TWI840495B - 光學測定系統及光學測定方法 - Google Patents
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Abstract
本發明對以先前的光學測定裝置測定精度可能會降低的樣品，亦可以提供更高的精度測定光學特性的構成。本發明的光學測定系統，包含：光源，其係用於產生照射樣品的測定光；分光檢測器，其係用於感應樣品藉由測定光所產生的反射光或穿透光；及處理裝置，其係用於輸入分光檢測器的檢測結果。處理裝置，構成為可執行：根據分光檢測器的檢測結果算出第1光譜的處理；標定在第1光譜，關於波長的振幅變化滿足既定條件的區段的處理；使用從第1光譜去除標定區段資訊的第2光譜算出樣品的光學特性的處理。
Description
本發明係關於能夠測定樣品的膜厚等的光學特性的光學測定系統及光學測定方法。
從先前，已知藉由觀測光干涉所顯現的光，測定樣品的膜厚等光學特性的技術。例如，日本特開2009-092454號公報，揭示能夠以更高的精度測定具有波長依存性的多層膜試料的膜厚的多層膜分析裝置等。此外，日本特開2018-205132號公報，揭示可將樣品膜厚的面內分佈更高速且高精度測定的光學測定裝置等。
使用如上所述的光學測定裝置，測定液晶材料或聚合物材料(例如，PET薄膜等)的樣品膜厚時，根據該等材料所具有的異向性，有使測定精度會降低的課題。此外，測定構造具有複數厚度的樣品時，亦有使測定精度降低的課題。
本發明的一個目標係在於對以先前的光學測定裝置測定精度可能會降低的樣品，亦可以提供更高的精度測定光學特性的構成。
遵照本發明的一局面的光學測定系統，包含：光源，其係用於產生照射樣品的測定光；分光檢測器，其係用於感應樣品藉由測定光所產生的反射光或穿透光；及處理裝置，其係用於輸入分光檢測器的檢測結果。處理裝置，構成為可執行：根據分光檢測器的檢測結果算出第1光譜的處理；標定在第1光譜，關於波長的振幅變化滿足既定條件的區段的處理；使用從第1光譜去除標定區段資訊的第2光譜算出樣品的光學特性的處理。
標定的處理，亦可包含：對第1光譜，依序設定具有預先決定的波長寬幅的評價窗的處理；根據包含在各評價窗的第1光譜的振幅的變化，判斷對應各評價窗的區段是否滿足既定條件的處理。
判斷對應各評價窗的區段是否滿足既定條件的處理，亦可包含：算出在對應第1光譜的各評價窗的區段的振幅的誤差程度的處理。
在對應第1光譜的各評價窗的區段的振幅的誤差程度低於既定限值時，亦可判斷對應該評價窗的區段滿足既定條件。
評價窗的波長寬幅，亦可對每一樣品種類預先設定。
算出樣品光學特性的處理，亦可包含：根據對第2光譜做傅立葉轉換的結果所出現的波峰算出膜厚的處理。
算出第1光譜的處理，亦可包含：作為第1光譜，根據分光檢測器的檢測結果算出樣品反射率光譜的處理。
算出第1光譜的處理，亦可包含：作為第1光譜，從根據分光檢測器的檢測結果算出樣品的反射率光譜，算出去除來自包含在樣品的測定對象外的層的資訊的反射率光譜的處理。
算出第1光譜的處理，亦可進一步包含：將樣品的反射率光譜做傅立葉轉換算出第3光譜的處理；標定第3光譜之中，來自包含在樣品中的測定對象外的層的波峰的處理；及將該標定的波峰及該波峰附近的資訊從第3光譜去除算出第4光譜的處理。
算出第1光譜的處理，亦可進一步包含：將第4光譜做逆傅立葉轉換算出第1光譜的處理。
遵照本發明的一局面的光學測定方法，包含：從光源對樣品照射測定光，根據分光檢測器感應樣品藉由該測定光所產生的反射光或穿透光所得檢測結果，算出第1光譜的步驟；標定在第1光譜，關於波長的振幅變化滿足既定條件的區段的步驟；使用從第1光譜去除標定區段資訊的第2光譜算出樣品的光學特性步驟。
此發明的上述及其他目標、特徵、局面及優點，應可從關於與附圖一起理解的該發明的如下詳細說明更加明瞭。
[較佳的實施形態的說明]
關於本發明的實施形態，邊參照圖面詳細說明。再者，關於圖中相同或相當的部分，附以相同符號不重複說明。
>A.光學測定系統>
首先，說明關於遵照本實施形態的光學測定系統1的構成例。
圖1係表示遵照本實施形態的光學測定系統1的構成例的示意圖。光學測定系統1，包含：光源10，其係用於產生照射樣品2的測定光；分光檢測器20，其係用於感應樣品2藉由測定光所產生的觀測光(如後所述的反射光或穿透光)；及處理裝置100，其係輸入分光檢測器20的檢測結果。處理裝置100，係根據分光檢測器20的檢測結果算出樣品2的光學特性(典型為膜厚)。光源10與分光檢測器20，經由具有朝向樣品2的照射口的Y型光纖4，做光學性連接。
在光學測定系統1，藉由從光源10對樣品2照射測定光，觀測在樣品2內部所產生的光干涉所顯現的光，測定包含在樣品2的1或複數膜的膜厚等。
在圖1作為典型例表示對樣品2照射測定光，觀測樣品2所產生的反射光的反射光學系，惟亦可採用對樣品2照射測定光，觀測穿透樣品2的穿透光的穿透光學系。
光源10，產生具有既定波長範圍的測定光。測定光的波長範圍，可按照應從樣品2測定的波長資訊的範圍決定。光源10，可使用例如鹵素燈或白色LED等。
圖2係表示包含在遵照本實施形態的光學測定系統1的分光檢測器20的剖面結構例的示意圖。參照圖2，分光檢測器20，包含：繞射光柵22，其係將經由Y型光纖4入射的光繞射；受光部24，其係對應繞射光柵22而配置；及界面電路26，其係與受光部24電性連接，用於將檢測結果輸出到處理裝置100。受光部24，係以線性傳感器或2維傳感器等構成，能夠將每個頻率成分的強度作為檢測結果輸出。
圖3係表示包含在遵照本實施形態的光學測定系統1的處理裝置100的構成例的示意圖。參照圖3，處理裝置100，包含：處理器102；主記憶體104；輸入部106；顯示部108；儲存裝置110；通訊界面120；網路界面122；及媒體驅動器124。
處理器102，典型為CPU(Central Processing Unit：中央處理器)或GPU(Graphics Processing Unit：圖形處理器)等演算處理部，將儲藏在儲存裝置110的1或複數程式讀取到主記憶體104而執行。主記憶體104，係DRAM(Dynamic Random Access Memory：動態隨機存取記憶體)或SRAM(Static Random Access Memory：靜態隨機存取記憶體)等揮發性記憶體，作用作為處理器102執行程式的工作記憶體。
輸入部106，包含：鍵盤或滑鼠等，接受來自用戶的操作。顯示部108，係將處理器102執行程式結果等對用戶輸出。
儲存裝置110，係由硬碟、快閃記憶體等的非揮發性記憶體組成，儲藏各種程式或資料。更具體而言，儲存裝置110，係用於保持：作業系統112(OS︰Operating System)；測定程式114；檢測結果116；及測定結果118。
作業系統112，提供處理器102執行程式的環境。測定程式114，藉由處理器102執行，實現遵照本實施形態的光學測定方法等。檢測結果116，包含從分光檢測器20所輸出的數據。測定結果118，包含測定程式114的執行所得膜厚等光學特性的計算值。
通訊界面120，係仲介處理裝置100與分光檢測器20之間的數據傳送。網路界面122，係仲介處理裝置100與外部的伺服器裝置之間的數據傳送。
媒體驅動器124，係從儲藏在記錄媒體126(例如，光學磁片等)讀取在處理器102執行程式等所需數據，儲藏在儲存裝置110。再者，在處理裝置100執行的測定程式114等，亦可經由記錄媒體126等安裝，亦可經由網路界面122等從伺服裝置下載。
測定程式114，可為作為作業系統112的一部分提供的程式模組之中，將所需模組以既定的排列，以既定的時機叫出執行處理。此種情形，關於不含該模組的測定程式114，亦包含在本發明的技術上範圍。測定程式114，亦可組入其他程式的一部分來提供。
再者，亦可將以處理裝置100的處理器102執行測定程式114所提供的功能的全部或一部分，藉由專用的硬體實現。
>B. 課題及解決手段>
接著，說明在關於由本案發明者們所新發現之採用光干涉法的光學測定方法所發生的課題。
圖4係用於說明使用光干涉法的光學測定方法的原理的圖。參照圖4，作為最簡單的例子，假定由介質1(折射率n1
)所組成的樣品2(膜厚d1
)。樣品2的紙面上側與介質0(折射率n0
)相接，樣品2的紙面下側與介質2(折射率n2
)相接。
在如此的狀態，從配置在介質0側的光源向樣品2照射測定光。測定光的一部分，在樣品2的入射面(介質0與介質1的界面)反射(反射率R1
)。測定光的其他的一部分，入射樣品2在樣品2內傳播之後，在相反側的面(介質1與介質2的界面)反射，進一步在樣品2內對逆方向傳播穿透入射面(反射率R2
)。再者，雖未示於圖，在樣品2內發生多重反射，結果可觀測到對應從樣品2射出的光的反射光。
對如此的測定光，在樣品2的表面及樣品2內所產生的各個反射光全體的反射率R012，成為各反射率的共計(R1+R2+R3+‧‧‧)。如以下的(1-1)式所示，反射率R012，成為複反射率r012
的平方值。此外，複反射率r012
，係遵照以下的(1-2)式算出。再者，(1-2)式中的相位β，係遵照以下的(1-3)式算出。
其中，r01
為介質0與介質1的界面的反射率
r12
質1與介質2的界面的反射率
再者，上述(1-1)~(1-3)式，係表示關於具有標定波長λ的測定光的反射率，惟在圖1所示光學測定系統1，係使用具有既定波長範圍的測定光的同時，使用分光檢測器20觀測每個波長的反射光(或，穿透光)，故可測定樣品2的每個波長的反射率(以下稱為「反射率光譜」。)。反射率光譜相當於分光反射率。
根據將測定的反射率光譜做傅立葉轉換所得功率譜所顯現的波峰，可算出對象的樣品2的膜厚或包含在樣品2的各層的膜厚。再者關於使用從穿透光被算出的透過率光譜的場合也同樣能算出包含在對象的樣品2的膜厚或樣品2中的各層的膜厚。
圖5係表示示使用光干涉法的光學測定方法的測定結果的一例。在圖5(A)表示從具有異向性的樣品所測定的反射率光譜的一例，在圖5(B)表示從圖5(A)的反射率光譜所算出的功率譜的一例。再者，圖5(B)的橫軸，係對膜厚d乘上各波長的折射率n(λ)的值(以下，記述為「光學膜厚」或「nd」。)。
如圖5(A)所示，反射率光譜，顯示振幅的大小對波長週期性變動的特性。在圖5(B)所示功率譜，出現三個波峰P1、P2、P3。但是，近接的波峰P1與波峰P2係對應同一層，原本應該出現在同一位置。即，應該在波峰P1與波峰P2之間出現真的波峰。存在波峰P1及波峰P2，則可能誤判而輸出各個膜厚作為測定結果。
在如此的近接位置發生兩個波峰的理由之一，可考慮樣品具有異向性。
圖6係用於說明具有異向性的樣品所產生的雙折射的圖。異向性，係意指根據觀測方向看起來(光學特性)不同。參照圖6，在具有異向性的樣品，對某軸方向(x軸)的折射率nx
，與正交於該軸方向的軸方向(y軸)的折射率ny
未必一致(即nx
≠ny
)。如圖5(B)所示，近接的兩個波峰，可認為是如此的折射率的軸間的些許差Δn(=|nx
ny
|)的影響。
此外，不只是異向性，亦有依存於樣品的構造，出現近接的複數波峰。再者，具有多層結構的樣品具有異向性時，會在各層發生雙折射的影響。
如此地，以光干涉法測定具有異向性的樣品或具有特異構造的樣品時，包含在測定結果的誤差有時會變大。再者，關於具有多層結構的樣品，如此的誤差增大會在各層發生。
在此，起因於異向性的雙折射(折射率的差異)為唯一的原因，則可考慮使用偏光板等只觀測標定軸方向的光來解決。但是，現實上，依存於樣品與偏光板的光學性位置關係(角度)，而包含在觀測光的成分會變化，故測定時需要嚴密的調整光學性位置關係。因此，在依序測定複數樣品等的應用，現實上難以適用。
解決使用如上所述的光干涉法的光學測定方法所發生的課題的手段，概略如下。
在具有如上所述的異向性的樣品所觀測的光反射率光譜，會產生起伏(拍擊)。如此的「起伏」，泛化，則已知振動數僅少許不同的波浪的合成波的振幅週期性反複強弱的現象。例如，看從具有雙折射率nx
、ny
的樣品所測定的反射率光譜，則可使用如下(2)式的關係式泛化。
其中，I：振幅強度
C：切片
如(2)式所示，反射率光譜，包含：依存於雙折射率差(nx
-ny
)的頻率成分(以下稱為「低頻波成分」。)；及依存於雙折射率和(nx
+ny
)的頻率成分(以下稱為「高頻波成分」。)。在此，低頻波成分係意指振幅變化的週期(波長的長度)相對較長的成分，高頻波成分係意指振幅變化的週期(波長的長度)相對較短的成分。
相當於該等頻率成分之中，實際測定對象係相當於膜厚的平均值，係依存於雙折射率和(nx
+ny
)的高頻波成分，依存於雙折射率差(nx
-ny
)的低頻波成分係實際上不存在的疑似資訊(即，誤差要因)。
例如，聲波等的振幅為經時變化的波，則可藉由充分長時間觀測，測定低頻波成分。但由於關於光波無法做時間區域的觀測，故依存於光源及分光檢測器的性能，可觀測的波長範圍被固定地決定。此外，按照欲測定的膜厚(高頻波成分)，決定波長範圍及波長解析度，故在同樣的測定內，並不容易觀測低頻波成分的波。
因此，當在可觀測的波長範圍，包含低頻波成分的至少一部份，則測定誤差可能會增大。即，被觀測的光，係低頻波成分與高頻波成分的混波，故會對實際測定對象的高頻波成分(即，表示膜厚的資訊)造成影響。由於低頻波成分的頻率(振幅變化的週期)依存於樣品，故無法預知。
圖7係用於說明去除在遵照本實施形態的光學測定方法的低頻率成分影響的方法的圖。在圖7(A)表示反射率光譜的低頻波成分的一例，在圖7(B)表示反射率光譜的高頻波成分的一例，在圖7(C)表示將低頻波成分及高頻波成分混波的反射率光譜的一例。再者，在說明的權宜上，在圖7表示單純化的波形。
圖7(A)所示反射率光譜的低頻波成分之中，著眼於振幅小的區段的底段(節)，則對應的反射率光譜的高頻波成分(圖7(B))雖存在振幅，但在圖7(C)所示合成波的反射率光譜，振幅變小，可知失去顯示膜厚的資訊。如此的失去顯示膜厚的資訊，可能成為測定誤差的要因。
本案發明者們，著眼於如上所述的發生在反射率光譜的低頻波成分的底段(節)為測定誤差的要因，將測定的反射率光譜之中，標定低頻波成分的底段的同時，將該標定的底段的至少一部分的資訊，及/或，在底段附近的資訊去除之後，算出光學特性。藉由去除如此的底段的至少一部分及底段附近的資訊，防止測定精度的下降。
以下，說明關於本案發明者們所發現的技術思想的具體化例。
>C. 第1實施形態>
作為第1實施形態，說明包含在從樣品測定的反射率光譜的頻率成分(波峰)的數量相對較少時的處理。遵照第1實施形態的光學測定方法，典型上可適用在測定關於單層膜的樣品的膜厚等。
(c1:處理程序)
首先，說明關於遵照第1實施形態的光學測定方法的處理程序。
圖8表示遵照第1實施形態的光學測定方法的程序的流程圖。在圖8所示主要步驟，典型上可藉由處理裝置100的處理器102將測定程式114(均參照圖3)展開到主記憶體104執行而實現。
參照圖8，首先，準備光學測定系統1(步驟S1)。在步驟S1，執行包含在光學測定系統1的Y型光纖4的照射口的對位，或分光檢測器20的校正處理等。然後，在光學測定系統1的既定位置配置測定對象的樣品2(步驟S2)。
接著，從光源10向樣品2照射測定光，根據分光檢測器20感應樣品2藉由該測定光所產生的反射光或穿透光所得檢測結果，執行算出光譜的處理。在第1實施形態，作為算出光譜的處理，執行根據分光檢測器20的檢測結果算出樣品2的反射率光譜的處理。
更具體而言，藉由分光檢測器20感應，對樣品2照射來自光源10的測定光所產生的反射光，測定反射率光譜(步驟S3)。根據分光檢測器20的檢測結果算出樣品2的反射率光譜的處理，可以分光檢測器20執行，亦可以處理裝置100執行。在步驟S3所測定的反射率光譜，作為檢測結果116(參照圖3)，儲藏在處理裝置100的儲存裝置110。
再者，作為算出光譜的處理，亦可採用根據分光檢測器20的檢測結果，算出樣品2的穿透率光譜的處理。
接著，處理裝置100，在算出的光譜，執行標定關於波長的振幅變化滿足既定條件的區段的處理。更具體而言，處理裝置100，係標定包含在所測定的反射率光譜的低頻波成分的底段，去除該標定的底段資訊(步驟S4)。
然後，處理裝置100，係使用從算出的光譜去除標定區段的資訊後的光譜執行算出樣品2的光學特性的處理。
更具體而言，處理裝置100，係將去除底段資訊的反射率光譜做傅立葉轉換算出功率譜(步驟S5)。再者，傅立葉轉換，典型上亦可使用FFT(Fast Fourier Transform︰高速傅立葉轉換法)。再者，處理裝置100，搜尋包含在步驟S5所算出的功率譜的波峰(步驟S6)，根據所搜尋的波峰在功率譜上的位置，作為樣品2的光學特性，算出樣品2的膜厚(步驟S7)。然後，結束光學測定的處理。
如步驟S5~S7所示，算出樣品2的光學特性的處理，包含根據對去除底段資訊的反射率光譜做傅立葉轉換的結果所出現的波峰算出膜厚的處理。再者，如步驟S5~S7所示，有關用於算出樣品2的膜厚的詳細的處理程序，可參照例如，日本特開2009-092454號公報(專利文獻1)。
再者，將樣品2的膜厚持續測定數次，或需要將樣品2的膜厚測定複數處時，將步驟S3~S7的處理重複執行所需次數。
(c2： 底段的標定)
接著，說明關於圖8的步驟S4所示標定底段的處理的細節。
標定底段的處理，係在反射率光譜，標定相當於有關波長的振幅變化滿足既定條件的區段的處理。在此，既定條件，係意指包含在反射率光譜中的低頻波成分的振幅相對較小。換言之，既定條件，係意指反射率光譜相當於波的節的部分。
在第1實施形態，根據在反射率光譜的單位段所產生的振幅變動的大小，標定底段。越近接駐波的節，振幅的變動會變小，近接駐波的波腹，振幅會大大地變動。因此，評價每個單位段的振幅變動的大小，將振幅變動相對較小的區段標定作為底段。
圖9係用於說明標定在遵照第1實施形態的光學測定方法的底段的處理的圖。在圖9(A)表示從樣品測定的反射率光譜的一例。對圖9(A)所示反射率光譜，邊偏移波長位置依序設定具有預先設定的波長寬幅的評價窗30。根據包含在反射率光譜的各評價窗30的區段資訊，算出顯示振幅變動大小的資訊。
如此，標定底段的處理，包含：對反射率光譜，依序設定具有預先設定的波長寬幅的評價窗30的處理；及根據包含在各評價窗30的反射率光譜的振幅變化，判斷對應各評價窗30的區段是否滿足既定條件的處理。
作為是否滿足既定條件的振幅變化，能夠使用對應各評價窗30內的區段的振幅的誤差程度。即，處理裝置100，作為判斷對應各評價窗30的區段是否滿足既定條件的處理的一部分，執行算出對應反射率光譜的各評價窗的區段的振幅的誤差程度的處理。
作為振幅的誤差程度，典型上能夠使用分散或標準偏差。或者，亦可使用存在於各評價窗30內的振幅的最大值與最小值的差。如此，作為表示在對應各評價窗30內的區段的振幅的誤差程度的資訊，能夠使用任意值。在以下的說明，作為典型例，使用「分散」的例子。
在圖9(B)表示，對圖9(A)所示的反射率光譜依序設定評價窗30所算出的每個波長的分散(以下稱為「分散光譜」。)。藉由對圖9(B)所示分散光譜進行評價，標定底段。
作為典型例，對圖9(B)所示分散光譜，預先設定限值，將分散值低於既定限值的區段標定作為底段32。即，處理裝置100，在對應反射率光譜的各評價窗30的區段的振幅的誤差程度(作為一例，分散)低於既定限值時，判斷對應該評價窗30的區段滿足既定條件。
再者，評價窗30的波長寬幅，根據反射率光譜全體的波長範圍及波長解析度等適當決定。或者，亦可動態調整評價窗30的波長寬幅，以確保既定的測定精度。此外，限值，可為預先決定的固定值，亦可根據算出的分散光譜全體的振幅變動的大小動態決定。
再者，評價窗30的波長寬幅，及/或限值的大小，亦可對每個樣品2的種類預先設定。此時，處理裝置100，亦可將每個樣品2的種類預先儲藏配方資訊，按照測定對象的樣品2的種類，將對應的配方資訊有效化。
如圖9(C)所示，反射率光譜之中，去除標定底段資訊。再者，在算出樣品膜厚的過程，將反射率光譜做傅立葉轉換。因此，在標定底段的資訊去除，亦可執行使對應波長的振幅(反射率)更新為零(或者，預先設定的基準值)的處理。
藉由如此的一連串處理，完成標定所測定的反射率光譜中的低頻波成分的底段、及去除該標定的底段資訊。
圖10係表示遵照圖8所示第1實施形態的光學測定方法的步驟S4的更詳細的程序的流程圖。參照圖10，處理裝置100，對測定的反射率光譜，將評價窗30設定在初期位置(步驟S41)。處理裝置100，算出關於設定的評價窗30內的反射率光譜的區段的分散(步驟S42)。處理裝置100，判斷是否對所有位置完成設定評價窗30(步驟S43)。
若尚未對所有位置完成設定評價窗30的設定(在步驟S43為NO)，則處理裝置100，在下一個位置設定評價窗30(步驟S44)。然後，重複步驟S42以下的處理。
若對所有位置完成評價窗30的設定(在步驟S43為YES)，則處理裝置100，根據對各評價窗30所算出的分散，算出分散光譜(步驟S45)，標定在算出的分散光譜低於限值的區段作為底段32(步驟S46)。然後，處理裝置100，將包含在標定的底段32的各波長的反射率更新為零(步驟S47)。
根據以上步驟，完成包含所測定的反射率光譜的低頻波成分的底段的標定、及去除該標定的底段資訊的處理。
(c3： 測定例)
接著，說明關於遵照第1實施形態的光學測定方法的測定例。
圖11係表示遵照第1實施形態的光學測定方法的測定例的圖。在圖11(A)表示從具有異向性的樣品所測定的反射率光譜的一例。在圖11(B)表示將圖11(A)所示反射率光譜直接傅立葉轉換所得的功率譜的一例。如圖11(B)所示，將從具有異向性的樣品所測定的反射率光譜直接傅立葉轉換時，會在近接的位置顯現複數波峰，而可能降低測定精度。
在圖11(C)表示藉由對圖11(A)所示反射率光譜依序設定評價窗30所算出的分散光譜的一例。將低於對圖11(C)所示分散光譜設定的限值的區段，標定作為底段32。然後，藉由將包含在底段32的各波長的反射率更新為零，得到如圖11(D)所示去除底段資訊的反射率光譜。
藉由將如圖11(D)所示去除底段資訊的反射率光譜做傅立葉轉換，如圖11(E)所示，可抑制發生近接的波峰，根據這個防止測定精度的下降。
(c4： 優點)
根據遵照第1實施形態的光學測定方法，去除出現在從具有異向性的樣品等所測定的光譜的起伏(根據不同頻率成分的組合的變動)的影響之後，算出樣品的光學特性。因此，能夠抑制測定精度的下降。
>D. 第2實施形態>
在第1實施形態，作為一例說明了具有異向性的單層膜樣品。
實際的樣品大多由複數層組成的多層膜。測定具有異向性的多層膜樣品時，不只是產生起因於雙折射率的起伏(拍擊)的層的影響，亦會受到來自其他層的影響，有時難以去除起伏的影響。因此，作為第2實施形態，說明關於適於測定多層膜樣品的膜厚的光學測定方法。
(d1: 處理概要)
首先，說明關於遵照第2實施形態的光學測定方法的處理概要。
在遵照第2實施形態的光學測定方法，將從具有異向性樣品所測定的反射率光譜做傅立葉轉換而得的功率譜的波峰之中，去除來自並非膜厚的測定對象的層的波峰及波峰附近的資訊。進一步，藉由將去除波峰及波峰附近的資訊之後的功率譜做逆傅立葉轉換，算出去除來自測定對象外的層的資訊的反射率光譜(以下，亦稱為「雜訊去除反射率光譜」。)。對所算出的雜訊去除反射率光譜，與遵照第1實施形態的光學測定方法同樣，藉由適用去除低頻波成分的影響的處理，能夠算出包含在對象樣品的測定對象層的膜厚。
(d2： 處理程序)
接著，說明關於遵照第2實施形態的光學測定方法的處理程序。
圖12係表示遵照第2實施形態的光學測定方法的程序的流程圖。圖12所示主要步驟，典型上可藉由處理裝置100的處理器102將測定程式114(均參照圖3)展開到主記憶體104執行而實現。再者，在圖12的流程圖，關於與圖8的流程圖所示的處理，實質上相同的處理，賦予相同的步驟編號。
參照圖12，首先，準備光學測定系統1(步驟S1)。在步驟S1，執行包含在光學測定系統1的Y型光纖4的照射口的對位，或分光檢測器20的校正處理等。然後，在光學測定系統1的既定位置配置測定對象的樣品2(步驟S2)。
接著，從光源10對樣品2照射測定光，根據分光檢測器20感應樣品2藉由該測定分光所產生的反射光或穿透光所得檢測結果，執行算出光譜的處理。
在第2實施形態，作為算出光譜的處理，執行從根據分光檢測器20的檢測結果算出樣品2的反射率光譜，算出去除來自包含在樣品2的測定對象外的層的資訊的反射率光譜(雜訊去除反射率光譜)的處理(步驟S3、S11、S12、S13、S14)。
更具體而言，藉由分光檢測器20感應，對樣品2照射來自光源10的測定光所產生的反射光，測定反射率光譜(步驟S3)。根據分光檢測器20的檢測結果算出樣品2的反射率光譜的處理，可以分光檢測器20執行，亦可以處理裝置100執行。在步驟S3所測定的反射率光譜，作為檢測結果116(參照圖3)，儲藏在處理裝置100的儲存裝置110。
首先，處理裝置100，藉由將從樣品2所測定的反射率光譜做傅立葉轉換算出功率譜(步驟S11)。然後，處理裝置100，標定包含在所算出的功率譜的並非來自膜厚測定對象的層的波峰(步驟S12)。即，處理裝置100，標定功率譜之中，來自包含在樣品2的測定對象外的層的波峰。
再者，處理裝置100，去除標定的波峰及該波峰附近的資訊(步驟S13)。即，處理裝置100，算出從功率譜去除標定的波峰及該波峰附近的資訊的功率譜(雜訊去除功率譜)。
最終，處理裝置100，藉由將去除波峰及波峰附近的資訊後的功率譜做逆傅立葉轉換算出雜訊去除反射率光譜(步驟S14)。
接著，處理裝置100，執行在算出的雜訊去除反射率光譜，標定關於波長的振幅變化滿足既定條件的區段的處理。更具體而言，處理裝置100，標定包含在所算出的雜訊去除反射率光譜中的低頻波成分的底段，去除該標定的底段資訊(步驟S4A)。步驟S4A的處理，在去除對象的光譜不同的點，與圖8所示步驟S4的處理不同，惟處理內容本身與第1實施形態實質上相同。
然後，處理裝置100，係使用從算出的光譜去除標定區段的資訊後的光譜執行算出樣品2的光學特性的處理。
更具體而言，處理裝置100，係將去除底段資訊的反射率光譜做傅立葉轉換算出功率譜(步驟S5)。再者，處理裝置100，搜尋包含在步驟S5所算出的功率譜的波峰(步驟S6)，根據所搜尋的波峰在功率譜上的位置，算出樣品2的膜厚(步驟S7)。然後，結束光學測定的處理。
再者，將樣品2的膜厚持續測定數次，或需要將樣品2的膜厚測定複數處時，將包含步驟S11~S14的步驟的S3~S7的處理重複執行所需次數。
(d3： 測定例)
接著，說明關於遵照第2實施形態的光學測定方法的測定例。
圖13係表示作為測定對象的樣品2的結構例的示意圖。參照圖13，作為測定對象的樣品2，具有在基板上配置塗層，在塗層上配置覆蓋層的構成。典型上塗層及覆蓋層係由任意的樹脂構成。
如圖13所示，測定對象為基板的層，塗層及覆蓋層的膜厚為測定對象外。
圖14係示根據遵照第2實施形態的光學測定方法的測定例的圖。在圖14(A)表示從圖13所示樣品2所測定的反射率光譜的一例。在圖14(A)所示反射率光譜，無法明顯的確認出現在單層膜的樣品所測定的反射率光譜(例如，參照圖9(A))的「起伏」。惟，並不是不存在「起伏」，而是受到來自其他層的影響，而隱藏了「起伏」的影響的狀態。
在圖14(B)表示藉由將圖14(A)所示反射率光譜做傅立葉轉換而得的功率譜一例。在圖14(B)所示功率譜，出現對應包含在樣品2的各層的波峰。標定來自包含在該算出的功率譜的並非膜厚測定對象的層(在圖13所示樣品為覆蓋層)的波峰。如圖14(B)所示，對應覆蓋層的波峰具有最大的功率。然後，從功率譜去除標定的波峰及波峰附近的資訊。
通常，樣品2的構造為已知，可預先決定包含在樣品2中的各層是否為測定對象。此外，由於並非測定對象的層的膜厚亦為已知，故關於在功率譜的任一位置會出現波峰，可預先設定作為條件。因此，在功率譜標定來自並非膜厚測定對象的層的波峰的處理，可藉由使用事先資訊，機械性執行。
在圖14所示的例子，測定對象為基板的層，惟關於對應測定對象的基板與相接的塗層資訊，由於需要算出測定對象的膜厚，故並不會被當作去除對象。
如圖14(B)所示，關於被去除的波峰以外的波峰，可知在近接的位置發生兩個波峰。即，意指在測定的反射率光譜，發生「起伏」。
在圖14(C)表示藉由將去除波峰及波峰附近的資訊後的功率譜做逆傅立葉轉換所算出的雜訊去除反射率光譜的一例。說明的權宜上，在圖14(C)，橫軸為波數(=波長的倒數)。藉由將橫軸以波數表現，可明顯的確認包含在反射率光譜的「起伏」。
在圖14(D)表示，對圖14(C)所示雜訊去除反射率光譜，適用遵照第1實施形態的光學測定方法所算出的去除底段資訊的反射率光譜的一例。再者，由於基板及塗層的光學膜厚接近，故在圖14(D)所示反射率光譜，在近接位置發生2個波峰(「基板」及「塗層」)，惟這個並非起因於「起伏」。
如圖14(D)所示，從雜訊去除反射率光譜去除底段資訊之後，藉由再次做傅立葉轉換，可知可抑制發生近接的波峰，藉此可防止測定精度的下降。
(d4： 優點)
根據遵照第2實施形態的光學測定方法，在從樣品所測定的反射率光譜等的光譜做傅立葉轉換的結果，去除來自測定對象外的層的資訊，以此復原成對應原本的光譜的光譜之後，算出樣品的光學特性。與遵照上述第1實施形態的光學測定方法一樣，由於可去除出現在復原光譜的起伏(因不同頻率成分所組合的變動)的影響，故可抑制測定精度的下降。
>E. 總結>
根據上述發明的詳細說明，應可理解使用本案發明者們所發現的光干涉法的光學測定方法所發生的新課題、及對該課題的解決手段的有效性。
雖然說明了關於本發明的實施形態，惟本次所揭示的實施形態在所有的點僅為例示，不應認為是限制性。本發明的範圍係以申請範圍揭示，包含與申請範圍均等的意思及範圍內的所有變更。
1:光學測定系統
2:樣品
4:Y型光纖
10:光源
20:分光檢測器
22:繞射光柵
24:受光部
26:界面電路
30:評價窗
32:底段
100:處理裝置
102:處理器
104:主記憶體
106:輸入部
108:顯示部
110:儲存裝置
112:作業系統
114:測定程式
116:檢測結果
118:測定結果
120:通訊界面
122:網路界面
124:媒體驅動器
126:記錄媒體
圖1係表示遵照本實施形態的光學測定系統的構成例的示意圖。
圖2係表示包含在遵照本實施形態的光學測定系統的分光檢測器的剖面結構例的示意圖。
圖3係表示包含在遵照本實施形態的光學測定系統的處理裝置的構成例的示意圖。
圖4係用於說明採用光干涉法的光學測定方法的原理的圖。
圖5(A)及(B)係表示根據使用光干涉法的光學測定方法的測定結果的一例的圖。
圖6係用於說明具有異向性的樣品所產生的雙折射的圖。
圖7(A)~(C)係用於說明去除在遵照本實施形態的光學測定方法的低頻波成分影響的方法的圖。
圖8係表示遵照第1實施形態的光學測定方法的程序的流程圖。
圖9(A)~(C)係用於說明標定在遵照第1實施形態的光學測定方法的底段的處理的圖。
圖10係表示遵照圖8所示第1實施形態的光學測定方法的步驟S4的更詳細的程序的流程圖。
圖11(A)~(E)係表示遵照第1實施形態的光學測定方法的測定例的圖。
圖12係表示遵照第2實施形態的光學測定方法的程序的流程圖。
圖13係表示作為測定對象的樣品的結構例的示意圖。
圖14(A)~(E)係示根據遵照第2實施形態的光學測定方法的測定例的圖。
S1~S7:步驟
Claims (9)
- 一種光學測定系統，其具備：光源，其係用於產生照射樣品的測定光；分光檢測器，其係用於感應上述樣品藉由上述測定光所產生的反射光或穿透光；及處理裝置，其係用於輸入上述分光檢測器的檢測結果，上述處理裝置，構成為可執行：根據上述分光檢測器的檢測結果算出第1光譜的處理；標定在上述第1光譜，關於波長的振幅變化滿足既定條件的區段的處理；使用從上述第1光譜去除上述標定區段資訊的第2光譜算出上述樣品的光學特性的處理，其中上述標定的處理，包含：對上述第1光譜，依序設定具有預先決定的波長寬幅的評價窗的處理；根據包含在各評價窗的上述第1光譜的振幅的變化，判斷對應各評價窗的區段的振幅的誤差程度是否滿足上述既定條件的處理。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學測定系統，其中在對應上述第1光譜的各評價窗的區段的振幅的誤差程度低於既定限值時，可判斷對應該評價窗的區段滿足上述既定條件。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學測定系統，其中上述評價窗的波長寬幅，對每一樣品種類預先設定。
- 如申請專利範圍第1至3項之任何一項所述之光學測定系統，其中算出上述樣品光學特性的處理，包含：根據對上述第2光譜做傅立葉轉換的結果所出現的波峰算出膜厚的處理。
- 如申請專利範圍第1至3項之任何一項所述之光學測定系統，其中 算出上述第1光譜的處理，亦可包含：作為上述第1光譜，根據分光檢測器的檢測結果算出上述樣品反射率光譜的處理。
- 如申請專利範圍第1至3項之任何一項所述之光學測定系統，其中算出上述第1光譜的處理，亦可包含：作為上述第1光譜，從根據分光檢測器的檢測結果算出上述樣品的反射率光譜，算出去除來自包含在上述樣品的測定對象外的層的資訊的反射率光譜的處理。
- 如申請專利範圍第6項所述之光學測定系統，其中算出上述第1光譜的處理，進一步包含：將上述樣品的反射率光譜做傅立葉轉換算出第3光譜的處理；標定上述第3光譜之中，來自包含在上述樣品中的測定對象外的層的波峰的處理；及將該標定的波峰及該波峰附近的資訊從上述第3光譜去除算出第4光譜的處理。
- 如申請專利範圍第7項所述之光學測定系統，其中算出上述第1光譜的處理，進一步包含：將上述第4光譜做逆傅立葉轉換算出上述第1光譜的處理。
- 一種光學測定方法，其具備：從光源對樣品照射測定光，根據分光檢測器感應上述樣品藉由該測定光所產生的反射光或穿透光所得檢測結果，算出第1光譜的步驟；標定在上述第1光譜，關於波長的振幅變化滿足既定條件的區段的步驟；使用從上述第1光譜去除上述標定區段資訊的第2光譜算出上述樣品的光學特性步驟，其中上述標定的處理，包含：對上述第1光譜，依序設定具有預先決定的波長寬幅的評價窗的處理； 根據包含在各評價窗的上述第1光譜的振幅的變化，判斷對應各評價窗的區段的振幅的誤差程度是否滿足上述既定條件的處理。
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|---|---|---|---|---|
| US20130135614A1 (en) | 2010-01-22 | 2013-05-30 | Adam Wax | Dual window processing schemes for spectroscopic optical coherence tomography (oct) and fourier domain low coherence interferometry |
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