專利名稱：膜厚測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種膜厚測(cè)量裝置，特別是涉及對(duì)在基板上至少形成一層膜的被測(cè)量物的膜厚進(jìn)行測(cè)量的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近年來，為了實(shí)現(xiàn) CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor :互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)電路等的低功耗化、高速化，關(guān)注了稱為SOI (Silicon on Insulator :絕緣體上硅)的基板結(jié)構(gòu)。該S 01基板在兩個(gè)Si (硅)基板之間配置了 SiO2等的絕緣層(BOX層)，能夠降低在形成于ー個(gè)Si層的PN結(jié)與另ー個(gè)Si層(基板)之間產(chǎn)生的寄生ニ極管、雜散電容等。作為這種SOI基板的制造方法，已知如下方法在硅晶片的表面形成氧化膜的基礎(chǔ)上，以?shī)A著該氧化膜的方式粘貼其它硅晶片，而且對(duì)形成電路元件側(cè)的硅晶片進(jìn)行研磨而設(shè)為規(guī)定的厚度。為了這樣通過研磨エ序控制硅晶片的厚度而需要連續(xù)地監(jiān)視膜厚。作為這種研磨エ序中的膜厚的測(cè)量裝置以及測(cè)量方法，日本特開2009-270939號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)、日本特開平05-306910號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)以及日本特開平05-308096號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)3)公開了使用傅立葉變換紅外分光光度計(jì)(FTIR :Fourier Transform infraredSpectrometer)的測(cè)量裝置以及測(cè)量方法。另外，日本特開2003-114107號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)4)公開了作為測(cè)量光而使用紅外光的光干渉式的膜厚測(cè)量裝置。而且，日本特開2005-19920號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)5)公開了使用由分散型多通道分光器測(cè)量出的反射光譜的方法。另外，日本特開2002-228420號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)6)公開了向硅薄膜的表面照射具有0. 9μηι以上的波長(zhǎng)的紅外線，并根據(jù)娃薄膜的表面的反射光和薄膜的背面的反射光的干渉結(jié)果測(cè)量薄膜的膜厚的方法。而且，日本特開平10-125634號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)7)公開了使來自紅外線光源的紅外線透過研磨體而照射在研磨對(duì)象物上，并通過檢測(cè)其反射光來測(cè)量膜厚的方法。然而，日本特開2009-270939號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)所公開的測(cè)量裝置限制了能夠測(cè)量的光的波長(zhǎng)，因此無法測(cè)量膜厚大的被測(cè)量物。另外，專利文獻(xiàn)I的光學(xué)結(jié)構(gòu)利用了在入射進(jìn)聚光透鏡的反射光與通過聚光透鏡的發(fā)射側(cè)端面反射的反射光之間由光路差引起光的干渉，因此與被測(cè)量物的距離(工作距離)、焦點(diǎn)深度受到限制。在日本特開平05-306910號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)以及日本特開平05-308096號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)3)所公開的測(cè)量方法中，只能測(cè)量相對(duì)于預(yù)先成為基準(zhǔn)的樣品的膜厚的相對(duì)值，無法測(cè)量膜厚的絕對(duì)值。另外，在日本特開2003-114107號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)4)所公開的測(cè)量裝置中，對(duì)分析方法以及測(cè)量數(shù)據(jù)要求高的精度、并且設(shè)為對(duì)象的被測(cè)量物是液晶顯示裝置用的濾色CN 102914268 A
書
明
說
2/21 頁(yè)器。而且，在日本特開2005-19920號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)5)所公開的測(cè)量方法中，例如將折射率假定為不依賴于波長(zhǎng)的固定值，而進(jìn)行自回歸模型的周期推定，但是實(shí)際的折射率具有波長(zhǎng)依賴性，無法排除因這種波長(zhǎng)依賴性導(dǎo)致的誤差。
另外，在日本特開2002-228420號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)6)所公開的測(cè)量方法中，需要在測(cè)量對(duì)象的樣品形成貫通部，無法非破壞性地連續(xù)測(cè)量膜厚。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題本發(fā)明的目的在于提供ー種能夠不依賴于與被測(cè)量物的距離而高精度地測(cè)量被測(cè)量物膜厚的膜厚測(cè)量裝置。用于解決問題的方案根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面，膜厚測(cè)量裝置具備光源、至少ー個(gè)第一光路、分光測(cè)量部、至少ー個(gè)第二光路、以及數(shù)據(jù)處理部。光源向在基板上至少形成一層膜而得到的被測(cè)量物照射具有規(guī)定的波長(zhǎng)范圍的測(cè)量光。至少ー個(gè)第一光路將從光源照射的測(cè)量光引導(dǎo)到被測(cè)量物。第一聚光透鏡將從第一光路發(fā)射的測(cè)量光匯聚到被測(cè)量物。第二聚光透鏡將由被測(cè)量物反射的光或者透過被測(cè)量物的光聚光到第二光路的端部。至少ー個(gè)第二光路將由被測(cè)量物反射的光或者透過被測(cè)量物的光引導(dǎo)到分光測(cè)量部。分光測(cè)量部根據(jù)由第一聚光透鏡匯聚的測(cè)量光中的由被測(cè)量物反射的光或者透過被測(cè)量物的光，來獲取反射率或者透射率的波長(zhǎng)分布特性。數(shù)據(jù)處理部通過分析由分光測(cè)量部獲取的波長(zhǎng)分布特性來求出被測(cè)量物的膜厚。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明所涉及的膜厚測(cè)量裝置，能夠不依賴于與被測(cè)量物的距離而以更高的精度測(cè)量被測(cè)量物的膜厚。下面通過與參照附圖來理解的本發(fā)明所涉及的詳細(xì)內(nèi)容，清楚地說明本發(fā)明的上述以及其它目的、特征、方面以及優(yōu)點(diǎn)。


圖I是本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的膜厚測(cè)量裝置的概要結(jié)構(gòu)圖。圖2A、圖2B是說明本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的聚光光學(xué)探頭與被測(cè)量物的距離的概要圖。圖3A 圖3C是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的聚光光學(xué)探頭的原理的概要圖。圖4是將本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的膜厚測(cè)量裝置設(shè)為測(cè)量對(duì)象的被測(cè)量物OBJ的截面示意圖的ー個(gè)例子。圖5A 圖5C是表示在使用本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的膜厚測(cè)量裝置來測(cè)量SOI基板的情況下的測(cè)量結(jié)果的圖。圖6A、圖6B是表示使用本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的膜厚測(cè)量裝置來測(cè)量SOI基板的其它測(cè)量結(jié)果的圖。
4
圖7A、圖7B是表示使用本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的膜厚測(cè)量裝置來測(cè)量SOI基板的另外其它測(cè)量結(jié)果的圖。圖8A 圖SC是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的膜厚測(cè)量范圍與檢測(cè)部的檢測(cè)波長(zhǎng)范圍以及檢測(cè)點(diǎn)數(shù)的關(guān)系的圖。
圖9是表示關(guān)于S OI基板的反射率光譜的測(cè)量結(jié)果的圖。圖10是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的數(shù)據(jù)處理部的概要的硬件結(jié)構(gòu)的示意圖。圖11是表示執(zhí)行本發(fā)明的實(shí)施方式I的處理模式所涉及的膜厚計(jì)算處理的控制結(jié)構(gòu)的框圖。圖12是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I的處理模式所涉及的膜厚計(jì)算處理的過程的流程圖。圖13A 圖13D是表示通過本發(fā)明的實(shí)施方式I的膜厚測(cè)量裝置獲得的功率譜的一個(gè)例子的曲線。圖14是表示通過本發(fā)明的實(shí)施方式I的膜厚測(cè)量裝置獲得的測(cè)量結(jié)果的ー個(gè)例子的表格。圖15是用于說明在本發(fā)明的實(shí)施方式I的膜厚測(cè)量裝置中變更聚光光學(xué)探頭的焦點(diǎn)位置的概要圖。圖16A、圖16B是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式I的膜厚測(cè)量裝置中變更焦點(diǎn)位置的情況下的測(cè)量結(jié)果的一個(gè)例子的圖。圖17是用于說明在本發(fā)明的實(shí)施方式I的膜厚測(cè)量裝置中被測(cè)量物的傾斜的概要圖。圖18A、圖18B是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式I的膜厚測(cè)量裝置中改變被測(cè)量物的傾斜的情況下的測(cè)量結(jié)果的一個(gè)例子的圖。圖19是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式I的膜厚測(cè)量裝置中隔著聚氨酯對(duì)被測(cè)量物進(jìn)行測(cè)量的一個(gè)例子的概要圖。圖20A 圖20D是表示通過本發(fā)明的實(shí)施方式I的膜厚測(cè)量裝置隔著聚氨酯進(jìn)行測(cè)量而獲得的功率譜的ー個(gè)例子的曲線。圖21是表示通過本發(fā)明的實(shí)施方式I的膜厚測(cè)量裝置隔著水膜以及聚氨酯進(jìn)行測(cè)量而獲得的測(cè)量結(jié)果的一個(gè)例子的表格。圖22是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式I的膜厚測(cè)量裝置中隔著玻璃對(duì)被測(cè)量物進(jìn)行測(cè)量的一個(gè)例子的概要圖。圖23A、圖23B是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式I的膜厚測(cè)量裝置中由ASE光源以及SLD光源進(jìn)行測(cè)量而獲得的功率譜的ー個(gè)例子的曲線。圖24A、圖24B是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式2的聚光光學(xué)探頭的結(jié)構(gòu)的概要圖。圖25是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式3的聚光光學(xué)探頭的結(jié)構(gòu)的概要圖。附圖標(biāo)記說明10 :測(cè)量用光源;20、20a、20b :光纖；30 :聚光光學(xué)探頭;31、31a 31d :聚光透鏡；32 :調(diào)整機(jī)構(gòu)；40 :分光測(cè)量部；41 :衍射光柵；42 :檢測(cè)部；43 :截止濾光片；44 :快門；50 數(shù)據(jù)處理部；71 :緩沖器部；100 :膜厚測(cè)量裝置；191 :水膜；192 :聚氨酯；193 :玻璃；194 塑料；202 :總線；204 :顯示器部；208 :輸入部；210 :硬盤部；212 :存儲(chǔ)器部；214 :R0M驅(qū)動(dòng)器；216a :軟盤；721 :建模部；722 :擬合部。
具體實(shí)施例方式針對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式參照附圖詳細(xì)地進(jìn)行說明。此外，對(duì)于圖中的相同或者相當(dāng)部分附加相同標(biāo)記而不重復(fù)其說明。(實(shí)施方式I)<裝置結(jié)構(gòu)>圖I是本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的膜厚測(cè)量裝置100的概要結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施方式I所涉及的膜厚測(cè)量裝置100代表性地能夠測(cè)量單層或者層疊結(jié)構(gòu)的被測(cè)量物(樣品)中的各層的膜厚。特別是，本實(shí)施方式I所涉及的膜厚測(cè)量裝置100適于對(duì)包含膜厚較大的層(代表性地為2μπΓ2500μπι)的被測(cè)量物進(jìn)行膜厚測(cè)量。具體地說，膜厚測(cè)量裝置100是分光式的測(cè)量裝置，能夠向被測(cè)量物照射光井根據(jù)由該被測(cè)量物反射的反射光的波長(zhǎng)分布特性(以下也稱為“光譜”)測(cè)量構(gòu)成被測(cè)量物的各層的膜厚。此外，不限于膜厚測(cè)量，也能夠進(jìn)行各層中的(絕對(duì)和相対)反射率的測(cè)量、層結(jié)構(gòu)的分析。此外，也可以代替反射光的光譜而使用透過被測(cè)量物的光的光譜(透射光的光譜)。在本說明書中，作為被測(cè)量物例示出將在基板單體或者基板上至少形成ー層膜的被測(cè)量物設(shè)為對(duì)象的情況。作為被測(cè)量物的具體的ー個(gè)例子是Si基板、玻璃基板、藍(lán)寶石基板等的具有相對(duì)較大厚度的基板單體、如SOI (Silicon on Insulator :絕緣體上硅)基板那樣的層疊結(jié)構(gòu)的基板等。特別是，本實(shí)施方式I所涉及的膜厚測(cè)量裝置100適于對(duì)切削或者研磨后的Si基板的膜厚、SOI基板的Si層(活性層)的膜厚、化學(xué)機(jī)械研磨(CMP :Chemical Mechanical Polishing)エ序中的Si基板的膜厚等進(jìn)行測(cè)量。另外，適于對(duì)薄膜制造エ序中的PET (Polyethylene terephthalate :聚對(duì)苯ニ甲酸こニ醇酯)、TAC(Triacetylcellulose :三醋酸纖維素)的膜厚以及基材厚度等進(jìn)行測(cè)量。特別是，本實(shí)施方式I所涉及的膜厚測(cè)量裝置100針對(duì)用于對(duì)被測(cè)量物的光學(xué)特性進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量光以及由被測(cè)量物反射的光而使用Y型單模光纖和聚光光學(xué)探頭，同時(shí)實(shí)現(xiàn)提高光學(xué)特性的測(cè)量精度和易于對(duì)于被測(cè)量物的對(duì)焦。參照?qǐng)D1，膜厚測(cè)量裝置100具備測(cè)量用光源10、光纖20、聚光光學(xué)探頭30、分光測(cè)量部40、以及數(shù)據(jù)處理部50。測(cè)量用光源10是生成用于對(duì)被測(cè)量物的光學(xué)特性進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量光的光源，其由ASE(Amplified Spontaneous Emission :放大自發(fā)福射)光源構(gòu)成。此外，在測(cè)量特定的厚度的膜厚的情況下，測(cè)量用光源10也可以是SLD (super luminescent diode :超福射發(fā)光二極管)光源。并且，測(cè)量用光源10所產(chǎn)生的測(cè)量光包含針對(duì)被測(cè)量物的光學(xué)特性的測(cè)量范圍(1540nnTl610nm)的波長(zhǎng)。特別是，在本實(shí)施方式I所涉及的膜厚測(cè)量裝置100中考慮鹵素光源，但是因?yàn)槭褂肶型單模光纖的光纖20，因此需要更強(qiáng)カ的光量的光源。還能夠利用日本特開2009-270939號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)公開的用于光學(xué)式變位計(jì)的SLD光源，但是在本測(cè)量方法(分光干渉方式)中確認(rèn)了具有SLD光源的相干(可干渉)性在與光纖的彎曲或者分光測(cè)量部40的連接部分等處，除了原來應(yīng)該測(cè)量的分光干渉以外的疑似干
6涉的情況多，因此不適合普通膜厚(除了測(cè)量特定的膜厚的情況以外)測(cè)量。光纖20是將兩根單模光纖以在被測(cè)量物側(cè)的光軸方向相互平行的方式而形成的Y型光纖(Y型單模光纖)。用于光纖20的單模光纖是芯徑9μπκ有效波長(zhǎng)范圍1460nnTl620nm(光通信用CL帶)、傳輸損耗=0. 5dB/km以下(在波長(zhǎng)1550nm)。因此,光纖20與膜厚測(cè)量裝置100的分光測(cè)量部40的波長(zhǎng)范圍一致，而且也與所使用的測(cè)量用光 源10的波長(zhǎng)范圍一致。此外，光纖20不限于單模光纖，也可以是多模光纖。另外，也可以準(zhǔn)備兩束多個(gè)單模光纖的束來形成Y型光纖。在來自光纖20的光直接照射在被測(cè)量物的情況下，如果縮短從光纖20的端部至被測(cè)量物的距離WD (工作距離)(約IOmm以下)則能夠測(cè)量膜厚。但是，從光纖20的9 μ m的芯徑發(fā)射的光通過光纖20的開口角度進(jìn)行擴(kuò)散而照射在被測(cè)量物。因此，當(dāng)9μπι的芯徑的光纖20接收由被測(cè)量物反射的光時(shí)，能夠接收的光量非常少，S/N比變差，因此分光測(cè)量部40的測(cè)量精度下降。另外，在將光纖20用作感光部的情況下，當(dāng)考慮被測(cè)量物的表面的粗糙度、被測(cè)量物的結(jié)晶狀態(tài)等時(shí)，照射在被測(cè)量物的光的斑點(diǎn)盡量小為宜。聚光光學(xué)探頭30是為了解決上述問題而使用，在被測(cè)量物的表面與光纖20的端部之間設(shè)置有聚光透鏡31。聚光透鏡31使從光纖20的端部發(fā)射的光聚光到被測(cè)量物的表面而縮小光的斑點(diǎn)。此外，為了測(cè)量被測(cè)量物的膜厚，聚光光學(xué)探頭30是不利用在入射進(jìn)聚光透鏡31的被測(cè)量物的反射光與通過聚光透鏡31的發(fā)射側(cè)端面而反射的反射光之間由于光路差導(dǎo)致的光的干渉的結(jié)構(gòu)。因此，能夠通過調(diào)整光纖20的端部與聚光透鏡31的距離WD2來變更聚光光學(xué)探頭30與被測(cè)量物的距離WDl。圖2Α、圖2Β是說明本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的聚光光學(xué)探頭30與被測(cè)量物的距離的概要圖。圖2Α是在聚光光學(xué)探頭30與被測(cè)量物的距離WDl為IOmm的情況下的概要圖，圖2Β是在聚光光學(xué)探頭30與被測(cè)量物的距離WDl為150mm的情況下的概要圖。因此，膜厚測(cè)量裝置100具備聚光光學(xué)探頭30，因而不依賴于聚光光學(xué)探頭30與被測(cè)量物的距離WDl就能夠以更高精度測(cè)量被測(cè)量物的膜厚。此外，圖2A、圖2B所示的聚光光學(xué)探頭30與被測(cè)量物的距離WDl是例示，并不限于10mnTl50mm。另外，圖3A 圖3C是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的聚光光學(xué)探頭30的原理的概要圖。圖3A圖示了不設(shè)置聚光光學(xué)探頭30而從光纖20將測(cè)量光直接照射在被測(cè)量物的情況。如從圖3A可知，從光纖20發(fā)射的光通過光纖20的開口角度進(jìn)行擴(kuò)散并由被測(cè)量物反射而進(jìn)ー步擴(kuò)散。因此，在圖3A的情況下，由被測(cè)量物反射的光的范圍301中，能夠由光纖20接收的光的范圍302變小。圖3B圖示了設(shè)置聚光光學(xué)探頭30來從光纖20將測(cè)量光進(jìn)行聚光井照射在被測(cè)量物的情況。如從圖3B可知，能夠通過聚光透鏡31來抑制從光纖20發(fā)射的光擴(kuò)散。因此，在圖3B的情況下，照射在被測(cè)量物的光的范圍303中，能夠由光纖20接收的光的范圍304變大。由此，膜厚測(cè)量裝置100具備聚光光學(xué)探頭30，由此能夠高效地接收由被測(cè)量物反射的光，因此S/N比得到改善，因此分光測(cè)量部40的測(cè)量精度變高。即使能夠由光纖20接收的光的范圍304相對(duì)于照射在被測(cè)量物的光的范圍303有一定程度一致，由于光纖20的芯徑小到9 μ m,聚光光學(xué)探頭30也需要調(diào)整聚光透鏡31的位置的調(diào)整機(jī)構(gòu)32(圖I)。調(diào)整機(jī)構(gòu)32首先在Z軸方向確定焦點(diǎn)使得由被測(cè)量物反射的光通過光纖20入射、接著在XY軸方向確定聚光透鏡31的位置。
7
圖3C圖示了由調(diào)整機(jī)構(gòu)32進(jìn)行調(diào)整的聚光透鏡31的位置。如圖3C所示，調(diào)整機(jī)構(gòu)32在Z軸方向(聚光透鏡31a)、XY軸方向(聚光透鏡31b)調(diào)整聚光透鏡31使得能夠由光纖20接收的光的范圍304相對(duì)于照射在被測(cè)量物的光的范圍303 —致。由此，膜厚測(cè)量裝置100通過具備聚光光學(xué)探頭30能夠高效地接收由被測(cè)量物反射的光。此外，如果能夠由聚光光學(xué)探頭30進(jìn)行調(diào)整使得在被測(cè)量物的表面成為完全焦點(diǎn)位置，則能夠?qū)崿F(xiàn)被測(cè)量物的理想的膜厚測(cè)量，但是也有時(shí)由于被測(cè)量物的表面的粗糙度、被測(cè)量物的結(jié)晶狀態(tài)等而不會(huì)成為完全焦點(diǎn)位置。但是，如果入射的光的斑點(diǎn)相對(duì)于從聚光光學(xué)探頭30射出的光的斑點(diǎn)有一定程度一致，則9 μ m的芯徑的光纖20起到針孔的作用，膜厚測(cè)量裝置100能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)被測(cè)量物進(jìn)行膜厚測(cè)量。分光測(cè)量部40測(cè)量通過了光纖20的9 μ m的芯徑的測(cè)量反射光的光譜并將其測(cè)量結(jié)果向數(shù)據(jù)處理部50進(jìn)行輸出。更詳細(xì)地說，分光測(cè)量部40包含衍射光柵(光柵)41、檢測(cè)部42、截止濾光片43、以及快門44。截止濾光片43、快門44、以及衍射光柵41配置在光軸AX I上。截止濾光片43是用于限制在通過針孔而入射到分光測(cè)量部40的測(cè)量反射光中包含的測(cè)量范圍外的波長(zhǎng)成分的濾光片，特別是阻斷測(cè)量范圍外的波長(zhǎng)成分?？扉T44用于當(dāng)復(fù)位檢測(cè)部42時(shí)等阻斷入射進(jìn)檢測(cè)部42的光。代表性地，快門44由通過電磁力驅(qū)動(dòng)的機(jī)械式的快門構(gòu)成。衍射光柵41在將所入射的測(cè)量反射光進(jìn)行分光的基礎(chǔ)上將各分光波引導(dǎo)向檢測(cè)部42。具體地說，衍射光柵41是反射型的衍射光柵，其構(gòu)成為每個(gè)規(guī)定的波長(zhǎng)間隔的衍射波向相對(duì)應(yīng)的各方向進(jìn)行反射。當(dāng)測(cè)量反射波入射到具有這種結(jié)構(gòu)的衍射光柵41時(shí)，所包含的各波長(zhǎng)成分向相對(duì)應(yīng)方向反射而入射到檢測(cè)部42的規(guī)定的檢測(cè)區(qū)域。此外，該波長(zhǎng)間隔與分光測(cè)量部40中的波長(zhǎng)分辨率相當(dāng)。代表性地,衍射光柵41由平焦點(diǎn)型(flat focustype)球面光柵構(gòu)成。為了測(cè)量被測(cè)量物的反射率光譜，檢測(cè)部42輸出與在由衍射光柵41分光的測(cè)量反射光中包含的各波長(zhǎng)成分的光強(qiáng)度相應(yīng)的電信號(hào)。檢測(cè)部42由在紅外頻帶具有靈敏度的InGaAs陣列等構(gòu)成。此外，衍射光柵41以及檢測(cè)部42根據(jù)光學(xué)特性的測(cè)量波長(zhǎng)范圍以及測(cè)量波長(zhǎng)間隔等來恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)處理部50對(duì)由檢測(cè)部42獲取的反射率光譜進(jìn)行各種的數(shù)據(jù)處理(代表性地為FFT (Fast Fourier Transform :快速傅立葉變換)處理、最大熵法(Maximum EntropyMethod;以下稱為“MEM”)處理、降噪處理)，由此來測(cè)量構(gòu)成被測(cè)量物的各層的膜厚。而且，數(shù)據(jù)處理部50還能夠?qū)Ρ粶y(cè)量物的各層的反射率、層結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。此外，關(guān)于這種處理的詳細(xì)情況在后面敘述。并且，數(shù)據(jù)處理部50輸出以測(cè)量出的被測(cè)量物的膜厚為代表的光學(xué)特性。<反射光的分析研究>首先，關(guān)于在對(duì)被測(cè)量物照射測(cè)量光的情況下所觀測(cè)到的反射光，通過數(shù)學(xué)以及物理的方法來進(jìn)行研究。圖4是本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的膜厚測(cè)量裝置100設(shè)為測(cè)量對(duì)象的被測(cè)量物OBJ的截面示意圖的ー個(gè)例子。參照?qǐng)D4，作為被測(cè)量物OBJ的代表例而考慮SOI基板。即，被測(cè)量物OBJ具有在
8Si層I與基底Si層3 (基板層)之間配置SiO2層2 (BOX層)的三層結(jié)構(gòu)。并且，設(shè)為來自膜厚測(cè)量裝置100的照射光從紙面上側(cè)入射到被測(cè)量物OBJ。即，設(shè)為測(cè)量光最先向Si層I入射。為了容易理解，研究入射到被測(cè)量物OBJ的測(cè)量光在Si層I與SiO2層2的界面反射而產(chǎn)生的反射光。在以下的說明中，使用下標(biāo)i來表現(xiàn)各層。即，將空氣、真空等的環(huán)境氣層設(shè)為下標(biāo)“O”、被測(cè)量物OBJ的Si層I設(shè)為下標(biāo)“I”、SiO2層2設(shè)為下標(biāo)“2”。另外，各層中的折射率使用下標(biāo)i表示為折射率r^。在具有相互不同的折射率ni的層的界面產(chǎn)生光的反射，因此折射率不同的i層與i+1層之間的各界面中的P偏振成分以及S偏振成分的振幅反射率(Fresnel系數(shù))ι·(Ι\ +1、r(s)iji+1能夠如下地表示。[數(shù)I]
權(quán)利要求
1.一種膜厚測(cè)量裝置，其具備 光源(10)，其向在基板上至少形成一層膜而得到的被測(cè)量物照射具有規(guī)定的波長(zhǎng)范圍的測(cè)量光； 至少ー個(gè)第一光路，其將從上述光源(10)照射的上述測(cè)量光引導(dǎo)到上述被測(cè)量物；第一聚光透鏡(31)，其將從上述第一光路射出的上述測(cè)量光聚光到上述被測(cè)量物；分光測(cè)量部(40)，其根據(jù)由上述第一聚光透鏡聚光的上述測(cè)量光中的由上述被測(cè)量物反射的光或者透過上述被測(cè)量物的光來獲取反射率或者透射率的波長(zhǎng)分布特性； 至少ー個(gè)第二光路，其將由上述被測(cè)量物反射的光或者透過上述被測(cè)量物的光引導(dǎo)到上述分光測(cè)量部(40)； 第二聚光透鏡，其將由上述被測(cè)量物反射的光或者透過上述被測(cè)量物的光聚光到上述第二光路的端部；以及 數(shù)據(jù)處理部(50)，其通過分析由上述分光測(cè)量部(40)獲取的上述波長(zhǎng)分布特性，來求出上述被測(cè)量物的膜厚。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的膜厚測(cè)量裝置，其特征在干， 上述第一光路以及上述第二光路是單模光纖(20)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的膜厚測(cè)量裝置，其特征在干， 上述第一光路和上述第二光路是以在上述被測(cè)量物側(cè)的光軸方向相互平行的方式來形成的Y型光纖(20), 上述第一聚光透鏡以及上述第二聚光透鏡是由一個(gè)透鏡(31)構(gòu)成的聚光光學(xué)探頭(30)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的膜厚測(cè)量裝置，其特征在干， 上述Y型光纖(20)構(gòu)成為在上述被測(cè)量物側(cè)，多個(gè)上述第一光路配置在上述第二光路的周圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的膜厚測(cè)量裝置，其特征在干， 上述光源(10)將非相干光作為上述測(cè)量光來進(jìn)行照射。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的膜厚測(cè)量裝置，其特征在干， 上述分光測(cè)量部(40)能夠在紅外頻帶的波長(zhǎng)范圍內(nèi)獲取反射率或者透射率的上述波長(zhǎng)分布特性。
全文摘要
本發(fā)明是一種膜厚測(cè)量裝置(100)，該膜厚測(cè)量裝置(100)具備:光源(10)、第一光路、第一聚光透鏡、分光測(cè)量部(40)、第二光路、第二聚光透鏡、以及數(shù)據(jù)處理部(50)。光源照射具有規(guī)定的波長(zhǎng)范圍的測(cè)量光。第一光路將從光源(10)照射的測(cè)量光引導(dǎo)到被測(cè)量物。第一聚光透鏡將從第一光路射出的測(cè)量光匯聚到被測(cè)量物。分光測(cè)量部(40)獲取反射率或者透射率的波長(zhǎng)分布特性。第二光路將由被測(cè)量物反射的光或者透過被測(cè)量物的光引導(dǎo)到分光測(cè)量部。第二聚光透鏡聚光到第二光路的端部。數(shù)據(jù)處理部(50)通過分析由分光測(cè)量部(40)獲取的波長(zhǎng)分布特性來求出被測(cè)量物的膜厚。
文檔編號(hào)G01B11/06GK102914268SQ201210273670
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月2日
發(fā)明者藤森匡嘉 申請(qǐng)人:大塚電子株式會(huì)社