[发明专利]双侧多重平面倾斜波面干涉仪及其检测方法

说明书

一种双侧多重平面倾斜波面干涉仪，系统包括光源模块、第一干涉仪主机、第二干涉仪主机、双面标准平板、双面标准平板调整架、被测非透明平板元件、单点厚度测量传感器、控制处理单元；所述的第一干涉仪主机和第二干涉仪主机均为多重平面倾斜波面干涉仪，通过点源阵列发生器出射多个方向的平行测量光进行被测非透明平板元件的双侧形貌及厚度测量，本发明具有测量动态范围大、测量精度与效率高、相移方式灵活，系统误差可原位标定的特点。

技术领域

本发明涉及光学测量、半导体技术领域，具体为一种用于非透明平板元件，如硅片的表面形貌与厚度分布测量的双侧多重平面倾斜波面干涉仪及其检测方法。

背景技术

硅片是半导体技术领域的重要材料，也是一种特殊的可见光非透明平板光学元件，通过硅片形貌检测，能够计算硅片应力，实现光刻图形面内畸变(IPD，In planedistortion)的精确预测，提高光刻套刻精度。通过进行双侧表面形貌的同时检测，能够得到硅片的厚度分布，用于硅片制造、硅片抛光等。

因此，硅片的表面形貌与厚度分布检测设备是半导体工艺流程中的重要设备。形貌与厚度测量具有不同的应用场景，该类型设备可以兼顾两种功能，也可以仅测量单侧表面形貌。

其他非透明平板元件，如磁盘盘片、标准量块等也有类似形貌和厚度测量需求。

电容传感器是测量硅片形貌和厚度的主流传感器之一，为单点测量，通过扫描实现硅片全口径测量。但检测空间分辨率和检测精度均受限，难以检测局部高空间分辨率形貌，及应用至IPD补偿。

为了追求超高精度测量，KLA公司采用双侧Fizeau干涉仪同时进行硅片正反面测量，见在先技术1(Klaus Freischlad,Shouhong Tang,and Jim GrenfellInterferometryfor wafer dimensional metrology,Proc.SPIE 6672,667202，2007)。在先技术1提高了硅片Flatness、Warp等参数的检测精度。

但是，随着在硅片上工艺层数的增加，硅片会存在较大的翘曲，使得硅片表面形貌超出了Fizeau干涉仪的单次测量动态范围，为了解决该问题，在先技术2(United StatesPatent 7847954B2,Measuring the shape and thickness variation of a wafer withhigh slopes，2008)在上述在先技术1的基础上，在测量过程中多次倾斜被测硅片，每次测量硅片在一部分倾斜角度的形貌，然后进行数据拼接实现全部形貌的检测，扩大了动态范围；或者在上述在先技术1的基础上，采用子孔径拼接技术，每次仅测量被测硅片的一部分形貌，通过子孔径拼接技术实现全口径测量，也扩大了测量动态范围，见在先技术3(UnitedStates Patent 8068234B2,Method and apparatus for measuring shape or thicknessinformation of a substrate，2009)。在先技术2和在先技术3虽然增大了测量动态范围，却牺牲了测量效率，降低了测量速度，影响系统产率；并且，测量过程的延长，也会影响干涉仪的检测精度。

为了在提高测量动态范围的同时，提高测量效率，在先技术4(United StatesPatent 7369251B2,Full-field optical measurements of surface properties ofpanels,substrates and wafers,2004)和在先技术5(United States PatentApplications20140293291A1,Wafer Shape and Thickness Measurement SystemUtilizing Shearing Interferometers，2014)采用剪切干涉仪进行硅片形貌测量。但是，一方面，由于干涉仪光学系统接收光的角度范围增大，导致测量系统误差增大，且难以标定，因此系统检测精度难以保证。另一方面，剪切干涉仪检测空间分辨率和信噪比与剪切量相关，也难以同时保证检测空间分辨率和信噪比。