[發明專利]一種基于空間分光的形貌測量裝置及方法

在審

• 申請號: 202010564425.0
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111678460A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 王丹;謝冬冬;趙曉東;李璟;齊月靜;武志鵬;孟璐璐
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

本發明提供了一種基于空間分光的形貌測量裝置及方法。所述裝置包括：沿光路順次設置的照明模組、投影光柵模組、投影光學模組、探測光學模組、探測光柵模組、分光成像模組和數據采集模組；其中，在所述投影光學模組與所述探測光學模組之間的光學通路上設置待測樣品，在所述探測光柵模組前設置偏振片和分光晶體，所述分光成像模組通過Wollaston棱鏡實現分光。具有無差分信號時延、對測量裝置內部熱環境影響較小、后端解調電路簡單等優點，有效降低測量裝置對光強波動的敏感性。

技術領域

本發明涉及一種基于空間分光的形貌測量裝置及方法。

背景技術

在半導體行業，電子束成像、光學檢測以及光刻領域，在對樣品表面測量或曝光時，需要將樣品Z向高度控制在百納米范圍內，因此首先需要對樣品表面形貌進行高精度檢測。而樣品表面反射率變化將對測量光信號強度產生影響，為克服光強波動對測量精度的影響，測量裝置一般采用歸一化差分的方法測量樣品形貌。

傳統歸一化差分方法借助于光彈調制器的偏振調制技術，將兩組莫爾條紋分時成像到同一個光電探測器上。但利用該方法在測量高速運動的樣品時，光電探測器分時探測不同偏振方向光強易引入測量誤差；且光彈調制器為有源器件，發出熱量會對測量裝置內部環境造成影響；同時，光彈調制器的后端解調電路復雜，會顯著增加處理電路的設計復雜度。因此，隨著測量裝置測量效率和測量精度要求的提高，需要一種高效、實時的空間分光方法。

發明內容

(一)要解決的技術問題

隨著測量裝置測量效率和測量精度要求的提高，如何提出一種高效、實時的基于空間分光的形貌測量裝置及方法。以解決目前基于光彈調制器的差分測量方法存在的非實時測量、器件產熱以及解調電路復雜等問題。

(二)技術方案

為了解決上述問題，本發明一方面提供了一種基于空間分光的形貌測量裝置，所述裝置包括：沿光路順次設置的照明模組、投影光柵模組、投影光學模組、探測光學模組、探測光柵模組、分光成像模組和數據采集模組；其中，在所述投影光學模組與所述探測光學模組之間的光學通路上設置待測樣品，在所述探測光柵模組前設置偏振片和分光晶體，所述分光成像模組包括Wollaston棱鏡；所述照明模組對投影光柵模組進行照射，投影光學模組將投影光柵模組的像成像到待測樣品表面，攜帶待測樣品的形貌信息的光柵像經過探測光學模組后，通過偏振片和分光晶體將攜帶待測樣品的形貌信息的光柵像分為偏振方向相互垂直的兩束光，所述兩束光再次成像到探測光柵模組上，形成兩種不同偏振態的莫爾條紋，經過分光成像模組將該兩種莫爾條紋在空間上完全分開并成像，通過數據采集模組得到待測樣品的形貌信息。

可選地，所述分光晶體的厚度滿足使所述兩束光在垂直光柵方向上錯位半個光柵周期。

可選地，所述偏振片的透光軸與分光晶體的光軸夾角滿足，使待測樣品在參考零位高度時，所述兩束光的光強相等。

可選地，所述偏振片和分光晶體設置于所述探測光學模組、探測光柵模組之間。

可選地，所述偏振片和分光晶體靠近所述探測光柵模組。

可選地，所述偏振片和分光晶體粘貼于所述探測光柵模組上，并位于探測光柵模組上光線入射的一面上。

可選地，所述偏振片包括貼合在該偏振片兩側經過拋光的第一玻璃和第二玻璃。

可選地，所述數據采集模組為一光電探測器陣列，通過同一個所述光電探測器陣列同時探測兩束空間分開的像。

本發明另一方面提供一種基于空間分光的形貌測量方法，所述測量方法利用上文所述的基于空間分光的形貌測量裝置進行待測樣品的形貌信息的測量。

(三)有益效果