[发明专利]基于白光干涉法的晶圆膜厚测量装置

说明书

本发明公开了一种基于白光干涉法的晶圆膜厚测量装置。该装置主要由白光光源、光谱仪、准直器、光纤传输单元、PC组成。基于白光干涉法，可以实现对晶圆膜厚的无损测量，时间快、设备小巧、操作简单、精度高，适合实验室检测。

技术领域

本发明涉及光学精密测量和信号处理领域，具体涉及基于白光干涉法的晶圆膜厚测量装置。

背景技术

晶圆对于半导体器件至关重要，膜厚是影响晶圆物理性质的重要参数之一。通常对膜厚的测量有椭圆偏振法、探针法、光学法等，椭偏法设备昂贵，探针法又会损伤晶圆表面。利用光学原理进行精密测试，一直是计量和测试技术领域中的主要方法之一，在光学测量领域，基于干涉原理的测量系统已成为物理量检测中最为精确的系统之一。光的干涉计量与测试本质是以光波的波长作为单位来进行计量的，现代的干涉测试与计量技术已能达到一个波长的几百分之一的测量精度，干涉测量的更大特点是它具有更高的灵敏度（或分辨率）和精度，。而且绝大部分干涉测试都是非接触的，不会对被测件带来表面损伤和附加误差；测量对象较广，并不局限于金属或非金属；可以检测多参数，如：长度、宽度、直径、表面粗糙度、面积、角度等。

干涉法测量可表述为：白光干涉光谱法主要利用光的干涉原理和光谱分光原理，利用光在不同波长处的干涉光强进行求解。光源出射的光经分光棱镜分成两束，其中一束入射到参考镜，另一束入射到测量样品表面，两束光均发生反射并入射到分光棱镜，此时这两束光会发生干涉。干涉光经光谱仪采集得到白光光谱干涉信号，经由计算机处理数据、显示结果变化，最后读出厚度值或变化量。

如何建立一套基于白光干涉法的晶圆膜厚测量装置，对于晶圆膜厚测量具有重要意义，设备价格、空间大小、操作难易程度都是其影响因素。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于白光干涉法的晶圆膜厚测量装置。该装置包括白光光源、显微镜、分束镜、干涉物镜、光纤传输单元、准直器、光谱仪、USB传输线、计算机。光谱仪主要包括六部分，分别是：光纤入口、准直镜、光栅、聚焦镜、区域检测器、带OFLV滤波器的探测器。

测量具体步骤为：白光光源发出白光，经由光纤，通过光纤探头垂直入射至晶圆表面，样品薄膜上表面和下表面反射光相干涉形成的干涉谱，由反射光纤探头接收，再由光纤传送到光谱仪，光谱仪连续记录反射信号，通过USB线将测量数据传输到电脑。

本发明的有益效果：可以实现对晶圆膜厚的无损测量，时间快、设备小巧、操作简单、精度高，适合实验室检测。

附图说明

图1 为本发明装置原理示意图；

其中：1、白光光源，2、光源准直镜，3、分束镜，4、准直器，5、Michelson干涉物镜，6、待测晶圆，7、光纤耦合透镜，8、光纤，9、光谱仪，10、USB传输线，11、计算机。

图2 为光谱仪内部结构图；

图3 为光源测试所得光强图；

图4 为采集所得光强与波长的关系图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如附图1所示。光源发出的白光经准直镜扩束准直后成平行光，经分束镜射入Michelson干涉物镜，准直透镜将白光缩束准直后垂直照射到待测晶圆上，反射光之间相互发生干涉，经准直镜后干涉光强进入光纤耦合单元，完成干涉部分。光纤传输的干涉信号进入光谱仪，计算机定时从光谱仪中采集光谱信号，获取诸如光强、反射率等信息，计算机对这些信息进行信号处理，滤除高频噪声信息，然后对光谱信息进行归一化处理，利用峰值对应的波长值，计算晶圆膜厚。