测量装置及其调节方法、光斑尺寸的获取方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种应用于半导体领域的测量装置及其调节方法、光斑尺寸的获取方法，所述测量装置包括：光源、第一调节单元、第二调节单元、合束器、聚光单元、探测器；所述光源用于产生激发光光束和探测光光束；所述第一调节单元获取所述激发光光束，并对所述激发光光束进行大小可调节的扩束；所述第二调节单元获取所述探测光光束，并对所述探测光光束进行大小可调节的进行扩束；所述探测器接收所述探测光光斑的反射信号以获取探测信号，所述探测信号用以反馈所述待测样品的特征参数。本发明专利技术通过控制激发光光束和探测光光束的直径大小，进而提高激发光和探测光在待测样品表面上形成的光声信号的信噪比。声信号的信噪比。声信号的信噪比。

【技术实现步骤摘要】
测量装置及其调节方法、光斑尺寸的获取方法


[0001]本专利技术涉及光学测量
，尤其涉及一种应用于半导体领域的测量装置及其调节方法、光斑尺寸的获取方法。

技术介绍

[0002]声光量测系统用于测量金属膜、介质膜等的厚度，在其测量过程中，需要控制激发光光束和探测光光束的直径大小。当光束的直径较小时，在光束光功率一定的情况下，光束的能量密度较大，当照射到光学器件上时，容易增加光学器件的损伤风险，且减少器件的使用寿命，并且将增加测试人员的安全风险；当光束的直径较大时，在待测样品表面上形成的光斑尺寸就大，光束的能量密度较小，聚焦后在待测样品表面上形成的光斑尺寸小，其能量密度高，能够更好的激发光声效应，同时光斑的灰度值高，光斑图像的信噪比高，较利于后续对光斑位置的调节处理工作。
[0003]因此，本专利技术提出了一种应用于半导体领域的测量装置及其调节方法、光斑尺寸的获取方法，以控制激发光光束和探测光光束的直径大小，和/或最终待测样品表面汇聚光斑大小，进而提高用于量测的光声信号的信噪比。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例一种应用于半导体领域的测量装置及其调节方法、光斑尺寸的获取方法，以控制激发光光束和探测光光束的直径大小，和/或最终待测样品表面汇聚光斑大小，进而提高用于量测的光声信号的信噪比。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种测量装置，包括：光源、第一调节单元、第二调节单元、合束器、聚光单元、探测器；所述光源用于产生激发光光束和探测光光束；所述第一调节单元获取所述激发光光束，并对所述激发光光束进行大小可调节的扩束；所述第二调节单元获取所述探测光光束，并对所述探测光光束进行大小可调节的扩束；所述合束器接收经过所述第一调节单元扩束后的激发光光束和经过所述第二调节单元扩束后的探测光光束，以对所述扩束后的激发光光束和所述扩束后的探测光光束合束；所述聚光单元接收经过所述合束器合束后的光束，以在待测样品表面形成激发光光斑和探测光光斑；所述激发光光斑和所述探测光光斑的光斑尺寸可分别由所述第一调节单元和所述第二调节单元调节；所述探测器接收所述探测光光斑的反射信号以获取探测信号，所述探测信号用以反馈所述待测样品的特征参数。
[0006]其有益效果在于：通过所述第一调节单元对所述激发光光束进行扩束以及所述第二调节单元对所述探测光光束进行扩束，所述激发光光束和所述探测光光束可以分别进行扩束和准直，可以根据待测样品上所需的光斑尺寸或能量等分别调节光束的尺寸，进而调节待测样品上形成的光斑的尺寸以及能量密度，以获取到所需的大小和能量的光斑，有利于动态提高测量薄膜量测的范围及精确度。
[0007]可选地，所述激发光光束和所述探测光光束由同一激光器发射的激光束获得，或
者所述激发光光束由第一激光器发射的激光束获得，所述探测光光束由第二激光器发射的激光束获得。
[0008]可选地，所述第一调节单元包括斩波器和第一扩束单元，所述斩波器接收所述激发光光束以调制所述激发光光束的光强和频率，所述第一扩束单元接收经过所述斩波器的所述激发光光束并对所述激发光光束进行扩束；所述第二调节单元包括光学延迟线和第二扩束单元；所述光学延迟线接收所述探测光光束以调节所述探测光光束的光程，所述第二扩束单元对经过所述光学延迟线的所述探测光光束进行扩束；或，所述第二扩束单元对所述探测光光束进行扩束，所述光学延迟线接收并传输经过所述第二扩束单元扩束后的探测光光束以调节所述探测光光束的光程。其有益效果在于：所述激发光光束可以经过斩波器后再进行准直扩束，以便于获取更大尺寸的光束，有助于提高所述激发光光束的准直特性和获取到更小激发光光斑；通过结合所述光学延迟线对所述探测光光束进行调节，可以减小因光斑变化带来的信号干扰。
[0009]进一步可选地，所述第一扩束单元包括M个伽利略式扩束镜或M个开普勒式扩束镜，所述M为正整数；所述第二扩束单元包括N个伽利略式扩束镜或N个开普勒式扩束镜，所述N为正整数。其有益效果在于：根据实际测量需要确定激发光光束和/或探测光光束在待测样品表面光斑尺寸，进而对光束需要扩大的倍率来选择合适的设计。
[0010]又进一步可选地，所述测量装置还包括光程补偿器，所述光程补偿器用于调节所述激发光光束的光程，所述激发光光束可经过所述光程补偿器后传输至所述第一扩束单元，或者所述激发光光束可经过所述第一扩束单元后传输至所述光程补偿器。其有益效果在于：所述光程补偿器可以使得多次测量膜厚过程中的激发光光束的光程固定，以保证在测量过程中激发光脉冲在样品表面的一致性(光斑大小及能量分布)，即保证激发信号的一致性；可以保证激发光光路和探测光光路之间的光程相同，可以调整激发光在光程补偿器上的光程，起到灵活调控光程以及光声效应零点的效果。
[0011]还进一步可选地，所述斩波器与所述激光器之间的距离小于或等于所述激发光光束的瑞利距离。其有益效果在于：使得第一调节单元对所述激发光的扩束不会受到斩波器孔径的限制，所述激发光光束可以被扩束至更大尺寸，有助于激发光的准直特性和获取更小的聚光光斑大小，增加激发光光斑能量密度。
[0012]第二方面，本专利技术提供一种光斑尺寸的获取方法，应用于如上述第一方面任一项实施例所述的测量装置，包括：计算第一远场发散角度θ1和第二远场发散角度θ2；获取聚光单元焦距f
W
，根据所述聚光单元焦距f
W
和所述第一远场发散角度θ1计算待测样品上形成的所述激发光光斑的半径r1：
[0013]r1＝f
W
tanθ1；
[0014]以及根据所述聚光单元焦距f
W
和所述第二远场发散角度θ2计算所述待测样品上形成的所述探测光光斑的半径r2：
[0015]r2＝f
W
tanθ2；
[0016]其中，所述聚光单元为可变焦聚光单元，所述光斑尺寸为所述激发光光斑尺寸和/或所述探测光光斑尺寸；所述第一远场发散角度为所述第一调节单元扩束后的所述激发光光束的远场发散角度，所述第二远场发散角度为第二调节单元扩束后的所述探测光光束的远场发散角度。
[0017]其有益效果在于：通过本专利技术所提供的光斑尺寸的获取方法，可以快速的计算出待测样品上形成的所述激发光光斑、所述探测光光斑的半径，以便于后续对装置的调整。
[0018]可选地，所述光斑尺寸的获取方法，包括：获取第一发散角度以及第一角放大率，并根据所述第一发散角度和所述第一角放大率计算所述第一远场发散角度；获取第二发散角度以及第二角放大率，并根据所述第二发散角度和所述第二角放大率计算所述第二远场发散角度；其中，所述第一发散角度为所述第一调节单元扩束前所述激发光光束的发散角度，所述第一角放大率为所述第一调节单元的角放大率，所述第二发散角度为所述第二调节单元扩束前所述探测光光束的发散角度，所述第二角放大率为所述第二调节单元的角放大率。
[0019]第三方面，本专利技术提供一种光斑尺寸的获取方法，应用于如上述第一方面任一项实施例所述的测量装置，包括：获取所述测量装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量装置，其特征在于，包括：光源、第一调节单元、第二调节单元、合束器、聚光单元、探测器；所述光源用于产生激发光光束和探测光光束；所述第一调节单元获取所述激发光光束，并对所述激发光光束进行大小可调节的扩束；所述第二调节单元获取所述探测光光束，并对所述探测光光束进行大小可调节的扩束；所述合束器接收经过所述第一调节单元扩束后的激发光光束和经过所述第二调节单元扩束后的探测光光束，以对所述扩束后的激发光光束和所述扩束后的探测光光束合束；所述聚光单元接收经过所述合束器合束后的光束，以在待测样品表面形成激发光光斑和探测光光斑；所述激发光光斑和所述探测光光斑的光斑尺寸可分别由所述第一调节单元和所述第二调节单元调节；所述探测器接收所述探测光光斑的反射信号以获取探测信号，所述探测信号用以反馈所述待测样品的特征参数。2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述激发光光束和所述探测光光束由同一激光器发射的激光束获得，或者所述激发光光束由第一激光器发射的激光束获得，所述探测光光束由第二激光器发射的激光束获得。3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述第一调节单元包括斩波器和第一扩束单元，所述斩波器接收所述激发光光束以调制所述激发光光束的光强和频率，所述第一扩束单元接收经过所述斩波器的所述激发光光束并对所述激发光光束进行扩束；所述第二调节单元包括光学延迟线和第二扩束单元；所述光学延迟线接收所述探测光光束以调节所述探测光光束的光程，所述第二扩束单元对经过所述光学延迟线的所述探测光光束进行扩束；或，所述第二扩束单元对所述探测光光束进行扩束，所述光学延迟线接收并传输经过所述第二扩束单元扩束后的探测光光束以调节所述探测光光束的光程。4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述第一扩束单元包括M个伽利略式扩束镜或M个开普勒式扩束镜，所述M为正整数；所述第二扩束单元包括N个伽利略式扩束镜或N个开普勒式扩束镜，所述N为正整数。5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，还包括光程补偿器，所述光程补偿器用于调节所述激发光光束的光程，所述激发光光束可经过所述光程补偿器后传输至所述第一扩束单元，或者所述激发光光束可经过所述第一扩束单元后传输至所述光程补偿器。6.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述斩波器与所述激光器之间的距离小于或等于所述激发光光束的瑞利距离。7.根据权利要求1至6中任一项所述的测量装置，其特征在于，还包括反射单元，用于调控所述探测光光束和/或所述激发光光束的传输方向。8.一种光斑尺寸的获取方法，其特征在于，应用于如权利要求1至7中任一项所述的测量装置，包括：计算第一远场发散角度θ1和第二远场发散角度θ2；获取聚光单元焦距f
W
，根据所述聚光单元焦距f
W
和所述第一远场发散角度θ1计算待测样品上形成的所述激发光光斑的半径r1：r1＝f
W
tanθ1；
以及根据所述聚光单元焦距f
W
和所述第二远场发散角度θ2计算所述待测样品上形成的所述探测光光斑的半径r2：r2＝f
W
tanθ2；其中，所述聚光单元为可变焦聚光单元，所述光斑尺寸为所述激发光光斑尺寸和/或所述探测光光斑尺寸；所述第一远场发散角度为所述第一调节单元扩束后的所述激发光光束的...

【专利技术属性】
技术研发人员：董诗浩，唐岳，李仲禹，
申请(专利权)人：上海精测半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：