[发明专利]一种宽光谱椭偏测量设备

说明书

本发明提供了一种宽光谱椭偏测量设备，包括工件台、发射宽波段光束的宽光谱光源、入射光调整组件、光束汇聚模块、对准系统、控制系统和探测器；入射光调节组件将宽波段光束分解为至少两束不同波长光束，并调整不同波长光束的传输方向；光束汇聚模块用于汇聚不同波长的光束以在样品表面形成不同量测光斑；对准系统用以获取量测光斑在样品表面的分布信息；控制系统基于分布信息调整工件台、光束汇聚模块、入射光调节组件中的至少一种；探测器收集不同波长的光束经待测样品后的反射和/或散射光束，以获取测量信息。通过本申请，缩小了量测光斑的尺寸，提高了对样品表面形貌参数量测数据的准确性及重复性。

技术领域

本发明涉及光学设备技术领域，尤其涉及一种宽光谱椭偏测量设备。

背景技术

椭偏仪是一种用于探测薄膜厚度、光学常数以及材料微结构的光学测量设备。为满足待测样品1基于自身的材料体系和结构的测量限制，需要向待测样品1入射含有波长覆盖紫外线波段至红外线波段的宽光谱光线。宽光谱光线能够覆盖更多的材料体系和结构，因此能够对不同材料及结构的待测样品1予以灵敏地检测。同时，由于椭偏仪进行光学检测时与待测样品1非接触，且对待测样品1没有破坏且不需要真空，因此使用宽光谱作为光源的宽光谱椭偏仪已成为一种主流的椭偏测量设备。

参图1所示出的现有技术中的一种宽光谱椭偏仪。宽光谱光源10发出的宽光谱出射光通过光纤射入起偏系统11后，经过透镜17汇聚后会在待测样品1(例如晶圆等半导体器件)的表面后发生反射。反射光束透过透镜16后穿过检偏系统30后被探测器40所捕获，同时通过对准系统20基于图像匹配以确保穿过透镜16后的出射光线对准指定的量测Pad区域。最终，由探测器40对自Pad区域所反射形成的反射光束并在穿过透镜16后进行光谱分析，以实现对待测样品1所具有的膜厚及关键尺寸(CD)予以测量。

晶圆在前道制程完成后会在圆形硅片表面形成多个规则排布且尺寸非常小的Pad区以矩阵形式执行逐点检测。而形状为矩形的Pad区的尺寸非常小，通常Pad区域的最大边长只有100微米左右。因此，在使用宽光谱椭偏仪在测量过程中就必须保证倾斜射向晶圆的光斑必须集中在量测Pad区域范围内。然而，由于入射光束覆盖宽光谱，从而导致不同波长的光线透过透镜17后所形成的焦点不可能在同一聚焦平面，并基于色散效应而导致光斑形状较大而超出量测Pad区域的不良情况。例如，参图2所示，入射光束在像面上形成的椭圆形光斑的长轴长度约为206微米，该椭圆形光斑已经明显超过了量测Pad区域。为此，为解决前述问题，现有技术中的宽光谱椭偏仪通常在起偏系统11的光路中增加狭缝的方式对光斑尺寸予以截取。然而，在实际使用中发现经过狭缝截取所形成的光斑尺寸依然较大。从而，导致现有技术中的宽光谱椭偏仪对Pad区域的量测数据的准确性和重复性不佳。

有鉴于此，有必要对现有技术中的宽光谱椭偏仪予以改进，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于揭示一种宽光谱椭偏测量设备，用以解决现有技术中宽光谱椭偏测量设备所存在的前述缺陷，并尤其为降低在待测样品表面所形成的光斑的尺寸，以提高对待测样品执行膜厚、关键尺寸等形貌参数测量的准确性及重复性。

为实现上述目的，本发明提供了一种宽光谱椭偏测量设备，包括工件台、宽光谱光源、入射光调整组件、光束汇聚模块、对准系统、控制系统和探测器；

所述工件台用于承载并带动待测样品；

所述宽光谱光源用于发射宽波段光束；

所述入射光调节组件将所述宽波段光束分解为至少两束不同波长光束，并调整所述不同波长光束的传输方向；

所述光束汇聚模块用于汇聚所述不同波长的光束以在所述样品表面形成不同量测光斑；

所述对准系统用以获取所述量测光斑在所述样品表面的分布信息，所述分布信息包括光斑位置、光斑尺寸；