用于测量存在薄层时的高度的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于测量诸如晶片等测量对象(24)的高度和/或厚度的装置，包括：(i)第一低相干干涉仪，布置成将参考光束(17)和源自所述光在测量对象(24)的界面上的反射的测量光束(16)组合在光谱仪(18)中，以便产生具有光谱调制频率的带光谱信号(41)；(ii)用于改变测量光束(16)和参考光束(17)的相对光学长度的移动单元(21)，和用于测量表示所述相对光学长度的位置信息的单元；(iii)电子和计算单元(20)，布置成确定表示测量光束(16)和参考光束(17)之间的光程差的至少一个光谱调制频率，并使用所述位置信息和所述至少一个光谱调制频率来确定所述测量对象(24)的至少一个高度和/或厚度；以及(iv)第二光学单元(27)，用于利用第二测量光束(28)来测量距离和/或厚度，其中该第二测量光束入射到测量对象(24)上的与测量光束(16)相反的第二面上。本发明专利技术还涉及在所述装置中实施的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量存在薄层时的高度的装置和方法
本专利技术涉及用于在存在薄层的情况下测量诸如晶片等样本的高度或厚度的装置和方法。本专利技术的领域更具体地但非限制性地是半导体工业的光学测量系统领域。
技术介绍
在制造半导体组件的过程中，通常需要测量晶片的高度、形状或厚度。这些测量可能涉及例如表面形状或平坦度、总厚度、层的厚度。对此，已知使用的光学技术，特别包括实现宽谱光源的低相干干涉法技术。这些技术基本有两种：-时域检测技术；-光谱域检测技术。时域检测技术使用时间延迟线，使得可以再现由待测量对象的界面反射的测量波的传播延迟，并使它们与参考波发生干涉。由此在检测器上获得代表对象的界面位置的干涉峰。这些时间相关的技术可以获得显著的测量范围，而仅受限于延迟线长度。通过使用发射红外光的宽频光源，可以测量硅等半导体材料的厚度。能够测量的最小厚度受限于干涉图包络线的宽度，该宽度依赖于光源的光谱的形状和宽度。因此，使用发射红外光(例如1310nm或1550nm)的超发光二极管，可以测量厚度为约几十微米至几毫米的硅或透明层。基于谱域低相干干涉法的技术通常更多地用于测量约几十纳米到几百微米的薄层。在光谱仪中分析待测量对象的界面所反射的光。反射原点处对象界面之间的厚度或距离在检测到的光谱中引入了调制，这使得可以测量它们。例如，已知文献EP0747666描述了一种基于光谱域低相干干涉法的系统，允许根据对被测量光谱的波动相位的数学建模，在存在薄层的情况下测量界面之间的距离实际上，能够用一层薄的透明材料覆盖厚度要被测量的晶片。例如，希望测量如下构造的硅晶片的厚度：被厚度为约10μm的聚酰亚胺层覆盖的厚度为300μm至700μm的硅晶片。这种构造是有问题的，因为以上提及的所有技术都不能令人满意地测量总厚度：-利用时域检测(以及红外源)的低相干干涉法技术能测量硅的厚度，但是它们不能区分聚酰亚胺薄层的界面，相比于干涉图的宽度该界面离得太近了。即使不想知道薄层的厚度，也会导致其厚度的测量不确定性；-利用光谱域检测的低相干干涉法技术能测量薄层的厚度，但是其测量范围对于测量硅的厚度来说太有限。本专利技术的目的是提供一种用于在存在薄层的情况下测量诸如晶片等对象的高度的装置和方法。本专利技术的另一目的是提供一种用于在存在薄层的情况下测量诸如晶片等对象的厚度的装置和方法。本专利技术的又一目的是提供一种用于在存在薄层的情况下测量诸如晶片等对象的高度或厚度而不降低测量精度的装置和方法。本专利技术的再一目的是提供一种用于测量诸如晶片等对象的高度或厚度的装置和方法，其具有宽测量范围和允许测量薄层的分辨率。
技术实现思路
该目的通过用于测量诸如晶片等测量对象的高度和/或厚度的装置来实现，该装置包括：第一低相干干涉仪，该第一低相干干涉仪由多色光照射并且布置成将源自所述光在参考表面上的反射的参考光束与源自所述光在测量对象的界面上的反射的测量光束组合在一个光谱仪中，以产生具有光谱调制频率的凹槽光谱信号，其特征在于，其还包括：-用于改变测量光束和参考光束的相对光学长度的移位单元，和用于测量表示所述相对光学长度的位置信息项的单元；-电子和计算单元，布置成确定表示测量光束和参考光束之间的光程差的至少一个光谱调制频率，并通过利用所述位置信息项和所述至少一个光谱调制频率来确定所述测量对象的至少一个高度和/或厚度；以及-第二光学单元，用于利用第二测量光束来测量距离和/或厚度，其中所述第二测量光束入射到测量对象上的在与测量光束相反的第二面上。用于改变测量光束和参考光束的相对光学长度(或者换言之，测量光束和参考光束的光学长度差)的移位单元能够例如包括机械平移装置，用于：-相对于干涉仪的分束元件移动参考表面，以改变参考光束的长度；-相对于待测量对象移动整个干涉仪或者相对于干涉仪移动对象，以改变测量光束的长度。用于测量位置信息项的单元能够包括用于测量移动元件的位置的任何单元，例如光学尺或激光遥测仪。多色光能够包括延伸到可见光波长和/或红外波长的光谱。当测量光束和参考光束的相对光学长度差足够大以允许(因此在光谱信号的光谱宽度上)识别光谱信号中的至少一个光谱调制周期时，称该光谱信号为“凹槽”(“凹槽光谱”)。在这种情况下，光谱信号显示了随波长或频率变化的振荡，即随波长或频率周期性变化的幅度。当然，对应于非常薄的层，光谱信号还能够包括大于光谱信号的光谱宽度的调制周期。根据实施例，根据本专利技术的装置能够包括具有参考表面的测量头以及平移移动单元，该平移移动单元适合于使所述测量头和测量对象在基本上平行于测量光束光轴的方向上相对移位。在这种情况下，移位单元可以改变测量光束相对于参考光束的光学长度。根据实施例，根据本专利技术的装置能够包括插入测量光束的光程中的半反射板形式的参考表面。根据其它实施例，根据本专利技术的装置能够包括具有适合于产生单独的测量光束和参考光束的分束光学元件的测量头。根据本专利技术的装置尤其能够包括具有第一干涉仪的测量头，用于生成测量光束和参考光束，其中所述第一干涉仪是以下类型之一：米劳(Mirau)、林尼克(Linnick)、迈克尔逊干涉仪(Michelson)。米劳干涉仪包括分束光学元件，该分束光学元件具有垂直于入射光束轴线的半反射板和插入入射光束中心的反射镜形式的参考表面。迈克尔逊干涉仪或林尼克干涉仪包括分束光学元件，该分束光学元件具有布置成用于产生基本上垂直的测量光束和参考光束的半反射板或分束立方体，以及插入参考光束中的反射镜形式的参考表面。林尼克干涉仪还包括插入干涉仪的对应于参考光束和测量光束的臂中的透镜或物镜。根据本专利技术的装置还能够包括第二平移单元，其适合于使测量光束和测量对象在基本上垂直于测量光束的光轴的平面中相对移位。这些第二平移单元可以使测量光束在对象表面上移位(反之亦然)，从而适合于测量所述对象的不同点处的高度和/或厚度。根据本专利技术的装置还能够包括支撑件，其适合于接收测量对象和已知高度和/或已知厚度的参考对象，该参考对象布置在所述支撑件上或形成所述支撑件的一部分。支撑件例如能够是晶片卡盘，用于接收晶片形式的测量对象。参考对象能够例如是具有已知特性的放置在支撑件上或与支撑件成一体的晶片的一部分。它也能够由校准高度的支撑件或卡盘的一部分构成。参考对象也能够由旨在接收待测量对象的支撑件的支承面或与该支承面共面的表面构成。可以通过在参考对象表面上测量已知高度和/或厚度来校准测量系统。根据实施例，根据本专利技术的装置能够包括由多色光照射的第一低相干干涉仪，其发射可见光谱中的光。这种波长相当短的宽谱光源可以测量薄层，例如几十纳米到几微米的透明介质材料。如上所述，根据本专利技术的装置还能够包括第二光学单元，其用于利用第二测量光束来测量距离和/或厚度，其中所述第二测量光束入射到待测量对象上的在与测量光束相反的第二面上。该构造使得可以使用测径器测量，例如测量测量对象上的总厚度。这些对总厚度的测量特别地能够从测量对象任一侧的距离测量中推导出来。也能够通过测量参考对象来校准用于测量距离和/或厚度的第二光学单元。根据其它实施例，根据本专利技术的装置还能够包括第二机械单元，用于利用与待测量对象的与测量光束相反的第二面接触的机械探针来测量距离。根据实施例，根据本专利技术的装置能够包括用于测量距离和/或厚度的第二光学单元，该第二光学单元是以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量测量对象(24)的高度和/或厚度的装置，所述测量对象例如是晶片，所述装置包括第一低相干干涉仪，所述第一低相干干涉仪由多色光(12)照射并且布置成将源自所述光在参考表面(14)上的反射的参考光束(17)和源自所述光在所述测量对象(24)的界面上的反射的测量光束(16)组合在一个光谱仪(18)中，以产生具有光谱调制频率的凹槽光谱信号(41)，其特征在于，还包括：‑用于改变所述测量光束(16)和所述参考光束(17)的相对光学长度的移位单元(21)，和用于测量表示所述相对光学长度的位置信息项的单元；‑电子和计算单元(20)，布置成确定表示所述测量光束(16)和所述参考光束(17)之间的光程差的至少一个光谱调制频率，并通过利用所述位置信息项和所述至少一个光谱调制频率来确定所述测量对象(24)的至少一个高度和/或厚度；以及‑第二光学单元(27)，用于利用第二测量光束(28)来测量距离和/或厚度，其中所述第二测量光束(28)入射到所述测量对象(24)上的与所述测量光束(16)相反的第二面上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.22 FR 15631281.一种用于测量测量对象(24)的高度和/或厚度的装置，所述测量对象例如是晶片，所述装置包括第一低相干干涉仪，所述第一低相干干涉仪由多色光(12)照射并且布置成将源自所述光在参考表面(14)上的反射的参考光束(17)和源自所述光在所述测量对象(24)的界面上的反射的测量光束(16)组合在一个光谱仪(18)中，以产生具有光谱调制频率的凹槽光谱信号(41)，其特征在于，还包括：-用于改变所述测量光束(16)和所述参考光束(17)的相对光学长度的移位单元(21)，和用于测量表示所述相对光学长度的位置信息项的单元；-电子和计算单元(20)，布置成确定表示所述测量光束(16)和所述参考光束(17)之间的光程差的至少一个光谱调制频率，并通过利用所述位置信息项和所述至少一个光谱调制频率来确定所述测量对象(24)的至少一个高度和/或厚度；以及-第二光学单元(27)，用于利用第二测量光束(28)来测量距离和/或厚度，其中所述第二测量光束(28)入射到所述测量对象(24)上的与所述测量光束(16)相反的第二面上。2.根据权利要求1所述的装置，其包括具有所述参考表面(14)的测量头(10)，以及平移移动单元(21)，所述平移移动单元适合于使所述测量头(10)和所述测量对象(24)在基本平行于所述测量光束(16)的光轴(19)的方向上相对移位。3.根据权利要求2的装置，其包括插入所述测量光束(16)的光程中的半反射板(14)形式的参考表面(14)。4.根据权利要求2所述的装置，其包括具有适合于产生单独的测量光束(16)和单独的参考光束(17)的分束光学元件(31、32)的测量头(10)。5.根据权利要求4所述的装置，其包括具有第一干涉仪的测量头(10)，用于生成所述测量光束(16)和所述参考光束(17)，其中所述第一干涉仪是以下类型之一：米劳、林尼克、迈克尔逊干涉仪。6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其还包括第二平移单元(22)，适合于使所述测量光束(16)和所述测量对象(24)在基本垂直于所述测量光束(16)的光轴(19)的平面中相对移位。7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其还包括支撑件(23)，所述支撑件(23)适合于接收所述测量对象(24)和具有已知高度和/或已知厚度的参考对象(26)，所述参考对象(26)布置在所述支撑件上(23)或形成所述支撑件(23)的一部分。8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括由多色光(12)照射的第一低相干干涉仪，其发射可见光谱中的光。9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其包括用于测量距离和/或厚度的第二光学单元(27)，其中所述第二光学单元(27)是以下类型之一：-光谱域低相干干涉仪，-彩色共焦系统。10.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其包括用于利用时域低相干干...

【专利技术属性】
技术研发人员：让菲利浦·皮埃尔，苏武佑，伯努瓦·图伊，
申请(专利权)人：统一半导体公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR