[发明专利]厚度测定装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种厚度测定装置。更详细地，本发明涉及一种具备 干涉光检测器、分光检测器及有选择地向干涉光检测器和分光检测器 中的任一侧传送光的光路径变换部，据此可准确测定用不同材料制作 或者具有不同厚度之薄膜厚度的厚度测定装置。

背景技术

半导体制程及FPD制程中决定产品质量的诸多因素中，对薄膜 层厚度的控制所占比重较大，因此，可以说在制程中必须对其进行直 接监控。所述“薄膜层”是指在基底层，即在基板表面上形成的极小厚 度的层，一般指厚度在几十～几μm的层。要把这些薄膜层用在特定 场合上，有必要了解薄膜层的厚度、组成、粗糙度及其它物理光学特 性。特别在最近，为了提高半导体元件的集成度，在基板上形成多层 超薄膜层已成为趋势。为了开发这样的高集成度半导体元件，需要准 确地控制对特性的影响较大的、包括薄膜层厚度在内的薄膜物性。

半导体制程及其它应用制程中所使用的薄膜层厚度的测定方法 有几种，但最为普遍的是利用干涉计的方法和利用分光光度计的方 法。

但就利用干涉计的方法而言，如果被测对象是不透明材质，大部 分可进行测定，但如果被测对象是透明材质，可进行测定的情况会受 到限制。即，沉积在基底层上的透明薄膜层具有足够的厚度时，能够 区分通过被空气层-薄膜层的界面反射的光生成的干涉信号和，通过 被薄膜层-基底层的界面反射的光生成的干涉信号，因此可进行测 定。但是，沉积在基底层上的透明薄膜层没有足够的厚度时，例如具 有1微米以下厚度时，两个干涉信号相重迭，不能测定薄膜层的厚度。

而且，利用分光光度计的方法，存在着只能测定被测对象中特定 点上的厚度，而无法获得被测对象表面全域的二维或者三维形貌的问 题。

发明内容

本发明是为了解决如上问题而提出的，本发明的目的在于提供一 种厚度测定装置，该装置具备干涉光检测器、分光检测器、有选择地 向干涉光检测器和分光检测器中的任一侧传送光的光路径变换部，据 此能够准确测定具有微米以下单位厚度的薄膜层的厚度，也能够测定 所要测定的薄膜层部位的厚度形象(thickness profile)。

为达到所述目的，本发明的厚度测定装置包括：第一分光器，其 用于反射或透射从光源照射的光或者被测对象反射的光；第一透镜 部，其用于向所述被测对象会聚光，并生成与由所述被测对象反射的 光存在光路径差的基准光；第二透镜部，其用于向所述被测对象会聚 光；干涉光检测器，其与所述第一透镜部相对应形成光路径，并检测 出在所述被测对象反射的光和所述基准光之间产生的干涉信号；分光 检测器，其与所述第二透镜部相对应形成与通过所述干涉光检测器形 成的光路径不同的光路径，而且分割由所述被测对象反射的光，并检 测出被分割的光的强度和波长；及光路径变换部，其用于有选择地向 所述干涉光检测器和所述分光检测器中的其中一个传送光。并且所述 第一透镜部和所述第二透镜部在光路径上交换位置。

本发明的厚度测定装置，其中所述光路径变换部最好包括：用于 向所述干涉光检测器及所述分光检测器中的其中一个反射光的反射 镜；及用于移动所述反射镜，使所述反射镜位于光路径或者使之脱离 光路径的反射镜驱动部。

本发明的厚度测定装置，最好进一步包括：用于有选择地将所述 第一透镜部或所述第二透镜部位于光路径的透镜驱动部；及用于连动 并控制所述反射镜驱动部和所述透镜驱动部的控制部。

而且，为了达到所述目的，本发明的厚度测定装置包括：第一分 光器，其用于反射或透射从光源照射的光或者由被测对象反射的光； 第一透镜部，其用于向所述被测对象会聚光，并生成基准光，所述基 准光与被所述被测对象反射的光之间存在光路径差；第二透镜部，其 用于向所述被测对象会聚光；干涉光检测器，其与所述第一透镜部相 对应形成光路径，并检测被所述被测对象反射的光和所述基准光之间 产生的干涉信号；分光检测器，其与所述第二透镜部相对应形成与所 述干涉光检测器所形成的光路径不同的光路径，并分割被所述被测对 象反射的光，以检测被分割的光的强度和波长；及第三分光器，其用 于向所述干涉光检测器和所述分光检测器分配并传送光。并且所述第 一透镜部和所述第二透镜部可在光路径上交换位置。

本发明的厚度测定装置可进一步包括：有选择地将所述第一透镜 部和所述第二透镜部中的其中一个位于光路径上的透镜驱动部。