測定システム１Ａと同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。

【0057】

（ｂ２：光学測定システム１Ｃ）
図５は、本実施の形態に従う光学測定システム１Ｃの構成例を示す模式図である。図５に示す光学測定システム１Ｃは、図１に示す光学測定システム１Ａに比較して、光ファイバ３４および投受光ヘッド３８の組が複数配置されている。すなわち、光スイッチ３２の他端には、光ファイバ３４－１を介して、試料５０－１に光を照射するための投受光ヘッド３８－１が接続されるとともに、光ファイバ３４－２を介して、試料５０－２に光を照射するための投受光ヘッド３８－２が接続されている。

【0058】

光スイッチ３２は、投受光ヘッド３８－１，３８－２および投受光ヘッド４０のうち任意の一つと光ファイバ４６とを光学的に接続できるようになっている。

【0059】

光学測定システム１Ｃのその他の構成および処理は、図１に示す光学測定システム１Ａと同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。

【0060】

（ｂ３：光学測定システム１Ｄ）
図６は、本実施の形態に従う光学測定システム１Ｄの構成例を示す模式図である。図６に示す光学測定システム１Ｄは、図１に示す光学測定システム１Ａに相当する構成を複数有しており、当該複数の光学測定システムの間で基準試料６０を共通的に使用する。

【0061】

より具体的には、光学測定システム１Ｄは、複数の光ファイバ３６が接続される光スイッチ３３を含んでいる。光スイッチ３３についても光源１０と試料５０および基準試料６０との間の光学経路上に設けられる。より具体的には、光スイッチ３３は、処理装置２００などからの切換指令に従って、一端に接続された複数の光ファイバ３６のうち一つと、光ファイバ３７とを光学的に接続する。すなわち、複数の光ファイバ３６のうち選択された一つの光ファイバ３６が基準試料６０を測定することができる。

【0062】

光学測定システム１Ｄのその他の構成および処理は、図１に示す光学測定システム１Ａと同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。

【0063】

（ｂ４：光学測定システム１Ａ～１Ｄの変形例）
上述の図１および図４～図６に示す光学測定システムの構成に限らず、以下のような変形例を採用してもよい。

【0064】

上述の図５および図６には、基準試料６０および断熱構造６２を用いる構成を例示するが、図４に示すような基準試料６０Ｓを採用してもよい。

【0065】

上述の図５には、試料５０に光を照射する投受光ヘッド３８を２つ含む構成例を示すが、より多くの投受光ヘッド３８を配置してもよい。

【0066】

上述の図６には、光源１０と分光検出器２０とからなる組を２つ含む構成例を示すが、より多くの光源１０と分光検出器２０とからなる組を配置してもよい。あるいは、光源１０と分光検出器２０とからなる組ではなく、光源１０のみ、または、分光検出器２０のみを複数配置してもよい。

【0067】

上述の図６に示す構成においても、図５に示す光学測定システム１Ｃのように、試料５０に光を照射する投受光ヘッド３８を複数配置してもよい。

【0068】

いずれの構成においても、複数の光源１０または分光検出器２０が基準試料６０または基準試料６０Ｓを測定するための構成を共用できるようにすることで、構成を簡素化するとともに、コストを低減できる。

【0069】

（ｂ５：光学測定システム１Ｅ）
図７は、本実施の形態に従う光学測定システム１Ｅの構成例を示す模式図である。図７に示す光学測定システム１Ｅは、光源１０および分光検出器２０に加えて、測定筐体８０を含む。

【0070】

光源１０は、コネクタ１８、光ファイバ４２およびコネクタ９６を介して、測定筐体８０の一面に接続されている。分光検出器２０は、コネクタ２８、光ファイバ４４およびコネクタ９８を介して、測定筐体８０の別の面に接続されている。

【0071】

測定筐体８０は、測定室８０Ａと、基準試料室８０Ｂとを含む。測定筐体８０の測定室８０Ａには、コネクタ９６の開口部に対応付けてアパーチャ９２が設けられるとともに、コネクタ９８の開口部に対応付けてアパーチャ９４が設けられている。測定筐体８０は、ビームスプリッタ８２を含む。アパーチャ９２およびアパーチャ９４の各々は、ビームスプリッタ８２の中心と対応する位置に配置されている。

【0072】

ビームスプリッタ８２の中心を通る光軸に対応して、集光レンズ８６および集光レンズ９０が配置されている。集光レンズ８６の焦点位置に合わせて試料５０が配置されるとともに、集光レンズ９０の焦点位置に合わせて基準試料６０が配置される。基準試料６０は、測定筐体８０の基準試料室８０Ｂに収納されている。

【0073】

測定筐体８０の基準試料室８０Ｂは、温度変化の影響を可能な限り低減するための断熱構造を採用する。すなわち、基準試料６０の周囲には断熱構造が設けられている。

【0074】

ビームスプリッタ８２から集光レンズ８６および集光レンズ９０までの光学経路上に、光学シャッタ８４が設けられる。光学シャッタ８４は、光源１０から試料５０までの光学経路、および、光源１０から基準試料６０までの光学経路のいずれか一方を選択的に遮光する。

【0075】

より具体的には、光学シャッタ８４は、処理装置２００などからの切換指令に従って、ビームスプリッタ８２から集光レンズ８６までの光学経路、および、ビームスプリッタ８２から集光レンズ９０までの光学経路のいずれか一方を遮光する。すなわち、光学シャッタ８４は、コネクタ９６およびアパーチャ９２を介して照射される光源１０からの光を、試料５０および基準試料６０のいずれか一方へ導く。

【0076】

試料５０を測定する測定モードでは、光学シャッタ８４が集光レンズ９０側へ駆動される。これによって、光源１０が発生した光は、コネクタ１８、光ファイバ４２およびコネクタ９６を介して測定筐体８０に入射し、さらに、ビームスプリッタ８２で反射されて集光レンズ８６へ導かれる。そして、光源１０からの光は、集光レンズ８６で集光されて試料５０へ照射される。

【0077】

試料５０に光が照射されることで生じる反射光は、集光レンズ８６で収束光に変換された後、ビームスプリッタ８２およびアパーチャ９４、コネクタ９８、光ファイバ４４およびコネクタ２８を通過して、分光検出器２０へ入射する。試料５０からの光から取得された検出結果は、処理装置２００へ与えられる。

【0078】

一方、基準試料６０を測定する補正モードでは、光学シャッタ８４が集光レンズ８６側へ駆動される。これによって、光源１０が発生した光は、コネクタ１８、光ファイバ４２およびコネクタ９９を介して測定筐体８０に入射し、さらに、ビームスプリッタ８２を通過して集光レンズ９０へ導かれる。そして、光源１０からの光は、集光レンズ９０で集光されて基準試料６０へ照射される。

【0079】

基準試料６０に光が照射されることで生じる反射光は、集光レンズ９０で収束光に変換された後、ビームスプリッタ８２で反射された、さらにアパーチャ９４、コネクタ９８、光ファイバ４４およびコネクタ２８を通過して、分光検出器２０へ入射する。基準試料６０からの光から取得された検出結果は、処理装置２００へ与えられる。

【0080】

処理装置２００は、後述するような処理によって、基準試料６０についての検出結果に基づいて、試料５０の膜厚などの測定値を補正する。

【0081】

（ｂ６：光学測定システム１Ｆ）
図８は、本実施の形態に従う光学測定システム１Ｆの構成例を示す模式図である。図８に示す光学測定システム１Ｆは、図７に示す光学測定システム１Ｅに比較して、基準試料６０が基準試料６０Ｓに変更されるとともに、断熱構造を採用した基準試料室８０Ｂに代えて、断熱構造が省略された基準試料室８０Ｃが設けられている。

【0082】

基準試料６０Ｓは、試料５０の測定中に生じ得る温度変化の影響を無視できる材質で構成されている。すなわち、基準試料６０Ｓの温度依存性が極めて小さい。そのため、図７に示すような断熱構造を採用して基準試料室８０Ｂを設ける必要性がない。光学測定システム１Ｆの環境温度が変化しても、基準試料６０Ｓは、初期状態（基準状態）における膜厚などの特性を維持する。

【0083】

光学測定システム１Ｆのその他の構成および処理は、図７に示す光学測定システム１Ｅと同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。

【0084】

（ｂ７：光学測定システム１Ｅおよび１Ｆの変形例）
上述の図７および図８に示す光学測定システムの構成に限らず、以下のような変形例を採用してもよい。

【0085】

上述の図７および図８に示す光学測定システムにおいては、測定筐体８０と光源１０との間、および、測定筐体８０と分光検出器２０との間は、それぞれ光ファイバを介して接続されているが、光ファイバのいずれか一方または両方を省略して、測定筐体８０と光源１０とを直接接続、あるいは、測定筐体８０と分光検出器２０とを直接接続してもよい。

【0086】

（ｂ８：断熱構造についての変形例）
断熱構造に用いる断熱材としては、任意の材質を用いることができる。要求される断熱性能、重量、体積、コストなどを考慮して、適宜設計されてもよい。

【0087】

図２、図５、図６および図７などに示される断熱構造に加えて、あるいは、断熱構造に代えて、温度調整機構を採用してもよい。温度調整機構としては、例えば、ペルチェ素子を用いる構成やヒートポンプを用いる構成などの任意の構成を採用できる。

【0088】

＜Ｃ．処理装置２００の構成例＞
図９は、本実施の形態に従う光学測定システムに含まれる処理装置２００の構成例を示す模式図である。図９を参照して、処理装置２００は、プロセッサ２０２と、主メモリ２０４と、入力部２０６と、表示部２０８と、ストレージ２１０と、ローカル通信インターフェイス２２０と、上位通信インターフェイス２２２と、メディアドライブ２２４とを含む。

【0089】

プロセッサ２０２は、典型的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などの演算処理部であり、ストレージ２１０に格納されている１または複数のプログラムを主メモリ２０４に読み出して実行する。主メモリ２０４は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）またはＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）といった揮発性メモリであり、プロセッサ２０２がプログラムを実行するためのワーキングメモリとして機能する。

【0090】

入力部２０６は、キーボードやマウスなどを含み、ユーザからの操作を受け付ける。表示部２０８は、プロセッサ２０２によるプログラムの実行結果などをユーザへ出力する。

【0091】

ストレージ２１０は、ハードディスクやフラッシュメモリなどの不揮発性メモリからなり、各種プログラムやデータを格納する。より具体的には、ストレージ２１０は、オペレーティングシステム２１２（ＯＳ：Operating System）と、測定プログラム２１４と、検出結果２１６と、測定結果２１８とを保持する。

【0092】

オペレーティングシステム２１２は、プロセッサ２０２がプログラムを実行する環境を提供する。測定プログラム２１４は、プロセッサ２０２によって実行されることで、本実施の形態に従う光学測定方法などを実現する。検出結果２１６は、分光検出器２０から出力されるデータを含む。測定結果２１８は、測定プログラム２１４の実行によって取得される１または複数の測定値を含む。

【0093】

ローカル通信インターフェイス２２０は、処理装置２００と分光検出器２０との間でのデータ伝送を仲介する。

【0094】

上位通信インターフェイス２２２は、製造装置などの上位装置との間でのデータ伝送を仲介する。例えば、上位通信インターフェイス２２２は、上位装置に対して与えられたユーザからの操作を受け付けるとともに、プロセッサ２０２によるプログラムの実行結果などを上位装置を介してユーザへ出力することもできる。

【0095】

メディアドライブ２２４は、プロセッサ２０２で実行されるプログラムなどを格納した記録媒体２２６（例えば、光学ディスクなど）から必要なデータを読出して、ストレージ２１０に格納する。なお、処理装置２００において実行される測定プログラム２１４などは、記録媒体２２６などを介してインストールされてもよいし、上位通信インターフェイス２２２などを介してサーバ装置からダウンロードされてもよい。

【0096】

測定プログラム２１４は、オペレーティングシステム２１２の一部として提供されるプログラムモジュールのうち、必要なモジュールを所定の配列で所定のタイミングで呼び出して処理を実行させるものであってもよい。そのような場合、当該モジュールを含まない測定プログラム２１４についても本発明の技術的範囲に含まれる。測定プログラム２１４は、他のプログラムの一部に組み込まれて提供されるものであってもよい。

【0097】

処理装置２００のプロセッサ２０２がプログラムを実行することで提供される機能の全部または一部をハードワイヤードロジック回路（例えば、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）やＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）など）によって実現してもよい。

【0098】

処理装置２００が必要なすべての処理を実行するのではなく、複数の処理装置で処理を分担してもよいし、一部の処理を分光検出器２０が担当するようにしてもよい。さらに、図示しないネットワーク上のコンピューティングリソース（いわゆるクラウド）が必要な処理の全部または一部を実現するようにしてもよい。

【0099】

＜Ｄ．補正処理を含む測定処理：測定値の補正＞
次に、本実施の形態に従う光学測定システムにおける補正処理を含む測定処理の一例について説明する。以下に説明する補正処理の例では、試料５０の膜厚（測定値）そのものを補正する。

【0100】

（ｄ１：機能構成）
図１０は、本実施の形態に従う光学測定システムにおける補正処理を含む測定処理を実現するための機能構成の一例を示す模式図である。図１０に示す各モジュールは、典型的には、処理装置２００のプロセッサ２０２が測定プログラム２１４を実行することで実現されてもよい。なお、図１０に示す機能構成を実現するハードウェアは各時代に応じて適切なものが選択される。

【0101】

図１０を参照して、処理装置２００は、測定処理に係る機能構成として、前処理モジュール２６０と、膜厚算出モジュール２６４と、補正モジュール２６６とを含む。

【0102】

前処理モジュール２６０は、波長校正テーブル２６２を有しており、分光検出器２０からの検出結果に波長を対応付けて、スペクトル（波長毎の強度）として出力する。

【0103】

膜厚算出モジュール２６４は、分光検出器２０が出力した検出結果に基づいて膜厚を算出する。より具体的には、膜厚算出モジュール２６４は、前処理モジュール２６０から出力されるスペクトルに基づいて、試料５０の膜厚を算出する。試料５０の膜厚の算出方法は、スペクトルをフーリエ変換して算出されるパワースペクトルを用いる方法を採用してもよいし、予め用意されたモデルとのフィッティングを用いる方法を採用してもよい。

【0104】

補正モジュール２６６は、膜厚算出モジュール２６４から出力される膜厚に対して、温度変化の影響を低減するための補正処理を行う。より具体的には、補正モジュール２６６は、補正係数算出モジュール２６８と、除算部２７０とを含む。

【0105】

補正係数算出モジュール２６８は、基準時刻ｔ０において、基準試料６０を測定して取得された膜厚ｄｓ０（基準試料膜厚２５６）と、試料５０の膜厚を測定した測定時刻ｔ１’と時間的に近接した任意の測定時刻ｔ１において、基準試料６０を測定して取得された膜厚ｄｓ１（基準試料膜厚２５７）とに基づいて、補正係数Ｋを算出する。

【0106】

例えば、基準時刻ｔ０において取得された基準試料６０の膜厚ｄｓ０（基準試料膜厚２５６）に対する、任意の測定時刻ｔ１において取得された基準試料６０の膜厚ｄｓ１（基準試料膜厚２５７）の比率を補正係数Ｋとして算出することができる。基準試料膜厚２５６（膜厚ｄｓ０）に対する基準試料膜厚２５７（膜厚ｄｓ１）の変化率を補正係数Ｋとして用いることができる。すなわち、補正係数Ｋ＝ｄｓ１／ｄｓ０として算出できる。

【0107】

上述したように、測定値の相対的な変化および絶対的な変化のうちいずれを補正する必要があるのかに応じて、膜厚ｄｓ０を取得する基準時刻ｔ０は、測定開始前などの任意の時刻、あるいは、分光検出器２０を波長校正した環境と同様の環境に維持するとともに、分光検出器２０が安定した状態の任意の時刻に設定される。

【0108】

除算部２７０は、膜厚算出モジュール２６４から出力される膜厚を補正係数Ｋで除して、補正後の膜厚を算出する。すなわち、測定時刻ｔ１’において取得された試料５０の膜厚ｄ１は、膜厚（補正後）ｄ１ａ＝ｄ１／Ｋ＝ｄ１／（ｄｓ１／ｄｓ０）＝ｄ１×（ｄｓ０／ｄｓ１）に従って補正される。

【0109】

このように、補正モジュール２６６は、基準試料６０の測定値の変化に基づいて、試料５０の測定値を補正する。すなわち、補正モジュール２６６は、基準時刻ｔ０において取得された基準試料６０の検出結果２５１から算出された膜厚ｄｓ０（第１の膜厚）に対する、測定時刻ｔ１において取得された基準試料６０の検出結果２５２から算出された膜厚ｄｓ１（第２の膜厚）の変化率（補正係数Ｋ）を、測定時刻ｔ１’において取得された試料５０の検出結果２５３から算出された膜厚ｄ１（第３の膜厚）に反映することで、試料５０の測定値（膜厚（補正後）ｄ１ａ）を算出する。

【0110】

補正モジュール２６６は、上述した補正処理の実行に応じて、基準試料膜厚２５７（膜厚ｄｓ１）を取得するために切換指令を出力する。上述したように、切換指令に応じて、光源１０からの光が基準試料６０へ導かれる。

【0111】

（ｄ２：実験例）
本実施の形態に従う光学測定システムにおける補正処理の実験例について説明する。

【0112】

図１１および図１２は、本実施の形態に従う光学測定システムにおける補正処理の実験例を示すタイムチャートである。図１１および図１２には、光学測定システムの環境温度を５℃変化させた場合の結果の一例を示す。

【0113】

図１１（Ａ）には、光学測定システムが同一の試料５０を繰り返し測定して取得された測定値（試料膜厚）の時間変化を示す。図１１（Ｂ）には、光学測定システムが同一の基準試料６０を繰り返し測定して取得された測定値（基準試料膜厚）の時間変化を示す。

【0114】

図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示すように、経過時間が８～１１［ｈ］の区間で環境温度が大きく変化しており、これに伴って、同一の試料５０および基準試料６０の測定値であっても変化していることが分かる。より具体的には、図１１（Ａ）の例では、０．０８［μｍ］を超える変動が発生している。

【0115】

図１２（Ａ）には、初期状態（経過時間が０［ｈｒ］）において取得された基準試料６０の測定値（図１０の膜厚ｄｓ０に相当）を基準として、その後に取得された基準試料６０の測定値（図１０の膜厚ｄｓ１に相当）の比率（基準試料膜厚変化率：補正係数Ｋに相当）を示す。

【0116】

図１２（Ｂ）には、図１１（Ａ）に示される試料５０の測定値（試料膜厚）を図１２（Ａ）に示される基準試料膜厚変化率の対応する時刻の値で除した結果を示す。

【0117】

図１１（Ａ）に示されるように、環境温度の変化によって、試料５０の測定値には誤差が発生するが、本実施の形態に従う補正処理を適用することで、発生する誤差を低減できていることが分かる。

【0118】

（ｄ３：処理手順）
図１３は、本実施の形態に従う光学測定システムにおける補正処理を含む測定処理に係る処理手順を示すフローチャートである。図１３に示す各ステップは、典型的には、処理装置２００のプロセッサ２０２が測定プログラム２１４を実行することで実現されてもよい。

【0119】

図１３を参照して、まず、処理装置２００は、切換指令を出力して、基準試料６０を測定対象に選択し（ステップＳ１００）、分光検出器２０から出力される基準試料６０についての検出結果に基づいて膜厚を算出し、膜厚ｄｓ０（基準試料膜厚２５６）として格納する（ステップＳ１０２）。このように、処理装置２００は、光源１０からの光を基準試料６０に照射して分光検出器２０が出力する検出結果を取得する処理を実行する。なお、基準試料６０の膜厚ｄｓ０を膜厚ｄｓ１の初期値として設定してもよい。

【0120】

続いて、処理装置２００は、基準試料６０の測定条件が成立したか否かを判断する（ステップＳ１０４）。基準試料６０の測定条件は、基準試料６０の膜厚ｄｓ１の測定要否を判断するための条件であり、例えば、前回の膜厚ｄｓ１の測定から所定回数の測定が実施された、あるいは、前回の膜厚ｄｓ１の測定から所定期間が経過した、などの条件を用いることができる。

【0121】

基準試料６０の測定条件が成立していれば（ステップＳ１０４においてＹＥＳ）、処理装置２００は、切換指令を出力して、基準試料６０を測定対象に選択し（ステップＳ１０６）、分光検出器２０から出力される基準試料６０についての検出結果に基づいて膜厚を算出し、新たな膜厚ｄｓ１（基準試料膜厚２５７）として更新する（ステップＳ１０８）。このように、処理装置２００は、光源１０からの光を基準試料６０に照射して分光検出器２０が出力する検出結果を取得する処理を実行する。

【0122】

一方、基準試料６０の測定条件が成立していなければ（ステップＳ１０４においてＮＯ）、ステップＳ１０６およびＳ１０８の処理はスキップされる。

【0123】

続いて、処理装置２００は、試料５０の測定条件が成立したか否かを判断する（ステップＳ１１０）。試料５０の測定条件は、例えば、図示しない試料５０の搬送機構などからのトリガを受信したといった条件を用いることができる。試料５０の測定条件が成立していなければ（ステップＳ１１０においてＮＯ）、ステップＳ１１０の処理が繰り返される。

【0124】

試料５０の測定条件が成立すると（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、処理装置２００は、切換指令を出力して、試料５０を測定対象に選択し（ステップＳ１１２）、分光検出器２０から出力される試料５０についての検出結果に基づいて膜厚を算出する（ステップＳ１１４）。このように、処理装置２００は、基準試料６０の測定時刻と時間的に近接した時刻に、光源１０からの光を試料５０に照射して分光検出器２０が出力した検出結果を取得する処理を実行する。

【0125】

そして、処理装置２００は、予め格納している膜厚ｄｓ０と現在の膜厚ｄ１とに基づいて補正係数Ｋを算出し（ステップＳ１１６）、算出した補正係数Ｋを用いて、算出された膜厚を補正して出力する（ステップＳ１１８）。このように、処理装置２００は、ステップＳ１０２において取得された検出結果とステップＳ１０８において取得された検出結果との変化に基づく補正処理を実行することで、ステップＳ１１４において取得された検出結果から試料５０の測定値を算出する。以下、ステップＳ１０４以下の処理が繰り返される。

【0126】

以上のような処理手順によって、試料５０の膜厚などの測定値が順次算出される。なお、ステップＳ１００およびＳ１０２の処理は、光学測定システムの工場出荷段階などで実行されてもよい。

【0127】

＜Ｅ．補正処理を含む測定処理：波長校正情報の補正＞
次に、本実施の形態に従う光学測定システムにおける補正処理を含む測定処理の別の一例について説明する。以下に説明する補正処理の例では、試料５０のスペクトルを算出するための波長校正情報を補正する。

【0128】

（ｅ１：機能構成）
図１４は、本実施の形態に従う光学測定システムにおける別の補正処理を含む測定処理を実現するための機能構成の一例を示す模式図である。図１４に示す各モジュールは、典型的には、処理装置２００のプロセッサ２０２が測定プログラム２１４を実行することで実現されてもよい。なお、図１４に示す機能構成を実現するハードウェアは各時代に応じて適切なものが選択される。

【0129】

図１４を参照して、処理装置２００は、測定処理に係る機能構成として、前処理モジュール２６０と、膜厚算出モジュール２６４と、波長校正補正モジュール２７２とを含む。

【0130】

前処理モジュール２６０は、波長校正テーブル２６２および補正関数２６３を有している。補正関数２６３は、予め用意された波長校正テーブル２６２の特性を補正するための関数である。以下の説明では、波長校正テーブル２６２および補正関数２６３を「波長校正情報」とも総称する。このように、前処理モジュール２６０は、波長校正情報を参照して、分光検出器２０が出力した検出結果に波長を対応付けて、スペクトルを出力する。

【0131】

膜厚算出モジュール２６４は、図１０に示す膜厚算出モジュール２６４と同様である。
波長校正補正モジュール２７２は、前処理モジュール２６０が参照する波長校正情報を温度変化の影響を低減するように補正する。より具体的には、波長校正補正モジュール２７２は、基準時刻ｔ０において、基準試料６０を測定して取得された基準干渉波形λｓ０（基準試料スペクトル２７６）と、補正対象の膜厚を測定した時刻と時間的に近接した任意の測定時刻ｔ１において、基準試料６０を測定して取得された基準干渉波形λｓ１（基準試料スペクトル２７７）とに基づいて、補正関数２６３を算出あるいは更新する。以下、説明の便宜上、前処理モジュール２６０が出力するスペクトルを干渉波形あるいは基準干渉波形とも称す。

【0132】

波長校正情報を補正するためには、波長校正テーブル２６２を決定した際の基準干渉波形λｓ０（基準試料スペクトル２７６）を取得しておく必要がある。そのため、基準時刻ｔ０は、分光検出器２０を波長校正した時点に設定されることが好ましい。この場合には、分光検出器２０の波長校正とともに、基準試料６０の測定を行う必要がある。

【0133】

あるいは、基準時刻ｔ０は、分光検出器２０の波長校正後であって、当該波長校正した環境と同様の環境に維持されるとともに、分光検出器２０が安定した状態にある任意の時点に設定されてもよい。このような環境において基準試料６０を測定して取得される基準干渉波形λｓ０（基準試料スペクトル２７６）は、波長校正時に取得されるものと実質的に同一であるとみなすことができる。

【0134】

このように、波長校正補正モジュール２７２は、基準時刻ｔ０（第１の時刻）に光源１０からの光を基準試料６０に照射して分光検出器２０が出力した検出結果２５１（第１の検出結果）に波長を対応付けて得られる基準干渉波形λｓ０（基準試料スペクトル２７６）と、測定時刻ｔ１（第２の時刻）に光源１０からの光を基準試料６０に照射して分光検出器２０が出力した検出結果２５２（第２の検出結果）に波長を対応付けて得られる基準干渉波形λｓ１（基準試料スペクトル２７７）との差に基づいて、波長校正情報（補正関数２６３および／または波長校正テーブル２６２）を補正する。

【0135】

波長校正補正モジュール２７２は、上述した補正処理の実行に応じて、基準干渉波形λｓ１（基準試料スペクトル２７７）を取得するために切換指令を出力する。上述したように、切換指令に応じて、光源１０からの光が基準試料６０へ導かれる。

【0136】

このように、波長校正補正モジュール２７２は、基準試料６０についての検出結果の変化に基づいて、試料５０の測定値を補正する。

【0137】

以下、波長校正補正モジュール２７２が波長校正情報を補正する処理についてより詳細に説明する。

【0138】

図１５～図１８は、本実施の形態に従う光学測定システムにおける補正処理で用いられる干渉波形の一例を示す図である。なお、図１５～図１８には、同一の試料５０および基準試料６０を測定した結果を示す。

【0139】

図１５（Ａ）には、基準時刻ｔ０において、基準試料６０を測定して取得された基準干渉波形λｓ０（基準試料スペクトル２７６）の一例を示す。また、図１５（Ｂ）には、基準時刻ｔ０と時間的に近接した測定時刻ｔ０’において、試料５０を測定して取得された干渉波形λ０の一例を示す。

【0140】

図１６（Ａ）には、任意の測定時刻ｔ１において、基準試料６０を測定して取得された基準干渉波形λｓ１（基準試料スペクトル２７７）の一例を示す。また、図１６（Ｂ）には、測定時刻ｔ１と時間的に近接した測定時刻ｔ１’において、試料５０を測定して取得された干渉波形λ１の一例を示す。

【0141】

図１７（Ａ）には、図１５（Ａ）に示す基準干渉波形λｓ０と図１６（Ａ）に示す基準干渉波形λｓ１とを重ねた波形を示し、図１７（Ｂ）には、図１５（Ｂ）に示す干渉波形λ０と図１６（Ｂ）に示す干渉波形λ１とを重ねた波形を示す。

【0142】

図１７（Ａ）に示すように、分光検出器２０の環境温度が変化することで、回折格子２２と受光素子２４との位置関係、および、回折格子２２自体に変化が生じて、分光検出器２０の検出結果と波長との対応関係にズレが生じ得る。

【0143】

一例として、図１５（Ｂ）に示される干渉波形λ０から算出される試料５０の膜厚は、１００．０００９５５［μｍ］であるのに対して、図１６（Ｂ）に示される干渉波形λ１から算出される試料５０の膜厚は、１０１．２７６９８５［μｍ］となる。すなわち、干渉波形のズレによって、約１．２７［μｍ］の誤差が生じることになる。

【0144】

波長校正補正モジュール２７２は、基準時刻ｔ０において取得された基準干渉波形λｓ０と、測定時刻ｔ１において取得された基準干渉波形λｓ１とが一致するように、波長校正情報（実体としては、補正関数２６３）を補正する。

【0145】

波長校正情報の補正方法としては、例えば、基準干渉波形λｓ０に現れる複数のピークの波長位置、および、基準干渉波形λｓ１に現れる複数のピークの波長位置を抽出し、抽出した波長位置が一致するように、多項数近似式の係数を決定する。決定された多項数近似式を、波長校正テーブル２６２を補正するための補正関数２６３として決定する。

【0146】

波長位置を一致させるための計算方法として、複数のピークの波長位置についての重心を計算するようにしてもよい。また、抽出するピークは、近接する所定数（例えば、３個）であってもよいし、離散的に存在する所定数であってもよいし、すべてのピークを抽出するようにしてもよい。さらに、多項数近似式ではなく、任意の補正関数を採用できる。

【0147】

図１８（Ａ）には、図１７（Ａ）に示される基準干渉波形λｓ０および基準干渉波形λｓ１から算出された波長校正テーブル２６２を用いて出力された、試料５０についての干渉波形λ１ａ（干渉波形λ１を補正した結果）を示す。なお、図１７（Ａ）に示される干渉波形λ１ａから算出される試料５０の膜厚は、１００．０３４６１６［μｍ］となり、誤差が大きく低減されていることが分かる。

【0148】

図１８（Ｂ）には、図１８（Ａ）に示す測定時刻ｔ１において取得された干渉波形λ１ａと、図１５（Ｂ）に示す測定時刻ｔ０’において取得された干渉波形λ０とを重ねた波形を示す。同一の試料５０を測定した結果であるので、測定時刻に依らず同一の結果を示すのが理想であるが、図１８（Ｂ）に示すように、干渉波形λ１ａと干渉波形λ０とはほぼ同一の波形を示していることが分かる。

【0149】

上述したように、環境温度の変化によって、分光検出器２０の検出結果と波長との対応関係にズレが生じ得るが、本実施の形態に従う補正処理を適用することで、発生する誤差を低減できていることが分かる。

【0150】

なお、上述の説明では、波長校正テーブル２６２そのものではなく、補正関数２６３を補正する処理例を示すが、波長校正テーブル２６２に補正関数２６３を反映して、波長校正テーブル２６２そのものを更新するようにしてもよい。

【0151】

（ｅ２：処理手順）
図１９は、本実施の形態に従う光学測定システムにおける別の補正処理を含む測定処理に係る処理手順を示すフローチャートである。図１９に示す各ステップは、典型的には、処理装置２００のプロセッサ２０２が測定プログラム２１４を実行することで実現されてもよい。

【0152】

図１９を参照して、まず、処理装置２００は、切換指令を出力して、基準試料６０を測定対象に選択し（ステップＳ２００）、分光検出器２０から出力される基準試料６０についての検出結果から算出されるスペクトルを基準干渉波形λｓ０（基準試料スペクトル２７６）として格納する（ステップＳ２０２）。このように、処理装置２００は、光源１０からの光を基準試料６０に照射して分光検出器２０が出力する検出結果を取得する処理を実行する。

【0153】

なお、波長校正テーブル２６２については、事前の校正処理により予め用意されている。また、基準試料６０の基準干渉波形λｓ０を基準干渉波形λｓ１（基準試料スペクトル２７７）の初期値として設定してもよい。

【0154】

続いて、処理装置２００は、基準試料６０の測定条件が成立したか否かを判断する（ステップＳ２０４）。基準試料６０の測定条件は、補正関数２６３の更新要否を判断するための条件であり、例えば、前回の補正関数２６３の算出から所定回数の測定が実施された、あるいは、前回の補正関数２６３の算出から所定期間が経過した、などの条件を用いることができる。

【0155】

基準試料６０の測定条件が成立していれば（ステップＳ２０４においてＹＥＳ）、処理装置２００は、切換指令を出力して、基準試料６０を測定対象に選択し（ステップＳ２０６）、分光検出器２０から出力される基準試料６０についての検出結果から算出されるスペクトルを基準干渉波形λｓ１（基準試料スペクトル２７７）として格納する（ステップＳ２０８）。このように、処理装置２００は、光源１０からの光を基準試料６０に照射して分光検出器２０が出力する検出結果を取得する処理を実行する。そして、処理装置２００は、基準干渉波形λｓ０（基準試料スペクトル２７６）と基準干渉波形λｓ１（基準試料スペクトル２７７）とに基づいて、補正関数２６３を更新する（ステップＳ２１０）。

【0156】

一方、基準試料６０の測定条件が成立していなければ（ステップＳ２０４においてＮＯ）、ステップＳ２０６～Ｓ２１０の処理はスキップされる。

【0157】

続いて、処理装置２００は、試料５０の測定条件が成立したか否かを判断する（ステップＳ２１２）。試料５０の測定条件は、例えば、図示しない試料５０の搬送機構などからのトリガを受信したといった条件を用いることができる。試料５０の測定条件が成立していなければ（ステップＳ２１２においてＮＯ）、ステップＳ２１２の処理が繰り返される。

【0158】

試料５０の測定条件が成立すると（ステップＳ２１２においてＹＥＳ）、処理装置２００は、切換指令を出力して、試料５０を測定対象に選択し（ステップＳ２１４）、分光検出器２０から出力される試料５０についての検出結果に基づいて膜厚を算出して出力する（ステップＳ２１６）。このとき、補正関数２６３を用いて波長校正テーブル２６２が補正された上で、干渉波形λ１が算出される。このように、処理装置２００は、基準試料６０の測定時刻と時間的に近接した時刻に、光源１０からの光を試料５０に照射して分光検出器２０が出力した検出結果を取得する処理を実行する。そして、ステップＳ２０４以下の処理が繰り返される。

【0159】

以上のような処理手順によって、試料５０の膜厚などの測定値が順次算出される。上述したように、処理装置２００は、ステップＳ２０２において取得された検出結果とステップＳ２０８において取得された検出結果との変化に基づく補正処理を実行することで、ステップＳ２１６において取得された検出結果から試料５０の測定値を算出する。

【0160】

なお、ステップＳ２００およびＳ２０２の処理は、光学測定システムの工場出荷段階などで実行されてもよい。

【0161】

＜Ｆ．まとめ＞
本実施の形態に従う光学測定装置は、温度変化に対して特性を維持するように構成された基準試料６０についての検出結果に生じる変化に基づいて、分光検出器２０を含む測定系に対する温度変化の影響を推定および補正する。これによって、比較的長時間に亘り測定する場合や、環境温度が比較的大きく変化するような設置環境に配置された場合であっても、温度変化の測定に対する影響を抑制して誤差を低減できる。

【0162】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0163】

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ 光学測定システム、１０ 光源、１２ 発光部、１４，８６，９０ 集光レンズ、１６，９２，９４ アパーチャ、１８，２８，９６，９８，９９ コネクタ、２０ 分光検出器、２２ 回折格子、２４ 受光素子、２６ スリット、３０ カプラ、３２，３３ 光スイッチ、３４，３６，３７，４２，４４，４６ 光ファイバ、３８，４０ 投受光ヘッド、５０ 試料、６０，６０Ｓ 基準試料、６２ 断熱構造、８０ 測定筐体、８０Ａ 測定室、８０Ｂ，８０Ｃ 基準試料室、８２ ビームスプリッタ、８４ 光学シャッタ、２００ 処理装置、２０２ プロセッサ、２０４ 主メモリ、２０６ 入力部、２０８ 表示部、２１０ ストレージ、２１２ オペレーティングシステム、２１４ 測定プログラム、２１６，２５１，２５２，２５３ 検出結果、２１８ 測定結果、２２０ ローカル通信インターフェイス、２２２ 上位通信インターフェイス、２２４ メディアドライブ、２２６ 記録媒体、２５０ 補正処理、２５４ 測定値、２５６，２５７ 基準試料膜厚、２６０ 前処理モジュール、２６２ 波長校正テーブル、２６３ 補正関数、２６４ 膜厚算出モジュール、２６６ 補正モジュール、２６８ 補正係数算出モジュール、２７０ 除算部、２７２ 波長校正補正モジュール、２７６，２７７ 基準試料スペクトル、Ｋ 補正係数。

【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】