Aparato y procedimiento para medir de manera óptica mediante interferometría el grosor de un objeto.

Aparato (1) para medir de manera óptica mediante interferometría 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;

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 fibras ópticas (8, 10, 11) a la fuente de radiación (4) y al espectrómetro (5), y que está dispuesta de tal modo que está enfrentada al objeto (2) que va a medirse para dirigir el haz de radiaciones (I) emitido por la fuente de radiación (4) hacia 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 (5);

estando caracterizado el aparato (1) por el hecho de que la fuente de radiación (4) incluye al menos dos emisores distintos (20) que emiten haces de radiación respectivos que difieren entre sí en su banda de longitudes de onda de modo que el ancho de banda combinado es mayor que el ancho de banda de cada emisor, y que se activan simultáneamente.

Aparato y procedimiento para medir de manera óptica mediante ¡nterferometría el grosor de un objeto Campo técnico

La presente invención se refiere a un aparato y a un procedimiento para medir de manera óptica mediante ¡nterferometría el grosor de un objeto.

La presente invención puede aplicarse de manera ventajosa para medir de manera óptica mediante ¡nterferometría el grosor de porciones, u obleas, de material semiconductor (normalmente 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 un 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.

Para medir el grosor de una porción de material semiconductor se conoce el utilizar 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 grosores muy pequeños (normalmente inferiores a 100 micrones).

Para medir el grosor de una porción de material semiconductor se conoce el utilizar sondas capacitivas, sondas inductivas (del tipo de corriente de Foucault o de otros tipos), o sondas de ultrasonidos. Puesto que 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 incluso cuando está presente la capa de soporte. Sin embargo, estas tecnologías de medición están limitadas tanto a las dimensiones que pueden medirse (normalmente, grosores inferiores a 100 micrones no pueden pedirse), como a la resolución máxima que puede conseguirse (normalmente no inferior a 10 micrones).

Las sondas ópticas, en algunos casos asociadas a medidas ¡nterferométricas, 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-08-216016 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 (que tiene generalmente una longitud de onda de 1300 nm aproximadamente), más específicamente un haz de baja coherencia que significa que no es monofrecuencia (una única frecuencia que es constante en el tiempo), sino que está compuesto por una pluralidad de frecuencias (que tienen normalmente longitudes de onda variables en un intervalo de 50 nm aproximadamente en torno al valor central). Se utilizan radiaciones infrarrojas ya que los materiales semiconductores usados actualmente están hechos 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 50 nm aproximadamente en torno al valor central.

Sin embargo, incluso usando sondas ópticas asociadas a medidas ¡nterferométricas del tipo mencionado anteriormente, grosores inferiores a 10 micrones aproximadamente no pueden medirse, mientras que la industria de semiconductores demanda actualmente medir grosores de algunos o de muy pocos micrones.

Sumario de la invención

El objetivo de la presente invención es proporcionar un aparato y un procedimiento para medir de manera óptica mediante ¡nterferometría 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 aparato y un procedimiento 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 interferometría 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; y

- la figura 4 es un diagrama que muestra una composición de bandas llevada a cabo en la fuente de radiación infrarroja de la figura 3.

Mejor modo de llevar a cabo la invención

En la figura 1, el número de referencia 1 indica, de manera genérica, un aparato para medir de manera óptica mediante interferometría el grosor de un objeto 2 formado por una porción de material semiconductor.

Según la realización ¡lustrada 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, por tanto, un manejo sencillo. Según una realización diferente, no ¡lustrada 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 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 la figura 1, o esté ligeramente inclinada con respecto a la porción 2 de material semiconductor que va a medirse, estando separada la sonda óptica 6 de esta última mediante aire o un líquido, a través del cual se propagan las radiaciones Infrarrojas.

Según la realización mostrada en la figura 1, hay una primera fibra óptica 8 que conecta la fuente de radiación 4 a un acoplador óptico 9, una segunda fibra óptica 10 que conecta el acoplador óptico 9 al espectrómetro 5, y una tercera fibra óptica 11 que conecta el acoplador óptico 9 a la sonda óptica 6. Las fibras ópticas, más específicamente la primera 8, la segunda 10 y la tercera 11 fibra óptica pueden terminar en un clrculador, conocido por sí mismo y no ¡lustrado en la figura 1, o en otro dispositivo que sirva como el acoplador 9.

Según la realización ¡lustrada en la figura 1, el espectrómetro 5 Incluye al menos una lente 12 que colima las radiaciones recibidas a través de la segunda fibra óptica 10 en un elemento dlfractor 13 (normalmente compuesto por una rejilla de difracción), y al menos una lente adicional 14 que enfoca las radiaciones reflejadas por el elemento dlfractor 13 en un detector de radiación 15 (formado normalmente por una disposición de elementos fotosensibles, por ejemplo un sensor "CCD").

La fuente de radiación Infrarroja 4 emite un haz de baja coherencia de radiaciones Infrarrojas, lo que significa que no es monofrecuencla (una única frecuencia que es constante en... [Seguir leyendo]

I- Aparato (1) para medir de manera óptica mediante interferometría 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;

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 recejadas por la superficie Interna (17) que entran en el objeto (2);

una sonda óptica (6) que está conectada mediante fibras ópticas (8, 10, 11) a la fuente de radiación (4) y al espectrómetro (5), y que está dispuesta de tal modo que está enfrentada al objeto (2) que va a medirse para dirigir el haz de radiaciones (I) emitido por la fuente de radiación (4) hacia la superficie externa (16) del objeto (2) y para captar las radiaciones (R) que son recejadas 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 (5);

estando caracterizado el aparato (1) por el hecho de que la fuente de radiación (4) incluye al menos dos emisores distintos (20) que emiten haces de radiación respectivos que difieren entre sí en su banda de longitudes de onda de modo que el ancho de banda combinado es mayor que el ancho de banda de cada emisor, y que se activan simultáneamente.

2 - Aparato (1) según la reivindicación 1, en el que la fuente de radiación (4) incluye un sumador óptico (21) que permite unir en un único haz de radiación global los haces de radiación emitidos por los emisores (20) de tal manera que la fuente de radiación (4) emite un haz de radiación global.

3 - Aparato (1) según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la fuente de radiación (4) emite un haz de radiación cuyo ancho de banda es mayor que 100 nm en torno a un valor central.

4.- Aparato (1) según la reivindicación 3, en el que la fuente de radiación (4) emite un haz de radiación cuyo ancho de banda es de 200 nm aproximadamente en torno al valor central.

5 -Aparato (1) según la reivindicación 3 o la reivindicación 4, en el que el valor central está comprendido entre 1100 nm y 1300 nm.

6 -Aparato (1) según la reivindicación 5, en el que el valor central es de 1200 nm aproximadamente.

7-Aparato (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el haz de radiación emitido porcada emisor (20) tiene su propia banda de longitudes de onda que es diferente de, y sustanclalmente complementarla a, las bandas de longitudes de onda de los haces de radiación emitidos por los otros emisores (20).

8 -Aparato (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la fuente de radiación (4) Incluye al menos cuatro emisores (20).

9 -Aparato (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que cada emisor (20) Incluye un SLED.

10 - Aparato (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el objeto (2) es una porción de material semiconductor.

II- Aparato (1) según la reivindicación 10, en el que el objeto (2) es una porción de silicio.

12 - Procedimiento para medir de manera óptica mediante Interferometría 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 procedimiento las etapas de:

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

dirigir el haz de radiaciones (I) sobre la superficie externa (16) del objeto (2) por medio de una sonda óptica (6); captar las radiaciones (R) que son reflejadas por el objeto (2) por medio de la sonda óptica (6); analizar por medio de un espectrómetro (5) 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); y

determinar el grosor del objeto (2) en función del espectro proporcionado por el espectrómetro (5); estando caracterizado el procedimiento por el hecho de que Incluye las etapas adicionales de:

activar simultáneamente al menos dos emisores distintos (20) de la fuente de radiación (4) que emiten haces de radiación respectivos que difieren entre sí en su banda de longitudes de onda de modo que el ancho de banda combinado es mayor que el ancho de banda de cada emisor; y

5 unir en un único haz de radiación los haces de radiación emitidos por los emisores (20) de tal manera que la fuente

de radiación (4) emite un haz de radiación global.