本公开实施例提供了一种晶圆表面形貌测量装置和方法，该装置包括：光源，用于产生测量光束；投影光栅，用于在测量光束的照射下形成测量投影；投影双远心系统，用于将测量投影成像至待测晶圆表面的预设区域；探测双远心系统，用于将经过待测晶圆反射的测量投影成像到空间分光系统；空间分光系统，包括多条并行排列的四等分相位光栅，用于将测量投影的光束分为振幅相同且相位不同的四束光；数据处理系统，用于采集振幅相同且相位不同的四束光的光强信号，基于光强信号计算待测晶圆的预设区域的表面高度；测量台，用于放置待测晶圆，依次移动待测晶圆的位置，使数据处理系统获得待测晶圆表面全部区域的表面高度，形成待测晶圆的表面形貌。面形貌。面形貌。
【技术实现步骤摘要】
晶圆表面形貌测量装置及方法
[0001]本公开涉及光学测量
，尤其涉及一种晶圆表面形貌测量装置及方法。
技术介绍
[0002]在光学加工、光学检测、电子束成像、以及光刻等领域经常需要精确探测样品Z向的位置。然而，由于加工、应力等因素的影响，待测样品表面存在较大的起伏，这将导致加工误差、质量下降等问题，从而降低产品良率。为了保证样品位置始终处于可控位置，需要精确测量样品的表面形貌。
[0003]目前，样品表面微观形貌的光学测量方法主要通过投影光栅和探测光栅成像形成莫尔条纹的方式来提取计算样品形貌信息。在该技术中，光源波动、待测件表面反射率变化、以及环境等因素对测量信号的影响较大，通常采用复杂结构的分光元件沃拉斯顿棱镜提供参考信号，以消除共模干扰。然而，该方法对光学材料及加工工艺要求高，在紫外波段色散严重，且所需的膜层结构对光束的偏振特性有较大影响，会造成测量误差。此外，如果待测件表面的起伏超过了探测系统的量程范围，那么测量过程中的重新定位会大大降低速度，因此需要能够扩大测量范围的设计。
技术实现思路
[0004]鉴于上述问题，本专利技术提供了一种晶圆表面形貌测量装置和方法，以解决表面形貌测量中提升精度所需的复杂结构的分光器件所导致的色散严重、光通量小、误差大和测量范围小等问题。
[0005]本公开的一个方面提供了一种晶圆表面形貌测量装置，包括：光源，用于产生测量光束；照明系统，用于使所述测量光束照射到投影光栅；投影光栅，用于在所述测量光束的照射下形成测量投影；投影双远心系统，用于将所述测量投影成像至待测晶圆表面的预设区域；探测双远心系统，用于将经过所述待测晶圆反射的所述测量投影成像到空间分光系统；空间分光系统，包括多条并行排列的四等分相位光栅，用于将所述测量投影的光束分为振幅相同且相位不同的四束光；数据处理系统，用于采集所述振幅相同且相位不同的四束光的光强信号，基于所述光强信号计算所述待测晶圆的预设区域的表面高度；测量台，用于放置所述待测晶圆，依次移动所述待测晶圆的位置，使所述数据处理系统获得所述待测晶圆表面全部区域的表面高度，形成所述待测晶圆的表面形貌。
[0006]可选地，所述四等分相位光栅的截面为等腰梯形和等腰三角形构成的组合形状，其中，所述等腰三角形的底边为所述等腰梯形的上底，且所述等腰梯形的上底长度为下底长度的二分之一；每个所述四等分相位光栅的周期长度相同。
[0007]可选地，在所述四等分相位光栅的截面中，所述等腰梯形的底角为45
°
，所述等腰三角形的底角为30
°
。
[0008]可选地，所述投影双远心系统中设有光阑，允许0级与
±
1级衍射光通过。
[0009]可选地，所述投影光栅为振幅型光栅。
[0010]可选地，所述装置还包括：第一反射镜，设于所述投影双远心系统与所述待测晶圆之间，用于将经过所述投影双远心系统射出的所述测量投影反射至所述待测晶圆；第二反射镜，设于所述探测双远心系统与所述待测晶圆之间，用于将经过所述待测晶圆反射后的所述测量投影反射至所述探测双远心系统。
[0011]本公开另一方面提供了一种晶圆表面形貌测量方法，应用于如第一方面任意一项所述的晶圆表面形貌测量装置，包括：产生测量光束，使所述测量光束照射到投影光栅，形成测量投影；将所述测量投影成像至待测晶圆表面的预设区域；将经过所述待测晶圆反射的所述测量投影的光束分为振幅相同且相位不同的四束光；采集所述振幅相同且相位不同的四束光的光强信号，基于所述光强信号计算所述待测晶圆的预设区域的表面高度；依次移动所述待测晶圆的位置，重复执行上述步骤，直至获得所述待测晶圆表面全部区域的表面高度，形成所述待测晶圆的表面形貌。
[0012]可选地，所述基于所述光强信号计算所述待测晶圆的预设区域的表面高度包括：对所述光强信号进行归一化处理，消除共模干扰，得到归一化投影光强；基于所述归一化投影光强和光学三角法的计算公式，计算所述待测晶圆的表面高度。
[0013]可选地，所述对所述归一化光强信号进行归一化处理，消除共模干扰，得到归一化投影光强的计算公式为：
[0014][0015]其中，I1、I2、I3和I4表示所述振幅相同且相位不同的四束光的光强信号，I表示所述归一化投影光强。
[0016]可选地，所述光学三角法的计算公式为：
[0017][0018]其中，α表示所述测量投影射向所述待测晶圆表面的入射角，d表示所述四等分相位光栅的周期长度，I表示所述归一化投影光强。
[0019]在本公开实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
[0020]本公开实施例提供了一种晶圆表面形貌测量装置，基于四等分相位光栅对表面形貌测量光束进行分光，通过四路光束相位差异信息的探测和计算，可以支持更大的测量范围，更高的光通量，更小的色散，并可能降低成本。
附图说明
[0021]为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：
[0022]图1示意性示出了本公开实施例提供的一种晶圆表面形貌测量装置的示意图；
[0023]图2示意性示出了本公开实施例提供的测量光束投影在待测晶圆表面的偏移示意图；
[0024]图3示意性示出了本公开实施例提供的一种四等分相位光栅的结构与分光原理图；
[0025]图4示意性示出了本公开实施例提供的一种多条等周期的四等分相位光栅示意
图；
[0026]图5示意性示出了本公开实施例提供的测量高度随光强I变化曲线。
具体实施方式
[0027]以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
[0028]在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
[0029]在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
[0030]本公开实施例提供了一种晶圆表面形貌测量装置，通过光源1发出测量光，经过照明系统2后，透过投影光栅3和投影双远心系统4，成像在待晶圆表面，经待测晶圆5表面反射至探测双远心系统6，通过探测双远心系统6对反射光进行整形，随后光束进入空间分光系统7，测量光透过新型四等分相位光栅，根据斯涅耳定律，光栅将平行测量光束分为振幅相同相位不同的四束光，光束被数据处理系统8采集，数据处理系统8对探测信号本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种晶圆表面形貌测量装置，其特征在于，包括：光源(1)，用于产生测量光束；照明系统(2)，用于使所述测量光束照射到投影光栅(3)；投影光栅(3)，用于在所述测量光束的照射下形成测量投影；投影双远心系统(4)，用于将所述测量投影成像至待测晶圆(5)表面的预设区域；探测双远心系统(6)，用于将经过所述待测晶圆(5)反射的所述测量投影成像到空间分光系统(7)；空间分光系统(7)，包括多条并行排列的四等分相位光栅，用于将所述测量投影的光束分为振幅相同且相位不同的四束光；数据处理系统(8)，用于采集所述振幅相同且相位不同的四束光的光强信号，基于所述光强信号计算所述待测晶圆(5)的预设区域的表面高度；测量台，用于放置所述待测晶圆(5)，依次移动所述待测晶圆(5)的位置，使所述数据处理系统(8)获得所述待测晶圆(5)表面全部区域的表面高度，形成所述待测晶圆(5)的表面形貌。2.根据权利要求1所述的晶圆表面形貌测量装置，其特征在于，所述四等分相位光栅的截面为等腰梯形和等腰三角形构成的组合形状，其中，所述等腰三角形的底边为所述等腰梯形的上底，且所述等腰梯形的上底长度为下底长度的二分之一；每个所述四等分相位光栅的周期长度相同。3.根据权利要求1所述的晶圆表面形貌测量装置，其特征在于，在所述四等分相位光栅的截面中，所述等腰梯形的底角为45
°
，所述等腰三角形的底角为30
°
。4.根据权利要求1所述的晶圆表面形貌测量装置，其特征在于，所述投影双远心系统(4)中设有光阑，允许0级与
±
1级衍射光通过。5.根据权利要求1所述的晶圆表面形貌测量装置，其特征在于，所述投影光栅(3)为振幅型光栅。6.根据权利要求1所述的晶圆表面形貌测量装置，其特征在于，所述装置还包括：第一反射镜(9)，设于所述投...
【专利技术属性】
技术研发人员：张二阳，李璟，杨光华，折昌美，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：
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