一种基于频谱面探测的多波段多角度微纳米测量装置

技术领域

本发明属于微纳制造技术领域，具体涉及一种微纳米测量装置。

背景技术

在以集成电路、微光学为代表的微纳领域，对微纳结构三维形貌参数或特定形貌参数的精确测量与控制存在着广泛的需求，在制造过程中对关键工艺结构的几何特征参数进行快速、低成本、非破坏性的精确测量至关重要。目前，以美国公司KLA-Tencor为代表的基于单一角度多波段的光谱散射测量方案在业内得到广泛应用，能够广泛的实现纳米级精度的三维形貌测量。以欧洲荷兰公司ASML为代表的基于单一波段、多角度角谱散射测量方案，一样能够应用于纳米级精度的三维形貌测量。

然而，无论是单色角谱型抑或是单角度光谱型，都面临着所采集信息量不足，而不能进行精确的、高工艺适应性测量的问题；尽管近年来业界在算法上进行弥补，但是依然无法满足各个复杂工艺条件下的需求；尤其是对于类似于玻璃、化合物半导体等透明基底，传统光谱和角谱方案都无法进行有效的测量。

因此，开发一种能够同时采集光谱、角谱信息的测量系统，将会具有更为广泛的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够同时采集光谱、角谱信息的多波段多角度微纳米测量装置，用于基于玻璃等透明晶圆上微纳米结构的测量。

本发明的提供的多波段多角度微纳米测量装置，是基于频谱面探测技术的，即通过将连续渐变的多个波段的光，各自以不同的角度入射至待测样品上，并通过显微物镜采集，直至在频谱面使用光电探测器同时采集获得包含待测物形貌信息的光信号，并分析处理该光信号，进而获得待测物体的形貌参数信息。该微纳米测量装置，其结构如图1所示，包括：光源，滤波片，偏振片，中继镜组，分光镜，显微物镜，后端镜组，频谱面，相机；其中，连续滤波片、偏振片、中继镜组依次按水平光路同轴布设，平面分光镜设置于中继镜组后，分光镜镜面与水平方向成45度角；显微物镜设置于平面分光镜下方，用于设置待测样品；后端镜组和频谱面依次设置于平面分光镜上方；相机安装在频谱面上，用于探测待测物体的频谱面光信息。

当滤波片为单一波段时，测量装置为传统的单色角谱测量装置;当滤波片采用连续滤波片时，能够产生连续渐变的光波段。

光源经过光束整形后，入射光经过连续滤波片进行连续滤波，然后经过偏振片，选取得到最佳的偏振态；经过中继镜组，进行再次整形；然后通过分光镜，将光束入射至显微物镜，显微物镜将入射光束会聚之后，入射至待测样品；入射至待测样品上的光束，将发生散射与反射，这些反射与散射光，都通过显微物镜收集，再次经过分光镜，进入后端镜组；最终在频谱面采集光信号。

本发明中，所述的频谱面是指Pupil Plane即傅里叶面。光学频谱面与光学成像的像面不同，像面每个点均与物体进入成像系统前的物面一一对应；频谱面上的每个点均代表某一特定频率。相机安装在频谱面上，用于探测待测物体的频谱面光信息。

本发明中，所述光源一般为普通白光光源。

本发明中，所述连续滤波片为线性渐变滤波片，可获得多波段入射光。

本发明中，通过调整线性渐变滤波片的通光位置，调整入射光的波段范围。

本发明中，所述频谱面，可同时探测采集包含多个波段、多个角度信息的光信号。

本发明中，对光学部件、光路设计，无具体和特殊要求，可参照专利CN105527794A。

本发明装置的优点、特点：

（1）测量工艺适应性更好：能够同时采集包含连续测量波段、连续测量角度的光信息；

（2）光能利用率更高：没有经过传统窄带滤波片，最大限度的利用光能。

附图说明

图1为本发明基于频谱面探测的多波段多角度微纳米测量光路示意图。

图2为频谱面信号图。

图3测量对比图（仿真分析）。

图4测量灵敏度对比图（仿真分析）。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1：

如图1所示，光源一般为普通白光光源；光源经过光束整形后，通过滤波片1，该滤波片用于选择单一波段，此时测量为传统的单色角谱测量装置；当使用连续滤波片2代替滤波片1时，能够产生连续渐变的光波段。本发明采用滤波片2，入射光经过滤波片2之后，进而经过偏振片选取最佳的偏振态；经过中继镜组再次整形，继而通过分光镜将光束入射至显微物镜，显微物镜将入射光束会聚之后，入射至待测样品；入射至待测样品上的光束，将会发生散射与反射，这些反射与散射光，都会通过显微物镜收集，再次经过分光镜，通过后端镜组；最终在频谱面采集光信号。

图2为频谱面信号图；当采用本发明所述的滤波片2之后，在频谱面获得如图2所示的光信号分布。图2所示频谱面信号图坐标系中，X轴为入射光波段、Y轴为入射角；信号图中的任意一点均代表不同的入射角和入射光波段。

根据实际测量需求，选择合适的入射光波段进行测量；如图所示选取为400~800nm光波段，也可以通过调整连续滤波片的通光位置，选择如380~780nm光波段等。

实施例2：

如实施例1所述，对实际测量进行模拟仿真分析；

假设待测物体为周期性的一维线性光栅结构，其中相关参数为周期X纳米，线宽为Y纳米，高为Z纳米的；基于本方案的频谱面光信号分布与传统单色角谱频谱面如下图3所示。

当该光栅结构发生任意改变时，本方案的频谱面光信号的变化均远大于传统单色角谱方案，频谱面光信号的变化程度即代表测量的灵敏度；

如下图4所示，当线宽发生1纳米变化时，本方案的测量灵敏度是传统方案的2倍以上。

本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。