[发明专利]多层结构测量方法和多层结构测量设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过使用光学相干光学系统来测量多层结构的技术。

背景技术

如今，作为通过使用光学相干光学系统来测量多层结构的多层结构测量设备(光学相干设备)，各种类型的这样的设备被使用。例如，存在反射谱膜厚度测量设备和光学相干断层成像设备(optical-coherence tomographic imaging apparatus)(光学相干断层技术：OCT，以下称为OCT设备)，反射谱膜厚度测量设备测量在半导体或玻璃的表面上布置的薄膜的厚度，OCT设备对诸如活体等的光散射介质的断层结构成像。这些设备的相同之处在于都使用光干涉，但是设备的名称和/或构造根据使用领域和待观察对象而不同。这里，在表面上具有膜结构的对象(诸如半导体的抗蚀剂等)被称为膜，在其内部具有结构的对象(诸如眼睛的视网膜)被称为断面层(sectioned layer)或者简单地称为层。

在上述设备中，通过将测量光照射到待观察对象上并分析从其反射的光，可测量对象的膜、层等的结构。对于它的光源(根据使用领域，有时称为宽带光源、白光源、低相干光源等)，应该根据待观察对象的结构和特性来选择合适的波长和带宽。另外，存在通过仅使用来自待观察对象的反射光来观察待观察对象的每级或每层的反射光的干涉的方法以及观察由从参考反射镜反射的光和从待观察对象反射的光构成的组合光的干涉的方法。通过使用分光仪对这些反射光进行分析，并通过线传感器等使这些反射光成像为光谱。

通过使用傅立叶变换等对如此成像的谱数据进行分析，从而可获得膜或层的结构。此外，可通过以二维方式在样本上扫描测量光来获得二维断层图像。

日本专利申请特开第H11-325849号公开了用于医学应用的OCT。这里，以不连续的方式三次改变参考反射镜的位置，以使得在每个位置获得光谱。然后，通过执行使用这些个数据的计算来获得断层图像。据说，通过这样的技术，可防止分辨率劣化。

发明内容

在日本专利申请特开第H11-325849号中，对于一次测量多次改变参考反射镜的位置。这样的方案不仅花费过多的时间用于测量，而且还要求对参考反射镜进行精确的位置控制。另一方面，在医学领域中使用的OCT中，存在通过具有被固定的参考反射镜的分光仪并通过对来自分光仪的谱数据进行傅立叶变换来测量断面层的方法。由于线传感器的像素的数量有限，所以此时的谱数据变为离散傅立叶变换。结果，层的值可能仅被表示为离散值。因此，要求改进层的测量精度。

因此，鉴于上述问题提出本发明，本发明的目的是以更精确的方式获得断层图像。

本发明的第一方面是下述设备中的多层结构测量方法，所述设备包括：光源；光学系统，其将来自所述光源的光引向待观察的多层结构的对象，同时将来自所述待观察对象的回光引向检测位置；分光仪，其被置于所述检测位置处，用于检测入射在其上的光的波数谱；和分析单元，其从检测的波数谱测量所述待观察对象的多层结构；所述方法包括：

第一步，从所述波数谱计算与每个层厚度的光学距离对应的信息；

第二步，从与所述每个层厚度的光学距离对应的信息分离并提取与每层的光学距离对应的信息；

第三步，分别将与所述每层的光学距离对应的信息再转换为波数谱；

第四步，从所述第三步的结果获得干涉发生的波数或波长；

第五步，从在所述第四步中获得的所述波数或波长和所述每层的光学距离计算干涉级(order of interference)；和

第六步，将在所述第五步中获得的干涉级近似为最接近的整数，并从如此近似的所述干涉级和干涉发生的所述波数或波长计算每层的光学距离。

根据本发明的第二方面是一种用于测量待观察对象的多层结构的多层结构测量设备，所述设备包括：光源；光学系统，其将来自所述光源的光引向待观察的多层结构的对象，同时将来自所述待观察对象的回光引向检测位置；分光仪，其被置于所述检测位置处，用于检测入射在其上的光的波数谱；和分析单元，其从检测的波数谱测量所述待观察对象的多层结构；其中，所述分析单元执行以下步骤：

第一步，从所述波数谱计算与每个层厚度的光学距离对应的信息；

第二步，从与所述每个层厚度的光学距离对应的信息分离并提取与每层的光学距离对应的信息；

第三步，分别将与所述每层的光学距离对应的信息再转换为波数谱；

第四步，从所述第三步的结果获得干涉发生的波数或波长；

第五步，从在所述第四步中获得的所述波数或波长和所述每层的光学距离计算干涉级；和