CN112710393B 光学测定装置、波长校正方法以及标准试样 （大塚电子株式会社）

US2019302083A1,2019.干涉谱来作为理论干涉谱；实测干涉谱获取单试样照射测定光而产生的反射光或透过光所生成的反射率干涉谱或透过率干涉谱来作为实测论干涉谱与实测干涉谱的关于波长的关联的关用于规定多个受光元件的波长值的波长校正式决定为使对实测干涉谱应用波长校正式所得到2受光器，其包括用于接收通过所述衍射光栅进行波理论干涉谱获取单元，其获取基于标准试样的已知的厚度、折射率以实测干涉谱获取单元，其获取利用所述受光器经由所照射所述测定光而产生的反射光或透过光所生成的反射率干涉谱或透过率干涉谱来作为关联信息获取单元，其获取用于决定所述理论干涉谱与所述实测波长校正单元，其参照所述关联信息将用于规定所述多个受光元正式决定为使对所述实测干涉谱应用所述波长校正式所得到的结果与所述理论干涉谱一所述波长校正单元基于给出所述理论干涉谱中包含的极值的位置与给所述实测干涉在关于所述标准试样进行数学计算得出的反射率干涉谱是述理论干涉谱中包含的极小值的位置与给出所述实测干涉谱中包含的极小值的位置的关所述关联信息获取单元基于在通过利用所述受光器经由所述衍射光栅接收亮线光源产生的包含已知的亮线波长的光而获取到的测定结果中出现的、关于所述亮线波长的特所述波长校正单元使用用于确定所述受光器中包括的各受光元件的所述波长校正单元根据给出所述理论干涉谱中包含的各极值的波长和给出所述实测所述波长校正式包含与包括所述衍射光栅及所述受光器的光学系统相8.根据权利要求1～6中的任一项所述的光学测3基于将对所述实测干涉谱应用所述已先决定出的波长校正式所得到的结果与更新后获取基于标准试样的已知的厚度、折射率以及消光系数进行获取利用受光器经由衍射光栅接收对所述标准试样照射光源产生的测定光而产生的参照所述关联信息将用于规定所述多个受光元件的波长值的波长校正式决定为使对所述实测干涉谱应用所述波长校正式所得到的结果与所述理4[0003]日本特开平04-106430号公报公开以下方法：将从亮线放射源得到的特定波长的[0005]日本特开2014-098653号公报公开以下方法：从校正用光源照射具有规定的亮线特开2013-253820号公报公开一种用于进行分光器的波长校正的校正装置，该分光器具备[0007]如上述现有技术文献所示的使用基准光源所包含的基准亮线来进行波长校正的存在难以准备校正对象的分光测定装置所具有的测定波长范围内包光器经由衍射光栅接收对标准试样照射测定光而产生的反射光或透过光所生成的反射率于规定多个受光元件的波长值的波长校正式决定为使对实测干涉谱应用波长校正式所得5[0013]也可以是，波长校正单元使用用于确定受光器中包括的定出的波长校正式所得到的结果与更新后的理论干涉谱进行比较后的结果来更新波长校生的测定光而产生的反射光或透过光所生成的反射率干涉谱或透过率干涉谱来作为实测长校正式决定为使对实测干涉谱应用波长校正式所得到的结果与[0020]根据与所附附图相关联地理解的以下关于本发明的详细说明，本发明的上述目[0022]图2是示出构成本实施方式的光学测定系统的光学测定装置的功能结构例的示意[0023]图3是示出本实施方式的光学测定装置中包括的分光测定部的光学系统的一例的6[0025]图5是用于说明本实施方式的波长校正方法中的理论干涉谱与实测干涉谱的关联[0028]图8是用于说明本实施方式的波长校正方法中的将亮线光源用作关联信息的情况[0029]图9是用于说明本实施方式的波长校正方法中的利用来自亮线光源的关联信息得[0030]图10是示出本实施方式的波长校正方法中的理论谷值波长与实测谷值元件编号[0031]图11是示出本实施方式的波长校正方法中的基于理论谷值波长与实测谷值元件[0032]图12是用于说明本实施方式的波长校正方法中的波长校正式的各项系数的校正[0033]图13是示出本实施方式的波长校正方法中的波长校正式的各项系数的校正处理[0034]图14是示出本实施方式的波长校正方法中的与波长校正式的各项系数有关的校[0035]图15是示出通过本实施方式的波长校正方法中的波长校正式的各项系数的校正[0036]图16是示出通过本实施方式的波长校正方法中的波长校正式的各项系数的校正[0037]图17是示出使用通过本实施方式的波长校正方法得到的波长校正表进行的膜厚[0038]图18是示出使用通过本实施方式的波长校正方法得到的波长校正表而计算出的[0039]图19是示出使用通过本实施方式的波长校正方法得到的波长校正表而计算出的[0040]图20是示出使用通过本实施方式的波长校正方法得到的波长校正表而计算出的[0041]图21是示出使用通过本实施方式的波长校正方法得到的波长校正表而计算出的[0042]图22是示出使用通过本实施方式的波长校正方法得到的波长校正表而计算出的[0043]图23是示出使用通过本实施方式的波长校正方法得到的波长校正表而计算出的7[0049]首先，对本实施方式的光学测定系统1(反射光观测系统)的结构例进行说明。以统1包括光学测定装置100以及与光学测定装置100以光学方式[0055]在光学测定装置100上连接有Y型光纤40的通过光纤耦合器43而分支出的第一分支光纤41和第二分支光纤42。测定光经由第一分支光纤41被引导到设置在Y型光纤40的另由第二分支光纤42被引导到光学测定装置100。光发射/接收探头16与Y型光纤40经由连接[0056]光学测定装置100按照来自上级个人计算机(上级PC)的指令来执行测定处理，并8[0059]图2是示出构成本实施方式的光学测定系统1的光学测定装置100的功能结构例的定用光源110优选产生低相干光来作为测定光。测定用光源110与Y型光纤40的第一分支光130既可以使用执行程序的处理器来实现，也可以使用FPGA(field-programmablegate[0063]接口140与未图示的上级PC之间交换包含由运算部130计算出的光学特性的测定[0067]图3是示出本实施方式的光学测定装置100中包括的分光测定部120的光学系统的[0068]继Y型光纤40的第二分支光纤42之后配置狭缝121，该狭缝121用于调整入射的光[0069]遮光器122构成为能够遮挡向多通道受光器127入射的光。遮光器122用以将多通[0070]截止滤光器123限制向多通道受光器127入射的光中包含的测定波长范围外的波9[0073]聚焦镜126使通过衍射光栅125被沿与波长相应的方向反射的光反射后在多通道[0074]多通道受光器127接收通过衍射光栅125进行波长分离后的光。多通道受光器127通道受光器127输出表示通过衍射光栅125分光后的光中包含的各波长成分的强度的谱的电信号。多通道受光器127典型地采用将多个在近红外区域具有灵敏度的受光元件直线状[0075]作为分光测定部120的光学系统，可以典型地采用Czerny-Turner型或Fastie-将各个镜子配置在不同的位置。还可以配置承担准直镜的功能或聚焦镜的功能的其它镜[0078]本实施方式的光学测定装置100能够测定作为试样的光学特性的一例的光学膜够通过将计算出的光学膜厚除以试样的折射率来计算试样表示每个波长λ的反射率的反射率谱R(λ)之后，导入根据已知的每个波长折射率n(λ)计算出的波数K(λ)＝2πn(λ)/λ,并根据各波长的反射率R分别计算波数变换反射率R’≡R/(1-[0085]作为本实施方式的分光测定装置的一例的分光干涉式的膜厚测定装置在半导体部120(参照图3)等高速的分光器来测定晶圆内部的光干涉。一般的多色仪采用了将256~内进行测定。更具体地说，使用晶圆的消光系数足够小(<10-4)的近红外区域的光(近红外[0092]在此，由多色仪测定的厚度的精度(准确度)单纯地依赖于多色仪的波长精度(准决定各个受光元件与向各受光元件入射的测定波长的关使用作为国际计量委员会(CIPM)的建议值的水银灯等的亮线波长来进行波长校正。然而，设定了比较窄的测定波长范围的多色仪的波长[0098]图4是用于说明本实施方式的波长校正方法的概要的图。在图4的(A)中示出了以[0103]通过将根据多通道受光器127的每个受光元件的检测结果计算出的实测干涉谱与[0104]图5是用于说明本实施方式的波长校正方法中的理论干涉谱与实测干涉谱的关联[0105]在图5的(A)中示出使用光学测定装置100测定出的实测干涉谱的一例。图5的(A)所示的实测干涉谱示出从厚度为194.028μm的标准试样ST测定出的反射率干涉谱的一例。图5的(A)所示的实测干涉谱以构成多通道受光器127的受光元件的元件编号为横[0106]在图5的(B)中示出基于标准试样ST的已知的厚度和光学常数在理论上导出的理论干涉谱的一例。对应于从图5的(A)所示的标准试样ST测定出的反射率干涉谱，在图5的(B)中示出从相同的标准试样ST在理论上导出的反射率干涉谱的一例。图5的([0107]本实施方式的波长校正方法将构成多通道受光器127的各个受光元件对应的波长值决定为使图5的(A)所示的实测干涉谱与图5的(B)所示的理论[0109]参照图6，光学测定装置100基于标准试样ST的已知的厚度和光学常数(折射率和样ST照射测定用光源110产生的测定光而产生的反射光或透过光所生成的反射率干涉谱或[0114]接着，获取用于决定理论干涉谱与实测干涉谱的关于波长的关联的关联信息(步[0115]光学测定装置100参照在步骤S5中获取到的关联信息，来决定表示给出理论干涉谱中包含的极值的波长值与给出实测干涉谱中包含的极值的元件编号的关系的波长校正定装置100基于在理论干涉谱中出现的拐点与在实测干涉谱中出现的拐点的关联，来决定[0116]光学测定装置100基于在步骤S6中决定出的波长校正式，来决定构成多通道受光[0118]更具体地说，光学测定装置100将在步骤S7中决定出的波长校正式的各项系数设规定多通道受光器127中包括的多个受光元件的波长值的波长校正式决定为使对实测干涉[0121]<D.理论干涉谱的计算(步骤S1)以及给出理论干涉谱中包含的极值的位置(波长)[0122]接着，说明图6所示的波长校正方法的处理过程中的理论干涉谱的计算(步骤S1)[0123]在步骤S1中，基于标准试样ST的已知的厚度d1和光学常数(折射率n1和消光系数k1)来计算理论干涉谱。作为理论干涉谱的一例的反射率干涉谱能够如下那样计算出。此[0128]考虑到在标准试样ST内部的多重反射，导入在标准试样ST中产生的反射光(空气[0134]关于强度反射率R，引发标准试样ST表面的反射光与标准试样ST背面的反射光相ST[0137]根据(3)式，能够决定在理论干涉谱中给出极小值的波长(理论谷值波长λm)。在谱中包含的极值的波长与给出实测干涉谱中包含的极值的元件编号相关联的处理中所需[0141]<E.实测干涉谱的获取(步骤S3)以及给出实测干涉谱中包含的极值的位置(元件[0142]接着，说明图6所示的波长校正方法的处理过程中的实测干涉谱的获取(步骤S3)情况下产生的光干涉并非仅包括标准试样ST表面的一次反射光与标准试样ST背面的一次入射了光的一侧返回的光)全部叠加所得到的成分表现为干涉。样ST与空气(折射率n0＝1)之间的折射率差(严格地说是复折射率差的绝对值)相对地变涉谱中包含的极小值的位置(波长)和给出实测干涉谱中包含的极小值的位置(元件编号)，[0155]图7是用于说明本实施方式的波长校正方法中的虚拟元件编号的计算方法的图。[0157]在针对实测干涉谱中包含的各极值(谷值)计算虚拟元件编号(实测谷值元件编R(p))，并将计算出的变换值R’(p)用作权重来计算虚拟元件编号(参照图7的[0158]具体地说，各极值(谷值)的虚拟元件编号(实测谷值元件编号pm)能够如以下的[0166]与此相对地，在本实施方式的波长校正方法中使用的亮(给出相邻极大值的波长间隔或给出相邻的极小值的波长间隔)内即可，可以使用任何光亮线光源30的稳定性及亮线峰值的出现位置的精度等有关的要求度[0169]图8是用于说明本实施方式的波长校正方法中的将亮线光源30用作关联信息的情[0170]图9是用于说明本实施方式的波长校正方法中的利用来自亮线光源30的关联信息够决定与各个实测谷值元件编号对应的干涉此通过决定与各个实测谷值元件编号对应的干涉次数指数m，能够使理论干涉谱中包含的理论谷值波长λm与实测干涉谱中包含的实测谷值元件编号pm相关联。位于理论谷值波长λm之后的干涉次数指数m+1处的理论谷值波长λm+1以及亮线波长λBL搜索值元件编号。由于所获取到的两个实测谷值元件编号与关于理论干涉谱决定出的整数值m及整数值m+1分别对应，因此利用该对应关系来决定与各个实测谷值元件编号对应的干涉此将与同亮线元件编号pBL相邻的两个实测谷值元件编号分别关联的整数值m及整数值m+1次数指数m+1(实测谷值元件编号pm+1)，元件编号比亮线元件编号pBL大(即，相当于长波长两个实测谷值元件编号中的元件编号小的一方(即，短波长侧)决定为与干涉次数指数m+1[0183]根据这样的处理过程，能够通过利用亮线光源30的亮线元件编号pBL和亮线波长长λm与实测谷值元件编号pm相关联。器127经由衍射光栅125接收亮线光源30产生的包含已知的亮线波长的光而获取到的测定[0186]接着，说明图6所示的波长校正方法的处理过程中的波长校正式的决定(步骤S6)[0190]图10是示出本实施方式的波长校正方法中的理论谷值波长与实测谷值元件编号的对应关系的一例的图。在图10中示出针对厚度为194.028[0191]在图10中，谷值编号是对谷值侧的各极值依次分配的识别编号，干涉次数指数m[0192]也可以使用理论谷值波长λm与实测谷值元件编号pm的对应关系来决定波长校正[0193]图11是示出本实施方式的波长校正方法中的基于理论谷值波长与实测谷值元件[0194]波长校正式也可以包含与包括衍射光栅125和多通道受光器127的光学系统相应能够使用如图11所示的理论谷值波长λm与实测谷值元件编号pm的对应关系来决定规定(7)[0200]由决定出的系数规定的波长校正式的相关系数为R2＝1.00位为止为0)，可知能够以足够高的精度对理论谷值波长λm与实测谷值元件编号pm的对应关[0201]也可以代替如上述(7)式所示那样的高次的波长校正式，而采用考虑了分光测定采用如以下所示的依赖于与光学系统有关的Grating方程式的衍射光栅与多通道受光器127的几何配置关系以及多通道受光器127中的受光元件的配置[0206]另外，在采用Fastie-Ebert型的光学系统来作为分光测定部120的光学系统的情γ是调整系数，Δ(p)是由衍射光栅与多通道受光器127的几何配置关系以及多通道受光器127中的受光元[0209]在此，对在Fastie-Ebert型的光学系统127中包括的多个受光元件的波长值的波长校正式决定为使对实测干涉谱应用波长校正式[0214]通过将各元件编号p代入如上所述那样决定出的波长校正式，能够决定构成多通[0217]接着，说明图6所示的波长校正方法的处理过程中的波长校正式的各项系数的校[0218]将根据按照上述处理过程决定出的波长校正式(λ(p))生成的波长校正表(规定与每个元件编号对应的波长的表)反映到实测干涉谱和理论干涉谱中，基于反映结果之间的[0219]图12是用于说明本实施方式的波长校正方法中的对波长校正式的各项系数的校分配在波长校正表52中规定的与各受光元件对应的波长值，来更新实测干涉谱62(以波长[0224]将实测干涉谱62与理论干涉谱70进行比较((4)比较)。基于比较结果来更新波长[0226]图13是示出本实施方式的波长校正方法中的对波长校正式的各项系数的校正处[0228]接着，光学测定装置100将在步骤S81中生成的波长校正表或在步骤S86中更新后实测干涉谱60(以元件编号为横轴的谱)分配与在波长校正表中规定的各受光元件对应的[0229]另外，光学测定装置100将在步骤S81中生成的波长校正表或在步骤S86中更新后以及与重新计算出的各波长值有关的光学常数(折射率n1和消光系数k1)，来重新计算与各下的强度反射率的理论值集合起来进行理论干[0231]接着，光学测定装置100将在步骤S82中被更新后的实测干涉谱与在步骤S83中被件计算在步骤S82中被更新后的实测干涉谱(实测波形)与在步骤S83中被更新后的理论干[0234]然后，光学测定装置100判断用于使校正波长校正式的各项系数的处理结束的条终决定波长校正式的拟合解析中，也可以使用将消光系数k1考虑在内的更严密的理论波[0239]图14是示出本实施方式的波长校正方法中的关于波长校正式的各项系数的校正[0240]图15是示出通过本实施方式的波长校正方法中的对波长校正式的各项系数的校件编号pm代入被校正了各项系数后的波长校正式λ(p)来计算对应的波长值(实测谷值波长[0242]图16是示出通过本实施方式的波长校正方法中的对波长校正式的各项系数的校系数后的波长校正表的实测干涉谱(反射率干理论干涉谱的理论谷值波长和实测干涉谱的实测谷值波长也存在于相[0244]接着，利用使用包括(A)厚度194.028μm的Si的标准试样ST决定出的波长校正表厚度610.107μm的各试样实际测量出的波形进行F[0245]图17是示出使用了通过本实施方式的波长校正方法得到的波长校正表的膜厚测定的精度评价的一例的图。在图17的(A)中示出进行了上述的校正波长校正式的各项系数的处理(步骤S8)的情况下的精度评价的一例，在图17的(B)中示出以往的使用了通过使用[0248]图18是示出使用通过本实施方式的波长校正方法得到的波长校正表计算出的反射率干涉谱的一例(试样A)的图。图19是示出使用通过本实施方式的波长校正方法得到的[0249]图20是示出使用通过本实施方式的波长校正方法得到的波长校正表计算出的反射率干涉谱的另一例(试样B)的图。图21是示出使用通过本实施方式的波长校正方法得到[0250]图22是示出使用通过本实施方式的波长校正方法得到的波长校正表计算出的反射率干涉谱的又一例(试样C)的图。图23是示出使用通过本实施方式的波长校正方法得到[0253]在本实施方式的波长校正方法中，需要准确地获取标准试样ST的光学常数(折射[0262]图24是示出本实施方式的光学测定系统1所提供的功能结构的一例的示意图。典谱获取模块152、实测干涉谱极值提取模块154、关联信息获取模块156以及波长校正模块[0264]理论干涉谱生成模块150参照包含标准试样ST的厚度、折射率以及消光系数的信来生成理论干涉谱。理论干涉谱生成模块150还生成用于确定在所生成的理论干涉谱中包[0265]这样，理论干涉谱生成模块150输出具有理论干涉谱以及理论干涉谱中包含的极[0266]实测干涉谱获取模块152获取通过利用多通道受光器127经由衍射光栅125接收对标准试样ST照射测定光而产生的反射光或透过光所生成的反射率干涉谱或透过率干涉谱，[0267]实测干涉谱极值提取模块154搜索由实测干涉谱获取模块152获取到的实测干涉[0268]最后，输出具有由实测干涉谱获取模块152获取到的实测干涉谱和由实测干涉谱极值提取模块154提取出的极值信息的实测干涉谱信[0269]关联信息获取模块156根据通过将来自亮线光源30的光导向分光测定部120并由多通道受光器127接收而生成的检测结果，来获取用于决定理论干涉谱与实测干涉谱的关[0270]波长校正模块160参照理论干涉谱信息172和实测干涉谱信息174来决定波长校正个受光元件的波长值的波长校正式180决定为使对实测干涉谱应用波长校正式180所得到[0272]回归分析模块162参照关联信息176，使给出理论干涉谱中包含的极值的位置(波涉谱反映模块164基于已先决定出的波长校正式[0274]拟合解析模块168基于将对实测干涉谱应用已先决定出的波长校正式180所得到[0275]拟合解析模块168与理论干涉谱反映模块164及实测干涉谱反映模块166相协作来的计算资源(所谓的云)执行本实施方式的波长校正方法所涉及的全[0281](1)准备通过以可追溯到长度的国家标准的方式进行了测定等的、通过某种方法[0283](3)求出与干涉谱的干涉相位差(2m+1)π相当的波长位置的元件编号(干涉次数指[0284](4)测定在近红外光谱的波长范围内具有峰值波长的亮线光源(例如激光器等)的[0287](7)例如使用多项式对(3)的数据和(6)的数据进行最小平方计算，来求出受光元[0288](8)将(7)的波长校正式的参数设为初始值，对(2)的数据通过任意的方法进行理[0290](1)由于通常的物