【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于彩色共聚焦传感器测量，更具体地，涉及一种薄膜厚度共聚焦测量方法及系统。
技术介绍
1、在半导体制造工业中，薄膜厚度会对产品的性能指标产生很大程度的影响。因此，在半导体制造工艺中，对薄膜厚度进行实时监测测量十分重要。目前测量薄膜厚度的主流方法是平面移动薄膜样品进行机械扫描，彩色共聚焦传感器向薄膜输出彩色光束，不同波长的单色光分别聚焦在薄膜的上下表面，再通过反射被光谱仪接收。借助于测量前标定的波长与焦距的对应关系，得出两次聚焦的单色光的焦距差，从而得出该点的薄膜厚度，最后平面移动薄膜表面得到薄膜整体厚度。然而，上述测量手段存在一些显著的缺点，包括：薄膜厚度测量的范围较小，即平面移动时单位时间内或者单次测量的范围较小；扫描精度较低、速度较慢，难以实现实时在线精确测量。
技术实现思路
1、本专利技术通过提供一种薄膜厚度共聚焦测量方法及系统，解决现有技术中薄膜厚度测量的范围较小、扫描精度较低、速度较慢的问题。
2、本专利技术提供一种薄膜厚度共聚焦测量系统，包括：激光发生单元、光纤耦合器、扫描单元、反射镜、载物台和光谱仪；
3、所述激光发生单元包括光源，所述光源用于发出多波长的光束作为入射光；
4、所述光纤耦合器的第一端口连接有第一光纤，所述光纤耦合器的第二端口连接有第二光纤，所述光纤耦合器的第三端口连接有第三光纤；所述入射光经所述第一光纤传输至所述光纤耦合器，并经所述第三光纤出射，出射后的所述入射光经所述扫描单元后扫描聚焦到待测样品上，所述扫
5、所述载物台用于承载待测样品，所述反射镜设置在所述待测样品与所述载物台之间；所述载物台搭载有移动组件，利用所述载物台实现待测样品的纵向扫描；
6、所述入射光经待测样品折射后聚焦到所述反射镜上，经所述反射镜后形成的反射光依次经过待测样品、所述扫描单元后，通过所述第三光纤到达所述光纤耦合器，然后经所述第二光纤传输至所述光谱仪，所述光谱仪得到待测样品对应的测量信息。
7、优选的，所述激光发生单元还包括：准直镜和第一透镜；所述准直镜、所述第一透镜均设置在所述光源与所述光纤耦合器之间的光路上；所述准直镜用于对所述光源发出的光束进行准直；所述第一透镜用于将准直后的光束汇聚到所述第一光纤中。
8、优选的，所述光源采用led光源。
9、优选的，所述扫描单元包括：色散探头和振镜扫描仪；所述色散探头对不同波长的光具有不同的焦距，所述振镜扫描仪用于对待测样品进行横向扫描；所述入射光依次经所述色散探头和所述振镜扫描仪后扫描聚焦到待测样品上。
10、优选的，所述扫描单元还包括：第二透镜；所述第二透镜位于所述光纤耦合器与所述色散探头之间的光路上；所述入射光经所述第二透镜后变为平行光照射在所述色散探头上；所述反射光依次经所述振镜扫描仪、所述色散探头、所述第二透镜后传输至所述光纤耦合器。
11、优选的，所述移动组件采用步进电机。
12、优选的，所述薄膜厚度共聚焦测量系统还包括：数据处理单元；所述数据处理单元中存储有预先标定信息，所述数据处理单元用于接收来自所述光谱仪的测量信息，并结合所述预先标定信息得到薄膜厚度信息。
13、优选的，所述预先标定信息包括波长与焦距对应的关系信息，以及待测样品对应的薄膜折射率信息。
14、另一方面，本专利技术提供一种薄膜厚度共聚焦测量方法，采用上述的薄膜厚度共聚焦测量系统实现，所述薄膜厚度共聚焦测量方法包括以下步骤：
15、利用激光发生单元中的光源发出多波长的光束作为入射光；所述入射光经第一光纤传输至光纤耦合器，并经第三光纤出射，出射后的所述入射光经扫描单元后扫描聚焦到待测样品上，利用所述扫描单元对待测样品进行横向扫描，利用载物台实现待测样品的纵向扫描；所述入射光经待测样品折射后聚焦到反射镜上，经所述反射镜后形成的反射光依次经过待测样品、所述扫描单元后，通过所述第三光纤到达所述光纤耦合器，然后经第二光纤传输至光谱仪，利用所述光谱仪得到待测样品对应的测量信息。
16、优选的，利用设置在所述光源与所述光纤耦合器之间的准直镜对所述光源发出的光束进行准直，利用第一透镜将准直后的光束汇聚到所述第一光纤中；利用设置在所述光纤耦合器与所述色散探头之间的第二透镜将所述入射光变为平行光照射在所述扫描单元中的色散探头上。
17、本专利技术中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
18、本专利技术利用激光发生单元中的光源发出多波长的光束作为入射光，入射光经第一光纤传输至光纤耦合器，并经第三光纤出射，出射后的入射光经扫描单元后扫描聚焦到待测样品上，利用扫描单元对待测样品进行横向扫描，利用载物台实现待测样品的纵向扫描；入射光经待测样品折射后聚焦到反射镜上，经反射镜后形成的反射光依次经过待测样品、扫描单元后，通过第三光纤到达光纤耦合器，然后经第二光纤传输至光谱仪，利用光谱仪得到待测样品对应的测量信息。即本专利技术将共聚焦彩色传感器输入的光线通过振镜扫描仪在待测样品上进行横向扫描，纵向扫描通过纵向移动薄膜样品实现，提高了扫描精度和速率，同时本专利技术将反射镜置于薄膜下方，形成新的薄膜厚度扫描光路，降低了薄膜位置摆放要求，也可以理解为降低了对载物台的精度要求，因为传统的扫描方法在横向和纵向上都是通过载物台的机械移动来实现的，在本专利技术中由于使用振镜扫描仪对薄膜进行机械扫描，载物台只需在一个方向对薄膜进行高精度机械移动，而对另一方向的移动精度再无要求；此外，传统的扫描方法由于在横向和纵向上都是通过载物台的机械移动来实现的，而平面移动会有传动误差，因此会导致平面移动时单位时间内或者单次测量的范围较小，且常见的移动薄膜平台会带来震动噪声导致信噪比低。相比于上述传统的测量方法，本专利技术提供的新的扫描方式和新的薄膜测量光路能够有效改善薄膜厚度测量的范围、精度和效率，能实现绝大多数薄膜制备工艺中的高效高精度在线监测测量。
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1.一种薄膜厚度共聚焦测量系统，其特征在于，包括：激光发生单元、光纤耦合器、扫描单元、反射镜、载物台和光谱仪；
2.根据权利要求1所述的薄膜厚度共聚焦测量系统，其特征在于，所述激光发生单元还包括：准直镜和第一透镜；所述准直镜、所述第一透镜均设置在所述光源与所述光纤耦合器之间的光路上；所述准直镜用于对所述光源发出的光束进行准直；所述第一透镜用于将准直后的光束汇聚到所述第一光纤中。
3.根据权利要求1所述的薄膜厚度共聚焦测量系统，其特征在于，所述光源采用LED光源。
4.根据权利要求1所述的薄膜厚度共聚焦测量系统，其特征在于，所述扫描单元包括：色散探头和振镜扫描仪；所述色散探头对不同波长的光具有不同的焦距，所述振镜扫描仪用于对待测样品进行横向扫描；所述入射光依次经所述色散探头和所述振镜扫描仪后扫描聚焦到待测样品上。
5.根据权利要求4所述的薄膜厚度共聚焦测量系统，其特征在于，所述扫描单元还包括：第二透镜；所述第二透镜位于所述光纤耦合器与所述色散探头之间的光路上；所述入射光经所述第二透镜后变为平行光照射在所述色散探头上；所述反射光依次经所
6.根据权利要求1所述的薄膜厚度共聚焦测量系统，其特征在于，所述移动组件采用步进电机。
7.根据权利要求1所述的薄膜厚度共聚焦测量系统，其特征在于，还包括：数据处理单元；所述数据处理单元中存储有预先标定信息，所述数据处理单元用于接收来自所述光谱仪的测量信息，并结合所述预先标定信息得到薄膜厚度信息。
8.根据权利要求7所述的薄膜厚度共聚焦测量系统，其特征在于，所述预先标定信息包括波长与焦距对应的关系信息，以及待测样品对应的薄膜折射率信息。
9.一种薄膜厚度共聚焦测量方法，其特征在于，采用如权利要求1-8中任一项所述的薄膜厚度共聚焦测量系统实现，所述薄膜厚度共聚焦测量方法包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的薄膜厚度共聚焦测量方法，其特征在于，利用设置在所述光源与所述光纤耦合器之间的准直镜对所述光源发出的光束进行准直，利用第一透镜将准直后的光束汇聚到所述第一光纤中；利用设置在所述光纤耦合器与所述色散探头之间的第二透镜将所述入射光变为平行光照射在所述扫描单元中的色散探头上。
...【技术特征摘要】
1.一种薄膜厚度共聚焦测量系统，其特征在于，包括：激光发生单元、光纤耦合器、扫描单元、反射镜、载物台和光谱仪；
2.根据权利要求1所述的薄膜厚度共聚焦测量系统，其特征在于，所述激光发生单元还包括：准直镜和第一透镜；所述准直镜、所述第一透镜均设置在所述光源与所述光纤耦合器之间的光路上；所述准直镜用于对所述光源发出的光束进行准直；所述第一透镜用于将准直后的光束汇聚到所述第一光纤中。
3.根据权利要求1所述的薄膜厚度共聚焦测量系统，其特征在于，所述光源采用led光源。
4.根据权利要求1所述的薄膜厚度共聚焦测量系统，其特征在于，所述扫描单元包括：色散探头和振镜扫描仪；所述色散探头对不同波长的光具有不同的焦距，所述振镜扫描仪用于对待测样品进行横向扫描；所述入射光依次经所述色散探头和所述振镜扫描仪后扫描聚焦到待测样品上。
5.根据权利要求4所述的薄膜厚度共聚焦测量系统，其特征在于，所述扫描单元还包括：第二透镜；所述第二透镜位于所述光纤耦合器与所述色散探头之间的光路上；所述入射光经所述第二透镜后变为平行光照射在所述色散探头上；所述反射光依次经所述振镜扫...
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