学薄膜测厚仪 (SpectraThick Series)原理及与其它方法的比较

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1、光学薄膜测厚仪 (SpectraThick Series)原理及与其它方法的比较
: m$ p* S. ]) `* x. A* m    1）光学薄膜测厚仪 (SpectraThick Series) 的核心技术介绍和原理说明
/ e& Q+ o0 ^" g  N( n+ c% t  SpectraThick series的特点是非接触, 非破坏方式测量，无需样品的前处理，软件支持Windows操作系统等。ST series是使用可视光测量wafer，glass等substrates上形成的氧化膜，氮化膜，Photo-resist等非金属薄膜厚度的仪器。
测量原理如下：在测量的wafer或glass上面的薄膜上垂直照射可视光，这时光的一部分在膜的表面反射，另一部分透进薄膜，然后在膜与底层 (wafer或glass)之间的界面反射。这时薄膜表面反射的光和薄膜底部反射的光产生干涉现象。SpectraThick series就是利用这种干涉现象来测量薄膜厚度的仪器。
仪器的光源使用Tungsten Lamp，波长范围是400 nm ~ 800 nm。从ST2000到ST7000使用这种原理，测量面积的直径大小是4μm ~ 40μm (2μm ~ 20μm optional)。ST8000-Map作为K-MAC (株) 最主要的产品之一，有image processs功能，是超越一般薄膜厚度测量仪器极限的新概念上的厚度测量仪器。测量面积的最小直径为0.2μm，远超过一般厚度测量仪器的测量极限 (4μm)。顺次测量数十个点才能得到的厚度地图 (Thickness Map) 也可一次测量得到，使速度和精确度都大大提高。这一技术已经申请专利。
K-MAC (株) SpectraThick series的又一优点是一般仪器无法测量的粗糙表面 (例如铁板，铜板) 上形成的薄膜厚度也可以测量。这是称为VisualThick OS的新概念上的测量原理。除测量薄膜厚度外还有测量透射率，玻璃上形成的ITO薄膜的表面电阻，接触角度 (Contact Angle) 等的功能。
   

! m( b/ w/ ^* c' H" g“Indirect Measurement using Light”
+ H; G  v, Z7 @, T•Light & Signal path
–Visible light → Thin Layers → Reflection from Surface & interfaces → Glass Fiber Probe
5 d8 x" b, U$ Z  [→ Spectrophotometer → Wavelength Decomposition → CCD → A/D Conversion → PC

•Interference Spectrum
3 @0 a) W; d6 F- w+ T–Coherent Light → Reflection from Surface + Reflection from Interfaces btw Films/Substrate
interference Phenomenon → Constructive/Destructive Interference dep. over Wavelengths
1 i% J  ]/ l/ A) m' Q; C5 ~
•Thickness by Spectrum Fitting
–Measured Spectrum shows sine shapes or valleys in Wavelength Domain depending on
Film Thickness and N & K–Optimize Film Thickness and N & K by fitting Computed
+ ^5 j' y6 n! @* n0 `Spectrum to Measured one as varying Film Characteristics


' U, e# Z* {* q) d+ T   

5 C2 r7 T' a# k( B5 {2 D3 n   
   

2 V9 u# |/ c! z, i* j: P   
3 i" Y' _6 \5 K% ^/ t! l   
# b9 \  J: A  f, B6 [6 s2）K-MAC产品和其它同类产品的比较及其在技术上的优势
       I）技术上的优势
  a# A2 v) d6 [* c# W) N* h" j7 o, PK-MAC自公司创立以来一直运行分析室，对新物质进行测量分析，不断改进完善而制造出ST series薄膜厚度测量仪器。这是基于简单的薄膜厚度测量运算模式基础上的其它同类产品所无法相比的。本公司也为市场要求的变化而不断研究开发新的运算模式和附加功能。当前已研究开发出独特的能够测量粗糙表面形成的薄膜厚度的测量程序并不断进行改进完善。
8 W' w$ M4 ~; I4 I" {4 w( y         II）和其他同类产品的比较
        
2 a2 s% k  U( F* G4 Y. a           Method
4 Z* }( i) |- T! q% @7 x$ ^) q8 Q9 tProperty
, {3 L, E: ~+ c  XSpectral Reflectance
Ellipsometer
Surface Profiler
$ v, u" |2 x" RX-ray Fluorescent
Non-Destructive
8 X8 m& q+ M4 H0 X* yYes
Yes
No
Yes
Micro Area
: d4 k* t7 Z/ V5 V5 nYes
/ T5 R6 }3 H7 V* g, L/ y" e! V( LNo
No
No
6 u; l, }9 I1 G1 {3 t( @- tPattern
Possible
+ O3 k0 Z5 v+ C! w- e% QImpossible
+ ^  J* U! B. f# f2 h: s) [. FImpossible
$ Y' z. }5 j! F+ B* T3 W# aImpossible
Thickness Range
Thick(µm)
Possible
Periodic Ambiguity
1 {8 V+ p+ S, ~* ~1 Y
7 b4 e& n- D2 h3 L9 }Possible

Possible

( K9 j/ r: z; _( F0 [* O; w& AThin(Å)
6 t8 l7 }! u% a! ~5 IPossible
0 F, T" Q4 [; x2 f) w+ Y
Possible
' s; ?; B" {) r' m- \
Possible
5 ~% t  X8 O& _0 nImpossible
Measuring Speed
> 0.5 sec.
3 j% v" m2 F& F/ ?- K> ~ min.
> ~10min.
9 U# H$ D3 x; J) h$ f> ~20min.
8 r% b4 x8 r+ i( B- O0 o) G3 @Throughput
& G- s" G6 I" q. pHigh
$ n( j/ O* o/ L1 r. h  FLow
7 Z  m4 G1 x$ `$ F  D1 B( lVery low
Very low
3 D3 B9 D2 o! v) W$ lMetal Film
No
No
Yes
) j% a0 B$ J' b' t5 FSpec. Metal
N, K Measurement
9 v4 i0 y# m3 f8 k7 JPossible
$ M- a! @9 @4 j! n# R6 oYes
# X+ P4 z7 U" d' WNo
No
Sample Preparation
$ j) `$ B8 u$ [, W. dEasy (In-situ)
: K2 b6 v! M: C8 c
! a! k! C* S. ZEasy
9 [# C  b* T+ {" F# k# X, VDifficult
Difficult
9 ~2 v1 d% Q: h$ S! cConvenience
8 {* G( F% k. G  X/ C; nGood
Well
Bad
Bad
   
　
9 q& P2 j4 ?9 Y( r$ b) N4 uK-MAC
Otzuka
/ V' U" n2 `/ S6 Z8 K2 d( OOhmron
+ I) B  `/ l. A2 F3 QMeasurement of outside Pixel
Good
# l* }* Y1 t: G  A+ NPossible
Possible
3 J1 D- n" p2 ^4 v# e: h; FMeasurement of inside Pixel
) k5 _( i( v5 J1 H. [Good
No
No
Measurement of both side and multi layers
3 e# _! f" t* V; a1 H- U/ f  fGood
# f' x4 Q: Q" N7 kNo
No
2 m$ k+ _2 u: m# f0 gPrecise measurement
(air-blowing Stage & anti-vibration)
Good
No
. c* K) }) k6 v' a7 D- ~No
; a! ~( T# S0 b0 \2 p/ P6 V1 M3 SSub-miro pattern measurement
' L$ z% V" P; |% X* x% b+ w# ]Yes
! V" O8 [6 o6 s% C, a1 ]9 zNo
No
4 @2 E- e( d7 d/ }' h" mPattern matching
Yes
No
  u6 y5 k' q9 \4 a& @% INo
# m- X6 F* H2 TX,Y,Z axes movement
3 V3 s) W( Y' p( E! WYes
X axis fixed
　
Optionable
R/S, Contact angle, CD
Yes
% O3 M4 H, ]2 y% vNo
+ N% q' _% W4 N3 C- `. `# v9 ^No
( c: m" v" n* a0 i, m* L