本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種基于光纖式差分的晶圓片快速測厚系統(tǒng)，包括光源模塊、分束模塊、測量路、參考路、探測器模塊和主控模塊，其中：光源模塊，用于產(chǎn)生近紅外光束并輸出；測量路，用于將測量光束匯聚入射至待測晶圓片樣品上形成小光斑，并使待測晶圓片反射的反射光返回至分束模塊后進入探測器模塊，在測量路上設(shè)置有測量路快門；參考路，用于將參考光束匯聚入射至參考樣品上形成小光斑，并使被參考樣品反射的反射光返回至分束模塊后進入探測器模塊，在參考路上設(shè)置有參考路快門；探測器模塊，包括近紅外高分辨力光譜儀。本發(fā)明專利技術(shù)同時提供一種采用上述系統(tǒng)的晶圓片快速測厚方法。上述系統(tǒng)的晶圓片快速測厚方法。上述系統(tǒng)的晶圓片快速測厚方法。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
基于光纖式差分的晶圓片快速測厚系統(tǒng)及方法
[0001]本專利技術(shù)涉及光學(xué)測量領(lǐng)域，特別涉及一種基于光纖式差分反射光譜的晶圓片測厚系統(tǒng)和方法。
技術(shù)介紹
[0002]廣泛應(yīng)用于MEMS、微電子中的SOI發(fā)展和制造面臨獨特的挑戰(zhàn)，其中較為重要的是對硅晶圓厚度的測量。當前光學(xué)測量晶圓厚度方法主要是采用光學(xué)干涉的方法，厚度測量的范圍主要取決于使用光波長和探測器分辨力的限制。以硅片為例，由于探測器的限制，目前商用的厚度快速測量儀很難兼顧晶圓片在減薄過程中大范圍厚度測量的需求：一種是對于薄硅片的測量，選用寬光譜的近紅外光源以及大量程低分辨力的探測器；另一種是對于厚硅片的測量，選用窄帶的近紅外光源以及小量程高分辨力的探測器。
技術(shù)實現(xiàn)思路
[0003]有鑒于此，本專利技術(shù)的目的是提供一種精準、快速、結(jié)構(gòu)簡單基于差分的用于大量程微米級晶圓片快速厚度測量系統(tǒng)。技術(shù)方案如下：
[0004]一種基于光纖式差分的晶圓片快速測厚系統(tǒng)，包括光源模塊、分束模塊、測量路、參考路、探測器模塊和主控模塊，其中：
[0005]光源模塊，用于產(chǎn)生近紅外光束并輸出；
[0006]測量路，用于將測量光束匯聚入射至待測晶圓片樣品上形成小光斑，并使待測晶圓片反射的反射光返回至分束模塊后進入所述的探測器模塊，在測量路上設(shè)置有測量路快門；
[0007]參考路，用于將參考光束匯聚入射至參考樣品上形成小光斑，并使被參考樣品反射的反射光返回至分束模塊后進入所述的探測器模塊，在參考路上設(shè)置有參考路快門；
[0008]探測器模塊，用于采集待測晶圓片樣品反射的反射光以及參考樣品反射的反射光的波長對應(yīng)光強數(shù)據(jù)；探測器模塊包括近紅外高分辨力光譜儀；
[0009]分束模塊，用于將光源模塊輸出的光傳輸給測量路和參考路，以及將測量路和反射路反射的反射光傳輸給探測器模塊；
[0010]主控模塊，用于對測量系統(tǒng)光源模塊、探測器模塊、測量路參考路通斷的控制，以及對探測器模塊采集到的光強數(shù)據(jù)進行處理運算，從而計算晶圓片厚度。
[0011]進一步地，光源中心波長為1550nm，帶寬40nm；近紅外高分辨力光譜儀的工作波段為1510nm至1595nm。
[0012]進一步地，，分束模塊3可選用2X2光纖分光器。
[0013]本專利技術(shù)同時提供利用所述的基于光纖式差分的晶圓片快速測厚系統(tǒng)實現(xiàn)的厚度測量方法，包括以下步驟：
[0014]步驟A：將經(jīng)過測量路聚焦透鏡的光束垂直照射在待測晶圓片，并進行對焦操作，將經(jīng)過參考聚焦透鏡的光束垂直照射在已知反射率的標準樣品上，同樣進行對焦操作；
[0015]步驟B：確定待測晶圓片的光學(xué)常數(shù)，并根據(jù)光源中心波長和帶寬計算出待測晶圓片的群折射率n
g
；
[0016]步驟C：主控模塊控制測量路和參考路快門通斷，以利用探測器模塊采集的光譜數(shù)據(jù)，對于較厚待測晶圓片，探測器模塊只采集測量路待測晶圓片的反射光譜數(shù)據(jù)；對于薄待測晶圓片，探測器模塊分時采集待測晶圓片的反射光譜數(shù)據(jù)以及參考樣品的反射光譜數(shù)據(jù)；
[0017]其中，已知待測晶圓片的設(shè)計厚度為h
厚
，判斷待測晶圓片為較厚待測晶圓片還是較薄待測晶圓片的方法如下：
[0018]設(shè)近紅外高分辨力光譜儀的測量波長最小值為λ1，最大值為λ2是光譜儀波長的最大值，若
[0019][0020]則判斷待測晶圓片為較厚待測晶圓片，否則，判斷待測晶圓片為較薄待測晶圓片；
[0021]步驟D：主控模塊根據(jù)探測器模塊采集的反射光譜數(shù)據(jù)，通過運算表征待測晶圓片厚度。
[0022]進一步地，步驟C中，包含以下子步驟：
[0023]子步驟C1：對于較厚待測晶圓片，主控模塊控制測量路快門打開，參考路快門關(guān)閉，以采集較厚待測晶圓片的反射光譜數(shù)據(jù)；
[0024]子步驟C2：對于較薄待測晶圓片，主控模塊控制測量路、參考路快門分時交替打開，以采集較薄待測晶圓片反射光譜數(shù)據(jù)以及參考樣品反射光譜數(shù)據(jù)。
[0025]進一步地，步驟D具體為：
[0026]對于所采集的較厚的待測晶圓片的反射光譜數(shù)據(jù)，利用傅里葉變換到頻域，進行厚度提取；
[0027]對于較薄的待測晶圓片，根據(jù)步驟B中已測的光學(xué)常數(shù)建立待測晶圓片差分反射率模型；根據(jù)探測器模塊采集的測量路和參考路兩路反射光譜數(shù)據(jù)計算出待測晶圓片的差分反射信號；然后通過差分反射率模型擬合待測晶圓片差分反射信號計算出較薄的待測晶圓片的厚度。
[0028]本專利技術(shù)基于光纖式差分光譜反射測量方法，以多模式混合測量為技術(shù)特色，解決了大厚度范圍硅片測量難點，測量系統(tǒng)僅需一個探測器，測量裝置簡單，具有較高的空間分辨率，便于集成到半導(dǎo)體裝備現(xiàn)場，本專利技術(shù)的基于光纖式差分反射光譜的晶圓片測厚系統(tǒng)和方法及方法至少具有一下有益效果其中之一或其中一部分：
[0029](1)能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍晶圓片厚度的快速測量；
[0030](2)裝置簡單，易于集成
[0031](3)利用參考路，可以有效的抑制光強引起的測量誤差
附圖說明
[0032]圖1為本專利技術(shù)實施例基于差分的測厚系統(tǒng)的示意圖；
[0033]圖2為本專利技術(shù)實施例基于差分的測厚方法的流程框圖。
[0034]上述附圖中，附圖標記含義如下：
[0035]1?
近紅外光源
???????2?
2x2分叉光纖
[0036]3?
探測器模塊
???????4?
測量路聚焦透鏡
[0037]5?
測量路快門
???????6?
待測樣品固定裝置
[0038]7?
參考路聚焦透鏡
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參考路快門
[0039]9?
參考樣品固定裝置
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10
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主控模塊
具體實施方式
[0040]本專利技術(shù)提供了一種基于光纖式差分反射光譜的晶圓片測厚系統(tǒng)和方法，將光源輸出的光通過分叉光纖、聚焦透鏡與快門，分別組成測量路和參考路，能夠?qū)崿F(xiàn)對薄待測樣品以及厚待測樣品厚度的精確測量，以及在減薄過程中的實時測量。
[0041]本專利技術(shù)提供的基于光纖式差分反射光譜的晶圓片測厚系統(tǒng)和方法，可對正在減薄過程中的晶圓片實現(xiàn)實時測量，測量厚度范圍的量程在(1μm～1mm)；該系統(tǒng)包括光源模塊、探測器模塊、分束模塊、測量路、參考路和主控模塊；其中，光源模塊，用于產(chǎn)生近紅外光束并輸出；測量路，用于將測量光束匯聚入射至晶圓片樣品上形成小光斑，并使被待測樣品反射的反射光返回至測量測量分束模塊后進入所述的探測器模塊；參考路，用于將參考光束匯聚入射至參考樣品上形成小光斑，并使被參考樣品反射的反射光返回至測量分束模塊后進入所述的探測器模塊；分束模塊，用于連接光源模塊，探測器模塊，將光源模塊輸出的光傳輸給測量路和參考路，以及將測量路和反射路反射的反射光進行接受并傳輸給探測量模塊；主控模塊，用于對測量系統(tǒng)光源模塊、本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于光纖式差分的晶圓片快速測厚系統(tǒng)，包括光源模塊、分束模塊、測量路、參考路、探測器模塊和主控模塊，其中：光源模塊，用于產(chǎn)生近紅外光束并輸出；測量路，用于將測量光束匯聚入射至待測晶圓片樣品上形成光斑，并使待測晶圓片反射的反射光返回至分束模塊后進入所述的探測器模塊，在測量路上設(shè)置有測量路快門；參考路，用于將參考光束匯聚入射至參考樣品上形成小光斑，并使被參考樣品反射的反射光返回至分束模塊后進入所述的探測器模塊，在參考路上設(shè)置有參考路快門；探測器模塊，用于采集待測晶圓片樣品反射的反射光以及參考樣品反射的反射光的波長對應(yīng)光強數(shù)據(jù)；探測器模塊包括近紅外高分辨力光譜儀；分束模塊，用于將光源模塊輸出的光傳輸給測量路和參考路，以及將測量路和反射路反射的反射光傳輸給探測器模塊；主控模塊，用于對測量系統(tǒng)光源模塊、探測器模塊、測量路參考路通斷的控制，以及對探測器模塊采集到的光強數(shù)據(jù)進行處理運算，從而計算晶圓片厚度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓片快速測厚系統(tǒng)，其特征在于，光源中心波長為1550nm，帶寬40nm；近紅外高分辨力光譜儀的工作波段為1510nm至1595nm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓片快速測厚系統(tǒng)，其特征在于，分束模塊3可選用2X2光纖分光器。4.利用權(quán)利要求1所述的基于光纖式差分的晶圓片快速測厚系統(tǒng)實現(xiàn)的厚度測量方法，包括以下步驟：步驟A：將經(jīng)過測量路聚焦透鏡的光束垂直照射在待測晶圓片，并進行對焦操作，將經(jīng)過參考聚焦透鏡的光束垂直照射在已知反射率的標準樣品上，同樣進行對焦操作；步驟B：確定待測晶圓片的光學(xué)常數(shù)，并根據(jù)光源中心波長和帶寬計算出待測晶...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：胡春光，王子政，孫新磊，翟聰，劉亦辰，袁禹聰，姚程源，
申請(專利權(quán))人：天津大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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