TW201007117A - Film thickness measuring device and film thickness measurement method - Google Patents

Description

201007117 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於膜厚測定裝置及膜厚測定方法，特別 是有關於形成於基板上，具有複數層之待測物之膜厚測定 架構及方法。 【先前技術】

近年來，為使互補金氧半導體（c〇mplementary metai oxide semiconductor，CMOS)電路等達到低耗電力及高速 化，使得絕緣層上覆矽（silic〇n 〇n insulat〇r，s〇i)之 基板結構倍受注目。該S0I基板，係於兩個矽（sU丨⑶^， si)基板間配置二氧化石夕（Si〇2)等絕緣層（Β〇χ層），使 得形成於其中一矽層之㈣接合面，與另一矽層（基板）間 所產生之寄生二極體（di〇de)及靜電容量等能夠被減少。 S知上，此一 S0I基板之製造方法係於矽晶圓 (silicon Wafer)之表面形成酸化膜，並黏貼其它矽晶圓 以將該酸化膜央於$ A I ^ ,, 处於之間，進一步，將形成電路元件之矽晶 圓研磨至既定厚度。 根據此一研磨工程，為了控制矽晶圓之厚度，需持續 監測模厚。於日本專利特開平G5_3嶋G號公報及特開平 05 308096號公報中，係揭露此一研磨工程之膜厚測定方 法，即利用傅立筆赫，， 案轉換紅外分光光度計（Fourier transform infrared spectroscoPy，FTIR)之方法。另外， 於日本專利特開_-㈣0號公報中，係揭露利用分散型 多頻道分光器測定反射頻譜“pea·)之方法。 201007117 除此之外’於日本專利特開平1〇_125634號公報中， 係揭露一種測定方法，將來自於紅外線光源之紅外線透過 研磨體照射於研磨對象物上，用以檢測其反射光。 進一步，於日本專利特開2〇〇2_22842〇號公報中，係 揭露將波| 〇· 9Um (微米）以上之紅外線朝矽薄膜表面照 射，然後以石夕薄膜表面反射光及石夕薄膜裡面反射光之干涉 結果為依據之矽薄膜膜厚測定方法。 進一步，於日本專利特開20034 141〇7號公報中係 揭露-種將紅外線作為衫光使肖之光干涉㈣厚測定裝 置。 然而’於日本專利特開平⑽-3G691G號公報及特開平 ^3〇_6號公報所揭露之膜厚敎方法中並無法測定 乍為基準之樣本的膜厚相對值，因而無法測定膜厚之絕對 定方沐^於日本專利特開2GG5 —1 9920號公報所揭露之項 ::中，係假設折射率不取決於波長而為 據自我迴歸模型（m〇de 折射率且古、“ &進仃周期推疋’然而’實際之

半，、有波長相依性，所 I 性之誤差。此外…該波長相你 露之測定方法：專利特開2°〇3]141°7號公報所損 方法亦具有同樣問題。 以 ⑴另外於日本專利特開2GG2-22842G號公報所据於 測定方法中，需於敎對象之Μ報所揭露之 非破之樣本上形成貫通部份，I法 非破壞之方式連續地測定膜厚。 …、居 發明内容】 201007117 為解決此一問題，本發明之目的，在於提供膜厚測定 裝置及膜厚測定方法，用以測定具有更高精確度之膜厚。 本發明之膜厚測定装置，包括光源、分光測定部份、 第一決定單元、轉換單元、解析單元及第二決定單元。光 源，將具有既定波長範圍之測定光，照射於將複數層形成 於基板上之待測物。待測物包括離光源最近之第一層及鄰 接於第-層之第二層。分光測定部份，根據待測物所反射 之光或穿透待測物之光，用以取得反射率或穿透率之波長 分佈特性。第-決定單元，利用模型式，對波長分佈特性 執行配適’用以至少決定第一層之膜厚，模型式具有待測 物中所包括之各層之膜厚。轉換單元，將波長分佈特性之 各波長及波長之反射率或穿透率之值的對應關係，轉換為 各波長相關之波數及根據既定關係式所算出之轉換值的對 應關係，用以產生法激·公欲LA μ 反數刀佈特性。解析單元，用以取得波 數分佈特性所包括之各波數成分之振幅值。第二決定單 疋，根據波數分佈特性所包括之振幅值中的大波數成分， 用以至少決定第—屉夕描度 層之膜厚。之後，選擇性地讓第一決定 單元及第二決定單元有效。 更好地，膜厚測定裝置更包括第三決定單元，將第二 :定單元所決定之第一層之媒厚之值，用來設定模型式， 對：長分佈特性執行配適，用以決定第二層之膜厚其 ，模型式具有待蜊物中所包括之各層之膜厚。 更好地，當第—洫它s _ 紅< 〇 决疋早兀之配適未在規定次數以内收 斂時，讓第二決定單元有效。 201007117 更好地’模型式包括用來表示折射率之波長相關函數。 更好地既定波長範圍包括紅外線光域之波長。 更好地，解析單元包括傅立葉轉換單元，用以對波數 分佈特性進行離散傅立葉轉換。 v更好地，解析單元利用最佳化之方法，用以取得波數 分佈特性所包括之各波數成分之振幅值/ 另-方面，本發明之膜厚測定方法，包括照射步驟， 參 2具有既疋波長範圍之測定光，照射於將複數層形成於基 扳上之待測物，待測物包括 卞幻物匕括離光源最近之第一層及鄰接於 —層之第二層。進-步’膜厚測定方法，包括：波長分 佈特性取得步驟，根據待測物所反射之光或穿透待測物之 光’用以取得反射率或穿透率之波長分佈特性；第一決定 步驟’利用模型式，對波長分佈特性執行配適，用以至少 決定第一層之膜厚，模型式具有待測物中所包括之各層之 =厚；產生步驟’將波長分佈特性之各波長及波長之反射 率或穿透率之值的對應關係’轉換為各波長相關之波數及 根據既定關係式所算出之轉換值的對應關係，用以產生波 數分佈特性；振幅值取得步驟，用以取得波數分佈特性所 :括之各波數成分之振幅值；第二決定步驟，根據波數分 —特性所包括之振幅值中的大波數成分，用以至少決定第 1之膜厚；及有效化步驟，用以選擇性地讓第一決定單 疋及第二決定單元有效。 根據本發明，能夠敎具有更高精確度之待測物膜厚。 為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂， 201007117 下文特舉一較佳實施例， 並配合所附圖式，作詳細說明如 下。 【實施方式】

號表示之’並省略重複之說明。 《裝置架構》

第1圖係顯示依據本發明實施例之膜厚測定裝置100 联序測疋裝置1〇〇,對於單層或積層結構 通常可用以測定其各層之膜厚。本實施例 之膜厚測定裝置100特別適用於具有較厚大層（通常為2叫 ΙΟΟΟμπι)待測物之膜厚測定。 具體地，臈厚測定裝置1 〇〇為顯微分光式之測定裝 置，將光線照射於待測物上，根據待測物所反射之反射光 •波長分佈特性（以下亦稱為『頻譜（spectrum)』），可 用以測定構成待測物各層之膜厚。再者，不限於膜厚測定， 亦可用於各層（絕對及相對）反射率之測定及層結構之解 析。進一步，亦可利用穿透待測物之光線的頻譜（穿透光 之頻譜），用以代替反射光之頻譜。 於說明書中’係說明作為待測物之基板單體或基板， 於其上形成一個以上之層之情況。於一實施例中，待測物 為具有像疋珍（Si)基板、玻璃基板、及藍寶石（sapph i r e ) 基板等較厚基板單體，及SOI基板這樣的積層結構之基 7 201007117 板。特別地，本實施例之膜厚測定裝置1 00適合用以測定 切削研磨後之矽基板膜厚、S01基板之矽層（活性層）膜 厚、以化學機械研磨（chemical mechanical polishing, CMP)處裡之矽基板膜厚等。 參考第1圖’膜厚測定裝置1 0 0包括測定用光源1 0、 聚焦透鏡（col 1 i mating lens ) 12、濾光鏡（cutting f i Iter ) 1 4、成像透鏡16及36、光圈18、分光鏡（b e am spl itter ) 20及30、觀察用光源22、光纖24、射出部份26、針孔反 射鏡（pinhole mirror) 32、轴轉換反射鏡34、觀察用攝 影機（camera) 38、顯示部份39、及資料處理部份7〇。 為取得待測物之反射率頻譜，測定用光源1 〇係為用以 產生具有既定波長範圍測定光之光源，特別是具有紅外線 光域中波長成分（舉例來講，900nm (奈米）〜i6〇〇nm、或 者1470nm〜160〇nm)之光源。通常會用_素燈泡（Hal〇gen lamp )來作為測定用光源丨〇。 聚焦透鏡12、濾光鏡14、成像透鏡16及光圈18，係 被配置於用以連結測定用光源1 〇及分光鏡3〇之光軸 上，用以光學性地調整從測定用光源1〇所射出之測定光。 具體地，聚焦透鏡12係為測定用光源丨〇之測定光一 開始入射之光學，並使作為擴散光線傳播之測定光折射轉 換為平行光。通過聚焦透鏡丨2之測定光入射至濾光鏡i 4。 濾光鏡14用以遮斷測定光中不需要之波長成分。濾光鏡 14通常由沉積於玻璃基板等之多層膜所形成。為調整測定 光之光束（beam )直徑’成像透鏡丨6將通過濾光鏡1 *之 201007117 Μ =光從平仃光線轉換為會聚光線。通過成像透鏡1 6之測 定光入射至光圈18。光圈18將測定光之光量調整為既定 量用以射出至分光鏡3〇。更好地，係根據成像透鏡16 ㈣換之衫光成像位置來配置光圈18。再者，適當地設 定光圈18之杏„ ^ $ ’用以對應於入射至待測物之測定光景 冰及必要之光強度等。 面觀*察用光源22為產生觀察光之光源，用以 所」物進仃對焦及確認測定位置。且選擇觀察用光源22 用’使其包含待測物可能反射之波長。觀察 谓99、2 ^由光纖24連接於射出部份26，使得觀察用光 你 生之觀察光’經由作為光波導之光纖24傳播後， 從射出部份26朝分光鏡2〇射出。 22所產Μ 26包括遮罩部份心，用以遮罩觀察用光源 待：部份銳察光’使既定之觀察基準影像投射於 般鼻。對表面沒有任何圖案（pattern)形成之待測物（一 =明之玻璃基板等）而言，該觀察基準影像也易於進 飽再者，可使用任何形狀之倍縮光罩（reticle)， 像疋㈣使用同心圓形及十字形之圖案等。 中，直㈣力觀察用光源22所產生觀察光之光束斷面 背’26逆t (光量）約為一致’而-部份觀察光被遮罩 ;光二二(遮蔽）^，會使得觀察光於其光束斷面上 形成先強度約為零之區域（与 觀察基準影像投射於待測物Γ域）。該陰影區域作為 載物臺50為放置待測物之樣本臺’且其放置面為平 9 201007117 坦。舉例而言，該載物臺5〇為機械性連結之可動機構5卜 可沿著三個方向（X方向、γ方向及z方向）自由地被驅動。 可動機構51 ϋ常由三軸伺服馬達及用以驅動各飼服馬達 之伺服驅動器所構成。進一步，可動機構51由使用者或未 圖示之控制裝置等加以驅動’用以回應於載物臺位置之指 令。根據該載物臺50之驅動，用以改變待測物及後述接物 鏡40間之位置關係。 接物鏡40、分光鏡3〇及針孔反射鏡32，係被配置於 沿著載物臺50平坦面垂直方向延伸之光軸Αχι上。 參 分光鏡30反射測定用光源1〇所產生之測定光用以 將其傳播方向轉換為朝著光軸AX1之紙面下方。此外，分 光鏡30讓朝著光軸AX1之紙面上方傳播之待測物反射光穿 透0

另一方面，分光鏡20將觀察用光源22所產生之觀察 光加以反射，使其傳播方向轉換為朝著光軸Αχ2之紙面右 方。也就是說，分光鏡30具光注入部份之功能，從測定用 光源10到集光光學系統之接物鏡4〇的光學路徑上，用以 將觀察光注入既定位置。於該分光鏡2〇所合成之測定光及 觀察光，由分光鏡30反射後，入射至接物鏡 特別地，由於測定光具有紅外線光域之波長成分，且 觀察光具有可見光光域之波長成分，因此，從可見光光域 到紅外線光域，分光鏡20及30均能夠維持其透過/反射 特性之目標值。 接物鏡40為集光光學系統，用以將朝著光轴aX1之紙 10 201007117 面下方傳播之測定光及觀察光進行集光。意即，接物鏡 會聚载光及觀察光，用以成像於待測物或其鄰近位置 上。此外’接物鏡40為具有既定倍率（例如1〇倍、2〇倍、 倍、4〇倍等）之放大透鏡。因此，相較於人射至接物鏡 40之光束斷面’此一放大透鏡能夠使測定光光學特性之測 定區域達到微小化。 除此之外，通過接物鏡40而入射至待測物之測定光及

觀察光，經過待測物之反射，朝著光軸Αχι之紙面上方傳 播。該反射光穿透接物鏡4〇後，接著穿透分光鏡3〇到達 針孔反射鏡32。 針孔反射鏡32具光分離部份之功能，從待測物所產生 之反射光中，分離出測定反射光及觀察反射光。具體而言， 針孔反射鏡32包含反射面，用以反射來自於待測物，且朝 著光轴AX1之紙面上方傳播之反射光，並於該反射面及光 轴AX1之交點中心形成孔隙部份（針孔）32a。與測定用光 •源10之測定光經待測物反射後所產生之測定反射光，於針 孔反射鏡32位置上之光束直徑相較之下，所形成之該針孔 32a之直徑變得較小。另外，該針孔反射鏡犯係被配置， 用以使測定光及觀察光’分別與經待測物反射所產生之測 定反射光及觀察反射光之成像位置一致。此一架構丁，待 測物所產生之反射光’將通過針孔32a入射至分光測定部 份60。另一方面’轉換剩餘反射光之傳播方向，使其入射 至軸轉換反射鏡34。 分光測定部份60，係用以測定通過針孔反射鏡32之 11 201007117 測定反射光的反射座# 4 ^ ,3曰，並將測定結果輸出至資料處理 部份70。更詳細认 (.ία 、 为光測定部份6〇包括繞射光栅 :er (grating)62、檢測部份遽域66及快門（sh咖 68 〇 濾光鏡6 6、快門R Q η ,, 8及繞射光栅62係被配置於光轴αχ 1 上。濾光鏡66為光學、清 ^ 学慮先鏡針對通過針孔32a入射至分 光測定部份60之測佘G„ 疋反射光，用以限制其所含之測定範圍 外的波長成刀’特別是用以遮斷測定範圍外的波長成分。 ❿ 於重置（reSet)檢測部份64時等情況下，快門68用以遮 斷入射至檢測部份64夕本砼 M ^ 之光線。快門68通常由電磁力驅動 之機械式快門組成。 繞射光柵62將人射之測定反射光進行分光，然後將各 刀光波導往檢測部❽64。具體而言，繞射光栅Μ為反射 型繞射光栅’以既定之波長間隔，將每—繞射波反射至對 應方向於具有此架構之繞射光栅62中，當測定反射波入 射時’將其所含之各波長成分反射至對應丨向，然、後入射 至檢測部份64之既定檢測區域中。再者，該波長間隔相當 於分光測定部份60之波長解析度。繞射光柵62通常由淺 焦（flat focus)型之球面光柵（grating)組成。 於繞射光栅62所分光之測定反射光中，對應於各波長 成分之光強度的電子訊號，係由檢測部份64輸出，用以測 定待測物之反射率頻譜。檢測部份64由具有紅外線光域感 光度之砷化銦鎵（indium gaiiium arsenide，InGaAs)陣 列組成。 12 201007117 資料處理料70對檢測部份β4所取得 進行本發明相關之特徵性程序， 射率頻譜 之膜厚。再者，資料處理部份 々成相物各層 之反射率及層構造。進一:關 〇::用以解析待測物各層 下。之後，7()%ί^ 料料細說明如 光學特性。 7G輪^彳定待測物膜厚為首之 另一方面，針孔反射鏡32所反射之觀察反射光沿著光 轴AX1傳播，之後入射$缸絲4&r_ 香尤

傻射至轴轉換反射鏡34。觀察反射光之 傳播從光軸AX3轉換至朵站AY/1 ,, 至先軸AX4。如此一來，觀察反射光 著光轴AX4傳播，然、後人射至觀察用攝影機。 觀察用攝影機38為取像部份，用以由觀察反射光取得 反射衫像’通常由雷共j 人 观㊉田電何耦合兀件（charged_c〇Upled device，CCD)及互補金氧半㈣（c〇mpiementary .Μ oxide SemiC0nduct0r’ CM〇s)感測器（sens〇r)組成。再 者，觀察用攝影機38通常具有可見光光域感光度，且多數 清況下其感光度特性係相異於具有既定測定範圍感光度 之檢測部份64 °接著，觀察用攝影機38自觀察反射光取 付之反射影像後’將對應之視頻信號輸出至顯示部份39。 顯不部份39根據觀察用攝影機38之視頻信號，將反射影 像顯示於畫面上。使用者看到顯示於顯示部份39之反射影 像後’進行待測物之對焦及測定位置之確認。顯示部份39 通常由液晶顯示器（丨iquid crystal display，[CD)組成。 再者’亦可設置取景器（f inder)，讓使用者能夠直接看 到反射影像’用以代替觀察用攝影機38及顯示部份39。 13 201007117 《反射光之解析性檢查》 首先’針對測定光照射至待測物之情況下，對所觀測 到之反射光進行數學性及物理性之檢查。 第2圖係顯示作為本發明實施例之膜厚測定裝置1()〇 之測定對象的待測物〇Bj剖面圖。 參考第2圖，係以SOI基板作為待測物〇BJ之代表例。 也就是說，待測物〇Bj配置有三層構造：矽（si )層1、 基板（base)石夕層3 (基板層）、及兩者中間之二氧化矽 (Si〇2)層2 ( BOX層）。進一步，將膜厚測定裝置1〇〇之〇 照射光從紙面上方入射至待測物〇BJ。換言之，測定光一 開始入射至Si層1。 為了容易理解’接著考慮入射至待測物OBJ之測定 光，經由Si層1及Si 〇2層2之界面反射後所產生之反射 光。於以下之說明中，利用ί來表示各層。意即，以『0』 表不空氣及真空等大氣層、以r丨』表示待測物〇BJ之Si

層1及以『2』表示其Si〇2層2。除此之外，各層之折射率， 係利用i來表示，即折射率η·。 由於具有不同折射率⑴之各層界面會產生光之反射， 因此’於折射率不同之第i層及第i + 1層間的每一界面中 能夠將P偏光成分及S偏光成分之振幅反射率 係數）及，%+1表示如下：

Frensnel 14 201007117 r(P) — ”/+1 气C_“丄 nf+\ cos^. -\-n. cos^.+j r(S) _ cos^.-«/+1 cos^ i,i+l n. cos^. +«z-+| cos^ ill /+1 於此，為·表示第i層之入射角。根據下述之Snell法則， 可由最上層大氣層（第〇層）之入射角計算該入射角办：

A^〇 sin = Nj sin φι 具有光干涉之膜厚層内，以上式所示之反射率來反射 之光將於層内多次往返。為此，鄰接層界面直接反射之光 與層内多重反射後之光，由於兩者之間的光路徑長度不 同，使得彼此相位不同，並於81層i之表面產生光干涉。 為了表不各層内此一光干涉效果，可將第i層層内的光相 位角爲·表示如下：

叫f) rij cos^· 於此，4表示第i層之膜厚，而Λ表示入射光之波長。 為了更單純化’當將光垂直地照射於待測物〇BJ時， 即入射角為·=0之情況下，p偏光及s偏光間沒有區別，而 各層間界面之振幅反射率及薄膜相位角灼如下所示： n〇+n\

15 201007117 β\=2π η\ 、 ν ^ y 進 一步’於第2圖所示之三層系統中， 將待測物OBJ之反射率及表示如下：

? 一 4 ^ + 2yDF12 CQS2A 1 + r0 fl 2+2Ό 於上式中，關於相位角A之頻率轉換（傅立葉轉換），相 位=子（Phase factor) 〇〇82两對反射率及而言為非線性。❹ 接著，將該相位因子C0S2两轉換為線性函數。於一實施例 中，係將反射率及以下式轉換，並定義為獨立之變數『波 數轉換反射率』及，： R'： { R T^R2 2 r01+r12 Ό1

Ra +Rfj cos2 12y 2m\ 丁

V 2mni^ΐϊ1-rl22 cos 2^i

d\

装 dj 2^?7J ^干’ 一^~表示光（電磁波）於物質中，即層内，傳播時 之波數 AT (propagation number)。 該波數轉換反射率i?’為相位因子cos2约之一次式，所 以為線性。於此，式中之表示波數轉換反射率疋之切 片’而办表示波數轉換反射率/?，之傾角。換句話說，針對 16 201007117 與頻率轉換相關之相位因子C0S2功，該波數轉換反射率π， 係為用以將各波長中反射率及之值加以線性化之函數。再 者，亦可使用函數1/(1-，來作為相位因子線性化之函數。 因此，可以將Si層1内之波數[^定義如下： κλΑ 丄乂 於此，當Si層1内之波長；L光速度為S，且真空中之 籲波長又光速度為c時，將折射率表示為叼=：e/χ。除此之外，

利用波數尺1、角頻率ω及相位5，可將S i層i内沿著X 方向行進之光所產生之電磁波五“ 〇表示為 五M=E〇exp[攸-印+小換言之，Si層1内電磁波之 傳播特性取決於波數欠丨。透過這些關係，可知於真空中具 有波長；I之光，由於其光速度於層内下降，波長亦會從又變 長至；1/«丨。考慮此一波長分散現象，可將波數轉換反射率及， 定義如下： • 及’ ([1) = 4 + /¾ cos 2[河 藉由此關係，當波數轉換反射率W進行與波數尺相關 之頻率轉換（傅立葉轉換）時，根據膜厚*所對應之周期 成分中出現之波峰（peak )，用以指定該波峰之位置，從 而能夠算出膜厚ή。 換句話說，將待測物OBJ所測定之反射率頻譜與各竣 長反射率的對應關係，轉換為各波長所算出之波數與利用 上述關係式所算出之波數轉換反射率γ的對應關係後，將 包含波數尺之波數轉換反射率兄函數進行與波數尺相關之 17 201007117 頻率轉換’之後’根據該頻率轉換後之特性中所出現之波 峰’便能夠算出構成待測物OBJ之Si層1之膜厚。這是 因為取得波數分佈特性所包含之各波數成分的振幅值然 後根據其振幅值之大波數成分，用以算出^層1之膜厚。 再者，如下所述，能夠利用快速傅立葉轉換（fast Fourier transform，FFT)等離散傅立葉轉換之方法，或者利用最 大熵法（maximum entropy method，以下亦稱為『MEM』） 等最佳化之方法，用以從波數分佈特性中解析振幅值之大 波數成分。 φ 於波數轉換反射率兄之定義中，/^及办，係為無關 層内干涉現象之值，不過，卻取決於各層間之界面中，包 含Si層1之折射率„丨的振幅反射率。為此，當折射率叼具 有波長分散之情況下，其值為取決於波長（意即波數尤） 之函數值，因此，與波數X相關，無法為定值。於是，以〕 表不傅立葉轉換，將尺、〜、办及咖2尤河，以波數尺進 行傅立葉轉換後’將作為函數之功率頻譜（卿打 spectrum)各自設為p、Pa、匕及F，則下式成立： 罾 其中表示摺積（convolution)。 式中，取決於？8膜厚之成分相對地較小，且功率頻譜 F具有獨立之波峰，因此不會對功率頻譜？造成影響。 另一方面，因為式中之Pb與功率頻譜F進行摺積，因 此，Pb之膜厚成分，係將調變加入功率頻譜F之膜厚成分 中。然而，Pb與層内干涉現象無關，因為只受鄰接兩層中 18 201007117 折射率之波長依存性影響，對於一 分，相較於功率頻譜k膜厚成八K“〜膜厚成 盛㈣雄ρ曰'之膜厚成分，能夠忽略的程度較小。 …將6作為膜厚q的周期函數，透過指積，其傅 立葉轉換後之Pb將調變加入功率頻譜f之膜厚成分中，、因 此，頻譜所顯示之波峰將為『h』_『d+Q』，且由於q 值非常小，對波峰位置d的影響很小。 步，進行傅立葉轉換時，如下所述，係考慮測定 ♦象層之最大膜厚，根據Nyquist取樣定理，對於波數轉 換反射率&，以適當的取樣間隔及取樣數進行取樣。基於 此方式所取樣之波數轉換反射率#，相對於所算出的功率 頻谱之媒厚解析度r，Pb之膜厚成分Η能更小（Or)， 因此’可以說幾乎不會對膜厚以敎結果造成影響。 以此方式，將算出的反射率頻譜’轉換至與波數相關 之函數’其考慮到薄膜之波長分散，然、後，再進行傅立葉 轉換，進而能夠正確算出薄膜之膜厚。 再者’於上述之說明中，係利用反射率頻譜來說明， 但亦可利用穿透率頻譜。於此情況下，以Γ表示所測定之 穿透率’卩Γ表示『波數轉換穿透率』，並將關係式表示 如下： Γ：

T

Ta+TbQ〇s2Kd\ 即使利用穿透率頻譜，穿透率Γ對相位因子cos2A而言 亦為非線性。為此，同上述之理由，採用與相位因子cos2灼 相關，且為線性之波數轉換穿透率了、依據上式，波數轉 19 201007117 換穿透率T’為相位因子cos2灼之一次式，利用與上述相同之 方式，便能夠正確算出薄膜之膜厚。意即，對於與頻率轉 換相關之相位因子cos2^而言，該波數轉換穿透率Γ，係為 用以將各波長之穿透率值加以線性化之函數。 再次參考第2圖，係考慮經由Si〇2層2及基板（base ) 矽層3間之界面反射後，所產生之反射光。以π表示Si層 1之折射率、4表示膜厚、《2表示Si 〇2層2之折射率及句表 示膜厚時，可將波數轉換反射率及’表示如下： R'=Ra +RfyC〇s2K\di +Rccos2K2d2 + R^ cos2(K\d\ +^2^2)+^ cos2(K\d\ -^2^2) 其中， Κλ _ 2πη\ 尤1= 丁

Kr, _ 1πη2 Κ2= 了 於此，係使用分別以波數尤1及尺2加以轉換過之波數 轉換反射率及l(Xl)及及2(火2)， 用以分離並算出Si層1之 φ 膜厚4及Si〇2層2之膜厚办。具體地，如下所示： R\(Ki) = Ra +Rjj cos2K\d\ +RC cos2K\d2 + Rd cos 2K\ {^d\ +d2^j + Re cos 2K\ R2(K2)- Rq +^b c〇s2i^2^1 +^c cos + cos2K2^1 +d2^j + Re cos_j 20 201007117 其令，4 = ^Ldl «2 d2=^~d2 於這些式_，儘管，d管及‘並非為正確之膜厚， 不過，波數轉換反射率巧’⑹之第2項所對應之功率頻譜 中;可由波峰求得原本之膜厚4，且波數轉換反射率

及2㈣之第3項所對應之功率頻譜巾，可由波峰求得原本 之膜厚d2。 再者’實際上’ Si|丨及咖層2之折射率近似，多 數情況下’兩者界面之反射率’相較於其它界面之反射率， 相對地會較小。其結果是’相較於波數轉換反射率之函數 所包含之办及之值較小，因此报多情況下，亦難 以從功率頻譜中，確認波數轉換反射率3項所 對應之波峰。於此情況下’先算出波數轉換反射率砧⑹ 之第4項所對，應之功率頻譜的波峰位置+^，以及波數 ^反射率&(&)之第2項所對應之功率頻譜的波峰位置 |/ij’之後，再取得兩者之差，便能夠算出膜厚 《關於波長範圍及波長解析度》 來測定SOI基板後之測定結果示意圖。再者，"圖所厂、 之測定例中’於第3(a)圖之情況下，測定光之波長範圍： 9〇〇nm〜麗⑽’而第3⑻圖之情況下，波長範圍為1340nm 〜⑽―。進-步’對應於測定波長，係選擇具有適當特 性之繞射㈣62’使得反射光人射至檢測部份^後，檢 21 201007117 測部份6 4之檢測υ； γ ·... 、” （point)數（檢測頻道數） 如⑴個頻道）。換句話說，波長範圍愈 點數之波長間隔（亦即，波長解析度）愈小。母檢測 根據前述之解析性檢查’所測定之反射率波 長，應有周期性變化。 皮 於第3⑷圖所示之測定結果中，儘管可以看到反射率 ^於波長具有周期性變化，但無法得料分精確之膜厚 —就此而吕’於第咖圖所示之測定結果中，清楚地顯⑩ 不出反射率之波锋（peak)及波谷（vaUey)，亦可測定 反射率之變化周期。第3(c)圖，係將第3(b)圖所示之測定 果（反射率頻4) ’轉換為上述波數轉換反射率及，之函 數後，用以顯示與波數尤相關之頻率轉換結果。如第3圖 所示’係能夠將主波峰對應之值作為^層^膜厚。 進一步’第4圖及第5圖係顯示s〇I基板之其 結果。 第4圖係顯示利用本發明實施例之膜厚測定裝置1。。❹ 來測定SOI基板後之另-測定結果示意圖。於第4圖之測 定例中’ Si層1之膜厚為1〇· 〇⑽（設計值），si〇2層2之 瞑厚為0.3叫（設計值）。進一步，於第4(a)圖中，係顯 :利用具有可見光光域（ 330nm〜;n00nm)波長成分之測定 光，而於第4(b)圖中，係顯示利用具有紅外線光域（9〇〇nm 160 Onm )波長成分之測定光。再者，如上所述，檢測部 伤6 4 (第1圖）之檢測點數（檢測頻道數）均相同。 22 201007117 如第4(a)圖所示，當利用具有可見光光域波長成分之 測定光時，在大於86〇nm之波長區域中，顯示出反射率之 周期性變動，但於較短之可見光光域中，可知並不會產生 明顯的周期變化。相對地，如第4(b)圖所示，利用具有紅 外線光域波長成分之測定光時，可知會出現明顯的反射率 周期變化。 第5圖係顯示利用本發明實施例之膜厚測定裝置ι〇〇 來測定S(H基板後之另一測定結果示意圖。於第5圖之測 定例中’Si !之膜厚為8〇〇μιη(設計值），抓層2之 膜厚為〇._(設計值）。進一步’於第5(a)圖中，係顯 示利用具有紅外線光域（ 900nm〜16〇〇nm)波長成分之測定 光’而於第5(b)圖中’係顯示利用具有更窄之紅外線光域 (147〇nm〜160〇nffl)波長成分之測定光。再者如上所述， 檢測部份64(第1圖）之檢測點數（檢測頻道數）均相同。 如第5(a)圖所示，即使利用具有紅外線光域波長成分 之測定光，所測定之反射率亦無出現明顯的周期變化。相 對地’如第5⑻圖所示，當利用具有更窄之紅外線光域波 長成分之測定光時’可知會出現明顯的反射率周期變化。 根據以上之測定例，為了以高精確度測定較厚層之膜 厚，需適當地設定測定光之波長範圍及波長解析度。因為 這是利用層内光干涉對象的-種敎方法，且檢測部份64 對於反射光之波長解析度有限，根據以下說明之方法，能 夠設定更適當的測定光波長。 於以下之檢查中，檢測部份64之波長檢測下限值為 23 201007117 ^in，且檢測部份^ j = 物64之波長檢測上限值為。 測定用光源1 〇 (第彳固、_ Α 圖）所照射之測定光波長範圍，若自 含檢測部份64之油且认w_ 心夜長檢測範圍的話，則任何範圍皆可。 進一步，檢測部份4 rπ、 (第1圖）之檢測點數（檢測頻道數） 為 6/7。 第6圖為一示咅® m 丁意圖，用以說明依據本發明實施例之臈 厚測定範圍及檢測部份64之檢測波長範圍，以及與檢測點 數之關係。 ❹ ()琪厚則足範圍之下限值與檢測波長範圍之 關係。 根據上述之膜厚測定方法，因為需要找出作為對象之 待測物内產生光干涉之波長，檢測部份64需具有能產生光 干涉之波長範圍。也就是說，如第6(a)圖所示，於檢測部 份64之檢測波長範圍中，待測物所被測定之反射率波形需 有一周期以上之變化。 這是因為檢測部份64之檢測波長範圍從下限值@ 變化至上限值，意味著所產生之光學距離之變化需足 以進行待測物之膜厚往返。 因此，膜厚測定範圍之下限值c/min與測定光之波長範 圍之關係需滿足以下之條件式（1 ): >__j：min .又max_ …（1 ) 2(Anax ·%ιίη —Ληίη .«max ) 其中’ wmin表示波長之折射率，而《max表示波長 &nax之折射率。 24 201007117 )膜厚測定範圍之上限值與檢測點數 點數之關係。

之各陣列元件的配置間隔愈大。 之座標。此時，針對波長，係將InGaAs等各陣列元件以等

間隔方式配置，如jl卜—A , ^ I 如此來，S波數愈小，可知波數所對應 φ 因此，為對應於波數，且以既定周期變化之反射率波 形能正確地被取樣，各陣列元件的配置間隔（波長解析度 △又）需滿足Nyquist取樣定理，藉由滿足該取樣定理，用 以決定膜厚測定範圍之上限值。 檢測部份64之波長解析度ΔΑ，利用檢測點數（檢測 頻道數）Sp，可以表示為ΔΑ 。 由於測定光之波長愈長時，反射率波形之周期就愈 短’因此’於反射率波形中，當測定光上限值之極值 ❶（峰值（Peak )或谷值（val ley ))產生時，與該極值鄰 接的極值所產生之波長表示為；^，與膜厚測定範圍之上限 值dmax間需滿足以下之條件： 2(Anax . ”1 ~ A · 於此，當測定對象層之膜厚較大時，可假設η·3χ与ηι， 因此，將上述之條件表示為以下之條件式（2):

-λ\) 25 ...(2) 201007117 此時，波長解析度ΔΑ需滿足以下之條件： ΔΛ = ^111^—< - λ\ SP '~2 將上限值dmax之關係式代入上述波長解析度之關 係式中，消去；ll後，可以表示為以下之條件式（3): Αλ = ——m^n < 一乂^iax _ SP 2(乂max + 2 . wmax . dmax ) ...(3) 以上為檢查之結果，若欲事先決定待測物所要求之膜_ 厚測定範圍（下限值i/min〜上限值），為了滿足上述 之條件式（1 )及（2 )，必須決定測定光之波長範圍（下 限值Ληώ〜上限值Ληβχ)及檢測點數5^。 《計算例》 於第2圖所示之S0I基板中，當測定Si層i之膜厚時， 係將相關必要條件之計算說明如下。 於此計算例中，SOI基板之Si層1之上限值^狀為_ 1〇〇μΠ1 ’且折射率為定值（n = 3. 5)而不取決於波長。再者， 於此计算例中，不考慮，S01基板之Si層1之下限值c?min。 將上述設定值分別代入前述之條件式（2 )及（3 )， 則可算出上限值^ax =1424. Onm，而波長解析度 ΔΑ_1· 445375nm。因此，當具有512個頻道之檢測部份64 被用來對最大膜厚為1 ΟΟμπι之待測物進行膜厚測定時，若 所使用之測定光涵蓋大約684〜1424⑽之波長範圍，則可 26 201007117 由檢測部份64檢測該範圍之反射光（波長解析声 △义= 1.4453125nm)。 & 其中，根據上述條件式所算出之波長解析度Δ;ι，用以 說明理論上之最低限度之規格’於實際進行測定時，相‘ 於所算出之波長解析度△乂’最好能提高其精確度。再者 最好為數倍之程度（例如2〜4倍）。再者，提高精確戶， 意指將波長解析度ΔΑ之值設定為更小。 X， 也就是說，於實際之膜厚測定裝置中，受到待測物之 測定光入射角的影響，以及使用透鏡集光系統時開口角之 影響等，都會造成頻譜精確度降低。於此情況下功率頰 譜上的波峰高度變小，而變得難以算出膜厚。再者，以有 之取樣值，利用FFT等方式進行離散頻率轉換之情況 下，受到失真（aliasing)的影響，亦會使波數轉換時所 產生之轉換誤差變大。進一步’待測物之折射率分散亦會 因測定光之波長範圍而@烈變&，或彳能無法滿足部份條 件0 、 第7圖係顯示利用具有接近理論值之波長解析度之膜 厚測定裝置’其測定結果之模擬結果示意圖。帛8圖係顯 不利用具有波長解析度，且其精確度高於理論值兩倍之膜 厚測疋裝置，其測定結果之模擬結果示意圖。再者，作為 對象之待測物膜厚為1 ΟΟμιη。 更具體地，於第7(a)圖中，係顯示由具有512個頻道 之檢測部份64對9〇〇nm〜16〇〇nm範圍之反射率頻譜（波長 解析度ΔΛ=2.734375ηιη)進行測定之結果，而於第八…圖 2Ί 201007117 中’係顯示將第7(a)圖所示之反射率頻譜進行頻率轉換（於 此為FFT轉換）後之功率頻譜。如第7(b)圖所示，於此情 況下，雖說1 ΟΟμιη附近有波峰存在，但相較於薄膜側之雜 訊（鬼影）’其位準較小，因而亦難以決定膜厚。 鲁 另一方面，於第8(a)圖中，係顯示決定波長範圍之情 況下，檢測部份64之波長解析度之精確度成為理論值兩倍 後之測定結果，而於第8(b)圖中，係顯示將第8U)圖所示 之反射率頻譜進行頻率轉換（於此為FFT轉換）後之功率 頻譜。於此實施例中，係決定檢測點數及波長範圍，用以 使檢測部份64之波長解析度ΔΑ成為1 367l875nm。如第 8⑻圖所示，於此情況下，原本之膜厚刚叫附近出現極 強之波峰’ t味著能夠正確地測定待測物之膜厚。 《膜厚异出程序之概述》 ^所述，根據反射率_之周期性，能夠算出待測 膜厚。換言之，將所檢測到之反射率 換，用以取得功率嘀碰疋叮领早轉 ❹ 丰頻4，透過功率頻譜中所出現之波峰， 便能夠算出膜厚。督 實際上，此一功率頻譜係利 散傅立葉轉換方式 』用m等離 得“、“田 侍…'而’亦會有無法利用FFT來取 77 、^期性之功率頻譜的情況。為此，本f w t 膜厚測定裝置l〇n , 本實施例之 除了利用FFT等離散傅立葉轉換外， 亦可執行麵等最佳化之方法 、轉換 方法。也就是$，士 ^作為功率頻譜之算出 所檢測到之反❹實施例之膜厚料裝* _，對應於 換及最佳化之方法頻譜，選擇性地或合併地執行傅立葉轉 再者，闕於職程序之細節，係詳述 28 201007117 於由南茂夫（Minami Shigeo )編著之『用於科學測量之 波形資料處理測量系統之微電腦/個人電腦活用技 術』’第10版’ 1992年8月1日發行，Cq出版社，在 此提供作為參考。

進一步，本實施例之膜厚測定裝置1〇〇，除了從上述 所檢測到之反射率頻譜解析性地算出膜厚外，亦可以藉2 測定對象所算出之物理模型（model)，理論性地算出2射 率頻曰後比較實際上檢測到的反射率頻譜，根據兩者間 之偏差值，探索性地算出測定對象之光學特性值，即執行 所明的配適（fitting)法。 另外如第2圖所示之SOI基板，相較於第2層Si〇2 層2之料’f Μ⑽i之膜厚為2位數以上就此待 測物而吕’利用配適（fiUing)法亦無法算出具有充 確度之各層膜厚。 _第9 ®係顯示SGI基板相關之反射率頻譜的測定結果 不意圖。於第9圖之測定例中，第i層&層i 1〇〇Mm ’第2層Si〇2層2之膜厚範圍為0.48叩〜〇 : Γ=:間隔變“第9圖所示，即使第2層- 層2之膜厚發生變γ卜 變化亦不會使測定之反射率頻譜產 大的變化。換句話苟， 座生太 說自此一待測物所測定之反射率頻摄， 由於主要受到第i層ςι•思， 千鴻”曰， 1層Si層】之影響，意味著第2 層2之參數即使發生變 生變化’亦無法充份地進行配適。 接下來董十於具有相異複數層之待測物 等，本實施例之膜厚豕基板 膘厚測疋裝置100執行上述之傅立葉轉 29 201007117 換、最佳化方法、配適法其中之一或適當地加以組合，用 以獨立出各層膜厚，並能夠正確地加以解析。以下，將說 明本實施例中’膜厚測定裝置丨00之膜厚算出程序之相關 細節。再者，係利用資料處理部份70 (第1圖）來執行此 一膜厚算出程序。 《資料處理部份之架構》 弟10圖係顯示依據本發明實施例之資料處理部份 概略硬體架構圖。 參考第10圖，通常由電腦實現資料處理部份70，包參 括：中央處理器（central processing unit, CPU) 200， 用以執行含有作業系統（operating system, OS)之各種 程式；記憶體部份212，用以於CPU 200執行程式時暫時 儲存必要之資料；及硬碟部份（hard disk drive, HDD) 210，用以非揮發性地儲存CPU 200所執行之程式。再者， 於硬碟部份210中，係事先儲存用來實現後述程序之程 式’該程式透過軟碟機（floppy disk drive, FDD) 216

A 或光碟驅動裝置（CD-ROM drive) 214，分別自軟碟216a 或光碟(compact disk-read only memory, CD-ROM) 214a 中被讀取。 透過由鍵盤（keyboard)及滑鼠（mouse)所組成之輸 入部份208，CPU 200接收來自於使用者等之指令，同時利 用程式之執行，將所測定之測定結果等輸出至顯示部份 2 04。各部份透過匯流排200互相連接。 《演算程序結構》 30 201007117 本實施例之資料處理部份7 〇，對應於待測物各層參 C材質 '膜厚 '膜厚範圍、折射率、消衰係數等）中未知 值之種類及數量’以及解析精確度等可從下示之程㈣ 樣（pattern)1〜6中選擇其—來執行。再者，於以下之

說明中，如第2圖所千夕QnT 圃所不之SOI基板，係以獨立算出2層 層各自之膜厚為例’然而1用相同之方法，可用以獨立 算出更多積層各自之膜厚。 (1)程序型樣i 程序31樣卜係為已知第i層及第2層之折射率及消 衰係數時可執行之膜厚算出程序。於該程序型樣ι中，各 層之膜厚均用配適法決定。再者，於一實施例中，通常可 利用最小二乘法來作為配適法。 第U圖係顯示依據本發明實施例，用以執行與程序型 樣！相關之膜厚算出程序之控制構造方塊圖。於第u圖所 不之方塊圖中’ CPU 200將事先存於硬碟部份川等的程 式讀出至記憶體部份212，然後加以執行。 參考第11圖，資料處理部份70(第1圖）包括緩衝 Wbuff…部份71、模型（m〇del)化部份721及配適 (fitting)部份 722。 緩衝器部份71，用以暫存分光測定部份60所輸出之 實測反射率頻譜RU)。更具體地’分光敎部份6〇係根 據每個艮无定之波長解析度來輸出反射率之冑，因此，緩 衝器部份71係對應地儲存波長、及該波長之反射率。， 模型化部份72!接收與待測物相關之參數，根據所接 31 201007117 收之參數，決定用以表示待測物理論反射率之模型式（函 數）’然後利用所決定之函數，算出各波長之理論反射率 (頻譜）。所算出的各波長之理論反射率，係被輸出至配 適部份722。更具體地，模型化部份721接收第i層之折 射率m及消衰係數kl’以及第2層之折射率⑴及消衰係數 k2’同時，接收第1層之膜厚dl初始值及第2層之膜厚心 初始值。再者’亦可由使用者輸入各參數，或者亦可將標 準性材質之參數以檔案等事先儲存，必要時再讀出。再者， 必要時，亦可輸入大氣層之折射率n。及消衰係& ^。 ❹ 用以顯示理論反射率之模型式，係與上述三層系統之 待測物謝之反射率相同’為至少包含各層膜厚值之函數。 再者，模型化部份721根據下述配適部份722之參數 更新指令，用以對顯示理論反射率之函數進行更新，然後， 再根據更新後之函數，算出各波長之理論反射率（頻譜）。 更具體地，㈣化部份721依序更新料參數之第丨層之 膜厚d!及第2層之膜厚d2。 配適部份722讀出緩衝器部份71之反射率頻错實測_ 值，之後，利用模型化部份721所輸出之反射率頻譜理論 值’依序算出兩者間各波長之二乘偏差值。接著，配適部 份722從各波長之偏差值算出殘|，然後判斷該殘差是否 在既定臨界值以下。> 料、θ相 . 也就疋說，配適部份7 2 2判斷目前之 參數是否為收斂。 當殘差不在既定臨界值以下時，配適部份722傳送參 數更新指令至模型化㈣721，然後等待，直至新的反射 32 201007117 率頻譜被輸出為止。另一方面 田夕戈圭在既定臨界值以下 時’配適部份722將前 第1層膜厚dl及第2層之膜 厚d2作為解析值並輪出。 ^2圖係顯示依據本發明實施例之程序型態i相關之 膜厚异出程序之方法流程圖。 =考第12圖’使用者將待測物（樣本）放置於載物臺 以1圖）上（步驟S100)。之後，當使用者下達測定 準備指令時，顧家用伞、、语/ # #觀察用先源（第1圖）開始進行觀察光之照 射。使用者參考由觀察用攝影機38取得，並㈣於顯示部 伤39之反射像，將載物臺位置指令下達至可動機構5卜 用以進行測定範圍之調整及對焦（步驟sl〇2)。 完成測^範圍之調整及對焦後，使用者下達測定開始 I，測定用光源！。（第1K)開始產生測定光。分光測 ^部份接受待測物之反射光，並將基於該反射光之反射 率頻谱輸出至資料處理部份7G (步驟siG4)。接下來，資 ^處理部份70之CPU⑽將分光測定部份6()所檢測之反 率頻譜暫時儲存於分光測定部❾60等之中（步驟 咖）。資料處理部份7〇之卿2〇〇執行下述之膜厚算出 程序。 CPU 20 0將輸入畫面顯示於顯示器部份綱（第圖） 等之上，要求使用者輸人參數（步驟siQ8)。使用者根據 所顯示之輸入畫面等，輸入待測物第1層之折射率⑴及消 衣係數kl，以及待測物第2層之折射率⑴及消衰係數匕， 同時’輸人第1層之膜厚&及第2層之膜厚⑴初始值（步 33 201007117 驟 S110)。 進一步，CPU 200根據使用者所輪入之參數，算出反 射率頻譜之理論值（步驟S112)。接下來，針對記憶體部 份212等所儲存之反射率頻譜實測值與反射率頻譜理論 值，CPU 200依序算出兩者間各波長之二乘偏差值，用以 算出兩者之間之殘差（步驟S114)。進一步，cpu 2 0 0判 斷算出的殘差是否在既定臨界值以下（步驟SU6)。 冨算出的殘差不在既定臨界值以下之情況下（步驟 S116中NO之情況），CPU 200改變第i層之膜厚dl及第2參 層之膜厚ch的現在值（步驟S118) ^再者，膜厚士及膜厚 (h要往哪一方向進行何種程度之變更，係取決於殘差的發 生程度。之後，回到程序之步驟S112。 相對地，當算出的殘差在既定臨界值以下之情況下（步 驟S116中YES之情況），CPU2〇〇將第丄層之膜厚dl及第 2層之膜厚&的現在值作為待測物各層之膜厚（解析值） 並輸出（步驟S120)。之後，結束程序。 再者，於第11圖所示之方塊圖中，雖然折射率ηι、n2 及消衰係數k!、k2係以固定值輸入，亦可使用考慮到波長 分散之折射率及消衰係數。舉例來講，可將下述之Cauchy 模型式作為考慮到波長分散之折射率及消衰係數： ”⑴=含+含 其中’ a，6，c，i/，e，/表示每一層中之相關係數。 34 201007117 當使用該式時，故’中久在& + Λ中各係、數亦可輸人事先設定之初始 ’ 、〇 ，亦可將這些係數作為配適的對象》 或者，亦可使用下述之Sellmeier模型式： η(λ), + λ2 -h 其中，/，g，“ Sellmeier 係數，而。 (2)程序型樣2 程序型樣2，係為已知第1層及第2層之折射率及消 哀係數時可執行之膜厚算出程序。於該程序型樣2中，各 層之膜厚均用配適法決定。利用離散傅立葉轉換進行頻率 轉換’用以取得膜厚較大之第U，該第1層之膜厚為固 定值’而帛2層之膜厚則用配適法決^。再者，於-實施 例中，通常可利用最小二乘法來作為配適法。 ❿ 第13圖係顯示依據本發明實施例，用以執行與程序型 樣2相關之膜厚算出程序之控制構造方塊圖。於第η圖所 示之方塊圖中，咖2QG將事Μ於硬碟部份2iq等的程 式讀出至記憶體部份212，然後加以執行。 β參考第13圖，資料處理部份70(第1圖）包括緩衝 器部份71、波數轉換部份731、緩衝器部份732、傅 轉換部份733、波峰探索部份734、模型化部份735及配適 部份736。 ％ 緩衝器部份7卜用以暫存分光測定部份6〇所輸出之 實測反射率頻I# Κ(λ)。再者，具體架 述如上，於此不加贅述。 谷已詳 35 201007117 波數轉換部份731接收第1層之參數（折射率ηι及消 衰係數b)，根據所接收之參數，將暫存於緩衝器部份Η 之反射率頻譜R(A)進行波數轉換。換句話說，波數轉換 部份731將反射率頻譜R(A)中之各波長與各波長反射率 的對應關係，轉換為與各波長相關之波數Κι ( λ )與利用上 述關係式所算出之波數轉換反射率^的對應關係。更具體 地針對緩衝器部份71所儲存之每一波長，波數轉換部份 731_依序算出波數Κι( λ )及波數轉換反射率及 (雄)/(ι-难))）’然後輸出至緩衝器部份732。 、 邛份732，將波數轉換部份731所依序輪出3 波數KK A )及波數轉換反射率岣“)對應儲存。也就是說 與波數Κ1( λ)相關，之波數轉換反射率之波數分佈特性，\ 波數轉換反射率而⑹，被儲存於緩衝器部份如之中。 傅立葉轉換部份733’將緩衝器部份m所 數轉換反射率用(幻），、隹 > 也上 戚 ) Kl㈣之傅立葉轉換， 用乂算出功率頻譜p!。再去 (FFT，^ 者犯夠利用快速傅立葉轉換 DCT) (dlsc-te cosine transfer, )等來作為傅立葉轉換之方法。 波峰探索部份734，於傅 功率頻u中探索出現之,、二轉換部份733所算出之 厚，將其作為第U 並取得該波峰所對應之膜 將其作為第1層之膜厚並輸出。 模型化部份735接收與待測物 收之參數，*定用 數根據所接 赵、 物理論反射率之模型4 數），然:後利用所決定之函數， =模1式（函 异出各波長之理論反射率 201007117 。所^的各波長之料反射率，係 適部份736。更^ j卬至配 _所輪出之第i層之=份：接收從波峰探* 消衰係數L，同時=:及弟2層之折射率…及 時接收第2層之膜厚&初始值。再

'可由使用者輸人各參數，或者亦可將性 以標案等事先儲存，必要時再讀出。用以顯示理論 之模型式’係與上述三層系統之待㈣ 同，為至少包含各層膜厚值之函數。 射率相 t再者，模型化部份735才艮據配適部份736之參數更新 心令’用以對顯示理論反射率之函數進行更新，然:後，根 據更新後之函數，再算出各波長之理論反射率（頻譜）。 更具體地’模型化部份735依序更新作為參數之第 膜厚d2。 配適部份736讀出緩衝器部份71之反射率頻譜實測 值’之後，利用模型化部份735所輸出之反射率頻譜理論 _值，依序算出兩者間各波長之二乘偏差值。接著，配適部 份736從各波長之偏差值算出❹，然後判斷該殘差是否 在既定臨界值以下。也就是說，配適部份736判斷目前之 參數是否為收斂。 备殘差不在既定臨界值以下時，配適部份73 6傳送參 數更新指令至模型化部份735,然後等待，直至新的反射 率頻譜被輸出為止。另一方面，當殘差在既定臨界值以下 時，配適部份736將目前之第1層之膜厚di及第2層之膜 厚d2作為解析值並輸出。 37 201007117 第14圖係顯示依據本發明實施例之程序型態2相關之 膜厚算出程序之方法流程圖。於第14圖所示之流程圖各步 驟中，步驟S100〜S108之程序，與第12圖所示之流程圖， 係以相同符號表示相同之步驟，⑨此不加贅述。以下將針 對與第12圖所示之流程圖不同之處，即步驟S132之後的 膜厚算出程序進行說明。 ，於步驟S132中，使用者根據所顯示之輪入畫面等，輸 入待測物第1層之折射率ηι及消衰係數k，以及待測物第 2層之折射率n2及消衰係數k2，同時，輸人第2層之媒厚 d2初始值。

…然後，CPU 200根據所輸入之第i層之折射率⑴及消 哀係數k,，對記憶體部份212等所儲存之反射率頻譜進行 波數轉換（步驟S134)。接著，將該波數轉換後所取得之 波數轉換反射率儲存至記憶體部份212等（步驟MM)。 進一步，CPU 2GG將波數轉換反射率進行與波數κ相關之 傅立葉轉換’用以算出功率頻譜（步驟⑴8)。進—步， CPU 200取得功率頻譜巾所出現之料及該料對應之膜 厚將其作為第1層之膜厚⑴並輸出（步驟。 接著，CPU 200根據步驟S21〇所取得之第^之膜厚 ^及使用者所輸入之第2層參數，算出反射率頻譜之理 論值（步驟S142)。接下來，針對記憶體部份212等所儲 存之反射率頻譜實測值與反射率頻譜理論值，CPU 200依 序算出兩者間各波長之二乘偏差值，用以算出兩者之間之 殘差（步驟S144)。進-步，cpu 判斷算出的殘差是 38 201007117 否在既定臨界值以下（步驟S146)。 當算出的殘差不在既定臨界值以下之情況下（步驟 S146 "〇之情況）’ cpu _改變第2層之臈厚&的現 在值（步驟S148)。再者，膜厚^要往哪一方向進行何種 程度之變更’係取決於殘差的發生程度。之後，回到程 之步驟S142。 相對地，當算出的殘差在既定臨界值以下之情況下（步 驟SU6中YES之情況），cpU2〇〇將第i層之膜厚丄及第 2層之膜厚d2的現在值作為待測物各層之膜厚（解析值） 並輸出（步驟S150)。之後，結束程序。 再者’與上述之程序型樣！相同，亦可使用考慮到波 長分散之折射率及消衰係數。詳細的函數已說明如上，於 此不加贅述。 、 (3 )程序型樣3 衰#^㈣3 ’係為6知帛1層及第2層之折射率及消 =係數時可執行之膜厚算出程序。於該程序型樣3中，相 較於上述之程序型樣2，相異在處在於，當算出第】層之 :厚時’並不進行傅立葉轉換，而是利用最佳化之方法。 於其它之程序’係與上述之程序型#2相同。 樣圖係顯示依據本發明實施例，用以執行與程序型 樣，之膜厚算出程序之控制構造方塊圖。於第15圖所 二！圖中，CPU 200將事先存於硬碟部份21°等的程 x 圮憶體部份2丨2，然後加以執行。 參考第15圖，資料處理部份7〇(第1圖）包括緩衝 39 201007117 器部份η、最佳化演算部份74ι、模型 部份743。 丨仿/42及配適 緩衝器部份71 ’用以塹左八、， 實測反射率頻譜Κ(λ ) ” '見疋部份60所輪出之 述如上，於此不加賢述。再者，具體架構及處理内容已詳 最佳化演算部份74卜利用_等最佳化之 析緩衝器部份71所儲存之反射 ’解 出们層之膜厚d”更具體地，最佳化演^成；^以算 自我迴歸模型’用以取得相對於反射率頻譜實：J用 迴歸㈣县广 摇述自我迴歸模型之自我 <歸係數。最佳化演算部份741 我 用以取得對應於主成分波長之膜厚，將其^订頻率解析， 厘、作為第1層之膜 厚Ch並輸出。再者，在執行最佳 膜 部份741接跄筮！ s 万法别’最佳化演算 Μ 741接收第！層之膜厚士之檢索範圍、第 率化及消衰係數kl、及第2 射 ΠΒ±地五 層之折射率η2及消衰係數k2， =各=第:層之媒厚d2暫定值。再者，亦可由使用者 錯存者亦可將標準性材f之參數以槽案等事先1 谲存，必要時再讀出。 份：=份Γ及配適部份743，接收最佳化演算部 轉出之第丨層之膜厚1及待測物相關 利用配適來決定第2層之膜厚d2。 部份743之程序，分別與上述之程份广及配適 7qi. 斤孓樣2之模型化部份 735及配適部份736相同，於此不加贅述。 第Μ圖係顯示依據本發明實施例之程序型態3相關之 40 201007117 膜厚算出程序之方法流程圖 由 土 丨不之流程圖各步 ’’驟S100〜S106之程序，與第12圖所示 係以相同符號表示相同之步驟，於此;… 膜厚=示之流程圖不同之處’即步驟⑽之後的 膜厚算出程序進行說明。 :步驟S162中，使用者根據所顯示之輪入晝面等，輸 ::物第i層之膜厚6之檢索範圍、待剛物第i層之折 參 2⑴及消衰係數kl、及待測物第2層之折射率⑴及消衰 係數k2。 法解析緩衝器部份 ’用以算出第1層之 然後，CPU 200利用最佳化之方 212所儲存之反射率頻譜之頻率成分 膜厚di (步驟S164)。 CPU 200根據波算出反射率頻譜之理論值（步 驟⑽）。接下來，針對記憶體部份212等所儲存之反射 率頻譜實測值與反射率頻譜理論值’ cpu 2〇〇依序算出兩 鲁者間各波長之二乘偏差值，用以算出兩者之間之殘差（步 驟S1 68)。進-步，CPU 200判斷算出的殘差是否在既定 臨界值以下（步驟S1 70)。 當算出的殘差不在既定臨界值以下之情況下（步驟 S170中NO之情況），CPU 2〇〇改變第2層之膜厚心的現 在值（步驟S172)。再者，膜厚&要往哪一方向進行何種 程度之變£，絲決於殘差的發生程度。之後，回到程序 之步驟S166。 相對地，當算出的殘差在既定臨界值以下之情況下（步 41 201007117 驟S170中YES之情況），CPU 200將第1層之膜厚dl及第 2層之膜厚d2的現在值作為待測物各層之膜厚（解析值） 並輸出（步驟S174)。之後，結束程序。 再者，與上述之程序型樣1相同，亦可使用考慮到波 長分散之折射率及消衰係數。詳細的函數已說明如上，於 此不加贅述。 (4 )程序型樣4

程序型樣4，係為改良程序型樣i之方法，用以根據 配適更確實地收斂。換言之，如s〇I基板，對第丨層及第 2層之膜厚差異很大的待測物而言，為了對各層膜厚進行 配適，初始值相當重要。於此，程序型樣4首先利用最佳 化之方法決定各層膜厚初始值，㈣制這些初始值及配 適，來決定第1層及第2層之膜厚。

第17圖係顯*依據本發明實施例，用以執行與程序型 樣4相關之膜厚算出程序之控制構造方塊圖。於第17圖所 示之方塊圖中，CPU 200將事先存於硬碟部份⑽等的程 式讀出至記憶體部份212，然後加以執行。 之控制構造，除了增加 所示之程序型樣丨相關 第17圖所示之程序型樣4相關 最佳化演算部份751，係與第u圖 之控制構造實質上相同。 最佳化演算部份751，利用 析 別 化 MUM等最佳化之方法，解 緩衝器部份71所儲存之反射 Α Ψ ^ 1 a ^ ^ ® , 屑"曰之頻率成分，用以分 算出第1層之膜厚丄及第2層 、〜检 嘈之膜厚d2。特別地，最佳 凟算部份751解析實測之 率頻譜之頻率，用以操取 42 201007117 出所得到的兩個以上的波峰，再 + 厚，用以分別算出第1層之膜厚6及1二波峰所對應之膜 者，所算出之第1層之膜厚丄及第 層之膜厚d2。再 ^ ^ 層之膜厚d2，#用以 作為配適之初始值，因此不需嚴” 化演算部份751具體的頻率解析方/確度。再者，最佳 算部份741相同，於此不加費述。與上述之最佳化演 模型化部份7 21及配適部儉7 9 份⑸所算出之第^之膜厚=收最佳化演算部 作為初始值，利用配適來決定原本之第第2^之模厚I將其 2層之媒厚.模型化部份721及配第/層之琪厚“第 容已％明& μ 及配適部份722之程序内 今已說明如上，於此不加贅述。 第18圖係顯示依據本發％ 膜厚算出…… 實施例之程序型態4相關之 == 程圖，18圖所示之流程圖中， 係叹置步驟S111A及SniB之程序，用以抑接哲 =:rsu°。關於其它之程序，係以相同符號表示 ::?步驟’於此不加贅述。以下說明與…程序相異 參考第18圖，步驟ςι no i ^ 鞋库 8執仃後，執行步驟S1UA之 =:驟_中’使用者根據所顯示之輸入 輸入待測物第1層之折射率 — 2層之折射率n2及消衰係數二=kl、及待測物第 1之檢索範圍及第2層之2 μ :入第1層之膜厚 步驟S111B中，cpu 、厚之㈣範圍。於接下來之 部份212所健存之反利用最佳化之方法’解析緩衝器 率頻譜之頻率成分，用以算出第1 43 201007117 層之膜厚ch及第2層之膜厚d”步驟Sllu所算出之第t 層之膜厚d!及第2層之膜厚d2，係作為初始值使用。接下 來’於步驟S111B後，與第12圖之步驟SU2之後，係執 行相同之程序。 再者與上述之程序型樣i相同，亦可使用考慮到波 長刀散之折射率及 >肖衰係數。詳細的函數已說明如上，於 此不加贅述。 (5 )程序型樣5

程序型樣5，係為已知其中1層之联厚’只解析另一 層臈厚之情況下所適用之方法，為上述程序型#】之變形 例。於以下之說明t ’待測物第2層之媒厚為已知，而第 1層之膜厚則用配適法決定。 第19圖係顯示依據本發明實施例，用以執行與程序型 樣5相關之媒厚算出程序之控制構造方塊圖。於帛Μ圖所

不之方塊圖中，CPU⑽將事先存於硬碟部份⑽等的程 式讀出至記憶體部份212，然後加以執行。 第19圖所示之與程序型樣5相關之控制構造，係配置 模型化部份72U，用以於第u圖所示之與程序型樣！相 關之控制構造中，代替模型化部份721。 模型化部份721A接收第1層之折射率ηι及消衰名 k”以及第2層之折射率n2及消衰係數匕，同時，接名 1層之膜厚d,初始值及第2層之膜厚d2已知值（已知值 再者’亦可由使用者輸人各參數，或者亦 之參數以播案等事先健存，必要時再讀出。再者，= 44 201007117 亦可輸入大氣層之折射率n。及消衰係數k〇。 再者’模型化部份721A根據配適部份722之參數更新 才日令’用以依序更新第彳屉夕腊歷』 i 再根據更新後之第 d"對顯示理論反射率之函數進行更新。進一 :反H化广72U根據更新後之函數，算出各波長之理 _反射率（頻譜）。根據此-方式，第i層之 配適法決定。 序山係用 關於其它之架構’已詳述如上，於此不加贅述。 第20圖係顯示依據本發明實施例之程序 :厚算出程序之方法流程圖。於第-圖所示之流程圖中 =置步驟S11〇A、S118…㈣之程序， 12圖所示流程圖之步驟su〇、sn8及襲。關於其它： 程序’係以相同符號表示相同之步驟，於此不、 下說明與第12圖程序相異之處。 。以 ❹ :考第2。圖’於步驟謂中，使用者根據所顯示之 '晝面等，輸入待測物第1層之折射率ηι及消衰係拓k 及待測物第2層之折射率n2及消衰係數k2，同時，’ 1層热I入第 層之膜厚i之初始值及第2層之膜厚d2之已知值。 於步驟S118A中，CPU 200改變第1層之膜展 在值。械^ H <联厚1之現 換g之，於程序型樣5中，僅第丨層之膜厚 適之對象。 1為配 ,於步驟S120A中，當算出的殘差在既定臨界值以 = 將第1層之膜厚i之現在值作為待 之媒厚（解析值）並輸出。 45 201007117 再者，與上述之程序型樣！相同，亦可使用考慮到波 長分散之折射率及消衰係數。詳細的函數已說明如上，於 此不加贅述。 (6 )程序型樣6 程序型樣6 ’係為已知其中！層之膜厚，只解析另一 層膜厚之情況下所適用之方法，為上述程序型樣5之變形 例。於以下之說明中，待測物第2層之膜厚為已知而第 1層之膜厚則用配適法或傅立葉轉換決定。 第21圖係顯示依據本發明實施例，用以執行與程序型_ 樣6相關之膜厚算出程序之控制構造方塊圖。於第21圖所 示之方塊圖中，CPU 200將事先存於硬碟部份21〇等的程 式讀出至記憶體部份212，然後加以執行。 第21圖所示之與程序型樣4相關之控制構造，係配置 配適部份722A，用以於第19圖所示之與程序型樣4相關 之控制構造中，代替配適部份722，同時，更增加波數轉 換部份73卜緩衝器部份732、傅立葉轉換部份733及波峰 探索部份734。 m 換句話說，於此程序型樣中，待測物帛i層之膜厚1 由配適法決定，不過，當配適無法於規定次數内收敛之情 況下’則利用傅立葉轉換來決定第1層之膜厚di。 配適部份722A讀出緩衝器部份71之反射率頻譜實測 值，之後，傳送參數更新指令至模型化部份72U，使得上 述實測值與模型化部份721A所輪出之反射率頻譜理論值 兩者間之殘差在既定臨界值以下。進一步，即使配適部份 46 201007117 722A進行喊次數之演算後，殘差也無法在既定臨界值以 下之情況下，則傳送切換指令至波數轉換部份731，利用 傅立葉轉換來決定第丨層之膜厚d]。 再者，關於波數轉換部份731、緩衝器部份732、傅立 葉轉換部份733及波峰探索部份734，&配合帛U圖所示 之程序型樣2說明如上，於此不加贅述。 第22圖係顯示依據本發明實施例之程序型態6相關之 ❹膜厚算出程序之方法流程圖。於第22圖所示之流程圖中， 係增加第20圖所示流程圖之步驟sm，同時增加第_ 所示流程圖之步驟S134〜sl4Qe關於其它之程序，係以相 同符號表示相同之步驟，於此不加資述。以下說明與第Η 圖及第20圖程序相異之處。 β參考第22圖，於步驟S117中，cpu 2〇〇判斷配適程 序是否已重複規定次數以上。配適程序並未重複規定次數 以上之情況（步驟S117中N0之情況）下，執行完步驟su8 參之程序後，程序回到之步驟S112。相對地，適程序已重 複規定次數以上之情況（步驟sm中YES之情況）下，程 序前進至步驟S134。 於步驟S134〜S140中，利用傅立葉轉換來決定第丄層 之膜厚I。關於這些步驟之程序，係已說明如上，於此不 加贅述。 《測定例》 —第23圖係顯示利用本發明實施例之膜厚測定裝置測 I基板膜厚之測定結果。再者，於第2 3圖中，係顯示 47 201007117 將反射率頻譜進行頻率轉換（FFT轉換）後，所得到之功 率頻譜。 第23(a)圖係顯示第1層Si層之膜厚為22.〇um，且第 2層Si〇2層之膜厚為3. Ομιη之SOI基板的測定結果。於第 23(a)圖中，係利用所測定之反射率頻譜中147〇nm〜16〇〇nm 之成分來進行頻率轉換。其結果是，於21. 8613μιη所對應 之位置上產生最大波蜂。 第23(b)圖係顯示第1層Si層之膜厚為32. Ομιη，且第 2層Si〇2層之膜厚為2 〇_之s〇i基板的測定結果。於第 〇 23(b)圖中，係利用所測定之反射率頻譜中15〇〇nm〜16〇〇nm 之成分來進行頻率轉換。其結果是，於30. 6269um所對應 之位置上產生最大波峰。 第23(c)圖係顯示第1層Si層之膜厚為16. 〇um，且第 2層Si〇2層之膜厚為13|jm之s〇i基板的測定結果。於第 23(c)圖中，係利用所測定之反射率頻譜中14〇〇nm〜16〇〇nm 之成分來進行頻率轉換。其結果是，於15. 9069|Jin所對應 之位置上產生最大波峰。 由此可知，上述之測試結果大致良好。 《遮蔽材料的存在》 如上所述’本實施例之膜厚測定裝置1 00，主要根據 紅外線光域之反射率頻譜來測定待測物0Bj之膜厚，因 此’從測定用光源1 〇 (第1圖）到待測物0BJ的路徑上， 即使有遮蔽材料’如高分子樹脂，存在，亦可進行測定。 換言之’可見光光域之光雖然無法穿透高分子樹脂之材 48 201007117 料’但紅外線光域之光能夠穿透。

第2 4圖係顯示利用本發明實施例之膜厚測定裝置1 〇 Q 來測定其上配置有不透明焊墊（pad)之待測物〇Bj之示意 圖。

參考第24圖’平面狀之待測物〇BJ經由墊塊 (spacer)，放置於載物臺50上’並將平面狀不透明焊墊 52配置於待測物〇BJ上面（測定光之照射側）。該不透明 焊墊52,係為用於研磨處理之研磨體，主要由高分子樹脂 形成。此一不透明焊墊52,其穿透量雖少，卻能夠讓紅外 線光域（舉例而言’ 900〜I600nm)之光穿透。 第25圖及第26圖，係顯示利用本發明實施例之膜厚 測定裝置100來測定其上配置有不透明焊墊52之s〇i基板 之測定結果圖。第25圖係顯示利用具有1〇倍倍率之放大 透鏡來作為接物鏡40 (第1圖及第24圖）之結果，而第 26圖係顯示利用具彳2,83倍倍率之放大透鏡來作為接物 鏡40 (第1圖及第24圖）之結果。 除此之外，於第25圖及第26圖中，為進行比較，亦 顯示沒有配置不透明焊墊5 2狀態下之結果。再者，需注意 各自的反射率頻譜之範圍（絕對值）並不相同。 μ 第27圖係顯示第25圖及第26圖所示之焊墊52，在 沒有被配置之狀態下，透過反射率頻譜所取得之功率 譜。第28圖係顯示第25圖及第26圖所示之淳墊μ，在 被配置之狀態下，透過反射率頻譜所取得之功率頻譜。 參考第25圖’利用具有1G倍倍率之放大透鏡^乍為 49 201007117 接物鏡40之情況下，不透明焊墊52存在時之結果，相較 於不透明焊墊52不存在時之結果，雜訊成分增加。 另一方面，參考第26圖，利用具有2. 83倍倍率之放 大透鏡來作為接物鏡4〇之情況下，不透明焊墊52存在時 之結果’與不透明焊墊52不存在時之結果大致相同，亦可 充份測定其周期性。 如第27圖及第28圖所示，利用具有2. 83倍倍率之放 大透鏡來作為接物鏡40之情況下，不論是否有不透明焊 塾’大致上得到相同之功率頻||。 參 對此，利用具有10倍倍率之放大透鏡來作為接物鏡4〇 之情況下，可知無法得到具有充份精確度之功率頻譜。這 是因為，隨著接物鏡40改變倍率，開口數亦會變化，而當 利用具有10倍倍率之放大透鏡5之情況下，擴散光會增 加，且雜訊成分增加。 如上所述，可利用本實施例之膜厚測定裝置1 〇 〇，對 配置有不透明焊墊52之待測物0BJ之膜厚進行測定。豆 中，對照射測定光之光學系統及接收反射光之光學系統而 言’需有能夠排除擴散光影響之設計。 《變形例》 亦可利用Y型光纖作為光學系統，用以對待測物〇bj 進行測定光之照射及反射光之接收。 第29圖係顯示依據本發明另一實施例之膜厚測定裝 置100#之光學系統結構圖。 參考第29圖，膜厚測定裝置100#作為光學系統，係 50 201007117 將測定用光源10 (第1圖）之測定光導往待測物0BJ，且 將待測物OBJ之反射光導往檢測部份64 (第i圖），並具 有投受光光纖56。 投受光光纖56為Y型光纖，可將兩光線結合成為單一 光線，同時可將單一光線分離為兩光線。更具體地，於一 實施例中，投受光光纖56係由鍺（Ge)摻雜（d〇pe)之單 線Y型光纖形成。 ❹ 測定用光源10 (第1圖）所產生之測定光，通過第一 分支光纖56a而入射至待測物〇BJ，待測物〇BJ反射後所 產生之反射光，通過第二分支光纖56b而被導往至檢測部 份64。 除此之外，投受光光纖56及待測物〇BJ之間，係配置 有作為光圈之針孔光學系統54。 利用第29圖所示之膜厚測定裝置丨〇〇#，即使將測物 OBJ配置於研磨液等之溶液中，亦可以測定其膜厚。 鲁 第30圖係顯示利用本發明另一實施例之膜厚測定裝 置100#來測定溶液中待測物〇BJ膜厚之示意圖。 參考第30圖，係將桌子57配置於容器内，然後將待 測物OBJ，經由墊塊，放置在桌子57上，該容器裝滿研磨 液等之溶液58。然後，投受光光纖56之投受光口侧之一 部份浸在溶液58中。以此架構，便能夠測定溶液中待測物 OBJ之膜厚。 再者，當溶液58以水作為溶媒時，上述之紅外線光域 ( 900〜1 600nm)中，進行膜厚測定時，最好利用已去除水 51 201007117 波長：：長之光域。具體地’水中會吸收約132°nm以上之 波長先域，對於待測物_之膜厚敎而言，最好 之 〜132Onm範圍之反射光頻譜。 《其它實施例》 =明之程式，用以作為電腦作業系統（〇s) =被提供至程式模組中，亦可將必要之模: :式及時序呼叫後再執行相關程序。於此情況下， 上述模組，而是和作業系統合作執行相關程序。 此一模組之程式，亦可包含於本發明之程式中。 進-步，本發明之程式’亦可以編入 :本::情況：，上述其它程式包含之模組亦不包含於程 -其它程/疋和其匕程式合作執行相關程序。被編入此 其匕程式之程心亦可包含於本發明之程式中。 所提供之程式製品，被安裝 執行。再者程式儲存部份 憶媒體。程式製°口’係包括程式本身及記憶程式之記 亦可=用步’根據本發明程式所實現之—部份或全部功能 疋了由專用之硬體構成。 ，據本發明之實施例，將測定光照射在待測物後所取 射率頻谱（或者為穿透率頻譜） 成待測物各層之膛盾吐, 水掏立异出構 ⑴抓等之離散傅立葉轉換， 二1 _等最佳化之方法，用以算出主要之波數成 :厘進而決定膜厚之方法，⑵利用模型式之配適來決定 、之方法’能夠選擇性地執行。以此方式，即使構成待 52 201007117 測物之層數量很多、或各層之膜厚差距很大之情況下，也 能夠更正確地測定各層之膜厚。 除此之外，根據本發明之實施例，於作為測定對象之 待測物中，對應於構成待測物各層之臈厚，能夠適當地設 定測疋光之波長範圍（或者波長檢測範圍）及檢測部份之 波長解析度，從而能夠更正確地測定各層之膜厚。 本發明已如上詳細說明，但上述說明僅為範例，且本 鲁發明也不限於此，因此本發明之保護範圍當視後附之申請 專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示依據本發明實施例之膜厚測定裝置之概 略架構圖。 第2圖係顯不作為本發明實施例之膜厚測定裝置之測 定對象的待測物剖面圖。 第3(a)〜（c)圖係顯示利用本發明實施例之膜厚測定裝 .置來測定SOI基板後之測定結果示意圖。 第4(a)、（b)圖係顯示利用本發明實施例之膜厚測定 裝置來測定SOI基板後之另一測定結果示意圖。 第5(a)、（b)圖係顯示利用本發明實施例之膜厚測定 裝置來測定SOI基板後之另一測定結果示意圖。 第6(a)〜（c)圖為一示意圖，用以說明依據本發明實施 例之膜厚測定範圍及檢測部份之檢測波長範圍，以及盘 測點數之關係。 第7(a)、（b)圖係顯示利用具有接近理論值之波長解 53 201007117 析度之膜厚測定裝置，其測定結果之模擬結果示意圖。 第8(a)、（b)圖係顯示利用具有波長解析度且其精 破度高於理論值兩倍之膜厚測定裝置，其測定結果之模擬 結果示意圖。 第9圖係顯示SOI基板相關之反射率頻譜的測定結果 示意圖。 第10圖係顯示依據本發明實施例之資料處理部份概 略硬體架構圖。

第11圖係顯示依據本發明實施例，用以執行與程序驾 樣1相關之膜厚算出程序之控制構造方塊圖。 f12圖係顯示依據本發明實施例之程序型態i相關戈 膜厚异出程序之方法流程圖。 後丄:3圖係顯示依據本發明實施例，用以執行與程心 樣2相關之膜厚算出程序之控制構造方塊圖。 膜厚顯示依據本發明實施例之程序型態2相. 膜知算出程序之方法流程圖。 ❹ μ m讀據本發明實施例，^ ^3 S之膜厚算出程序之控制構造方塊圖。 第16圖係顯示依據本發明實施例 膜厚算出程序之方法流程圖。 料型態3她 第17圖係顯示依據本發明實施例， 樣4相關之膜厚算出程序之控制構造方^執行與程序与 第18圖係顯示依據本發明實施例之 膜厚算出程序之方法流程^ 序型態4相關3 54 201007117 第1 9圖係顯示依據本發明實施例， 樣5相關之膜厚算出程序之控制構造方塊圖。灯/、 型 旗厚㈣示㈣本發时施例之料型態5相關之 膜厚算出耘序之方法流程圖。 第21圖係顯示依據本發明實施例，用 樣6相關之膜厚算出程序之控制構造方塊圖。灯、^ 膜厚系顯示依據本發明實施例之程序型態6相關之 膜厚异出程序之方法流程圖。 第23(a)~(c)圖係顯示利用本發明實施例之 裝置測定SOI基板膜厚之測定結果。 、‘ 測定顯示利用本發明實施例之膜厚測定裝置來 笛 不透明焊塾(pad)之待測物之示意圖。 :目，係顯不利用本發明實施例之膜厚測定裝置來 測疋其上配置有不透明焊塾之丨莫 ^ oc 蛩之S01基板之測定結果圖。 第26圖’係顯示利用本發 ❹ +赞月貫施例之膜厚測定 測定其上配置有不透明焊墊 衣罝求 咕n 之S〇1基板之測定結果圖。 第27圖係顯示第25圖及第26 11裕- 乐圖所不之焊墊，在々右 被配置之狀態下，透過反射率頻级 °曰所取得之功率頻譜。 第28圖係顯示第25圖及第26圖所_ 禾π圖所不之焊墊， 置之狀態下’透過反射率頻雄所在被配 千艿'日所取得之功率頻譜。 第29圖係顯示依據本發 置之光學系統結構圖。 實施例之膜厚測定裝 第3 0圖係顯示利用本發 另—實施例之膜厚測定穿 置來測定溶液中待測物膜厚之示意圖。 坪〜疋裝 55 201007117 【主要元件符號說明】 100〜膜厚測定裝置； 10~測定用光源； 14、66〜渡光鏡； 16、36〜成像透鏡； 20、30~分光鏡； 24 、 56 、 56a 、 56b 〜' 26〜射出部份； 32〜針孔反射鏡； 34〜軸轉換反射鏡； 39〜顯示部份； 5 0〜載物臺； 60〜分光測定部份； 5 4 ~針孔光學系統； 5 8溶液； 6 4〜檢測部份； 70〜資料處理部份； 204〜顯示部份； 208〜輸入部份； 216〜軟碟機； 214〜光碟驅動裝置； 210〜硬碟部份； 731〜波數轉換部份； 71、732〜緩衝器部份 12〜聚焦透鏡； 18〜光圈； 22〜觀察用光源； 纖； 26a〜遮罩部份； 3 2 a ~針孔； 38〜觀察用攝影機； 4 0 ~接物鏡； 51〜可動機構； 52〜烊墊； 57~桌子； 6 2 ~繞射光拇； 68〜快門； 206〜介面部份； 200〜CPU ; 216a〜軟碟； 214 a ~光碟； 212〜記憶體部份； 733〜傅立葉轉換部份；

56 201007117 734〜波峰探索部份； 721、 721A、735、742〜模型化部份； 722、 722A、736、749、751 〜配適部份； 741〜最佳化演算部份； AX1 ' AX2、AX3、AX4〜光軸；及 OBJ〜待測物。

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Claims (1)

1. 201007117 七、申請專利範圍： 1. 一種膜厚測定裝置，包括： 光源，將具有既定波長範圍之測定光，照射於將複數 層形成於基板上之待測物，該待測物包括離該光源最近之 第一層及鄰接於該第一層之第二層； 为光測疋部份，根據該待測物所反射之光或穿透該待 測物之光，用以取得反射率或穿透率之波長分佈特性； 第一決定單元，利用模型式，對該波長分佈特性執行 配適，用以至少決定該第一層之膜厚，該模型式具有該待❹ 測物中所包括之各層之膜厚； 轉換單元，將該波長分佈特性之各波長及該波長之反 射率或穿透率之值的對應關係、，轉換為各波長相關之波數 及根據既定關係式所算出之轉換值的對應關係，用以產生 波數分佈特性； 解析單元，用以取得該波數分佈特性所包括之各波數 成分之振幅值；及 第二決定單元，根據該波數分佈特性所包括之振幅值Θ 中的大波數成分，用以至少決定該第一層之膜厚， 其特徵在於，選擇性地讓該第一決定單元及該第二決 定單元有效。 —、 2. 如申請專利範圍第1項所述之膜厚測定裝置， 包括 第三決定單元，將該第二決定單元所決定之該第—層 之膜厚之值，用來設定該模型式，並對該波長分佈特性執 58 201007117 行配適’用以決定該第一層之膜厚，其中，該模型式具有 該待測物中所包括之各層之膜厚。 3. 如申請專利範圍第1項所述之膜厚測定裝置，其 中，當該第一決定單元之配適未在規定次數以内收敛時， 讓該第二決定單元有效。 4. 如申請專利範圍第1至3項之任一項所述之膜厚 測定裝置’其中，該模型式包括用來表示折射率之波長相 關函數。 鲁 5. 如申請專利範圍第1至3項之任一項所述之膜厚 測定裝置’其中，該既定波長範圍包括紅外線光域之波長。 6. 如申請專利範圍第1至3項之任一項所述之膜厚 測定裝置，其中，該解析單元包括： 傅立葉轉換單元，用以對該波數分佈特性進行離散傅 立葉轉換。 7·如申請專利範圍第1至3項之任一項所述之膜厚 _ >、!疋裝置’其中’該解析單元利用最佳化之方法，用以取 得該波數分佈特性所包括之各波數成分之振幅值。 8· 一種膜厚測定方法，包括： 、照射步驟，將具有既定波長範圍之測定光，照射於將 '層形成於基板上之待測物，該待測物包括離該光源最 近之第—層及鄰接於該第一層之第二層； '皮長刀⑯特性取得步驟，根據該待測物所反射之光或 穿透該待測物 i ..t 先’用以取得反射率或穿透率之波長分佈 59 201007117 第一決定步驟，利用模型式，對該波長分佈特性執行 配適用以至少決定該第一層之膜厚，該模型式具有該待 測物中所包括之各層之膜厚； 產生步驟，將該波長分佈特性之各波長及該波長之反 射率或穿透率之值的對應關係、，轉換為各波長相關之波數 及根據既定關係式^> mm & 糸式所算出之轉換值的對應關係，用以 波數分佈特性； 振幅值取得步驟， 各波數成分之振幅值； 用以取得該波數分佈特性所包括之

   第二決定步驟 中的大波數成分， 有效化步驟， 一決定单元有效。 ，根據該波數分佈特性所包括之振幅值 用以至少決定該第一層之膜厚；及 用以選擇性地讓該第一決定單元及該第

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