测量薄膜厚度的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术的薄膜厚度测量装置包括：光源，其发射将要照射在多层薄膜上的白光；分光器，其对由于将白光照射在多层薄膜上而得到的反射光进行色散以得到反射光谱；和计算部分，所述计算部分包括：设置部分，其为反射光谱设置多个波长范围；第一转换部分，其通过分别对反射光谱中的处在由所述设置部分设定的多个波长范围内的反射光谱进行等间隔重排序来获得波数范围反射光谱；第二转换部分，其将在所述第一转换部分中得到的多个波长范围内的波数范围反射光谱分别转换成功率谱；以及运算部分，其基于功率谱得到多层薄膜的薄膜厚度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于测量多层薄膜的薄膜厚度的测量装置和方法。本申请要求2007年4月25日提交的日本专利申请 No. 2007-115488的优先权，其内容通过引用并入本文。
技术介绍
薄膜厚度测量装置用于测量多层薄膜的薄膜厚度分布和薄膜厚 度误差，所述多层薄膜包括柔性基片、多层合成薄膜片、和其它种类 的多层薄膜。图5是示出传统薄膜厚度测量装置的示意构造的示图。 如图5所示，传统薄膜厚度测量装置100具有白光源器件101、照射 光纤(irradiation fiber) 102、光接收光纤103、分光器104、计 算部分105。薄膜厚度测量装置100对由多个层201至203形成的薄 膜200的厚度进行测量。白光源器件101是发射白光的光源。照射光纤102是光导部件， 其将发射自白光源器件101的光引导至薄膜200以使光照射在薄膜 200上。光接收光纤103是光导部件，其将来自薄膜200的反射光引 导至分光器104。分光器104对由光接收光纤103引导的来自薄膜200的反射光 进行色散，并进一步将其转换成电信号以获得反射光谱。计算部分105对在分光器104中获得的反射光谱执行预定的计 算以测量薄膜200的薄膜厚度。具体来说，计算部分105执行计算以 在获自分光器104的反射光谱中选择预定的波长范围，并且执行计算 以通过在选定的波长范围内对反射光谱进行等间隔重排序来获得波 数(wavenumber)范围反射光谱。接下来，计算部分105执行计算以 获得功率谱，即对指示波数范围反射光谱的信号执行傅立叶变换。接 下来，计算部分105执行计算来检测功率谱的峰值。在上述构造中，通过照射光纤102将发射自白光源器件101的光引导以使光从层201侧照射在薄膜200上。在由于将白光照射在薄 膜200上而得到的反射光中，传入光接收光纤103的反射光通过光接 收光纤103被引导至分光器104。此反射光在分光器104中被色散， 并且进一步进行光电转换。通过光电转换而获得的电信号被输入计算 部分105，并且进行各种上述计算处理。通过这些计算来获得薄膜200 的薄膜厚度。在形成了薄膜200的各个层201到层203的每个交界面上反射 的白光依据各个交界面之间的距离(薄膜厚度)而具有光程差。由于 具有光程差的白光彼此形成干涉，于是在波数范围反射光谱中出现环 形干涉图案。通过对此环形干涉图案执行傅立叶变换而得到的功率谱 会依据光程差的不同而在某个频率处具有峰值。因此，通过检测此峰 值就能得到光程长度差(光学薄膜厚度)。图6示出由薄膜厚度测量装置100得到的功率谱的示例。图6 所示的薄膜厚度测量结果是对由层201、层202和层203形成的薄膜 200进行测量的结果。薄膜201的折射系数为1.6，薄膜厚度为5"m。 薄膜202的折射系数为1.7，薄膜厚度为12um。薄膜203的折射系 数为1. 6，薄膜厚度为3um。层201至203的光学薄膜厚度可以由薄 膜厚度与其折射系数的乘积得到，即8.0um、 20.4"m和4.8"m。 另外，在图6所示的图表中，水平轴代表光学薄膜厚度，竖直轴代表 强度(任意单位)。参照图6，可以看到出现了多个峰值。这些峰值的水平位置指示 各个交界面之间的光程，而峰值的高度指示两个交界面上幅度反射率 的乘积。具体地说，图6中有6个峰值出现。第一峰值P101出现在 4. 8um处，指示层203的光学薄膜厚度。第二峰值P102出现在8. 0 um处，指示层201的光学薄膜厚度。第三峰值P103出现在20. 4um 处，指示层202的光学薄膜厚度。第四峰值P104出现在25. m处，指示层202和203的光学薄 膜厚度之和。第五峰值P105出现在28.4um处，指示层201和202 的光学薄膜厚度之和。第六峰值P106出现在33.2nm处，指示层201至203的光学薄膜厚度之和(即薄膜200的光学薄膜厚度)。因此， 根据功率谱的峰值的位置，形成薄膜200的各个层201至203的光学 薄膜厚度以及薄膜200的光学薄膜厚度即可得到。关于传统的的细节，例如可参考日 本未审查专利申请第一公开No. 2005-308394和日本未审查专利申请 第一公开No. Hei 11-314298。在上述用于测量薄膜厚度的传统装置和方法中获得的功率谱峰 值的位置指示各个交界面之间的光学距离。因此存在如下问题，即无 法从功率谱中直接得到已获得峰值的最顶部表面交界面(层201与空气之间的交界面)的位置。也即，在图6所示的示例中，层201至 203的薄膜厚度和折射系数是预知的。因此，可以确定出现在4.8um 处的峰值指示层203的光学薄膜厚度。然而，在层201至203的薄膜 厚度和折射系数未知的情况下，无法认定出现在4. 8um处的峰值指 示了层203的光学薄膜厚度。在用于测量薄膜厚度的传统装置和方法中，在对具有多个层(各 层基本具有相等的光学薄膜厚度)的多层薄膜进行测量时，功率谱的各个峰值彼此重叠。因此，用于测量薄膜厚度的传统装置和方法具有 无法对仅只一层的光学薄膜厚度进行测量的问题。图7A和图7B示出 由传统的薄膜厚度测量装置100得到的功率谱的另一个示例。图7A 和图7B示出对由层201、层202和层203构成的薄膜200的光学薄 膜厚度测量结果。薄膜201的折射系数为1.6，层201的薄膜厚度为 3ura。薄膜202的折射系数为1.7，层202的薄膜厚度为12. 7 u m。 薄膜203的折射系数为1.6，层203的薄膜厚度为3. m。参考图7A，来自层201相关交界面的反射光与来自层203相关 交界面的反射光彼此干扰。此干扰产生峰值P201，峰值P201基本上 为指示层201光学薄膜厚度的峰值与指示层203光学薄膜厚度的峰值 的均值。类似地，干扰产生峰值P203，峰值P203基本上为指示层201 和层202的光学薄膜厚度之和的峰值与指示层201和层203的光学薄 膜厚度之和的峰值的均值。参考图7B，来自层201相关交界面的反 射光与来自层203相关交界面的反射光彼此抵消。于是，获得了具有极小值的峰值P301和P303。如果使用这些峰值P201、 P203、 P301 和P303来测量薄膜厚度，则会有发生显著测量错误的问题。近年来，为获得高性能(high function)薄膜等，通常使用关 于中心对称的结构(此后成为对称结构)。例如常使用下列结构。艮P， "ABA"结构，其中中心层为"B"并且层"B"被具有相同薄膜厚度 的层"A"夹在中间，或者"ABCBA"结构，其中中心层为"C"。当 使用传统的来测量具有这种对称结构的 多层薄膜的薄膜厚度时，通常由于上述参照图7A和图7B说明的原因 导致测量中出现问题。因此，迫切需要开发出对对称结构多层薄膜的 每个层的薄膜厚度进行在线测量的技术。如果提取出制造好的多层薄膜并使用垂直扫描型白光干涉仪进 行离线测量，也可以测量多层薄膜每一层的薄膜厚度，即使其具有对 称结构。然而这种测量方法的问题在于，在一点处的测量需要数十秒 至数分钟的一段时间。另外，由于测量占用较长时间，则存在如下问 题即由于测量期间多层薄膜的颤动而导致测量结果出现误差，并且 多层薄膜越薄则误差越明显。
技术实现思路
本专利技术考虑了上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜厚度测量装置，包括：光源，其发射将要照射在多层薄膜上的白光；分光器，其对由于将白光照射在多层薄膜上而得到的反射光进行色散以得到反射光谱；和计算部分，所述计算部分包括：设置部分，其为反射光谱设置多个波长范围；第一转换部分，其通过分别对反射光谱中的处在由所述设置部分设定的多个波长范围内的反射光谱进行等间隔重排序来获得波数范围反射光谱；第二转换部分，其将在所述第一转换部分中得到的处在多个波长范围内的波数范围反射光谱分别转换成功率谱；以及运算部分，其基于功率谱得到多层薄膜的薄膜厚度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：西田和史，角田重幸，
申请(专利权)人：横河电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]