Procedimiento, disposición de medición y aparato para medir de manera óptica mediante interferometría el grosor de un objeto.

Procedimiento para medir de manera óptica mediante interferometría el grosor de un objeto que presenta una superficie externa y una superficie interna opuesta con respecto a la superficie externa,

incluyendo el procedimiento las etapas de:

emitir un haz de baja coherencia de radiaciones compuesto por una pluralidad de longitudes de onda en una banda determinada mediante al menos una fuente de radiación;

dirigir el haz de radiaciones sobre la superficie externa del objeto mediante al menos una sonda óptica;

captar las radiaciones que son reflejadas por el objeto mediante dicha al menos una sonda óptica;

analizar mediante al menos un espectrómetro el espectro del resultado de la interferencia entre radiaciones que son reflejadas por la superficie externa que no entran en el objeto y radiaciones que son reflejadas por la superficie interna que entran en el objeto; y

determinar el grosor del objeto en función del espectro proporcionado por dicho al menos un espectrómetro;

estando caracterizado el procedimiento por el hecho de que se utilizan al menos dos haces diferentes de radiaciones que pertenecen a bandas diferenciadas y de que se utilizan al menos dos espectrómetros para analizar el espectro de dicho resultado de la interferencia para radiaciones que tienen longitudes de onda diferenciadas que pertenecen sustancialmente a dichas bandas diferenciadas.

Procedimiento, disposición de medición y aparato para medir de manera óptica mediante ¡nterferometria el grosor de un objeto

Campo técnico

La presente invención se refiere a un procedimiento, a una disposición de medición y a un aparato para medir de manera óptica mediante ¡nterferometria el grosor de un objeto.

La presente invención puede aplicarse de manera ventajosa para medir de manera óptica mediante ¡nterferometria el grosor de porciones, u obleas, de material semiconductor (normalmente, aunque no necesariamente, silicio), al que se hará referencia de manera explícita en la memoria descriptiva sin perjuicio de la generalidad.

Técnica anterior

Una porción de material semiconductor se maquina, por ejemplo, para obtener circuitos integrados u otros componentes electrónicos en el material semiconductor. En particular, cuando la porción de material semiconductor es muy delgada, la porción de material semiconductor se coloca sobre una capa de soporte (hecha normalmente de plástico o vidrio) que proporciona una mayor robustez mecánica y, por tanto, un mejor manejo. Generalmente, es necesario maquinar de manera mecánica la porción de material semiconductor mediante rectificado y pulido para obtener una condición de grosor que sea regular y que corresponda a un valor deseado. En el transcurso de esta fase de maquinado mecánico de la porción de material semiconductor es necesario medir o mantener controlado el grosor para obtener el valor deseado.

Una disposición conocida para medir el grosor de una porción de material semiconductor utiliza cabezales de calibración que presentan sensores mecánicos que tocan una superficie superior de la porción de material semiconductor que está maquinándose. Esta tecnología de medición puede afectar a la porción de material semiconductor durante la operación de medición debido al contacto mecánico con los sensores mecánicos y no permite medir valores de grosor muy pequeños (normalmente inferiores a 1 micrones).

Se conocen otras disposiciones diferentes para medir el grosor de una porción de material semiconductor, tales como sondas capacitivas, sondas inductivas (del tipo de corriente de Foucault o de otros tipos), o sondas de ultrasonidos. Estas tecnologías de medición son del tipo sin contacto, no afectan a la porción de material semiconductor en el transcurso de la medición y pueden medir el grosor de la porción de material semiconductor sin necesidad de retirar la capa de soporte. Sin embargo, algunas de estas tecnologías de medición pueden ofrecer un rango limitado de dimensiones medióles ya que, normalmente, no pueden medirse valores de grosor inferiores a 1 micrones.

Las sondas ópticas, en algunos casos asociadas a medidas interferométricas, se usan para superar las limitaciones de las tecnologías de medición descritas anteriormente. Por ejemplo, la patente estadounidense US-A1-6437868 y la solicitud de patente japonesa publicada JP-A-8-21616 describen aparatos para medir de manera óptica el grosor de una porción de material semiconductor. Algunos de los aparatos conocidos incluyen una fuente de radiación infrarroja, un espectrómetro y una sonda óptica, que está conectada a la fuente de radiación infrarroja y al espectrómetro mediante fibra óptica, colocada de tal manera que quede enfrentada a la porción de material semiconductor que va a medirse, y que porta lentes para enfocar las radiaciones sobre la porción de material semiconductor que va a medirse. La fuente de radiación infrarroja emite un haz de radiaciones infrarrojas con, por ejemplo, un ancho de banda de longitud de onda útil de 13 nm aproximadamente, constituyendo así un haz de baja coherencia. La baja coherencia se opone a la monofrecuencia (frecuencia única que es constante en el tiempo), siendo representativa de la disponibilidad de una pluralidad de frecuencias en función del principio de emisión implementado en la fuente de radiación. Se utilizan radiaciones infrarrojas ya que los materiales semiconductores actualmente usados están hechos principalmente de silicio, que es suficientemente transparente a las radiaciones infrarrojas. En algunos de los aparatos conocidos, la fuente de radiación infrarroja está compuesta por un SLED (diodo de emisión de luz superluminiscente) que puede emitir un haz de radiaciones infrarrojas que tienen un ancho de banda con un orden de magnitud de 5 nm aproximadamente en torno al valor central.

Sin embargo, incluso usando sondas ópticas asociadas a medidas interferométricas del tipo mencionado anteriormente, objetos que tienen un grosor inferior a 1 micrones aproximadamente no pueden medirse o comprobarse, en el transcurso de la fase de maquinado mecánico de los mismos, con una fiabilidad aceptable, mientras que la industria de semiconductores está demandando actualmente medir valores de grosor de algunos o de muy pocos micrones y llevar a cabo la comprobación en la fábrica y dentro de los tiempos muy limitados permitidos por los ciclos de maquinado.

Sumario de la invención

El objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento, una disposición de medición y un aparato para medir de manera óptica mediante ¡nterferometria el grosor de un objeto, que superen los inconvenientes descritos anteriormente y que puedan implementarse de manera sencilla y económica.

El objetivo se consigue mediante un procedimiento, una disposición de medición y un aparato para medir de manera óptica mediante ¡nterferometría el grosor de un objeto según lo reivindicado en las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de los dibujos

A continuación se describirá la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos, proporcionados a modo de ejemplo no limitativo, en los que:

- la figura 1 es una vista simplificada, con algunas partes omitidas para una mayor claridad, de un aparato según la presente invención para medir de manera óptica mediante ¡nterferometría el grosor de una porción de material semiconductor;

- la figura 2 es una vista lateral en sección transversal simplificada de una porción de material semiconductor cuyo grosor va a medirse;

- la figura 3 es una vista simplificada, con algunas partes omitidas para una mayor claridad, de una fuente de radiación infrarroja del aparato de la figura 1;

- la figura 4 es una vista simplificada, con algunas partes omitidas para una mayor claridad, de una disposición de medición según la presente invención para medir de manera óptica mediante ¡nterferometría el grosor de una porción de material semiconductor;

- la figura 5 es un gráfico relativo a la absorción de radiación en una porción de silicio;

- la figura 6 es una vista simplificada, con algunas partes omitidas para una mayor claridad, de una disposición de medición según una realización diferente de la presente invención para medir de manera óptica mediante ¡nterferometría el grosor de una porción de material semiconductor; y

- la figura 7 es una vista simplificada, con algunas partes omitidas para una mayor claridad, de una disposición de medición adicional según la presente invención para medir de manera óptica mediante ¡nterferometría el grosor de una porción de material semiconductor.

Mejor modo de llevar a cabo la invención

En la figura 1, el número de referencia 1 indica, de manera genérica, una disposición de medición, más específicamente un aparato para medir de manera óptica mediante ¡nterferometría el grosor de un objeto 2 formado por una porción de material semiconductor. Debe observarse, tal como se explicará en detalle en el presente documento, que la porción 2 también representa una única capa y una pluralidad de capas, según los diversos requisitos de diseño de la porción de material semiconductor.

Según la realización ilustrada en la figura 1, que incluye características conocidas por sí mismas, la porción 2 de material semiconductor está colocada sobre una capa de soporte 3 (hecha normalmente de plástico o vidrio) que proporciona una mayor robustez mecánica y un manejo sencillo. Según una realización diferente, no ilustrada en el presente documento, se prescinde de la capa de soporte 3.

El aparato 1 incluye una fuente de radiación infrarroja 4, un espectrómetro 5 y una sonda óptica 6 que está conectada mediante líneas de fibra óptica a la fuente de radiación infrarroja 4 y al espectrómetro 5, dispuesta de tal manera que queda enfrentada a la porción 2 de material semiconductor que va a medirse, y que porta lentes 7 para enfocar las radiaciones sobre la porción 2 de material semiconductor que va a medirse. Normalmente, la sonda óptica 6 está dispuesta de tal manera que sea perpendicular, como se muestra en... [Seguir leyendo]

1.- Procedimiento para medir de manera óptica mediante ¡nterferometría el grosor de un objeto que presenta una superficie externa y una superficie interna opuesta con respecto a la superficie externa, incluyendo el procedimiento las etapas de:

emitir un haz de baja coherencia de radiaciones compuesto por una pluralidad de longitudes de onda en una banda determinada mediante al menos una fuente de radiación;

dirigir el haz de radiaciones sobre la superficie externa del objeto mediante al menos una sonda óptica; captar las radiaciones que son reflejadas por el objeto mediante dicha al menos una sonda óptica; analizar mediante al menos un espectrómetro el espectro del resultado de la interferencia entre radiaciones que son reflejadas por la superficie externa que no entran en el objeto y radiaciones que son reflejadas por la superficie interna que entran en el objeto; y

determinar el grosor del objeto en función del espectro proporcionado por dicho al menos un espectrómetro;

estando caracterizado el procedimiento por el hecho de que se utilizan al menos dos haces diferentes de radiaciones que pertenecen a bandas diferenciadas y de que se utilizan al menos dos espectrómetros para analizar el espectro de dicho resultado de la interferencia para radiaciones que tienen longitudes de onda diferenciadas que pertenecen sustancialmente a dichas bandas diferenciadas.

2.- Procedimiento según la reivindicación 1, en el que se utilizan al menos dos haces de radiaciones, que incluye las fases adicionales de:

utilizar un primer haz de radiaciones compuesto por una pluralidad de longitudes de onda en una primera banda que presenta un primer valor central cuando el grosor del objeto es mayor que un umbral predeterminado; y utilizar un segundo haz de radiaciones compuesto por una pluralidad de longitudes de onda en una segunda banda que presenta un segundo valor central que es menor que el primer valor central de la primera banda cuando el grosor del objeto es menor que el umbral predeterminado.

3.- Procedimiento según la reivindicación 2, en el que se utilizan al menos dos haces de radiaciones, que incluye la fase adicional de utilizar ambos haces de radiaciones cuando el grosor del objeto está comprendido en un intervalo en torno al umbral predeterminado.

4 - Procedimiento según la reivindicación 1, en el que se utilizan al menos dos espectrómetros, que incluye las fases adicionales de:

utilizar uno de dichos al menos dos espectrómetros adaptado para analizar el espectro de radiaciones que pertenece a una primera banda que presenta un primer valor central cuando el grosor del objeto es mayor que un umbral

predeterminado; y

utilizar el otro de dichos al menos dos espectrómetros adaptado para analizar el espectro de radiaciones que pertenece a una segunda banda que presenta un segundo valor central que es menor que dicho primer valor central cuando el grosor del objeto es menor que el umbral predeterminado.

5.- Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que el valor central de la primera banda está comprendido entre 12 nm y 14 nm y el valor central de la segunda banda está comprendido entre 7 nm y 9 nm.

6.- Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en el que el umbral predeterminado está comprendido entre 5 micrones y 1 micrones.

7.- Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el objeto se comprueba mientras es sometido a una fase de maquinado mecánico, donde uno u otro de los dos haces diferentes de radiaciones o de los dos espectrómetros se utiliza dependiendo del grosor del objeto.

8.- Procedimiento según la reivindicación 1, en el que se utilizan al menos dos espectrómetros, en el que se utiliza una disposición de medición que incluye una única fuente de radiación.

9.- Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que utiliza dos aparatos distintos e independientes, cada uno de los cuales comprende un espectrómetro, una sonda óptica y una fuente de radiación.

1.- Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el objeto es una porción de material semiconductor.

11.- Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el objeto es una porción de silicio.

12.- Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que el haz de radiaciones es dirigido de manera sustancialmente perpendicular sobre la superficie externa del objeto.

13.- Disposición de medición (23; 26; 27) para medir de manera óptica mediante interferometria el grosor de un objeto (2) que presenta una superficie externa (16) y una superficie interna (17) opuesta con respecto a la superficie externa (16), comprendiendo la disposición de medición (23; 26; 27):

al menos una fuente de radiación (4a, 4b; 4c, 4d; 4ef) que emite un haz de baja coherencia de radiaciones (I) compuesto por una pluralidad de longitudes de onda en una banda determinada;

un espectrómetro (5a; 5c; 5e) que analiza el espectro del resultado de la interferencia entre radiaciones (R1) que son reflejadas por la superficie externa (16) que no entran en el objeto (2) y radiaciones (R2) que son reflejadas por la superficie interna (17) que entran en el objeto (2);

al menos una sonda óptica (6a, 6b; 6cd; 6ef) que está conectada mediante líneas de fibra óptica (8, 1, 11) a dicha al menos una fuente de radiación (4a, 4b; 4c, 4d; 4ef) y al espectrómetro (5a; 5c; 5e), y que está dispuesta delante del objeto (2) que va a medirse para dirigir el haz de radiaciones (I) emitido por dicha al menos una fuente de radiación (4a, 4b; 4c, 4d; 4ef) sobre la superficie externa (16) del objeto (2) y para captar las radiaciones (R) que son reflejadas por el objeto (2); y

una unidad de procesamiento (18) que calcula el grosor del objeto (2) en función del espectro proporcionado por el espectrómetro (5a; 5c; 5e);

estando caracterizada la disposición de medición (23, 26, 27) por un espectrómetro adicional (5b; 5d; 5f) acoplado a dicha al menos una sonda óptica (6a, 6b; 6cd; 6ef),

estando adaptado dicho espectrómetro (5a; 5c; 5e) para analizar el espectro del resultado de la interferencia entre radiaciones reflejadas compuestas por una pluralidad de longitudes de onda en una primera banda y que presentan un primer valor central, y

estando adaptado dicho espectrómetro adicional (5b; 5d; 5f) para analizar el espectro del resultado de la interferencia entre radiaciones reflejadas compuestas por una pluralidad de longitudes de onda en una segunda banda y que presentan un segundo valor central.

14.- Disposición de medición (23; 26; 27) según la reivindicación 13 y que incluye un conmutador (21) que activa dicho espectrómetro (5a; 5c; 5e) cuando el grosor del objeto (2) es mayor que un umbral predeterminado, y que activa dicho espectrómetro adicional (5b; 5d; 5f) cuando el grosor del objeto (2) es menor que un umbral predeterminado.

15.- Disposición de medición (23; 26) según la reivindicación 13 o la reivindicación 14, en la que dicha al menos una fuente de radiación incluye:

una primera fuente de radiación (4a; 4c) adaptada para emitir un haz de radiaciones compuesto por una pluralidad de longitudes de onda en la primera banda; y

una segunda fuente de radiación (4b; 4d) adaptada para emitir un haz de radiaciones compuesto por una pluralidad de longitudes de onda en la segunda banda, siendo dicha segunda banda diferente de la primera banda y siendo dicho segundo valor central menor que el primer valor central de la primera banda.

16.- Disposición de medición (27) según la reivindicación 13 o la reivindicación 14, en la que dicha al menos una fuente de radiación incluye una única fuente de radiación (4ef) adaptada para emitir un haz de radiaciones en un intervalo de longitudes de onda que incluye las longitudes de onda de dichas primera y segunda bandas.

17.- Disposición de medición (23) según una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15, con al menos dos aparatos de medición (1a, 1b), cada uno de los cuales comprende una fuente de radiación (4a, 4b) y uno de dicho espectrómetro (5a) y dicho espectrómetro adicional (5b).

18.- Aparato (1) para medir de manera óptica mediante interferometria el grosor de un objeto (2) que presenta una superficie externa (16) y una superficie interna (17) opuesta con respecto a la superficie externa (16), incluyendo el aparato (1):

una fuente de radiación (4) que emite un haz de baja coherencia de radiaciones (I) compuesto por una pluralidad de longitudes de onda en una banda determinada;

al menos un espectrómetro (5) que analiza el espectro del resultado de la interferencia entre radiaciones (R1) que son reflejadas por la superficie externa (16) que no entran en el objeto (2) y radiaciones (R2) que son reflejadas por la superficie interna (17) que entran en el objeto (2);

una sonda óptica (6) que está conectada mediante líneas de fibra óptica (8, 1, 11) a la fuente de radiación (4) y a dicho al menos un espectrómetro (5), y que está dispuesta delante del objeto (2) que va a medirse para dirigir el haz de radiaciones (I) emitido por la fuente de radiación (4) sobre la superficie externa (16) del objeto (2) y para captar las radiaciones (R) que son reflejadas por el objeto (2); y

una unidad de procesamiento (18) que evalúa el grosor del objeto (2) en función del espectro proporcionado por el al menos un espectrómetro (5);

estando caracterizado el aparato (1) por el hecho de que la fuente de radiación (4) Incluye:

un primer emisor (19) que emite un haz de baja coherencia de radiaciones compuesto por una pluralidad de 5 longitudes de onda en una primera banda que presenta un primer valor central;

al menos un segundo emisor (2) que emite un haz de baja coherencia de radiaciones compuesto por una pluralidad de longitudes de onda en una segunda banda diferente de la primera banda y que presenta un segundo valor central que es menor que el primer valor central de la primera banda; y

un conmutador (21) que habilita de manera alternante la utilización del primer emisor (19) o del segundo emisor 1 (2) dependiendo del grosor del objeto (2).