專利名稱：厚度測定裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種厚度測定裝置。更詳細地，本發(fā)明涉及一種具備干涉光檢測器、分 光檢測器及有選擇地向干涉光檢測器和分光檢測器中的任一側傳送光的光路徑變換部，據(jù) 此可準確測定用不同材料制作或者具有不同厚度之薄膜厚度的厚度測定裝置。
背景技術：
半導體制程及FPD制程中決定產(chǎn)品質量的諸多因素中，對薄膜層厚度的控制所占 比重較大，因此，可以說在制程中必須對其進行直接監(jiān)控。所述“薄膜層”是指在基底層，即 在基板表面上形成的極小厚度的層，一般指厚度在幾十A 幾ym的層。要把這些薄膜層 用在特定場合上，有必要了解薄膜層的厚度、組成、粗糙度及其它物理光學特性。特別在最 近，為了提高半導體元件的集成度，在基板上形成多層超薄膜層已成為趨勢。為了開發(fā)這樣 的高集成度半導體元件，需要準確地控制對特性的影響較大的、包括薄膜層厚度在內的薄 膜物性。半導體制程及其它應用制程中所使用的薄膜層厚度的測定方法有幾種，但最為普 遍的是利用干涉計的方法和利用分光光度計的方法。但就利用干涉計的方法而言，如果被測對象是不透明材質，大部分可進行測定，但 如果被測對象是透明材質，可進行測定的情況會受到限制。即，沉積在基底層上的透明薄 膜層具有足夠的厚度時，能夠區(qū)分通過被空氣層-薄膜層的界面反射的光生成的干涉信號 和，通過被薄膜層-基底層的界面反射的光生成的干涉信號，因此可進行測定。但是，沉積 在基底層上的透明薄膜層沒有足夠的厚度時，例如具有1微米以下厚度時，兩個干涉信號 相重迭，不能測定薄膜層的厚度。而且，利用分光光度計的方法，存在著只能測定被測對象中特定點上的厚度，而無 法獲得被測對象表面全域的二維或者三維形貌的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明是為了解決如上問題而提出的，本發(fā)明的目的在于提供一種厚度測定裝 置，該裝置具備干涉光檢測器、分光檢測器、有選擇地向干涉光檢測器和分光檢測器中的任 一側傳送光的光路徑變換部，據(jù)此能夠準確測定具有微米以下單位厚度的薄膜層的厚度， 也能夠測定所要測定的薄膜層部位的厚度形象(thickness profile)。為達到所述目的，本發(fā)明的厚度測定裝置包括第一分光器，其用于反射或透射從 光源照射的光或者被測對象反射的光；第一透鏡部，其用于向所述被測對象會聚光，并生成 與由所述被測對象反射的光存在光路徑差的基準光；第二透鏡部，其用于向所述被測對象 會聚光；干涉光檢測器，其與所述第一透鏡部相對應形成光路徑，并檢測出在所述被測對象 反射的光和所述基準光之間產(chǎn)生的干涉信號；分光檢測器，其與所述第二透鏡部相對應形 成與通過所述干涉光檢測器形成的光路徑不同的光路徑，而且分割由所述被測對象反射的 光，并檢測出被分割的光的強度和波長；及光路徑變換部，其用于有選擇地向所述干涉光檢測器和所述分光檢測器中的其中一個傳送光。并且所述第一透鏡部和所述第二透鏡部在光路徑上交換位置。本發(fā)明的厚度測定裝置，其中所述光路徑變換部最好包括用于向所述干涉光檢 測器及所述分光檢測器中的其中一個反射光的反射鏡；及用于移動所述反射鏡，使所述反 射鏡位于光路徑或者使之脫離光路徑的反射鏡驅動部。本發(fā)明的厚度測定裝置，最好進一步包括用于有選擇地將所述第一透鏡部或所 述第二透鏡部位于光路徑的透鏡驅動部；及用于連動并控制所述反射鏡驅動部和所述透鏡 驅動部的控制部。而且，為了達到所述目的，本發(fā)明的厚度測定裝置包括第一分光器，其用于反射 或透射從光源照射的光或者由被測對象反射的光；第一透鏡部，其用于向所述被測對象會 聚光，并生成基準光，所述基準光與被所述被測對象反射的光之間存在光路徑差；第二透鏡 部，其用于向所述被測對象會聚光；干涉光檢測器，其與所述第一透鏡部相對應形成光路 徑，并檢測被所述被測對象反射的光和所述基準光之間產(chǎn)生的干涉信號；分光檢測器，其與 所述第二透鏡部相對應形成與所述干涉光檢測器所形成的光路徑不同的光路徑，并分割被 所述被測對象反射的光，以檢測被分割的光的強度和波長；及第三分光器，其用于向所述干 涉光檢測器和所述分光檢測器分配并傳送光。并且所述第一透鏡部和所述第二透鏡部可在 光路徑上交換位置。本發(fā)明的厚度測定裝置可進一步包括有選擇地將所述第一透鏡部和所述第二透 鏡部中的其中一個位于光路徑上的透鏡驅動部。本發(fā)明的厚度測定裝置可進一步包括配置在所述光路徑變換部和所述分光檢測 器之間的光路徑上的針孔(pinhole)及聚光鏡中的至少一個。本發(fā)明的厚度測定裝置，其中所述第一透鏡部可包括用于向所述被測對象會聚 光的第一聚光鏡；用于反射或透射從所述第一聚光鏡入射的光的第二分光器；用于將從所 述第二分光器入射的光重新反射到所述第二分光器的基準反射鏡。本發(fā)明提供了一種厚度測定裝置，當需要檢測具有微米以下單位厚度的透明薄膜 層厚度時可利用分光檢測器；而同時需要檢測所要測定薄膜層部位的厚度形象(thickness profile)時，可利用干涉光檢測器。因此，可增加單一裝置的效用性，并節(jié)省附加裝置購買 費。而且，本發(fā)明提供了一種厚度測定裝置。該裝置進一步包括有選擇地將第一透鏡 部或第二透鏡部位于光路徑上的透鏡驅動部，從而使第一透鏡部和第二透鏡部可自動進行 位置交換。而且，本發(fā)明提供了一種厚度測定裝置。該裝置進一步包括用于連動并控制反射 鏡驅動部和透鏡驅動部的控制部。因此，即使不施加驅動透鏡驅動部的其它信號，也可以通 過反射鏡驅動部的驅動信號驅動透鏡驅動部。


圖1是表示本發(fā)明厚度測定裝置的一實施例中，光線射入干涉光檢測器的狀態(tài)的 示意圖。圖2是表示圖1的厚度測定裝置中，光線射入分光檢測器的狀態(tài)的示意圖。
圖3是本發(fā)明的厚度測定裝置另一實施例的示意圖。
具體實施例方式下面，參照附圖詳細說明本發(fā)明厚度測定裝置的較佳實施例。
圖1表示本發(fā)明厚度測定裝置的一實施例中，光線射入干涉光檢測器的狀態(tài)。圖 2表示圖1的厚度測定裝置中，光線射入分光檢測器的狀態(tài)。如圖1、圖2所示，所述厚度測定裝置100是同時具備分光檢測器和干涉光檢測器 的裝置，其包括第一分光器110、第一透鏡部120、第二透鏡部130、干涉光檢測器170、分光 檢測器180、光路徑變換部160、透鏡驅動部150和控制部140。所述厚度測定裝置100具備白色光源，所述白色光源101可使用鹵素燈等多種 光源燈。為了不改變從白色光源101入射的光的光譜而只降低其亮度，配置灰色濾光器 102 (ND filter, Neutral Density filter)。所述厚度測定裝置100具備用于會聚透射灰 色濾光器102的光的聚光鏡103。透射聚光鏡103的光則經(jīng)過能夠使所述光線變成平行光 線的平行光管104(collimator)。所述第一分光器110反射或者透射通過平行光管104的光51。被第一分光器110 反射的光53射入第一透鏡部120或者第二透鏡部130。本實施例中所使用的第一分光器 110的反射率和透射率之比為50 50。所述第一透鏡部120用于向被測對象10會聚光，并生成與由所述被測對象10反 射的光存在光路徑差的基準光。其包括第一透鏡部121、第二分光器122和基準反射鏡123。所述第一聚光鏡121，其用于向被測對象10會聚光。從第一分光器110入射的光 通過第一聚光鏡121，射向將在后面敘述的第二分光器122。所述第二分光器122用于反射或者透射通過第一聚光鏡121的光。被第二分光器 122反射的光57照射到基準反射鏡123。透過第二分光器122的光55會聚到被測對象10， 并再次由所述被測對象10反射。本實施例中使用的第二分光器122的反射率和透射率之 比為50 50。所述基準反射鏡123用于生成與由所述被測對象10反射的光存在光路徑差的基 準光，其配置在第一聚光鏡121和第二分光器122之間?；鶞史瓷溏R123將從第二分光器 122入射的光57重新反射到第二分光器122。所述第二透鏡部130用于向所述被測對象10會聚光，包括第二聚光鏡131。所述 第二聚光鏡131用于向被測對象10傳送從第一分光器110入射的光63。所述干涉光檢測器170與所述第一透鏡部120相對應形成光路徑A，并檢測出通過 由所述被測對象10反射的光和基準光發(fā)生的干涉信號。通過第一透鏡部120的干涉光59 經(jīng)過第一分光器110后射入干涉光檢測器170。作為干涉光檢測器170 —般使用具有適合 于所要測定領域的像素數(shù)的CCD (charge coupled device)攝像機。在干涉光檢測器170 的前方配置用于會聚從第一分光器110入射的干涉光59的聚光鏡171。所述分光檢測器180與所述第二透鏡部130相對應形成與干涉光檢測器170所形 成的光路徑A不同的光路徑B，并分割由所述被測對象10反射的光，以檢測被分割光的強度 和波長。如圖2所示，通過第二透鏡部130的反射光69經(jīng)過第一分光器110被反射鏡161 反射而改變其路徑后射入分光檢測器180。本實施例中，作為分光檢測器180使用多色儀(Polychromator)，所述多色儀使用了光的分散裝置即衍射光柵(Diffraction Grating)和 發(fā)光二極管陣列(Photo DiodeArray)。若使用這種多色儀，不僅能夠迅速得到從紫外線到 可視光領域(200 1000mm)的全波長的數(shù)據(jù)，而且還能夠同時測定并定量在各個波長中顯 示不同狀態(tài)的多種成分。為了更容易地會聚向分光檢測器180引導的光，在將在后面敘述 的光路徑變換部160和分光檢測器180之間的光路徑上配置針孔181和聚光鏡182。所述光路徑變換部160用于向干涉光檢測器170及分光檢測器180中的其中一個 有選擇地傳送光，其包括反射鏡161和反射鏡驅動部162。所述反射鏡161用于將入射光的 光路徑大約折90度后反射，具有99%以上的反射率。所述反射鏡驅動部162用于移動反射 鏡161，使反射鏡161位于光路徑或者使之脫離光路徑，本實施例中使用的是空壓氣缸。所述透鏡驅動部150用于將第一透鏡部120和第二透鏡部130在光路徑上進行位置交換，其包括驅動電機151、主動齒輪152和從動齒輪153。所述主動齒輪152同軸結合 在產(chǎn)生旋轉驅動力的驅動電機151。所述從動齒輪153結合在裝有第一透鏡部120和第二 透鏡部130的支撐部件154，并與主動齒輪152相嚙合。驅動電機151的旋轉驅動力通過主 動齒輪152傳遞到從動齒輪153。所述控制部140用于連動并控制反射鏡驅動部162和透鏡驅動部150。如圖1所 示，當氣缸的連桿后退，使反射鏡161脫離光路徑時，設置在反射鏡驅動部162的傳感器的 信號輸入控制部140，控制部140向透鏡驅動部150施加信號使第一透鏡部120位于光路 徑。相反地，如圖2所示，當氣缸的連桿前進，使反射鏡161位于光路徑上時，設置在反射鏡 驅動部162的傳感器的信號輸入控制部140，控制部140向透鏡驅動部150施加信號使第二 透鏡部130位于光路徑。而且，所述厚度測定裝置100包括用于將測定點在與所述被測對象10交叉的方 向即在光軸方向上移動微小間距，并獲得干涉信號的驅動部190。第一透鏡部120及第二透 鏡部130安裝在驅動部190，而通過驅動部190的操作，第一透鏡部120或第二透鏡部130 可在光軸方向上移動。在此，將射入被測對象10的垂直的光軸方向定義為圖1中的ζ軸。 這樣，沿著ζ軸方向將第一透鏡部120或者第二透鏡部130在測定點上下以數(shù)十nm間距移 動，并尋找通過干涉光檢測器170或者分光檢測器180檢測出強干涉信號的位置。下面，參照附圖1及附圖2簡略說明具有前述結構的本發(fā)明厚度測定裝置100的 工作原理。首先，若利用干涉計原理測定薄膜層12的厚度，如圖1所示，將氣缸的連桿后退從 而使反射鏡161脫離光路徑，并使第一透鏡部120位于光路徑上。從光源101射出并通過平行光管104的光51被第一分光器110分割成反射光53 和透射光，反射光53射入第一透鏡部120。反射光53通過第一聚光鏡121，另外從第一聚 光鏡121射入第二分光器122的光重新被第二分光器122分割成反射光57和透射光55。 透射光55作為測定光射向被測對象10，反射光57作為基準光射向基準反射鏡123。由基 準反射鏡123反射的基準光57再次被第二分光器122反射并射向第一分光器110。在薄膜 層12和基底層11之間的界面上反射的測定光55通過第二分光器122后射向第一分光器 110?；鶞使?7和測定光55會聚在一起形成干涉光59，而干涉光59通過聚光鏡171后射 入干涉光檢測器170。另外，若利用分光光度計原理測定薄膜層12的厚度，如圖2所示，將氣缸的連桿前進使反射鏡161位于光路徑上，并使第二透鏡部130位于光路徑。 從光源101射出并通過平行光管104的光61被第一分光器110分割成反射光63和透射光，而且反射光63射入第二透鏡部130。反射光63通過第二聚光鏡131后照射被測 對象10。此時，照射被測對象10的光65分別在空氣層30和薄膜層12之間的界面及薄膜 層12與基底層11之間的界面上反射并射向第一分光器110。在空氣層30與薄膜層12之 間的界面上反射的光和薄膜層12與基底層11之間的界面上反射的光會聚在一起形成干涉 光69，而干涉光69被反射鏡161反射后通過針孔181、聚光鏡182并射入分光檢測器180。
如上結構的本實施例厚度測定裝置，由于在一個裝置上同時具備干涉光檢測器和 分光檢測器，因此需要測定具有微米以下單位厚度的透明薄膜層厚度時可使用分光檢測 器，需要測定所要測定薄膜層部位的厚度形象(thickness profile)時可使用干涉光檢測 器，從而提高了單一裝置的效率，節(jié)省了附加裝置購買費。而且，本實施例的厚度測定裝置進一步包括選擇性地使第一透鏡部和第二透鏡部 中的其中一個位于光路徑上的透鏡驅動部，因此可自動進行第一透鏡部和第二透鏡部的位 置交換。而且，本實施例的厚度測定裝置進一步包括用于連動并控制反射鏡驅動部和透鏡 驅動部的控制部。因此即使不另行施加驅動透鏡驅動部的信號，而僅借助反射鏡驅動部的 驅動信號也能夠驅動透鏡驅動部。另外，圖3是表示基于本發(fā)明另一實施例的厚度測定裝置的示意圖。在圖3中，與 圖1及圖2所示部件使用相同附圖標記的部件具有相同的結構及功能，因此省略對圖3中 每一個部件的詳細說明。如圖3所示，本實施例的厚度測定裝置200包括第三分光器210以取代圖1中的 光路徑變換部160。所述第三分光器210用于將入射光分配到干涉光檢測器170和分光檢測器180。 在圖1所示的實施例中，由被測對象10反射的光通過第一分光器110之后，根據(jù)反射鏡161 的位置，或射入干涉光檢測器170，或射入分光檢測器180。但在本實施例中，由被測對象10 反射的光通過第一分光器110之后被第三分光器210分配，之后同時射入干涉光檢測器170 及分光檢測器180。在此狀態(tài)下，可交換第一透鏡部120及第二透鏡部130的位置，并在干涉計和分光 光度計兩種功能中選擇所需要的功能測定薄膜層12的厚度。本實施例中的控制部140有 別于圖1所示實施例中的功能，用來控制透鏡驅動部150。從控制部140輸出的信號輸入透 鏡驅動部150，以使第一透鏡部120或者第二透鏡部130位于光路徑。如上所述，本實施例所涉及的厚度測定裝置不必具有有選擇地向干涉光檢測器或 分光檢測器傳送光的光路徑變換部，因此，可以簡化其結構。在圖1所示的實施例中，示出了用于交換第一透鏡部和第二透鏡部位置的透鏡驅 動部，但是操作者可以不設置透鏡驅動部，而是通過手動操作可以交換第一透鏡部和第二 透鏡部的位置。本發(fā)明并不限于上述實施例，所附的權利要求書范圍內可以有各種不同的實施方 式。所屬技術領域的技術人員應該可以理解，在不脫離本發(fā)明精神的范圍內所進行的各種 變更及修飾均屬于本發(fā)明的保護范圍內。
權利要求
一種厚度測定裝置，其特征在于，包括第一分光器，其用于反射或透射從光源照射的光或者由被測對象反射的光；第一透鏡部，其用于向所述被測對象會聚光，并生成與所述由被測對象反射的光存在光路徑差的基準光；第二透鏡部，其用于向所述被測對象會聚光；干涉光檢測器，其與所述第一透鏡部相對應形成光路徑，并檢測由所述被測對象反射的光和所述基準光之間產(chǎn)生的干涉信號；分光檢測器，其與所述第二透鏡部相對應形成與由所述干涉光檢測器形成的光路徑不同的光路徑，而且分光由所述被測對象反射的光，并檢測被分光的光的強度和波長；及光路徑變換部，有選擇地向所述干涉光檢測器或者所述分光檢測器傳送光，所述第一透鏡部和所述第二透鏡部可在光路徑上交換位置。
2.根據(jù)權利要求1所述的厚度測定裝置，其特征在于，所述光路徑變換部包括 反射鏡，其用于向所述干涉光檢測器或所述分光檢測器反射光；反射鏡驅動部，其用于移動所述反射鏡，以使所述反射鏡位于光路徑或者使所述反射 鏡脫離光路徑。
3.根據(jù)權利要求2所述的厚度測定裝置，其特征在于，進一步包括透鏡驅動部，用于有選擇地將所述第一透鏡部或所述第二透鏡部位于光路徑上； 控制部，其用于連動并控制所述反射鏡驅動部和所述透鏡驅動部。
4.一種厚度測定裝置，其特征在于，包括第一分光器，其用于反射或透射從光源照射的光或者由被測對象反射的光； 第一透鏡部，其用于向所述被測對象會聚光，并生成與所述由被測對象反射的光具有 不同光路徑的基準光；第二透鏡部，其用于向所述被測對象會聚光；干涉光檢測器，其與所述第一透鏡部相對應形成光路徑，并檢測由所述被測對象反射 的光和所述基準光之間產(chǎn)生的干涉信號；分光檢測器，其與所述第二透鏡部相對應形成與所述干涉光檢測器所形成的光路徑不 同的光路徑，并分光由所述被測對象反射的光，以檢測被分光的光的強度和波長；及 第三分光器，其用于向所述干涉光檢測器和所述分光檢測器分配并傳送光， 所述第一透鏡部和所述第二透鏡部可在光路徑上交換位置。
5.根據(jù)權利要求1或4所述的厚度測定裝置，其特征在于，進一步包括有選擇地將所述 第一透鏡部或所述第二透鏡部位于光路徑上的透鏡驅動部。
6.根據(jù)權利要求1或4所述的厚度測定裝置，其特征在于，進一步包括配置在所述光路 徑變換部和所述分光檢測器之間的光路徑上的針孔及聚光鏡中的至少一個。
7.根據(jù)權利要求1或4所述的厚度測定裝置，其特征在于，所述第一透鏡部包括 第一聚光鏡，其用于向所述被測對象會聚光；第二分光器，用于反射或者透射從所述第一聚光鏡入射的光； 基準反射鏡，將從所述第二分光器入射的光重新反射到所述第二分光器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種厚度測定裝置，包括第一分光器，用于反射或透射從光源照射的光或者由被測對象反射的光；第一透鏡部，用于向被測對象會聚光，并生成與所述由被測對象反射到的光存在光路徑差的基準光；第二透鏡部，用于向被測對象會聚光；干涉光檢測器，其與所述第一透鏡部相對應形成光路徑，并測出通過由所述被測對象反射的光和所述基準光所產(chǎn)生的干涉信號；分光檢測器，其與所述第二透鏡部相對應形成與通過所述干涉光檢測器形成的光路徑不同的光路徑，并分光由所述被測對象反射的光，以檢測出被分光的光的強度和波長；及光路徑變換部，有選擇地向干涉光檢測器或者分光檢測器中的其中一側傳送光。第一透鏡部和第二透鏡部可在光路徑上交換位置。
文檔編號G01B11/06GK101802543SQ200880106944
公開日2010年8月11日 申請日期2008年4月2日 優(yōu)先權日2008年2月13日
發(fā)明者安祐正, 崔智圓, 樸喜載, 李昌烈, 黃映珉 申請人:株式會社Snu精密