JP5762966B2 - 物体の厚さを干渉分析法によって光学的に計測するための方法、計測装置、及び、計測システム - Google Patents

Description

本発明は、物体の厚さを干渉分析法によって光学的に計測するための方法、計測装置、及び、計測システムに関する。

本発明は、半導体材料（必然的ではないが、典型的にはシリコン）のスライス片またはウェハの厚さを干渉分析法によって光学的に計測することに対して、有利に適用される。また、それに対して、一般性を喪失すること無く、本明細書において明確に言及がされている。

半導体材料のスライス片は、例えば、半導体材料内に集積回路や他の電気的構成要素を得るために、機械的に加工される。特に、半導体材料のスライス片がかなり薄い場合、当該半導体材料のスライス片は、より高い機械的な丈夫さと、これによる取扱いにおける容易さと、を提供する補助層（典型的にはプラスチックまたはガラスからなる）の上に配置される。

一般的に、一定で所望値に対応する厚さを得るために、研いだり磨いたりすることによって、半導体材料のスライス片を機械的に加工することが必要である。半導体材料のスライス片のこの機械的加工工程の過程で、所望値を得るために、厚さを計測することや厚さを制御下に置くことが必要である。

半導体材料のスライス片の厚さを計測するための既知の装置は、機械加工された半導体材料のスライス片の上面と接触する機械的な隙間ゲージを有する測定子を利用する。この計測技術は、計測作業中において、機械的な隙間ゲージとの機械的な接触のため、半導体材料のスライス片に影響を及ぼしてしまう。更に、この計測技術は、きわめて小さい厚さ（典型的には１００ミクロン未満）を計測することを許容しない。

他の異なる装置としては、半導体材料のスライス片の厚さを計測するために、容量性プローブ、誘導性プローブ（渦電流タイプまたはその他のタイプの）、または超音波プローブを使用することが知られている。これらの計測技術は、非接触タイプなので、計測の過程で半導体材料のスライス片に影響を及ぼさず、補助層を取り除く必要性なしで、半導体材料のスライス片の厚さを計測することができる。しかしながら、これらの計測技術のいくつかは、典型的には１００ミクロン未満の厚さを計測し得ないので、計測可能な寸法の制限された範囲を示し得る。

光学プローブは、場合によって干渉分析法による測定と関連づけられ、前述した測定技術の制限を克服するために用いられる。例えば、米国特許公開公報ＵＳ−Ａ１−６４３７８６８や日本特許公開公報JP−A−０８−２１６０１６には、半導体材料のスライス片の厚さを光学的に計測するための装置が記載されている。既知の装置のいくつかは、赤外線放射源、スペクトル計、及び光学プローブを含んでおり、当該光学プローブは、赤外線放射源とスペクトル計とに光ファイバを介して接続されており、計測対象の半導体材料のスライス片と向かい合うように配置されていて、計測対象の半導体材料のスライス片に放射線を集中させるためにレンズを備えている。赤外線放射源は、例えば低コヒーレンスの放射線を構成するような、約１３００ｎｍの辺りに位置する有用な波長帯域を有する赤外線放射ビームを放射する。低コヒーレンスとは、単一振動数（時間に対して一定の振動数）とは異なり、放射線源内で実現される放射原理に応じた多数の振動数を利用できることを示している。近年使用されている半導体材料は、主に、赤外線に対する十分な透過性を有するシリコンからなるので、赤外線が採用されている。既知の装置のいくつかにおいて、赤外線放射源は、中心値を中心にして約５０ｎｍの大きさの波長帯域幅を有する赤外線放射ビームを放射可能なSLED（高輝度発光ダイオード）から構成されている。

しかしながら、前述のタイプの干渉分析計測に関連する光学プローブを使用しても、約１０ミクロンより小さい厚さを有する物体は、機械的加工工程の過程で、許容可能な信頼性をもって、計測又は検査できない。一方で、半導体産業は、今、数ミクロンまたはそれ未満の厚さを計測すること、及び、加工サイクルによって許容される制限時間内に作業環境内で検査を実施すること、を求めている。

本発明の目的は、物体の厚さを干渉分析法によって光学的に計測するための方法、計測装置、及び、計測システムであって、前述した不都合を克服すると同時に容易で安価に実施できる方法、計測装置、及び、計測システムを提供することである。

本発明の目的は、添付されている特許請求の範囲内に規定されている物体の厚さを干渉分析法によって光学的に計測するための方法、計測装置、及び、計測システムによって、達成される。

本発明は、非限定的な実施例を示している添付の図面を参照して説明される。
図１は、半導体材料のスライス片の厚さを干渉分析法によって光学的に計測するための本発明による装置の概略図である。明確化のために、いくつかの部品は省略してある。 図２は、厚さを計測される半導体材料のスライス片の側面断面概略図である。 図３は、図１の装置の赤外線放射源の概略図である。明確化のために、いくつかの部品は省略してある。 図４は、半導体材料のスライス片の厚さを干渉分析法によって光学的に計測するための本発明による計測装置の概略図である。明確化のために、いくつかの部品は省略してある。 図５は、シリコンスライス片内の放射線吸収に関連するグラフである。 図６は、半導体材料のスライス片の厚さを干渉分析法によって光学的に計測するための本発明の他の実施の形態による計測装置の概略図である。明確化のために、いくつかの部品は省略してある。 図７は、半導体材料のスライス片の厚さを干渉分析法によって光学的に計測するための本発明による更に他の計測装置の概略図である。明確化のために、いくつかの部品は省略してある。

発明の最良の形態

図１において、参照符号１は、計測装置、更に詳細に言えば、半導体材料のスライス片によって形成された物体２の厚さを干渉分析法によって光学的に計測するための装置の全体を示している。スライス片２は、半導体材料のスライス片の多様な設計要件に従って、単層と同様に多層を表すものであることが留意され、さらに説明される。

それ自体は既知の特徴を含む図１に示された実施の形態によれば、半導体材料のスライス片２は、より高い機械的な丈夫さと、取扱いにおける容易さと、を提供する補助層３（典型的にはプラスチックやガラスからなる）上に設置されている。ここには図示されていない異なる実施の形態によれば、補助層３は省略される。

本装置１は、赤外線放射源４、スペクトル計５、及び光学プローブ６を含んでいる。光学プローブ６は、赤外線放射源４とスペクトル計５とに光ファイバを介して接続されており、計測対象の半導体材料のスライス片２と向かい合うように配置されて、計測対象の半導体材料のスライス片２に放射線を集中させるためにレンズ７を備えている。典型的には、光学プローブ６は、図１に示すように、計測対象の半導体材料のスライス片２の外面に対して、垂直であるかまたはわずかに角度を付けられて、配置されている。典型的には、光学プローブ６は、赤外線が伝播する空気、液体、または他の適切な伝播媒体を介して、半導体材料のスライス片２の外面から離れて配置されている。

図１に示された実施の形態によれば、赤外線放射源４を光学カプラ９へ接続する第一光学ファイバ８と、光学カプラ９をスペクトル計５に接続する第二光学ファイバ１０と、光学カプラ９を光学プローブ６へ接続する第三光学ファイバ１１と、がある。第一光学ファイバ８、第二光学ファイバ１０及び第三光学ファイバ１１は、最後には、それ自体は既知であり図１には示されていないサーキュレータに到達する、あるいは、カプラ９として機能する別の装置に到達する。

図１に示された実施の形態によれば、スペクトル計５は、第二光学ファイバ１０を介して受光される放射線を回折装置１３（例えば格子状又は他の機能的に等価な装置）に向けて平行にする少なくとも一つのレンズ１２を含む。そして、回折装置１３によって反射された放射線を放射線検出器１５に集光する少なくとも一つの更なるレンズ１４を含む（典型的には、例えばＩｎＧａＡｓセンサのような、感光性要素の配列によって形成される）。

赤外線放射源４は、赤外線の低コヒーレンスビームを放射する。更に、低コヒーレンスビームは、単一の振動数（時間に対して一定の振動数）ではなく、多数の振動数であることを意味する。

近年使用されている半導体材料は主にシリコンからなり、シリコンは十分赤外線を透過するので、好ましい実施の形態においては赤外線が採用されている。

図２に示され、一般に知られている構成によれば、光学プローブ６が、計測対象の半導体材料のスライス片２に向けて方向付けられる赤外線放射ビームＩを放射する。そのような放射線Ｉの一部（反射される放射線Ｒ１）は、半導体材料のスライス片２に入り込むことなく、外面１６によって光学プローブ６へ向けて反射されて戻される。赤外線Ｉの他の一部（反射される放射線Ｒ２）は、半導体材料のスライス片２に入り込んで、外面１６に対して反対側に位置する内面１７によって光学プローブ６へ向けて反射されて戻される。理解のために、図２において、投射される放射線Ｉと反射される放射線Ｒとは、半導体材料のスライス片２に対して９０°とは異なる角度を形成して描写されていることが留意される。実際には、前述のとおり、これらの放射線は−更に詳細にはそれらの伝播は−、半導体材料のスライス片２に対して垂直または略垂直となることができる。

光学プローブ６は、半導体材料のスライス片２に入り込むことなく外面１６によって反射される放射線Ｒ１と、半導体材料のスライス片２に入り込んで内面１７によって反射される放射線Ｒ２と、の両方を集光する。図２に示されるように、半導体材料のスライス片２に入り込んで内面１７によって反射される放射線Ｒ２は、内面１７におけるたった一回の反射の後、内面１７における二回の連続する反射の後、または更に一般的には、内面１７におけるＮ回の連続する反射の後に、半導体材料のスライス片２を離れていく。明らかなように、放射線Ｒ２の残りの強度がほぼ零になるまで、各反射の度に、放射線Ｒ２の一部が、外面１６を透過して半導体材料のスライス片２を離れていく。

同様の物理現象によって、エネルギーの一部が、半導体材料のスライス片２を離れて内面１７を介して補助層３に入っていくいく放射線によって伝達されるにつれて失われる、ということが留意される。

前述したように、赤外線ビームは、異なる振動数を有する（すなわち、異なる波長を有する）放射線群からなる。

調査対象の半導体材料のスライス片２の厚さに対する公称値が与えられているので、スライス片２の光学的厚さの２倍が自身の波長の整数倍に等しい、というような波長の放射線が確実に存在するように、放射線源４で利用できる放射線振動数が選択される。光学的厚さは、スライス片２を通過する放射線の横断経路の長さとして表されている。

結果として、この放射線は、内面１７によって反射される場合、外面１６によって反射される同じ波長の放射線と同位相で半導体材料のスライス片２を離れていき、干渉（建設的干渉）の最大量を決定するように後者の放射線に加えられる。一方で、調査対象の半導体材料のスライス片２の光学的厚さの２倍が半波長の奇数倍に等しい、というような波長を有する放射線は、内面１７によって反射される場合、外面１６によって反射される同じ波長の放射線と逆位相で半導体材料のスライス片２を離れていき、干渉（相殺的干渉）の最小量を決定するように後者の放射線に加えられる。

反射される放射線Ｒ１とＲ２との間における干渉の結果は、光学プローブ６によって集光されて、スペクトル計５に伝送される。スペクトル計５によって各振動数を（すなわち、各波長を）検知されるスペクトルは、建設的干渉と相殺的干渉との反復によって決定される異なる（一様でない）強さを有する。

演算処理装置１８が、スペクトル計５からスペクトルを表す情報を受け取り、それ自体は既知である数学的演算によって当該情報を解析する。特に、スペクトル計５から受け取られたスペクトルの情報のフーリエ解析を実行することと、半導体材料の屈折率を知ることとによって、演算処理装置１８は、半導体材料のスライス片２の厚さを決定する（測定する）ことができる。

更に詳細に言えば、演算処理装置１８において、受け取られたスペクトルの情報は、（波長の関数として、）周期関数の図表とされ得る。そして、それ自体既知の方法で、フーリエ級数へのモデル化によって数学的に表現され得る周期関数として適切に処理される。反射された放射線Ｒ１とＲ２との特徴的な干渉のパターンは、正弦曲線を描く関数（建設的干渉現象と相殺的干渉現象とが交互に現れる）として広がっている。この正弦曲線の振動数は、放射線が通過する半導体材料のスライス片２の厚みを通る光学的厚さの長さに比例する。結局、前記正弦曲線のフーリエ変換を行うことによって、半導体材料のスライス片２を通る光学的距離の値が決定され、これによって半導体材料のスライス片２の対応厚さ（光学的距離の半分に対応する）が決定され得る。半導体材料のスライス片２の実際の厚さは、半導体材料のスライス片２の前記光学的厚さを半導体材料のスライス片２の屈折率（例えば、シリコンについて、屈折率は約３．５に等しい）で割ることによって、容易に得られる。

上述したように、光学的距離（とこれによる光学的厚さ）は、前記正弦関数の振動数を基に決定される（計算される）。直接的に計測され得る厚さの下限値は、使用される放射線の波長帯域内で利用可能にされた波数の連続的な間隔の大きさに反比例することが、既知の物理法則を適用することによって示され得る。波数は、波長に反比例するものである。

図３に示された構成によれば、放射線源４は、第一波長帯域内にある多数の波長からなる第一低コヒーレンス放射線ビームを放射するエミッタ１９と、前記第一波長帯域とは異なる第二波長帯域内にある多数の波長からなる第二低コヒーレンス放射線ビームを放射するエミッタ２０と、半導体材料のスライス片２の厚さに応じてエミッタ１９又はエミッタ２０を選択的に採用することができるコミュテータ２１と、を含む。好ましい実施の形態によれば、放射線源４は、第一光ファイバ８で終結し２つのエミッタ１９とエミッタ２０によって第一光ファイバ８の方へ向けて放射される放射線ビームを伝達するようになっている光ファイバを備える光学伝達装置２２を、含んでいる。例えば、光学伝達装置２２は、既知の態様で、それ自体は既知の１つ以上のカプラやサーキュレータによって、実現され得る。それ故、詳細は図示されていない。コミュテータ２１は、例えば、一端においてエミッタ１９とエミッタ２０とで終結し、他端において第一光ファイバ８で終結する光学スイッチによって、またはさもなければ、図３で簡略化された形態で示されるように、エミッタ１９またはエミッタ２０を選択的に切換える装置として、実現され得る。この実施の形態では、エミッタ１９とエミッタ２０とは、第一光ファイバ８に常に光学的に接続されている。そして、コミュテータ２１は、一度に常にただ１つのエミッタ１９またはエミッタ２０を起動状態にすることによって、エミッタ１９とエミッタ２０との電気的制御をしており、もう一方のエミッタ２０またはエミッタ１９は起動されていない状態のままである。

換言すれば、コミュテータ２１の動作のおかげで、放射線源４は、調査対象の物体２の厚さに応じて、異なる放射線帯域を有する２つの異なる放射線を選択的に放射する。エミッタ１９によって放射される第一放射線ビームの第一波長帯域は、エミッタ２０によって放射される第二放射線ビームの第二波長帯域の第二中心値より大きい第一中心値を有する。２つの放射線波長帯域とそれらの個別の中心値とは、ここに記述される組合方法のために、第一光ファイバ８で利用可能にされた波数の連続する間隔の大きさの拡張となるよう、目的に合うように選択される。

コミュテータ２１は、物体２の厚さが所定のしきい値より大きい場合に、第一エミッタ１９を作動させ、物体２の厚さが所定のしきい値より小さい場合に、第二エミッタ２０を作動させる。そのような態様で、物体２の厚さが所定のしきい値より大きい場合に、最大の第一中心値を有する第一波長帯域を有する第一放射線ビームが利用される。一方、前記物体２の厚さが所定のしきい値より小さい場合に、最小の第二中心値を有する第二波長帯域を有する第二放射線ビームが利用される。

一例として、半導体材料のスライス片２がシリコンからなる場合、第一波長帯域の第一中心値は、１２００ｎｍ乃至１４００ｎｍであり、第二波長帯域の第二中心値は、７００ｎｍ乃至９００ｎｍである。更に、この場合、所定のしきい値は、５ミクロン乃至１０ミクロンである。

理論的考察と実験とに基づいて、半導体材料のスライス片２に向けて方向付けられる放射線ビームＩの波長帯域の中心値を下げることによって（即ち、放射線Ｉの波長を下げること、結果として放射線Ｉで利用可能にされた波数の連続する間隔の大きさを増加させることによって）、最小計測可能厚さによって決定される制限をかなり減らすことが可能となる、ことが留意される。放射線Ｉの波長を下げることは、半導体材料のスライス片２の反射率及び吸光度と放射線の波長との間の確実な物理的関係に対する強制的帰結を超えることはできない、ことが留意される。なぜならば、波長を下げることによって、半導体材料内の透過率もまた下がり、そして、放射エネルギーの結果として生じる損失は、適切な計測を遂行することをより困難にさせるからである。

本発明は、半導体材料はある下限値より小さい波長を有する放射線を完全に又はほぼ完全に透過しない、という事実を利用する。波長を下げることによって、物体に入っていく放射線の分量は減少し、材料の吸光現象のせいで、放射線が通過可能な厚さもまた減少する。

しかしながら、シリコンスライス片の厚さが約１０ミクロンより小さくなると、放射エネルギー損失への前記吸収の寄与は減少する。また、シリコンスライス片自身をより小さい波長を有する放射線に対して、可視赤色やそれを超える波長を有する放射線に対してさえ、十分に透過性（即ち、通過可能である）にさせる。

上記に関連して、図５のグラフは、シリコンのスライド片内で後者の厚さが増加する場合放射線伝導がどのように変化するか、より詳細にはどのように減少するか、を示している。図５において、破線２４は比較的長い波長（例えば１２００ｎｍ）を示しており、一方で、途切れない線２５は短い波長（例えば８２６ｎｍ）を示している。吸収現象は長い波長にとっては無視でき、放射線の波長が減少すると増加することに気付くことができる。しかしながら、既に上述したように、厚さが小さい場合、スライス片は比較的短い波長の放射線を十分に透過する。

本発明の更なる特徴によれば、第二エミッタ２０の電力は制御されることが可能である。具体的には、吸収による放射エネルギー損失が好適な結果の達成を危うくすることを避けるべく、電力は増加され得る。半導体材料のスライス片２の厚さが所定のしきい値より大きい場合、長い波長を有し第一放射線ビームを放射する第一エミッタ１９が利用される。

半導体材料のスライス片２の厚さが所定のしきい値より小さい場合、より短い波長を有する第二放射線ビームを放射するエミッタ２０が利用される。より短い波長を有する第二放射線ビームの採用（半導体材料のスライス片２の厚さが小さい場合に限り可能である）は、より長い波長を有する第一放射線ビームが利用される場合に計測可能な値よりかなり小さい半導体材料のスライス片２の厚さの値を計測することを可能にする。

コミュテータ２１は、半導体材料のスライス片２の予測厚さが所定のしきい値より大きいか小さいかに応じて、例えばキーボードによって、コミュテータ２１へ制御信号を送信しこれによりエミッタ１９またはエミッタ２０を起動するコミュテータ２１を制御するオペレータによって、手動で制御され得る。別の手段として、コミュテータ２１は、演算処理装置１８によって自動で制御され得る。この場合、コミュテータ２１は経験的に制御され得る。演算処理装置１８は、エミッタ１９が起動されることを引き起こし、半導体材料のスライス片２の厚さの信頼性ある見積もりが実施され得るかを検査する。肯定的な場合、及び、半導体材料のスライス片２の見積もられた厚さが所定のしきい値より大きい場合、エミッタ１９を起動させることは適切である。一方で、否定的な場合、及び／または、半導体材料のスライス片２の見積もられた厚さが所定のしきい値より小さい（またはほぼ等しい）場合、演算処理装置１８は、エミッタ２０が起動されること（及びエミッタ１９が非起動状態とされること）を引き起こし、半導体材料のスライス片２の厚さの信頼できる見積もりが実施され得るかを検査する。半導体材料のスライス片２の厚さの２つの信頼性ある見積もりが、エミッタ１９とエミッタ２０との両方のビームを続けて利用することによって（典型的には、半導体材料のスライス片２の計測された厚さが所定のしきい値近傍の範囲にあるとき）実施され得る場合には、半導体材料のスライス片２の計測された厚さは、２つの評価の一方に等しいと推定されるか、または、２つの評価の間の平均（例えば加重平均）に等しいと推定される。

一例として、図３に示された実施の形態において、放射線源４は２つのエミッタ１９とエミッタ２０とを含むが、明らかに、２つより多いエミッタが存在し得る（典型的には、３つ以下または最大で４つのエミッタ）。

例えば、３つのエミッタの場合において、２つのしきい値が前もって決定される。半導体材料のスライス片２の厚さが所定の第一しきい値より大きい場合には、より長い波長を有することを特徴とする第一波長帯域の第一放射線ビームを放射する第一エミッタが起動される。半導体材料のスライス片２の厚さが２つの所定のしきい値の間にある場合には、中間の波長を有することを特徴とする第二波長帯域の第二放射線ビームを放射する第二エミッタが起動される。そして、半導体材料のスライス片２の厚さが所定の第二しきい値より小さい場合には、より短い波長を有することを特徴とする第三波長帯域の第三放射線ビームを放射する第三エミッタが起動される。好ましくは、各エミッタ１９またはエミッタ２０は、ＳＬＥＤ（高輝度発光ダイオード）によって形成される。

図３に示された実施の形態によれば、１つのスペクトル計５、１つの光学プローブ６、及び、２つのエミッタ１９及びエミッタ２０と半導体材料のスライス片２の厚さに応じて当該エミッタ１９またはエミッタ２０を選択的に起動させる１つのコミュテータ２１とを順に有する放射線源４と、を含む単一のシステム１が使用され得る。

図４に示された他の実施の形態によれば、図４において参照符号１ａと１ｂとで示された２つの別個のシステムを含む計測装置または計測ステーション２３がある。各システムは、各々のスペクトル計５ａ（及び５ｂ）と、光学プローブ６ａ（及び６ｂ）と、光学カプラ９ａ（及び９ｂ）と、放射線源４ａ（及び４ｂ）と、を備える。そして、コミュテータ２１は、物体２の厚さに応じて、システム１ａまたはシステム１ｂを選択的に作動させる。スペクトル計５ａとスペクトル計５ｂとは両方とも、受け取られたスペクトルに基づいてスライス片２の厚さを決定する（計算する）ために、同一の演算処理装置１８に接続されている。この実施の形態において、システム１ａの放射線源４ａは、第一波長帯域内にある多数の波長からなる第一放射線ビームを放射する。一方、システム１ｂの放射線源４ｂは、第一波長帯域とは異なる第二波長帯域内にある多数の波長からなる第二放射線ビームを放射する。

図４に示された実施の形態において、２つのシステム１は、常にスイッチを入れた状態にされ得る（この場合コミュテータ２１は省かれる）。一般的に、（即ち、半導体材料のスライス片２の厚さが、所定のしきい値から離れているとき、）二つのシステム１ａとシステム１ｂのうちの１つだけが、半導体材料のスライス片２の厚さの信頼性ある見積もりを与えるスペクトルの情報を演算処理装置１８に提供する。一方で、特別な場合においては（つまり、半導体材料のスライス片２の厚さが、所定のしきい値の近傍の範囲にあるとき、）、二つのシステム１ａとシステム１ｂとの両方が、半導体材料のスライス片２の厚さの信頼性ある見積もりを与えるスペクトルの情報を演算処理装置１８に提供する。上記に開示されたように、この状況下では、半導体材料のスライス片２の計測された厚さは、２つの見積もりの一方に等しいと推定されるか、または、２つの見積もりの間の平均（例えば加重平均）に等しいと推定される。

図６は、本発明による他の計測装置２６を示す。当該計測装置２６は、図４のステーション２３に実質的に類似している。しかし、計測装置２６は、２つの完全に別個のシステムの代わりに、符号１ｃと１ｄを割付けされた２つの別個のアセンブリと単一の光学プローブ６ｃｄとを含む。

スペクトル計５ａ、５ｂ、光学カプラ９ｃ、９ｄ、及び、放射線源４ｃ、４ｄは、各アセンブリ１ｃ、１ｄのための図６内に示されている。計測装置２６の動作は、ステーション２３の１つに類似し、コミュテータ２１は、物体２の厚さに応じて、アセンブリ１ｃまたはアセンブリ１ｄを選択的に作動させる。放射線源４ｃと４ｄは、２つの異なる波長帯域内、例えば、前述した第一中心値を有する第一波長帯域内及び前述した第一中心値より小さい第二中心値を有する第二波長帯域内、にある波長を有する第一及び第二放射線ビームをそれぞれ放射することができる。第一スペクトル計５ｃと第二スペクトル計（または、追加スペクトル計）５ｄとは、互いに異なっており、例えば、異なる回折格子と、それぞれ前記第一及び第二の波長帯域内にある波長を有する放射線で作動する適切な特徴を有する放射線検出器とを含んでいる。

本発明による別の計測装置２７が、図７に示される。当該計測装置２７は、１つの放射線源４ｅｆ、１つの光学カプラ９ｅｆ、１つの光学プローブ６ｅｆ、１つの第一スペクトル計５ｅ、及び、１つの第二あるいは追加スペクトル計５ｆと、を備えるシステムを実質的に含む。スペクトル計５ｅとスペクトル計５ｆとは、それぞれ計測装置２６（図６）のスペクトル計５ｃとスペクトル計５ｄとに実質的に類似している。即ち、各スペクトル計５ｅとスペクトル計５ｆとは、それぞれ第一波長帯域または別個の第二波長帯域内にある波長を有する放射線で作動するための適切な特徴を備える。ここで、第一波長帯域の第一中心値は、第二波長帯域の第二中心値より大きい。放射線源４ｅｆは、前述した第一及び第二波長帯域の両方の波長を含む広範囲波長域内にある放射線を放射する。そして、放射線源４ｅｆは、単一のエミッタ、例えば約７５０ｎｍ乃至１５００ｎｍ以上の間の波長範囲を有する、例えばハロゲンランプ、または好ましくは、スーパーコンティニュウムレーザ源（Supercontinuum laser source）、を含み得る。放射線源４ｅｆによって生成される放射線は、光学プローブ６ｅｆへ送られる。そして、干渉の結果（図１と図２とに関連して前述されたように行われる）が、光学プローブ６ｅｆによって戻され、光学カプラ９ｅｆを介して、スペクトル計５ｅとスペクトル計５ｆへ伝達される。物体２の公称厚さに応じて、例えば、そのような公称厚さが所定のしきい値より大きいかまたは小さいかに応じて、コミュテータ２１は、適切な特徴を備えるスペクトル計５ｅまたはスペクトル計５ｆを選択的に起動させる。図４及び図６の装置２３及び装置２６について起こることと同様に、スペクトル計５ｅとスペクトル計５ｆは、受け取られるスペクトルに基づいてスライス２の厚さを決定する（計算する）ために、演算処理装置１８へ接続されている。

わずかに異なる実施の形態においては、コミュテータ２１（例えば光学スイッチ）は、物体２の公称厚さが所定のしきい値より大きいか小さいかに応じて、スペクトル計５ｅまたはスペクトル計５ｆへ選択的に前記干渉の結果を伝達するために、光学カプラ９ｅｆの出力側に配置され得る。

図２に示された実施例は、補助層３上に配置された半導体材料の単一のスライス片２の場合について示している。しかしながら、本発明による方法、計測装置、及び、計測システムの適用は、このタイプの小片の寸法検査に制限されない。実際、そのような方法と計測装置は、例えば一つ以上の半導体材料のスライス片２の厚さ、及び／または、それ自体既知の多層構造内に配置された他の材料からなる層の厚さを計測することにもまた、適用され得る。多層構造内において、単一のスライス片２または単層の厚さは、隣接するスライス片２または隣接する層の集まりの厚さと同様に、計測され得る。

前述した計測装置１、２３、２６及び２７は、容易に安く実現され得るので、多くの利点を有する。特に、前述した装置は、類似の既知のシステムや計測装置によって計測される厚さより、かなり小さい厚さを計測することが可能である。

さらに、本発明による方法と計測装置は、特に、シリコン材料のスライス片のような物質２の機械的加工工程の前、間または後に、作業環境内で検査及び計測を実施するようになっている。

Claims (17)

1. 外面と、当該外面に対して反対側に位置する内面と、を備える物体の厚さを干渉分析法によって光学的に計測するための方法であって、
   少なくとも１つの放射線源によって所定波長帯域内で多数の波長を含む低コヒーレンスの放射線ビームを放射する工程と、
   少なくとも１つの光学プローブによって前記物体の前記外面へ向けて放射線ビームを方向付ける工程と、
   前記少なくとも１つの光学プローブによって前記物体によって反射される放射線ビームを集積する工程と、
   少なくとも１つのスペクトル計によって、前記物体に入り込むことなく前記外面によって反射される放射線ビームと、前記物体に入り込んで前記内面によって反射される放射線ビームと、の間の干渉の結果であるスペクトルを分析する工程と、
   前記少なくとも１つのスペクトル計によって提供されるスペクトルの関数として前記物体の厚さを計算する工程と、
   前記物体の厚さが所定のしきい値より大きい場合に、第一中心値を有する第一波長帯域内にある多数の波長を含む第一放射線ビームを採用する工程と、
   前記物体の厚さが所定のしきい値より小さい場合に、前記第一波長帯域の第一中心値より小さい第二中心値を有する第二波長帯域内にある多数の波長を含む第二放射線ビームを採用する工程と、
   を備えたことを特徴とする方法。
2. 前記物体の厚さが所定のしきい値の近傍の範囲である場合に、前記第一放射線ビームと前記第二放射線ビームとのどちらも採用する工程を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 外面と、当該外面に対して反対側に位置する内面と、を備える物体の厚さを干渉分析法によって光学的に計測するための方法であって、
   少なくとも１つの放射線源によって所定波長帯域内で多数の波長を含む低コヒーレンスの放射線ビームを放射する工程と、
   少なくとも１つの光学プローブによって前記物体の前記外面へ向けて放射線ビームを方向付ける工程と、
   前記少なくとも１つの光学プローブによって前記物体によって反射される放射線ビームを集積する工程と、
   少なくとも１つのスペクトル計によって、前記物体に入り込むことなく前記外面によって反射される放射線ビームと、前記物体に入り込んで前記内面によって反射される放射線ビームと、の間の干渉の結果であるスペクトルを分析する工程と、
   前記少なくとも１つのスペクトル計によって提供されるスペクトルの関数として前記物体の厚さを計算する工程と、
   前記物体の厚さが所定のしきい値より大きい場合に、第一中心値を有する第一波長帯域に属する放射線のスペクトルを分析するようになっている少なくとも２つのスペクトル計の一方を採用する工程と、
   前記物体の厚さが所定のしきい値より小さい場合に、前記第一中心値より小さい第二中心値を有する第二波長帯域に属する放射線のスペクトルを分析するようになっている前記少なくとも２つのスペクトル計の他方を採用する工程と、
   を備えたことを特徴とする方法。
4. 前記第一波長帯域の第一中心値は、１２００ｎｍ乃至１４００ｎｍであり、
   前記第二波長帯域の第二中心値は、７００ｎｍ乃至９００ｎｍである
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記所定のしきい値は、５ミクロン乃至１０ミクロンである
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記物体は、機械加工工程の過程で検査されて、
   前記２つの異なる放射線ビーム又は前記２つのスペクトル計の、一方又は他方が、前記物体の厚さに応じて採用される
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 単一の放射線源を含む計測装置が採用されている
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。
8. ２つの個別の独立した装置を採用する、各々が１つのスペクトル計と１つの光学プローブと１つの放射線源とを有する
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記物体は、半導体材料のスライス片である
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記物体は、シリコンのスライス片である
    ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記放射線ビームは、前記物体の外面に向けて実質的に垂直に方向付けられる
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 外面（１６）と、当該外面（１６）に対して反対側に位置する内面（１７）と、を有する物体（２）の厚さを干渉分析法によって光学的に計測するための計測装置（２３；２６；２７）であって、
    所定帯域内で多数の波長を含む低コヒーレンスの放射線ビーム（Ｉ）を放射する少なくとも１つの放射線源（４ａ；４ｂ；４ｃ、４ｄ；４ｅｆ）と、
    前記物体（２）に入り込むことなく前記外面（１６）によって反射される放射線ビーム（Ｒ１）と、前記物体（２）に入り込んで前記内面（１７）によって反射される放射線ビーム（Ｒ２）と、の間の干渉の結果であるスペクトルを分析するスペクトル計（５ａ；５ｃ；５ｅ）と、
    前記少なくとも１つの放射線源（４ａ；４ｂ；４ｃ、４ｄ；４ｅｆ）と前記スペクトル計（５ａ；５ｃ；５ｅ）とに光ファイバ（８，１０，１１）を介して接続されており、前記物体（２）の前記外面（１６）へ向けて前記少なくとも１つの放射線源（４ａ；４ｂ；４ｃ、４ｄ；４ｅｆ）によって放射される放射線ビーム（Ｉ）を方向付けると共に、前記物体（２）によって反射される放射線ビーム（Ｒ）を集積するべく、計測対象の前記物体（２）の前方に配置される少なくとも１つの光学プローブ（６ａ；６ｂ；６ｃｄ；６ｅｆ）と、
    前記スペクトル計（５ａ；５ｃ；５ｅ）によって提供されるスペクトルの関数として前記物体（２）の厚さを計算する演算処理装置（１８）と、
    前記少なくとも１つの光学プローブ（６ａ；６ｂ；６ｃｄ；６ｅｆ）に接続される追加スペクトル計（５ｂ；５ｄ；５ｆ）と、
    を備え、
    前記スペクトル計（５ａ；５ｃ；５ｅ）は、第一波長帯域内で第一中心値を有する多数の波長を有する反射される放射線ビームの間の干渉の結果であるスペクトルを分析するようになっており、
    前記追加スペクトル計（５ｂ；５ｄ；５ｆ）は、第二波長帯域内で第二中心値を有する多数の波長を有する反射される放射線ビームの間の干渉の結果であるスペクトルを分析するようになっている、
    ことを特徴とする計測装置（２３；２６；２７）。
13. 前記物体（２）の厚さが所定のしきい値より大きい場合に、前記スペクトル計（５ａ；５ｃ；５ｅ）を起動させ、前記物体（２）の厚さが所定のしきい値より小さい場合に、前記追加スペクトル計（５ｂ；５ｄ；５ｆ）を起動させるコミュテータ（２１）を更に備える
    ことを特徴とする請求項１２に記載の計測装置（２３；２６；２７）。
14. 前記少なくとも１つの放射線源は、
    第一波長帯域内にある多数の波長を含む放射線ビームを放射するようになっている第一放射線源（４ａ；４ｃ）と、
    第二波長帯域内にある多数の波長を含む放射線ビームを放射するようになっている第二放射線源（４ａ；４ｃ）と、
    を備え、
    前記第二波長帯域は、前記第一波長帯域と異なっており、
    前記第二中心値は、前記第一波長帯域の第一中心値より小さい
    ことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の計測装置（２３；２６）。
15. 前記少なくとも１つの放射線源は、前記第一波長帯域と前記第二波長帯域の波長を含む波長帯域内の放射線ビームを放射するようになっている単一の放射線源（４ｅｆ）を有する
    ことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の計測装置（２７）。
16. 少なくとも２つの計測装置（１ａ、１ｂ）を備えており、
    各計測装置（１ａ、１ｂ）は、１つの放射線源（４ａ、４ｂ）と、前記スペクトル計（５ａ）と前記追加スペクトル計（５ｂ）のうちの１つと、
    を有している
    ことを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の計測装置（２３）。
17. 外面（１６）と、当該外面（１６）に対して反対側に位置する内面（１７）と、を有する物体（２）の厚さを干渉分析法によって光学的に計測するための装置（１）であって、 所定帯域内で多数の波長を含む低コヒーレンスの放射線ビーム（Ｉ）を放射する放射線源（４）と、
    前記物体（２）に入り込むことなく前記外面（１６）によって反射される放射線ビーム（Ｒ１）と、前記物体（２）に入り込んで前記内面（１７）によって反射される放射線ビーム（Ｒ２）と、の間の干渉の結果であるスペクトルを分析する少なくとも１つのスペクトル計（５）と、
    前記放射線源（４）と前記少なくとも１つのスペクトル計（５）とに光ファイバ（８，１０，１１）を介して接続されており、前記物体（２）の前記外面（１６）へ向けて前記放射線源（４）によって放射される放射線ビーム（Ｉ）を方向付けると共に、前記物体（２）によって反射される放射線ビーム（Ｒ）を集積するべく、計測対象の前記物体（２）の前方に配置される光学プローブ（６）と、
    前記少なくとも１つのスペクトル計（５）によって提供されるスペクトルの関数として前記物体（２）の厚さを評価する演算処理装置（１８）と、
    を備え、
    前記放射線源（４）は、
    第一中心値を有する第一波長帯域内にある多数の波長を含む低コヒーレンスの放射線ビームを放射する第一エミッタ（１９）と、
    前記第一波長帯域の第一中心値より小さい第二中心値を有し、前記第一波長帯域とは異なる第二波長帯域内にある多数の波長を含む低コヒーレンスの放射線ビームを放射する少なくとも１つの第二エミッタ（２０）と、
    前記物体（２）の厚さに応じて、前記第一エミッタ（１９）又は前記第二エミッタ（２０）を選択的に採用することができるコミュテータ（２１）と、
    を有することを特徴とする計測システム（１）。

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