[发明专利]一种镜头组安装组件以及具有该组件的光学测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种多光学系统共焦测量或成像的实现，尤其涉及半导体大规模集成电路制造和检测设备上的测量、成像和加工模块。

背景技术

在半导体大规模集成电路的制造和检测工艺中，经常需要使用多个光学系统(即多个独立光路)对晶圆上某一点进行量测、成像或加工，下面以测量设备为例：

通常的做法有两种：一种是测量点不动，依次移动各个或各组测量系统对焦到测量点进行测量，一个或一组测量系统测量完后，将其移离测量点，再将下一个或下一组测量系统移到测量点进行测量，直到完成所有系统的测量；另一种方法是将各个测量系统空间位置固定，在系统内依次排开，不断移动晶圆，使其上的测量点依次运动到各个测量系统的焦点位置，分步进行测量。

这两种方法因为要移动被测晶圆或各个测量系统，需要不停进行对焦，一方面要求运动平台具有较高的运动可靠性、重复定位精度和使用寿命，因而其成本相对较高；另一方面，量测周期包含多个对焦动作和运动，在短时间内完成的难度高，从而影响测量效率。

发明内容

本发明将各个光学系统的物镜结合在一个基座中，该基座通过机械加工达到初始定位精度，再通过附设精密调节机构和光学对准方法，调整各个物镜焦点(即，各光路测量点)实现共焦测量。

为达成上述目的，本发明的镜头组安装组件，其包括：基座、定位光路镜头组、至少两个检测光路镜头组和可观测光路镜头组。其中，该定位光路镜头组安装到所述基座上，用于定位位于所述基座下方的待测元件的共焦面；该至少两个检测光路镜头组均安装到所述基座上，用于不同光路的检测；该可观测光路镜头组安装到所述基座上，当所述至少两个检测光路镜头组的一个检测所述待测元件时，通过所述可观测光路镜头组，由所述检测光路镜头组的成像是可观测的；其中，所述至少两个检测光路镜头组和所述可观测光路镜头组的焦点是相同的并且限定在所述共焦面上。

具体地，所述定位光路镜头组被布置成其光轴与所述共焦面垂直。

具体地，每个所述检测光路镜头组包括入射镜头组和反射镜头组，所述入射镜头组和所述反射镜头组被布置成所述入射镜头组的光轴和所述反射镜头组的光轴相对于与所述共焦面垂直并经过所述焦点的直线对称。

具体地，所述基座限定有多个通向其底部的通孔，所述定位光路镜头组、所述入射镜头组、所述反射镜头组和所述可观测光路镜头组均分别被安装到各个通孔内。

具体地，该镜头组安装组件还包括备用观测光路镜头组，其安装到所述基座上，用于与所述可观测光路镜头组可替换地对经由至少两个检测光路镜头组的一个的成像预观测。

具体地，该待测元件为半导体晶圆。

优选地，所述定位光路镜头组、每个所述检测光路镜头组和／或所述可观测光路镜头组包括光学调节组件，所述光学调节组件包括以下元件：调节压圈，其耦接到对应的镜头组以沿光轴方向调节对应的镜头组的焦距；锁紧压圈，其与所述调节压圈是可互锁的以锁定对应的镜头组；陶瓷垫圈或压电陶瓷元件，其设置在所述调节压圈和对应的镜头组之间；弹性元件，其设置在基座内并偏置对应的镜头组。

具体地，所述定位光路镜头组、检测光路镜头组和可观测光路镜头组的至少其中之一者具有角度调节结构，其用于调节对应的镜头组的光轴与所述基座的相对角度。

根据本发明的另一个目的，公开了一种光学测量系统，其包括：光源模块，其发出预定波长值或预定波长范围的光线；入射模块，其对从所述光源模块发出的光线进行预处理；镜头安装组件，如前所述，来自所述入射模块的光线经由对应的镜头组投射到所述待测元件上再从对应的镜头组反射出去；出射模块，其接收来自所述对应的镜头组的反射光线并进行后处理；以及成像模块，其接收来自所述出射模块的光线并进行成像。

具体地，所述入射模块和出射模块包括准直光学元件、滤光元件、聚焦光学元件、散焦光学元件、偏振光学元件、验偏光学元件至少其中之一者。

具体地，所述成像模块包括光谱仪和图像传感器至少其中之一者。

具体地，所述光学测量系统包括4组所述检测光路镜头组。

本发明可以利用精密加工或特殊加工的基座，安装各组镜头组并进行初步的精密定位和导向，即，基座作为各个镜头组的公共定位基准使用，并且在该基座上加工出本发明的镜头组安装组件相对于外部的用于安装和定位的基准特征；再利用每个镜头组中的镜头调节单元对各镜头组进行微细调节和固定、锁紧，使各个镜头组以高精度实现共焦点或共焦面测量或成像，从而实现系统测量功能。