晶圆群折射率与几何厚度同步测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种晶圆群折射率与几何厚度同步测量装置及方法，该装置包括一宽带光源

【技术实现步骤摘要】
晶圆群折射率与几何厚度同步测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及非接触式光学测量
，具体涉及一种晶圆群折射率与几何厚度同步测量装置及方法
。

技术介绍

[0002]随着
5G
和智能物联网时代的到来，尤其是在智慧城市
、
人工智能
、
自动驾驶等领域对芯片算力的需求逐渐提高，要求芯片需要具有更复杂的结构与制造精度，对芯片的制造
、
封装
、
测试提出了更高的要求
。
晶圆群折射率与几何厚度作为芯片测试里的一个重要参数，其主流检测方法为椭圆偏振法和光谱
/
白光共焦法厚度测量技术
。
椭圆偏振法利用光波的相位进行厚度探测，检测精度极高，然而其对多层结构检测结果可靠性低且检测效率低；光谱
/
白光共焦法厚度测量技术利用厚度与波长的映射关系进行测量，检测效率高但检测精度有所不足
。
且现有方法无法实现晶圆折射率与厚度的同步测量
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种晶圆群折射率与几何厚度同步测量装置及方法，该装置及方法有利于高效
、
准确地对晶圆的几何厚度与群折射率进行同步测量
。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种晶圆群折射率与几何厚度同步测量装置，包括一宽带光源
、
一2×2单模光纤耦合器
、
一参考臂
>、
一探测臂
、
一位移台
、
一旋转台
、
一光谱仪和一用于控制信号采集的上位机；所述探测臂安装于位移台上，所述旋转台上设置被测目标；所述宽带光源辐射出宽带光进入到2×2单模光纤耦合器中后被分为参考光与探测光；所述参考光被参考臂中的第一准直透镜准直成平行光并被第一聚焦透镜聚焦后照射到第一反射镜上，所述第一反射镜将参考光原路反射回2×2单模光纤耦合器中；所述探测光被探测臂中的第二准直透镜准直成平行光并被第二聚焦透镜聚焦后照射至被测目标上，被测目标的不同结构层将探测光反射回2×2单模光纤耦合器中；返回的探测光与参考光在2×2单模光纤耦合器处相遇并形成干涉，干涉信号进入到光谱仪中，被光谱仪中的光纤准直器准直成平行光后照射到反射式光栅中，光束被反射式光栅按波长展开后被第二反射镜反射，垂直进入第三聚焦透镜中，被其聚焦至
CCD
相机中；所述
CCD
相机的成像传输至上位机中
。
[0005]进一步地，所述参考臂的长度可调节，用于调节参考光与探测光的光程差
。
[0006]进一步地，所述探测臂位于旋转台上方，所述探测臂在位移台的驱动下进行水平及上下移动，上下移动用于调节探测光在样品中的聚焦位置，水平移动用于调节检测位置
。
[0007]进一步地，所述旋转台具有陶瓷盘，所述旋转台带动陶瓷盘转动，转动到设定位置后旋转台发出脉冲信号触发光谱仪进行干涉信号采集
。
[0008]本专利技术还提供了基于上述装置的晶圆群折射率与几何厚度同步测量方法，包括以下步骤：
[0009]步骤
S1
：宽带光源辐射出宽带光进入到2×2单模光纤耦合器中后被分为参考光与
探测光；
[0010]步骤
S2
：参考光被参考臂中的第一准直透镜准直成平行光并被第一聚焦透镜聚焦后照射到第一反射镜上，第一反射镜将参考光原路反射回2×2单模光纤耦合器中；
[0011]步骤
S3
：探测光被探测臂中的第二准直透镜准直成平行光并被第二聚焦透镜聚焦后照射至被测目标上，被测目标的不同结构层将探测光反射回2×2单模光纤耦合器中；
[0012]步骤
S4
：返回的探测光与参考光在2×2单模光纤耦合器处相遇并形成干涉，干涉信号被光谱仪所探测并照射到
CCD
相机中；
CCD
相机采集干涉信号传输至上位机中；
[0013]步骤
S5
：循环步骤
S1
‑
S4
，采集旋转台上无晶圆样品的陶瓷盘的干涉信号和有晶圆样品的陶瓷盘的干涉信号；
[0014]步骤
S6
：利用汉宁窗能量重心法对干涉信号的频率进行估计，精确计算无晶圆样品的陶瓷盘
、
有晶圆样品的陶瓷盘和晶圆上下层相对于参考臂的位置，分别记为
d0、d'0、d1、d2；
[0015]步骤
S7
：基于上述结果计算晶圆几何厚度与群折射率
。
[0016]进一步地，所述光谱仪测量的无晶圆样品的陶瓷盘的单频干涉信号如下：
[0017][0018]其中，第1项为直流项，第2项为干涉信号项；
S
r
(k)
为参考光的谱功率分布函数；
S0(k)
为陶瓷盘反射而回的探测光的谱功率分布函数；
k
为波数，光源的波长与波数满足关系：
k
＝2π
/
λ
；
2d0表示从陶瓷盘反射而回的探测光与参考光的光程差；
Re
表示复数域干涉信号的实部部分；
[0019]所述光谱仪测量的有晶圆样品的陶瓷盘的单频干涉信号如下：
[0020][0021]其中，第1项为直流项，第
2、3、4
项为自相干项，第
5、6、7
项为干涉信号项；
S
r
(k)
为参考光的谱功率分布函数；
S'0(k)
为从陶瓷盘反射而回的探测光的谱功率分布函数；
S1(k)
为从晶圆下表面反射而回的探测光的谱功率分布函数；
S2(k)
为从晶圆上表面反射而回的探测光的谱功率分布函；
k
为波数，光源的波长与波数满足关系：
k
＝2π
/
λ
；
2d
01
表示从陶瓷盘反射而回的探测光与从晶圆下表面反射而回的探测光的光程差；
2d
02
表示从陶瓷盘反射而回的探测光与从晶圆上表面反射而回的探测光的光程差；
2d
12
表示从晶圆上表面反射而回的探测光与从晶圆上表面反射而回的探测光的光程差；
2d'0表示从参考臂反射而回的参考光与从陶瓷盘反射而回的探测光的光程差；
2d1表示从参考臂反射而回的参考光与从晶圆下表面反射而回的探测光的光程差；
2d2表示从参考臂反射而回的参考光与从晶圆上表面反射而回的探测光的光程差；
Re
表示复数域干涉信号的实部部分；考虑到自相干项相较于干涉项较为微弱，将其忽略，将式
(2)
简化为：
[0022][0023]对式...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种晶圆群折射率与几何厚度同步测量装置，其特征在于，包括一宽带光源
、
一2×2单模光纤耦合器
、
一参考臂
、
一探测臂
、
一位移台
、
一旋转台
、
一光谱仪和一用于控制信号采集的上位机；所述探测臂安装于位移台上，所述旋转台上设置被测目标；所述宽带光源辐射出宽带光进入到2×2单模光纤耦合器中后被分为参考光与探测光；所述参考光被参考臂中的第一准直透镜准直成平行光并被第一聚焦透镜聚焦后照射到第一反射镜上，所述第一反射镜将参考光原路反射回2×2单模光纤耦合器中；所述探测光被探测臂中的第二准直透镜准直成平行光并被第二聚焦透镜聚焦后照射至被测目标上，被测目标的不同结构层将探测光反射回2×2单模光纤耦合器中；返回的探测光与参考光在2×2单模光纤耦合器处相遇并形成干涉，干涉信号进入到光谱仪中，被光谱仪中的光纤准直器准直成平行光后照射到反射式光栅中，光束被反射式光栅按波长展开后被第二反射镜反射，垂直进入第三聚焦透镜中，被其聚焦至
CCD
相机中；所述
CCD
相机的成像传输至上位机中
。2.
根据权利要求1所述的晶圆群折射率与几何厚度同步测量装置，其特征在于，所述参考臂的长度可调节，用于调节参考光与探测光的光程差
。3.
根据权利要求1所述的晶圆群折射率与几何厚度同步测量装置，其特征在于，所述探测臂位于旋转台上方，所述探测臂在位移台的驱动下进行水平及上下移动，上下移动用于调节探测光在样品中的聚焦位置，水平移动用于调节检测位置
。4.
根据权利要求1所述的晶圆群折射率与几何厚度同步测量装置，其特征在于，所述旋转台具有陶瓷盘，所述旋转台带动陶瓷盘转动，转动到设定位置后旋转台发出脉冲信号触发光谱仪进行干涉信号采集
。5.
一种基于权利要求1‑4任一项所述装置的晶圆群折射率与几何厚度同步测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
S1
：宽带光源辐射出宽带光进入到2×2单模光纤耦合器中后被分为参考光与探测光；步骤
S2
：参考光被参考臂中的第一准直透镜准直成平行光并被第一聚焦透镜聚焦后照射到第一反射镜上，第一反射镜将参考光原路反射回2×2单模光纤耦合器中；步骤
S3
：探测光被探测臂中的第二准直透镜准直成平行光并被第二聚焦透镜聚焦后照射至被测目标上，被测目标的不同结构层将探测光反射回2×2单模光纤耦合器中；步骤
S4
：返回的探测光与参考光在2×2单模光纤耦合器处相遇并形成干涉，干涉信号被光谱仪所探测并照射到
CCD
相机中；
CCD
相机采集干涉信号传输至上位机中；步骤
S5
：循环步骤
S1
‑
S4
，采集旋转台上无晶圆样品的陶瓷盘的干涉信号和有晶圆样品的陶瓷盘的干涉信号；步骤
S6
：利用汉宁窗能量重心法对干涉信号的频率进行估计，精确计算无晶圆样品的陶瓷盘
、
有晶圆样品的陶瓷盘和晶圆上下层相对于参考臂的位置，分别记为
d0、d'0、d1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秋坤，林杰文，钟舜聪，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：