JP2011038895A - Film quality evaluation device and method of evaluating film quality - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、膜質評価装置及び膜質評価方法に関する。 The present invention relates to a film quality evaluation apparatus and a film quality evaluation method.
フーリエ変換赤外分光光度計(以下、FT−IRという)は、赤外光を用いた分光法として知られており、フーリエ変換を利用して物質の赤外領域における赤外透過スペクトル又は反射スペクトルを測定し、測定対象物の状態や分子構造などの測定を行うものである。FT−IR分析における測定対象物としては、有機化学材料の他に、半導体材料があげられる。測定対象物が半導体材料である場合、FT−IRは、例えば、シリコンウェハ中のリンやホウ素などの不純物濃度測定や、シリコン窒化膜中の水素濃度測定、酸化膜中に形成されたボイドの密度測定などに用いられる。 A Fourier transform infrared spectrophotometer (hereinafter referred to as FT-IR) is known as a spectroscopic method using infrared light, and an infrared transmission spectrum or reflection spectrum in the infrared region of a substance using Fourier transform. To measure the state and molecular structure of the object to be measured. As an object to be measured in the FT-IR analysis, semiconductor materials can be cited in addition to organic chemical materials. When the object to be measured is a semiconductor material, FT-IR can be used to measure the concentration of impurities such as phosphorus and boron in a silicon wafer, the concentration of hydrogen in a silicon nitride film, and the density of voids formed in an oxide film. Used for measurement.
従来のFT―IR装置には、インコヒーレントな赤外光を放射する光源と、マイケルソン干渉計を有し、赤外光を干渉光(インターフェログラム)に変換して測定を行うものがある。干渉光は、測定対象物に照射され、その透過光や反射光を赤外検出器で受光する。赤外検出器から出力される電気信号は、増幅等された後にデジタル信号に変換される。このデジタル信号をフーリエ変換すると、測定対象物の赤外透過スペクトル又は反射スペクトルが得られる。 A conventional FT-IR apparatus has a light source that emits incoherent infrared light and a Michelson interferometer, and performs measurement by converting infrared light into interference light (interferogram). . The interference light is irradiated onto the measurement object, and the transmitted light or reflected light is received by the infrared detector. The electric signal output from the infrared detector is amplified and converted into a digital signal. When this digital signal is Fourier transformed, an infrared transmission spectrum or reflection spectrum of the measurement object is obtained.
ここで、FT−IR分析に赤外光を使用する場合、赤外光の波長が2μm〜10μm程度であるために空間分解能が10μm程度になる。したがって、例えば、酸化膜中の形成されたボイドの密度を測定する場合、ボイドの密度が非常に小さく、かつ赤外線内に含まれるボイド数が非常に少ないときには測定感度が低くなる。 Here, when infrared light is used for FT-IR analysis, since the wavelength of infrared light is about 2 μm to 10 μm, the spatial resolution is about 10 μm. Therefore, for example, when measuring the density of voids formed in an oxide film, the measurement sensitivity is low when the density of voids is very small and the number of voids contained in infrared rays is very small.
これに対し、可視光を用いて分光を行う場合には、2つの光線を用いて回線限界以下の情報を得る技術が開発されており、超解像技術といわれている。超解像技術を用いた分析装置としては、例えば、2つのコヒーレント光源から偏光方向が互いに直交するような2本のビームを同軸に重ねて測定対象物に照射し、それらの透過光を偏光性ビームスプリッタで分離して2つの検出器で検出するものがある。2本のビームのうち、1本のビームのビームプロファイルを中心部分のパワーが0となるような双峰状にすると、2つの検出器から出力される信号の差分から回折限界の約1/2の領域の情報が得られる。 On the other hand, in the case of performing spectroscopy using visible light, a technique for obtaining information below the line limit using two light beams has been developed, which is called a super-resolution technique. As an analyzer using super-resolution technology, for example, two coherent light sources irradiate a measurement object with two beams whose polarization directions are orthogonal to each other, and irradiate the measurement object with polarized light. Some are separated by a beam splitter and detected by two detectors. When the beam profile of one of the two beams is formed in a bimodal shape such that the power of the central portion is 0, the diffraction limit is about ½ from the difference between the signals output from the two detectors. The information of the area is obtained.
しかしながら、測定光にインコヒーレント光を用いる場合には、偏光方向を制御することが難しいため、コヒーレント光を用いた超解像技術を用いて空間分解能を向上させることは困難であった。
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、インコヒーレント光を用いた測定において回折限界以下の空間分解能を得ることを主な目的とする。
However, when incoherent light is used as measurement light, it is difficult to control the polarization direction. Therefore, it has been difficult to improve spatial resolution using a super-resolution technique using coherent light.
The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its main object to obtain a spatial resolution below the diffraction limit in measurement using incoherent light.
本願の一観点によれば、インコヒーレントな赤外光を出力する赤外光源と、赤外光から干渉光を形成する干渉計と、干渉光を第1の測定光と第2の測定光に分岐させると共に、
第1の測定光と第2の測定光とを一部が重なり合うように測定対象物の表面に入射させる光学系と、前記測定対象物を透過した、又は前記測定対象物で反射された第1の測定光が入射され、その光量に応じて信号を出力する第1の検出器と、前記測定対象物を透過した、又は前記測定対象物で反射された第2の測定光が入射され、その光量に応じて信号を出力する第2の検出器と、前記第1の検出器から出力される信号及び前記第2の検出器から出力される信号の差とそれら信号の重複部分の少なくとも一方を算出して処理信号として出力するデータ処理部と、前記データ処理部から出力される処理信号をフーリエ変換するフーリエ変換部と、を含むことを特徴とする膜質評価装置が実現される。
According to one aspect of the present application, an infrared light source that outputs incoherent infrared light, an interferometer that forms interference light from the infrared light, and the interference light into the first measurement light and the second measurement light. Branch off and
An optical system that causes the first measurement light and the second measurement light to be incident on the surface of the measurement object such that the first measurement light and the second measurement light partially overlap each other, and the first that is transmitted through the measurement object or reflected by the measurement object. And a second detector light that is transmitted through or reflected by the measurement object is incident, and the measurement light is incident on the first detector. A second detector that outputs a signal in accordance with the amount of light; a difference between a signal output from the first detector and a signal output from the second detector; and at least one of overlapping portions of the signals. A film quality evaluation apparatus including a data processing unit that calculates and outputs a processed signal and a Fourier transform unit that Fourier-transforms the processed signal output from the data processing unit is realized.
また、本願の別の観点によれば、インコヒーレントな赤外光を赤外光源から出力させ、赤外光から干渉光を形成する工程と、干渉光を第1の測定光と第2の測定光に分岐させると共に、第1の測定光と第2の測定光とを一部が重なり合うように測定対象物の表面に入射させる工程と、前記測定対象物を透過した、又は前記測定対象物で反射された第1の測定光を第1の検出器で検出し、その光量に応じて信号を出力する工程と、前記測定対象物を透過した、又は前記測定対象物で反射された第2の測定光を第2の検出器で検出し、その光量に応じて信号を出力する工程と、前記第1の検出器から出力される信号及び前記第2の検出器から出力される信号の差とそれら信号の重複部分の少なくとも一方を算出して処理信号として出力する工程と、処理信号をフーリエ変換して赤外線スペクトルを算出する工程と、を含むことを特徴とする膜質評価方法が実現される。 According to another aspect of the present application, incoherent infrared light is output from an infrared light source to form interference light from the infrared light, and the interference light is converted into the first measurement light and the second measurement light. A step of causing the first measurement light and the second measurement light to be incident on the surface of the measurement object so that a part of the first measurement light and the second measurement light overlap with each other; The step of detecting the reflected first measurement light with the first detector and outputting a signal according to the amount of light, and the second of the measurement object transmitted or reflected by the measurement object A step of detecting measurement light with a second detector and outputting a signal according to the amount of light; and a difference between a signal output from the first detector and a signal output from the second detector; Calculating at least one of the overlapping portions of the signals and outputting as a processed signal; Film quality evaluation method characterized by comprising the step of calculating the infrared spectrum, the processed signal by Fourier transform is realized.
本発明によれば、データ処理部によって2つの測定光の重なり合う領域又は重ならない領域についての処理信号が算出され、この処理信号をフーリエ変換することで赤外スペクトルが得られる。これにより、インコヒーレントな赤外光の回折限界以下の空間分解能を実現できる。 According to the present invention, a processing signal for a region where two measurement lights overlap or a region where they do not overlap is calculated by the data processing unit, and an infrared spectrum is obtained by Fourier transforming this processing signal. Thereby, spatial resolution below the diffraction limit of incoherent infrared light can be realized.
発明の目的および利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素および組み合わせによって実現され達成される。
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、典型例および説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない、と理解すべきである。
The objects and advantages of the invention will be realized and attained by means of the elements and combinations particularly pointed out in the appended claims.
It should be understood that the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not intended to limit the invention.
以下に、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。図面において、同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
(第1の実施の形態)
図1にFT−IR分析が可能な膜質評価装置の概略構成を示す。膜質評価装置1は、インコヒーレントな赤外光を出力する赤外光源2を有する。赤外光源2には、例えば、高輝度セラミック光源や、ハロゲンランプなど、2μm〜10μmの波長の赤外光を出力できる構成が選択される。そして、赤外光源2から出力される赤外光の光軸上には、マイケルソン干渉計3が設けられている。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, similar components are given the same reference numerals.
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a film quality evaluation apparatus capable of FT-IR analysis. The film
マイケルソン干渉計3は、ビームスプリッタ4と、固定鏡5及び可動鏡6を含んで構成されている。ビームスプリッタ4は、赤外光源2から出力される赤外光の光軸に対して45°傾斜して配置されており、赤外光を2つの光路に分岐させる。2つに分岐させられた一方の赤外光の光路の光軸上には、全反射ミラーである固定鏡5が配置されている。ビームスプリッタ4で分岐させられた他方の赤外光の光路の光軸上には、全反射ミラーである可動鏡6が配置されている。可動鏡6は、例えば、図示を省略する1軸の移動ステージの上に固定されており、ステッピングモーターによって、図1に矢印で示すように赤外線の光軸に沿って往復移動可能、つまりビームスプリッタ4に近接及び離隔可能に構成されている。
The Michelson
ここで、固定鏡5及び可動鏡6には、それぞれ全反射ミラーが用いられているので、固定鏡5及び可動鏡6のそれぞれで反射させられた赤外光は再びビームスプリッタ4に入射して重ね合わされる。可動鏡6が赤外線の光軸に沿って往復移動することから、ビームスプリッタ4に入力される2つの赤外光の反射光には、光路差が生じる。その結果、2つの赤外光の反射光の光路差に基づいて2つの光が干渉して干渉光(インターフェログラム)が形成される。そして、このようにして形成された干渉光は、マイケルソン干渉計3から出力される。なお、マイケルソン干渉計3では、可動鏡6の位置によって決まる光路差が生じた状態で2つの赤外光が重ね合わされるので、可動鏡6の位置の関数として干渉スペクトルを測定してフーリエ変換を行うことでスペクトルを得ることが可能になる。
Here, since the total reflection mirror is used for each of the
さらに、マイケルソン干渉計3から出力される干渉光の光路上には、干渉光の光路を折り曲げる固定鏡11と、ビームスプリッタ12とが順番に配置されている。ビームスプリッタ12で2つに分岐させられた一方の干渉光(第1の測定光)の光軸L1上には、固定鏡13及び固定鏡14が順番に配置されている。一方、ビームスプリッタで2つに分岐させられた他方の干渉光(第2の測定光)の光軸L2上には、固定鏡15及び固定鏡16が順番に配置されている。
Further, on the optical path of the interference light output from the
固定鏡13、14は、第1の測定光が測定対象物Wに所定の第1の角度θ1で入射させ
るように角度が調整されている。また、固定鏡15、16は、第2の測定光が測定対象物Wに所定の第2の角度θ2で入射され、かつ測定対象物Wの内部において第1の測定光と交差するように、角度が調整されている。なお、2つの測定光が交差する位置、つまり2つの光路L1、L2が交わる位置は、測定対象物Wの内部に限定されずに、測定対象物Wの手前又は奥でも良い。
The angles of the fixed mirrors 13 and 14 are adjusted so that the first measurement light is incident on the measurement object W at a predetermined first angle θ1. Further, the fixed mirrors 15 and 16 are configured so that the second measurement light is incident on the measurement object W at a predetermined second angle θ2 and intersects the first measurement light inside the measurement object W. The angle has been adjusted. The position where the two measurement lights intersect, that is, the position where the two optical paths L1 and L2 intersect is not limited to the inside of the measurement object W, but may be in front of or behind the measurement object W.
さらに、測定対象物Wを透過した第1の測定光の光軸L1上には第1の検出器17が配置されており、第1の検出器17の出力は第1のゲイン可変アンプ18に接続されている。また、測定対象物Wを透過した第2の測定光の光路L2上には第2の検出器19が配置されており、第2の検出器19の出力は第2のゲイン可変アンプ20に接続されている。これら検出器17,19には、例えば、DTGS(Deuteriated triglycine sulfate)検出器が用いられ、赤外光の強度に比例する光強度信号を出力するように構成されている。各ゲイン可変アンプ18,20は、2つの検出器17,19の出力信号が同一レベルになるように信号を増幅する構成を有する。
Further, a
2つのゲイン可変アンプ18,20の出力は、データ処理部である差分処理部21に接続されている。差分接続部21は、2つのゲイン可変アンプ18,20のそれぞれから出力されたアナログ信号の差を算出する構成を有し、算出結果である差分データ(処理信号)はA/D(Analog/Digital)変換器22にてデジタル信号に変換された後、データ処理用のコンピュータ23に入力される。コンピュータ23は、差分データを取得してフーリエ変化することで赤外スペクトルを算出するフーリエ変換部として機能させることができる。さらに、赤外スペクトルを表示したり、出力したり、記録することが可能になっている。なお、差分処理部21と、A/D変換器22と、コンピュータ23とで1つの処理装置を構成することも可能である。
Outputs of the two
次に、この膜質評価装置1を用いた膜質評価方法について説明する。測定対象物Wとしては、例えば、図2に示すように、組成が既知の基板W1上にボイドの密度測定などを行う測定対象となる薄膜W2を設けた構成を有するものを使用する。なお、測定対象物Wは、図2に示す構成に限定されない。
Next, a film quality evaluation method using the film
最初に、測定対象物Wを所定の検査位置に配置し、赤外光源2から赤外光を放射させる。マイケルソン干渉計3が赤外光から干渉光を形成し、干渉光をビームスプリッタ12で第1の測定光と第2の測定光とに分岐させる。これら測定光は、固定鏡13〜16で折り返されて測定対象物Wの薄膜W2の所定位置に照射される。
First, the measuring object W is placed at a predetermined inspection position, and infrared light is emitted from the infrared
さらに、図2に示すように、薄膜W2の表面において、光軸L1を有する第1の測定光はビームスポットBS1を形成する。また、光軸L2を有する第2の測定光は、薄膜W2の表面においてビームスポットBS2を形成する。そして、この膜質評価装置1では、第1の測定光のビームスポットBS1と第2の測定光のビームスポットBS2とが一部のみ重なるように交点位置及び入射角度が設定されている。図2の例では、2つの測定光は、薄膜W2の表面に対して斜めに入射するので、薄膜表面におけるビームスポットBS1,BS2は楕円形になる。さらに、2つの測定光の中央部分が重なり、外周部分の一部が重ならないようになっている。これにより、2つの測定光が重なる領域AR1が中央に形成され、その両端に測定光が重ならない領域AR2が2つ形成される。重ならない領域AR2は、それぞれが略三日月形になっており、2つの領域AR2の合計の面積は重なる領域AR1の面積より小さくなっている。なお、ビームスポットBS1,BS2の大きさや形状、領域AR1,AR2の大きさ及び形状並びに配置は、2つの測定光の入射角度や光径を設定することで変化させることが可能である。
Further, as shown in FIG. 2, the first measurement light having the optical axis L1 forms a beam spot BS1 on the surface of the thin film W2. The second measurement light having the optical axis L2 forms a beam spot BS2 on the surface of the thin film W2. In this film
そして、第1の測定光が薄膜W2及び基板W1を透過することで、その領域の薄膜W2
及び基板W1の情報を含んだ光が、第1の検出器17に入力する。同様に、第2の測定光が薄膜W2及び基板W1を透過することで、その領域の薄膜W2及び基板W1の情報を含んだ光が、第2の検出器19に入力する。
And the 1st measurement light permeate | transmits the thin film W2 and the board | substrate W1, The thin film W2 of the area | region
And light including information on the substrate W1 is input to the
各検出器17,19の出力信号は、各ゲイン可変アンプ18,20でレベル調整された後に、差分処理部21に入力される。差分処理部21は、2つの出力信号の差を算出する。これのとき得られる情報は、第1の測定光と第2の測定光に共通に含まれる情報が除去されたものになる。すなわち、図2に示すような、第1の測定光と第2の測定光が重ならない領域AR2の情報が得られる。さらに、基板W1だけの場合の赤外スペクトルを予め測定しておき、得られた情報から基板W1に起因する情報をバックグラウンドとして除去すれば、図2においてハッチングで示される薄膜W2の領域の情報が得られる。なお、この実施の形態では、測定対象物Wを透過した光を用いているので、薄膜W2の内部の情報も得られる。
The output signals of the
そして、マイケルソン干渉計3の可動鏡6を動かしながら、差分データを取得し、差分データをフーリエ変換すれば、赤外光を用いた薄膜W2の赤外透過スペクトルが得られる。
Then, if the difference data is acquired while moving the movable mirror 6 of the
ここで、領域AR2の大きさが、測定に使用する赤外光の回折限界より小さくなるように、測定光の交差位置及び交差角度を設定しておけば、この膜質評価装置1では赤外光の回折限界以下の空間分解能を有する赤外吸収スペクトルが得られる。例えば、膜質評価として薄膜W2に形成されたボイドの密度を測定する場合、ボイドの大きさが赤外光の回折限界より小さくても、この膜質評価装置1で得られる赤外吸収スペクトルからはボイドの有無や密度の計測が可能になる。
Here, if the crossing position and crossing angle of the measurement light are set so that the size of the area AR2 is smaller than the diffraction limit of the infrared light used for the measurement, the film
なお、図3に示すように、測定対象となる薄膜W2の膜厚が厚いと、薄膜W2の表面側において形成される2つの測定光の重なっていない領域AR2より、薄膜W2の裏面側(基板W1側)において形成される2つの測定光が重なっていない領域AR3の方が大きくなることがある。ここで、この膜質評価装置1における赤外透過スペクトルの空間分解能は、2つの測定光が重ならない領域の面積(長さ)によって定まると考えられる。したがって、図3の例における赤外透過スペクトルの空間分解能は、薄膜W2の裏面側の大きさになってしまう。このため、薄膜W2の表面側から想定した空間分解能より、実際の空間分解能が低くなる。
As shown in FIG. 3, when the thickness of the thin film W2 to be measured is thick, the back surface side (substrate) of the thin film W2 from the area AR2 where the two measurement lights formed on the front surface side of the thin film W2 do not overlap each other. The area AR3 in which the two measurement lights formed on the (W1 side) do not overlap may be larger. Here, it is considered that the spatial resolution of the infrared transmission spectrum in the film
このような事態を避けるために、測定対象物Wに対する測定光の入射角度θ1,θ2を小さくして、薄膜W2の表面側と裏面側の各領域AR2,AR3の大きさの差を小さくすることが好ましい。 In order to avoid such a situation, the incident angles θ1 and θ2 of the measurement light with respect to the measurement object W are reduced to reduce the difference in size between the areas AR2 and AR3 on the front surface side and the back surface side of the thin film W2. Is preferred.
さらに、測定対象となる薄膜W2の膜厚は、薄いことが好ましい。特に、図3に示すように、理想的な膜厚dwは、D1/tanθ1及び/又はD1/tanθ2以下とすることが好ましい。ここで、D1は、薄膜W2の表面における2つの測定光のずれ量である。 Furthermore, it is preferable that the thin film W2 to be measured is thin. In particular, as shown in FIG. 3, the ideal film thickness dw is preferably set to D1 / tan θ1 and / or D1 / tan θ2 or less. Here, D1 is the amount of deviation between the two measurement lights on the surface of the thin film W2.
以上、説明したように、この実施の形態では、2つの測定光を用い、測定対象物W上で2つの測定光のビームスポットBS1,BS2が一部ずれるように照射し、2つの測定光に含まれる共通の情報を除去して赤外透過スペクトルを算出するようにした。これにより、測定光のビームスポットBS1,BS2より狭い領域についての赤外透過スペクトルが得られる。したがって、従来に比べて空間分解能を高めることができる。空間分解能を高めることで、例えば、薄膜W2中に形成された微小なボイドの密度の測定などが可能になる。 As described above, in this embodiment, the two measurement lights are used, and the beam spots BS1 and BS2 of the two measurement lights are irradiated on the measurement target W so as to be partially shifted, and the two measurement lights are irradiated. The infrared transmission spectrum was calculated by removing the common information included. Thereby, an infrared transmission spectrum is obtained for a region narrower than the beam spots BS1 and BS2 of the measurement light. Therefore, the spatial resolution can be increased compared to the conventional case. By increasing the spatial resolution, for example, it is possible to measure the density of minute voids formed in the thin film W2.
ここで、膜質評価装置1の光学系は、第1、第2の測定光を集光して測定対象物Wに入射するように構成しても良い。例えば、図4に示すように、第1の測定光の光軸L1上で、測定対象物Wの手前側に赤外線用のコンデンサレンズ25を挿入すると共に、測定対象物Wと第1の検出器17との間に、赤外線用の対物レンズ26を挿入する。同様に、第2の測定光の光軸L2上で、測定対象物Wの手前側に赤外線用のコンデンサレンズ27を挿入すると共に、測定対象物Wと第2の検出器19との間に、赤外線用の対物レンズ28を挿入する。これにより、薄膜W2に入射する測定光のビーム径をさらに縮小できるので、さらに空間分解能を高めることができる。なお、赤外線用のコンデンサレンズ25,27や対物レンズ26,28は、赤外光を透過させる物質、例えばゲルマニウムを用いて製造される。
Here, the optical system of the film
図5に示すように、2つの測定光の入射角度を同じにすれば、測定対象物Wを透過することによる赤外線の減衰などが2つの測定光において略同じになるので、検出器17,19で測定する赤外光の光強度が略同一のレベルになる。このため、2つのゲイン可変アンプ18,20で増幅率を個別に調整する必要がなくなる。さらに、通常のFT−IRでは、透過光と測定対象物Wの裏面(入射面と反対側の面)及び入射面から反射した光が干渉することがあった。この場合には、赤外スペクトルに測定対象物Wの膜厚に依存するうねりが生じてしまう。これに対して、2つの測定光の入射角度を同じにすれば、うねりの周期が2つの測定光において同じになる。これにより、測定対象物Wの裏面等における反射の影響を受けているか否かを容易に判断できるようになる。
As shown in FIG. 5, if the incident angles of the two measurement lights are the same, the infrared attenuation due to transmission through the measurement object W is substantially the same in the two measurement lights. The light intensity of the infrared light measured at is approximately the same level. For this reason, it is not necessary to individually adjust the amplification factors by the two
(第2の実施の形態)
図6に膜質評価装置の概略構成を示す。膜質評価装置31は、第1、第2のゲイン可変アンプ18,20の出力が加算処理部32と、第1の差分処理部33のそれぞれに接続されており、これら処理部32,33と差分処理部21でデータ処理部が構成されている。
(Second Embodiment)
FIG. 6 shows a schematic configuration of the film quality evaluation apparatus. In the film
加算処理部32は、2つの測定光の少なくとも一方が照射された領域についての情報を含む加算信号を作成する。第1の差分処理部33は、2つの測定光の一方のみが照射された領域についての情報を含む第1の差分データを作成する。さらに、これら2つの処理部32,33の出力が第2の差分処理部34に接続されている。第2の差分処理部34は、加算信号から第1の差分データを引く処理を行う。その他の構成は、第1の実施の形態と同様である。
The
次に、この膜質評価装置31における測定方向について説明する。
まず、赤外光源2から出力させた赤外光を用いて、マイケルソン干渉計3で干渉光に形成する。さらに、干渉光を2つの測定光に分岐させ、それぞれの測定光を測定対象物Wに対して一部が重なり合うように照射させる。そして、測定対象物Wを透過した光を2つの検出器17,19で受光する。各検出器17,19から出力される光強度信号は、各ゲイン可変アンプ18,20でゲイン調整された後、加算処理部32と、第1の差分処理部33のそれぞれに入力される。
Next, the measurement direction in the film
First, the infrared light output from the infrared
加算処理部32は、例えば図2の領域AR1と2つの領域AR2を全ての情報を含む加算信号が作成される。一方、第1の差分処理部33では、図2の2つの領域AR2についての情報からなる第1の差分データが作成される。そして、第2の差分処理部34が、加算信号から第1の差分データを引く。その結果、2つの測定光が重なる領域AR1についての情報が含まれる第2の差分データ(処理信号)が作成される。第2の差分データをA/D変換器22でデジタル信号に変換し、その後にコンピュータ23でフーリエ変換すると領域AR1についての赤外透過スペクトルが得られる。
For example, the
ここで、図7及び図8に示すように、2つの測定光が重なり合う領域AR1が、重なら
ない領域AR2に比べて小さくなるように2つの測定光を測定対象物Wに照射すると、赤外透過スペクトルは、測定光が重なり合う領域AR1について作成される。この領域AR1は、2つの測定光が所定の入射角度で斜めに照射されることから、重なり合う領域AR1の大きさは、1つの測定光のスポット径より小さくなる。したがって、測定光の回折限界より高い空間分解能が得られる。さらに、2つの測定光が重なる領域は1箇所のみ形成されるので、測定位置を明確にできる。
Here, as shown in FIGS. 7 and 8, when the measurement object W is irradiated with two measurement lights so that the area AR1 where the two measurement lights overlap is smaller than the area AR2 where they do not overlap, infrared transmission is performed. The spectrum is created for the area AR1 where the measurement light overlaps. In this area AR1, since two measurement lights are obliquely irradiated at a predetermined incident angle, the size of the overlapping area AR1 is smaller than the spot diameter of one measurement light. Therefore, a spatial resolution higher than the diffraction limit of the measurement light can be obtained. Furthermore, since only one region where two measurement lights overlap is formed, the measurement position can be made clear.
なお、第1の実施の形態と同様に、測定光の光路L1,L2上に赤外用のコンデンサレンズ25,27と対物レンズ26,28を配置しても良い。また、2つの測定光の入射角度は同じでも良いし、異ならせても良い。
As in the first embodiment,
(第3の実施の形態)
図9に膜質評価装置の概略構成を示す。この膜質評価装置41の光学系は、前記の実施の形態と同様にビームスプリッタ12を用いて干渉光を第1の測定光と第2の測定光に分岐させる構成を有する。さらに、第1の測定光の光軸L1上に、固定鏡13と可動鏡42とが配置されており、これらの光学素子で折り返された第1の測定光が、コンデンサレンズ25を通って測定対象物Wに入射されるように構成されている。可動鏡42は、調整機構である駆動機構43に支持されており、駆動機構43の動作がコントローラ44で制御可能になっている。駆動機構43は、可動鏡42を回転及び直線移動させることで、測定対象物に対する第1の測定光の照射角度と、照射位置とをそれぞれ変更可能に構成されている。
(Third embodiment)
FIG. 9 shows a schematic configuration of the film quality evaluation apparatus. The optical system of the film
また、第2の測定光の光軸L2上は、2つの固定鏡15,16が配置されており、固定鏡15,16で折り返された第2の測定光がコンデンサレンズ27を通って測定対象物Wに垂直に入射されるようになっている。
Two fixed
さらに、測定対象物Wを透過した後の第1の測定光の光路L1上は、対物レンズ26と、第1の検出器17とが順番に配置されており、第1の検出器17の出力が第1のゲイン可変アンプ18に接続されている。同様に、測定対象物Wを透過した後の第2の測定光の光路L2上は、対物レンズ28と、第2の検出器19とが順番に配置されており、第2の検出器19の出力がゲイン可変アンプ20に接続されている。その他の構成は、第1の実施の形態と同様である。
Further, the
ここで、第2の測定光が測定対象物Wに垂直に入射するのに対し、第1の測定光は斜めに入射するので、2つの測定光の光路長を一致させる必要がある。そこで、この膜質評価装置41では、可動鏡42の位置及び角度に同期させて、コンデンサレンズ25の位置、対物レンズ26の位置、及び検出器の位置を微調整できるようになっている。例えば、コンデンサレンズ25と対物レンズ26を支持する支持部材に、図示を省略する駆動機構を連結させ、第1の測定光の光軸と各レンズ25,26の中心軸が一致するように、駆動機構を動作させると良い。また、第1の検出器17は、例えば、測定対象物Wに近接又は離隔可能なステージ上に搭載される。
Here, since the second measurement light is incident on the measurement object W perpendicularly, the first measurement light is incident obliquely, so that the optical path lengths of the two measurement lights must be matched. Therefore, in this film
図10に示すように、第2の測定光は、測定対象である薄膜W2上に円形のスポットSP2を形成する。これに対し、測定対象物Wに斜めに入射させられる第1の測定光は、スポットSP2より扁平な楕円形のスポットSP1を薄膜W2上に形成する。2つの測定光が薄膜W2上に形成するスポットSP1,SP2の形が異なるので、2つの測定光が重なり合う領域AR1と、重ならない領域AR2とができる。図10の例では、重ならない領域AR2として、三日月形の部分が1つ形成される。 As shown in FIG. 10, the second measurement light forms a circular spot SP2 on the thin film W2 to be measured. On the other hand, the first measurement light incident obliquely on the measurement object W forms an elliptical spot SP1 that is flatter than the spot SP2 on the thin film W2. Since the shapes of the spots SP1 and SP2 formed by the two measurement lights on the thin film W2 are different, an area AR1 where the two measurement lights overlap and an area AR2 where they do not overlap can be formed. In the example of FIG. 10, one crescent-shaped portion is formed as the non-overlapping area AR2.
この膜質評価装置41では、測定対象物Wに対する第1の測定光の照射位置及び照射角
度をコントローラ44で制御することにより、重ならない領域AR2の大きさを赤外光の回折限界以下にできる。したがって、赤外スペクトルの空間分解能を赤外線の回折限界以下にできる。また、駆動機構43を動作させることで、スポットSP1,SP2が重ならない領域AR2の大きさを制御することができる。これにより、測定位置を変えたり、空間分解能を調整したりすることが可能になる。
In this film
さらに、図10に示すように2つの測定光を測定対象物Wに照射すると、重ならない領域AR2を1箇所のみに形成することができるので、測定位置を明確にできる。なお、重ならない領域AR2が2つ形成されるように、駆動機構43を調整しても良い。 Furthermore, as shown in FIG. 10, when the measurement object W is irradiated with two measurement lights, the non-overlapping region AR2 can be formed in only one place, so that the measurement position can be clarified. The drive mechanism 43 may be adjusted so that two non-overlapping areas AR2 are formed.
さらに、図6に示すような処理部32〜34を設けることで、重なり合う領域AR1についての赤外透過スペクトルを取得するように構成しても良い。この場合、駆動機構43は、重なり合う領域AR1のサイズが赤外光の回折限界より小さくなるように、第1の測定光の測定対象物Wに対する照射位置及び照射角度を制御する。
Further, by providing the
(第4の実施の形態)
図11に膜質評価装置の概略構成を示す。この膜質評価装置51の光学系は、第1の測定光の光軸L1で、かつ固定鏡14と測定対象物Wの間に、第2のビーム成形機構52を有する。また、第2の測定光の光軸L2で、かつ固定鏡16と測定対象物Wの間に、第2のビーム成形機構53が配置されている。さらに、測定対象物Wと第1、第2の検出器17,19のそれぞれの間に対物レンズ26,28が1つずつ配置されている。
(Fourth embodiment)
FIG. 11 shows a schematic configuration of the film quality evaluation apparatus. The optical system of the film
図12にビーム成形機構52,53の一例を示す。このビーム成形機構52,53は、2つのレンズ55,56を組み合わせて測定光のスポット径を拡大させるビームエキスパンダ57と、ビームキスパンダ57で拡大させた測定光の一部をカットする絞り58と、絞り58を通った後の測定光を集光するコンデンサレンズ59とを含んで構成されている。
FIG. 12 shows an example of the beam shaping mechanisms 52 and 53. The beam forming mechanisms 52 and 53 combine two
ここで、2つのビーム成形機構52,53において、絞り58の形状を異ならせると、薄膜W2上でのスポット形状を異ならせることができる。例えば、第1のビーム成形機構52の絞り58を正方形にし、第2のビーム成形機構53の絞り58を横長の長方形にする。この場合、薄膜W2上では図13に示すように、略正方形のビームスポットBS3と、略長方形のビームスポットBS4とが形成される。ビームスポットBS3は、第1のビーム成形機構52により形成されており、ビームスポットBS4は第2のビーム成形機構53により形成されている。ビームスポットBS4は、ビームスポットBS3と一部が重なるように形成されており、ビームスポットBS3の全てを含んでいる。このため、2つの測定光が重なり合う領域AR1は、ビームスポットBS3の形状に略等しい。そして、2つの測定光が重ならない領域AR2は、ビームスポットBS4によって1つ形成される。
Here, in the two beam forming mechanisms 52 and 53, if the shape of the
なお、ビーム成形機構52,53を構成する光学素子の種類及び組み合わせは任意に設定できる。例えば、絞り58の形状や他の光学素子の組み合わせによって、測定対象物Wの表面におけるビームスポットの形状を、さまざまな径の円や、楕円、ライン、2つ以上のラインなどにしても良い。
In addition, the kind and combination of the optical element which comprises the beam shaping mechanisms 52 and 53 can be set arbitrarily. For example, the shape of the beam spot on the surface of the measurement target W may be a circle, ellipse, line, two or more lines having various diameters, depending on the shape of the
この膜質評価装置51では、2つの測定光の測定対象物Wに対する照射位置及び照射角度を制御することで、重ならない領域AR2の大きさを赤外光の回折限界以下にできる。これにより、赤外透過スペクトルの空間分解能が赤外光の回折限界以下になる。
In this film
このように、矩形の絞りを有するビーム成形機構52,53を用いることで、2つの測
定光が重ならない領域AR2の形状を略矩形にすることが可能になる。これにより、測定領域を単純な形状にでき、測定領域を特定し易くなる。さらに、図13に示すように、重ならない領域AR2を1箇所だけ形成すると、測定位置を明確にできる。なお、膜質評価装置51は、重ならない領域AR2を2つ形成しても良い。
Thus, by using the beam shaping mechanisms 52 and 53 having a rectangular stop, it is possible to make the shape of the area AR2 where the two measurement lights do not overlap substantially rectangular. Thereby, a measurement area can be made into a simple shape and it becomes easy to specify a measurement area. Furthermore, as shown in FIG. 13, when only one non-overlapping region AR2 is formed, the measurement position can be clarified. Note that the film
なお、図6に示す膜質評価装置31に、ビーム成形機構52,53及び対物レンズ26,28を付加しても良い。
また、ビーム成形機構52,53は、絞り58を有しなくても良い。対物レンズ26,28を設けずに、測定対象物Wを透過した測定光を第1、第2の検出器17,19に直接取り込んでも良い。
2つの測定光の入射角度は同じでも良いし、異ならせても良い。
In addition, you may add the beam shaping mechanisms 52 and 53 and the
Further, the beam shaping mechanisms 52 and 53 do not need to have the
The incident angles of the two measurement beams may be the same or different.
さらに、図6に示すような処理部32〜34を設けることで、重なり合う領域AR1についての赤外透過スペクトルを取得するように構成しても良い。この場合、重なり合う領域AR1のサイズが赤外光の回折限界より小さくなるように、2つの測定光の測定対象物Wに対する照射位置及び照射角度を制御する。
Further, by providing the
(第5の実施の形態)
図14に膜質評価装置の概略構成を示す。この膜質評価装置61の光学系は、測定光を分岐させた後で、測定対象物Wに照射するまでの間に、調整機構であるミラー駆動機構62を有することを特徴とする。さらに、測定対象物Wを挟むようにコンデンサレンズ25,27と対物レンズ26,28を1組ずつ配置している。なお、コンデンサレンズ25,27と対物レンズ26,28は必須の構成要素ではない。
(Fifth embodiment)
FIG. 14 shows a schematic configuration of the film quality evaluation apparatus. The optical system of the film
ミラー駆動機構62は、ベース63を有し、ベース63には2つのスライダ64,65が移動可能に搭載されている。各スライダ64,65には、固定鏡14,16が1つずつ、ベース63に対して所定の傾斜角度を持って固定されている。これらスライダ64,65は、自動ステージやピエゾによって固定鏡14,16を固定鏡13,15で折り返された光軸と略平行に移動可能になっている。固定鏡14,16の移動は、コントローラ66によって制御される。なお、コンデンサレンズ25,27及び対物レンズ26,28の位置及び角度と、少なくとも一方の検出器17,19の位置は、固定鏡14,16の移動に同期して調整できるようになっている。なお、ビーム照射位置を調整する機構は、図示した構成に限定されない。
The mirror drive mechanism 62 has a base 63, and two
この膜質評価装置61では、2つの測定光によって薄膜W2上の形成されるスポットが重ね合う領域AR1の面積を変化させることができる。すなわち、ミラー駆動機構62で2つの固定鏡14,16の少なくとも一方を互いに離れる方向に移動させると、図15に示すようにスポットSP1,SP2が重なり合う領域AR1の面積を小さくできる。これに対して、ミラー駆動機構62で2つの固定鏡14,16の少なくとも一方を互いに近づく方向に移動させると、図16に示すようにスポットSP1,SP2が重なる領域の面積が図15の例に比べて大きくなる。
In this film
このように、ミラー駆動機構62を用いて、測定対象物Wに対する2つの測定光の入射位置を制御することで、スポットSP1,SP2が重ならない領域AR2の大きさを回折限界以下にすることができる。これにより、赤外透過スペクトルの空間分解能を回折限界以下にできる。さらに、ミラー駆動機構62を動作させることで、スポットSP1,SP2が重ならない領域AR2の大きさを制御することができる。これにより、測定位置を変えたり、空間分解能を調整したりすることが可能になる。 In this way, by controlling the incident positions of the two measurement lights with respect to the measurement object W using the mirror drive mechanism 62, the size of the area AR2 where the spots SP1 and SP2 do not overlap can be made equal to or less than the diffraction limit. it can. Thereby, the spatial resolution of the infrared transmission spectrum can be made below the diffraction limit. Further, by operating the mirror driving mechanism 62, the size of the area AR2 where the spots SP1 and SP2 do not overlap can be controlled. This makes it possible to change the measurement position and adjust the spatial resolution.
なお、この膜質評価装置61では、差分処理部21で強度信号の差分を取る構成なので
、重ならない領域AR2の赤外スペクトルが得られるが、データ処理部分の構成を図6のようにすれば、重なり合う領域AR1の赤外透過スペクトルが得られる。この場合には、ミラー駆動機構62で、重なり合う領域AR1の大きさを回折限界以下にすれば、高い空間分解能が得られる。また、ミラー駆動機構62の動作によって重ならない領域AR2の大きさを制御することができる。
In this film
なお、本発明は、各実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、光学系は、固定鏡の枚数や配置は、任意に設定できる。また、コンデンサレンズと対物レンズを用いる代わりに、レンズを組み合わせて平行光を形成する光学系を用いても良い。測定対象物Wと検出器17,19の間に固定鏡を設けても良い。
The present invention is not limited to each embodiment and can be widely applied.
For example, in the optical system, the number and arrangement of fixed mirrors can be arbitrarily set. Further, instead of using a condenser lens and an objective lens, an optical system that forms parallel light by combining lenses may be used. A fixed mirror may be provided between the measurement object W and the
赤外線用のコンデンサレンズ及び対物レンズは、シリコン、サファイア、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、臭沃化タリウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、スピネル(MgAl2O3)であっても良い。これらの材料は、赤外スペクトルの波数(波長)の範囲に応じて選択することができる。また、測定光をレンズで集光する代わりに、カセグレン鏡などの反射光学系を用いて集光しても良い。 The condenser lens and objective lens for infrared rays may be silicon, sapphire, zinc selenide, zinc sulfide, thallium bromoiodide, magnesium fluoride, calcium fluoride, barium fluoride, and spinel (MgAl2O3). These materials can be selected according to the range of the wave number (wavelength) of the infrared spectrum. Further, instead of condensing the measurement light with a lens, the measurement light may be condensed using a reflection optical system such as a Cassegrain mirror.
また、検出器は、TGS(硫酸トリグリシン)や、DLATGS(重水素置換L−アラニン硫酸トリグリシン)などの光学結晶を用いた焦電型検出器や、半導体型のMCT(水銀カドミウムテルル)検出器などを用いても良い。また、赤外領域においては、インジウムガリウム砒素やセレン化鉛などを用いたフォトダイオードを用いることができる。遠赤外線領域においては、シリコンボロメータや、ゲルマニウムボロメータなどの検出器を用いても良い。 The detector is a pyroelectric detector using an optical crystal such as TGS (triglycine sulfate) or DLATGS (deuterium-substituted L-alanine triglycine sulfate), or a semiconductor MCT (mercury cadmium telluride) detection. A vessel or the like may be used. In the infrared region, a photodiode using indium gallium arsenide, lead selenide, or the like can be used. In the far infrared region, a detector such as a silicon bolometer or a germanium bolometer may be used.
そして、各実施の形態では、測定対象物を透過した光を用いて赤外透過スペクトルを算出しているが、測定対象物を反射した光を用いて赤外反射スペクトルを算出する構成でも良い。この場合には、測定対象物を基準として入射側と同じ側に、検出器が配置される。 In each embodiment, the infrared transmission spectrum is calculated using light transmitted through the measurement object. However, the infrared reflection spectrum may be calculated using light reflected from the measurement object. In this case, the detector is arranged on the same side as the incident side with respect to the measurement object.
さらに、各膜質評価装置1,31,41,51,61は、測定光を3つ以上に分岐させ、その各々を測定対象物Wに照射するように構成しても良い。図6に示すような各処理部32〜34を用いて3つの測定光が全て重なり合う領域の信号を抽出し、この信号を用いてフーリエ変化を行えば、より空間分解能が高い赤外スペクトルが得られる。3つ以上の測定光を用いることで、測定領域の大きさや、形状をコントロールし易くなる。また、3つ以上の測定光から任意の2つの測定光が重なり合う領域を抽出したり、測定光が重ならない領域を抽出したりしてフーリエ変換を行っても良い。
Further, each of the film
なお、可視光の光源と、測定対象物Wの表面を撮像する撮像装置とを設け、第1、第2の測定光の光学系を用いて可視光を測定対象物Wに、測定光と略同じビーム形状で照射可能に構成しても良い。このように構成すると、2つ測定光の照射位置や、重なり量を可視光を用いて予め確認してから赤外スペクトルを測定することが可能になる。 A visible light source and an imaging device for imaging the surface of the measurement object W are provided, and visible light is abbreviated as measurement light to the measurement object W using the first and second measurement light optical systems. You may comprise so that irradiation is possible with the same beam shape. If comprised in this way, it will become possible to measure an infrared spectrum, after confirming beforehand the irradiation position of two measurement light, and the amount of overlap using visible light.
ここで挙げた全ての例および条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明および概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例および条件に限定することなく解釈すべきであり、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換および変形を施すことができると理解すべきである。 All examples and conditional expressions given here are intended to help the reader understand the inventions and concepts that have contributed to the promotion of technology, such examples and It should be construed without being limited to the conditions, and the organization of such examples in the specification is not related to showing the superiority or inferiority of the present invention. Although embodiments of the present invention have been described in detail, it should be understood that various changes, substitutions and variations can be made thereto without departing from the spirit and scope of the present invention.
1,31,41,51,61 膜質評価装置
2 赤外光源
3 干渉計
17 第1の検出器
19 第2の検出器
21 差分処理部(データ処理部)
23 コンピュータ(フーリエ変換部)
32 加算処理部
33 第1の差分処理部(データ処理部)
34 第2の差分処理部(データ処理部)
42 駆動機構(調整機構)
52,53 ビーム成形機構
62 ミラー駆動機構(調整機構)
AR1 重なり合う領域
AR2 重ならない領域
W 測定対象物
1, 31, 41, 51, 61 Film
23 Computer (Fourier transform part)
32
34 Second difference processing unit (data processing unit)
42 Drive mechanism (adjustment mechanism)
52, 53 Beam shaping mechanism 62 Mirror drive mechanism (adjustment mechanism)
AR1 Overlapping area AR2 Non-overlapping area W Object to be measured
Claims (6)
赤外光から干渉光を形成する干渉計と、
干渉光を第1の測定光と第2の測定光に分岐させると共に、第1の測定光と第2の測定光とを一部が重なり合うように測定対象物の表面に入射させる光学系と、
前記測定対象物を透過した、又は前記測定対象物で反射された第1の測定光が入射され、その光量に応じて信号を出力する第1の検出器と、
前記測定対象物を透過した、又は前記測定対象物で反射された第2の測定光が入射され、その光量に応じて信号を出力する第2の検出器と、
前記第1の検出器から出力される信号及び前記第2の検出器から出力される信号の差とそれら信号の重複部分の少なくとも一方を算出して処理信号として出力するデータ処理部と、
前記データ処理部から出力される処理信号をフーリエ変換するフーリエ変換部と、
を含むことを特徴とする膜質評価装置。 An infrared light source that outputs incoherent infrared light;
An interferometer that forms interference light from infrared light;
An optical system that splits the interference light into a first measurement light and a second measurement light, and that causes the first measurement light and the second measurement light to be incident on the surface of the measurement object so that they partially overlap;
A first detector that is incident on the first measurement light that has passed through the measurement object or reflected by the measurement object, and that outputs a signal according to the amount of light;
A second detector that receives the second measurement light that has passed through the measurement object or reflected by the measurement object, and outputs a signal according to the amount of light;
A data processing unit that calculates a difference between a signal output from the first detector and a signal output from the second detector and at least one of overlapping portions of the signals and outputs the calculated signal as a processing signal;
A Fourier transform unit for Fourier transforming the processing signal output from the data processing unit;
A film quality evaluation apparatus comprising:
干渉光を第1の測定光と第2の測定光に分岐させると共に、第1の測定光と第2の測定光とを一部が重なり合うように測定対象物の表面に入射させる工程と、
前記測定対象物を透過した、又は前記測定対象物で反射された第1の測定光を第1の検出器で検出し、その光量に応じて信号を出力する工程と、
前記測定対象物を透過した、又は前記測定対象物で反射された第2の測定光を第2の検出器で検出し、その光量に応じて信号を出力する工程と、
前記第1の検出器から出力される信号及び前記第2の検出器から出力される信号の差とそれら信号の重複部分の少なくとも一方を算出して処理信号として出力する工程と、
処理信号をフーリエ変換して赤外線スペクトルを算出する工程と、
を含むことを特徴とする膜質評価方法。 Outputting incoherent infrared light from an infrared light source and forming interference light from the infrared light; and
A step of branching the interference light into the first measurement light and the second measurement light and causing the first measurement light and the second measurement light to be incident on the surface of the measurement object so as to partially overlap;
Detecting the first measurement light transmitted through the measurement object or reflected by the measurement object with a first detector, and outputting a signal according to the amount of light;
Detecting a second measurement light transmitted through the measurement object or reflected by the measurement object with a second detector, and outputting a signal according to the amount of light;
Calculating at least one of the difference between the signal output from the first detector and the signal output from the second detector and the overlapping portion of the signals, and outputting as a processed signal;
A process of Fourier transforming the processed signal to calculate an infrared spectrum;
A film quality evaluation method comprising:
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