KR101919639B1

KR101919639B1 - 형상 측정 장치 및 형상 측정 방법

Info

Publication number: KR101919639B1
Application number: KR1020140134901A
Authority: KR
Inventors: 가즈히로 스기타; 도모히로 아카다
Original assignee: 오츠카 일렉트로닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2014-10-07
Publication date: 2018-11-16
Also published as: TWI634311B; US20150106057A1; JP2015075452A; KR20150042713A; JP6196119B2; TW201518679A

Abstract

간이한 구성으로 진동의 영향을 억제하는 것이 가능한 형상 측정 장치 및 형상 측정 방법을 제공한다.
본 발명의 형상 측정 장치(1)는 샘플(S) 표면(SS)에 대향하는 참조 평면(41)을 갖는 투광성 광학 부품(4)과, 광학 부품(4)을 통해서, 샘플(S) 표면(SS)에 소정의 파장 영역을 갖는 광을 조사하는 광원(2)과, 샘플(S) 표면(SS)에 정의되는 선 형상 영역의 각 위치에 대해서 반사 스펙트럼을 측정하는 이미징 분광기(6)와, 선 형상 영역의 각 위치에 대해서 측정된 반사 스펙트럼에 기초하여, 선 형상 영역의 각 위치와 참조 평면(41)의 거리를 산출하는 연산부(7)를 구비한다.

Description

형상 측정 장치 및 형상 측정 방법{SHAPE MEASURING APPARATUS AND SHAPE MEASURING METHOD}

본 발명은 형상 측정 장치 및 형상 측정 방법에 관한 것으로, 특히, 참조 평면을 이용해서 샘플의 표면 형상을 측정하는 기술에 관한 것이다.

특허문헌 1에는, 마이켈슨 간섭계의 원리를 이용하여, 피검면과 참조면에 조사한 백색광의 반사 스펙트럼을 이미징 분광기(분광기＋2차원 촬상 소자)에 의해 원 샷으로 촬영하고, 피검면의 요철 형상을 해석하는 종래 기술이 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2013-24734호 공보

그런데, 상기 종래 기술에서는, 빔 스플리터와 피검면 사이의 광로와, 빔 스플리터와 참조면 사이의 광로를 일정하게 유지할 필요가 있지만, 이 광로가 비교적 길기 때문에, 진동의 영향을 받기 쉽다는 과제가 있다. 이러한 진동의 영향을 배제하기 위해서는, 대규모 제진(除振) 설비가 필요하게 되어 버린다.

또한, TSV(Through Silicon Via) 기술 분야에서는, 애스펙트비(구멍 직경에 대한 깊이의 비)가 비교적 큰 구멍이 반도체 칩에 형성되지만, 이러한 구멍의 형상을 측정할 때에는, 진동의 영향에 의해 광이 구멍 바닥까지 도착하기 어려워 측정이 곤란하다는 과제도 있다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 간이한 구성으로 진동의 영향을 억제하는 것이 가능한 형상 측정 장치 및 형상 측정 방법을 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 형상 측정 장치는, 샘플의 표면에 대향하는 참조 평면을 갖는 투광성 광학 부품과, 상기 광학 부품을 통해서, 상기 샘플의 표면에 소정의 파장 영역을 갖는 광을 조사하는 광원과, 상기 샘플의 표면에 정의되는 선 형상 영역의 각 위치에 대해서 반사 스펙트럼을 측정하는 이미징 분광기와, 상기 선 형상 영역의 각 위치에 대해서 측정된 반사 스펙트럼에 기초하여, 상기 선 형상 영역의 각 위치와 상기 참조 평면의 거리를 산출하는 연산부를 구비한다.

또한, 본 발명의 일 형태에서는, 상기 광이 조사되는 영역을, 상기 선 형상 영역에 대응하는 영역으로 좁히는 시야 조리개를 더 구비해도 좋다.

또한, 본 발명의 일 형태에서는, 상기 샘플이 배치되는 스테이지에 배치되는, 상기 광학 부품의 지지 기구를 더 구비해도 좋다.

또한, 본 발명의 일 형태에서는, 상기 샘플로부터의 반사광을 수광하는 측정 헤드와, 상기 샘플이 배치되는 스테이지를 지지하는 지지 프레임에 배치되는, 상기 광학 부품의 지지 기구를 더 구비해도 좋다.

또한, 본 발명의 일 형태에서는, 상기 샘플은, 상기 표면의 적어도 일부에 박막을 갖고, 상기 연산부는, 상기 선 형상 영역의 각 위치에 대해서 측정된 반사 스펙트럼에 기초하여, 상기 선 형상 영역의 각 위치와 상기 참조 평면의 거리와, 상기 선 형상 영역의 각 위치에 있어서의 상기 박막의 막 두께를 산출해도 좋다.

또한, 본 발명의 일 형태에서는, 상기 샘플의 표면과 상기 참조 평면의 거리를 조정하는 조정 기구를 더 구비하고, 상기 연산부는, 서로 다른 거리에서 측정된 복수의 반사 스펙트럼에 기초하여, 상기 샘플의 표면과 상기 참조 평면의 거리에 따른 주파수 성분과, 상기 박막의 막 두께에 따른 주파수 성분을 결정해도 좋다.

또한, 본 발명의 형상 측정 방법은, 샘플의 표면에 대향하는 참조 평면을 갖는 투광성 광학 부품을 통해서, 상기 샘플의 표면에 소정의 파장 영역을 갖는 광을 조사하고, 이미징 분광기에 의해 상기 샘플의 표면에 정의되는 선 형상 영역의 각 위치에 대해서 반사 스펙트럼을 측정하며, 상기 선 형상 영역의 각 위치에 대해서 측정된 반사 스펙트럼에 기초하여, 상기 선 형상 영역의 각 위치와 상기 참조 평면의 거리를 산출한다.

본 발명에서는, 참조 평면에서 반사되는 광과, 참조 평면을 투과해서 샘플의 표면에서 반사되는 광의 광로 차에 의한 간섭을 이용하고 있기 때문에, 진동의 영향을 받기 어렵게 하는 것이 가능하다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 형상 측정 장치의 광학적 및 전기적인 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는, 샘플의 일례를 나타내는 상면도이다.
도 3은, 샘플의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 4는, 측정 수순의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 5는, 반사율 스펙트럼 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은, FFT에 의한 해석 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은, 형상 측정 장치의 기계적인 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은, 형상 측정 장치의 기계적인 구성의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 9는, 샘플의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 10은, 측정 수순의 다른 예를 나타내는 흐름도이다.
도 11은, 반사율 스펙트럼의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 12는, FFT에 의한 해석 결과의 다른 예를 나타내는 도면이다.

본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 형상 측정 장치(1)의 광학적 및 전기적인 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 이하의 설명에서는, 샘플(S)에 대하여 광학 부품(4)이 배치되는 방향을 상측 방향이라 하고, 광학 부품(4)에 대하여 샘플(S)이 배치되는 방향을 하측 방향이라 한다.

형상 측정 장치(1)는 샘플(S) 표면(SS)에 조사하는 광을 생성하는 광원(2)과, 샘플(S) 표면(SS)에 광을 집광하는 대물 렌즈(3)와, 대물 렌즈(3)와 샘플(S) 사이에 배치되는 투광성 광학 부품(4)과, 샘플(S) 표면(SS)을 관찰하기 위한 관찰용 카메라(5)와, 광학 부품(4)과 샘플(S)로부터의 반사광의 스펙트럼을 측정하는 이미징 분광기(6)를 구비하고 있다.

또한, 형상 측정 장치(1)는 CPU(Central Processing Unit) 등을 포함하는 연산부(7)와, FPD(Flat Panel Display) 등의 표시부(8)와, 키보드나 마우스 등의 조작부(9)를 구비하고 있다. 연산부(7), 표시부(8) 및 조작부(9)로서는, 공지된 퍼스널 컴퓨터가 사용되어도 좋다.

광원(2)으로서는, 넓은 파장 영역에서 출력 특성이 평탄한 백색 광원이 적합하고, 중수소 램프나 텅스텐 램프 등을 채용해도 좋다. 광원(2)으로부터 출사된 광은, 시야 조리개의 일례로서의 슬릿(21)에 의해 선 형상으로 성형된 후, 하프 미러(23)를 경유해서 대물 렌즈(3)를 향한다.

광학 부품(4)은 유리나 석영 등의 투광성 재료로 이루어지고, 샘플(S) 표면(SS)에 근접해서 대향하는 참조 평면(41)을 갖고 있다. 대물 렌즈(3)로부터 광학 부품(4)에 입사한 광의 일부는 참조 평면(41)에서 반사되고, 다른 일부는 참조 평면(41)을 투과해서 샘플(S) 표면(SS)에서 반사된다.

광학 부품(4)의 참조 평면(41)에서 반사된 광과, 샘플(S) 표면(SS)에서 반사된 광은, 광학 부품(4), 대물 렌즈(3), 하프 미러(23, 51)를 경유해서 이미징 분광기(6)에 도달한다.

이미징 분광기(6)는 광학 부품(4)과 샘플(S)로부터의 반사광의 스펙트럼을 측정하고, 그것을 연산부(7)에 출력한다. 광학 부품(4)과 샘플(S)로부터의 광은, 슬릿(61)에 의해 선 형상으로 성형된 후, 이미징 분광기(6)에 입사된다. 바꾸어 말하면, 이미징 분광기(6)는 광학 부품(4)의 참조 평면(41)과 샘플(S) 표면(SS)에 각각 정의되는 선 형상 영역에서 반사되는 광을 수광한다. 상세하게는, 도 2를 사용해서 후술한다.

구체적으로는, 이미징 분광기(6)는 도시하지 않은 분광기와 2차원 촬상 소자를 구비하고 있고, 분광기에 의해 슬릿(61)의 폭 방향으로 회절한 광을 2차원 촬상 소자가 수광한다. 이로 인해, 슬릿(61)의 폭 방향이 파장 분해 방향이 되고, 슬릿(61)의 길이 방향이 공간 분해 방향이 된다.

또한, 광원(2)으로부터 광학 부품(4)에 광을 유도하는 광학계와, 광학 부품(4)으로부터 이미징 분광기(6)에 광을 유도하는 광학계는, 상술한 형태에 한정되지 않고, 다양한 광학계가 채용되어도 좋은 것은 물론이다.

도 2 및 도 3은 샘플(S)의 일례를 나타내는 상면도 및 단면도이다. 샘플(S)에는, 상방을 향해서 개방된 복수의 구멍(SH)이 형성되어 있다.

샘플(S)은, 예를 들어 TSV(Through Silicon Via)에 이용되는, 애스펙트비가 비교적 큰 구멍이 형성된 반도체 칩이다. 예를 들어, 구멍 직경이 5 내지 10㎛ 정도이고, 깊이가 최대 100㎛ 정도이다. 반도체 칩의 상면에 형성된 구멍에 도체를 충전하고, 그 후, 반도체 칩의 하면을 도체가 나타날 때까지 연마함으로써, TSV가 완성된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 샘플(S) 표면(SS)에는, 상기 광원(2)으로부터의 광이 조사되는 선 형상의 조사 영역(2A)과, 반사광이 상기 이미징 분광기(6)에 수광되는 선 형상의 수광 영역(6A)이 서로 겹치도록 형성된다. 조사 영역(2A)의 윤곽은, 광원(2)에 설치된 슬릿(21)에 의해 형성되고, 수광 영역(6A)의 윤곽은, 이미징 분광기(6)에 설치된 슬릿(61)에 의해 형성된다. 슬릿(21, 61)은, 조사 영역(2A)의 길이 방향과 수광 영역(6A)의 길이 방향이 정렬되도록 설치된다.

예를 들어, 수광 영역(6A)의 폭은, 샘플(S)의 구멍(SH)의 구멍 직경보다도 좁아지도록 설정되고, 수광 영역(6A)의 길이는, 샘플(S)의 구멍(SH)이 복수 포함되도록 설정된다. 예를 들어, 조사 영역(2A)은, 수광 영역(6A) 전체를 포함하는 길이 및 폭으로 설정된다. 이렇게 조사 영역(2A)을 좁게 함으로써, 수광 영역(6A) 주위의 광이 미광 성분으로서 포함되기 어려워진다. 이 형태에 한하지 않고, 조사 영역(2A) 전체가 수광 영역(6A)에 포함되어도 좋다.

도 3에 도시한 바와 같이, 수광 영역(6A)의 길이 방향의 어느 위치에서는, 광학 부품(4)의 참조 평면(41)을 투과한 광이, 샘플(S) 표면(SS) 중, 참조 평면(41)에 가장 가까운 구멍(SH)의 주위에서 반사되고, 광학 부품(4)의 참조 평면(41)에서 반사된 광과 간섭한다. 수광 영역(6A)의 길이 방향의 다른 위치에서는, 광학 부품(4)의 참조 평면(41)을 투과한 광이, 샘플(S) 표면(SS) 중, 참조 평면(41)으로부터 가장 먼, 구멍(SH)의 저면에서 반사되고, 광학 부품(4)의 참조 평면(41)에서 반사된 광과 간섭한다.

이미징 분광기(6)는 수광 영역(6A)을 형성하는 슬릿(61)의 길이 방향을 공간 분해 방향으로 하고, 폭 방향을 파장 분해 방향으로 하고 있으므로, 원 샷 촬영에 의해, 선 형상의 수광 영역(6A)의 길이 방향의 각 위치에 있어서의 반사광의 스펙트럼을 측정하는 것이 가능하다. 또한, 수광 영역(6A)의 길이 방향과 직교하는 직교 방향으로 샘플(S)을 이동시키고, 직교 방향의 각 위치에 있어서 반사광의 스펙트럼을 측정함으로써, 2차원 영역에 걸친 측정을 행하는 것이 가능하다.

도 1의 설명으로 되돌아가, 연산부(7)는 이미징 분광기(6)로부터 출력되는 반사광의 스펙트럼을, 기지의 입사광 스펙트럼으로 제산함으로써 반사율 스펙트럼을 산출한다. 그리고, 연산부(7)는 산출된 반사율 스펙트럼에 기초하여, 수광 영역(6A)의 길이 방향의 각 위치와 참조 평면(41)의 거리를 산출한다.

도 4는 측정 수순의 일례를 나타내는 흐름도이다. 먼저, 레퍼런스의 스펙트럼 데이터를 취득한다(S11). 구체적으로는, 광원(2)이 레퍼런스에 백색광을 조사하고, 이미징 분광기(6)가 반사 스펙트럼을 측정함으로써, 연산부(7)는 레퍼런스의 스펙트럼 데이터를 취득한다. 레퍼런스로서는, 예를 들어 알루미늄 등으로 이루어진 평면 미러가 적합하다.

이어서, 측정 위치로 스테이지를 이동시킨다(S12). 구체적으로는, 연산부(7)는 샘플(S)이 소정의 측정 위치에 위치 결정되도록 샘플(S)을 배치한 후술하는 XY 스테이지(13)(도 7 및 도 8을 참조)를 이동시킨다.

이어서, 샘플(S)의 스펙트럼 데이터를 취득한다(S13). 구체적으로는, 광원(2)이 샘플(S)에 백색광을 조사하고, 이미징 분광기(6)가 반사 스펙트럼을 측정함으로써, 연산부(7)는 샘플(S)의 스펙트럼 데이터를 취득한다.

이어서, 샘플(S)의 상대 반사율을 산출한다(S14). 구체적으로는, 연산부(7)는 샘플(S)의 반사광 스펙트럼을 레퍼런스의 반사광 스펙트럼으로 제산함으로써 반사율 스펙트럼을 산출한다. 도 5는 반사율 스펙트럼 일례를 나타내는 도면이다.

그 후, FFT 해석에 의해 광학 거리를 산출한다(S15). 구체적으로는, 연산부(7)는 반사율 스펙트럼으로부터 FFT 파워 값의 커브를 산출하고, 그 피크로부터 광학 거리를 산출한다. 도 6은 FFT에 의한 해석 결과의 일례를 나타내는 도면이다.

이와 같이 하여, 광학 부품(4)의 참조 평면(41)과 샘플(S) 표면(SS)의 광학 거리가 얻어지고, 또한 광학 거리를 공기의 굴절률로 제산함으로써 실제 거리가 얻어진다. 여기에서는, 샘플(S) 표면(SS)에 형성된 수광 영역(6A)의 길이 방향의 각 위치에 대해서 거리가 얻어지므로, 샘플(S) 구멍(SH)의 저면과 참조 평면(41)의 거리로부터, 구멍(SH)의 주위와 참조 평면(41)의 거리를 감산함으로써, 구멍(SH)의 깊이가 얻어진다.

또한, 이상의 설명에서는, 반사 스펙트럼으로부터 광학 거리를 산출하는 데 FFT법을 사용했지만, 다른 계산 방법을 사용해도 좋다. 예를 들어, 커브 피팅법이나 피크 발레법이 사용되어도 좋다.

도 7은 형상 측정 장치(1)의 기계적인 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 형상 측정 장치(1)는 지지 프레임(11)을 구비하고 있고, 지지 프레임(11)의 하부에는, 샘플(S)이 배치되는 XY 스테이지(13)가 설치되어 있으며, 지지 프레임(11)의 상부에는, 대물 렌즈(3)를 갖는 측정 헤드(15)가 설치되어 있다.

XY 스테이지(13)는 상기 연산부(7)로부터의 지령에 따라 수평 방향으로 이동한다. 측정 헤드(15)에는, 이미지 화이버(19)가 설치되어 있고, 상기 광원(2)으로부터의 광이 이미지 화이버(19)를 통해서 대물 렌즈(3)까지 유도됨과 함께, 대물 렌즈(3)가 수광한 광이 이미지 화이버(19)를 통해서 이미징 분광기(6)까지 유도된다.

또한, 본 예에서는, XY 스테이지(13)에 배치된, 광학 부품(4)을 지지하기 위한 지지 기구(17)가 구비되어 있다. 지지 기구(17)는 XY 스테이지(13) 상의 샘플(S)의 주위에서 상방으로 돌출되도록 배치되어 있고, 광학 부품(4)은 샘플(S)의 상방을 덮도록 지지 기구(17) 상에 배치된다.

도 8은 형상 측정 장치(1)의 기계적인 구성의 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 7의 예와 공통되는 구성에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 상세한 설명을 생략한다.

본 예에서는, 지지 프레임(11)에 배치된, 광학 부품(4)을 지지하기 위한 지지 기구(18)가 구비되어 있다. 지지 기구(18)는 샘플(S)과 XY 스테이지(13)의 상방에 놓이도록 아치 형상으로 설치되어 있고, 광학 부품(4)은 샘플(S)의 상방에서 지지 기구(18)에 지지되어 있다.

도 7 및 도 8의 예에서는, 광학 부품(4)의 참조 평면(41)이 샘플(S) 표면(SS)과 근접해서 대향하도록, 광학 부품(4)을 샘플(S)의 상방에 지지하고 있기 때문에, 광원(2)으로부터 이미징 분광기(6)까지의 광로의 대부분이 공통되고, 광학 부품(4)의 참조 평면(41)과 샘플(S) 표면(SS)의 간극에서 광로 차가 발생하게 된다. 이로 인해, 종래 기술과 같은 2개의 비교적 긴 광로가 존재하는 경우와 비교하여 진동의 영향을 억제하는 것이 가능하다.

또한, 도 7에 도시한 바와 같이, XY 스테이지(13)에 광학 부품(4)의 지지 기구(17)가 배치되면, 지지 프레임(11) 등에 진동이 가해져도, 샘플(S)과 광학 부품(4)이 마찬가지로 진동하므로, 샘플(S) 표면(SS)과 광학 부품(4)의 참조 평면(41)의 거리가 변동하기 어려워, 진동의 영향을 억제하는 데도 바람직하다.

또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 지지 프레임(11)에 광학 부품(4)의 지지 기구(18)가 배치되면, 광학 부품(4)이 면 내 방향으로 이동하지 않으므로, 광학 부품(4)은 측정 헤드(15)의 하방에 있으면 되고, 광학 부품(4)의 소형화 관점에서 바람직하다.

또한, 도 7 및 도 8에 나타나는 지지 기구(17, 18)는 광학 부품(4)의 높이를 조정 가능하고, 광학 부품(4)의 참조 평면(41)과 샘플(S) 표면(SS)의 거리를 바꿀 수 있게 되어 있다. 이 기능은, 후술하는 예에서 이용된다.

이하, 표면의 적어도 일부에 박막을 갖는 샘플을 측정 대상으로 하는 예에 대해서 설명한다.

예를 들어, TSV가 형성되는 반도체 칩에는, 제조 과정에 있어서 구멍의 주위에 레지스트막이 형성되는 경우가 있지만, 이때, 구멍의 내측에도 레지스트막이 의도하지 않게 형성되고, 또한 전부 제거되지 못하고 잔류하는 경우가 있다. 이로 인해, 구멍의 내측에 레지스트막이 잔류하고 있는지 여부를 판정하는 기술도 요구되고 있다.

따라서, 이하에 설명하는 예에서는, 도 9에 도시한 바와 같이, 표면(SS)에 투광성 박막(TF)을 갖는 샘플(S)을 측정 대상으로 하여, 측정된 반사 스펙트럼으로부터 표면(SS)의 형상과 박막(TF)의 막 두께를 산출하고 있다.

광학 부품(4)의 참조 평면(41)을 투과한 광의 일부는 박막(TF)의 표면에서 반사되고, 다른 일부는 박막(TF)의 표면을 투과해서 샘플(S) 표면(SS)[즉, 구멍(SH)의 주위나 저면]에서 반사된다. 따라서, 광학 부품(4)의 참조 평면(41)에서 반사된 광과, 박막(TF)의 표면에서 반사된 광과, 샘플(S) 표면(SS)에서 반사된 광이 간섭한다.

연산부(7)는 산출한 반사율 스펙트럼에 기초하여, 광학 부품(4)의 참조 평면(41)과 샘플(S) 표면(SS)의 거리와, 샘플(S) 표면(SS)에 형성된 박막(TF)의 막 두께를 산출한다.

보다 구체적으로는, 연산부(7)는 산출한 반사율 스펙트럼에 기초하여, 샘플(S) 표면(SS)에 형성된 선 형상의 수광 영역(6A)(도 2를 참조)의 길이 방향의 각 위치와 참조 평면(41)의 거리와, 수광 영역(6A)의 길이 방향의 각 위치에 형성된 박막(TF)의 막 두께를 산출한다.

도 10은 표면(SS)에 박막(TF)을 갖는 샘플(S)을 측정 대상으로 하는 경우의, 측정 수순을 나타내는 흐름도이다.

먼저, 참조 평면(41)을 제1 높이에서 첫 번째 측정을 행한다(S21). 구체적으로는, 광학 부품(4)을 지지하는 지지 기구(17, 18)(도 7 및 도 8을 참조)를 조정하고, 참조 평면(41)을 제1 높이로 해서 그 상태에서 상술한 바와 같이 샘플(S)의 스펙트럼 데이터를 취득하고, 반사율 스펙트럼을 산출하여 FFT 해석을 실행한다.

이어서, 참조 평면(41)을 제2 높이에서 두 번째 측정을 행한다(S22). 구체적으로는, 광학 부품(4)을 지지하는 지지 기구(17, 18)를 조정하고, 참조 평면(41)을 제1 높이 보다 큰 제2 높이로 해서 그 상태에서 상술한 바와 같이 샘플(S)의 스펙트럼 데이터를 취득하고, 반사율 스펙트럼을 산출하여 FFT 해석을 실행한다.

이에 의해, 서로 다른 거리에서 측정된 2개의 반사율 스펙트럼이 얻어진다. 도 11은 2개의 반사율 스펙트럼의 예를 나타내는 도면이다. 광학 부품(4)의 참조 평면(41)과 샘플(S)의 표면(SS) 사이의 거리가 변화함으로써, 2개의 반사율 스펙트럼 주기성이 변화한다.

이어서, 파워 스펙트럼을 비교한다(S23). 도 12는 2개의 반사율 스펙트럼을 FFT 해석했을 때의, 해석 결과의 예를 나타내는 도면이다. 한쪽의 파워 스펙트럼을 실선으로 나타내고, 다른 쪽의 파워 스펙트럼을 파선으로 나타내고 있다. 2개의 파워 스펙트럼을 비교하면, 피크 위치가 변동하는 피크(HP)와, 피크 위치가 변동하지 않는 피크(FP)가 존재한다.

피크 위치가 변동하는 피크(HP)는, 광학 부품(4)의 참조 평면(41)과 샘플(S) 표면(SS)의 거리에 따른 주파수 성분의 피크이다. 즉, 광학 부품(4)의 참조 평면(41)과 샘플(S) 표면(SS)의 거리를 상이하게 해서 측정을 행함으로써, 피크 위치가 변동하고 있다.

한편, 피크 위치가 변동하지 않는 피크(FP)는, 샘플(S) 표면(SS)에 형성된 박막(TF)의 막 두께에 따른 주파수 성분의 피크이다. 즉, 광학 부품(4)의 참조 평면(41)과 샘플(S) 표면(SS)의 거리를 변화시켜도, 박막(TF)의 막 두께 자체는 변화하지 않으므로, 피크 위치는 변동하지 않는다.

따라서, FFT에 의한 해석 결과에 포함된 각 피크가, 피크 위치가 변동하는 피크(HP)인 경우에는(S24: "예"), 광학 부품(4)의 참조 평면(41)과 샘플(S) 표면(SS)의 거리에 따른 주파수 성분의 피크로서 결정하고(S25), 피크 위치가 변동하지 않는 피크(FP)인 경우에는(S24: "아니오"), 샘플(S) 표면(SS)에 형성된 박막(TF)의 막 두께에 따른 주파수 성분의 피크로서 결정한다(S26).

그 후, 피크의 결정 결과를 식별 표시한다(S27). 예를 들어, 각종 피크를 색 등을 나누어서 표시부(8)에 표시해도 좋다.

또한, 이상의 실시 형태에서는, 서로 다른 거리에서 측정된 2개의 반사율 스펙트럼을 이용해서 피크의 종별을 결정했지만, 결정의 방법은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 광학 부품(4)의 참조 평면(41)과 샘플(S) 표면(SS)의 거리에 따른 주파수 성분의 피크가 드러나는 범위와, 샘플(S) 표면(SS)에 형성된 박막(TF)의 막 두께에 따른 주파수 성분의 피크가 드러나는 범위가 기지이며, 또한 중복되지 않는 것이라면, 1개의 반사율 스펙트럼만으로 피크의 종별을 결정하는 것이 가능하다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니라, 다양한 변형 실시가 당업자에 있어서 가능한 것은 물론이다.

1: 형상 측정 장치
2: 광원
2A: 조사 영역
21: 슬릿
23: 하프 미러
3: 대물 렌즈
4: 광학 부품
41: 참조 평면
5: 관찰용 카메라
51: 하프 미러
6: 이미징 분광기
6A: 수광 영역
61: 슬릿
7: 연산부
8: 표시부
9: 조작부
11: 지지 프레임
13: XY 스테이지
15: 측정 헤드
17: 지지 기구
18: 지지 기구
19: 이미지 화이버
S: 샘플
SS: 표면
SH: 구멍
TF: 박막

Claims

형상 측정 장치로서,
표면의 적어도 일부에 박막을 갖는 샘플의 표면에 대향하는 참조 평면을 갖는 투광성 광학 부품과,
상기 광학 부품을 통해서, 상기 샘플의 표면에 소정의 파장 영역을 갖는 광을 조사하는 광원과,
상기 샘플의 표면에 정의되는 선 형상 영역의 각 위치에 대해서 반사 스펙트럼을 측정하는 이미징 분광기와,
상기 샘플의 표면과 상기 참조 평면의 거리를 조정하는 조정 기구와,
서로 다른 거리에서 측정된 복수의 반사 스펙트럼에 기초하여, 상기 샘플의 표면과 상기 참조 평면의 거리에 따른 주파수 성분과, 상기 박막의 막 두께에 따른 주파수 성분을 결정하고, 상기 선 형상 영역의 각 위치와 상기 참조 평면의 거리와, 상기 선 형상 영역의 각 위치에 있어서의 상기 박막의 막 두께를 산출하는 연산부
를 구비하는 것을 특징으로 하는, 형상 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 광이 조사되는 영역을, 상기 선 형상 영역에 대응하는 영역으로 좁히는 시야 조리개를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 형상 측정 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 샘플이 배치되는 스테이지에 배치되는, 상기 광학 부품의 지지 기구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 형상 측정 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 샘플로부터의 반사광을 수광하는 측정 헤드와, 상기 샘플이 배치되는 스테이지를 지지하는 지지 프레임에 배치되는, 상기 광학 부품의 지지 기구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 형상 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 연산부는,
상기 복수의 반사 스펙트럼을 사용하여, 복수의 반사율 스펙트럼을 산출하고,
상기 복수의 반사율 스펙트럼으로부터, 복수의 파워 스펙트럼을 취득하고,
상기 복수의 파워 스펙트럼에 있어서, 위치가 변동하는 제1 피크로부터, 상기 샘플의 표면과 상기 참조 평면의 거리에 따른 주파수 성분을 결정하고, 위치가 변동하지 않는 제2 피크로부터, 상기 박막의 막 두께에 따른 주파수 성분을 결정하는, 형상 측정 장치.
형상 측정 방법으로서,
표면의 적어도 일부에 박막을 갖는 샘플의 표면에 대향하는 참조 평면을 갖는 투광성 광학 부품을 통해서, 상기 샘플의 표면에 소정의 파장 영역을 갖는 광을 조사하고,
이미징 분광기에 의해, 상기 샘플의 표면에 정의되는 선 형상 영역의 각 위치에 대해서 제1의 반사 스펙트럼을 측정하고,
상기 샘플의 표면과 상기 참조 평면의 거리를 변경하고,
이미징 분광기에 의해, 상기 선 형상 영역의 각 위치에 대해서 제2의 반사 스펙트럼을 측정하고,
서로 다른 거리에서 측정된 제1 및 제2의 반사 스펙트럼에 기초하여, 상기 샘플의 표면과 상기 참조 평면의 거리에 따른 주파수 성분과, 상기 박막의 막 두께에 따른 주파수 성분을 결정하고, 상기 선 형상 영역의 각 위치와 상기 참조 평면의 거리와, 상기 선 형상 영역의 각 위치에 있어서의 상기 박막의 막 두께를 산출하는, 형상 측정 방법.
제6항에 있어서,
상기 제1 및 제2의 반사 스펙트럼을 사용하여, 제1 및 제2의 반사율 스펙트럼을 산출하고,
상기 제1 및 제2의 반사율 스펙트럼으로부터, 제1 및 제2의 파워 스펙트럼을 취득하고,
상기 제1 및 제2의 파워 스펙트럼에 있어서, 위치가 변동하는 제1 피크로부터, 상기 샘플의 표면과 상기 참조 평면의 거리에 따른 주파수 성분을 결정하고, 위치가 변동하지 않는 제2 피크로부터, 상기 박막의 막 두께에 따른 주파수 성분을 결정하는, 형상 측정 방법.