光学测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开光学测量装置，其包括测量仪本体、光源、具有至少5端口的W形光纤及光谱仪；本发明专利技术操作简单，提供的光学测量装置包含垂直入射和斜入射的两个测量装置，可用来测量单层或多层薄膜形成的三维结构的膜厚、临界尺度（Critical?Dimension）、空间形貌和材料特性，提高了样品测量的精度。另外，垂直入射部分还可以倾斜至54.7度，用来测量单晶硅太阳能样品。斜入射部分也可实现多角度的切换，摩擦片可以使整个切换工程更加平稳。

【技术实现步骤摘要】
光学测量装置
本申请涉及光学
，特别涉及一种光学测量装置。
技术介绍
随着半导体行业的快速发展，利用光学测量技术精确测量晶片上单层或多层薄膜形成的三维结构的临界尺度(Critical Dimension)、空间形貌和材料特性变得十分重要。为了使测量结果有效，所用的测量系统应该能够高精确度地测量膜厚和/或薄膜构成。在众所周知的非破坏性检测技术是光度法和椭圆偏振测量法，它们通过测量样品反射的电磁辐射来获得反射率数据。在光谱椭偏仪中，有确定偏振态的入射光被样品反射(一般以较大的入射角)，通过分析反射光的偏振态可以获得样品的特性。由于入射光包含多频率组成，则可以得到光谱曲线图。特别是，入射光的偏振态具有时间依赖性(使入射光通过一个旋转的起偏器)，或者分析反射光的方法具有时间依赖性(使反射光通过一个旋转的检偏器)。一般情况下，半导体薄膜需要测量得出薄膜的厚度d，折射率η及消光系数k。而椭圆偏振法只能测量出两个椭偏参数，即:Φ和△，则仅根据两个椭偏方程无法精确给出样品薄膜的光学参数(物理学报Vol.59，N0.4)，只能通过计算机拟合的方法求解。为了增加测量精度，获得目标样品的附加信息，本领域的研究人员提出了一种可变角度的光谱椭偏仪(VASE, variable angle spectroscopic Ellipsometry)。理论上这种测量装置可以给出多个角度下的椭偏方程，在一定程度上能增加测量精度。然而，实际上这样往往收效不大，如Critical Reviews of Optical Science and Technology Volume CR72,14-16页中所述，在对薄膜厚度进行数据拟合时发现，薄膜厚度在330-430A的范围内都可以得到基本一样的拟合曲线。对于一个假设的薄膜厚度，薄膜的光学常数会随之补偿性的改变从而得到一个同样好的拟合结果，这是由于薄膜的厚度和薄膜材料的光学常数在拟合中往往是相关的。因此想要仅仅通过椭圆偏振法来精确测量薄膜厚度及光学常数会比较困难。为了精确测量样品，例如，测量样品薄膜的厚度及光学参数，通常在一个复合的光学测量装置中集成多个光学测量装置，即利用垂直入射和斜入射的两个光学测量装置同时测量样品(参见美国专利US5608526，US6713753)。一般来说，集成多个光学测量装置的测量系统比较复杂，并且需要多个宽带光源和探测装置，成本较高。若如美国专利US6713753所述，采用分束镜来耦合光路，虽然也可以达到减少光源和光谱计，降低成本的要求，但是在实际应用中，光路调节并不易实现，并且，通过分束镜来进行分光与合光时，其光通效率较低，对于垂直入射的光束，则至少需要两次通过分光镜，则其理论通光效率最高仅为25%，斜入射的光束，也需要通过一次分光镜，会降低系统测量的准确性，因此这种包含垂直入射和斜入射的光学测量装置在实际应用中并未得到广泛推广。申请内容本申请所要解决的技术问题是提供一种提高样品测量精度的光学测量装置。为解决上述技术问题，本申请提供了一种结构简单，操作方便、成本较低的包含垂直入射和斜入射的光学测量装置，包括测量仪本体、光源、具有至少5端口的W形光纤及光谱仪；所述测量仪本体包括反射镜组件、入射臂、反射臂、样品台组件及侧板组件组成；所述光纤的第一端口与所述入射臂连接；所述光纤的第二端口与所述光源连接；所述光纤的第三端口与所述反射镜组件连接；所述光纤的第四端口与所述光谱仪连接；所述光纤的第五端口与所述反射臂连接；所述反射臂和所述入射臂分别与所述侧板组件连接；所述侧板组件与所述样品台组件连接。本申请提供的一种光学测量装置，斜入射部分可对称地调节入射臂与反射臂的角度，实现多角度的切换测量，并且在切换过程中，还可实现入射臂与反射臂共轴；另外，调节锁紧手轮，控制好摩擦片间的摩擦力可使整个切换过程平稳进行。该光学测量装置可用来准确测量单层或多层薄膜形成的三维结构的膜厚、临界尺度(Critical Dimension)、空间形貌和材料特性。此外，本申请中的反射镜组件可切换至54.7度来测量单晶太阳能硅片，并且可使反射镜组件在垂直测量及在54.7度测量时，样品高度一致。切换时只需手握手柄掰动，到位后磁力吸合，操作简单。【附图说明】图1为本申请实施例提供的光学测量装置的结构示意图；图2为本申请实施例提供的W形光纤结构示意图；图3为本申请实施例提供的测量仪本体三维结构示意图；图4为本申请实施例提供的测量仪本体三维结构爆炸示意图；图5为本申请实施例提供的反射镜组件三维结构爆炸示意图；图6为本申请实施例提供的轴连接件结构示意图；图7为本申请实施例提供的U形镜架结构示意图；图8为本申请实施例提供的入射臂三维结构爆炸示意图；图9为本申请实施例提供的反射臂三维结构爆炸示意图；图10为本申请实施例提供的波片旋转组件结构示意图；图11为本申请实施例提供的波片旋转组件三维结构爆炸示意图；图12为本申请实施例提供的样品台组件结构示意图；图13为本申请实施例提供的样品台结构示意图；图14为本申请实施例提供的侧板组件三维结构示意图；图15为本申请实施例提供的侧板组件后视图；图16为本申请实施例提供的反射臂支架结构示意图；图17为本申请实施例提供的反射臂支架爆炸结构示意图；图18为本申请实施例提供的入射臂支架结构示意图；图19为本申请实施例提供的入射臂支架与反射臂支架连接结构示意图；图20为本申请实施例提供的入射臂结构示意图；图21为本申请实施例提供的反射镜组件倾斜使用时的结构示意图；其中，I—测量仪本体，2—W形光纤，3—光源，4一光谱仪，5—控制器，6—控制电缆，7一光谱数据电缆，8—控制数据电缆，9一计算机，2-1 一第一端口，2-2一第二端口，2-3一第二端口，2-4一第四端口，2-5一第五端口，1~1一反射镜组件，1~2一入射臂，1-3一反射臂，1-4一样品台组件，1-5—侧板组件，1-1-1—L形框架，1-1-2—立板，1_1_3—横梁，1-1-4一第一连接板，1-1-5—第一二维调整架，1-1-6—第一球面反射镜，1-1-7—U形镜架，1-1-8—第二球面反射镜，1-1-9 一平面镜，1-1-10 一光纤接头，1-1-11 一第二二维调整架，1-1-12—第一转接板，1-1-13—第——维平移台，1-1-14 一第二一维平移台，1-1-15—第二转接板，1-1-16 —光纤固定架，1-1-17—轴连接件，1-1-18—定位挡片，1_1_19 一手柄，1-1-20—盖板，1-1-21—遮光罩，1-2-1—入射臂框架，1_2_2—光纤护套，1_2_3—光纤支架，1-2-4—螺纹副，1-2-5—透镜支架，1-2-6—偏振器支架，1_2_7—光阑组件，1-2-8—锁紧螺套，1-2-9—透镜座，1-2-10—透镜，1-2-11—透镜固定架，1_2_12—透镜紧固螺母，1-2-13—光纤固定架，1-2-14—外壳，1-2-15—V形槽，1_3_1—反射臂框架，1_3_2—波片旋转组件，1-3-2-1—空心电机，1-3-2-2—第一转接件，1-3-2-3—第二转接件1_3_2_4—光电传感器，1-3-2-5—传感器挡片，1-3-2-6—波片座，1_3_2_7—波片，1_3_2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学测量装置，其特征在于，包括测量仪本体、光源、具有至少5端口的W形光纤及光谱仪；所述测量仪本体包括反射镜组件、入射臂、反射臂、底座、样品台组件及侧板组件组成；所述光纤的第一端口与所述入射臂连接；所述光纤的第二端口与所述光源连接；所述光纤的第三端口与所述反射镜组件连接；所述光纤的第四端口与所述光谱仪连接；所述光纤的第五端口与所述反射臂连接；所述反射臂和所述入射臂分别与所述侧板组件连接；所述侧板组件与所述样品台组件连接；所述反射镜组件与所述侧板组件连接。

【技术特征摘要】
1.一种光学测量装置，其特征在于，包括测量仪本体、光源、具有至少5端口的W形光纤及光谱仪； 所述测量仪本体包括反射镜组件、入射臂、反射臂、底座、样品台组件及侧板组件组成； 所述光纤的第一端口与所述入射臂连接；所述光纤的第二端口与所述光源连接；所述光纤的第三端口与所述反射镜组件连接；所述光纤的第四端口与所述光谱仪连接；所述光纤的第五端口与所述反射臂连接；所述反射臂和所述入射臂分别与所述侧板组件连接；所述侧板组件与所述样品台组件连接；所述反射镜组件与所述侧板组件连接。2.如权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于，所述反射镜组件包括: L形框架、立板、横梁、第一连接板、第一二维调整架、第一球面反射镜、U形镜架、第二球面反射镜、平面镜、光纤接头、第二二维调整架、第一转接板、第一一维平移台、第二一维平移台、第二转接板、光纤固定架、轴连接件、定位挡片、手柄、盖板及遮光罩； 其中，所述L形框架、立板、横梁、第一连接板相互连接构成一个环形框架，所述盖板与该环形框架连接，构成一个腔体； 所述第二球面反射镜、平面镜分别固定于U形镜架的两个侧面； 所述U形镜架的底面与L形框架内部侧面一端贴合，第二球面反射镜的安装面与立板的一面贴合； 所述第一球面反射镜与第一二维调整架连接，第一二维调整架与立板顶部固连； 所述光纤接头与第二二维调整架连接；所述第二二维调整架通过所述第一转接板与所述第--维平移台连接； 所述第一一维平移台通过所述第二转接板与第二一维平移台连接，第二一维平移台固定在第一连接板上； 所述手柄与第一连接板连接；所述光纤固定架固定于框架的侧面；所述光纤的第三端口与光纤接头连接，含所述第三端口的光纤固定在所述光纤固定架上； 所述轴连接件与框架底部固连；所述轴连接件与所述侧板组件中的轴固连。3.如权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于，所述入射臂包括: 入射臂框架、光纤护套、光纤支架、螺纹副、透镜支架、偏振器支架、光阑组件、锁紧螺套、透镜座、透镜、透镜固定架、透镜紧固螺母、光纤固定架及外壳；其中， 所述入射臂框架的内侧底部共轴依次安装有光纤支架、透镜支架、偏振器支架、光阑组件、透镜； 所述光纤支架上有光纤接头，底部安装有螺纹副；所述透镜支架安装有透镜； 所述偏振器支架上安装有微型旋转台，微型旋转台上安装偏振器； 所述光阑组件上设置有可插拔式光阑，光阑组件固定在入射臂框架的一端面内侧；所述透镜通过透镜紧固螺母固定在透镜座内部，透镜座通过螺纹旋合在所述透镜固定架的内孔中； 所述透镜固定架前端开有轴向的缝隙，且外圆面呈锥形，透镜固定架根部有外螺纹；所述锁紧螺套可与透镜固定架根部外螺纹旋合，通过锥面配合锁死透镜座，同时锁紧螺套径向开有螺纹孔，可加紧定螺钉进一步锁死透镜座； 所述光纤护套嵌在入射臂框架另一端面的孔中；所述光纤固定架固定于光纤护套边上的入射臂框架上； 所述外壳固定于入射臂框架上； 所述光纤的第一端口穿过光纤护套与光纤支架的光纤接头连接，光纤的第一端口后部光纤固定在光纤固定架上。4.如权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于，所述反射臂包括: 反射臂框架、光纤护套、光纤支架、螺纹副、透镜支架、偏振器支架、波片旋转组件、锁紧螺套、透镜座、透镜、透镜固定架、透镜紧固螺母、光纤固定架及外壳；其中， 所述反射臂框架的内侧底部...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴文镜，李国光，张瑭，沙健，刘健鹏，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，北京智朗芯光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：