JP2002039720A - 膜厚測定装置、該膜厚測定装置におけるデータ取得方法およびデータ取得のためのプログラムを記憶した記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射率の異なる複数の薄膜の膜面を確実に検
出することができる膜厚測定装置、該膜厚測定装置にお
けるデータ取得方法およびデータ取得のためのプログラ
ムを記憶した記録媒体を提供する。 【解決手段】 複数層の薄膜を形成した試料６と対物レ
ンズ５とを相対的に移動させるとともに、試料６に対物
レンズ５を介してレーザ光を照射し、各層の薄膜からの
反射光に応じた光検出器９の検出信号の変化から薄膜面
を検出するもので、光検出器９の検出信号の状態に応じ
てゲインおよび積算回数をデータ取得条件として設定
し、光検出器９の検出信号に対してデータ取得条件とし
て設定されたゲインの調整および積算回数を実行しデー
タを取得する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、膜厚測定装置、例
えば走査型レーザ顕微鏡を適用した膜厚測定装置、該膜
厚測定装置によるデータ取得方法およびデータ取得のた
めのプログラムを記憶した記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェハなどの基板表面には、透明
または半透明の薄膜が形成されることがあるが、これら
薄膜の厚さ寸法にバラツキがあったり、異物が混入した
りすると、製品として所定の特性を得られないことがあ
る。

【０００３】このため、従来では、薄膜の厚さ寸法を測
定する膜厚測定装置として、薄膜を形成した基板（試
料）と対物レンズとを相対的に移動させるとともに、試
料に対物レンズを介してレーザ光を照射し、試料の薄膜
表面と基板面からの反射光を検出し、この検出信号の変
化から薄膜の厚さを検出するようにした走査型レーザ顕
微鏡が知られている。

【０００４】ところで、試料の中には、薄膜を複数積層
したものがあるが、このような試料について各層の薄膜
の厚さ測定を行う場合も、試料と対物レンズとを相対的
に移動させるとともに、各層ごとの薄膜面に対物レンズ
を介してレーザ光を照射し、その反射光を検出し、この
検出信号のピーク値から各層の薄膜面を検出するように
している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、複数の薄膜
の中に低反射率のものが存在すると、この低反射率膜面
では、検出信号のピーク値のＳ／Ｎが反射光の暗さに応
じて劣化していくため、ピーク値を用いて検出する膜厚
測定精度を悪くする。このため、このような事態を想定
して予め全体の検出感度を上げておくことが考えられる
が、このようにすると、高反射率膜面からの検出信号が
飽和してしまい正しい膜厚の情報を得ることが困難にな
る。つまり、複数の薄膜中に反射率の高いものと低いも
のが混在するような場合は、低反射率膜面を検出できる
ようにゲインを調整すると、高反射率膜面からの検出信
号が飽和して正しい膜厚の情報を得ることが困難とな
る。また、最高反射率の膜面からの検出信号が飽和しな
いようにゲインを調整すると、低反射率の膜面からの検
出信号のピーク値が検出されないことがあり、実際に膜
面が存在しているのに各薄膜の境界が判別できずに検出
エラーや測定誤差を生じるという問題があった。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、反射率の異なる複数の薄膜の膜面を確実に検出する
ことができる膜厚測定装置、該膜厚測定装置におけるデ
ータ取得方法およびデータ取得のためのプログラムを記
憶した記録媒体を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
薄膜が形成され、測定対象面を少なくとも２つ有してい
る試料に対して対物レンズを介したスポット光を照射さ
せると共に、前記試料と対物レンズとを光軸上で相対的
に移動させつつ、前記試料からの反射光を光検出手段で
検出し、前記光検出手段の検出出力の変化から測定対象
面を検出することで、前記試料上に形成された薄膜の厚
さを測定する膜厚測定装置において、前記光検出手段の
検出出力の状態に応じて、該検出出力に対するゲイン又
は積算回数をデータ取得条件として設定するデータ取得
条件設定手段と、前記光検出手段の検出出力に対して前
記データ取得条件設定手段で設定されたゲイン調整又は
積算回数を実行しデータを取得するデータ取得手段とを
具備したことを特徴としている。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、予め設計値として与えられる前記薄膜の情
報からデータ取得条件の設定範囲を決定する設定範囲決
定手段を有し、前記データ取得条件設定手段は、前記設
定範囲決定手段で決定された範囲において、前記光検出
手段の検出出力の状態から、該検出出力に対するゲイン
又は積算回数をデータ取得条件として設定することを特
徴としている。

【０００９】請求項３記載の発明は、薄膜が形成され、
測定対象面を少なくとも２つ有している試料に対して対
物レンズを介したスポット光を照射させると共に、前記
試料と対物レンズとを光軸上で相対的に移動させつつ、
前記試料からの反射光を光検出手段で検出し、前記光検
出手段の検出出力の変化から測定対象面を検出すること
で、前記試料上に形成された薄膜の厚さを測定する膜厚
測定装置におけるデータ取得方法において、前記光検出
手段の検出出力の状態に応じて、該検出出力に対するゲ
イン又は積算回数をデータ取得条件として設定し、前記
光検出手段の検出出力に対して前記データ取得条件設定
手段で設定されたゲイン調整又は積算回数を実行しデー
タを取得することを具備したことを特徴としている。

【００１０】請求項４記載の発明は、請求項３記載の発
明において、予め設計値として与えられる前記薄膜の情
報からデータ取得条件の設定範囲を決定し、この決定さ
れた範囲において、前記光検出手段の検出出力の状態か
ら、該検出出力に対するゲイン又は積算回数をデータ取
得条件として設定することを特徴としている。

【００１１】請求項５記載の発明は、薄膜が形成され、
測定対象面を少なくとも２つ有している試料に対して対
物レンズを介したスポット光を照射させると共に、前記
試料と対物レンズとを光軸上で相対的に移動させつつ、
前記試料からの反射光を光検出手段で検出し、前記光検
出手段の検出出力の変化から測定対象面を検出すること
で、前記試料上に形成された薄膜の厚さを測定する膜厚
測定装置におけるデータ取得のためのプログラムを記録
した記録媒体であって、前記光検出手段の検出出力の状
態に応じて、該検出出力に対するゲイン又は積算回数を
データ取得条件として設定し、前記光検出手段の検出出
力に対して前記データ取得条件設定手段で設定されたゲ
イン調整又は積算回数を実行しデータを取得することを
特徴としている。

【００１２】請求項６記載の発明は、請求項５記載の発
明において、膜厚測定装置におけるデータ取得のための
プログラムを記録した記録媒体は、予め設計値として与
えられる前記薄膜の情報からデータ取得条件の設定範囲
を決定し、この決定された範囲において、前記光検出手
段の検出出力の状態から、該検出出力に対するゲイン又
は積算回数をデータ取得条件として設定することを特徴
としている。

【００１３】この結果、本発明によれば、膜面からの反
射光を検出する検出手段の検出出力に対してデータ取得
条件として設定されたゲインの調整および積算回数を実
行することにより、検出出力を薄膜面の情報を検出する
のに支障のないレベルまで改善することができるので、
膜面の反射率に左右されることなく確実に薄膜面を検出
することができる。

【００１４】また、予め設計値として与えられる膜厚の
情報から、薄膜の面位置およびデータ取得条件の設定範
囲などを得られるので、データ取得条件の設定から、検
出手段の検出出力に対してデータ取得条件を実行しデー
タを取得するまでの一連の作業を自動的に行うことがで
きる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従い説明する。

【００１６】（第１の実施の形態）図１は、本発明の膜
厚測定装置に適用される走査型レーザ顕微鏡の概略構成
を示している。

【００１７】この場合、レーザ光源１から出射されたレ
ーザ光は、ミラー２で反射し、ハーフミラー３を透過し
て２次元走査機構１４に入射される。

【００１８】２次元走査機構１４は、コンピュータ４の
制御部４１の制御によりレーザ光を２次元走査するもの
で、このレーザ光は、対物レンズ５を介してステージ１
２に載置された試料６の測定対象面の領域全体にわたっ
て２次元走査される。

【００１９】また、この試料６からの反射光は、対物レ
ンズ５を透過し、２次元走査機構１４を介してハーフミ
ラー３で反射され、結像レンズ７、ピンホール８を介し
て光検出器９により検出される。

【００２０】そして、光検出器９からの信号は、コンピ
ュータ４の画像入力部４２に２次元走査機構１４での２
次元走査に同期して取り込まれ、画像データとして主メ
モリ４３に記憶される。

【００２１】主メモリ４３に記憶された画像データは、
ＣＰＵバス４７、ビデオカード４４を介して２次元画像
としてモニタ１０に表示される。

【００２２】なお、画像入力部４２は、光検出器９から
のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換機
能を備えている。

【００２３】この場合、光検出器９では、対物レンズ５
の焦点位置からの試料６の反射光以外は、ピンホール８
を通過することができないため、試料６の画像は、対物
レンズ５の合焦位置からの画像しか得られない。

【００２４】そこで、この性質を利用してコンピュータ
４の制御部４１の制御により、レーザ光の２次元走査と
光軸方向でＺ軸移動機構１１による対物レンズ５の位置
を所定距離ずつ（所定間隔で）移動（Ｚ軸走査）させる
のとを行なわせて、光検出器９の検出信号（輝度デー
タ）が最大になった位置（ピーク位置）を試料６の測定
対象面（ここでは、薄膜６１の表面６１ｂ、薄膜６１と
薄膜６２との境界面６２ｂ、薄膜６２と薄膜６３との境
界面６３ｂ、薄膜６３と基板６４との境界面（基板表
面）６４ｂ（図３参照））と認識するようにしている。

【００２５】なお、上述した実施の形態では、対物レン
ズ５を光軸方向で上下動するものを例として説明した
が、これに限られるものではなく、光軸方向（Ｚ軸方
向）で試料６と対物レンズ５とが相対的に移動できるよ
うに構成されていればどのような構成であってもよく、
例えばステージ１２を上下動させる構成であってもよ
い。

【００２６】これら一連の動きは、コンピュータ４の制
御部４１及び画像入力部４２を統合して制御することで
実現される。

【００２７】また、モニタ１０上には、試料６の２次元
画像と共に、走査型レーザ顕微鏡の操作を制御するため
の画面も表示されており、オペレータは、この画面を通
じて顕微鏡を取り扱うようになっている。

【００２８】以上のような制御は、コンピュータ４の記
録媒体４６（磁気記録媒体、ハードディスク、ＣＤ−Ｒ
ＯＭ等）に記録されている制御プログラムにより実現さ
れる。

【００２９】制御プログラムは、主メモリ４３に記憶さ
れ、ＣＰＵ４５から実行される。

【００３０】また、制御プログラムは、記録媒体４６に
記録されている必要はなく、例えばコンピュータ４に接
続されている不図示のネットワークを介して遠隔地にあ
るサーバコンピュータからダウンロードして実行するよ
うにしてもよい。

【００３１】図２は、このような膜厚測定装置により測
定対象面を認識するのに際して、予め最適なデータを取
得する条件を設定するためにモニタ１０の画面上に表示
された表示例を示している。

【００３２】この場合、画面上には、条件設定領域１０
１と設定条件表示領域１０２とが表示されている。

【００３３】このうちの条件設定領域１０１には、測定
対象面を設定するＺ位置設定部１０１ａ、最適な大きさ
の検出出力を得るためのゲイン調整部１０１ｂ、最適な
背景の明るさを設定するためのオフセット調整部１０１
ｃ、同一測定対象面を複数回取り込むと共に、これらを
積算する回数を設定する積算回数設定部１０１ｄ及び条
件登録ボタン１０１ｅが表示されている。

【００３４】また、設定条件表示領域１０２には、層番
号１０２ａ、測定対象面（Ｚ位置）１０２ｂ、積算
（回）１０２ｃ、ゲイン（倍）１０２ｄ、オフセット
（％）１０２ｅの各設定項目が表示されている。

【００３５】そして、オペレータは、モニタ１０上の表
示を用いて最適なデータ取得条件を設定する。

【００３６】いま、図３に示すように試料６として第１
乃至第３の薄膜６１、６２、６３が基板６４上に形成さ
れているものとする。

【００３７】この状態で、図４に示すフローチャートに
従った操作が実行される。

【００３８】先ず、ステップ４０１として、モニタ１０
上に条件設定領域１０１が表示され、オペレータからの
入力待ちとなる。

【００３９】オペレータは、Ｚ位置設定部１０１ａを操
作して、試料６の第１の薄膜６１の層番号を選択して入
力する。

【００４０】次いで、ステップ４０２で、最初の測定対
象面となる第１の薄膜６１面、ここでは薄膜６１の表面
６１ｂに焦点を合わせる。

【００４１】この場合、図１に示すレーザ光源１のレー
ザ光を、対物レンズ５を介して薄膜６１の表面６１ｂに
照射し、この反射光を光検出器９で検出すると共に、Ｚ
軸移動機構１１により対物レンズ５の位置を光軸方向で
移動、ここでは上方から下方に向けて移動させて、光検
出器９の検出信号が最大になる合焦位置を検出する。

【００４２】次いで、ステップ４０３で、光検出器９の
検出信号が大きく、最大輝度が十分に明るくなる位置を
判断する。

【００４３】この場合、検出信号が小さく、最大輝度が
十分な明るさでなければ、ステップ４０４で条件設定領
域１０１のゲイン調整部１０１ｂをオペレータが操作で
きるように操作待ち状態となり、光検出器９のゲイン調
整が行なわれる。

【００４４】また、十分な明るさが得られていると判断
されると、ステップ４０５に進み、今度は背景の明るさ
が十分な明るさであり、最適な背景の明るさとなってい
るか否か判断される。

【００４５】この場合、背景の明るさが十分でなけれ
ば、ステップ４０６で条件設定領域１０１のオフセット
調整部１０１ｃをオペレータが操作できるように操作待
ち状態となり、光検出器９のオフセット調整が行なわれ
る。

【００４６】また、十分な背景の明るさが得られている
と判断されると、ステップ４０７に進み、同一測定対象
面、ここでは薄膜６１の表面６１ｂでの検出信号を複数
回取り込み、これらを積算する必要があるか否か判断さ
れる。

【００４７】ここで、積算する必要があると判断されが
場合、ステップ４０８に進み、条件設定領域１０１の積
算回数設定部１０１ｄを操作して回数設定が行なえる状
態となる。

【００４８】条件設定領域１０１の積算回数設定部１０
１ｄの操作が行われると、ステップ４０９に進む。

【００４９】また、積算する必要が無ければ、直接ステ
ップ４０９に進む。

【００５０】次いで、ステップ４０９で、条件登録ボタ
ン１０１ｅをオペレータが操作できる状態となり、オペ
レータにより操作が行われると、それぞれの条件が設定
条件表示領域１０２の層番号１０２ａ、測定対象面（Ｚ
位置）１０２ｂ、積算（回）１０２ｃ、ゲイン（倍）１
０２ｄ、オフセット（％）１０２ｅに書き込まれると同
時に、コンピュータ４のメモリ４３に記憶される。

【００５１】上記処理が終わるとステップ４１０に進
み、全ての測定対象面に対して最適なデータ取得条件の
設定が終了したか否かが判断される。

【００５２】ここで、全ての測定対象面に対して、最適
なデータ取得条件の設定が終了していなければ、ステッ
プ４０１に戻り、以下、第２の薄膜６２面（薄膜６１と
薄膜６２との境界面６２ｂ）、第３の薄膜６３面（薄膜
６２と薄膜６３との境界面６３ｂ）及び基板６４面（基
板表面６４ｂ）の各測定対象面についても同様な処理を
実行する。

【００５３】ここで、具体例として、第１乃至第３の薄
膜６１、６２、６３及び基板６４のそれぞれの測定対象
面での反射率分布が例えば図３のａ乃至ｄに示すように
与えられた場合、図３のａに示す第１の薄膜６１の表面
６１ｂでは、比較的大きな反射光が得られ、検出信号も
大きくデータ取得に問題ないと判断され、ゲイン調整部
１０１ｂ、オフセット調整部１０１ｃ、積算回数設定部
１０１ｄでの全ての操作は行われることなく、この状態
の条件が記憶される。

【００５４】また、図３のｂに示す第２の薄膜６２の境
界面６２ｂでは、低反射率面を含み、やや暗くＳ／Ｎも
落ちる傾向があり、データ取得に問題があると判断さ
れ、オペレータによる条件設定待ち状態となり、オペレ
ータによる積算回数設定部１０１ｄでの最適と思われる
積算回数の設定が行われると、その条件が記憶される。

【００５５】図３のｃに示す、第３の薄膜６３の境界面
６３ｂでは、超低反射率面を含み、ピーク値も小さいの
で、図３のｂの場合と同様にデータ取得に問題があると
判断され、オペレータによる条件設定待ち状態となり、
オペレータによるゲイン調整部１０１ｂ、オフセット調
整部１０１ｃでの夫々の調整と共に、積算回数設定部１
０１ｄで最適と思われる積算回数の設定が行われると、
その条件が記憶される。

【００５６】そして、図３のｄに示す基板６４の境界面
（基板表面）６４ｂでは、第１の薄膜６１の表面６１ｂ
と同様にして、比較的大きな反射率が得られるので、十
分に明るくデータ取得に問題無いと判断され、ゲイン調
整部１０１ｂ、オフセット調整部１０１ｃ、積算回数設
定部１０１ｄでの全ての操作は行われることなく、この
状態の条件が記憶される。

【００５７】このようなデータ取得条件の設定後に、第
１乃至第３の薄膜６１、６２、６３に対するデータ取得
条件の適用範囲のエクステンド取り込み幅が設定され
る。

【００５８】この場合、第１乃至第３の薄膜６１、６
２、６３の境界Ｚ位置６１ａ、６２ａ、６３ａを、これ
ら第１乃至第３の薄膜６１、６２、６３の膜厚方向の略
中間に設定し、第１の薄膜６１に対するデータ取得条件
の適用範囲は、任意に設定される−αから境界Ｚ位置６
１ａまでの範囲、第２の薄膜６２に対するデータ取得条
件の適用範囲は、境界Ｚ位置６１ａから６２ａまでの範
囲、第３の薄膜６３に対するデータ取得条件の適用範囲
は、境界Ｚ位置６２ａから６３ａまでの範囲、基板６４
に対するデータ取得条件の適用範囲は、境界Ｚ位置６３
ａから＋αまでの範囲に設定される。

【００５９】次に、第１乃至第３の薄膜６１、６２、６
３及び基板６４の各測定対象面（薄膜表面６１ｂ、境界
面６２ｂ、境界面６３ｂ、基板表面６４ｂ）に対するデ
ータ取得が行われる。

【００６０】先ず、第１の薄膜６１のデータ取得を行な
う場合、エクステンド取り込み幅が−αから境界Ｚ位置
６１ａまでの範囲で設定されている第１の薄膜６１のデ
ータ取得条件でデータ取得が行われる。

【００６１】第１の薄膜６１のデータ取得は、上述した
データ取得条件の設定のもとで、対物レンズ５の位置を
光軸方向で上方から下方に向けて移動させて、第１の薄
膜６１の表面６１ｂに対する光検出器９の検出信号を取
得データ（輝度データ）として画像入力部４２に取り込
む。

【００６２】この場合、第１の薄膜６１に対するデータ
取得条件は、ゲイン調整部１０１ｂ、オフセット調整部
１０１ｃ、積算回数設定部１０１ｄで全ての操作が行わ
れていないので、取得データがそのままの状態で取り込
まれる。

【００６３】次に、第２の薄膜６２のデータ取得を行な
う場合、エクステンド取り込み幅が境界Ｚ位置６１ａか
ら６２ａまでの範囲で設定されている第２の薄膜６２の
データ取得条件でデータ取得が行われる。

【００６４】第２の薄膜６２のデータ取得は、上述した
データ取得条件の設定のもとで、対物レンズ５の位置を
光軸方向で上方から下方に向けて移動させて、第２の薄
膜６２の境界面６２ｂに対する光検出器９の検出信号を
取得データ（輝度データ）として画像入力部４２に取り
込む。

【００６５】この場合、第２の薄膜６２に対するデータ
取得条件は、積算回数設定部１０１ｄにより最適と思わ
れる積算回数が設定されているので、第２の薄膜６２か
らのデータ取得を設定回数だけ繰り返し、Ｓ／Ｎを改善
した状態で取得データが取り込まれる。

【００６６】次に、第３の薄膜６３のデータ取得を行な
う場合、エクステンド取り込み幅が境界Ｚ位置６２ａか
ら６３ａまでの範囲で設定されている第３の薄膜６３の
データ取得条件でデータ取得が行われる。

【００６７】第３の薄膜６３のデータ取得は、上述した
データ取得条件の設定のもとで、対物レンズ５の位置を
光軸方向で上方から下方に向けて移動させて、第３の薄
膜６３の境界面６３ｂに対する光検出器９の検出信号を
取得データ（輝度データ）として画像入力部４２に取り
込む。

【００６８】この場合、第３の薄膜６３に対するデータ
取得条件は、ゲイン調整部１０１ｂ、オフセット調整部
１０１ｃでのそれぞれの調整と共に、積算回数設定部１
０１ｄで最適と思われる積算回数が設定されているの
で、第３の薄膜６３からのデータ取得をゲイン、オフセ
ットのそれぞれを調整すると共に、設定回数だけデータ
取得を繰り返して行い、測定対象面の取りこぼしが回避
された状態で取得データが取り込まれる。

【００６９】そして、基板６４のデータ取得を行なう場
合、エクステンド取り込み幅が境界Ｚ位置６３ａから＋
αまでの範囲で設定されている基板６４の境界面（基板
表面）６４ａのデータ取得条件でデータ取得が行われ
る。

【００７０】基板６４のデータ取得は、上述したデータ
取得条件の設定のもとで、対物レンズ５の位置を光軸方
向で上方から下方に向けて移動させて、基板６４の境界
面（基板表面）６４ｂに対する光検出器９の検出信号を
取得データ（輝度データ）として画像入力部４２に取り
込む。

【００７１】この場合、基板６４に対するデータ取得条
件は、ゲイン調整部１０１ｂ、オフセット調整部１０１
ｃ、積算回数設定部１０１ｄで全ての操作が行われてい
ないので、取得データがそのままの状態で取り込まれ
る。

【００７２】従って、このようにすれば試料６の第１乃
至第３の薄膜６１、６２、６３と基板６４の各測定対象
面６１ｂ、６２ｂ、６３ｂ、６４ｂからの反射光を検出
する光検出器９の夫々の検出信号に対してデータ取得条
件として設定されたゲインの調整及び積算回数を実行す
ることにより、各測定対象面毎の各検出信号の検出を支
障のないレベルまで改善して精度良い検出ができるよう
になるので、異なる反射率等の測定対象面に左右される
ことなく確実に夫々の測定対象面を検出することがで
き、検出エラーや測定誤差等をなくすことができる。

【００７３】以上のようにして精度のよい測定対象面の
検出を行なうことで、例えば積層された複数の薄膜の反
射率が異なっていたとしても、高精度の膜厚測定を行な
うことができる。

【００７４】また、予め正しい検出結果が得られたこと
を判断するための閾値を設定し、その閾値と検出結果と
を比較判断できる判断部を設けておくことにより、仮に
薄膜と基板の間に気泡又は異物が混入している状態で膜
厚測定が行われたとしても、その状態での検出結果に対
してエラーであることを表示やブザーでオペレータに知
らせたり、また測定位置を変更して再度測定を行なわせ
るようにすることも可能であり、これによって膜厚測定
をより効率的且つ高精度に進めることもできる。

【００７５】（第２の実施の形態）第１の実施の形態
は、データ取得条件の設定が手動により行なわれていた
が、この第２の実施の形態は、自動的に最適なデータ取
得条件の設定が行なわれるようにしたものである。

【００７６】なお、第２の実施の形態の膜厚測定装置に
適用される走査型レーザ顕微鏡の概略構成は、図１と同
様なので、同図を援用し、説明を省略するものとする。

【００７７】また、試料６は、図３に示すように、第１
乃至第３の薄膜６１、６２、６３を基板６４に積層した
ものとする。

【００７８】さらに、自動的にデータ取得条件を設定す
る際のモニタ１０画面に表示されている設定条件表示領
域（図５参照）は、図２で述べた設定条件表示領域１０
２の層番号１０２ａ、測定対象面（Ｚ位置）１０２ｂ、
積算回数（回）１０２ｃ、ゲイン（倍）１０２ｄ、オフ
セット（％）１０２ｅの各設定項目に加えて、設計膜厚
１０２ｆ、層上限Ｚ位置（＝薄膜表面６１ｂ）１０２
ｇ、層下限Ｚ位置（＝基板表面６４ｂ）１０２ｈの各設
定項目が表示されている。

【００７９】なお、データ取得条件として設定される項
目は、上述したものに限られるものではなく、例えば各
薄膜及び基板の反射率も情報として入力できてもよい。

【００８０】この状態で、先ず、図６に示すフローチャ
ートに従った操作が実行される。

【００８１】ステップ６０１で、試料６の各薄膜の膜厚
入力状態となり、オペレータによる入力が行われる。

【００８２】なお、ここでオペレータによって入力され
る第１乃至第３の薄膜６１、６２、６３の膜厚は、予め
設計段階で与えられる設計値に相当する。

【００８３】ここで、これら第１乃至第３の薄膜６１、
６２、６３の膜厚が図３に示すようにｄ１、ｄ２、ｄ３
に設定されているものとすると、これらの膜厚ｄ１、ｄ
２、ｄ３を、ステップ６０２で、必要分入力したと判断
されるまで順番に入力状態となる。

【００８４】オペレータによって入力された第１乃至第
３の薄膜６１、６２、６３の膜厚ｄ１、ｄ２、ｄ３は、
コンピュータ４のメモリ４３に記憶されると共に、図５
に示す設定条件表示領域の設計膜厚１０２ｆに表示され
る。

【００８５】次に、図７に示すフローチャートにおい
て、先ず、ステップ７０１は、オペレータによるステー
ジ１２上への試料６載置待ち状態であり、ステージ１２
上に試料６が載置されるとステップ７０２へ進む。

【００８６】次いで、ステップ７０２及びステップ７０
３で、コンピュータ４の制御部４の制御によりレーザ光
の２次元走査毎にＺ軸移動機構１１で対物レンズ５の位
置を光軸方向に移動させて、光検出器９の検出信号が最
大になった合焦位置から試料６の第１の薄膜６１の表面
６１ｂを検出する。

【００８７】次に、ステップ７０４で、第１の薄膜６１
の表面６１ｂと膜厚ｄ１、ｄ２、ｄ３から第１乃至第３
の薄膜６１、６２、６３の測定対象面のＺ位置及びデー
タ取得条件の設定範囲（以下、データ取得範囲と称す
る）を決定する。

【００８８】この場合、第１の薄膜６１の表面６１ｂに
続けて、第１の薄膜６１の表面６１ｂの位置＋膜厚ｄ１
により第２の薄膜６２の境界面６２ｂのＺ位置を求め、
第２の薄膜６２の境界面６２ｂの位置＋膜厚ｄ２により
第３の薄膜６３の境界面６３ｂのＺ位置を求める。

【００８９】また、第１の薄膜６１の表面６１ｂから
（（−αの位置から第１の薄膜６１の表面６１ｂの位
置）＋（膜厚ｄ１／２））の位置までの範囲を求め、求
めた範囲を第１の薄膜６１のデータ取得範囲とする。

【００９０】次いで、（（第１の薄膜６１の表面６１ｂ
の位置）＋（膜厚ｄ１／２））の位置から（（第１の薄
膜６１の表面６１ｂの位置）＋（第１の薄膜６１の膜厚
ｄ１）＋（第２の薄膜６２の膜厚ｄ２／２））の位置ま
での範囲を求め、求めた範囲を第２の薄膜６２のデータ
取得範囲とする。

【００９１】さらに、（（第１の薄膜６１の表面６１ｂ
の位置）＋（第１の薄膜６１の膜厚ｄ１）＋（第２の薄
膜６２の膜厚ｄ２／２））の位置から（（第１の薄膜６
１の表面６１ｂの位置）＋（第１の薄膜６１の膜厚ｄ
１）＋（第２の薄膜６２の膜厚ｄ２）＋（第３の薄膜６
３の膜厚ｄ３／２））の位置までの範囲を求め、求めた
範囲を第３の薄膜６３のデータ取得範囲とする。

【００９２】そして、第１の薄膜６１の表面６１ｂの位
置＋第１の薄膜６１の膜厚ｄ１＋第２の薄膜６２の膜厚
ｄ２＋第３の薄膜６３の膜厚ｄ３／２の位置から第１の
薄膜６１の表面６１ｂの位置＋第１の薄膜６１の膜厚ｄ
１＋第２の薄膜６２の膜厚ｄ２＋第３の薄膜６３の膜厚
ｄ３＋αまでの範囲から基板６４の境界面（基板表面）
６４ｂのデータ取得条件の設定範囲を求めるようにな
る。

【００９３】これら第１乃至第３薄膜６１、６２、６３
の各測定対象面６１ｂ、６２ｂ、６３ｂのＺ位置及びデ
ータ取得範囲は、図５に示す設定表示領域の最上限（薄
膜表面６１ｂ）のＺ位置１０２ｇ、最下限（基板表面６
４ｂ）の位置１０２ｈ、測定対象面（Ｚ位置）１０２ｂ
に書き込まれると同時に、コンピュータ４のメモリ４３
に記憶される。

【００９４】次に、ステップ７０５で、第１の薄膜６１
の表面６１ｂに対してオートコントラストをかけ、「ゲ
イン」「オフセット」条件を求める。

【００９５】これらはデータ取得条件として、図５に示
す設定条件表示領域の層番号１０２ａ、測定対象面（Ｚ
位置）１０２ｂ、ゲイン（倍）１０２ｄ、オフセット
（％）１０２ｅに書き込まれると共に、コンピュータ４
のメモリ４３に記憶される。

【００９６】次に、ステップ７０６で、積算回数の判定
が行われる。

【００９７】この場合、第１の薄膜６１の表面６１ｂの
Ｚ位置では、比較的均一な輝度分布が得られるので、コ
ンピュータ４は例えばモニタ１０の画面上中央部等のあ
る程度狭い領域での取得データ（輝度データ）の標準偏
差から積算の回数を決定し、これをデータ取得条件に加
味するようにしている。

【００９８】なお、ここでは、コンピュータ４によって
積算回数を設定しているが、これに限られるものではな
くオペレータによる手入力でもよい。

【００９９】この場合、ｎ回の積算によりランダムノイ
ズのバラツキが１／√ｎに減少するので、ある標準偏差
の閾値を設けておき、取得データの標準偏差がａ倍であ
ったとすると、この閾値以下にするのに必要な積算回数
は、ａ２にすればよいことになる。

【０１００】次に、ステップ７０７で、第２の薄膜６２
の境界面６２ｂに移動して、ステップ７０８で、第２の
薄膜６２の境界面６２ｂに対してオートコントラストを
かけ、「ゲイン」「オフセット」条件を求め、ステップ
７０９で、積算回数が判定される。

【０１０１】これらの結果は、データ取得条件として、
図５に示す設定条件表示領域の層番号１０２ａ、測定対
象面（Ｚ位置）１０２ｂ、積算回数（回）１０２ｃ、ゲ
イン（倍）１０２ｄ、オフセット（％）１０２ｅに書き
込まれると共に、コンピュータ４のメモリ４３に記憶さ
れる。

【０１０２】そして、ステップ７１０で、全ての層分に
ついてデータ取得条件が設定されたか否かが判断され
る。

【０１０３】ここでは、未だ第３の薄膜６３以降が存在
するので、ステップ７０７に戻って、上述した動作が繰
り返され、第３の薄膜６３及び基板６４についての「ゲ
イン」「オフセット」条件、積算回数の判定結果が図５
に示す設定条件表示領域の層番号１０２ａ、測定対象面
（Ｚ位置）１０２ｂ、積算回数（回）１０２ｃ、ゲイン
（倍）１０２ｄ、オフセット（％）１０２ｅに書き込ま
れると共に、コンピュータ４のメモリ４３に記憶され
る。

【０１０４】その後、ステップ７１０で、全ての層分に
ついてデータ取得条件が設定されたと判断されると、ス
テップ７１１に進み、第１乃至第３の薄膜６１、６２、
６３及び基板６４の各測定対象面６１ｂ、６２ｂ、６３
ｂ、６４ｂに対するデータ取得が行われる。

【０１０５】この場合のデータ取得は、第１の実施の形
態で述べたのと同様であり、ここでの説明は省略する。

【０１０６】従って、このようにすれば、予め設計値と
して与えられる第１乃至第３の薄膜６１、６２、６３の
膜厚ｄ１、ｄ２、ｄ３から各薄膜６１、６２、６３及び
基板６４の各測定対象面６１ｂ、６２ｂ、６３ｂ、６４
ｂの位置及びデータ取得条件の設定範囲を自動的に求め
ることで、これら設定範囲毎のデータ取得条件の設定、
第１乃至第３の薄膜６１、６２、６３からの反射光に応
じた光検出器９の検出信号に対してデータ取得条件を実
行し、データを取得するまでの一連の作業までを自動的
に行なうことができるので、作業効率が飛躍的に向上さ
せることができるなお、上述した実施の形態では、試料
６として、第１乃至第３の薄膜６１、６２、６３の３層
の薄膜が形成された場合について述べたが、３層以外の
複数の薄膜を形成した試料６についても、同様に適用で
きる。

【０１０７】以上のようにして精度のよい測定対象面の
検出が自動で行なえるので、例えば積層された複数の薄
膜の反射率が異なっていたとしても、第１の実施の形態
のような高精度の膜厚測定を自動で行なわせることがで
きる。

【０１０８】また、第２の実施の形態でも、予め正しい
検出結果が得られたことを判断するための閾値を設定
し、その閾値と検出結果とを比較判断できる判断部を設
けておくことにより、仮に薄膜と基板の間に気泡又は異
物が混入している状態で膜厚測定が行われたとしても、
その状態での検出結果に対してエラーであることを表示
やブザーでオペレータに知らせたり、また測定位置を変
更して再度測定を行なわせるようにすることも可能であ
り、これによって膜厚測定をより効率的且つ高精度に進
めることもできる。

【０１０９】また、上述した実施形態では、走査型レー
ザ顕微鏡を例に説明したが、本発明が適用される顕微鏡
はこれに限られるものではなく、例えばNikpow Diskの
ようなDiskスキャン形式の共焦点顕微鏡であってもよい
し、またガルバノミラーの代わりに音響光学素子を用い
てＸ方向の走査を高速に行なうようにして試料からの光
をピンホールを介することなくラインセンサで受光する
構成の顕微鏡であっても使用することができる。

【０１１０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、反射
率の異なる複数の薄膜の膜面を確実に検出することがで
きる膜厚測定装置、該膜厚測定装置におけるデータ取得
方法およびデータ取得のためのプログラムを記憶した記
録媒体を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に適用される走査型
レーザ顕微鏡の概略構成を示す図。

【図２】第１の実施の形態のモニタ画面の表示例を示す
図。

【図３】第１の実施の形態に用いられる試料を説明する
ための図。

【図４】第１の実施の形態での操作を説明するためのフ
ローチャート。

【図５】本発明の第２の実施の形態のモニタ画面の表示
例を示す図。

【図６】第２の実施の形態での操作を説明するためのフ
ローチャート。

【図７】第２の実施の形態の動作を説明するためのフロ
ーチャート。

【符号の説明】

１…レーザ光源 ２…ミラー ３…ハーフミラー ４…コンピュータ ４１…制御部 ４２…画像入力部 ４３…主メモリ ４４…ビデオカード ４５…ＣＰＵ ４６…記録媒体 ４７…ＣＰＵバス ５…対物レンズ ６…試料 ６１…第１の薄膜 ６２…第２の薄膜 ６３…第３の薄膜 ６１ａ、６２ａ、６３ａ…境界Ｚ位置 ６４…基板 ７…結像レンズ ８…ピンホール ９…光検出器 １０…モニタ １０１…条件設定領域 １０１ａ…Ｚ位置設定部 １０１ｂ…ゲイン調整部 １０１ｃ…オフセット調整部 １０１ｄ…積算回数設定部 １０１ｅ…条件登録ボタン １０２…設定条件表示領域 １０２ａ…層番号 １０２ｂ…膜面（Ｚ位置） １０２ｃ…積算（回） １０２ｄ…ゲイン（倍） １０２ｅ…オフセット（％） １０２ｆ…設計膜厚 １０２ｇ…層上限Ｚ位置 １０２ｈ…層下限Ｚ位置 １１…Ｚ軸移動機構 １２…ステージ １４…２次元走査機構

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄膜が形成され、測定対象面を少なくと
   も２つ有している試料に対して対物レンズを介したスポ
   ット光を照射させると共に、前記試料と対物レンズとを
   光軸上で相対的に移動させつつ、前記試料からの反射光
   を光検出手段で検出し、 前記光検出手段の検出出力の変化から測定対象面を検出
   することで、前記試料上に形成された薄膜の厚さを測定
   する膜厚測定装置において、 前記光検出手段の検出出力の状態に応じて、該検出出力
   に対するゲイン又は積算回数をデータ取得条件として設
   定するデータ取得条件設定手段と、 前記光検出手段の検出出力に対して前記データ取得条件
   設定手段で設定されたゲイン調整又は積算回数を実行し
   データを取得するデータ取得手段とを具備したことを特
   徴とする膜厚測定装置。
2. 【請求項２】 予め設計値として与えられる前記薄膜の
   情報からデータ取得条件の設定範囲を決定する設定範囲
   決定手段を有し、 前記データ取得条件設定手段は、 前記設定範囲決定手段で決定された範囲において、 前記光検出手段の検出出力の状態から、該検出出力に対
   するゲイン又は積算回数をデータ取得条件として設定す
   ることを特徴とする請求項１記載の膜厚測定装置。
3. 【請求項３】 薄膜が形成され、測定対象面を少なくと
   も２つ有している試料に対して対物レンズを介したスポ
   ット光を照射させると共に、前記試料と対物レンズとを
   光軸上で相対的に移動させつつ、前記試料からの反射光
   を光検出手段で検出し、 前記光検出手段の検出出力の変化から測定対象面を検出
   することで、前記試料上に形成された薄膜の厚さを測定
   する膜厚測定装置におけるデータ取得方法において、 前記光検出手段の検出出力の状態に応じて、該検出出力
   に対するゲイン又は積算回数をデータ取得条件として設
   定し、 前記光検出手段の検出出力に対して前記データ取得条件
   設定手段で設定されたゲイン調整又は積算回数を実行し
   データを取得することを具備したことを特徴とする膜厚
   測定装置におけるデータ取得方法。
4. 【請求項４】 予め設計値として与えられる前記薄膜の
   情報からデータ取得条件の設定範囲を決定し、この決定
   された範囲において、 前記光検出手段の検出出力の状態から、該検出出力に対
   するゲイン又は積算回数をデータ取得条件として設定す
   ることを特徴とする請求項３記載の膜厚測定装置におけ
   るデータ取得方法。
5. 【請求項５】 薄膜が形成され、測定対象面を少なくと
   も２つ有している試料に対して対物レンズを介したスポ
   ット光を照射させると共に、前記試料と対物レンズとを
   光軸上で相対的に移動させつつ、前記試料からの反射光
   を光検出手段で検出し、 前記光検出手段の検出出力の変化から測定対象面を検出
   することで、前記試料上に形成された薄膜の厚さを測定
   する膜厚測定装置におけるデータ取得のためのプログラ
   ムを記録した記録媒体であって、 前記光検出手段の検出出力の状態に応じて、該検出出力
   に対するゲイン又は積算回数をデータ取得条件として設
   定し、 前記光検出手段の検出出力に対して前記データ取得条件
   設定手段で設定されたゲイン調整又は積算回数を実行し
   データを取得することを特徴とする膜厚測定装置におけ
   るデータ取得のためのプログラムを記録した記録媒体。
6. 【請求項６】 膜厚測定装置におけるデータ取得のため
   のプログラムを記録した記録媒体は、 予め設計値として与えられる前記薄膜の情報からデータ
   取得条件の設定範囲を決定し、この決定された範囲にお
   いて、 前記光検出手段の検出出力の状態から、該検出出力に対
   するゲイン又は積算回数をデータ取得条件として設定す
   ることを特徴とする請求項５記載の膜厚測定装置におけ
   るデータ取得するためのプログラムを記録した記録媒
   体。