【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种光学厚度测量设备，该光学厚度测量设备具有光源、测量头、具有用于对输入光进行光谱分裂的光学部件以及检测器的光学光谱仪、以及评估装置。现有技术在制造用于半导体制造的晶圆中，在切割后，必须借助于研磨工艺使晶圆达到正确的绝对总厚度和晶圆内部所需的最小厚度分布。为了控制研磨过程，在研磨期间测量晶圆的厚度。由于在研磨期间厚度可以显著减小，因此测量过程所要覆盖的测量范围是相当大的。为了测量晶圆的厚度，已知在研磨过程期间用光谱干涉法测量晶圆的厚度的系统。这样的系统通常包括光源、测量头和光学光谱仪。测量头将光源的光对准待测量的晶圆并且接收从光源反射的光。反射的光被导入光谱仪，并且在光谱仪处根据其波长分量进行分裂。这使得可以测量反射光的光谱。测量结果在评估装置中进行评估，并且因此确定晶圆的厚度。利用现有的系统，通常只能测量最初的厚晶圆或研磨过程后产生的薄晶圆。这主要是因为，对于初始厚度的晶圆，光源的光必须具有红外范围内的波长。晶圆(例如硅)在可见光谱中基本是不透明的，或可见光谱仅具有较小的穿透深度。同时，发射该光谱的光的光源的宽带不足以在较薄的层中实现足够好的精度，对于这些层，可见光范围中的测量光提供明显更高的准确性。这通常造成使用两个独立的干涉测量系统，这在仪器的校准和同步方面伴随着与此相关的更高成本和更高耗费。即使例如将评估单元或测量头部分整合，也仅有限地解决上述问题，因为大多数部件仍需要执行两次。
技术介绍
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于给出一种用于测量较大的层厚度范围的光学厚度测
2、该目的通过根据独立权利要求1的光学厚度测量设备来实现。在从属权利要求中给出了本专利技术的进一步的设计方案。
3、根据本专利技术的光学厚度测量设备具有光源、测量头以及光学光谱仪。光学光谱仪具有用于对输入光进行光谱分裂的光学部件和检测器。此外，光学厚度测量设备具有评估装置。
4、光源例如通过光波导与测量头光学连接，并且被配置成产生至少低相干的测量光并且例如经由提及的光波导将该测量光引导至该测量头。术语“光学连接”在此处和下文中包括基于光波导的光传输(例如经由光纤)和基于自由射束的传输。
5、测量头被配置成将测量光引导至被测对象(例如晶圆)。这在自由射束中例如可以通过空气或对应的介质(如水、油、酸或在晶圆加工中使用的其他液体)来实现。此外，测量头被配置成接收由被测对象反射的、源自被测对象的至少两个不同的表面以用于测量的光，并且将其作为输入光例如经由光波导引导至光谱仪。不同的表面例如可以是晶圆的正面和背面或通常是不同的光学界面。
6、光谱仪与评估装置电连接并且被配置成借助于光学部件产生源自至少两个不同光学界面的反射光的干涉的光谱，借助于检测器将该光谱转换成电信号，并且将电信号发送至评估装置。
7、评估装置被配置成确定至少两个界面之间的间距，即例如被测对象的厚度或被测对象的层的厚度。通过评估由界面之间的行程长度差引起的干涉调制来确定厚度，例如通过傅里叶变换。借助已知的材料折射率将如此测定的光学厚度反推为几何厚度。
8、根据本专利技术提出的是，测量光具有第一波长范围和第二波长范围，并且光谱仪具有用于反射光的两个光输入端，其中，第一波长范围的反射光通过第一光输入端，并且第二波长范围的反射光通过第二光输入端。光输入端在空间上间隔开，使得两个波长范围被共同的部件光谱分裂，并且检测器上的成像区域在光谱分裂的方向上重叠。
9、波长范围优选地为低相干的，即是多色光。
10、除了第一波长范围和第二波长范围，还可以使用第三波长范围或更多个波长范围。相应地，可以相应使用最适合测定界面间距的波长范围。
11、在本专利技术的一个优选的实施方式中提出，在波长范围之间进行切换，尤其以固定的时钟往复切换。
12、各个波长范围之间的切换例如可以以khz范围内(例如0.5khz与100khz之间)的切换速率来进行。这样快速的切换速率使得能够以多个波长范围进行准同时测量，尤其层之间的间距(例如晶圆厚度)在两个测量时刻之间的变化相对于测量精确度而言很小。
13、对光进行光谱分裂的共同的光学部件例如可以是色散光学元件。色散光学元件被理解为如下光学元件：其中，对于功能而言重要的光学特性(例如折射率或衍射角)显示出明显的色散作用并且该色散作用是功能所期望的。因此，由玻璃制成的普通透镜不能代表色散光学元件，尽管折射力在很小程度上取决于波长。然而，对于色散棱镜或衍射光栅则不同，色散棱镜或衍射光栅显示出很强的色散作用并且为此被设计成对不同波长的光进行不同程度的折射或衍射。
14、在通过光学部件进行光谱分裂时，根据波长发生衍射、反射或折射，使得衍射/反射的/折射的光聚焦后的撞击位置取决于波长。相反，通过选择合适的入射位置，由两个不同波长范围引起的位置偏移因此可以至少部分地得到补偿，并且单个光学部件和单个检测器可以用于两个不同的波长范围。
15、优选地，每个光输入端均指配有一个波长范围。如已经提到的，这使得能够至少部分地补偿由不同波长范围引起的不同衍射角/反射角/折射角，并且因此产生光谱分裂的射束路径的至少部分重叠。
16、这使得能够实现光谱仪的特别紧凑的结构，这一方面节约成本并且可以满足特别严格的结构空间要求。另一方面，这样的紧凑结构方式还提高了光谱仪的准确性：光谱仪的光学元件的尺寸(例如透镜的直径)越小，越容易在两个波长范围的整个光谱范围中实现几乎无误差的成像。成像品质越好，调制对比度越高，并且因此测量结果的品质也越高。以这种方式，耦合和解耦光学器件所需的场尽可能相似且由此使其最小。此外，通过重叠的光谱，使得所需的检测器长度最小化，或者分裂可以在更多检测器像素上实现，从而提高分辨率。
17、术语“光输入端”在此不一定被理解为安装在外壳体上的输入端，而是应理解为相应光进入光谱仪的射束路径的射入点。
18、在优选的实施方式中，光源包括至少第一光源单元和第二光源单元。
19、优选地，由这两个光源单元产生的测量光经由光学连接(例如光波导)耦合入测量头。特别优选地，每个光源单元的测量光经由其本身的光波导耦接。特别优选地，对于两个波长范围使用不同类型的光纤。在此，光纤类型就其传输特性而言可以与波长范围相匹配，例如可以是单模或多模光纤。这两个光波导可以被包覆在共同的护套中。可替代地，两个光源单元的测量光通过共同的光波导耦接。
20、还可以可替代地提出，为每个波长范围设置独立的测量头，其中，每个测量头例如各经由一条光波导单独地与一个光源单元相连接。
21、与作为独立的光源单元的设计无关，波长范围可以在可见光和近红外范围(vis和nir)内，尤其介于400nm与1600nm之间。第一波长范围例如可以介于430nm与700nm之间。第二波长范围例如可以是700nm至1600nm范围中的子范围，尤其为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光学厚度测量设备(100)，所述光学厚度测量设备具有光源(112)、测量头(114)、具有用于对输入光进行光谱分裂的光学部件(148)和检测器(150)的光学光谱仪(116)、以及评估装置(118)，其中，
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光源(112)包括第一光源单元(120)和第二光源单元(122)。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述第一光源单元(120)的带宽与所述第二光源单元(122)的带宽不同。
4.根据权利要求2和/或3所述的设备，其中，所述第一光源单元(120)能够独立于所述第二光源单元(122)进行切换。
5.根据前述权利要求之一所述的设备，其中，所述光源(112)被配置成使得所述第一波长范围中的所述测量光与所述第二波长范围中的所述测量光能够交替地产生、优选地以固定的时钟产生。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述光谱由所述评估装置(118)与所述光源电路的时钟同步地读出。
7.根据前述权利要求之一所述的设备，其中，所述检测器(451)包括可分开读出的两条线(453
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述线在横向于光谱分裂的空间方向上偏移，优选地直接位于彼此之上。
9.根据前述权利要求之一所述的设备，所述设备具有参考臂(570)。
10.根据前述权利要求之一所述的设备，其中，光源(112)与测量头(114)和/或测量头(114)与光谱仪(116)之间的连接各自包括两个光波导(124，126，136，138)。
11.根据前述权利要求之一所述的设备，其中，所述评估设备(118)被配置成利用所述第一波长范围和所述第二波长范围的测量光分别产生第一反射光或第二反射光的第一光谱和第二光谱，由相应的光谱确定相应的厚度并且相互计算针对所述厚度的两个值。
12.一种光学厚度测量设备(100)，所述光学厚度测量设备具有光源(112)、测量头(114)、具有用于对输入光进行光谱分裂的光学部件(148)和检测器(150)的光学光谱仪(116)、以及评估装置(118)，其中，
13.根据权利要求12所述的设备，其中，每次仅读出所述检测器(150)的其上成像有波长范围的区域，所述波长范围与所述读出同时产生。
14.一种用于测定被测对象的两个界面的间距的方法，所述方法具有以下步骤：
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述反射光的干涉在所述被测对象的界面的反射光与参考光之间发生或着/并且在所述被测对象的第一界面的反射光与所述被测对象的第二界面的反射光之间发生。
16.根据权利要求14或15之一所述的方法，其中，在计算所述界面间距时，对所述第一界面间距和所述第二界面间距取平均，优选地进行加权平均。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种光学厚度测量设备(100)，所述光学厚度测量设备具有光源(112)、测量头(114)、具有用于对输入光进行光谱分裂的光学部件(148)和检测器(150)的光学光谱仪(116)、以及评估装置(118)，其中，
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光源(112)包括第一光源单元(120)和第二光源单元(122)。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述第一光源单元(120)的带宽与所述第二光源单元(122)的带宽不同。
4.根据权利要求2和/或3所述的设备，其中，所述第一光源单元(120)能够独立于所述第二光源单元(122)进行切换。
5.根据前述权利要求之一所述的设备，其中，所述光源(112)被配置成使得所述第一波长范围中的所述测量光与所述第二波长范围中的所述测量光能够交替地产生、优选地以固定的时钟产生。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述光谱由所述评估装置(118)与所述光源电路的时钟同步地读出。
7.根据前述权利要求之一所述的设备，其中，所述检测器(451)包括可分开读出的两条线(453，455)。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述线在横向于光谱分裂的空间方向上偏移，优选地直接位于彼此之上。
9.根据前述权利要求之一所述的设备，所述设备具有参考臂(570)。
10.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·韦斯，P·尼姆奇，T·贝克，C·迪茨，
申请(专利权)人：普雷茨特光电有限公司，
类型：发明
国别省市：
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