[发明专利]一种反射式样品形貌测量装置及方法

说明书

本发明提供了一种反射式样品形貌测量装置及方法。所述装置包括：顺次设置的照明组件、投影标记组件、投影光学组件、探测光学组件、探测标记组件、和数据采集组件；并在所述投影光学组件和所述探测光学组件之间的光路上设置待测样品。通过对投影光学组件和探测光学组件的优化设计，实现了成像质量高、结构紧凑、无色差、不需增加额外调整部件的成像光学系统，该装置及光学系统易于工程实现。

技术领域

本发明涉及一种反射式样品形貌测量装置及方法。

背景技术

在半导体行业，电子束成像、光学检测以及光刻领域，在对样品表面测量或曝光时，需要将样品Z向高度控制在百纳米范围内，因此首先需要对样品表面形貌进行高精度检测。样品Z向高度形貌测量可基于气压、电容、光学等原理。现有技术中基于光学三角法基本原理的测量为：测量光将投影标记以大入射角投射到样品表面，反射光携带样品高度信息被探测器接收，通过测量探测器上的光强或光斑位置变化来计算样品形貌高度。

现有基于光学三角法的测量装置中多采用透射式双远心成像光学系统，为满足宽光谱高成像质量要求，成像系统一般由十多片镜片组成，由于空间结构限制，透射式光路结构、光学设计和光机装配均较复杂；且由于光学元件的制造和装配公差无法将投影标记与探测标记精确对齐，还需要在光路中加入调整单元或调整元件如光楔、平板等。同时，成像光学系统各项像质对测量装置测量精度的影响不明确，无法在设计阶段对成像系统提出明确指标要求。因此需要在建模仿真明确指标需求的基础上，提出一种成像质量满足要求且结构简单、易于工程实现的成像光学系统。

发明内容

(一)要解决的技术问题

如何在建模仿真明确指标需求的基础上，提出一种成像质量满足要求且结构简单、易于工程实现的成像光学系统。

(二)技术方案

为了解决上述问题，本发明一方面提供了一种反射式样品形貌测量装置，所述装置包括：顺次设置的照明组件、投影标记组件、投影光学组件、探测光学组件、探测标记组件、和数据采集组件；并在所述投影光学组件和所述探测光学组件之间的光路上设置待测样品；

其中，所述投影光学组件和所述探测光学组件中均包括凹球面反射镜、凸球面反射镜和平面反射镜；

所述照明组件对投影标记组件进行照射，投影光学组件将投影标记组件的像成像到待测样品表面，探测光学组件将携带待测样品形貌信息的投影标记组件的像成像到探测标记组件上，通过数据采集组件得到待测样品的形貌信息。

可选地，所述投影光学组件包括：第一平面反射镜、第一凹球面反射镜、第一凸球面反射镜和第二平面反射镜；

其中，第一凹球面反射镜和第一凸球面反射镜的球心重合，在第一凸球面反射镜上，且第一凹球面反射镜的焦面设置孔径光阑；

投影标记组件的像依次经过第一平面反射镜、第一凹球面反射镜、第一凸球面反射镜、第一凹球面反射镜、和第二平面反射镜反射后成像到待测样品上。

可选地，所述探测光学组件包括：第三平面反射镜、第二凹球面反射镜、第二凸球面反射镜和第四平面反射镜；

其中，第二凹球面反射镜和第二凸球面反射镜为的球心重合，在第二凸球面反射镜上，且第二凹球面反射镜的焦面设置孔径光阑；

携带待测样品形貌信息的投影标记组件的像依次经过第三平面反射镜、第二凹球面反射镜、第二凸球面反射镜、第二凹球面反射镜、和第四平面反射镜反射后成像到探测标记组件上。

可选地，所述投影标记组件与第一平面反射镜之间的距离为110mm，第一平面反射镜与第一凹球面反射镜之间的距离为273.423mm，第一凹球面反射镜和第一凸球面反射镜之间光束传输距离为190.965mm，第一凹球面反射镜与第二平面反射镜之间的距离为283.421mm，第二平面反射镜与待测样品表面的距离为100mm。