用于决定层的厚度和折射率的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于决定在基板(26)上的层(6)的厚度和折射率的方法，层(6)具有面向基板(26)的层边界表面(30)以及背离基板(26)的层顶侧(28)。在所述方法中，实行以下步骤：沿光轴(8)由共聚焦显微镜将层(6)成像；决定在层边界表面(30)和层顶侧(28)处的沿光轴(8)分辨的点扩散函数；从在点扩散函数的两个极大值之间的距离，决定层在层的侧向点处的表观厚度；在侧向点处，决定在层边界表面(30)的点扩散函数具有的极大值相对于在层顶侧(28)的点扩散函数具有的相同极大值的加宽；以及从表观厚度和加宽，决定层(6)在侧向点处的厚度和折射率。决定层(6)在侧向点处的厚度和折射率。决定层(6)在侧向点处的厚度和折射率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于决定层的厚度和折射率的方法
[0001]方法涉及用于决定位于基板上的至少一个层的厚度和折射率的方法。
[0002]测量层厚度是常见的任务。通常，层的折射率对于光学层厚度测量必须是已知的。在现有技术中，光学层厚度测量必须以分离的测量方法来确定。作为示例，层材料的折射率可以从在已知层厚度的点处的光学测量来决定，并且可以被提取用于在不同点处的层厚度测量。
[0003]如果干涉效应用于光学地测量层厚度，则通常在现有技术中通常实行光谱分辨的反射测量，使得可以从至少三个局部极值的位置决定折射率和层厚度。从技术观点，光谱分辨的测量是复杂的，特别是因为必要的光谱分辨率非常高。因为所使用的计算公式的分母中存在波长差，因此，此外需要采用的波长尽可能地不同。这增加了技术费用。椭圆偏振技术是确定层厚度和折射率的另一个选项。US 2004/0085544 A1已经公开了一种椭偏方法，以达到表征层且在该过程中确定折射率和层厚度的目的。在EP 0814318 A2中解释了相似的方法。然而，这还需要进行光谱分辨的测量以及此外关于样品的大量假设。
[0004]JP 2002-323659A已经公开了共聚焦光学系统和使用所述系统的扫描共聚焦显微镜。
[0005]本专利技术基于的目的是指定用于决定样品的层厚度和折射率的方法，该方法不需要光谱分析。
[0006]本专利技术限定在权利要求1中。从属权利要求涉及优选的发展例。
[0007]在方法中，在位于基板上的至少一个侧向位置处决定层的厚度和折射率。该层具有两个表面，特别是面向基板的层底侧和背离基板的层顶侧。该层顶表面可以是暴露的表面，但是这不一定是该情况。因此，层可以是多层系统的组成部分，并且特别地，还可以是内层。以共聚焦显微镜方式沿光轴在多个轴向位置处将层成像。从两个面的这些图像表示中捕获沿光轴的相应强度分布，例如点扩展函数(下面也称为“z-PSF”)。为此，物平面的z位置围绕面改变，例如在物平面的至少三个轴向位置处成像。轴向距离(即，在层顶侧的强度分布的主极大值或次极大值的第一轴向相对位置与在层底侧的相同的主极大值或次极大值的第二轴向相对位置之间的差)对层的表观厚度进行编码。此外，存在强度分布之间的形状特征的比较，该形状特征具有层顶侧和层底侧的不同值。然后，这允许确定层的厚度和层的折射率。
[0008]该形状特征的一个选项是在各个情况下加宽相同的极大值。另一个是相应的相同极大值的间隔。
[0009]在第一选项中评估极大值(例如，主极大值)的宽度。决定强度分布的相对加宽，例如点扩展函数的相对加宽，特别是相对于在另一个层界面处具有相同极大值的宽度。
[0010]在第二个选项中评估强度分布中出现的极大值间隔。在此，这可以是主极大值与次极大值之间的距离或次极大值之间的距离。在这种情况下，借助于确定在层顶侧的在第二点扩展函数中发生的极大值的间隔与第一点扩展函数的相同极大值的间隔之间的变化，还形成相对值。
[0011]在其他选项中，可以使用次极大值或极大值位于的一侧的相对强度。
[0012]每个选项对应于示例性实施例。
[0013]决定性的是，可以在指定的共聚焦系统上决定校准曲线。哪个形状特征最合适可以取决于例如物镜的数值孔径或波长。
[0014]本专利技术利用以下情况：表观厚度由例如两个面上的轴向强度分布的主极大值的间隔给定。如果折射率已知，则可以将该表观层厚度转换为实际层厚度。对于层顶侧和层底侧，强度分布的形状特征(例如强度分布的主极大值的宽度)的相对变化允许确定折射率。强度分布在层顶侧较窄，例如是衍射受限的。相比之下，在层底侧反射的光展示一强度分布，该强度分布具有显著畸变且因此具有例如由于球差而引起的修改的形状特征。先前，人们无法假设这些更改的形状特征允许确定折射率。然而，专利技术人已经认识到，强度分布的宽度随层厚度而增加，尽管不与层厚度成比例地增加。相比之下，表观层厚度与层厚度成比例。如果考虑到对其他参数的依赖性，特别是对折射率的依赖性，则这将变得特别清楚：表观层厚度与折射率成反比例，即，它随折射率的增加而减少。相比之下，成像像差以及因此强度分布的宽度例如随着折射率的增加而增加(尽管不一定成比例地增加)。
[0015]如果为层测量的表观层厚度为100μm(主极大值的间距)，则该值可以由例如150μm厚的具有n＝1.5的玻璃层或200μm的具有n＝2的层引起。在不考虑强度分布的形状的情况下，则不可能在它们之间进行区分。如果考虑宽度，则后者由于实际厚度的增加(从150μm增加到200μm)以及由于折射率从1.5至2.0的增加而升高。因此，强度分布必须非常显著地更宽(其程度取决于光学参数，例如数值孔径)。
[0016]由此遵循的是，这两个测量的量(特别是轴向相对位置(表观层厚度)的差异和更改的形状特征，例如极大值的加宽)彼此独立并且因此允许确定两个独立的物理参数，特别是(实际)层厚度和折射率。
[0017]该方法的特别优点在于，其可以使用现有的共聚焦显微镜来实行，而无需在光学件或照明中的技术改变。特别地，可以使用单个单色光源同时测量层厚度和折射率。
[0018]自然地，可以在各个侧向位置处重复该方法，以便获得层厚度和层的折射率的侧向特征。因此，可以获得成像。还可以分析多层系统的层。以这种方法，可以关于层的厚度和折射率逐层地分析这样的系统。
[0019]对于给定的物镜，可以通过转换曲线获得将加宽(或极大值的间隔的变化)特别简单地转换成层厚度和折射率。该转换曲线可以预先实验地决定，或可以从光学模拟计算出。
[0020]确定主极大值或次极大值的轴向相对位置以及在层底侧和层顶侧的强度分布的形状特征的值可以相应地包括所谓的z堆叠的记录。这理解为意味着在具有不同轴向聚焦位置的侧向位置处实行共聚焦成像。在其最小实施例中，z堆叠包括三个不同的轴向位置。此外，用法还可以可选地由强度分布的模型形状曲线构成，以便从z堆叠的值重构强度分布。作为示例，该模型形状曲线可以基于成像系统的光学行为，该光学特性例如在参考测量中的反射镜面处确定；作为示例，这已经可以在实行共聚焦成像的设备制造期间在工厂中实现。
[0021]然而，在没有z堆叠的情况下也可以确定主极大值或次极大值的轴向相对位置，特别是通过共聚焦图像表示的轴向相对位置(即从其实现共聚焦成像的物平面)的连续位移来确定。这允许容易找到强度极大值。
[0022]在没有z堆叠的情况下可以同等地实行形状特征的值的确定，例如借助于靠近两
个z位置来实行，该两个z位置选择为相对于极大值的确定的轴向相对位置对称，并且从其中获得相关联位置的强度值。在实施例中，这些值已经足以以足够的准确度捕获形状特征的值，或者足以用作形状特征本身的值。
[0023]理解的是，在不背离本专利技术的范围的情况下，上述指定的特征以及下面要解释的特征可以不仅用在所指定的组合中而且用在其他组合中或它们自身上。
[0024]下面基于示例性实施例、参考所附附图更详细地解释本专利技术，这同样地公开本专利技术的重要特征。这些示例性实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于决定位于基板(26)上的层(6)的厚度和折射率的方法，其中所述层(6)具有面向所述基板(26)的层底侧(30)以及背离所述基板(26)的层顶侧(28)，并且其中实行以下步骤：a)设定所述层(6)的侧向位置，b)在所述侧向位置处和沿光轴(8)的多个轴向位置处实行所述层(6)的共聚焦显微成像，c)确定在所述侧向位置的层底侧(30)处的轴向强度分布的主极大值或次极大值的第一轴向相对位置，并且确定在所述侧向位置的层底侧(30)处的强度分布的相同主极大值或次极大值的第二轴向相对位置，d)决定在所述侧向位置的层底侧(30)处的所述强度分布的形状特征的第一值以及在所述侧向位置的层顶侧(28)处的所述强度分布的相同形状特征的第二值，以及e)从在所述第一轴向相对位置与第二轴向相对位置之间的差异以及在所述形状特征的第一值与第二值之间的差异，决定在所述侧向位置处的所述层(6)的厚度和折射率。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述形状特征包括在所述强度分布中存在的两个极大值之间的距离，使得确定所述形状特征的第一值与第二值之间的差异包括确定极大值之间的距离的变化。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述形状特征包括在所述强度分布中存在的极大值的强度比率，使得确定所述形状特征的第一值与第二值之间的差异包括确...

【专利技术属性】
技术研发人员：N兰戈尔兹，J哈尔斯特里奇，
申请(专利权)人：卡尔蔡司显微镜有限责任公司，
类型：发明
国别省市：