光学测量装置及光学测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种光学测量装置，包括：照射光学系统，向测量对象直线状地照射具有规定的波长范围的测量光；测量光学系统，接受通过测量光的照射而从测量对象产生的作为透射光或反射光的直线状测量干涉光；及处理装置。测量光学系统包括：衍射光栅，将测量干涉光向与该测量干涉光的长尺寸方向正交的方向波长扩展；以及摄像部，接受由衍射光栅波长扩展了的测量干涉光并输出二维图像。处理装置包括：第一计算单元，与二维图像上的与被照射测量光的测量对象的各测量点对应的区域关联地，计算与从各测量点到测量光学系统的入射角对应的校正因数；及第二计算单元，对二维图像中包含的各像素值使用对应的校正因数，并在此基础上计算测量对象的光学特性。

【技术实现步骤摘要】
光学测量装置及光学测量方法
本技术涉及一种能测量膜厚和折射率等光学特性的光学测量装置及光学测量方法。
技术介绍
已知一种测量功能性树脂膜、半导体基板等样品的膜厚的技术。例如，日本特开2009-092454号公报公开了一种能更高精度地测量具有波长依赖性的多层膜试样的膜厚的多层膜分析装置及多层膜分析方法。日本特开2013-079921号公报公开了一种能正确地测量折射率未知的电介质薄膜的膜厚的膜厚测量装置及膜厚测量方法。一般而言，待测样品具有一定的面积，存在希望高速测量待测面上的膜厚分布(膜厚的面内分布)的需求。对于这种需求，日本特开2004-279296号公报公开了一种通过简单的装置构成，能在液晶显示装置等的制造工序中，在平板上形成薄膜时高速地得到所形成的薄膜的膜厚分布的方法。更具体而言，日本特开2004-279296号公报公开了一种如下的方法：使来自光源的照射光射入设置于待测基板上的覆膜，并在逐步改变照射光相对于覆膜的主面的入射角的同时，通过受光装置来测量来自覆膜的引起干涉的反射光，并根据测量到的反射光的受光强度的变动中获得极大值和极小值的照射光的入射角，取得覆膜的膜厚。随着样品的大型化等，存在希望更高速且高精度地测量更大面积的样品的膜厚的面内分布的需求。上述日本特开2009-092454号公报以及日本特开2013-079921号公报所公开的构成基本上是对样品的某一点照射光来进行测量的方案，无法充分满足高速测量膜厚的面内分布这一需求。日本特开2004-279296号公报采用了利用产生干涉波形的极大值和极小值的位置来计算出膜厚的所谓峰谷法。峰谷法有时会受到光学系统等所发出的噪声的影响而无法正确地测量膜厚。此外，峰谷法无法测量叠加多层而成的样品的各层的膜厚。因此，日本特开2004-279296号公报虽然能应用于液晶显示装置等的制造工序等，但无法通用地测量各种样品的膜厚的面内分布。
技术实现思路
本技术的一个目的在于，提供一种能更高速且高精度地测量各种样品的膜厚的面内分布的光学测量装置及光学测量方法。此外，本技术的另一个目的在于，提供一种不使用专用的测量装置等就能测量折射率等样品的光学特性的光学测量装置及光学测量方法。一个实施方式的光学测量装置包括：照射光学系统，向测量对象直线状地照射具有规定的波长范围的测量光；测量光学系统，接受直线状的测量干涉光，所述测量干涉光是通过测量光的照射而从测量对象产生的透射光或反射光；以及处理装置。测量光学系统包括：衍射光栅，将测量干涉光向与该测量干涉光的长尺寸方向正交的方向进行波长扩展；以及摄像部，接受由衍射光栅进行了波长扩展的测量干涉光并输出二维图像。处理装置包括：第一计算单元，与二维图像上的与被照射测量光的测量对象的各测量点对应的区域关联地计算校正因数，所述校正因数与从各测量点到测量光学系统的入射角对应；以及第二计算单元，对二维图像中包含的各像素值使用对应的校正因数，并在此基础上计算测量对象的光学特性。优选地，校正因数包含波数，所述波数是包含测量光的波长和测量对象的折射率的参数。按二维图像的每个像素的位置来考虑对应的入射角的大小而计算波数。优选地，第二计算单元包括：根据用于对相位因子进行线性化的关系式，变换与关注的测量点对应的二维图像的像素值，并将变换得出的值的列，用对应的波数的列进行傅里叶变换的单元；基于通过傅里叶变换而得到的功率谱中出现的谱峰位置，确定关注的测量点的膜厚的单元；以及将针对多个测量点而确定出的膜厚汇总并作为膜厚分布进行输出的单元。优选地，考虑测量对象的折射率的波长依赖性来计算波数。优选地，校正因数包含表示与各测量点对应的入射角的大小的值。第二计算单元包括：将各测量点的膜厚设为可变参数，并且基于测量对象的折射率、表示与各测量点对应的入射角的大小的值、以及各测量点与二维图像的像素位置的对应关系，计算与二维图像对应的各像素的理论值的单元；以及以使计算出的各像素的理论值与二维图像的各像素值的相似度提高的方式来调整可变参数，由此确定各测量点的膜厚的单元。另一个实施方式的光学测量方法包括：向测量对象直线状地照射具有规定的波长范围的测量光，并且接受通过测量光的照射而从测量对象产生的作为透射光或者反射光的直线状的测量干涉光的步骤；将测量干涉光向与该测量干涉光的长尺寸方向正交的方向进行波长扩展，并且接受被该波长扩展了的测量干涉光并输出二维图像的步骤；与二维图像上的与被照射测量光的测量对象的各测量点对应的区域关联地，计算与从各测量点到测量光学系统的入射角对应的校正因数的步骤；以及对二维图像中包含的各像素值，使用对应的校正因数，并在此基础上计算测量对象的光学特性的步骤。优选地，校正因数包含波数，所述波数是包含测量光的波长和测量对象的折射率的参数。按二维图像的每个像素的位置来考虑对应的入射角的大小而计算出波数。优选地，计算光学特性的步骤包括：根据用于对相位因子进行线性化的关系式，变换与关注的测量点对应的二维图像的像素值，并将变换得出的值的列用对应的波数的列进行傅里叶变换的步骤；基于通过傅里叶变换而得到的功率谱中出现的谱峰位置，确定关注的测量点的膜厚的步骤；以及将针对多个测量点而确定出的膜厚汇总并作为膜厚分布进行输出的步骤。优选地，考虑测量对象的折射率的波长依赖性来计算波数。优选地，校正因数包含表示与各测量点对应的入射角的大小的值。计算光学特性的步骤包括：将各测量点的膜厚设为可变参数，并且基于测量对象的折射率、表示与各测量点对应的入射角的大小的值、以及各测量点与二维图像的像素位置的对应关系，计算与二维图像对应的各像素的理论值的步骤；以及以使计算出的各像素的理论值与二维图像的各像素值的相似度提高的方式来调整可变参数，由此确定各测量点的膜厚的步骤。根据另一个实施方式，提供一种使用光学测量装置的光学测量方法，所述光学测量装置包括：照射光学系统，向测量对象直线状地照射具有规定的波长范围的测量光；测量光学系统，将通过测量光的照射而从测量对象产生的作为透射光或者反射光的直线状的测量干涉光向与该测量干涉光的长尺寸方向正交的方向进行波长扩展，并输出二维图像。光学测量方法包括：针对同一样品取得使入射角不同时的实测值分布的步骤；与二维图像上的与被照射测量光的测量对象的各测量点对应的区域关联地，计算与从各测量点到测量光学系统的入射角对应的校正因数的步骤；以及基于沿实测值分布的任一方向的一列或多列像素值集、和对应的校正因数，计算出包含样品的折射率的光学特性的步骤。优选地，计算光学特性的步骤包括：针对实测值分布的多个位置，基于设定的折射率、与各位置对应的校正因数、以及各位置的波长方向的像素值集，计算各个膜厚的步骤；对计算出的各个膜厚的色散即膜厚色散进行计算的步骤；将样品的折射率分别设定为多个不同的值，反复进行计算膜厚的步骤和计算膜厚色散的步骤的步骤；以及基于计算出的膜厚色散，确定样品的折射率的步骤。优选地，确定样品的折射率的步骤包括：将计算出的膜厚色散变小的折射率确定为样品的折射率的步骤。优选地，确定样品的折射率的步骤包括：用预先设定的表示膜厚色散的多项式来拟合折射率与膜厚色散的关系的步骤；以及基于通过拟合而确定的由多项式来表示的膜厚色散取得极值的点，确定样品的折射率的步骤。优选地，确定样品的折射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学测量装置，具备：照射光学系统，向测量对象直线状地照射具有规定的波长范围的测量光；测量光学系统，接受直线状的测量干涉光，所述测量干涉光是通过所述测量光的照射而从所述测量对象产生的透射光或反射光；以及处理装置，所述测量光学系统包括：衍射光栅，将所述测量干涉光向与该测量干涉光的长尺寸方向正交的方向进行波长扩展；以及摄像部，接受由所述衍射光栅进行了波长扩展的测量干涉光并输出二维图像，所述处理装置具备：第一计算单元，与所述二维图像上的与被照射所述测量光的所述测量对象的各测量点对应的区域关联地计算校正因数，所述校正因数与从各测量点到所述测量光学系统的入射角对应；以及第二计算单元，对所述二维图像中包含的各像素值，使用对应的校正因数，并在此基础上计算所述测量对象的光学特性。

【技术特征摘要】
2017.06.05 JP 2017-1110431.一种光学测量装置，具备：照射光学系统，向测量对象直线状地照射具有规定的波长范围的测量光；测量光学系统，接受直线状的测量干涉光，所述测量干涉光是通过所述测量光的照射而从所述测量对象产生的透射光或反射光；以及处理装置，所述测量光学系统包括：衍射光栅，将所述测量干涉光向与该测量干涉光的长尺寸方向正交的方向进行波长扩展；以及摄像部，接受由所述衍射光栅进行了波长扩展的测量干涉光并输出二维图像，所述处理装置具备：第一计算单元，与所述二维图像上的与被照射所述测量光的所述测量对象的各测量点对应的区域关联地计算校正因数，所述校正因数与从各测量点到所述测量光学系统的入射角对应；以及第二计算单元，对所述二维图像中包含的各像素值，使用对应的校正因数，并在此基础上计算所述测量对象的光学特性。2.根据权利要求1所述的光学测量装置，其中，所述校正因数包含波数，所述波数是包含所述测量光的波长以及所述测量对象的折射率的参数，按所述二维图像的每个像素位置来考虑对应的入射角的大小而计算所述波数。3.根据权利要求2所述的光学测量装置，其中，所述第二计算单元包括：根据用于对相位因子进行线性化的关系式，变换与关注的测量点对应的所述二维图像的像素值，并将变换得出的值的列，用对应的所述波数的列进行傅里叶变换的单元；基于通过所述傅里叶变换而得到的功率谱中出现的谱峰位置，确定所述关注的测量点的膜厚的单元；以及将针对多个所述测量点而确定出的膜厚汇总并作为膜厚分布进行输出的单元。4.根据权利要求2或3所述的光学测量装置，其中，考虑所述测量对象的折射率的波长依赖性来计算所述波数。5.根据权利要求1所述的光学测量装置，其中，所述校正因数包含表示与各测量点对应的入射角的大小的值，所述第二计算单元包括：将各测量点的膜厚设为可变参数，并且基于所述测量对象的折射率、表示与各测量点对应的入射角的大小的值、以及各测量点与所述二维图像的像素位置的对应关系，计算与所述二维图像对应的各像素的理论值的单元；以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：井上展幸，田口都一，
申请(专利权)人：大塚电子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP