一种光学量测装置及方法与流程

本发明涉及光学检测，尤其涉及一种光学量测装置及方法。

背景技术：

1、随着近几年半导体行业的飞速发展，对整个生产良率要求也越来越高，这样就需要更加精准的和检测和量测设备运用到半导体的制造工艺中，而不是仅仅局限于最终的产品检测。套刻精度作为光刻工艺过程中的核心指标之一，其直接影响最终的产品良率。目前已经大量使用套刻量测设备对其套刻精度进行量测，并将量测结果作为补偿值对套刻工艺进行补偿，从而可以大大提高产品良率。

2、但随着光刻工艺节点不断向前发展，光刻工艺层数也在不断增加，故需要量测的层数也要增加，且工艺会更加复杂。故对量测设备的产率和工艺适应性提出了更高的要求。

3、现有设备上，目前限制整体量测效率最关键的因素包括相机积分时间及系统振动要求。由于目前采用的连续光装置，且由于一些机械快门的运动，故采样时间长，结构稳定慢。且由于采用连续光源，对结构的的稳定性要求会更高，故严重制约了产率的提高。

4、基于上述背景，如何在不断提高检测准确度的基础上，对检测效率进行提升和优化，成为当前面临的一个技术难题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种光学量测装置及方法，用以提高检测准确度和检测效率。

2、第一方面，本发明提供一种光学量测装置，包括用于承载待测对象的载物台，和用于发射检测光束的照明系统，以及对焦系统，用于记录通过光学组件将检测光束经分光分别射入待测对象和参考焦面，并通过光学组件汇聚至光谱探测器，光谱探测器用于记录检测光束经待测对象和参考焦面反射后形成的干涉光束的信息，该装置还包括成像系统，用于采集检测光束经待测对象反射后形成的成像光束，成像系统包括显微物镜光路和相机光路；对焦系统和成像系统共用显微物镜光路。该装置还包括数据处理系统，用于从光谱探测器获取干涉光束的信息，并根据干涉光束的信息对待测对象进行焦面测量，以及从成像系统获取成像光束所形成的图像信息，根据图像信息对待测对象进行套刻测量。

3、本发明提供的光学量测装置的有益效果在于：本实施例采样脉冲光源替代传统的连续光源，可以大大降低采样时间，降低平台振动影响，提高测量精度和产率。

4、可选地，所述照明系统还包括红外光源和红外照明光路。该实施方案中通过增加红外光源和红外照明光路，从而实现红外光的测量，从而适用于部分膜层对可见光透过率比较差的硅片的测量，从而提高工艺适应性。

5、可选地，所述脉冲光源为闪烁氙灯或者脉冲激光光源，所述脉冲光源的光源脉宽取值范围为1us～30us。

6、可选地，所述参考面光路包括光电式快门装置、成像物镜和参考面，所述参考面为已知物镜的最佳焦面；所述焦面测量光路包括检偏器和成像管镜；所述光学量测装置还包括控制器，所述控制器与所述对焦系统连接，所述控制器，用于当进行焦面测量时，控制光电式快门装置处于开启状态；当进行套刻测量时，控制光电式快门装置处于关闭状态。因传统的机械快门开关闭时间长，并且容易产生振动，该实施方案利用光电式快门装置替代传统的机械快门开关，可以将快门开关闭时间从毫秒级提升到微秒级。

7、可选地，所述控制器，还用于根据待测对象的反射率调整光电式快门装置的开关电压。这样可以实现参考光路的透光比，从而保证测量对象反射率发生变化后，测量光强保证不变。

8、可选地，所述照明系统包括第一分光棱镜；所述第一分光棱镜位于检测光束的发射路径上。

9、可选地，所述对焦系统包括第二分光棱镜和第三分光棱镜，所述第二分光棱镜与所述第三分光棱镜的直角面均与所述成像系统的接收面呈45°角。

10、可选地，所述对焦光源为连续稳定光源。

11、可选地，所述连续稳定光源为白光光源。

12、第二方面，本发明还提供一种光学量测方法，该方法可以应用如第一方面任一实施方式所述的光学量测装置，该方法包括：

13、控制照明系统发射检测光束；

14、控制对焦系统的光谱探测器记录所述检测光束均经所述待测对象和参考焦面反射后形成的干涉光束的信息；

15、控制成像系统采集所述检测光束经所述待测对象反射后形成的成像光束；

16、控制数据处理系统从所述光谱探测器获取所述干涉光束的信息，并根据所述干涉光束的信息对所述待测对象进行焦面测量，以及从成像系统获取成像光束所形成的图像信息，根据图像信息对所述待测对象进行套刻测量。

17、与现有技术相比，本发明实施例提出的光学量测装置和方法，通过将传统的连续光源调整为脉冲光源，可以大大降低采样时间，降低平台振动影响，提高测量精度和产率，另外利用光电式快门装置替代传统的机械快门开关，可以将快门开关闭时间从毫秒级提升到微秒级，从而提高检测精度和检测效率。

技术特征：

1.一种光学量测装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的光学量测装置，其特征在于，所述照明系统还包括红外光源和红外照明光路。

3.根据权利要求1或2所述的光学量测装置，其特征在于，所述脉冲光源为闪烁氙灯或者脉冲激光光源，所述脉冲光源的光源脉宽取值范围为1us～30us。

4.根据权利要求1所述的光学量测装置，其特征在于，所述参考面光路包括光电式快门装置、成像物镜和参考面，所述参考面为已知物镜的最佳焦面；

5.根据权利要求4所述的光学量测装置，其特征在于，所述控制器，还用于根据待测对象的反射率调整所述光电式快门装置的开关电压。

6.根据权利要求1所述的光学量测装置，其特征在于，所述照明系统包括第一分光棱镜；所述第一分光棱镜位于检测光束的发射路径上。

7.根据权利要求6所述的光学量测装置，其特征在于，所述对焦系统包括第二分光棱镜和第三分光棱镜，所述第二分光棱镜与所述第三分光棱镜的直角面均与所述成像系统的接收面呈45°角。

8.根据权利要求4所述的光学量测装置，其特征在于，所述对焦光源为连续稳定光源。

9.根据权利要求8所述的光学量测装置，其特征在于，所述连续稳定光源为白光光源。

10.一种光学量测方法，应用如权利要求1至8任一项所述的光学量测装置，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种光学量测装置及方法，该光学量测装置包括用于承载待测对象的载物台，和用于发射检测光束的照明系统，照明系统包括成像光源和成像光路，其中成像光源为脉冲光源。以及该装置包括对焦系统，用于记录通过光学组件将检测光束经分光分别射入待测对象和参考焦面，并通过光学组件汇聚至入光谱探测器，该装置还包括成像系统，用于采集检测光束经待测对象反射后的成像光束。该装置还包括数据处理系统，用于从光谱探测器获取干涉光束的信息，并根据干涉光束的信息对待测对象进行焦面测量，以及从成像系统获取成像光束所形成的图像信息，根据图像信息对待测对象进行套刻测量。该装置用以提高检测准确度且提高检测效率。

技术研发人员：兰艳平,孙刚
受保护的技术使用者：上海御微半导体技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15