ITBO20080706A1 - METHOD AND EQUIPMENT FOR THE OPTICAL MEASUREMENT BY INTERFEROMETRY OF THE THICKNESS OF AN OBJECT - Google Patents

METHOD AND EQUIPMENT FOR THE OPTICAL MEASUREMENT BY INTERFEROMETRY OF THE THICKNESS OF AN OBJECT

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ITBO20080706A1
ITBO20080706A1 IT000706A ITBO20080706A ITBO20080706A1 IT BO20080706 A1 ITBO20080706 A1 IT BO20080706A1 IT 000706 A IT000706 A IT 000706A IT BO20080706 A ITBO20080706 A IT BO20080706A IT BO20080706 A1 ITBO20080706 A1 IT BO20080706A1
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Description

«METODO E APPARECCHIATURA PER LA MISURA OTTICA MEDIANTE INTERFEROMETRIA DELLO SPESSORE DI UN OGGETTO» "METHOD AND EQUIPMENT FOR THE OPTICAL MEASUREMENT BY INTERFEROMETRY OF THE THICKNESS OF AN OBJECT"

SETTORE DELLA TECNICA TECHNIQUE SECTOR

La presente invenzione à ̈ relativa ad un metodo e ad una apparecchiatura per la misura ottica mediante interferometria dello spessore di un oggetto. The present invention relates to a method and an apparatus for the optical measurement of the thickness of an object by means of interferometry.

La presente invenzione trova vantaggiosa applicazione nella misura ottica mediante interferometria dello spessore di fette, o wafer, di materiale semiconduttore (tipicamente silicio), cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere di generalità. The present invention finds advantageous application in the optical measurement by means of interferometry of the thickness of slices, or wafers, of semiconductor material (typically silicon), to which the following discussion will make explicit reference without thereby losing generality.

ARTE ANTERIORE ANTERIOR ART

Una fetta di materiale semiconduttore viene lavorata ad esempio per ricavare nel materiale semiconduttore stesso dei circuiti integrati o altri componenti elettronici. Particolarmente quando la fetta di materiale semiconduttore à ̈ molto sottile, la fetta di materiale semiconduttore stessa viene applicata su di uno strato di supporto (tipicamente in materiale plastico o in vetro) che ha la funzione di conferire una maggiore robustezza meccanica e quindi una più facile manipolabilità. A wafer of semiconductor material is processed, for example, to obtain integrated circuits or other electronic components in the semiconductor material itself. Particularly when the wafer of semiconductor material is very thin, the wafer of semiconductor material itself is applied on a support layer (typically in plastic or glass) which has the function of conferring greater mechanical strength and therefore an easier manipulability.

Generalmente à ̈ necessario lavorare meccanicamente la fetta di materiale semiconduttore mediante rettifica e lucidatura per ottenere uno spessore uniforme e pari ad un valore desiderato; in questa fase di lavorazione meccanica della fetta di materiale semiconduttore à ̈ necessario misurare o tenere sotto controllo lo spessore per garantire di ottenere con precisione il valore desiderato. Generally it is necessary to mechanically work the slice of semiconductor material by grinding and polishing to obtain a uniform thickness equal to a desired value; in this phase of mechanical processing of the wafer of semiconductor material, it is necessary to measure or monitor the thickness to ensure that the desired value is accurately obtained.

Per misurare lo spessore di una fetta di materiale semiconduttore à ̈ noto utilizzare teste comparatrici con tastatori meccanici che toccano una superficie superiore della fetta di materiale semiconduttore in lavorazione. Questa tecnologia di misura può danneggiare la fetta di materiale semiconduttore durante la misura a causa del contatto meccanico con i tastatori meccanici, e non consente di misurare spessori molto sottili (tipicamente inferiori a 100 micron). To measure the thickness of a wafer of semiconductor material, it is known to use gauging heads with mechanical feelers that touch an upper surface of the wafer of semiconductor material being processed. This measurement technology can damage the slice of semiconductor material during the measurement due to mechanical contact with the mechanical probes, and does not allow to measure very thin thicknesses (typically less than 100 microns).

Per misurare lo spessore di una fetta di materiale semiconduttore à ̈ noto utilizzare sonde capacitive, induttive (a correnti parassite o altro), o a ultrasuoni. Queste tecnologie di misura sono del tipo senza contatto e quindi non danneggiano la fetta di materiale semiconduttore durante la misura e sono in grado di misurare lo spessore della fetta di materiale semiconduttore anche in presenza dello strato di supporto; tuttavia, queste tecnologie di misura hanno dei limiti sia nella dimensione misurabile (tipicamente non si riescono a misurare spessori inferiori ai 100 micron), sia nella massima risoluzione ottenibile (tipicamente non più piccola di 10 micron). It is known to use capacitive, inductive (eddy current or other), or ultrasonic probes to measure the thickness of a slice of semiconductor material. These measurement technologies are of the contactless type and therefore do not damage the wafer of semiconductor material during the measurement and are able to measure the thickness of the wafer of semiconductor material even in the presence of the support layer; however, these measurement technologies have limits both in the measurable size (typically it is not possible to measure thicknesses lower than 100 microns), and in the maximum achievable resolution (typically no smaller than 10 microns).

Per superare i limiti delle tecnologie di misura sopra descritte vengono utilizzate sonde ottiche a volte associate a misure interferometriche. Ad esempio, il brevetto US-A1-6437868 e la domanda di brevetto giapponese pubblicata JP-A-08-216016 descrivono apparecchiature per la misura ottica dello spessore di una fetta di materiale semiconduttore. Alcune delle apparecchiature note comprendono una sorgente di radiazioni infrarosse, uno spettrometro, ed una sonda ottica, la quale à ̈ collegata mediante fibre ottiche alla sorgente di radiazioni infrarosse ed allo spettrometro, viene disposta affacciata e alla fetta di materiale semiconduttore da misurare, ed à ̈ provvista di lenti per focalizzare le radiazioni sulla fetta di materiale semiconduttore da misurare. La sorgente di radiazioni infrarosse emette un fascio di radiazioni infrarosse (generalmente con una lunghezza d’onda attorno a 1300 nm) a bassa coerenza, cioà ̈ che non à ̈ monofrequenza (frequenza unica e costante nel tempo), ma à ̈ composto da un certo numero di frequenze (tipicamente con lunghezze d’onda contenute in una cinquantina di nm attorno al valore centrale). Vengono utilizzate radiazioni infrarosse, in quanto i materiali semiconduttori attualmente utilizzati sono a base di silicio ed il silicio à ̈ sufficientemente trasparente alle radiazioni infrarosse. In alcune delle apparecchiature note, la sorgente di radiazioni infrarosse à ̈ costituita da un SLED (LED superluminescente o Superluminescent Light Emitting Device) che à ̈ in grado di emettere un fascio di radiazioni infrarosse avente una ampiezza di banda dell’ordine di grandezza di una cinquantina di nm attorno al valore centrale. To overcome the limitations of the measurement technologies described above, optical probes are used, sometimes associated with interferometric measurements. For example, US-A1-6437868 and Japanese published patent application JP-A-08-216016 describe apparatuses for the optical measurement of the thickness of a wafer of semiconductor material. Some of the known apparatuses comprise a source of infrared radiation, a spectrometer, and an optical probe, which is connected by means of optical fibers to the source of infrared radiation and to the spectrometer, is arranged facing each other and to the slice of semiconductor material to be measured, and It is equipped with lenses to focus the radiation on the slice of semiconductor material to be measured. The infrared radiation source emits a low coherence infrared radiation beam (generally with a wavelength around 1300 nm), which is not monofrequency (single frequency and constant over time), but is composed of a certain number of frequencies (typically with wavelengths contained in about fifty nm around the central value). Infrared radiation is used, as the semiconductor materials currently used are silicon-based and silicon is sufficiently transparent to infrared radiation. In some of the known devices, the infrared radiation source consists of a SLED (superluminescent LED or Superluminescent Light Emitting Device) which is capable of emitting a beam of infrared radiation having a bandwidth of the order of magnitude of about fifty nm around the central value.

Tuttavia, anche utilizzando sonde ottiche associate a misure interferometriche del tipo sopra descritto non si riescono a misurare spessori inferiori a circa 10 micron, mentre l’industria dei semiconduttori richiede ormai la misura di spessori di pochi o pochissimi micron. However, even using optical probes associated with interferometric measurements of the type described above, it is not possible to measure thicknesses lower than about 10 microns, while the semiconductor industry now requires the measurement of thicknesses of a few or very few microns.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION

Scopo della presente invenzione à ̈ di fornire un metodo ed una apparecchiatura per la misura ottica mediante interferometria dello spessore di un oggetto, i quali metodo e apparecchiatura siano privi degli inconvenienti sopra descritti, e siano nel contempo di facile ed economica realizzazione. The object of the present invention is to provide a method and an apparatus for the optical measurement of the thickness of an object by means of interferometry, which method and apparatus are free from the drawbacks described above, and are at the same time easy and economical to implement.

Secondo la presente invenzione vengono forniti un metodo ed una apparecchiatura per la misura ottica mediante interferometria dello spessore di un oggetto secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate. According to the present invention, a method and an apparatus are provided for the optical measurement by interferometry of the thickness of an object according to what is claimed by the attached claims.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui: The present invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate a non-limiting example of embodiment, in which:

- la figura 1 Ã ̈ una vista schematica e con parti asportate per chiarezza di una apparecchiatura per la misura ottica mediante interferometria dello spessore di una fetta di materiale semiconduttore realizzata in accordo con la presente invenzione; e Figure 1 is a schematic view with parts removed for clarity of an apparatus for the optical measurement by interferometry of the thickness of a wafer of semiconductor material made in accordance with the present invention; And

- la figura 2 Ã ̈ una vista schematica ed in sezione laterale della fetta di materiale semiconduttore durante la misura dello spessore. - Figure 2 is a schematic and side sectional view of the wafer of semiconductor material during the thickness measurement.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE PREFERRED FORMS OF IMPLEMENTATION OF THE INVENTION

Nella figura 1, con il numero 1 à ̈ indicata nel suo complesso una apparecchiatura per la misura ottica mediante interferometria dello spessore di un oggetto 2 costituito da una fetta di materiale semiconduttore. Secondo la forma di attuazione illustrata nella figura 1, la fetta 2 di materiale semiconduttore à ̈ applicata su di uno strato 3 di supporto (tipicamente in materiale plastico o in vetro) che ha la funzione di conferire una maggiore robustezza meccanica e quindi una più facile manipolabilità; secondo una diversa forma di attuazione non illustrata lo strato 3 di supporto non à ̈ presente. In figure 1, the number 1 indicates as a whole an apparatus for the optical measurement by interferometry of the thickness of an object 2 consisting of a wafer of semiconductor material. According to the embodiment illustrated in Figure 1, the wafer 2 of semiconductor material is applied on a support layer 3 (typically made of plastic or glass) which has the function of conferring greater mechanical strength and therefore an easier manipulability; according to a different embodiment not shown, the support layer 3 is not present.

L’apparecchiatura 1 comprende una sorgente 4 di radiazioni infrarosse, uno spettrometro 5, ed una sonda 6 ottica, la quale à ̈ collegata mediante fibre ottiche alla sorgente 4 di radiazioni infrarosse ed allo spettrometro 5, viene disposta affacciata alla fetta 2 di materiale semiconduttore da misurare, ed à ̈ provvista di lenti 7 per focalizzare le radiazioni sulla fetta 2 di materiale semiconduttore da misurare. Tipicamente, la sonda 6 ottica à ̈ disposta perpendicolare o leggermente angolata rispetto alla fetta 2 di materiale semiconduttore da misurare, come illustrato in figura. Secondo la forma di attuazione illustrata nella figura 1, à ̈ prevista una fibra 8 ottica che collega la sorgente 4 di radiazioni ad un accoppiatore 9 ottico, una fibra 10 ottica che collega l’accoppiatore 9 ottico allo spettrometro 5, ed una fibra 11 ottica che collega l’accoppiatore 9 ottico alla sonda 6 ottica. Le fibre ottiche 8, 10 e 11 possono far capo ad un circolatore, di per sé noto e non illustrato in figura 1, o ad altro dispositivo con la stessa funzione dell’accoppiatore 9. Secondo la forma di attuazione illustrata nella figura 1, lo spettrometro 5 comprende almeno una lente 12 che collima le radiazioni ricevute dalla fibra 10 ottica su di un difrattore 13 (tipicamente costituito da un reticolo), ed almeno una ulteriore lente 14 che focalizza le radiazioni riflesse dal difrattore 13 su di un rilevatore 15 di radiazioni (tipicamente costituito da un array di elementi fotosensibili, ad esempio un sensore “CCD†). The apparatus 1 comprises a source 4 of infrared radiation, a spectrometer 5, and an optical probe 6, which is connected by means of optical fibers to the source 4 of infrared radiation and to the spectrometer 5, is placed facing the slice 2 of material semiconductor to be measured, and is provided with lenses 7 to focus the radiations on the wafer 2 of semiconductor material to be measured. Typically, the optical probe 6 is arranged perpendicular or slightly angled with respect to the wafer 2 of semiconductor material to be measured, as illustrated in the figure. According to the embodiment illustrated in Figure 1, an optical fiber 8 is provided which connects the radiation source 4 to an optical coupler 9, an optical fiber 10 which connects the optical coupler 9 to the spectrometer 5, and a fiber 11 optic that connects the optical coupler 9 to the optical probe 6. The optical fibers 8, 10 and 11 can refer to a circulator, per se known and not illustrated in figure 1, or to another device with the same function as the coupler 9. According to the embodiment illustrated in figure 1 , the spectrometer 5 comprises at least one lens 12 which collimates the radiations received by the optical fiber 10 on a diffractor 13 (typically consisting of a grating), and at least one further lens 14 which focuses the radiations reflected by the diffractor 13 on a detector 15 of radiation (typically consisting of an array of photosensitive elements, for example a â € œCCDâ € sensor).

La sorgente 4 di radiazioni infrarosse emette un fascio di radiazioni infrarosse a bassa coerenza, cioà ̈ che non à ̈ monofrequenza (frequenza unica e costante nel tempo), ma à ̈ composto da un certo numero di frequenze. Vengono utilizzate radiazioni infrarosse, in quanto i materiali semiconduttori attualmente utilizzati sono a base di silicio ed il silicio à ̈ sufficientemente trasparente alle radiazioni infrarosse. The infrared radiation source 4 emits a low coherence infrared radiation beam, which is not mono-frequency (single frequency and constant over time), but is composed of a certain number of frequencies. Infrared radiation is used, as the semiconductor materials currently used are silicon-based and silicon is sufficiently transparent to infrared radiation.

Secondo quanto illustrato nella figura 2 e quanto in generale noto, in uso la sonda 6 ottica emette un fascio di radiazioni I infrarosse, il quale incide sulla fetta 2 di materiale semiconduttore da misurare ed in parte (radiazioni R1 riflesse) viene riflesso verso la sonda 6 ottica da una superficie 16 esterna senza penetrare all’interno della fetta 2 di materiale semiconduttore ed in parte (radiazioni R2 riflesse) penetra all’interno della fetta 2 di materiale semiconduttore, e viene riflesso verso la sonda 6 ottica da una superficie 17 interna opposta alla superficie 16 esterna. E’ importante osservare che per comprensione nella figura 2 le radiazioni I incidenti e R riflesse sono rappresentate con un angolo diverso da 90° rispetto alla fetta 2 di materiale semiconduttore ma in realtà, come detto in precedenza, possono essere perpendicolari o sostanzialmente perpendicolari alla fetta 2 di materiale semiconduttore. According to what is illustrated in Figure 2 and what is generally known, in use the optical probe 6 emits a beam of infrared radiation I, which affects the wafer 2 of semiconductor material to be measured and in part (reflected R1 radiation) is reflected towards the probe 6 optics from an external surface 16 without penetrating inside the wafer 2 of semiconductor material and in part (reflected R2 radiations) penetrates inside the wafer 2 of semiconductor material, and is reflected towards the optical probe 6 from a surface 17 internal opposite the external surface 16. It is important to note that for understanding in Figure 2 the incident I and reflected R radiations are represented at an angle other than 90 ° with respect to the wafer 2 of semiconductor material but in reality, as previously mentioned, they can be perpendicular or substantially perpendicular to the wafer 2 of semiconductor material.

La sonda 6 ottica cattura sia le radiazioni R1 che sono state riflesse dalla superficie 16 esterna senza penetrare all’interno della fetta 2 di materiale semiconduttore, sia le radiazioni R2 che sono state riflesse dalla superficie 17 interna penetrando all’interno della fetta 2 di materiale semiconduttore. The optical probe 6 captures both the radiations R1 which have been reflected by the outer surface 16 without penetrating inside the wafer 2 of semiconductor material, and the radiations R2 which have been reflected by the inner surface 17 penetrating inside the wafer 2 of semiconductor material.

Come illustrato nella figura 2, le radiazioni R2, che sono state riflesse dalla superficie 17 interna penetrando all’interno della fetta 2 di materiale semiconduttore possono fuoriuscire dalla fetta 2 di materiale semiconduttore dopo una sola riflessione sulla superficie 17 interna, dopo due riflessioni successive sulla superficie 17 interna, o, più in generale, dopo un numero N di riflessioni successive sulla superficie 17 interna; ovviamente ad ogni riflessione sulla superficie 16 esterna una parte della radiazione R2 fuoriesce dalla fetta 2 di materiale semiconduttore finché l’intensità residua delle radiazioni R2 à ̈ praticamente nulla. As illustrated in Figure 2, the radiations R2, which have been reflected by the internal surface 17 penetrating inside the wafer 2 of semiconductor material, can escape from the wafer 2 of semiconductor material after a single reflection on the inner surface 17, after two successive reflections on the inner surface 17, or, more generally, after a number N of successive reflections on the inner surface 17; obviously with each reflection on the external surface 16 a part of the radiation R2 escapes from the wafer 2 of semiconductor material until the residual intensity of the radiation R2 is practically zero.

Come detto in precedenza, il fascio di radiazioni infrarosse à ̈ composto da radiazioni di diverse frequenze (cioà ̈ di diverse lunghezze d’onda). Tra queste radiazioni ci sarà sicuramente una radiazione la cui lunghezza d’onda à ̈ tale che il doppio dello spessore della fetta 2 di materiale semiconduttore da controllare à ̈ pari ad un multiplo intero della lunghezza d’onda stessa; di conseguenza tale radiazione venendo riflessa dalla superficie 17 interna uscirà dalla fetta 2 di materiale semiconduttore in fase con l’omologa (intesa come della stessa lunghezza d’onda) della radiazione riflessa dalla superficie 16 esterna e quindi una volta sommata a quest’ultima determinerà un massimo di interferenza (interferenza costruttiva). Al contrario, la radiazione avente una lunghezza d’onda tale che il doppio dello spessore della fetta 2 di materiale semiconduttore da controllare à ̈ pari ad un multiplo dispari della semi-lunghezza d’onda, venendo riflessa dalla superficie 17 interna uscirà dalla fetta 2 di materiale semiconduttore in controfase con l’omologa (intesa come della stessa lunghezza d’onda) e quindi una volta sommata a quest’ultima determinerà un minimo di interferenza (interferenza distruttiva). As previously mentioned, the infrared radiation beam is composed of radiations of different frequencies (that is, of different wavelengths). Among these radiations there will certainly be a radiation whose wavelength is such that the double thickness of the wafer 2 of semiconductor material to be controlled is equal to an integer multiple of the wavelength itself; consequently, this radiation being reflected by the internal surface 17 will come out of the wafer 2 of semiconductor material in phase with the homologous (understood as having the same wavelength) of the radiation reflected by the external surface 16 and therefore once added to this ™ last will determine a maximum of interference (constructive interference). On the contrary, the radiation having a wavelength such that the double thickness of the wafer 2 of semiconductor material to be controlled is equal to an odd multiple of the half-wavelength, being reflected by the internal surface 17 will come out of the slice 2 of semiconductor material in counterphase with the homologous (understood as having the same wavelength) and therefore, once added to the latter, it will determine a minimum of interference (destructive interference).

La composizione con interferenza delle radiazioni R1 e R2 riflesse viene catturata dalla sonda 6 ottica e viene convogliata allo spettrometro 5. Lo spettro rilevato dallo spettrometro 5 per ciascuna frequenza (cioà ̈ per ciascuna lunghezza d’onda) presenta una intensità diversa determinata dall’alternanza di interferenze costruttive e di interferenze distruttive. Una unità 18 di elaborazione riceve lo spettro dallo spettrometro 5 ed analizza lo spettro stesso tramite alcuni passaggi matematici, di per sé noti; in particolare, effettuando l’analisi di Fourier in funzione della frequenza e conoscendo il valore dell’indice di rifrazione del materiale semiconduttore l’unità 18 di elaborazione à ̈ in grado di determinare lo spessore della fetta 2 di materiale semiconduttore mediante opportune elaborazioni dell’analisi di Fourier dello spettro fornito dallo spettrometro 5. The interference composition of the reflected R1 and R2 radiations is captured by the optical probe 6 and conveyed to the spectrometer 5. The spectrum detected by the spectrometer 5 for each frequency (i.e. for each wavelength) has a different intensity determined by the ™ alternation of constructive and destructive interference. A processing unit 18 receives the spectrum from the spectrometer 5 and analyzes the spectrum itself by means of some mathematical passages, known per se; in particular, by carrying out the Fourier analysis as a function of the frequency and knowing the value of the refractive index of the semiconductor material, the processing unit 18 is able to determine the thickness of the wafer 2 of semiconductor material by means of suitable elaborations of the Fourier analysis of the spectrum provided by the spectrometer 5.

Entrando maggiormente in dettaglio, nell’unità 18 di elaborazione lo spettro (funzione della lunghezza d'onda) viene rielaborato in modo di per sé noto come funzione periodica descrivibile secondo lo sviluppo in serie di Fourier. L'interferenza delle radiazioni R1 ed R2 riflesse si sviluppa come una funzione sinusoidale (con alternanza di interferenze costruttive e distruttive); la frequenza di questa funzione sinusoidale à ̈ proporzionale alla lunghezza del cammino ottico attraverso lo spessore della fetta 2 di materiale semiconduttore attraversata dalla radiazione. Con una trasformata di Fourier si ricava il valore del cammino ottico attraverso lo spessore della fetta 2 di materiale semiconduttore, e quindi lo spessore equivalente della fetta 2 di materiale semiconduttore (corrispondente alla metà di tale cammino ottico). Lo spessore reale della fetta 2 di materiale semiconduttore à ̈ facilmente ottenibile dividendo lo spessore equivalente della fetta 2 di materiale semiconduttore per l’indice di rifrazione del materiale semiconduttore della fetta 2 (a titolo di esempio all’incirca pari a 3,5 per il silicio). Going into more detail, in the processing unit 18 the spectrum (function of the wavelength) is reworked in a way known per se as a periodic function that can be described according to the Fourier series development. The interference of the reflected R1 and R2 radiations develops as a sinusoidal function (with alternating constructive and destructive interferences); the frequency of this sinusoidal function is proportional to the length of the optical path through the thickness of the wafer 2 of semiconductor material crossed by the radiation. With a Fourier transform the value of the optical path is obtained through the thickness of the wafer 2 of semiconductor material, and therefore the equivalent thickness of the wafer 2 of semiconductor material (corresponding to half of this optical path). The real thickness of the wafer 2 of semiconductor material is easily obtained by dividing the equivalent thickness of the wafer 2 of semiconductor material by the refractive index of the semiconductor material of the wafer 2 (by way of example, approximately equal to 3.5 for silicon).

Poiché, come detto sopra, il cammino ottico (e quindi lo spessore) à ̈ ricavato in base alla frequenza della funzione sinusoidale, il limite inferiore del valore dello spessore direttamente misurabile dipende dalla minima frequenza rilevabile nella banda delle radiazioni utilizzate. Since, as mentioned above, the optical path (and therefore the thickness) is obtained on the basis of the frequency of the sinusoidal function, the lower limit of the directly measurable thickness value depends on the minimum detectable frequency in the radiation band used.

Quando lo spessore della fetta 2 di materiale semiconduttore scende al di sotto del suddetto limite inferiore la sopra descritta modalità di misura dello spessore della fetta 2 di materiale semiconduttore non à ̈ più in grado di fornire la misura dello spessore. In accordo con la presente invenzione, per ridurre in modo rilevante lo spessore minimo misurabile della fetta 2 di materiale semiconduttore à ̈ possibile determinare lo spessore della fetta 2 di materiale semiconduttore elaborando l’informazione sull’interferenza tra le radiazioni R1 che vengono riflesse dalla superficie 16 esterna senza penetrare all’interno della fetta 2 di materiale semiconduttore e le radiazioni R2 che, una volta penetrate all’interno della fetta 2 di materiale semiconduttore, vengono riflesse una volta sola dalla superficie 17 interna quando lo spessore della fetta 2 di materiale semiconduttore à ̈ superiore ad una prima soglia predeterminata (indicativamente di circa 10 micron); inoltre à ̈ possibile determinare lo spessore della fetta 2 di materiale semiconduttore elaborando l’informazione sull’interferenza tra le radiazioni R1 che vengono riflesse dalla superficie 16 esterna senza penetrare all’interno della fetta 2 di materiale semiconduttore e le radiazioni R2 che, una volta penetrate all’interno della fetta 2 di materiale semiconduttore, vengono riflesse due o più volte dalla superficie 17 interna quando lo spessore della fetta 2 di materiale semiconduttore à ̈ inferiore alla prima soglia predeterminata. When the thickness of the wafer 2 of semiconductor material falls below the aforesaid lower limit, the above described method of measuring the thickness of the wafer 2 of semiconductor material is no longer able to provide the thickness measurement. In accordance with the present invention, in order to significantly reduce the minimum measurable thickness of the wafer 2 of semiconductor material, it is possible to determine the thickness of the wafer 2 of semiconductor material by processing the information on the interference between the radiations R1 which are reflected from the outer surface 16 without penetrating inside the wafer 2 of semiconductor material and the radiations R2 which, once penetrated inside the wafer 2 of semiconductor material, are reflected only once by the inner surface 17 when the thickness of the wafer 2 of semiconductor material is higher than a first predetermined threshold (approximately of about 10 microns); moreover it is possible to determine the thickness of the wafer 2 of semiconductor material by processing the information on the interference between the radiations R1 which are reflected by the external surface 16 without penetrating inside the wafer 2 of semiconductor material and the radiations R2 which , once they have penetrated inside the wafer 2 of semiconductor material, they are reflected two or more times by the inner surface 17 when the thickness of the wafer 2 of semiconductor material is lower than the first predetermined threshold.

In questo modo, il cammino ottico attraverso lo spessore della fetta sostanzialmente raddoppia ed à ̈ pertanto proporzionale ad una frequenza della funzione sinusoidale che à ̈ doppia rispetto a quella del caso noto (interferenze generate da riflessioni singole sulla superficie 17 interna) e quindi ben superiore alla minima frequenza rilevabile nella banda delle radiazioni utilizzate. Riprendendo le considerazioni svolte in precedenza, in questa realizzazione dell’invenzione, con una trasformata di Fourier si ricava il valore del cammino ottico attraverso lo spessore della fetta 2 di materiale semiconduttore, e quindi lo spessore equivalente della fetta 2 di materiale semiconduttore che, in questo caso, corrisponde alla quarta parte di tale cammino ottico. Il limite inferiore dello spessore misurabile à ̈ pertanto dimezzato rispetto al caso noto. In this way, the optical path through the thickness of the slice substantially doubles and is therefore proportional to a frequency of the sinusoidal function which is double that of the known case (interference generated by single reflections on the inner surface 17) and therefore much higher. at the minimum detectable frequency in the radiation band used. Taking up the considerations previously carried out, in this embodiment of the invention, with a Fourier transform the value of the optical path is obtained through the thickness of the wafer 2 of semiconductor material, and therefore the equivalent thickness of the wafer 2 of semiconductor material which, in this case, it corresponds to the fourth part of this optical path. The lower limit of the measurable thickness is therefore halved compared to the known case.

Secondo una possibile forma di attuazione, oltre alla prima soglia predeterminata sopra menzionata à ̈ possibile individuare una seconda soglia predeterminata inferiore alla prima soglia predeterminata; in questo caso, lo spessore della fetta 2 di materiale semiconduttore viene determinato elaborando l’informazione sull’interferenza tra le radiazioni R1 che vengono riflesse dalla superficie 16 esterna senza penetrare all’interno della fetta 2 di materiale semiconduttore e le radiazioni R2 che, una volta penetrate all’interno della fetta 2 di materiale semiconduttore, vengono riflesse due volte dalla superficie 17 interna quando lo spessore della fetta 2 di materiale semiconduttore à ̈ inferiore alla prima soglia predeterminata e superiore alla seconda soglia predeterminata; inoltre, lo spessore della fetta 2 di materiale semiconduttore viene determinato elaborando l’informazione sull’interferenza tra le radiazioni R1 che vengono riflesse dalla superficie 16 esterna senza penetrare all’interno della fetta 2 di materiale semiconduttore e le radiazioni R2 che, una volta penetrate all’interno della fetta 2 di materiale semiconduttore, vengono riflesse tre volte dalla superficie 17 interna quando lo spessore della fetta 2 di materiale semiconduttore à ̈ inferiore alla seconda soglia predeterminata. According to a possible embodiment, in addition to the first predetermined threshold mentioned above, it is possible to identify a second predetermined threshold lower than the first predetermined threshold; in this case, the thickness of the wafer 2 of semiconductor material is determined by processing the information on the interference between the radiations R1 which are reflected by the external surface 16 without penetrating inside the wafer 2 of semiconductor material and the radiations R2 which, once they have penetrated inside the wafer 2 of semiconductor material, are reflected twice by the inner surface 17 when the thickness of the wafer 2 of semiconductor material is lower than the first predetermined threshold and higher than the second predetermined threshold; moreover, the thickness of the wafer 2 of semiconductor material is determined by processing the information on the interference between the radiations R1 which are reflected by the external surface 16 without penetrating inside the wafer 2 of semiconductor material and the radiations R2 which, once they have penetrated inside the wafer 2 of semiconductor material, they are reflected three times by the inner surface 17 when the thickness of the wafer 2 of semiconductor material is lower than the second predetermined threshold.

In linea teorica à ̈ possibile prevedere una terza (quarta, quinta...) soglia per individuare i campi di utilizzo delle radiazioni R2 che, una volta penetrate all’interno della fetta 2 di materiale semiconduttore, vengono riflesse quattro (cinque, sei...) volte dalla superficie 17 interna; tuttavia, come detto in precedenza, l’intensità delle radiazioni R2 che, una volta penetrate all’interno della fetta 2 di materiale semiconduttore, vengono riflesse più volte dalla superficie 17 interna diminuisce sensibilmente ad ogni riflessione e quindi dopo poche riflessioni à ̈ praticamente nulla. In theory it is possible to foresee a third (fourth, fifth ...) threshold to identify the fields of use of the R2 radiations which, once penetrated inside the wafer 2 of semiconductor material, are reflected four (five, six ...) vaults from the inner surface 17; however, as previously mentioned, the intensity of the R2 radiations which, once penetrated inside the wafer 2 of semiconductor material, are reflected several times by the internal surface 17, significantly decreases with each reflection and therefore after a few reflections is practically nothing.

L’esempio illustrato in figura 2 si riferisce al caso particolare di una singola fetta 2 di materiale semiconduttore applicata ad uno strato 3 di supporto. Tuttavia, il metodo e l’apparecchiatura secondo la presente invenzione non si applicano solo al controllo dimensionale di pezzi di questi tipo, ma possono essere impiegati, ad esempio, per misurare lo spessore di una o più fette 2 di materiale semiconduttore e/o di strati di altro materiale presenti all’interno di una struttura multistrato di per sé nota. The example illustrated in Figure 2 refers to the particular case of a single wafer 2 of semiconductor material applied to a support layer 3. However, the method and the apparatus according to the present invention are not applied only to the dimensional control of pieces of this type, but can be used, for example, to measure the thickness of one or more slices 2 of semiconductor material and / or of layers of other material present within a multilayer structure known per se.

L’apparecchiatura 1 sopra descritta presenta numerosi vantaggi in quanto à ̈ di semplice ed economica realizzazione e soprattutto permette di misurare spessori decisamente ridotti rispetto alle analoghe apparecchiature note. E’ importante osservare che l’apparecchiatura 1 sopra descritta à ̈ fisicamente identica ad una analoga apparecchiatura esistente dalla quale si differenzia solo per il software di elaborazione contenuto nella unità 18 di elaborazione; di conseguenza, à ̈ possibile aggiornare una apparecchiatura esistente con dei costi di aggiornamento molto contenuti. The apparatus 1 described above has numerous advantages in that it is simple and inexpensive to manufacture and, above all, it allows to measure decidedly reduced thicknesses with respect to similar known apparatuses. It is important to note that the apparatus 1 described above is physically identical to a similar existing apparatus from which it differs only for the processing software contained in the processing unit 18; as a result, it is possible to upgrade an existing equipment with very low upgrade costs.

Claims (6)

R I V E N D I C A Z I O N I 1) Metodo per la misura ottica mediante interferometria dello spessore di un oggetto (2) presentante una superficie (16) esterna ed una superficie (17) interna opposta alla superficie (16) esterna; il metodo comprende le fasi di: emettere un fascio di radiazioni (I) a bassa coerenza composto da un certo numero di lunghezze d’onda comprese in una banda determinata mediante una sorgente (4) di radiazioni; fare incidere il fascio di radiazioni (I) sulla superficie (16) esterna dell’oggetto (2) mediante una sonda (6) ottica; raccogliere le radiazioni (R) che vengono riflesse dall’oggetto (2) mediante la sonda (6) ottica; analizzare mediante uno spettrometro (5) lo spettro della composizione con interferenza di radiazioni (R1) che vengono riflesse dalla superficie (16) esterna senza penetrare all’interno dell’oggetto (2) e di radiazioni (R2) che vengono riflesse dalla superficie (17) interna penetrando all’interno dell’oggetto (2); e determinare lo spessore dell’oggetto (2) in funzione dello spettro fornito dallo spettrometro (5); il metodo à ̈ caratterizzato dal fatto di comprendere le ulteriori fasi di: determinare lo spessore dell’oggetto (2) elaborando l’informazione sull’interferenza tra le radiazioni (R1) che vengono riflesse dalla superficie (16) esterna senza penetrare all’interno dell’oggetto (2) e le radiazioni (R2) che, una volta penetrate all’interno dell’oggetto (2), vengono riflesse una volta sola dalla superficie (17) interna quando lo spessore dell’oggetto (2) à ̈ superiore ad una prima soglia predeterminata; e determinare lo spessore dell’oggetto (2) elaborando l’informazione sull’interferenza tra le radiazioni (R1) che vengono riflesse dalla superficie (16) esterna senza penetrare all’interno dell’oggetto (2) e le radiazioni (R2) che, una volta penetrate all’interno dell’oggetto (2), vengono riflesse due o più volte dalla superficie (17) interna quando lo spessore dell’oggetto (2) à ̈ inferiore alla prima soglia predeterminata. R I V E N D I C A Z I O N I 1) Method for the optical measurement by interferometry of the thickness of an object (2) having an external surface (16) and an internal surface (17) opposite the external surface (16); the method includes the steps of: emit a low coherence radiation beam (I) composed of a certain number of wavelengths included in a band determined by a radiation source (4); making the radiation beam (I) engrave on the external surface (16) of the object (2) by means of an optical probe (6); collect the radiations (R) which are reflected by the object (2) by means of the optical probe (6); analyze by means of a spectrometer (5) the spectrum of the composition with interference of radiations (R1) which are reflected by the external surface (16) without penetrating inside the object (2) and of radiations (R2) which are reflected by the internal surface (17) penetrating inside the object (2); and determining the thickness of the object (2) as a function of the spectrum provided by the spectrometer (5); the method is characterized by the fact of understanding the further steps of: determine the thickness of the object (2) by processing the information on the interference between the radiations (R1) which are reflected by the external surface (16) without penetrating inside the object (2) and the radiations (R2) which, once penetrated inside the object (2), are reflected only once by the internal surface (17) when the thickness of the object (2) is greater than a first predetermined threshold; And determine the thickness of the object (2) by processing the information on the interference between the radiations (R1) which are reflected by the external surface (16) without penetrating inside the object (2) and the radiations (R2) which, once penetrated inside the object (2), are reflected two or more times by the internal surface (17) when the thickness of the object (2) is less than the first predetermined threshold. 2) Metodo secondo la rivendicazione 1 e comprendente le ulteriori fasi di: determinare lo spessore dell’oggetto (2) elaborando l’informazione sull’interferenza tra le radiazioni (R1) che vengono riflesse dalla superficie (16) esterna senza penetrare all’interno dell’oggetto (2) e le radiazioni (R2) che, una volta penetrate all’interno dell’oggetto (2), vengono riflesse due volte dalla superficie (17) interna quando lo spessore dell’oggetto (2) à ̈ inferiore alla prima soglia predeterminata e superiore ad un seconda soglia predeterminata; e determinare lo spessore dell’oggetto (2) elaborando l’informazione sull’interferenza tra le radiazioni (R1) che vengono riflesse dalla superficie (16) esterna senza penetrare all’interno dell’oggetto (2) e le radiazioni (R2) che, una volta penetrate all’interno dell’oggetto (2), vengono riflesse tre volte dalla superficie (17) interna quando lo spessore dell’oggetto (2) à ̈ inferiore alla seconda soglia predeterminata. 2) Method according to claim 1 and comprising the further steps of: determine the thickness of the object (2) by processing the information on the interference between the radiations (R1) which are reflected by the external surface (16) without penetrating inside the object (2) and the radiations (R2) which, once penetrated inside the object (2), are reflected twice by the internal surface (17) when the thickness of the object (2) is lower than the first predetermined threshold and higher than a second predetermined threshold; and determine the thickness of the object (2) by processing the information on the interference between the radiations (R1) which are reflected by the external surface (16) without penetrating inside the object (2) and the radiations (R2) which, once penetrated inside the object (2), are reflected three times by the internal surface (17) when the thickness of the object (2) is lower than the second predetermined threshold. 3) Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la prima soglia predeterminata à ̈ circa 10 micron. 3) Method according to claim 1 or 2, wherein the first predetermined threshold is about 10 microns. 4) Metodo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui l’oggetto (2) à ̈ una fetta di materiale semiconduttore. 4) Method according to one of claims 1 to 3, wherein the object (2) is a slice of semiconductor material. 5) Metodo secondo la rivendicazione 4, in cui l’oggetto (2) à ̈ una fetta di silicio. 5) Method according to claim 4, wherein the object (2) is a silicon wafer. 6) Apparecchiatura (1) per la misura ottica mediante interferometria dello spessore di un oggetto (2) presentante una superficie (16) esterna ed una superficie (17) interna opposta alla superficie (16) esterna; l’apparecchiatura (1) comprende: una sorgente (4) di radiazioni che emette un fascio di radiazioni (I) a bassa coerenza composto da un certo numero di lunghezze d’onda comprese in una banda determinata; uno spettrometro (5) che analizza lo spettro della composizione con interferenza di radiazioni (R1) che vengono riflesse dalla superficie (16) esterna senza penetrare all’interno dell’oggetto (2) e di radiazioni (R2) che vengono riflesse dalla superficie (17) interna penetrando all’interno dell’oggetto (2); una sonda (6) ottica, la quale à ̈ collegata mediante fibre (8, 10, 11) ottiche alla sorgente (4) di radiazioni ed allo spettrometro (5) e viene disposta affacciata all’oggetto (2) da misurare per indirizzare il fascio di radiazioni (I) emesso dalla sorgente (4) di radiazioni verso la superficie (16) esterna dell’oggetto (2) e per raccogliere le radiazioni (R) che vengono riflesse dall’oggetto (2); ed una unità (18) di elaborazione che determina lo spessore dell’oggetto (2) in funzione dello spettro fornito dallo spettrometro (5); l’apparecchiatura (1) à ̈ caratterizzata dal fatto che: l’unità (18) di elaborazione determina lo spessore dell’oggetto (2) elaborando l’informazione sull’interferenza tra le radiazioni (R1) che vengono riflesse dalla superficie (16) esterna senza penetrare all’interno dell’oggetto (2) e le radiazioni (R2) che, una volta penetrate all’interno dell’oggetto (2), vengono riflesse una volta sola dalla superficie (17) interna quando lo spessore dell’oggetto (2) à ̈ superiore ad una prima soglia predeterminata; e l’unità (18) di elaborazione determina lo spessore dell’oggetto (2) elaborando l’informazione sull’interferenza tra le radiazioni (R1) che vengono riflesse dalla superficie (16) esterna senza penetrare all’interno dell’oggetto (2) e le radiazioni (R2) che, una volta penetrate all’interno dell’oggetto (2), vengono riflesse due o più volte dalla superficie (17) interna quando lo spessore dell’oggetto (2) à ̈ inferiore alla prima soglia predeterminata.6) Apparatus (1) for the optical measurement by interferometry of the thickness of an object (2) having an external surface (16) and an internal surface (17) opposite the external surface (16); the equipment (1) includes: a radiation source (4) that emits a low coherence radiation beam (I) composed of a certain number of wavelengths included in a determined band; a spectrometer (5) which analyzes the spectrum of the composition with interference of radiations (R1) which are reflected by the external surface (16) without penetrating inside the object (2) and of radiations (R2) which are reflected by the internal surface (17) penetrating inside the object (2); an optical probe (6), which is connected by optical fibers (8, 10, 11) to the radiation source (4) and to the spectrometer (5) and is placed facing the object (2) to be measured to direct the radiation beam (I) emitted by the radiation source (4) towards the external surface (16) of the object (2) and to collect the radiations (R) which are reflected by the object (2); and a processing unit (18) which determines the thickness of the object (2) as a function of the spectrum provided by the spectrometer (5); the equipment (1) is characterized by the fact that: the processing unit (18) determines the thickness of the object (2) by processing the information on the interference between the radiations (R1) which are reflected by the external surface (16) without penetrating inside the Object (2) and the radiations (R2) which, once penetrated inside the object (2), are reflected only once by the internal surface (17) when the thickness of the object (2) It is higher than a first predetermined threshold; And the processing unit (18) determines the thickness of the object (2) by processing the information on the interference between the radiations (R1) which are reflected by the external surface (16) without penetrating inside the Object (2) and the radiations (R2) which, once penetrated inside the object (2), are reflected two or more times from the internal surface (17) when the thickness of the object (2 ) Is lower than the first predetermined threshold.
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