一种光谱测量系统及光谱式厚度测量系统的制作方法

本发明涉及光学测量领域，具体地，涉及一种光谱测量系统及光谱式厚度测量系统。

背景技术：

1、光谱测量系统能够测量得到样品的光谱。当光谱测量系统被用于测量样品的厚度时，其被称为光谱式厚度测量系统，光谱式厚度测量系统能够根据光谱获得与样品有关的厚度，该厚度可以为样品上的膜厚，也可以为样品的绝对厚度。现已有线光源光谱式厚度测量系统如图1所示，该光谱式厚度测量系统主要包括线光源、分束器、位移台(未图示)、ccd相机、色散元件(例如光栅或棱镜)和光谱探测器(例如ccd阵列光谱仪)，其测量方法如下：

2、1、线光源通过分束器及物镜后照射样品，样品例如为晶圆，可为无膜层的晶圆，也可为具有膜层的晶圆，如图2a中所示，线光源提供的入射光例如为193-1700nm波段的宽光谱入射光；

3、2、在晶圆表面反射的光以及进入晶圆后在反射的光形成干涉光返回分束器后通过反射狭缝到达色散元件，反射狭缝反射的光经平面镜反射到达ccd相机，ccd相机可观察样品表面；

4、3、复色光被色散元件按波长分解为反射角度不同的光束，且经平面镜反射到达光谱探测器(例如ccd阵列光谱仪)；

5、4、ccd阵列光谱仪采集晶圆表面的采集线上各采样点的r(λ)-λ光谱，接收得到ccd阵列光谱仪的空间分辨率下线光源上各点在复合波长下的相干光谱，如图2b所示，其中，r为反射率，λ为波长，光谱轴为复色光波长，空间轴为采样点空间位置，反射率r(λ)与采集的光强正相关；

6、5、当该光谱测量系统用于测量样品的厚度时，将ccd阵列光谱仪探测到的光谱与光谱数据库(理论光谱或已知光谱)进行拟合得到材料色散系数(n(λ),k(λ))，然后查表或者模型匹配得到样品采样点的厚度，该厚度可以为无膜层的晶圆的绝对厚度，也可以为具有膜层的晶圆的膜厚。其中，n为介质的折射率，k为消光系数，理论光谱可通过光谱建模得到，已知光谱可通过测量具有已知厚度的样品的光谱得到。

7、光谱测量系统对探测器空间分辨率要求高，若由于探测器空间分辨率有限而遗漏光谱信息，则会导致测量到的光谱以及样品厚度的空间分辨率均有限。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种光谱测量系统及光谱式厚度测量系统。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种光谱测量系统，包括光源模块、色散元件、探测器、位移台控制器和用于放置样品的位移台，所述光源模块包括线光源或面光源；

3、所述光源模块提供入射光，所述入射光照射样品上的第一区域经不同界面反射后产生第一干涉光，所述第一干涉光经所述色散元件入射至所述探测器生成第一相干光谱；

4、所述位移台控制器控制位移台移动样品以使所述入射光照射样品上的第二区域经不同界面反射后产生第二干涉光，所述第二区域和第一区域部分相交，所述第二干涉光经所述色散元件入射至所述探测器生成第二相干光谱；

5、基于所述第二相干光谱补偿所述第一相干光谱获得经补偿后的第一相干光谱，以提高所述探测器的空间分辨率。

6、本发明提供的一种光谱测量系统，通过位移台移动样品的位置以补偿因探测器的空间分辨率限制而遗漏的样品上的光谱信息，进而测量得到样品上第一区域的高空间分辨率的光谱。

7、根据本发明的第二方面，提供了一种光谱式厚度测量系统，包括所述的光谱测量系统，所述光谱测量系统基于光谱数据库和补偿后的所述第一相干光谱得到所述第一区域的厚度。

8、本发明提供的一种光谱式厚度测量系统，通过位移台移动样品的位置以补偿因探测器的空间分辨率限制而遗漏的样品上的光谱信息，进而测量得到样品上第一区域的高空间分辨率的厚度。

技术特征：

1.一种光谱测量系统，其特征在于，包括光源模块、色散元件、探测器、位移台控制器和用于放置样品的位移台，所述光源模块包括线光源或面光源；

2.根据权利要求1所述的光谱测量系统，其特征在于，所述第一区域和第二区域均小于或等于光源模块的最大照射区域。

3.根据权利要求1所述的光谱测量系统，其特征在于，所述位移台控制器基于预设的移动次数和移动步长移动所述位移台，以获得一个或多个所述第二区域，所述移动次数和第二区域的个数相同。

4.根据权利要求3所述的光谱测量系统，其特征在于，所述位移台控制器按直线扫描路径或蛇形扫描路径控制位移台移动，所述移动步长为nδx，且：

5.根据权利要求1所述的光谱测量系统，其特征在于，所述光源模块包括光源控制器和多个光源，所述多个光源沿第一方向排列，且至少一对相邻光源间存在光束间隔使得样品上存在光束间隔区域，所述光源控制器控制各个光源的开或关，所述位移台控制器按直线扫描路径或蛇形扫描路径控制位移台沿所述第一方向移动，以基于所述探测器和当前工作的光源获得用于补偿所述光束间隔区域的光谱的第三相干光谱，基于所述第二相干光谱和第三相干光谱补偿第一相干光谱，以获得所述第一区域的光谱。

6.根据权利要求5所述的光谱测量系统，其特征在于，所述光源控制器控制所有光源工作以基于探测器获得第一相干光谱，所述光源控制器响应于探测器获得第一相干光谱，以关闭部分所述光源，所述位移台控制器响应于光源控制器关闭部分所述光源，以控制所述位移台移动并基于探测器获得所述第三相干光谱。

7.根据权利要求6所述的光谱测量系统，其特征在于，所述光源控制器响应于探测器获得第三相干光谱，以选择任一所述光源工作，所述位移台控制器响应于光源控制器选择任一所述光源工作，以控制所述位移台移动并基于探测器获得所述第二相干光谱；所述光源控制器响应于探测器获得第一相干光谱，以关闭多个所述光源中一个边缘光源；各所述光源的尺寸相同，当所述光束间隔d小于或等于单个光源沿光束间隔方向的长度l时，所述位移台移动一次以获得所述第三相干光谱，当所述光束间隔d大于长度l时，所述位移台移动多次以在每次移动后获得一次所述第三相干光谱。

8.根据权利要求5所述的光谱测量系统，其特征在于，基于所述第三相干光谱补偿第一相干光谱包括：

9.根据权利要求1-8中任一项所述的光谱测量系统，其特征在于，基于所述第二相干光谱补偿第一相干光谱包括：

10.根据权利要求9所述的光谱测量系统，其特征在于，判断相邻的所述采样点之间是否存在间隙包括：

11.一种光谱式厚度测量系统，其特征在于，包括如权利要求1-10中任一项所述的光谱测量系统，所述光谱测量系统基于光谱数据库和补偿后的所述第一相干光谱得到所述第一区域的厚度。

技术总结
本发明提供一种光谱测量系统及光谱式厚度测量系统，光谱测量系统包括光源模块、色散元件、探测器、位移台控制器和位移台；光源模块提供入射光，入射光照射样品上的第一区域产生第一干涉光，第一干涉光经色散元件入射至探测器生成第一相干光谱；位移台控制器控制位移台移动样品以使入射光照射样品上的第二区域产生第二干涉光，第二区域和第一区域部分相交，第二干涉光经色散元件入射至探测器生成第二相干光谱；基于第二相干光谱补偿第一相干光谱。光谱式厚度测量系统包括光谱测量系统，并基于光谱数据库和补偿后的第一相干光谱得到第一区域的厚度。本发明通过位移台移动样品的位置以补偿因探测器的空间分辨率限制而遗漏的样品上的光谱信息。

技术研发人员：陈雅馨,李仲禹,董诗浩
受保护的技术使用者：上海精测半导体技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13