[發(fā)明專利]一種測(cè)量膜厚的裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811583928.1
• 申請(qǐng)日: 2018-12-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109341554B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉諄驊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海集成電路研發(fā)中心有限公司
• 主分類號(hào): G01B11/06
• 分類號(hào): G01B11/06
• 代理公司: 上海天辰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;馬盼

1.一種測(cè)量膜厚的裝置，用于測(cè)量位于晶圓表面一條直線上的n個(gè)待測(cè)點(diǎn)的膜層厚度；其特征在于，包括發(fā)射光束的寬光譜光源、光束整形器、固定起偏器、旋轉(zhuǎn)起偏器、聚焦光柵單元、檢偏器和圖像傳感器；

所述寬光譜光源發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)所述光束整形器形成線狀光束，所述線狀光束覆蓋所有待測(cè)點(diǎn)，所述線狀光束依次經(jīng)過(guò)所述固定起偏器和旋轉(zhuǎn)起偏器進(jìn)入晶圓表面的膜層，并在晶圓表面的膜層中發(fā)生反射和折射，線狀光束經(jīng)過(guò)膜層反射之后進(jìn)入所述聚焦光柵單元，所述聚焦光柵單元將反射之后的線狀光束色散為二維光譜，且色散方向與所述線狀光束所在直線的方向正交，單色光經(jīng)過(guò)所述檢偏器進(jìn)入所述圖像傳感器，得到關(guān)于光強(qiáng)信號(hào)的二維光譜圖像，所述二維光譜圖像正交的兩個(gè)方向分別對(duì)應(yīng)所述線狀光束入射到晶圓表面膜層中的位置和該位置入射光的波長(zhǎng)；根據(jù)所述二維光譜圖像上的光強(qiáng)信號(hào)得到晶圓表面對(duì)應(yīng)位置的膜層厚度，其中，n為大于等于1的整數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)量膜厚的裝置，其特征在于，所述聚焦光柵單元包括光柵和聚焦光學(xué)系統(tǒng)，線狀光束經(jīng)過(guò)膜層反射之后進(jìn)入所述光柵，所述光柵將反射之后的線狀光束色散為二維光譜，所述二維光譜依次經(jīng)過(guò)所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)和檢偏器進(jìn)入所述圖像傳感器。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種測(cè)量膜厚的裝置，其特征在于，所述光柵為一維光柵，且所述光柵的刻線方向沿Y軸方向，所述光柵的刻線周期沿X軸方向；所述線狀光束所在直線的方向?yàn)閅軸方向。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種測(cè)量膜厚的裝置，其特征在于，所述線狀光束在所述一維光柵上發(fā)生色散，且色散方向?yàn)閄軸方向，形成二維光譜；其中，二維光譜中Y軸方向?qū)?yīng)線狀光束入射到晶圓表面膜層的位置，二維光譜中X軸方向?qū)?yīng)該位置入射光的波長(zhǎng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種測(cè)量膜厚的裝置，其特征在于，所述光柵為反射式閃耀光柵，其最大光強(qiáng)為+1級(jí)次或-1級(jí)次。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種測(cè)量膜厚的裝置，其特征在于，所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)為凹面鏡或凸透鏡。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)量膜厚的裝置，其特征在于，所述聚焦光柵單元為刻在凹面鏡表面的光柵。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)量膜厚的裝置，其特征在于，所述線狀光束到晶圓表面膜層的入射角為60-75°。

9.一種采用權(quán)利要求1所述的裝置進(jìn)行膜厚測(cè)量的方法，其特征在于，包括如下步驟：

S01：在晶圓表面上設(shè)定位于一條直線上的n個(gè)待測(cè)點(diǎn)，其中，n為大于等于1的整數(shù)；

S02：打開(kāi)寬光譜光源，光源發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)光束整形器形成線狀光束，所述線狀光束覆蓋所有待測(cè)點(diǎn)，線狀光束依次經(jīng)過(guò)固定起偏器和旋轉(zhuǎn)起偏器進(jìn)入晶圓表面的膜層，并在晶圓表面的膜層中發(fā)生反射和折射，線狀光束經(jīng)過(guò)膜層反射之后進(jìn)入聚焦光柵單元，且所述聚焦光柵單元將反射之后的線狀光束色散為二維光譜，且所述線狀光束覆蓋所有待測(cè)點(diǎn)，色散方向與所述線狀光束的方向正交，所述單色光經(jīng)過(guò)所述檢偏器進(jìn)入所述圖像傳感器，得到關(guān)于光強(qiáng)信號(hào)的二維光譜圖像；所述二維光譜圖像正交的兩個(gè)方向分別對(duì)應(yīng)所述線狀光束入射到晶圓表面膜層中位置和該位置入射光的波長(zhǎng)；

S03：對(duì)二維光譜圖像中各個(gè)位置上的光強(qiáng)信號(hào)作傅里葉變換，并通過(guò)建模擬合得到n個(gè)待測(cè)點(diǎn)的膜層厚度。