一种双端面非接触双分光式迈克尔逊干涉测厚方法与流程

1.本发明涉及一种双端面非接触双分光式迈克尔逊干涉测厚方法。


背景技术：

2.半导体设备和材料国际标准规定了严格的晶片厚度、晶片和芯片整体厚度的均匀性等参量，这对于行业成本的降低、生产和供应链的平稳顺畅来说非常重要。随着新式加工技术的长足发展，晶片参数尤其是厚度测量的可靠性和稳定性尤为重要。在相关的测量技术方案中首推非接触式的光谱相干测量技术。不过，光谱相干技术在进行测量时通常使用透射光，首先直接测量光学厚度，然后借助群速度对应的光线折射率由光学厚度导出几何物理厚度。这其中的一个很大的问题就是在测量过程中由于不同批次的掺杂浓度不同而使光线折射率会发生变化，进而对测量结果产生影响。为此，必须寻找更好的测量技术。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是提供一种双端面非接触双分光式迈克尔逊干涉测厚方法，为样品厚度的测量提供一种选择方案。为此，本发明采用的技术方案是：一个点源激光光源依次照射第一分光镜和第二分光镜后形成三路光e1、e2和e3，e1和e3相干叠加后形成样品前表面的非定域干涉同心圆环c1，e2和e3相干叠加后形成样品后表面的非定域干涉同心圆环c2。利用一个ccd相机分别抓拍干涉图像c1和c2后，通过软件分别精确提取c1半径和c2半径后进行厚度测量。具体包括以下步骤：步骤（1），将点源激光光源、会聚透镜、第一分光镜、第二分光镜和第一反射镜按照其中心线等高且与光轴同轴的方式一字排开；步骤（2），第一分光镜前表面的反射光形成第一路光束e1；随后光束e2光通过第一光阑入射至样品前表面o1，被样品反射后原路返回至迈氏第一分光镜，随后透射传播l距离后到达ccd相机处。
4.步骤（3），第一分光镜前表面的透射光入射至第二分光镜，经第二第二分光镜前表面反射后形成光束e2；第二分光镜的透射光形成光束e3，入射至第一反射镜。
5.步骤（4），光束e2通过第二光阑后依次经过第二反射镜和第三反射镜转折入射至样品后表面o2，被样品反射后原路返回再次经过第三反射镜、第二反射镜、第二分光镜和第一分光镜转折后传播l距离后到达ccd相机处。
6.步骤（5），光束e3被第一反射镜反射后原路返回，依次进过第二分光镜和第一分光镜转折后传播l距离后到达ccd相机处。
7.步骤（6），第一光阑打开，第二光阑关闭后，e1和e3干涉形成样品前表面o1的非定域干涉同心圆环c1；第一光阑关闭，第二光阑打开后，e2和e3干涉形成样品后表面o2的非定域干涉同心圆环c2。
8.步骤（7），精确提取同心圆环c1半径反推出样品前表面o1至第二反射镜之间的距离d1。
9.步骤（8），精确提取同心圆环c2半径反推出样品前表面o2至第二反射镜之间的距离d2。
10.步骤（9），通过d1和d2解算出样品厚度l0=d1-d2。
11.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1）本发明用非接触的无辅助方式，提高了测量精度和效率、降低了接触式测量的磨损。
12.2）本发明用双端面的同时测量手段，提高了测量精度。
13.3）本发明采用非接触非辅助方式的光学测量方法，易于实现测量的自动化与半自动化；特别是生产厂对同一尺寸的大批量样品进行分选时更显得自动化测量的效果。
14.4）本发明不需要预测样品厚度，更符合物理测量原理。
15.5）本发明通过介质折射率和光源波长等将样品厚度测量值与国家基准米定义联系起来，实现了厚度测量的溯源性。
16.6） 本发明涉及的样品姿态唯一的要求是保证两束光垂直对射至样品的两个端面上。因此，可以适用更多平面反射不同场合的测量要求。
17.7）本发明可以实现单端面的距离、倾角、平移、振动、透明材料折射率等物理量的测量。
附图说明
18.图1为一种双端面非接触双分光式迈克尔逊干涉测厚方法的光路原理图。
具体实施方式
19.下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
20.如图1所示，一种双端面非接触双分光式迈克尔逊干涉测厚方法，其特征在于，一个点源激光光源依次照射第一分光镜和第二分光镜后形成三路光e1、e2和e3，e1和e3相干叠加后形成样品前表面的非定域干涉同心圆环c1，e2和e3相干叠加后形成样品后表面的非定域干涉同心圆环c2。利用一个ccd相机分别抓拍干涉图像c1和c2后，通过软件分别精确提取c1半径和c2半径后进行厚度测量。具体步骤如下：步骤（1），将点源激光光源、会聚透镜、第一分光镜、第二分光镜和第一反射镜按照其中心线等高且与光轴同轴的方式一字排开；步骤（2），第一分光镜前表面的反射光形成第一路光束e1；随后光束e2光通过第一光阑入射至样品前表面o1，被样品反射后原路返回至迈氏第一分光镜，随后透射传播l距离后到达ccd相机处。
21.步骤（3），第一分光镜前表面的透射光入射至第二分光镜，经第二第二分光镜前表面反射后形成光束e2；第二分光镜的透射光形成光束e3，入射至第一反射镜。
22.步骤（4），光束e2通过第二光阑后依次经过第二反射镜和第三反射镜转折入射至样品后表面o2，被样品反射后原路返回再次经过第三反射镜、第二反射镜、第二分光镜和第一分光镜转折后传播l距离后到达ccd相机处。
23.步骤（5），光束e3被第一反射镜反射后原路返回，依次进过第二分光镜和第一分光
镜转折后传播l距离后到达ccd相机处。
24.步骤（6），第一光阑打开，第二光阑关闭后，e1和e3干涉形成样品前表面o1的非定域干涉同心圆环c1；第一光阑关闭，第二光阑打开后，e2和e3干涉形成样品后表面o2的非定域干涉同心圆环c2。
25.步骤（7），精确提取同心圆环c1半径反推出样品前表面o1至第二反射镜之间的距离d1。
26.步骤（8），精确提取同心圆环c2半径反推出样品前表面o2至第二反射镜之间的距离d2。
27.步骤（9），通过d1和d2解算出样品厚度l0=d1-d2。
28.本发明用非接触的无辅助方式，提高了测量精度和效率、降低了接触式测量的磨损。
29.本发明用双端面的同时测量手段，提高了测量精度。
30.本发明采用非接触非辅助方式的光学测量方法，易于实现测量的自动化与半自动化；特别是生产厂对同一尺寸的大批量样品进行分选时更显得自动化测量的效果。
31.本发明不需要预测样品厚度，更符合物理测量原理。
32.本发明通过介质折射率和光源波长等将样品厚度测量值与国家基准米定义联系起来，实现了厚度测量的溯源性。
33.以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种双端面非接触双分光式迈克尔逊干涉测厚方法，其特征在于，一个点源激光光源依次照射第一分光镜和第二分光镜后形成三路光e1、e2和e3，e1和e3相干叠加后形成样品前表面的非定域干涉同心圆环c1，e2和e3相干叠加后形成样品后表面的非定域干涉同心圆环c2，利用一个ccd相机分别抓拍干涉图像c1和c2后，通过软件分别精确提取c1半径和c2半径后进行厚度测量，具体包括以下步骤：步骤（1），将点源激光光源、会聚透镜、第一分光镜、第二分光镜和第一反射镜按照其中心线等高且与光轴同轴的方式一字排开；步骤（2），第一分光镜前表面的反射光形成第一路光束e1；随后光束e2光通过第一光阑入射至样品前表面o1，被样品反射后原路返回至迈氏第一分光镜，随后透射传播l距离后到达ccd相机处，步骤（3），第一分光镜前表面的透射光入射至第二分光镜，经第二第二分光镜前表面反射后形成光束e2；第二分光镜的透射光形成光束e3，入射至第一反射镜，步骤（4），光束e2通过第二光阑后依次经过补偿板、第二反射镜和第三反射镜转折入射至样品后表面o2，被样品反射后原路返回再次经过第三反射镜、第二反射镜、第二分光镜和第一分光镜转折后传播l距离后到达ccd相机处，步骤（5），光束e3被第一反射镜反射后原路返回，依次进过第二分光镜和第一分光镜转折后传播l距离后到达ccd相机处，步骤（6），第一光阑打开，第二光阑关闭后，e1和e3干涉形成样品前表面o1的非定域干涉同心圆环c1；第一光阑关闭，第二光阑打开后，e2和e3干涉形成样品后表面o2的非定域干涉同心圆环c2，步骤（7），精确提取同心圆环c1半径反推出样品前表面o1至第二反射镜之间的距离d1，步骤（8），精确提取同心圆环c2半径反推出样品前表面o2至第二反射镜之间的距离d2，步骤（9），通过d1和d2解算出样品厚度l0=d1-d2。2.根据权利要求1所述的一种双端面非接触双分光式迈克尔逊干涉测厚方法，其特征在于，步骤（1）中，第一分光镜以45
o
的方向放置于会聚透镜焦点上，第二分光镜以45
o
的方向平行于第一分光镜放置于光路中；两者前表面都具有5:5的分光比，后表面镀有增透膜。3.根据权利要求1所述的一种双端面非接触双分光式迈克尔逊干涉测厚方法，其特征在于，步骤（2）-（4）中，光束e1和光束e2要严格共路，样品垂直于光束放置。4.根据权利要求1所述的一种双端面非接触双分光式迈克尔逊干涉测厚方法，其特征在于，步骤（4）中，第二反射镜和第三反射镜之间的光路要与第一分光镜和第二分光镜之间的光路要严格共面平行等长。5.根据权利要求1所述的一种双端面非接触双分光式迈克尔逊干涉测厚方法，其特征在于，步骤（2）-（5）中，光束e1、e2和e3在第一分光镜后的l距离内要严格共程。6.根据权利要求1所述的一种双端面非接触双分光式迈克尔逊干涉测厚方法，其特征在于，步骤（5）中，第二分光镜与第一反射镜之间的长度要与第二分光镜与第二反射镜之间的长度要严格相等，这样第一反射镜经过第一分光镜所成的像和第一反射镜经过第二分光镜所成的像重合。7.根据权利要求1所述的一种双端面非接触双分光式迈克尔逊干涉测厚方法，其特征在于，步骤（6）中，第一光阑和第二光阑不能同时打开。

技术总结
本发明公开了一种双端面非接触双分光式迈克尔逊干涉测厚方法，一个点源激光光源依次照射第一分光镜和第二分光镜后形成三路光E1、E2和E3，E1和E3相干叠加后形成样品前表面的非定域干涉同心圆环C1，E2和E3相干叠加后形成样品后表面的非定域干涉同心圆环C2。利用一个CCD相机分别抓拍干涉图像C1和C2后，通过软件分别精确提取C1半径和C2半径后反推出样品厚度。度。度。


技术研发人员：湛敏
受保护的技术使用者：杭州莱霆科技有限公司
技术研发日：2022.08.30
技术公布日：2022/11/22