KR20180071171A - 광학 특성 측정 장치 및 광학 특성 측정 방법 - Google Patents

광학 특성 측정 장치 및 광학 특성 측정 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20180071171A
KR20180071171A KR1020170171479A KR20170171479A KR20180071171A KR 20180071171 A KR20180071171 A KR 20180071171A KR 1020170171479 A KR1020170171479 A KR 1020170171479A KR 20170171479 A KR20170171479 A KR 20170171479A KR 20180071171 A KR20180071171 A KR 20180071171A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sample
detection
optical
data
detection data
Prior art date
Application number
KR1020170171479A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102341678B1 (ko
Inventor
소타 오카모토
유키 사사키
선흠 나
Original Assignee
오츠카덴시가부시끼가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 오츠카덴시가부시끼가이샤 filed Critical 오츠카덴시가부시끼가이샤
Publication of KR20180071171A publication Critical patent/KR20180071171A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102341678B1 publication Critical patent/KR102341678B1/ko

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • G01B11/0625Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating with measurement of absorption or reflection
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/0205Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0248Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using a sighting port, e.g. camera or human eye
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/0278Control or determination of height or angle information for sensors or receivers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/2803Investigating the spectrum using photoelectric array detector
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/255Details, e.g. use of specially adapted sources, lighting or optical systems
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/8422Investigating thin films, e.g. matrix isolation method
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N2021/6417Spectrofluorimetric devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)

Abstract

(과제) 샘플로부터의 광에 기초하는 샘플의 광학 특성의 측정을 실시하기 쉽게 한다.
(해결 수단) 광학 특성 측정 장치 (1, 1A) 는, 광학계 (12) 와, 검출부 (13) 와, 해석부 (14) 를 구비한다. 광학계는, 샘플 (2) 로부터 입사되는 검출광을 집광한다. 검출부는, 샘플과 광학계 사이의 광학 거리가 서로 상이한 상태에서 광학계를 개재하여 입사된 샘플의 검출광을 복수 회, 분광하여, 각각의 검출광의 스펙트럼을 나타내는 복수의 검출 데이터 D1 을 생성한다. 해석부는, 검출 데이터가 나타내는 스펙트럼을 해석하여, 샘플의 소정의 광학 특성을 측정한다. 해석부는, 복수의 검출 데이터에 있어서의 검출광의 크기에 기초하여, 광학 특성의 측정에 사용하는 검출 데이터를 특정하고, 특정된 검출 데이터에 기초하여, 광학 특성을 측정한다 (S6, S6A).

Description

광학 특성 측정 장치 및 광학 특성 측정 방법{OPTICAL CHARACTERISTIC MEASURING APPARATUS AND OPTICAL CHARACTERISTIC MEASURING METHOD}
본 발명은 샘플의 막두께 등의 광학 특성을 측정하는 광학 특성 측정 장치 및 광학 특성 측정 방법에 관한 것이다.
종래, 막두께와 같은 광학 특성을 측정하는 수법으로서 광의 위상을 사용하는 광 간섭법이 알려져 있다 (예를 들어 특허문헌 1, 2). 광 간섭법에서는, 측정 대상의 샘플에서 반사된 광의 스펙트럼을 분광기로 측정하고, 스펙트럼의 데이터를 해석함으로써 샘플의 광학 특성이 측정된다.
특허문헌 1 은, 샘플 (피측정물) 에 대한 포커스 (초점) 맞춤을 용이화함으로써, 광학 특성의 측정 정밀도를 향상시키는 광학 특성 측정 장치를 개시하고 있다. 특허문헌 1 에서는, 사용자가 표시부에 표시되는 반사 이미지의 합초 상태를 참조하여 샘플과 대물 렌즈간의 위치 관계를 변경하거나, 오토 포커스 기술을 사용하여 제어 장치가 포커스 맞춤을 실시하거나 한 후, 반사광의 스펙트럼 측정을 실행하고 있다. 특허문헌 1 의 광학 특성 측정 장치는, 포커스 맞춤을 위한 카메라나 관찰용 광원 등의 기구를 갖고, 이 기구를 사용하기 위한 광학 부품이 장착된 복잡한 광학계를 채용하고 있다.
일본 공개특허공보 2008-286583호 일본 공개특허공보 2010-002327호
종래의 광학 특성의 측정 방법에서는, 스펙트럼의 측정시에 포커스 맞춤을 실시할 필요가 있기 때문에 광학 특성의 측정에 시간을 소비하거나, 포커스 맞춤을 위한 기구를 형성하는 것에 의해 장치 구성이 대규모가 되거나 하였다.
본 발명의 목적은, 샘플로부터의 광에 기초하는 샘플의 광학 특성의 측정을 실시하기 쉽게 할 수 있는 광학 특성 측정 장치 및 광학 특성 측정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 관련된 광학 특성 측정 장치는, 광학계와, 검출부와, 해석부를 구비한다. 광학계는, 샘플로부터 입사되는 검출광을 집광한다.
검출부는, 샘플과 광학계 사이의 광학 거리가 서로 상이한 상태에서 광학계를 개재하여 입사된 샘플의 검출광을 복수 회, 분광하여, 각각의 검출광의 스펙트럼을 나타내는 복수의 검출 데이터를 생성한다. 해석부는, 검출 데이터가 나타내는 스펙트럼을 해석하여, 샘플의 소정의 광학 특성을 측정한다. 해석부는, 복수의 검출 데이터에 있어서의 검출광의 크기에 기초하여, 광학 특성의 측정에 사용하는 검출 데이터를 특정하고, 특정된 검출 데이터에 기초하여, 광학 특성을 측정한다.
본 발명의 일 양태에 관련된 광학 특성 측정 방법은, 광학계를 개재하여 샘플로부터 입사되는 검출광을 집광하는 스텝을 포함한다. 본 방법은, 검출부가, 샘플과 광학계 사이의 광학 거리가 서로 상이한 상태에서 광학계를 개재하여 입사된 샘플의 검출광을 복수 회, 분광하여, 각각의 검출광의 스펙트럼을 나타내는 복수의 검출 데이터를 생성하는 스텝을 포함한다. 본 방법은, 해석부가, 복수의 검출 데이터에 있어서의 검출광의 크기에 기초하여, 샘플의 소정의 광학 특성의 측정에 사용하는 검출 데이터를 특정하는 스텝을 포함한다. 본 방법은, 해석부가, 특정된 검출 데이터가 나타내는 스펙트럼을 해석하여, 광학 특성을 측정하는 스텝을 포함한다.
본 발명에 관련된 광학 특성 측정 장치 및 광학 특성 측정 방법에 의하면, 광학 거리가 서로 상이한 복수의 검출 데이터로부터, 광학 특성의 측정에 사용하는 검출 데이터를 특정한다. 이로써, 샘플로부터의 광에 기초하는 샘플의 광학 특성의 측정을 실시하기 쉽게 할 수 있다.
도 1 은 실시형태 1 에 관련된 광학 특성 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도
도 2 는 광학 특성 측정 장치에 있어서의 반사율 데이터를 설명하기 위한 도면
도 3 은 광학 특성 측정 방법에 관한 실험 결과를 나타내는 그래프
도 4 는 실시형태 1 에 관련된 광학 특성 측정 장치의 동작을 나타내는 플로 차트
도 5 는 실시형태 1 에 관련된 광학 특성 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면
도 6 은 광학 특성 측정 장치에 의한 막두께의 산출 방법을 설명하기 위한 도면
도 7 은 실시형태 2 에 관련된 광학 특성 측정 장치의 동작을 나타내는 플로 차트
도 8 은 실시형태 2 에 관련된 광학 특성 측정 장치를 설명하기 위한 도면
도 9 는 변형예에 관련된 광학 특성 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도
이하, 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명에 관련된 실시형태를 설명한다. 또한, 이하의 각 실시형태에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 있다.
(실시형태 1)
실시형태 1 에 관련된 광학 특성 측정 장치 및 광학 특성 측정 방법에 대하여, 이하 설명한다.
1. 구성
본 실시형태에 관련된 광학 특성 측정 장치의 구성에 대하여, 도 1 을 참조하여 설명한다. 도 1 은, 실시형태 1 에 관련된 광학 특성 측정 장치 (1) 의 구성을 나타내는 블록도이다.
본 실시형태에 관련된 광학 특성 측정 장치 (1) 는, 측정 대상의 샘플 (2) 로부터 입사되는 광에 대해 광학적 해석을 실시하여, 샘플 (2) 의 막두께 등의 광학 특성을 측정하는 장치이다. 광학 특성 측정 장치 (1) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 광원 (10) 과, 광파이버 (11) 와, 대물 광학계 (12) 와, 분광기 (13) 와, 퍼스널 컴퓨터 (PC) (14) 와, 제어 유닛 (15) 과, 구동부 (16) 와, 관찰 유닛 (17) 을 구비한다.
샘플 (2) 은, 예를 들어 단층막이나 다층막 등의 박막이 형성된 여러 가지 반도체 기판이나 유리 기판, 필름 부재 등이다. 본 실시형태에서는, 샘플 (2) 은, 광학 특성 측정 장치 (1) 의 구동부 (16) (스테이지 (61)) 에 있어서의 수평면에 배치된다. 이하, 샘플 (2) 의 수평면 중에서 서로 직교하는 2 방향을 각각「X 방향」및「Y 방향」이라고 하고, 수평면의 법선 방향을「Z 방향」이라고 한다.
광원 (10) 은, 샘플 (2) 에 조사하기 위한 조사광을 발광한다. 광원 (10) 에 의한 조사광은, 예를 들어 백색광이며, 측정 대상의 샘플 (2) 의 광학 특성에 따른 파장대의 범위 내에서 연속되는 파장 스펙트럼 (연속 스펙트럼) 을 갖는다. 광원 (10) 은, 백열등, LED, 중수소 램프, 크세논 램프, 할로겐 램프 등의 여러 가지 광원으로 구성되어도 된다.
광파이버 (11) 는, 예를 들어 Y 형 파이버로 구성되고, 하나의 프로브단 (11A) 과 2 분기의 분기단을 갖는다. 프로브단 (11A) 은 대물 광학계 (12) 에 광학적으로 접속되고, 분기단의 일방은 광원 (10) 에 접속되고, 타방은 분광기 (13) 에 접속된다. 광파이버 (11) 는, 광원 (10) 과 대물 광학계 (12) 사이를 광학적으로 결합함과 함께, 대물 광학계 (12) 와 분광기 (13) 사이를 광학적으로 결합하는 결합 광학계의 일례이다. 결합 광학계는 광파이버 (11) 에 한정되지 않고, 예를 들어 여러 가지 광학 소자를 배치한 광학계여도 된다.
대물 광학계 (12) 는, 광학 특성 측정 장치 (1) 내에서, 샘플 (2) 에 출사하는 광 및 샘플 (2) 로부터 입사되는 광을 집광, 도광하는 광학계이다. 본 실시형태에 있어서의 대물 광학계 (12) 는, 샘플 (2) 에 대향하는 제 1 렌즈 (12a), 및 제 1 렌즈 (12a) 와 광파이버 (11) 의 프로브단 (11A) 사이에 배치되는 제 2 렌즈 (12b) 등을 포함한다. 각 렌즈 (12a, 12b) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 대물 광학계 (12) 의 광축이 Z 방향을 향하도록 배치되고, 집광 및 콜리메이트를 실시한다. 대물 광학계 (12) 는, 제 1 및 제 2 렌즈 (12a, 12b) 의 광학 특성 등에 따라 규정되는 고유의 피사계 심도를 갖는다.
분광기 (13) 는, 입사되는 광을 분광 (즉 스펙트럼 분해) 하고, 광의 파장 스펙트럼을 검출한다. 분광기 (13) 는, 본 실시형태에 있어서의 검출부의 일례이다. 분광기 (13) 는, 예를 들어 멀티 채널형 분광기로 구성되고, 슬릿 및 그레이팅 등을 포함하는 분광 광학계와, 수광면을 갖는 CCD 이미지 센서 등의 검출 소자와, 내부 메모리를 구비한다. 검출 소자는, 포토다이오드 어레이 등으로 구성되어도 된다.
멀티 채널형의 분광기 (13) 에서는, 입사된 광이 슬릿을 개재하여 그레이팅으로 도광되고, 그레이팅에서 회절되어 검출 소자에 입사된다. 이로써, 검출 소자는, 수광면 상에서 파장마다 상이한 영역에 있어서의 회절광을 수광하여, 복수의 파장 성분 (예를 들어 512 개) 의 광의 강도를 동시에 검출하는 자기 주사식의 검출 동작을 실현한다. 분광기 (13) 는, 검출 소자의 검출 결과에 의한 검출 데이터를 내부 메모리에 버퍼하여, 소정 주기 (예를 들어 1 ∼ 5 밀리초) 로 수광된 광의 검출 데이터를 생성한다. 검출 데이터의 일례 (반사율 데이터) 에 대해서는 후술한다.
PC (14) 는, 예를 들어 소프트웨어와 협동하여 소정의 기능을 실현하는 CPU, 및 플래쉬 메모리 등의 내부 메모리 등을 구비한다. 내부 메모리에는, 예를 들어 분광기 (13) 로부터 수신한 데이터나, 본 실시형태에 관련된 광학 특성 측정 방법을 실행하기 위한 프로그램 등이 격납되어 있다. PC (14) 는, 내부 메모리에 격납된 데이터나 프로그램을 판독 출력하여 여러 가지 연산 처리를 실시하고, 각종 기능을 실현한다.
예를 들어, PC (14) 는, 분광기 (13) 로부터 검출 데이터를 수신하고, 검출 데이터에 대해 소정의 데이터 처리를 실시함으로써 광학 특성의 해석을 실시한다. PC (14) 는, 본 실시형태에 있어서의 해석부의 일례이다. 또, 본 실시형태에서는, PC (14) 는, 광학 특성 측정 장치 (1) 내의 각 부와 데이터 통신을 실시하여 각종 제어를 실시한다.
제어 유닛 (15) 은, PC (14) 로부터의 지시에 기초하여, 구동부 (16) 의 구동을 제어하는 제어 장치이다. 제어 유닛 (15) 은, 예를 들어 마이크로 컴퓨터나 통신 인터페이스 등을 구비한다. 또한, 제어 유닛 (15) 에 의한 제어 기능은, PC (14) 에서 실현되어도 된다.
구동부 (16) 는, 샘플 (2) 이 배치되는 수평면을 갖는 스테이지 (61) 와, 스테이지 (61) 를 이동시키도록 구동하는 액추에이터 (62) 를 구비한다. 예를 들어, 구동부 (16) 에 있어서, 스테이지 (61) 는 X, Y, Z 방향의 3 축으로 각각 이동 가능하게 구성된다. X, Y 방향의 이동에 의해, 샘플 (2) 의 여러 가지 수평 위치에 있어서의 막두께를 측정하는 것이 용이해진다. 또한, 구동부 (16) 는, 스테이지 (61) 가 Z 방향의 1 축에 의해 이동 가능하게 구성되어도 된다.
관찰 유닛 (17) 은, 광학 특성 측정 장치 (1) 에 있어서 샘플 (2) 의 주면 등을 관찰하기 위한 모듈로, 카메라 (71), 관찰 광원 (72), 및 관찰 광학계 (73) 등을 구비한다.
카메라 (71) 는, CCD 또는 CMOS 이미징 소자 등의 촬상 소자 등을 구비하고, 촬상 화상을 나타내는 촬상 데이터를 생성하여 PC (14) 로 출력한다.
관찰 광원 (72) 은, 카메라 (71) 에 의해 샘플 (2) 을 촬상할 때에 샘플 (2) 을 비추는 것을 목적으로 하는 광원으로, 백색 LED 등으로 구성된다.
관찰 광학계 (73) 는, 관찰 광원 (72) 으로부터 샘플 (2) 로 출사되는 광, 및 샘플 (2) 로부터 카메라에 입사되는 광을 도광하는 광학계로, 빔 스플리터 및 렌즈 등을 구비한다. 본 실시형태에서는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 관찰 광학계 (73) 의 일부가 대물 광학계 (12) 의 내부에 장착되어 있다. 이로써, 대물 광학계 (12) 에 있어서 분광기 (13) 에 입사되는 광의 상태를, 관찰 유닛 (17) 으로 관찰하는 것도 가능하다.
또한, 본 실시형태에 관련된 광학 특성 측정 장치 (1) 에서는, 특히 샘플 (2) 을 관찰할 필요가 없는 경우, 관찰 유닛 (17) 이 생략되어도 된다. 본 실시형태에 관련된 광학 특성 측정 방법에 의하면, 관찰 유닛 (17) 을 사용하지 않아도 샘플 (2) 의 막두께 등을 측정 가능하다.
2. 동작
이상과 같이 구성되는 광학 특성 측정 장치 (1) 의 동작을 이하에 설명한다.
2-1. 동작의 개요
광학 특성 측정 장치 (1) 의 동작의 개요에 대하여, 도 1, 2 를 참조하여 설명한다.
광학 특성 측정 장치 (1) (도 1) 에 있어서, 광원 (10) 이 조사광을 출사한다. 조사광은 광파이버 (11) 를 통하여 대물 광학계 (12) 에 입사된다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 조사광은, 대물 광학계 (12) 의 제 2 렌즈 (12b) 에서 콜리메이트되고, 제 1 렌즈 (12a) 에서 집광되어, 스테이지 (61) 에 배치된 샘플 (2) 에 조사된다.
샘플 (2) 에 있어서, 조사광은, 샘플 (2) 의 막두께분의 간격을 갖는 2 개의 주면의 각각에서 반사된다. 각 주면에서 반사된 광은, 샘플 (2) 의 막두께분의 간격에 따라 간섭하면서, 대물 광학계 (12) 에 입사된다.
광학 특성 측정 장치 (1) 에 있어서, 샘플 (2) 로부터의 반사광은, 대물 광학계 (12) 의 제 1 렌즈 (12a) 에서 콜리메이트되고, 제 2 렌즈 (12b) 에서 집광되어, 광파이버 (11) 를 통하여 분광기 (13) 에 입사된다. 분광기 (13) 는, 샘플 (2) 로부터의 반사광을 포함하는 광의 파장 스펙트럼을 나타내는 검출 데이터로서 반사율 데이터를 생성한다. 분광기 (13) 에 의한 반사율 데이터에 대하여, 도 2 를 사용하여 설명한다.
도 2 는, 광학 특성 측정 장치 (1) 에 있어서의 반사율 데이터 D1 을 설명하기 위한 도면이다. 반사율 데이터 D1 은, 분광기 (13) 에서 검출된 반사광의 파장 스펙트럼인 반사율 스펙트럼을 나타낸다. 반사율 스펙트럼은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 검출된 반사광에 있어서의 각종 파장 λ 성분의 반사율 R 로 나타낸다. 반사율 데이터 D1 에 있어서, 도 2 에 나타내는 반사율 스펙트럼에 있어서의 반사율 R 의 진동은, 샘플 (2) 의 막두께분의 간격에 따른 반사광의 간섭에 의해 발생한다.
도 1 로 돌아와, 광학 특성 측정 장치 (1) 에 있어서의 PC (14) 는, 분광기 (13) 로부터의 반사율 데이터 D1 을 데이터 해석함으로써, 샘플 (2) 의 막두께를 산출한다. PC (14) 에 의한 막두께의 산출 처리에 있어서는, 예를 들어 비선형 최소 이승법이나 FFT (고속 푸리에 변환) 법, 피크 밸리법 등, 여러 가지 공지된 방법을 적용할 수 있다 (특허문헌 2 참조).
2-2. 본원 발명자의 지견에 대하여
막두께를 측정하는 수법에 있어서는, 반사율 데이터 D1 을 고정밀도로 취득함으로써, 막두께를 양호한 정밀도로 측정 가능해진다. 이것으로부터, 종래의 수법에서는, 분광기와 샘플 사이에서 포커스 맞춤을 실시하여, 취득되는 반사율 데이터의 정밀도를 확보하고 있었다. 이에 반해, 본원 발명자는, 예의 검토한 결과, 포커스 맞춤을 특별히 실시하지 않고 고정밀도의 반사율 데이터를 얻는 수법을 고안하였다. 이하, 본원 발명자가 이와 같은 고안에 도달하는 지견을 얻은 실험에 대하여, 도 3 을 사용하여 설명한다.
도 3 은, 본원 발명자에 의한 실험의 실험 결과를 나타내는 그래프이다. 본 실험에서는, 광학 특성 측정 장치 (1) 에 있어서, 대물 광학계 (12) 로부터 샘플 (2) 까지의 거리 d (요컨대 Z 위치) 를 변화시키면서, 각 거리 d 의 샘플 (2) 로부터 분광기 (13) 에 입사되는 반사광을 검출하고, 각각의 검출 결과의 반사율 데이터 D1 을 생성하였다.
도 3 의 그래프에 있어서, 가로축은, 광학 특성 측정 장치 (1) 의 Z 방향에 있어서의 소정 위치로부터 샘플 (2) 까지의 거리 d 이다. 곡선 C1 은, 각 거리 d 에서 검출된 반사광에 기초하는 반사율 데이터 D1 에 대해, 소정의 연산식을 사용하여 산출한 막두께의 산출값을 나타낸다 (도면 중 좌측의 세로축 참조).
또, 곡선 C2 는, 각 거리 d 의 반사율 데이터 D1 에 있어서의 평균 반사율을 나타낸다 (도면 중 우측의 세로축 참조). 평균 반사율은, 하나의 반사율 데이터 D1 중의 반사율 스펙트럼 (각 파장 λ 의 반사율 R) 에 걸친 평균 반사율로, 검출된 반사광의 강도 (크기) 에 대응한다. 2 개의 곡선 C1, C2 는, 거리 d 마다의 동일한 반사율 데이터 D1 에 기초하는 막두께의 산출값과 평균 반사율을 나타내고 있다.
도 3 의 곡선 C1 에 의하면, 영역 R1 외에 있에서, 막두께의 산출값의 편차가, 영역 R1 내보다 현저하게 크다. 영역 R1 은, 대물 광학계 (12) 의 피사계 심도에 대응하는 영역이다. 또, 곡선 C2 는, 피사계 심도의 영역 R1 중에 피크 Pf 를 갖는다. 영역 R1 중의 피크의 위치 df 는, 검출된 반사광의 강도가 최대인 점에서 피사계 심도의 범위 내에 있어서의 진 (眞) 포커스 위치라고 생각된다.
도 3 의 피사계 심도의 영역 R1 내에 있어서, 막두께의 산출값의 곡선 C1 은, 안정적이지만 경사져 있어, 진포커스 위치 df 와 다른 위치 사이에서 막두께의 산출값에 차이가 있다. 여기서, 콘트라스트법 등의 통상적인 포커스 기술에 의하면, 피사계 심도의 영역 R1 내에서는 어디에서도 포커스가 맞는 것이 되어, 피사계 심도의 영역 R1 내부에서 포커스 맞춤을 실시하여, 진포커스 위치 df 의 반사율 데이터 D1 을 얻는 것은 곤란하다. 이에 반해, 본원 발명자는, 본 실험에 있어서의 곡선 C2 에 주목하여, 평균 반사율의 피크 Pf 를 확인함으로써 진포커스 위치 df 의 반사율 데이터 D1 이 용이하게 특정된다는 지견을 얻었다.
2-3. 동작의 상세
이상과 같은 본원 발명자의 지견에 기초하여, 본 실시형태에 관련된 광학 특성 측정 장치 (1) 에서는, 소정 범위 내에서 샘플 (2) 을 Z 방향으로 이동시키면서, 분광기 (13) 로 연속적으로 반사광을 검출하는 스캔을 실시하여, 샘플 (2) 까지의 거리 d 가 서로 상이한 복수의 반사율 데이터 D1 을 생성한다. 이 때, PC (14) 에서, 생성된 복수의 반사율 데이터 D1 의 각각의 평균 반사율에 기초하여, 막두께 측정에 사용하는 반사율 데이터 D1 을 선택한다. 이로써, 광학 특성 측정 장치 (1) 에 있어서, 특히 포커스 맞춤을 실시하지 않고, 용이하게 막두께의 측정을 실시할 수 있다.
이하, 본 실시형태에 관련된 광학 특성 측정 장치 (1) 의 동작의 상세에 대하여, 도 4, 5, 6 을 참조하여 설명한다.
도 4 는, 본 실시형태에 관련된 광학 특성 측정 장치 (1) 의 동작을 나타내는 플로 차트이다. 도 5 는, 광학 특성 측정 장치 (1) 의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 6 은, 광학 특성 측정 장치 (1) 에 의한 막두께의 산출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 의 플로 차트는, 광학 특성 측정 장치 (1) 에 있어서의 PC (14) 에 의해 실행된다. 본 플로 차트는, 광원 (10) 이 조사광을 조사한 상태에서 개시된다.
먼저, PC (14) 는, 제어 유닛 (15) 을 개재하여, 구동부 (16) 에 있어서의 스테이지 (61) 의 Z 위치를 제어하고, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 스테이지 (61) 상의 샘플 (2) 을 Z 방향에 있어서의 초기 위치 d0 (도 5) 에 배치한다 (S1). 초기 위치 d0 은, 반사율 데이터 D1 을 취득하면서 샘플 (2) 을 이동시킬 때의 샘플 (2) 의 스캔을 개시하는 위치이다. 도 5 를 사용하여, 광학 특성 측정 장치 (1) 에 있어서의 스캔에 대하여 설명한다.
도 5 는, 광학 특성 측정 장치 (1) 에 있어서의 스캔 영역 R2 를 나타내고 있다. 스캔 영역 R2 는, 스텝 S2 ∼ S4 (스캔시) 에 있어서 샘플 (2) 이 이동하는 영역이다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 스캔 영역 R2 의 일단은 초기 위치 d0 이고, 타단은 스캔을 종료하는 종료 위치 d1 이다. 즉, 샘플 (2) 은, 초기 위치 d0 으로부터 종료 위치 d1 까지 이동된다. 본 실시형태에 있어서, 스캔 영역 R2 는, 대물 광학계 (12) 의 피사계 심도의 영역 R1 을 포함하는 소정 범위 (예를 들어 1 ㎜ 구간) 로 설정된다. 이로써, 스캔 영역 R2 에는, 진포커스 위치 df 도 포함되게 된다.
도 4 로 돌아와, 다음으로, PC (14) 는, 제어 유닛 (15) 에 이동 개시의 지시를 송신하고, 스캔 영역 R2 에 있어서 샘플 (2) 이 배치된 스테이지 (61) (도 1) 의 이동을 개시한다 (S2). 제어 유닛 (15) 은, 이동 개시의 지시를 수신하면, 구동부 (16) 의 액추에이터 (62) 를 제어하여, Z 방향에 있어서의 스테이지 (61) 의 이동을 개시한다.
샘플 (2) 의 이동 개시 후, 분광기 (13) 는, 소정의 주기 (예를 들어 1 밀리초) 에 샘플 (2) 에 있어서의 조사광의 반사광을 검출한다. 분광기 (13) 는, 검출 결과의 반사율 데이터 D1 을 생성하여 순차적으로 PC (14) 로 출력한다. PC (14) 는, 분광기 (13) 로부터 반사율 데이터 D1 을 취득한다 (S3).
이 때, 제어 유닛 (15) 은, 특히 분광기 (13) 의 동작 타이밍과 스테이지 (61) 의 이동 타이밍을 동기시키지 않고, 소정의 속도 (예를 들어 0.5 ㎜/초) 로 스테이지 (61) 를 이동시키고, 종료 위치 d1 에 도달하면 PC (14) 에 통지한다. 분광기 (13) 의 동작 주기와 스테이지 (61) 의 이동 속도는, 예를 들어 스캔 영역 R2 중에서 반사율 데이터 D1 을 취득하는 횟수, 혹은 진포커스 위치 df 에 대한 허용 오차의 관점에서 적절히 설정된다.
PC (14) 는, 제어 유닛 (15) 으로부터의 통지에 기초하여, 샘플 (2) 의 이동이 종료되었는지 여부를 판단한다 (S4). PC (14) 는, 제어 유닛 (15) 으로부터 이동 종료의 통지를 수신할 때까지, 스텝 S3 이후의 처리를 반복한다 (S4 에서 아니오). 이로써, 스캔 영역 R2 에 있어서 샘플 (2) 이 진포커스 위치 df 를 통과하였을 때의 반사광에 기초하는 반사율 데이터를 포함하는 복수의 반사율 데이터 D1 이 취득된다. 복수의 반사율 데이터 D1 은, 대물 광학계 (12) 로부터 샘플 (2) 까지의 거리 d 가 서로 상이한 상태에서 각각 검출된 반사율 데이터 D1 이다.
PC (14) 는, 샘플 (2) 의 이동이 종료된 것으로 판단한 경우 (S4 에서 예), 취득된 복수의 반사율 데이터 D1 의 각각에 있어서, 반사율 데이터 D1 마다 반사 스펙트럼을 평균하여 평균 반사율을 계산한다 (S5). 구체적으로, PC (14) 는, 하나의 반사율 데이터 D1 에 있어서 파장 λ 성분마다의 반사율 R 을 적산하여 평균값을 계산하고, 복수의 반사율 데이터 D1 의 각각에 대해 동일한 계산을 실시한다.
다음으로, PC (14) 는, 계산된 평균 반사율에 기초하여, 취득된 복수의 반사율 데이터 D1 중에서, 최대의 평균 반사율을 갖는 반사율 데이터를 선택한다 (S6). 스텝 S6 의 처리는, 취득된 복수의 반사율 데이터 D1 중에서, 막두께의 산출에 사용하는 반사율 데이터를 특정하기 위한 처리이다.
다음으로, PC (14) 는, 선택된 반사율 데이터에 기초하여, 예를 들어 FFT 법 등에 의해 반사율 데이터가 나타내는 반사율 스펙트럼을 해석하고, 샘플 (2) 의 막두께를 산출한다 (S7). 스텝 S7 의 처리에 대하여, 도 6(a), (b) 를 사용하여 구체적으로 설명한다.
도 6(a) 는, 스텝 S6 에서 선택되는 반사율 데이터의 일례를 나타낸다. 도 6(b) 는, 도 6(a) 의 반사율 데이터에 대한 해석 결과의 해석 데이터를 예시하고 있다.
도 6(a) 에서는, 도 3 에 나타내는 바와 같은 평균 반사율 (곡선 C2) 의 피크 Pf 의 위치 df 에서 얻어진 반사율 데이터를 예시하고 있다. PC (14) 는, 스텝 S6 에서 도 6(a) 와 같은 반사율 데이터를 선택하면, 선택된 반사율 데이터에 있어서의 파장 스펙트럼의 파장 λ 를 파수로 변환하고, 변환된 데이터에 대해 FFT 를 실행한다. 이 때, PC (14) 는, 예를 들어 샘플 (2) 의 굴절률 등의 미리 설정된 각종 파라미터를 사용한다.
상기와 같은 해석 처리에 의해, 도 6(a) 의 검출 데이터로부터 도 6(b) 의 해석 데이터가 얻어진다. 도 6(b) 에 의하면, 도 6(a) 에 있어서의 파장 영역의 진동 특성에 대응하는 피크 Ps 가, 막두께 단위로 얻어졌다. PC (14) 는, 이와 같은 막두께 단위에 있어서의 피크 Ps 의 위치 ds 를, 샘플 (2) 의 막두께로서 산출한다 (S7).
PC (14) 는, 막두께를 산출함으로써 (S7), 도 4 의 플로 차트에 의한 처리를 종료한다.
이상의 처리에 의하면, 진포커스 위치 df 를 포함하는 스캔 영역 R2 에 있어서 샘플 (2) 을 이동시키면서 복수의 반사율 데이터 D1 을 취득하고 (S2 ∼ S4), 최대의 평균 반사율을 갖는 반사율 데이터를 사용하여 막두께를 구한다 (S5 ∼ S7). 이로써, 특히 포커스 맞춤이나, 분광기 (13) 의 동작 타이밍과 스테이지 (61) 의 이동 타이밍을 동기시키는 복잡한 제어를 실시하지 않고, 용이하게 막두께의 측정을 실시할 수 있다. 또, 복수의 반사율 데이터 D1 중에서 가장 진포커스 위치 df 의 근방에서 얻어진 것으로 생각되는 고정밀도인 반사율 데이터를 특정하여 (S6), 양호한 정밀도로 막두께의 측정을 실시할 수 있다.
이상의 설명에서는, 스텝 S3, S4 에 있어서 제어 유닛 (15) 은 분광기 (13) 의 동작 타이밍과 스테이지 (61) 의 이동 타이밍을 특별히 동기시키지 않았지만, 동기시켜도 된다. 예를 들어, 스테이지 (61) 를 단계적으로 이동시키거나, 반사율 데이터의 취득 타이밍의 스테이지 (61) 의 Z 위치와 반사율 데이터를 관련짓거나 해도 된다.
또, 이상의 설명에서는, PC (14) 는, 각 반사율 데이터 D1 의 평균 반사율의 계산은 스텝 S4 에서「예」로 진행하고 나서 실시하였지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 스텝 S3 에서 취득된 반사율 데이터 D1 로부터 순차적으로 평균 반사율을 계산해도 된다.
3. 통계
이상과 같이, 본 실시형태에 관련된 광학 특성 측정 장치 (1) 는, 대물 광학계 (12) 와, 분광기 (13) 와, PC (14) 를 구비한다. 대물 광학계 (12) 는, 샘플 (2) 로부터 입사되는 검출광의 일례인 반사광을 집광한다. 분광기 (13) 는, 샘플 (2) 과 대물 광학계 (12) 사이의 광학 거리가 서로 상이한 상태에서 대물 광학계 (12) 를 개재하여 입사된 샘플 (2) 의 반사광을 복수 회, 분광하여, 반사광의 스펙트럼을 나타내는 검출 데이터인 반사율 데이터 D1 을 복수, 생성한다. PC (14) 는, 반사율 데이터 D1 이 나타내는 스펙트럼을 해석하여, 샘플 (2) 의 막두께 등의 광학 특성을 측정한다. PC (14) 는, 복수의 반사율 데이터 D1 에 있어서의 검출광의 크기 (평균 반사율) 에 기초하여, 광학 특성의 측정에 사용하는 검출 데이터를 특정하고, 특정된 검출 데이터에 기초하여, 광학 특성을 측정한다.
이상의 광학 특성 측정 장치 (1) 에 의하면, 광학 거리가 서로 상이한 복수의 반사율 데이터 D1 로부터, 광학 특성의 측정에 사용하는 검출 데이터를 특정한다. 이로써, 샘플 (2) 로부터의 광에 기초하는 샘플 (2) 의 광학 특성의 측정을 실시하기 쉽게 할 수 있다.
또한, 검출 데이터를 특정하기 위한 검출광 (반사광) 의 크기는, 반사율 데이터 D1 의 반사율 스펙트럼에 걸친 평균 반사율에 한정되지 않는다. 예를 들어 반사율 스펙트럼에 걸친 반사율 R 의 합계값이나, 반사율 스펙트럼의 일부의 파장대에 있어서의 반사율 R 의 평균값, 합계값이, 상기 검출광의 크기로서 사용되어도 된다.
본 실시형태에 있어서, 광학 특성 측정 장치 (1) 는, 샘플 (2) 에 조사광을 조사하는 광원 (10) 을 추가로 구비한다. 검출광은, 샘플 (2) 에 있어서의 조사광의 반사광을 포함한다. PC (14) 는, 광학 특성으로서 샘플 (2) 의 막두께를 측정한다. 이로써, 샘플 (2) 로부터의 반사광에 기초하는 샘플 (2) 의 막두께 측정을 실시하기 쉽게 할 수 있다.
또, 본 실시형태에 있어서, 분광기 (13) 는, 샘플 (2) 과 대물 광학계 (12) 사이의 광학 거리가 소정 범위 내에서 변화하고 있는 기간 중에 입사되는 검출광에 기초하여, 복수의 검출 데이터를 생성한다. 소정 범위는, 대물 광학계 (12) 에 의한 포커스 위치 df 를 포함하는 스캔 영역 R2 이다. 이로써, 스캔 영역 R2 에 있어서 샘플 (2) 이 포커스 위치 df 를 통과 중인 검출 데이터가 얻어지고, 이와 같은 검출 데이터를 특정하여 샘플 (2) 의 광학 특성의 측정을 양호한 정밀도로 실시할 수 있다.
또, 본 실시형태에 있어서, PC (14) 는, 복수의 검출 데이터 중에서, 검출광의 크기가 가장 큰 검출 데이터를 선택하여, 광학 특성의 측정에 사용하는 검출 데이터로서 특정한다. 이로써, 상기 복수의 검출 데이터 중에서 가장 고정밀도의 검출 데이터를 광학 특성의 측정에 사용할 수 있다.
또, 본 실시형태에 있어서, 광학 특성 측정 장치 (1) 는, 구동부 (16) 를 추가로 구비한다. 구동부 (16) 는, 샘플 (2) 과 대물 광학계 (12) 사이의 광학 거리를 변화시키도록, 샘플 (2) 을 이동시킨다. 샘플 (2) 의 이동 대신에, 또는 이것에 더하여, 광학 특성 측정 장치 (1) 는, 대물 광학계 (12) 를 이동시키는 액추에이터 등을 포함하는 구동부를 구비해도 된다.
또, 본 실시형태에 있어서, 검출부로서의 분광기 (13) 는, 예를 들어 멀티 채널형 분광기로 구성된다. 분광기 (13) 는, 멀티 채널형에 한정되지 않고, 여러 가지 분광기가 사용되어도 된다.
또, 본 실시형태에 관련된 광학 특성 측정 방법은, 대물 광학계 (12) 를 개재하여 샘플 (2) 로부터 입사되는 검출광을 집광하는 스텝을 포함한다. 본 방법은, 분광기 (13) 가, 샘플 (2) 과 대물 광학계 (12) 사이의 광학 거리가 서로 상이한 상태에서 대물 광학계 (12) 를 개재하여 입사된 샘플 (2) 의 검출광을 복수 회, 분광하여, 각각의 검출광의 스펙트럼을 나타내는 복수의 검출 데이터를 생성하는 스텝을 포함한다. 본 방법은, PC (14) 가, 복수의 검출 데이터에 있어서의 검출광의 크기에 기초하여, 샘플 (2) 의 소정의 광학 특성의 측정에 사용하는 검출 데이터를 특정하는 스텝을 포함한다. 본 방법은, PC (14) 가, 특정된 검출 데이터가 나타내는 스펙트럼을 해석하여, 광학 특성을 측정하는 스텝을 포함한다.
이상의 광학 특성 측정 방법에 의하면, 샘플 (2) 로부터의 광에 기초하는 샘플 (2) 의 광학 특성의 측정을 실시하기 쉽게 할 수 있다.
(실시형태 2)
실시형태 1 에서는, 복수의 반사율 데이터 D1 중에서, 진포커스 위치 df 근방에 있어서의 반사율 데이터를 선택하였다. 실시형태 2 에서는, 복수의 반사율 데이터 D1 에 기초하여, 진포커스 위치 df 에 있어서의 반사율 데이터의 데이터 추정을 실시한다. 이하, 본 실시형태에 관련된 광학 특성 측정 장치 (1) 에 대하여, 도 7, 도 8 을 사용하여 설명한다.
도 7 은, 실시형태 2 에 관련된 광학 특성 측정 장치 (1) 의 동작을 나타내는 플로 차트이다. 도 8 은, 실시형태 2 에 관련된 광학 특성 측정 장치 (1) 를 설명하기 위한 도면이다.
본 실시형태에 관련된 광학 특성 측정 장치 (1) 는, 실시형태 1 에 관련된 광학 특성 측정 장치 (1) 와 동일한 구성에 있어서, 도 7 의 플로 차트에 나타내는 동작을 실시한다. 도 7 의 플로 차트에 있어서, 광학 특성 측정 장치 (1) 의 PC (14) 는, 도 4 의 스텝 S5, S6 대신에, 반사율 데이터를 추정하기 위한 처리 (스텝 S5A, S6A) 를 실행한다. 반사율 데이터의 추정에 대하여, 도 8(a), (b) 를 사용하여 설명한다.
도 8(a) 에서는, 도 7 의 스텝 S3, S4 에서 취득된 복수의 반사율 데이터 D1 을 나타내고 있다. 복수의 반사율 데이터 D1 을 스텝 S3, S4 에서 취득된 순서대로 나열함으로써, 도 7 에 나타내는 바와 같이, Z 방향에 있어서의 반사율 데이터 D1 을 확인할 수 있다. 그래서, 본 실시형태에서는, 예를 들어 진포커스 위치 df (도 3 참조) 의 바로 위에서는 반사율 데이터 D1 이 취득되지 않은 경우에, 복수의 반사율 데이터 D1 로부터 진포커스 위치 df 에 있어서의 반사율 데이터의 추정을 실시한다 (도 8(b) 참조).
구체적으로, 도 7 의 플로 차트에 있어서, PC (14) 는, 스텝 S3, S4 에서 취득된 복수의 반사율 데이터 D1 에 기초하여, 파장 λ 성분마다의 피팅을 실시한다 (스텝 S5A).
스텝 S5A 에 있어서, PC (14) 는, 각 반사율 데이터 D1 로부터 동일한 파장 λ 성분의 데이터를 추출하고, 도 8(a) 에 나타내는 바와 같이, RZ 평면에 있어서 커브 피팅을 실시한다. 이 때, Z 방향에 있어서의 데이터의 간격은 예를 들어 등간격으로 설정하고, 커브 피팅에는 2 차 함수 등의 소정의 함수형을 사용한다. 스텝 S5A 의 처리에 의해, 각 파장 λ 성분에 있어서, 도 8(a) 에 나타내는 바와 같은 피크 Pe 가 검출된다.
다음으로, PC (14) 는, 파장 λ 성분마다의 피팅 결과에 기초하여, 도 8(b) 에 나타내는 바와 같이, 추정의 반사율 데이터 De 를 생성한다 (S6A). 예를 들어, PC (14) 는, 각 파장 λ 성분에 있어서의 피크 Pe 를 수집하고, 각각의 피크 Pe 에 의한 파장 스펙트럼을 나타내도록 추정의 반사율 데이터 De 를 생성한다. 이와 같은 추정의 반사율 데이터 De 는, 생성원의 각 검출 데이터 D1 보다 큰 반사율 R 을 갖는다.
PC (14) 는, 생성된 추정의 반사율 데이터 De 에 기초하여 막두께를 산출한다 (S7).
이상의 처리에 의하면, 스텝 S3, S4 에서 취득된 복수의 반사율 데이터 D1 에 기초하는 추정의 반사율 데이터 De 는, 막두께 등의 광학 특성을 측정하기 위한 검출 데이터로서 특정된다.
상기 스텝 S6A 에 있어서, 각 파장 λ 성분에 있어서의 피크 Pe 를 수집하여 추정의 반사율 데이터 De 를 생성할 때에는, 파장 λ 성분마다의 피크 Pe 의 Z 위치는 일치하지 않아도 된다. 이와 같이 해도, 스텝 S5A 의 피팅에 의해, 추정의 반사율 데이터 De 를 고정밀도로 얻을 수 있다.
또, 스텝 S6A 에 있어서의 추정의 반사율 데이터 De 의 생성 방법은, 상기 방법에 한정되지 않고, 예를 들어 각 파장 λ 성분에 걸쳐 공통된 Z 위치 (진포커스 위치 df 에 대응) 를 갖도록 추정의 반사율 데이터 De 를 생성해도 된다. 예를 들어, PC (14) 는, 파장 λ 성분마다의 피크 Pe 의 Z 위치를 평균화하거나, 소정값의 파장 λ 성분의 피크 Pe 를 참조하거나 하여 Z 위치를 결정하고, 스텝 S5A 의 피팅 결과로부터 같은 Z 위치의 데이터를 수집한다.
이상과 같이, 본 실시형태에 관련된 광학 특성 측정 장치 (1) 에 있어서, PC (14) 는, 복수의 검출 데이터 D1 에 기초하여, 검출광의 크기 (반사율 R) 가 각 검출 데이터보다 큰 추정의 검출 데이터 (De) 를 생성하고, 광학 특성의 측정에 사용하는 검출 데이터로서 특정한다. 이로써, 진포커스 위치 df 의 바로 위에서는 검출 데이터가 취득되지 않은 경우에도 고정밀도의 검출 데이터를 특정하고, 광학 특성의 측정에 사용할 수 있다.
(그 밖의 실시형태)
상기 실시형태 1, 2 에서는, 구동부 (16) 를 사용하였지만, 구동부 (16) 를 사용하지 않아도 된다. 이와 같은 변형예에 대하여, 도 9 를 참조하여 설명한다.
도 9 는, 변형예에 관련된 광학 특성 측정 장치 (1A) 의 구성을 나타내는 블록도이다. 본 변형예에 관련된 광학 특성 측정 장치 (1A) 는, 실시형태 1 에 관련된 광학 특성 측정 장치 (1) 와 동일한 구성에 있어서, 구동부 (16) 및 제어 유닛 (15) 대신에, 샘플 (2) 을 지지하는 지지부 (16A) 를 구비한다.
예를 들어 대형의 유리 기판 등의 샘플 (2) 에 있어서는, 샘플 (2) 자체가 자연스럽게 진동하고 있는 경우가 있다. 이와 같은 경우에, 광학 특성 측정 장치 (1A) 에서는, 샘플 (2) 자체가 진동하고 있는 기간 중에 분광기 (13) 로 복수의 반사율 데이터 D1 을 검출함으로써, 광학 특성의 측정에 적합한 반사율 데이터를 특정할 수 있다. 이 때, 지지부 (16A) 는, 예를 들어 샘플 (2) 의 진동의 진폭 내에 포커스 위치 df 가 포함되도록 위치 결정된다.
또, 광학 특성 측정 장치 (1A) 에 있어서는, 샘플 (2) 의 진동 중 혹은 특별히 진동하고 있지 않는 경우에도, 수동으로 샘플 (2) 혹은 대물 광학계 (12) 를 이동시키면서 분광기 (13) 로 복수의 반사율 데이터 D1 을 검출해도 된다. 수동으로 이동시킨 경우에 있어서도, 실시형태 1 과 같이 액추에이터 (62) 로 구동을 실시한 경우와 마찬가지로, 광학 특성의 측정에 적합한 반사율 데이터를 특정할 수 있다.
상기 각 실시형태에서는, 샘플 (2) 의 광학 특성으로서 막두께를 측정하였지만, 측정 대상의 광학 특성은 막두께에 한정되지 않고, 예를 들어 샘플 (2) 의 색이나 굴절률, 반사율, 소쇠 계수여도 되고, 형광 스펙트럼이나 형광 에너지 등의 형광 특성이어도 된다. 형광 특성을 측정하는 경우, 분광기 (13) 에서는, 형광 스펙트럼을 나타내는 검출 데이터가 생성된다.
또, 형광 특성을 측정하는 경우, 예를 들어 광학 특성 측정 장치 (1) 에 있어서의 광원 (10) 으로서 여기광을 발광하는 여기 광원을 채용한다. 또, 샘플 (2) 을 전기적으로 여기시켜 형광 발광시켜도 되고, 샘플 (2) 이 자발광하는 경우에는, 광학 특성 측정 장치 (1) 에 있어서 광원 (10) 을 생략해도 된다.
또, 상기 각 실시형태에서는, 복수의 검출 데이터를 생성할 때에, 샘플 (2) 과 대물 광학계 (12) 사이의 거리를 변화시켰지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 각종 광학 소자에 의해 샘플 (2) 과 대물 광학계 (12) 사이의 광로 길이를 변화시켜도 된다. 광학 특성 측정 장치 (1) 에서는, 샘플 (2) 과 대물 광학계 (12) 사이의 거리나 광로 길이 등 광학 거리가 상이한 복수의 검출 데이터가 생성되었을 때에, 광학 특성의 측정에 적합한 검출 데이터를 특정할 수 있다.
1 : 광학 특성 측정 장치
10 : 광원
12 : 대물 광학계
13 : 분광기
14 : PC
16 : 구동부
2 : 샘플

Claims (9)

  1. 샘플로부터 입사되는 검출광을 집광하는 광학계와,
    상기 샘플과 상기 광학계 사이의 광학 거리가 서로 상이한 상태에서 상기 광학계를 개재하여 입사된 샘플의 검출광을 복수 회, 분광하여, 각각의 검출광의 스펙트럼을 나타내는 복수의 검출 데이터를 생성하는 검출부와,
    상기 검출 데이터가 나타내는 스펙트럼을 해석하여, 상기 샘플의 소정의 광학 특성을 측정하는 해석부를 구비하고,
    상기 해석부는,
    상기 복수의 검출 데이터에 있어서의 검출광의 크기에 기초하여, 상기 광학 특성의 측정에 사용하는 검출 데이터를 특정하고,
    특정된 검출 데이터에 기초하여, 상기 광학 특성을 측정하는, 광학 특성 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 샘플에 조사광을 조사하는 광원을 추가로 구비하고,
    상기 검출광은, 상기 샘플에 있어서의 상기 조사광의 반사광을 포함하고,
    상기 해석부는, 상기 광학 특성으로서 상기 샘플의 막두께를 측정하는, 광학 특성 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출부는, 상기 샘플과 상기 광학계 사이의 광학 거리가 소정 범위 내에서 변화하고 있는 기간 중에 입사되는 검출광에 기초하여, 상기 복수의 검출 데이터를 생성하고,
    상기 소정 범위는, 상기 광학계에 의한 포커스 위치를 포함하는, 광학 특성 측정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 해석부는, 상기 복수의 검출 데이터 중에서, 상기 검출광의 크기가 가장 큰 검출 데이터를 선택하여, 상기 광학 특성의 측정에 사용하는 검출 데이터로서 특정하는, 광학 특성 측정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 해석부는, 상기 복수의 검출 데이터에 기초하여, 상기 검출광의 크기가 각 검출 데이터보다 큰 추정의 검출 데이터를 생성하고, 상기 광학 특성의 측정에 사용하는 검출 데이터로서 특정하는, 광학 특성 측정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 샘플과 상기 광학계 사이의 광학 거리를 변화시키도록, 상기 샘플 및 상기 광학계 중 적어도 일방을 이동시키는 구동부를 추가로 구비하는, 광학 특성 측정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출부는, 상기 샘플이 자연스럽게 진동하고 있는 기간 중에 입사되는 검출광에 기초하여, 상기 복수의 검출 데이터를 생성하는, 광학 특성 측정 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출부는, 멀티 채널형 분광기로 구성되는, 광학 특성 측정 장치.
  9. 광학계를 개재하여 샘플로부터 입사되는 검출광을 집광하는 스텝과,
    검출부가, 상기 샘플과 상기 광학계 사이의 광학 거리가 서로 상이한 상태에서 상기 광학계를 개재하여 입사된 샘플의 검출광을 복수 회, 분광하여, 각각의 검출광의 스펙트럼을 나타내는 복수의 검출 데이터를 생성하는 스텝과,
    해석부가, 상기 복수의 검출 데이터에 있어서의 검출광의 크기에 기초하여, 상기 샘플의 소정의 광학 특성의 측정에 사용하는 검출 데이터를 특정하는 스텝과,
    상기 해석부가, 특정된 검출 데이터가 나타내는 스펙트럼을 해석하여, 상기 광학 특성을 측정하는 스텝을 포함하는, 광학 특성 측정 방법.
KR1020170171479A 2016-12-19 2017-12-13 광학 특성 측정 장치 및 광학 특성 측정 방법 KR102341678B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016245796A JP6762221B2 (ja) 2016-12-19 2016-12-19 光学特性測定装置および光学特性測定方法
JPJP-P-2016-245796 2016-12-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180071171A true KR20180071171A (ko) 2018-06-27
KR102341678B1 KR102341678B1 (ko) 2021-12-20

Family

ID=62251176

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170171479A KR102341678B1 (ko) 2016-12-19 2017-12-13 광학 특성 측정 장치 및 광학 특성 측정 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10168142B2 (ko)
JP (1) JP6762221B2 (ko)
KR (1) KR102341678B1 (ko)
CN (1) CN108204788B (ko)
DE (1) DE102017221960A1 (ko)
TW (1) TWI756306B (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107036539B (zh) * 2017-06-14 2018-07-13 深圳中科飞测科技有限公司 膜厚测量***及方法
JP7219463B2 (ja) * 2019-04-15 2023-02-08 大塚電子株式会社 光学ユニット、光学測定装置および光学測定方法
KR20210094328A (ko) * 2020-01-21 2021-07-29 삼성전자주식회사 대상체 인식 장치 및 그 동작 방법
KR20220021327A (ko) * 2020-08-13 2022-02-22 삼성전자주식회사 분광 계측 장치와 방법, 및 그 계측 방법을 이용한 반도체 소자 제조방법
CN113009292B (zh) * 2021-02-25 2021-12-28 西安交通大学 局部放电微光光谱探测器
DE102021124048A1 (de) * 2021-09-16 2023-03-16 Precitec Optronik Gmbh Optische Dickenmessvorrichtung

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050105103A1 (en) * 1999-05-24 2005-05-19 Luxtron Corporation Optical techniques for measuring layer thicknesses and other surface characteristics of objects such as semiconductor wafers
US20080285026A1 (en) * 2007-05-16 2008-11-20 Otsuka Electronics Co., Ltd. Optical characteristic measuring apparatus and measuring method using light reflected from object to be measured
JP2010002327A (ja) 2008-06-20 2010-01-07 Otsuka Denshi Co Ltd 膜厚測定装置および膜厚測定方法
JP2011027647A (ja) * 2009-07-28 2011-02-10 Optical Comb Inc 測定装置及び測定方法
KR20150042713A (ko) * 2013-10-11 2015-04-21 오츠카 일렉트로닉스 가부시키가이샤 형상 측정 장치 및 형상 측정 방법

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2924514B2 (ja) * 1992-11-13 1999-07-26 日産自動車株式会社 断面形状測定装置
JP3789515B2 (ja) * 1994-12-02 2006-06-28 株式会社キーエンス 膜厚測定機能付光学顕微鏡
US6567172B1 (en) * 2000-08-09 2003-05-20 International Business Machines Corporation System and multipass probe for optical interference measurements
KR100947464B1 (ko) * 2008-02-13 2010-03-17 에스엔유 프리시젼 주식회사 두께 측정장치
JP5870576B2 (ja) * 2011-09-22 2016-03-01 オムロン株式会社 光学計測装置
JP6044315B2 (ja) * 2012-12-12 2016-12-14 オムロン株式会社 変位計測方法および変位計測装置
JP2014202642A (ja) * 2013-04-05 2014-10-27 オリンパス株式会社 光学素子の面間隔測定装置および面間隔測定方法
JP2016024009A (ja) * 2014-07-18 2016-02-08 株式会社ミツトヨ 厚さ測定装置及び厚さ測定方法
TWM504949U (zh) * 2015-03-24 2015-07-11 Radiation Technology Co Ltd 薄膜量測設備

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050105103A1 (en) * 1999-05-24 2005-05-19 Luxtron Corporation Optical techniques for measuring layer thicknesses and other surface characteristics of objects such as semiconductor wafers
US20080285026A1 (en) * 2007-05-16 2008-11-20 Otsuka Electronics Co., Ltd. Optical characteristic measuring apparatus and measuring method using light reflected from object to be measured
JP2008286583A (ja) 2007-05-16 2008-11-27 Otsuka Denshi Co Ltd 光学特性測定装置および測定方法
JP2010002327A (ja) 2008-06-20 2010-01-07 Otsuka Denshi Co Ltd 膜厚測定装置および膜厚測定方法
JP2011027647A (ja) * 2009-07-28 2011-02-10 Optical Comb Inc 測定装置及び測定方法
KR20150042713A (ko) * 2013-10-11 2015-04-21 오츠카 일렉트로닉스 가부시키가이샤 형상 측정 장치 및 형상 측정 방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN108204788B (zh) 2021-11-02
US20180172431A1 (en) 2018-06-21
US10168142B2 (en) 2019-01-01
DE102017221960A1 (de) 2018-06-21
TW201830005A (zh) 2018-08-16
JP2018100853A (ja) 2018-06-28
KR102341678B1 (ko) 2021-12-20
TWI756306B (zh) 2022-03-01
JP6762221B2 (ja) 2020-09-30
CN108204788A (zh) 2018-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102341678B1 (ko) 광학 특성 측정 장치 및 광학 특성 측정 방법
EP2933599B1 (en) Method and device for measuring displacement
KR101614977B1 (ko) 막 두께 측정 장치 및 측정 방법
JP5092104B2 (ja) 分光測定装置、及び分光測定方法
KR101750188B1 (ko) 공초점 계측 장치
KR102456213B1 (ko) 이미징 기반 오버레이 계측을 위한 포커스 최적화를 위한 시스템 및 방법
KR20130132995A (ko) 광학특성 측정장치 및 광학특성 측정방법
KR20190082744A (ko) 색채 공초점 센서에 의한 광학 표면 측정을 위한 방법 및 디바이스
KR20130039005A (ko) 3차원 형상 및 두께 측정 장치
US20080129991A1 (en) Alignment System for Spectroscopic Analysis
KR20130084718A (ko) 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치 및 방법
KR20160102161A (ko) 생체정보 측정 장치
CN107037437B (zh) 厚度测量装置及厚度测量方法
KR101251292B1 (ko) 편광을 이용한 3차원 형상 및 두께 측정 장치
JP5756733B2 (ja) 干渉式膜厚計
EP1889019A1 (en) A spectrometric apparatus for measuring shifted spectral distributions
KR100887653B1 (ko) 계측 유닛을 구비한 스캔 타입 레이저 가공 장치
JP5868227B2 (ja) 屈折率計測方法および屈折率計測装置
US20150057972A1 (en) Measuring apparatus and measuring method
WO2023032352A1 (ja) ラマン-赤外分光分析複合機、およびラマン分光と赤外分光による測定方法
KR20210056901A (ko) 막두께 측정 장치 및 막두께 측정 방법
JP2006300664A (ja) フーリエ分光装置,測定タイミング検出方法
JPH0440336A (ja) 光学素子の群遅延測定方法及び装置

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant