分光计测装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种分光计测装置，其实现小型化，由于具备相对于距离抖动、水平方向角度抖动和垂直方向角度抖动的抗耐性，而适于例如半导体制造过程或ＦＰＤ制造过程等中的在线计测。在上述光电转换部阵列单元之前具有通过透过位置而逐渐使透过光波长变化的光干涉式的分光元件的同时，基于具有检测出来自试料的反射光的偏振光状态的变化的功能的受光侧光学系统、和从上述光电转换部阵列单元的各光电转换部获得的一系列的受光量数据进行偏振光分析，通过实测波形和理论波形的拟合来求取膜厚或膜质。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种适于薄膜的膜厚或者膜质(光学常数、试料结构等)的计测等用途的、利用了光的偏振光状态的变化的分光计测装置，特别涉及一种适于生产线中的在线计测的分光计测装置。
技术介绍
近年来，在半导体制造过程中，伴随着半导体基板的大型化和设计规则的精密化，产生了由不良产品导致重大损害的可能性和管理微小异常的必要性，由此大大提高了检查的重要性。另外，即使在以LCD(Liquid Crystal Display液晶显示器)和PDP(PlasmaDisplay Panel等离子显示器)为代表的FPD(Flat Panel Display平面显示器)的制造过程中，在玻璃基板的大型化发展过程中，急速地向大图面化、高精密化、高品位化发展，而为了以高成品率生产高品质的产品，检查的重要性变得越来越高。以往，使用大且昂贵的分光计测装置通过离线计测进行这种制造过程中的产品检查、特别是膜厚检查。该离线计测，是通过从制造过程中抽取产品并运到处于离开位置的分光计测装置，然后执行测定、确认这样的一系列的次序来进行的。在这种离线计测中，在测定的结果偏离管理标准的情况下，反馈该信息，直到反映在过程上进行修正为止需要花费时间，另外，也不能判定未抽取的产品是否偏离了管理标准，存在成品率低下的问题。因此，例如，通过在成膜过程中(in-situ)或者成膜过程之后的生产线中以编入分光计测装置的形式实现在线膜厚计测，以不从制造过程中抽取产品而进行全数测定的形式来提高产品成品率的需求变大。作为可以适用于这种在线计测的分光计测装置，要求各种条件(1)具有与以往的离线膜厚计测所使用的分光计测装置相同的性能，(2)小型并可进行高速运算处理，(3)具有抗后面所述的距离抖动和角度抖动的性质。还有，近年来伴随着设计规则的精密化，绝缘膜等变得极薄，检查数nm的超薄膜的膜厚以及膜质的重要性变得越来越高。以往，在膜厚的测定中，主要使用分光解析方式或者偏振光解析方式的膜厚计，因为都由使用了衍射光栅的分光器构成，所以装置变得大型化，具有不适合在线计测这样的缺陷。另外，因为在分光解析方式的膜厚计中，只能测定S偏振光和P偏振光的平均值、即反射率，所以与以综合S偏振光和P偏振光各自的反射率来计算出膜厚的椭圆偏振仪等为代表的偏振光解析方式的膜厚计相比，信息量少，不可能进行高精度的计测。并且，在分光解析方式的膜厚计中，因为通过取得向试料的入射波的强度分布波形和来自试料的反射波的强度分布波形之比来计算出反射率，所以在膜厚计测时，另外需要测定入射波的强度分布波形的作业。其结果是，具有计测时间增大这样的缺陷，不利于在线计测。另一方面，在偏振光解析方式的膜厚计中，由于是同时测定S偏振光的强度分布波形和P偏振光的强度分布波形，并由此而计算出膜厚，所以不另外需要测定入射波的强度分布波形等作业。因此，计测时间短，适于在线计测。另外，为了解析物质的膜质(光学常数、试料结构等)，需要在宽的波长区域中测定的光谱，从计测膜质的角度来看，分光偏振光解析方式的膜厚计是有利的。此外，在这里所说的“膜质”是指折射率、吸收系数、光谱带结构、结晶结构等各种特性。作为偏振光解析方式的膜厚计的使检偏振器旋转的单入射角分光椭圆偏振仪的以往例在图42中示出(参照专利文献1)。在图中，a是光源部，b是起偏振器，c是1/4波阻片，d是测定试料，e是旋转检偏振器，f是检偏振器驱动部，g是电子计算机，h1～h5是光检测器，i是衍射光栅。为了便于说明，将图42所示的单入射角分光椭圆偏振仪中的光检测器h1～h5作为光侦测阵列(フォトアレイ)型检测器的例子在图43中示出。在图中，在图中，101是多色光源，102是起偏振器，103是移相器，104是试料，105是检偏振器，106是聚光透镜，107是衍射光栅，108是一维CCD。从图43可知，从多色光源101发出的光通过起偏振器102以及移相器103而成为直线偏振光状态，以倾斜入射的方式向试料104的表面进行照射。在来自试料104的反射光的光路上，依次配置有用于调查偏振光状态的检偏振器105、聚光透镜106、具有分光功能的衍射光栅107、具有光电转换功能的光侦测阵列检测器108。由此，测定反射光各波长的偏振光状态，取得对应的光谱。最后，在未图示的运算部进行理论波形和实测波形的拟合，计算出试料的膜厚。专利文献1JP特开平6-288835号公报。上述单入射角分光椭圆偏振仪，因为是由利用了衍射光栅的分光器构成的，所以装置变得大型化(第一问题点)，从而导致为了在线计测而编入生产线的情况变得困难。另外，在产生了后面所述的距离抖动的情况下，所观测的反射光的强度分布波形不变化，但是发生了后面所述的水平方向角度抖动或者垂直方向角度抖动的情况下，所观测的反射光的强度分布波形较大的变动(第二问题点)，从而使计测变得困难。也就是说，由于抗距离抖动、角度抖动的能力很差，实际使用上在线计测是不可能的。要消除这种状况，就需要固定要测定的试料的专用的台来，从而大幅度地限制了装置的设置条件。进而，因为在测定前必须将到试料的距离以及试料的倾斜定位(第三问题点)，所以要花费调整台的时间。其结果是，增大了计测时间，不适于在线计测。参照图44A、图44B、图45A、图45B、图46A、图46B，对“距离抖动”进行说明。在图44A、图44B、图45A、图45B、图46A、图46B中，201是多色光源，202是起偏振器，203是移相器，204是半导体产品或FDP等试料，205是检偏振器，206是将聚光点设在一维CCD的受光面上的聚光透镜，207是衍射光栅，208是一维CCD，是简化表示专利文献1所述的专利技术的装置。图44A、图44B是表示试料处于标准高度时光学系统和试料的位置关系的图，图45A、图45B是表示试料处于下降高度时光学系统和试料的位置关系的图，图46A、图46B是表示试料处于上升高度时光学系统和试料的位置关系的图。所谓的距离抖动是光学系统(例如移相器203)和试料204的距离发生变动的现象。当产生该距离抖动时，经由一维CCD208观测的反射光强度分布波形的阵列列方向的宽度没有变动，但是因为发生位置变动，所以基于该强度分布波形计算出的薄膜的光学常数有误。从图44A、图44B和图45A、图45B的比较可知，试料处于标准高度时的从试料204来的反射光线L101、和试料处于下降高度时的从试料204来的反射光线L102平行，但是因为入射到衍射光栅207的位置不同，所以试料204处于标准高度时的反射光强度分布波形W101和处于下降高度时的反射光强度分布波形W102不一致。同样，从图44A、图44B和图46A、图46B的比较可知，试料处于标准高度时的从试料204来的反射光线L101、和试料处于上升高度时的从试料204来的反射光线L103平行，但是因为入射到衍射光栅207的位置不同，所以试料204处于标准高度时的反射光强度分布波形W101和处于上升高度时的反射光强度分布波形W103不一致。参照图47A、图47B、图48A、图48B、图49A、图49B，对“水平方向角度抖动”进行说明。在图47A、图47B、图48A、图48B、图49A、图49B中，对与图44A、图44B、图45A、图45B、图46A、图46B相同的结构部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分光计测装置，是对试料照射测定介质光并接受反射光，通过检测出相对于所照射的光的反射光的偏振光状态的变化，求取该试料的膜厚或者膜质的计测装置，其特征在于，具有：投光侧光学系统，其将包含各种方位角度成分的测定介质光会聚并照射到试料表面；受光侧光学系统，其包括将多个光电转换部在垂直于入射面的方向上配置成阵列状而成的光电转换部阵列单元、透镜和通过透过位置而使透过光波长逐渐变化的光干涉式的分光元件，上述分光元件设置在上述光电转换部阵列单元的前面，以上述透镜和上述光电转换部阵列单元的上述受光面之间的距离与该透镜的焦距大致一致的方式进行配置，经上述透镜通过上述光电转换部阵列单元接受来自试料的反射光；运算部，其基于从上述光电转换部阵列单元的各光电转换部获得的一系列的受光量数据，使相对于所照射的光的反射光的偏振光状态的变化量对应于上述分光元件的透过波长，并进行解析而获得实测分光波形，同时，计算出根据假设的膜厚和／或膜质而理论计算的理论分光波形，通过上述实测分光波形和上述理论分光波形的拟合，求取膜厚或者膜质；进而上述投光侧光学系统中包含有特征化单元，该特征化单元对上述测定介质光赋予以垂直于入射面的直线为中心轴而旋转的方向上的试料的倾斜变动的特征，上述受光侧光学系统中包含有倾斜检测用光电转换单元，该倾斜检测用光电转换单元用于接受从上述试料的膜厚计测点到来的测定介质光的反射光，并检测出其所包含的上述试料的倾斜变动的特征；上述运算单元中包含有受光量数据校正单元，该受光量数据校正单元基于由上述倾斜检测用光电转换单元检测出的上述试料的倾斜变动的特征，修正从各光电转换部获得的一系列的受光量数据中所包含的由于试料的倾斜变动导致的误差成分。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：高嶋润，江川弘一，村井伟志，
申请(专利权)人：欧姆龙株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[]