TW200409904A - Apparatus for measuring film thickness formed on object, apparatus and method of measuring spectral reflectance of object, and apparatus and method of inspecting foreign material on object - Google Patents

Description

200409904 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種對象物之膜厚測定技術、一種對象物 之分光反射率測定技術、及一種對象物上之異物檢查技術。 【先前技術】 習知所採用之對象物表面形成膜厚之測定方法係為橢 圓測試法（e 1 1 i p s 〇 m e t r y )、或不使用橢圓儀之反射分光法 (reflectance spectroscopy)或稱為白光干涉測量法 (white-light interferometric method)(後文中，此二種 方法稱為”白光干涉量測法及類似者”）。一般而言，橢圓測 試法可以高精準度測定一薄型薄膜之膜厚，而相較於橢圓 測試法之測定，白光干涉量測法及類似者可測定一較厚之 薄膜、或一多層薄膜。 日本專利申請案公開公報第6卜1 8 2 5 0 7號揭示一種從一 折射率及一干涉波測定一對象物上之薄膜厚度之方法，折 射率係利用一橢圓儀來量測，而干涉波係利用一干涉計而 獲得，其中橢圓儀與干涉計係設置於一裝置中。 曰本專利申請案公開公報第1 1 - 2 7 1 0 2 7號提出一種膜厚 測定方法，其利用白光干涉量測法及類似者來確定一對象 物上之膜厚範圍，並利用橢圓測試法在確定之膜厚範圍中 測定其膜厚。 然而，在橢圓測試法中，由於發射至對象物之光波長與 入射角度被用來計算獲得膜厚，因此為了達到高精準度之 膜厚測定，必須精確地判定入射光之波長，並將對象物量 6 312/發明說明書(補件)/92-11/92124料2 200409904 測表面維持在水平等等。再者，由於測定區域非常小，當 一微小異物（例如次微米粒子）黏附在對象物表面時，則不 可能以高精準度執行膜厚測定。 另一方面，在白光干涉量測法及類似者中，必須利用一 反射率已知之參考對象物來修正一測定值，如果因參考對 象物表面自然氧化而使反射率改變，則不可能正確地修正 測定值。 【發明内容】 本發明之主要目的在於以高精準度測定一對象物上所 形成之薄膜的厚度。 本發明欲提供一種膜厚測定裝置，用於測定一對象物上 所形成之薄膜之厚度。 根據本發明，膜厚測定裝置包含：一第一光源，用於發 射一偏振光至一對象物一光接收部，用於接收來自對象物 之偏振光之反射光，以獲取反射光之一偏光狀態，一計算 部，用於依據偏光狀態而獲得對象物上之一薄膜之厚度， 一第二光源，用於發射一照射光，一光學系統，用於將照 射光導引至對象物，並將照射光之一反射光從對象物導引 至一預定位置，一光屏蔽圖案，其設置之位置係接近光學 共軛於從第二光源至對象物之光徑上之一孔徑光欄位置， 及一成像部，用於獲取預定位置上所形成之光屏蔽圖案之 一影像，在膜厚測定裝置中，計算部依據成像部之輸出而 獲得對象物之一傾斜角度，並利用傾斜角度而從偏光狀態 獲得薄膜之厚度。 7 312/發明說明書(補件)/92-11 /92124442 200409904 在本發明之膜厚測定裝置中，可在獲得對象物之傾斜 度的同時，獲得對象物上之一薄膜之厚度。 根據一較佳具體例，膜厚測定裝置又包含：一濾鏡， 設置位置接近光學共軛於從第二光源至對象物之光徑上 一視場光欄位置，在膜厚測定裝置中，濾鏡可濾除在對 於對象物上一微小區域之部分以外的部分處的至少特定 長之光。這可獲得對象物上之微小區域的一傾斜角度。 本發明亦提供一種反射率測定裝置，用於測定一量測 象物之分光反射率。反射率測定裝置較佳使用於測定量 對象物之膜厚。 根據本發明，反射率測定裝置包含：一膜厚測定部， 於以橢圓測試法測定一參考對象物上之一薄膜之厚度， 一反射率測定部，用於以一照射光照射參考對象物與一 測對象物，以獲取來自參考對象物與量測對象物之反射 的個別分光強度，然後獲得量測對象物之分光反射率， 反射率測定裝置中，反射率測定部包含一計算部，用於 據由膜厚測定部所測定之參考對象物上之薄膜之厚度， 計算參考對象物之分光反射率，並參考參考對象物之該 光反射率，而獲得量測對象物之分光反射率。 本發明之反射率測定裝置可正確地獲得一量測對象 之分光反射率。 本發明又提供另一種膜厚測定裝置。根據本發明，膜 測定裝置包含：一光源，用於發射一偏振光至一對象物 一光接收部，用於接收來自對象物之偏振光之一反射光 312/發明說明書(補件)/92-11 /92124442 角 其 之 應 波 對 測 用 及 量 光 在 依 而 分 物 厚 8 200409904 以獲取反射光之一偏光狀態，一計算部，用於依據偏光 態而獲得對象物上之一薄膜之厚度，一切換機構，用於 非測定期間將一光從光源導引至一預定位置，及一波長 定部，用於獲取導引至預定位置之光之一波長，在膜厚 定裝置中，計算部藉由利用波長測定部所獲取之波長而 得對象物上之薄膜之厚度。 本發明之膜厚測定裝置可在獲得來自一光源之光之 長的同時，以高精準度獲得一對象物上之一薄膜之厚度 本發明又提供一種異物檢查裝置，用於檢查一基板上 否有異物存在。 根據本發明，異物檢查裝置包含：一光源，用於以一 定入射角度發射一光至一基板，一光接收部，用於獲取 自基板之一反射光之一 P -偏光成分的強度，及一判別部 用於依據 P -偏光成分之強度而判別基板上是否有異物 在。 本發明之異物檢查裝置可快速且容易地檢查一基板 是否有異物存在。異物檢查裝置較佳係用於測定一基板 分光反射率及基板上之一薄膜的厚度，其可改良測定結 之精準度。 本發明亦關於應用於上述裝置之方法。 本發明之上述與其他目的、特徵、態樣及優點由隨後 本發明之詳細說明配合隨附圖式當可更力口明白。 【實施方式】 圖1係為本發明第一較佳具體例之膜厚測定裝置1的 312/發明說明書(補件)/92-11 /92124442 狀 在 測 測 獲 波 〇 是 預 來 存 上 之 果 之 示 9 200409904 意結構圖。膜厚測定裝置1包含一平台2，其上放置一半 導體基板（後文中稱為”基板”）9，基板9上形成一多層薄膜 (此薄膜亦可為單層薄膜），一橢圓儀3，用於獲取在基板9 之薄膜上執行橢圓測試法所使用之資訊，一光干涉單元 4，用於獲取來自基板9之光（反射光）的分光強度，一控制 部 5，由一各種計算用之CPU與用於儲存各種資訊之記憶 體等構成，及一平台移動機構2 1，用於相對於一被橢圓儀 3與光干涉單元4照射之位置而移動平台2。 橢圓儀3具有一光源單元31，用於發射一偏振光至基板 9，及一光接收單元32，用於接收來自基板9之反射光以 獲取反射光之偏光狀態。指示所獲取偏光狀態之資料被輸 出至控制部5。 光源單元 31 具有一用於發射光束之半導體雷射 (LD ) 3 1 2，及一 LD驅動控制部3 1 1，用於控制半導體雷射 312之輸出，來自半導體雷射312之光束進入一偏光濾鏡 3 1 3。偏光濾鏡3 1 3可從光束中提取出一線性偏振光，而一 1/4 波片（quarter-wave plate ;後文中稱為 ”λ/4 片 ”）314 可產生一圓形偏振光。來自λ/4片314之光係透過一透鏡 3 3 1，而以一預定入射角度（例如J 2至8 0度）導引至平台2 上的基板9表面。因此，光源單元31係由L D驅動控制部 31 1、半導體雷射31 2、偏光濾鏡31 3與λ/4片31 4所構成， 其可發射圓形偏振光至基板 9。一用於遮蔽光束之電磁遮 光器3 1 5係設置於光源單元3 1中（更具體而言，係設置於 半導體雷射3 1 2與偏光濾鏡3 1 3之間的光徑上），以執行光 10 312/發明說明書(補件)/92-11/92124442 200409904 發射至基板9的0N/0FF控制。 來自基板9之反射光係透過一透鏡332而導引至一旋轉 檢偏器3 2 1，當旋轉檢偏器3 2 1環繞與光軸平行之一軸旋 轉時，傳送光被導引至一光二極體 3 2 2，而一指示接收光 強度之信號係透過一 A / D轉換器3 4而輸出至控制部5。因 此，光接收單元3 2係由旋轉檢偏器3 2 1與光二極體3 2 2 所構成，反射光之偏光狀態可利用光二極體3 2 2之輸出與 旋轉檢偏器3 2 1之旋轉角度二者之關聯而獲得。 光干涉單元4具有一光源4 1，用於發射一白光做為照射 光，一分光鏡42，用於分散來自基板9之反射光，一光屏 蔽圖案成像部4 3，用於獲取一後文說明之光屏蔽圖案之影 像，一基板成像部4 4，用於執行基板9上之照射光照射位 置的成像，及一光學系統4 5。光學系統4 5將來自光源41 之照射光導引至基板9，且亦將來自基板9之反射光導引 至分光鏡42、光屏蔽圖案成像部43與基板成像部44。 更具體而言，來自光源 4 1之照射光被導入一光纖 4 5 1 之一端，並從光纖451之另一端所設置的一透鏡452導出。 導出之照射光係透過一透鏡 4 5 0 a而導引至一孔徑光攔部 4 5 3。一預定光屏蔽圖案 4 5 3 a (例如十字形校準記號）係設 置於孔徑光攔部4 5 3。照射光係透過一透鏡4 5 0 b而導引至 一視場光攔部4 5 4，其對應於光屏蔽圖案4 5 3 a之部分被截 除。 視場被視場光攔部4 5 4縮限之照射光係透過一透鏡4 5 0 c 而導引至一半反射鏡455，穿過半反射鏡455，並進一步導 11 312/發明說明書(補件)/92-11 /92124442 200409904 引至一半反射鏡4 5 6。半反射鏡4 5 6所反射之照射光 過一物鏡4 5 7而發射至基板9之表面。此時，照射光 板9上的照射區域範圍對應於視場光欄部4 5 4的視場 區，但孔徑光攔部4 5 3之光屏蔽圖案影像並未形成於 9上。 來自基板9之反射光係透過物鏡457而導引至半反 456，部分之光被反射到半反射鏡455。反射光進一步 反射鏡455反射，並透過一透鏡450d而被光屏蔽圖案 部4 3接收。從光屏蔽圖案4 5 3 a、經過基板9表面、 屏蔽圖案成像部4 3之光學系統中，光屏蔽圖案成像^ 的位置係光學共軛於光屏蔽圖案 4 5 3 a，光屏蔽圖案 之影像係形成於光屏蔽圖案成像部 4 3上，而光屏蔽 4 5 3 a之影像資料被輸出至控制部5。 穿過半反射鏡 456 之反射光，進一步穿過一半反 4 5 8，被導引至一半反射鏡4 5 9，而部分之光被反射。 光穿過一透鏡4 5 0 e，被導引至基板成像部4 4並被其接 由於基板成像部 4 4之位置係光學共軛於視場光欄部 和基板 9表面之位置，因此基板成像部 4 4可執行基 上照射光之照射位置的成像，而獲取之影像資料被輸 控制部5。 穿過半反射鏡459之光係透過一透鏡450f而導引 光鏡4 2，而可獲取反射光之分光強度。分光強度之資 輸出至控制部5。因此，光學系統4 5係由透鏡4 5 0 a至 與4 5 2、光纖4 5 1、孔徑光攔部4 5 3、視場光欄部4 5 4 312/發明說明書(補件)/92-11 /92124442 係透 在基 限制 基板 射鏡 被半 成像 至光 ^ 4 3 4 5 3 a 圖案 射鏡 反射 .收。 454 板9 出至 至分 料被 4 5 0 f 、半 12 200409904 反射鏡4 5 5、4 5 6、4 5 8與4 5 9、及物鏡4 5 7所構成。 光干涉單元 4 又具有一自動調焦偵測單元（後文中稱 為’’ A F偵測單元”）4 6，用於偵測物鏡4 5 7與基板9表面之 間的距離。A F偵測單元4 6具有一用於發射光束之半導體 雷射 461及一用於利用 PSD元件來偵測接收光位置之 AF 偵測部4 6 3，從半導體雷射4 6 1發射之光束係透過光學系 統45而進入基板9表面。來自基板9之光束的一反射光係 透過光學系統4 5而導引至A F偵測單元4 6之一柱面透鏡 4 6 2，並進一步導引至AF偵測部4 6 3。 A F偵測部4 6 3可從光接收的位置而偵測物鏡4 5 7與基板 9表面之間的距離，物鏡4 5 7與基板9表面之間的距離係 可藉由平台 2中所設置的升降機構（圖未示）而控制在定 值。此時，物鏡4 5 7與基板9表面之間的距離（亦即焦距）， 可使得進入物鏡4 5 7之平行光線在基板9表面形成一影像。 平台移動機構2 1具有一 X方向移動機構2 2，用於在圖 1之X方向上移動平台2，並具有一 Y方向移動機構2 3， 用於在Y方向上移動平台2。X方向移動機構22包含一馬 達2 1 1與一滚珠螺桿（圖未示），隨著馬達2 2 1之旋轉，Y 方向移動機構2 3可沿著導軌2 2 2而在圖1之X方向上移 動。Y方向移動機構2 3具有與X方向移動機構2 2相同之 構造，隨著一馬達2 3 1之旋轉，平台2可藉由一滾珠螺桿（圖 未示）沿著導軌2 3 2而在Y方向上移動。 一反射鏡2 4係用於檢查來自光源單元3 1 (於後文中說明 之光波長，該反射鏡2 4係設置於平台2上，其被傾斜而可 13 312/發明說明 補件)/92-11 /92124442 200409904 將來自光源單元 3 1之具有預定入射角的入射光垂直地向 上反射（亦即，朝向物鏡4 5 7 )。 控制部5具有一計算部5 1，用於執行各種計算，由光屏 蔽圖案成像部4 3、分光鏡4 2、基板成像部4 4與光接收單 元3 2所獲取之各種資訊係被輸入至計算部5 1。光源4 1、 光源單元3 1與平台移動機構21亦連接至控制部5，藉由 膜厚測定裝置1控制部5可控制此等機構以執行基板9上 所形成薄膜厚度之測定。 在膜厚測定裝置1中，當基板9上的薄膜相對較薄時， 計算部5 1係藉由來自橢圓儀3之指示偏光狀態而以橢圓測 試法執行一膜厚測定，當薄膜相對較厚、或為多層薄膜時， 計算部5 1係藉由來自光干涉單元4之指示分光強度輸出而 獲得分光反射率，以計算一膜厚。 在膜厚測定裝置1中，當依據橢圓儀3之偏光狀態輸出 而執行膜厚測定時，首先執行檢查光源單元3 1所發射之光 波長（後文中稱為”雷射波長校準”），然後，執行異物檢查， 檢查基板9上的量測位置是否存在有異物。當確定無異物 存在時（換言之，確定在基板9上的量測位置可精確執行膜 厚測定），在測定基板9之傾斜角度之後，執行膜厚測定。 以下將按照步驟說明膜厚測定裝置1藉由橢圓儀3測定基 板9上之薄膜厚度之操作。 圖2係為雷射波長校準之流程圖。在雷射波長校準中， 首先，藉由平台移動機構2 1將平台2上的反射鏡2 4移動 至一偏振光之照射位置（步驟S 1 1 )，藉由控制部5之控制， 14 312/發明說明書(補件)/92-11/92124442 200409904 啟動光源單元3 1之偏振光發射（步驟S 1 2 )。如此，來 源單元3 1之光被反射鏡2 4反射，並導引至光干涉單 之分光鏡4 2。 在分光鏡 4 2中，可獲取接收光之分光強度，因此 半導體雷射3 1 2所發射光束之波長可實質上獲得。指 長之資料被輸出至計算部5 1，並儲存於計算部5 1之 憶體中（步驟S 1 3 )。所獲得之光束波長可藉由橢圓儀 於膜厚計算。 因此，在膜厚計算裝置1中，可藉由移動平台2而 板9和反射鏡2 4切換至光源單元3 1之光照射位置， 在非測定期間，來自光源單元3 1之光被導引至分光鏡 以獲取光束波長（即偏振光）。這允許膜厚測定裝置1 得高精準度之膜厚，即使光源單元3 1構造之周圍溫度 徵等改變而使來自光源單元3 1之光波長改變時。 除了反射鏡2 4，亦可使用一用於散射光之散射器。 鏡2 4或散射器可從平台2以外的部分移動至偏振光之 位置。 接著將說明膜厚測定裝置1中基板9之異物檢查。 物檢查中，一照射光係從光源4 1發射，基板9之一影 預先由基板成像部4 4所獲得，平台移動機構2 1依據 而移動平台2，以將基板9之測定位置對齊橢圓測試 偏振光照射位置。 圖 3係為異物檢查之流程圖。首先，啟動光源單f 之偏振光發射，基板9之量測位置被一預定入射角度 312/發明說明書(補件)/92-11 /92124442 自光 元4 ，從 不波 一 I己 3用 將基 而， 42， 可獲 或特 反射 照射 在異 像可 影像 法之 :31 入射 15 200409904 之偏振光照射（步驟2 1 )。此時，基板9被偏振光照射之 射區域係為例如一直徑1 0 μ m之圓形區域。來自基板9 偏振光之反射光被導引至光接收單元3 2。此時，光接收 元3 2之旋轉檢偏器3 2 1的偏向被固定，僅傳送一 p -偏 成分，而光二極體3 2 2僅獲取反射光之p -偏光成分的強 (步驟S 2 2 )。 根據從光接收單元3 2進入之光強度，計算部5 1可判 基板9上是否有異物存在（步驟S 2 3 )。例如，當偏振光 射基板9之入射角度為72至80度時，如果基板9之光 射位置沒有異物存在，則來自基板9之反射光中幾乎不 有ρ -偏光成分。反之，如果有一些異物存在，則p -偏光 分變得相對較大。然後，當偵測到P -偏光成分時，計算 5 1可判斷出有一些異物存在。 因此，在膜厚測定裝置1中，從光源單元 31所發射 基板9反射之光的p_偏光成分強度可被獲得’根據p -偏 成分強度，計算部5 1可判斷基板9上是否有異物存在。 此，膜厚測定裝置1可輕易地檢查異物存在與否。 雖然，判斷基板9上是否有異物存在之方式，可藉由 較後述在膜厚測定中所獲取指示偏光狀態資訊之一部分 週期強度信號、與一預先計算之週期信號，在此種情況1 必須對旋轉檢偏器3 2 1進行一次旋轉以獲得偏光狀態， 將會使得效能變差。另一方面，在膜厚測定裝置1中， 於在檢查期間中旋轉檢偏器3 2 1之偏向為固定，因此可 速執行異物檢查。 312/發明說明書(補件)/92] 1 /92124442 昭 之 單 光 度 斷 入 昭 會 成 部 及 光 因 比 的 ， 這 由 快 16 200409904 即使當來自光源單元31之光的入射角度超出72至80 度之範圍、或者當來自光源單元3 1之光沒有偏振，仍可從 光接收單元3 2所獲得之p -偏光成分強度的變化，來判斷 異物是否存在。然而，在膜厚測定裝置1中，利用偏振光 以72至80度之入射角度入射，將可以高敏感度檢查是否 有異物存在。 當確認無異物存在於基板9之量測位置，接著測定基板 9相對於一水平表面（即圖1之XY平面）之傾斜角度。首 先，啟動從光源41發射照射光，光屏蔽圖案成像部4 3執 行一成像，而光屏蔽圖案4 5 3 a之影像資料被輸出至計算部 51 〇 如先前所述，光屏蔽圖案成像部4 3之位置係透過基板9 之表面而光學共輛於光屏蔽圖案 453a(由於光屏蔽圖案 4 5 3 a係接近於一孔徑光欄位置，因此光屏蔽圖案成像部4 3 係接近於一物鏡光瞳位置），光屏蔽圖案影像部4 3所獲取 影像中光屏蔽圖案之位置，係為對應於基板9傾斜角度之 位置（更精確而言，照射光之照射位置中的傾斜角度）。 計算部5 1預先儲存傾斜角度為0度時之影像中光屏蔽 圖案的質心位置（barycentric position ;後文中稱為”參 考位置”），藉由計算獲取影像中光屏蔽圖案的質心位置與 參考位置之間的距離（向量），可獲得基板9之傾斜角度（更 明確而言，指示基板9法線方向的向量）。 具體而言，假設物鏡4 5 7與基板9表面之間的距離（即 A F偵測單元4 6所維持固定的距離）為f，基板9之傾斜角 17 312/發明說明書(補件)/92-11/92124442 200409904 度為θ，來自基板9之反射光係於物鏡4 5 7之位置接收， 以獲得光屏蔽圖案4 5 3 a之影像，獲取影像中光屏蔽圖案之 位置，係在對應於從基板9傾斜角度為0度之狀態傾斜之 方向上被移動（f X t a η ( 2 Θ ))。因此，光屏蔽圖案成像部 4 3 所獲取之影像被移動的距離，係為（f X t a η ( 2 Θ ))乘以對應 於傾斜方向朝物鏡4 5 7位置之放大倍率，此距離係為上述 參考位置與偵測到之質心位置之間的距離。由於距離f係 由A F伯測單元4 6維持於固定值，計算部5 1可精確地獲得 基板9之傾斜角度。 當傾斜角度之測定完成後，偏振光從光源單元 3 1發射 至基板9，反射光之偏光狀態係由光接收單元3 2所獲得。 藉由雷射波長校準獲取來自光源單元3 1之偏振光波長，根 據來自光源單元3 1之偏振光波長所獲得之偏光狀態、以及 從傾斜角度所獲得（及傾斜方向）之精確入射角度，計算部 5 1可得到基板9上之薄膜的厚度。來自基板9之反射光之 偏光狀態可在傾斜角度測定期間獲得。 圖4顯示當基板9之傾斜角度變化時，依據偏光狀態所 計算出之膜厚的圖形。在圖4中，線61表示藉由利用測定 傾斜角度來計算膜厚之結果，線62表示未測定傾斜角度之 膜厚計算結果（亦即假設傾斜角度為〇 )。由圖4可見，當 未執行傾斜角度之測定時，所計算的膜厚會因為基板9之 傾斜角度的影響而不同，但是當執行傾斜角度之測定時， 可以高精準度計算出固定值之膜厚。 因此，在膜厚測定裝置1中，設置於孔徑光欄部4 5 3之 18 312/發明說明書(補件)/92-11/92124442 200409904 光屏蔽圖案4 5 3 a的影像可由光屏蔽圖案成像部4 5獲取， 以獲得基板9之傾斜角度。然後，可利用所獲得之傾斜角 度而以高精準度獲得基板9上之一薄膜的厚度。這允許膜 厚測定裝置1獲得一膜厚，同時適當地修正，即使基板9 傾斜亦不需要控制基板9之傾斜。 當膜厚測定係藉由橢圓儀3執行時，並不一定都需要執 行全部的雷射波長校準、異物檢查、與傾斜角度測定。並 非每一次膜厚測定都需要進行雷射波長校準，其可定期執 行（例如，每一定次數的測定）。 接下來將說明基板9傾斜角度測定之另一實施例。在另 一實施例之傾斜角度測定中，視場光攔部4 5 4係設置有一 濾鏡 4 5 4a，以濾除一預定區域外之部分之特定波長。例 如，當光源4 1使用一 i鎢燈時，視場光攔部4 5 4係設置有 光屏蔽濾鏡4 5 4 a，用以濾除中央部以外之部分的波長8 0 0 nm或更高之紅外線。一僅用於傳送紅外線之傳送濾鏡係附 接至光屏蔽圖案成像部4 3。這使得波長8 0 0 n m或更高之 紅外線僅發射到基板 9之照射光照射位置中的一微小區 域，對應於光屏蔽濾鏡之中央部分。微小區域之位置與來 自光源單元3 1之偏振光的照射位置重疊。 照射光之反射光被導引至光屏蔽圖案成像部4 3，而只有 對應於微小區域之反射光會被光屏蔽圖案成像部 43接 收，光屏蔽圖案4 5 3 a之影像係藉由來自微小區域之光而形 成。所獲取之影像中的光屏蔽圖案4 5 3 a影像之質心位置， 係從參考位置依據如先前所述基板9上之微小區域的傾斜 19 312/發明說明書(補件)/92-11/92124442 200409904 角度而移動。因此，依據參考位置與所偵測到質心位置之 間的向量，僅可獲得微小區域之傾斜角度。 由於基板9上的整個照射區域係以波長 8 0 0 n m或更小 之光照射，基板9上之照射光照射位置可藉由基板成像部 44所獲得之影像而確認，偏振光之照射位置可被移動至基 板9上之一期望位置。此外，在後文說明之利用光干涉單 元4之膜厚測定中，可利用波長8 0 0 n m或更小之光來執行 膜厚測定。彳艮自然地，在考慮到利用光干涉單元4之膜厚 測定，可將光屏蔽濾鏡4 5 4 a從光徑中取出。 當對於微小區域之傾斜角度測定完成後，來自光源單元 3 1之偏振光被發射至基板9上的微小區域，偏振光之反射 光係由光接收單元3 2所接收，以獲取反射光之偏光狀態。 利用微小區域之傾斜角度，根據所獲取之偏光狀態，計算 部5 1可獲得基板9上微小區域之一薄膜厚度。 因此，在膜厚測定裝置1中，藉由在視場光攔部4 5 4設 置光屏蔽濾鏡4 5 4 a，可更精準地獲得基板9上微小區域之 膜厚。光屏蔽濾鏡4 5 4 a不一定位於視場光欄部 4 5 4之位 置，其位置亦可接近光學共軛於從光源4 1至基板9之光徑 中的視場光欄位置。此光屏蔽濾鏡4 5 4 a必須可濾除對應於 基板9上微小區域以外之位置處的至少特定波長之光，亦 可濾除所有波長之光。 皆下來所說明之膜厚測定裝置1操作，係依據來自光干 涉單元4之指示分光強度之輸出，藉以獲得分光反射率， 用於膜厚測定（具體而言，對於一相對較厚或一多層薄膜之 20 312/發明說明書(補件)/92-11 /92124442 200409904 厚度測定）。圖5係為利用光干涉單元4之進行膜厚 膜厚測定裝置1操作流程圖。以下將參照圖5進行 在利用光干涉法之膜厚測定中，係使用一參考 (後文中稱為”參考基板”）。做為一參考基板，通常 矽基板，但參考基板係放置於大氣中一段長久時間 參考基板上形成一二氧化矽（S i 0 2)之自然氧化物薄 後，在膜厚測定裝置1中，首先，利用橢圓儀3並 圓測試法而測定參考基板上之自然氧化物薄膜的月 驟 S 3 1 )。 由於利用橢圓儀3之測定可不需要參考對象物， 定一入射光之波長、入射角度（照射位置之傾斜角ί 即可獲取膜厚之絕對值（後文中稱為”絕對膜厚”）。 之參考基板絕對膜厚係儲存於計算部5 1。 當參考基板之絕對膜厚的測定完成時，在光干涉 中，照射光從光源4 1發射，並藉由光學系統4 5導 考基板，一來自參考基板之反射光被導引至分光器 後，藉由分光器4 2來獲取反射光之分光強度（步驟 且參考基板之分光強度資料被輸出至計算部5 1。接 量對象物之基板9 (後文中稱為”對象基板9 ”，以與 板有所區別）係放置於平台2上，來自光源41之照 發射至對象基板9上的量測位置，並藉由分光器42 射光之分光強度（步驟S 3 3 )。對象基板9之分光強 被輸出至控制部5。 在計算部 5 1中，（垂直）參考基板之分光反射率 312/發明說明書(補件)/92-11 /92124442 測定之 說明。 對象物 使用一 ，而在 膜。缺 ί47\ 〇、、 藉由橢 L度（步 只要設 [)等， 所獲得 單元 4 引至參 4 2。然 S32)， 著，測 參考基 射光被 獲取反 度資料 係從步 21 200409904 驟 S 3 1所獲得之參考基板絕對膜厚而藉由理論計算求得 (步驟S 3 4 )。後文中，步驟S 3 4所獲得之分光反射率係稱 為”理論分光反射率”。 接著，根據參考基板之理論分光反射率，從參考基板與 對象基板9之分光強度求得對象基板9之分光反射率（步驟 S 3 5 )。此處，假設參考基板之理論分光反射率為 R c ( λ )， 參考基板之分光強度為Ιε(λ)，對象基板9之分光強度為 Ιπι(λ)，而對象基板9之分光反射率為Rm(X)，對象基板之 分光反射率 RmU)係由（RmU) = (ImU)/IcU))xRcU))而 獲得。換言之，對象基板9之分光反射率之獲得方式，係 將利用光干涉單元4所獲得之對象基板9的分光強度乘以 參考基板之理論分光反射率與參考基板之分光強度之比 值。計算部5 1進一步從對象基板9之分光反射率計算出基 板9上之一薄膜的厚度（步驟3 6 )。 因此，在膜厚測定裝置1中，參考基板分光反射率係依 據橢圓測試法所測定之參考基板膜厚而計算出，對象基板 9之分光反射率係參考計算出之參考基板的分光反射率而 獲得。因此，膜厚測定裝置1可正確地獲得對象基板9之 分光反射率，不會被參考基板上之自然氧化物薄膜影響， 藉此可以高精準度計算膜厚。 參考基板可不需為矽基板，其亦可為金屬基板或類似 者。圖 5中的膜厚測定流程可適當地在可能的限制中修 改’例如’在參考基板之理論分光反射率計鼻之後，求得 參考基板之分光強度。 22 312/發明說明書(補件)/92-11 /92124442 200409904 本發明之較佳具體例雖已說明如上，然本發明並不囿限 於上述較佳具體例，而可允許各種變化。 雖然，異物檢查係執行於在上述較佳具體例中利用橢圓 儀3之膜厚測定，但關於異物檢查之架構亦可僅用於在一 半導體製程中進行異物檢查。 在異物檢查中，當基板9上存在有大型異物或多個異物 時，亦可藉由分光鏡42執行異物檢查，這是由於光干涉單 元4之分光鏡42接收來自基板9之反射光。 光屏蔽圖案 4 5 3 a不一定要配置於孔徑光攔部 4 5 3之位 置，配置之位置只需接近光學共軛於從光源 4 1至基板 9 之光徑中之孔徑光欄之位置。光屏蔽圖案453a可為一用於 僅濾除特定波長之圖案，在此例中，一僅用於傳送特定波 長光線之濾鏡可設置於光屏蔽圖案成像部4 3中。 從光源單元 3 1發射到基板9之偏振光不限於圓形偏振 光，其亦可使用各種合適之偏振光（例如，一 4 5度線性偏 振光）。 基板9不限於一半導體基板，其亦可為用於液晶顯示器 或其他平面顯示器之玻璃基板或類似者。 本發明已詳細揭示及說明如上，前述說明之.各種態樣僅 係舉例性質而非限制性。因此應暸解各種衍生出之修改與 變化均不離開本發明之範圍。 【圖式簡單說明】 圖1係為一膜厚測定裝置之示意結構圖； 圖2係為雷射波長校準之流程圖； 23 312/發明說明書(補件)/92-11 /92124442 200409904 圖3係為異物檢查之流程圖； 圖4係為膜厚測定結果與傾斜角度之間的關係圖；及 圖5係為根據光干涉單元之輸出進行膜厚測定操作之流 程圖< ) (元件 符 號 說 明 ) 1 膜 厚 測 定 裝 置 2 平 台 3 橢 圓 儀 4 光 干 涉 單 元 5 控 制 部 9 基 板 2 1 平 台 移 動 機 構 22 X 方 向 移： 動 機 構 23 Y 方 向 移： 勤 機 構 24 反 射 鏡 3 1 光 源 單 元 32 光 接 收 單 元 34 A/D 轉 換 器 41 光 源 42 分 光 鏡 43 光 屏 蔽 圖 案 成 像部 44 基 板 成 像 部 45 光 學 系 統 46 AF ’偵測單 元 312/發明說明書(補件)/92-11 /92124442

24 200409904 51 計 算 部 61 線 62 線 221 馬 達 222 導 軌 231 馬 達 232 導 軌 31 1 LD 驅 動 控 制部 3 12 半 導 體 雷 射 3 13 偏 光 濾、 鏡 314 λ/4 片 3 15 電 磁 遮 光 器 32 1 旋 轉 檢 偏 器 322 光 二 極 體 33 1 透 鏡 332 透 鏡 4 5 0 a 透 鏡 4 5 0 b 透 鏡 4 5 0 c 透 鏡 4 5 0 d 透 鏡 4 5 0 e 透 鏡 4 5 0 f 透 鏡 45 1 光 纖 452 透 鏡 312/發明說明書(補件)/92-11 /92124442 200409904

453 孔 徑 光 爛 部 4 5 3 a 光 屏 蔽 圖 案 454 視 場 光 搁 部 4 5 4a 濾 鏡 455 半 反 射 鏡 456 半 反 射 鏡 457 物 鏡 458 半 反 射 鏡 459 半 反 射 鏡 46 1 半 導 體 雷 射 462 柱 面 透 鏡 463 AF ik ，測部 S1卜 S1 3 步驟 S2卜 S23 步驟 S3卜 S36 步\ % 312/發明說明書(補件)/92_ 11/92124442 26

Claims (1)

1. 200409904 拾、申請專利範圍： 1. 一種膜厚測定裝置，用於測定一對象物上所形成之一 薄膜之厚度，包含： 一第一光源，用於發射一偏振光至一對象物； 一光接收部，用於接收來自該對象物之該偏振光之一反 射光，以獲取該反射光之一偏光狀態； 一計算部，用於依據該偏光狀態而獲得該對象物上之一 薄膜之厚度； 一第二光源，用於發射一照射光； 一光學系統，用於將該照射光導引至該對象物，並將該 照射光之一反射光從該對象物導引至一預定位置； 一光屏蔽圖案，其設置之位置係接近光學共軛於從該第 二光源至該對象物之光徑上之一孔徑光欄位置；及 一成像部，用於獲取該預定位置上所形成之該光屏蔽圖 案之一影像， 其中，該計算部依據該成像部之輸出而獲得該對象物之 一傾斜角度，並利用該傾斜角度而從該偏光狀態獲得該薄 膜之厚度。 2. 如申請專利範圍第1項之膜厚測定裝置，其又包含： 一濾鏡，其設置位置接近光學共軛於從該第二光源至該 對象物之光徑上之一視場光攔位置， 其中，該濾鏡可濾除在對應於該對象物上一微小區域之 部分以外的部分處的至少特定波長之光。 3 ,如申請專利範圍第1項之膜厚測定裝置，其中： 27 312/發明說明書(補件)/92-11 /92124442 200409904 該計算部依據一預定參考位置與來自該成像部之該輸 出所指示之一影像中的該光屏蔽圖案之一影像的一質心位 置之間的一向量，而獲得該傾斜角度。 4. 一種反射率測定裝置，用於測定一量測對象物之分光 反射率，包含： 一膜厚測定部，用於以橢圓測試法測定一參考對象物上 之一薄膜之厚度；及 一反射率測定部，用於以一照射光照射該參考對象物與 一量測對象物，以獲取來自該參考對象物與該量測對象物 之反射光的個別分光強度，然後獲得該量測對象物之分光 反射率， 其中，該反射率測定部包含一計算部，用於依據由該膜 厚測定部所測定之該參考對象物上之該薄膜之厚度，而計 算該參考對象物之分光反射率，並參考該參考對象物之該 分光反射率，而獲得該量測對象物之該分光反射率。 5. 如申請專利範圍第4項之反射率測定裝置，其中： 該計算部又藉由使用該量測對象物之該分光反射率而 獲得該量測對象物上之一薄膜之厚度。 6 .如申請專利範圍第4項之反射率測定裝置，其中： 該參考對象物係為一矽基板，且該參考對象物上之薄膜 係為一自然氧化物薄膜。 7 . —種膜厚測定裝置，用於測定一對象物上所形成之一 薄膜之厚度，包含： 一光源，用於發射一偏振光至一對象物； 28 312/發明說明書(補件)/92-11/92124442 200409904 一光接收部，用於接收來自該對象物之該偏振光之反射 光，以獲取該反射光之一偏光狀態； 一計算部，用於依據該偏光狀態而獲得該對象物上之一 薄膜之厚度； 一切換機構，用於在非測定期間將一光從該光源導引至 一預定位置；及 一波長測定部，用於獲取導引至該預定位置之該光之一 波長， 其中，該計算部藉由利用該波長測定部所獲取之該波長 而獲得該對象物上之該薄膜之厚度。 8. 如申請專利範圍第7項之膜厚測定裝置，其中該切換 機構具有： 一平台，其上放置該對象物； 一反射鏡，設置於該平台上；及 一用於移動該平台之機構，以將該對象物或該反射鏡放 置於來自該光源之光的一照射位置。 9. 如申請專利範圍第7項之膜厚測定裝置，其又包含： 另一光源，用於發射一照射光至該對象物， 其中，該波長測定部係為一分光鏡，且該分光鏡接收來 自該對象物之該照射光之一反射光，以獲取該反射光之分 光強度。 1 0. —種異物檢查裝置，用於檢查一基板上是否有異物 存在，包含： 一光源，用於以一預定入射角度發射一光至一基板； 29 312/發明說明書(補件)/92-11/92124442 200409904 一光接收部，用於獲取來自該基板之一反射光之一 p-偏光成分的強度；及 一判別部，用於依據該p -偏光成分之該強度而判別該基 板上是否有異物存在。 1 1 .如申請專利範圍第1 0項之異物檢查裝置，其中： 來自該光源之光係在進入該基板之前先被偏振。 1 2 .如申請專利範圍第1 1項之異物檢查裝置，其中： 該光源及該光接收部係為一橢圓儀之部分。 1 3 .如申請專利範圍第1 0項之異物檢查裝置，其中： 如果無異物存在，該入射角度係為使來自一基板之一反 射光中幾乎無P -偏光成分存在之角度。 1 4. 一種反射率測定方法，用於測定一量測對象物之分 光反射率，包含下列步驟： 以橢圓測試法測定一參考對象物上之一薄膜之厚度； 以一照射光照射該參考對象物與一量測對象物，以獲取 來自該參考對象物與該量測對象物之反射光的個別分光強 度；及 依據該參考對象物上之該薄膜之厚度，而計算該參考對 象物之分光反射率，並參考該參考對象物之該分光反射 率，而獲得該量測對象物之該分光反射率。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項之反射率測定方法，其又包 含下列步驟： 藉由使用該量測對象物之該分光反射率，而獲得該量測 對象物上之該薄膜之厚度。 30

   312/發明說明書(補件)/92-11 /9212糾42 200409904 1 6 .如申請專利範圍第1 4項之反射率測定方法，其中： 該參考對象物係為一矽基板，且該參考對象物上之薄膜 係為一自然氧化物薄膜。 1 7. —種異物檢查方法，用於檢查一基板上是否有異物 - 存在，包含下列步驟： - 以一預定入射角度從一光源發射一光至一基板； 獲取來自該基板之一反射光之一 p -偏光成分的強度；及 依據該 P -偏光成分之該強度而判別該基板上是否有異 物存在。 Φ 1 8 .如申請專利範圍第1 7項之異物檢查方法，其中： 來自該光源之光係在進入該基板之前先被偏振。 1 9.如申請專利範圍第1 8項之異物檢查方法，其中： 當一基板上之一薄膜之厚度係以橢圓測試法測定時，係 使用來自該光源之一光。 2 0 .如申請專利範圍第1 7項之異物檢查方法，其中： 如果無異物存在，該入射角度係為使來自一基板之一反

   31 射光中幾乎無P -偏光成分存在之角度。 312/發明說明書(補件)/92· 11/92124442