一种双侧干涉仪的制作方法

1.本发明涉及半导体量测领域，具体涉及一种双侧干涉仪。


背景技术：

2.随着光刻特征尺寸的不断减小，晶圆(例如，硅片)表面形貌对光刻性能的影响越来越显著。作为一种特殊的大尺寸非透明基板，有必要测量晶圆的表面的几何参数。
3.现有技术中公开了一种双侧干涉仪，例如为如图1所示的双侧斐索干涉仪或如图7所示的双侧泰曼格林干涉仪，可用于同时测量非透明基板正反两侧表面的几何参数。以双侧斐索干涉仪为例，其结构如图1所示，包括两台斐索干涉仪，两台斐索干涉仪光轴对齐放置，晶圆4放置于两台斐索干涉仪的参考镜形成的空腔中。若晶圆4正面相对于第一参考镜2的距离分布为a；背面相对于第二参考镜3的距离分布为b；两参考镜间的距离分布为c；则晶圆厚度分布(thickness variation)为t＝c-a-b。
4.为了保证晶圆厚度分布的准确性，需要提前标定空腔的厚度分布c，而由于参考镜间的一阶倾斜会因为其机械固定结构在温度、震动、气压等条件下发生变化，故需要在测量晶圆正反面几何参数的同时测得两干涉仪参考镜间空腔的一阶倾斜，然后将测量的一阶倾斜替换已提前标定的空腔距离分布c中相对应的一阶倾斜分量，作为更新后的空腔距离分布c，然后再利用c-a-b得到晶圆的厚度分布。其中，通过测量干涉仪参考镜在晶圆口径之外的环形区域的形貌推算参考镜间的一阶倾斜分量。如图2所示，图2为一侧干涉仪测量得到的干涉条纹示意图，包括晶圆区域和环形区域，前者是晶圆上被测光和参考光干涉而形成，后者是第一参考镜2的参考面和第二参考镜3的参考面干涉而形成，后者可用于计算两参考镜之间的形貌，例如得到两参考镜之间的一阶倾斜信息。
5.在使用双侧干涉仪测量厚度分布等几何参数时，两侧干涉仪输出光之间彼此互不干扰，实现有效的光束隔离是影响测量结果准确性的重点。但在实际测量中，仅依赖光束的偏振正交性并不能使两侧干涉仪输出光被有效衰减，导致一侧的输出光影响另一侧的干涉测量，使得在对非透明基板正反面进行测量的同时对空腔的测量(例如，对空腔一阶倾斜的测量)受到不利影响，于是对双侧干涉仪的光束隔离提出了更高的需求。


技术实现要素：

6.本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种双侧干涉仪，通过设置阻光装置，阻止在测量空腔形貌中一侧的输出光对另一侧干涉仪的干扰。
7.具体的，所述的一种双侧干涉仪，其中一侧干涉仪的准直镜与参考镜之间设有第一阻光装置，所述第一阻光装置上开设有第一通孔，所述第一通孔孔径大于待测非透明基板的外径并小于本侧干涉仪的参考镜口径，用于阻绝在测量空腔形貌中本侧干涉仪对对侧干涉仪的干扰。
8.进一步的，设置所述第一阻光装置使得待测非透明基板外围用于测量参考镜间空腔形貌的环形区域的宽度满足预设宽度。
9.进一步的，调整所述第一通孔的孔径和/或非透明基板的位置使得环形区域的宽度在预设宽度范围内。
10.进一步的，所述预设宽度范围为2～15mm。
11.进一步的，所述第一阻光装置为光阑。
12.进一步的，所述光阑的正反两面均为吸光材质、均进行亚光氧化处理或均镀抗反吸收膜。
13.进一步的，所述光阑与参考镜的距离不大于10mm。
14.进一步的，所述光阑为可变光阑。
15.进一步的，所述第一阻光装置为涂覆在参考镜的靠近本侧干涉仪的准直镜的一侧镜面上的抗反吸收膜，所述抗反吸收膜为环形结构。
16.进一步的，与设置所述第一阻光装置相对的另一侧干涉仪的准直镜与参考镜之间还设有第二阻光装置，所述第二阻光装置上开设有第二通孔，所述第二通孔孔径与所述第一通孔孔径不同，用于阻绝在测量空腔形貌中本侧干涉仪对对侧干涉仪的干扰，且使得待测非透明基板外围用于测量参考镜间空腔形貌的环形区域的宽度满足预设宽度。
17.本发明的有益效果是：通过上述方案，能够有效阻止在测量空腔形貌中一侧的输出光对另一侧干涉仪的干扰。可在测量非透明基板正反面形貌的同时获得两个参考镜间的形貌，尤其是获得一阶倾斜信息。
附图说明
18.图1为现有技术中双侧斐索干涉仪结构示意图。
19.图2为一侧干涉仪测量得到的干涉条纹示意图。
20.图3为本发明实施例提供的第一阻光装置为光阑的双侧斐索干涉仪结构示意图。
21.图4为本发明实施例提供的双侧斐索干涉仪工作原理图。
22.图5为本发明实施例提供的光阑刀口示意图。
23.图6为本发明实施例提供的第一阻光装置为抗反吸收膜的双侧斐索干涉仪结构示意图。
24.图7为现有技术中双侧泰曼格林干涉仪结构示意图。
25.图8为本发明实施例提供的双侧泰曼格林干涉仪结构示意图。
26.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
27.1、准直镜，2、第一参考镜，3、第二参考镜，4、晶圆，5、光阑，6、抗反吸收膜，7、准直镜，8、分束器，9、第三参考镜，10、聚光镜，11、成像镜。
具体实施方式
28.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
29.本发明实施例提供一种双侧干涉仪，可以为双侧斐索干涉仪或双侧泰曼格林干涉仪。以双侧斐索干涉仪为例，如图3-图6所示，其中一侧干涉仪的准直镜1与第一参考镜2之间设有第一阻光装置，所述第一阻光装置上(例如，设置在其中心处)开设有第一通孔，所述第一通孔孔径大于待测非透明基板(例如，晶圆4)的外径并小于本侧干涉仪(设置第一阻光
装置的一侧干涉仪)的第一参考镜2口径，用于阻绝设置第一阻光装置一侧的干涉仪孔径大于第一阻光装置第一通孔孔径的输出光，以阻绝在测量空腔形貌中本侧干涉仪对对侧干涉仪的干扰。
30.需要说明的是，本发明要求空腔的尺寸大于待测非透明基板的尺寸，使得在对待测非透明基板成像的同时能够通过两参考镜之间形成干涉产生环形区域，进而能够基于所述环形区域中的干涉条纹获得空腔形貌。
31.在本实施例中，非透明基板为晶圆4。如图2所示，当通过一侧干涉仪对晶圆4成像时，在晶圆区域和环形区域之间存在间隔，间隔区域中可能存在干涉条纹，也可能因为晶圆4存在边缘滚落效应而导致干涉条纹较为稀少甚至没有干涉条纹。
32.在本实施例中，一侧干涉仪的结构和另一侧干涉仪的结构相同，两侧干涉仪的沿入射至非透明基板方向的光轴共线，非透明基板设置在两个参考镜形成的空腔内。示例性地，所述光轴为水平方向，非透明基板竖直放置在空腔中；或所述光轴为竖直方向，非透明基板水平放置在空腔中。在本实施例中，非透明基板放置在空腔的中间，非透明基板和两个参考镜的距离相同，但不限于此，即非透明基板和两个参考镜的距离可不同。
33.在本实施例中，环形区域的宽度过窄可能会导致对两参考镜之间的形貌测量出现偏差，宽度过宽则会增加干涉仪的制造成本和尺寸，因此设置第一阻光装置使得待测晶圆4外围用于测量参考镜间空腔形貌的环形区域的宽度满足预设宽度。具体地，调整第一阻光装置的第一通孔的孔径和/或晶圆的位置使得环形区域的宽度在预设宽度范围内。
34.其中，仅在一侧的干涉仪中设置所述第一阻光装置，或在两侧的干涉仪中均设置阻光装置，包括第一阻光装置和第二阻光装置。
35.在本发明一实施例中，仅在一侧的干涉仪中设置所述第一阻光装置。一方面，仅一侧设置阻光装置时的成本较低；另一方面，当两侧均设置阻光装置时，如果两侧均设置相同孔径的阻光装置，则任一侧的输出光均有部分被阻光装置遮挡，导致难以产生足够宽度的的环形区域甚至没有环形区域，无法确保在测量非透明基板的形貌的同时测量两参考镜间的形貌尤其是一阶倾斜信息。
36.在本发明另一实施例中，两侧干涉仪的准直镜与参考镜之间均设有阻光装置，即一侧设有第一阻光装置，另一侧设有第二阻光装置，第二阻光装置上(例如，中心处)开设有第二通孔，第二通孔孔径与第一通孔孔径不同，用于阻绝在测量空腔形貌中本侧干涉仪(任一侧干涉仪)对对侧干涉仪(另一侧干涉仪)的干扰，且使得待测非透明基板外围用于测量参考镜间空腔形貌的环形区域宽度满足预设宽度。
37.在本实施例中，所述第一阻光装置为光阑5，如图3所示。设置光阑5的一侧，由于所述光阑5的孔径大于待测晶圆4的外径并小于第一参考镜2口径，因此该侧的输出会有部分被光阑5阻挡，而另一侧无光阑5阻挡，如图4所示，第一参考镜2的第一参考面的反射光和第二参考镜3的第二参考面的反射光产生干涉，形成所述环形区域，第一参考面的参考光和晶圆4的测量光产生干涉，形成所述晶圆区域，将光阑5设置在准直镜1(未在图4中示意)和第一参考镜2之间，可以确保在测量晶圆形貌的同时测量两参考镜间的形貌，尤其是一阶倾斜信息。以12英寸晶圆为例，优选的光阑孔径为301mm～310mm。
38.在一实施例中，环形区域不限于是均匀宽度的情况，当具有非均匀宽度时其宽度也应满足预设宽度范围。
39.在一实施例中，环形区域具有均匀宽度，环形区域的宽度为一设定值，该设定值处于预设宽度范围内，宽度满足预设宽度即宽度为预设宽度范围内的设定值。示例性地，预设宽度范围为2～15mm。例如，环形区域的宽度均为2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15mm。
40.在一实施例中，环形区域的宽度满足预设宽度即宽度位于预设宽度范围内。当环形区域具有均匀宽度时，环形区域的宽度可以为预设宽度范围内的一设定值；当环形区域的宽度为非均匀宽度时，环形区域的宽度有多个宽度值，但均满足预设宽度范围。示例性地，预设宽度范围为2～15mm。例如，环形区域具有非均匀宽度，环形区域的任一宽度均大于等于2mm且小于等于15mm。
41.在一实施例中，光阑5的正反两面均为吸光材质、均进行亚光氧化处理或均镀抗反吸收膜。光阑5应为优秀的吸光材料，如碳纤维纳米管；也可为铝合金，不锈钢等基体材料，并在表面做亚光氧化处理；也可以为金属或非金属材料对表面镀抗反吸收膜，如镀黑镍等。
42.在一实施例中，光阑5应设置在准直镜1和参考镜2之间，光阑5和参考镜2间的距离为10mm以下，优选的距离为5mm以下；光阑5的刀口厚度优选在0.2-0.5mm。光阑5示意图如图5所示。
43.在上述实施例的基础上，为应对不同尺寸的非透明基板的测量，所述光阑5可以设置为可变光阑，以满足在应对不同尺寸的非透明基板的测量时，环形区域的不同预设宽度的需求。
44.在一实施例中，光阑5设置在准直镜1和第一参考镜2之间，且光阑5的一侧与第一参考镜2靠近准直镜1的一侧接触。
45.在一实施例中，任一侧的斐索干涉仪还包括分束器、四分之一波片、反射镜、成像镜和探测器，斐索干涉仪的工作原理为现有技术，在此不再赘述。示例性地，任一侧的干涉仪均包括一光源，但不限于此，两侧的干涉仪可共用一光源。
46.在另一实施例中，所述第一阻光装置为抗反吸收膜6。如图6所示，在一侧干涉仪的参考镜2靠近准直镜1的一面镀黑镍等，形成厚度优选为5-20nm的抗反吸收膜6，抗反吸收膜为环形结构，例如形成宽度均匀的圆环，在另一侧的参考镜不必镀膜。为保证非透明基板测试区域的完整性，抗反吸收膜6的孔径(即内径)大于非透明基板的外径并小于本侧干涉仪的第一参考镜2口径。以12英寸晶圆为例，优选的光阑孔径为301mm～310mm。示例性地，环形区域需满足的预设宽度为2～15mm。
47.抗反吸收膜可有效阻绝安装光阑一侧干涉仪孔径大于抗反吸收膜孔径的输出光，以阻止在测量空腔形貌中对对侧干涉仪的干扰，未设置抗反吸收膜的一侧干涉仪可以测得在抗反吸收膜孔径之外的环形区域，并基于环形区域的干涉条纹获得空腔形貌，例如，计算出两个参考镜之间的一阶倾斜。与前文中设置光阑5的方案相比，抗反吸收膜6与待测非透明基板的距离通常更近，所以干涉仪的照度更优，半影效应更弱，干涉成像效果更好。
48.通过设置光阑或镀膜可有效阻绝设置光阑/镀膜一侧干涉仪孔径大于光阑/镀膜孔径的输出光，以阻止在测量空腔形貌中本侧输出光对对侧干涉仪的干扰；可在测量非透明基板正反面形貌的同时获得两个参考镜间的形貌，尤其是获得一阶倾斜信息。
49.在一实施例中，第二阻光装置为所述光阑5或抗反吸收膜6。第一阻光装置和第二阻光装置可均为光阑5，也可均为抗反吸收膜6，还可是一个为光阑5另一个为抗反吸收膜6。
50.在本发明一实施例中，双侧干涉仪可以具体为双侧泰曼格林干涉仪，用于同时测量非透明基板正反两侧表面的几何参数，前文实施例中的技术方案也适用于双侧泰曼格林干涉仪，在此不再赘述。
51.在本发明一实施例中，双侧泰曼格林干涉仪可以为图8中示意的光路结构，一侧的泰曼格林干涉仪包括光源、准直镜7、分束器8、第三参考镜9、第一阻光装置(例如，为光阑5或抗反吸收膜6)、第一参考镜2、聚光镜10、成像镜11和探测器，另一侧的泰曼格林干涉仪具有相同的结构，关于泰曼格林干涉仪的工作原理为现有技术，在此不再赘述。
52.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
53.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。