CN116518851A - 光学测量组件、半导体光学膜厚和线宽测量装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学测量组件、半导体光学膜厚和线宽测量装置与方法，所述光学测量组件，包括：光阑底板，所述光阑底板上设置多个通孔，适于根据光学测量的需要选择透光的通孔，其它通孔进行遮蔽。本发明所提供的光学测量组件，能够根据测试需求快速的变换进入测量光路的孔径光阑的通孔，而改变进入测试接收端的光路，从而能够在一次样品测量操作中，快速的对测试样品进行不同入射角，不同方位角的分析。

Description

光学测量组件、半导体光学膜厚和线宽测量装置与方法

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，特别涉及一种光学测量组件、半导体光学膜厚和线宽测量装置与方法。

背景技术

在半导体集成电路的制造中，从开始的晶圆生长，到后期的芯片封装，常用的薄膜有Poly-Si、SiN₂、SiO₂等和包括AI、Cu等在内多种金属膜。利用椭圆偏振法的椭偏量测系统被大量用于各类半导体薄膜的厚度、光学常数、关键尺寸等性质的无损量测。

当光线穿过多层薄膜时,被反射光线的波长会发生变化,而这种变化是由薄膜的厚度所决定的，这称之为椭偏效应。椭圆偏振法就是利用椭圆偏振光入射到样品表面，观察反射光的偏振状态(振幅和位相)的变化，进而得出样品表面膜的厚度及折射率。

而采用椭圆偏振法无法直接得到上述参数，需要在多个测试角度下获取多个测量值，通过数据拟合才能得到这些参数。这是因为椭圆偏振为间接量测的技术，也就是说，一般测得的数据并不能直接转换为样品的光学常数，通常需要建构模型来进行分析，并考虑所有各层之各别的光学常数如(折射率或介电常数)及厚度，且依正确的层次顺序建立。再借由多次最小方差法最适化，变动未知的光学常数及(或)厚度参数，以之代入菲涅耳方程计算求得其对应偏椭参数的数值。最后，所得最接近实验数据之偏椭参数数值，其参数来源的光学常数及(或)厚度可视为此量测之最适化结果。

而不同样品对于不同测试角也有不同的敏感度。在传统方式中，如果更换测试样品，意味着需要对椭圆偏振仪进行相应的调节，再针对性的做测试，得到某一种样品的测试结果，再对椭圆偏振仪进行调节。这样的测试操作非常不灵活，并且效率非常低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供可实时调节光学参数、灵活应对多种测试样品需求的光学检测装置。

为了解决这个技术问题，本发明提供一种光学测量组件，包括：

光阑底板，所述光阑底板上设置多个通孔，适于根据光学测量的需要选择透光的通孔，其它通孔进行遮蔽。

优选地，还包括：

通孔选择单元和驱动单元；

所述通孔选择单元适于根据测试需求提供通孔选择信号或者光阑移出信号；

所述驱动单元适于根据所述通孔选择信号驱动所述光阑底板，以将需要透光的通孔移动进入光学测量系统的光路，或者，根据所述光阑移出信号将所述光阑底板移出光路，以减少对光学测量系统的干扰。

优选地，所述多个通孔在所述光阑底板为圆周排布。

优选地，所述驱动单元包括旋转电机，适于驱动所述光阑底板绕着所圆周排布的圆心转动，以将需要透光的通孔转入所述光学测量系统的光路。

优选地，所述驱动单元包括直线电机，适于驱动所述光阑底板进行水平或者垂直方向的移动，以将需要透光的通孔移入所述光学测量系统的光路或者将所述光阑底板移出所述光学测量系统的光路。

优选地，所述多个通孔为不同孔径或/不同形状的通孔。

本发明还提供了一种半导体光学膜厚和线宽测量装置，包括：光源、物镜单元和出射光接收端；所述光源和所述出射光接收端之间包括如上所述的薄膜光学测量组件。

优选地，

所述光源和所述物镜单元之间包括如上所述的薄膜光学测量组件，或，

所述物镜单元和出射光接收端之间包括如上所述的薄膜光学测量组件。

优选地，所述物镜单元为反射式镜头，包括入射镜头和接收镜头，位于光学测量的测量平面上方；

所述入射镜头接受光源发射的光，并将其传播至测量平面；

所述接收镜头接受测量平面反射出的光；

所述入射镜头和所述接收镜头在光学测量的光路中调试对准后固定设置，且所述入射镜头和所述接收镜头对称设置。

优选地，所述物镜单元的数值孔径范围(NA)为0-0.23。

优选地，所述光源的波段为190nm-2000nm。

优选地，还包括入射端单元，以将所述光源的光传输至物镜单元，所述入射端单元为反射式结构，包括2～4片反射镜。

优选地，所述光源和所述入射端单元之间通过光纤耦合或空间耦合。

优选地，所述光源和所述薄膜光学测量组件之间还包括起偏单元，所述起偏单元包括起偏调节驱动单元和起偏器，所述起偏调节驱动单元适于带动所述起偏器以调节所述起偏器的角度。

优选地，所述出射光接收端为一个或者多个。

优选地，所述出射光接收端包括抛物镜和光谱仪，所述抛物镜收集从测量平面反射出的光，并将其反射至对应的光谱仪中，以进行光谱波动的分析，从而得到测试样品信息。

优选地，所述出射光接收端还包括分光棱镜，所述分光棱镜将从测量平面反射出的光分为紫外可见波段和红外波段，紫外可见波段的光进入紫外光路的抛物镜和对应的紫外光谱仪，所述红外波段的光进入红外光路的抛物镜和对应的红外光谱仪。

优选地，所述出射光接收端还包括反射镜，所述反射镜将从测量平面反射出的光反射入对应测试光路上的抛物镜和光谱仪。

本发明还提供了一种半导体光学膜厚和线宽测量方法，包括：

提供如上所述的半导体光学膜厚和线宽测量装置；

提供测试材料至测试台；

根据测试需求选择测试角，从而选择所述光学测量组件中需要透光的第一通孔进入入射光路；测试角包括入射角和/或方位角。

优选地，还包括：根据测试需求选择另一测试角，从而选择所述光学测量组件中需要透光的第二通孔进入入射光路。

优选地，所述测试角的角度范围的上限为所述物镜单元的上方入射角度与被测物平面的夹角，所述测试角度范围的下限为所述物镜单元的下方入射角度与被测物平面的夹角之间。

优选地，还包括：

根据测试需求选择对应的出射光接收端。

优选地，所述出射光接收端为一个或者并行的多个。

相对于现有技术，本发明中所提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明所提供的光学测量组件能够根据需求实时调节所述光阑底板，从而选择进入测试光路的通孔，孔径的大小可以切换，实现不同孔径角度下的不同入射NA值。从而实现对光路孔径和入射角度精确控制。

本发明所提供的半导体光学膜厚和线宽测量装置，在系统中加入了光学测量组件，能够实现孔径光阑的灵活选择。通过切换选择使用不同大小、方位或/和形状的孔径光阑加入在测量系统的光路中，实现了对光路NA和入射角的选择，可以在不改变原光路角度的情况下，通过切换孔径光阑实现多入射角度切换和样品信息采集，效率高，测量准。另外一方面，本发明所提供的半导体光学膜厚和线宽测量装置可以通过灵活改变光路入射角度，能够获得不同角度下样品的不同测量参数的特性，能够更好、更准确的反应样品的信息。

进一步的，本发明所提供半导体光学膜厚和线宽测量装置的出射光接收端处可以根据不同孔径、方位或/和形状的的孔径光阑的选择，采用多光纤耦合，将不同入射角的样品信息耦合到不同光纤束中，同时输入到不同光谱仪或者探测器上，实现了不同的系统配置的测量，可以快速拿到更多、更全的样品信息。

进一步的，本发明所提供半导体光学膜厚和线宽测量装置通过使用反射式物镜，适用宽光谱无色差设计，能够获得了更小的测量光斑，更稳定、精确的测量焦点。实现了更小的光斑设计，更精确的焦点。

进一步的，本发明所提供半导体光学膜厚和线宽测量装置中光路整体采用反射式无色差结构设计，包括取光部分，镜头部分和接收部分，解决了宽光谱采集，可将光谱范围扩宽，兼容紫外到红外。

进一步的，本发明所提供的半导体光学膜厚和线宽测量方法通过在不同材料测量不同参数时，根据测试需求选择不同的合适的测试角的角度，可以同时得到多组测试数据，明显大大的提升测量的准确性和效率。

附图说明

图1至图4位为本发明的实施例中所提供的一种光学测量组件的结构示意图；

图5为本发明的实施例中所提供的半导体光学膜厚和线宽测量装置；

图6为图5所示的半导体光学膜厚和线宽测量装置中物镜单元5的具体结构示意图；

图7为图5所示的实施例中光学测量组件不同的通孔选择对应不同的探测器的示意图；

图8为图5所示的的实施例中一个具体的出射光接收端的实施情况的结构示意图；

图9为本发明的实施例中所提供的半导体光学膜厚和线宽测量方法的流程图；

图10为本发明所提供的实施例中进行测试的一个半导体器件结构的截面图；

图11为本发明的实施例中对两种材料在不同测试角角度下不同测量参数的相关性的柱形图。

以上附图各部位表示如下：100光阑底板

11通孔

11a通孔

11b通孔

11c通孔

11d通孔

901通孔选择单元

902驱动单元

1光源

5物镜单元

7出射光接收端

4光学测量组件

2入射端单元

3起偏单元

6验偏器

8样品台

55入射镜头

56出射镜头54被测物平面A1光路的主入射角度A2光路的上方入射角度A3光路的下方入射角度K1探测器K2探测器K3探测器K4探测器

72分光棱镜L1平行光束74紫外光路的抛物镜

73紫外可见波段接受仪

76红外光路的抛物镜

75红外可见波段接受仪

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。

本发明的技术方案提供了一种光学测量组件，能够根据测试需求快速的变换进入测量光路的孔径光阑的通孔，而改变进入测试接收端的光路，从而能够在一次样品测量操作中，快速的对测试样品进行不同入射角，不同方位角的分析。在椭偏测试中，不同的孔径的孔径光阑和入射光的入射角度也对样品有着不同的敏感度。按照本发明的设计，可以快速的根据需要切换不同的孔径光阑的孔径和形状，从而改变进入测试接收端的光路，快速获取多组测试数据，以便于综合数据进行分析，得到精准的测量结果。

实施例1

图1至图4提供了一种光学测量组件的结构示意图。具体的，在本实施例中，参考图1至图4所示，本发明的实施例中提出了一种光学测量组件，包括：

光阑底板100，所述光阑底板100上设置多个通孔11，适于根据光学测量的需要选择透光的通孔11，其它通孔11进行遮蔽。

具体的，在本实施例中，所述通孔11环绕一个圆周进行均匀排布，并且在不同位置处的通孔的孔径大小不同。进一步的，所述多个通孔11的形状也可以根据测试需求设置不同的形状，比如圆形、方形、菱形、等边多边形等。所述通孔的孔径大小和形状的设置根据预设的测试设备的测试量程，测试种类，测试光路等需求而进行预设。在其它实施例中，所述通孔11的排布方式也可以是其它形式，比如阵列式排布，线性排布等。本发明对此不做限定。

在进行选定的测试的时候，根据需要，选择将需要透光的通孔11进入测试光路，其它通孔进行遮蔽或者离开测试光路。这样的设置，可以仅通过改变光阑底板100上透光的通孔从而实现快捷的选择测试光路，不用变更别的设备。

具体的，本实施例中需要透光的通孔11在本实施例所在的光学系统或者光学设备中起到的作用是孔径光阑。按照光学理论：光学零件的直径是有一定大小的，不可能让任意大的光束通过，而实际光学系统总是对一定孔径的光束成像。因此，必须有一个光孔(可能是一个透镜框，也可能是一个专门设置的光阑)限制着光束的大小。这个光孔就叫做孔径光阑。

进一步的，参考图3至图4所示，在本实施例中，所述光学测量组件还包括：

通孔选择单元901和驱动单元902；

所述通孔选择单元901适于根据测试需求提供通孔选择信号或者光阑移出信号；

所述驱动单元902适于根据所述通孔选择信号驱动所述光阑底板100，以将需要透光的通孔11移动进入光学测量系统的光路，或者，根据所述光阑移出信号将所述光阑底板100移出光路，以减少对光学测量系统的干扰。

具体的，所述通孔选择单元901可以为所述光学测量组件应用的光学测试系统的上位机，所述上位机根据测试需求判断需要什么孔径，什么形状的通孔进入测试光路作为孔径光阑，将所述需求对应测量系统中存储的不同通孔的编码，比如在本实施例中，不同孔径的通孔11包括：通孔11a、通孔11b、通孔11c和通孔11d，然后提供所选择的通孔11的编码至驱动单元902。

所述驱动单元902根据所选择的通孔11的编码与当前位置或者当前通孔的差异，移动所述光阑底板100。移动方式可以为旋转移动，竖直移动或者水平移动。

具体的，参考图3所示，本实施例中，所述驱动单元902包括旋转电机，适于驱动所述光阑底板10绕着所圆周排布的圆心转动，以将需要透光的通孔转入所述光学测量系统的光路。

具体的，参考图4所示，本实施例中，所述驱动单元902包括直线电机，适于驱动所述光阑底板100进行水平或者垂直方向的移动，以将需要透光的通孔移入所述光学测量系统的光路或者将所述光阑底板100移出所述光学测量系统的光路。

通过通孔选择单元901和驱动单元902的配合，能够根据需求实时调节所述光阑底板，从而选择进入测试光路的通孔11。操作方便，控制简洁。实现对光路孔径和入射角度精确控制。孔径的大小可以切换，实现不同孔径角度下的不同入射NA值。

实施例2

本发明还提供了一种半导体光学膜厚和线宽测量装置。图5所示为本实施例所提供的半导体光学膜厚和线宽测量装置。在一种具体的实施例情况中，所示半导体光学膜厚和线宽测量装置主要利用椭圆偏振法的原理进行半导体膜厚或者线宽测量。

参考图5所示，所述半导体光学膜厚和线宽测量装置包括：光源1、物镜单元5和出射光接收端7；所述光源1和所述出射光接收端7之间包括如上所述的薄膜光学测量组件4。

具体的，结合图5所示，本实施例提供的半导体光学膜厚和线宽测量装置还包括：入射端2、起偏器3、验偏器6和样品台8。

在具体的应用中，所述薄膜光学测量组件4可以位于所述光源1和所述出射光接收端7之间任意需要选择光路的地方。

在本发明的实施例中，系统加入了孔径光阑的选择。使用不同大小、方位的孔径光阑加入在系统光路中进行选择和切换，实现了对光路NA和入射角的选择。

进一步的，在本实施例中，在入射光路或出射光路中，用直线电机和旋转电机带动光阑移动，可实现在不改变整体光路原有角度的情况下，选择光路的NA和入射角，通过计算不同的入射角，对被测样品起到更精确的测量。

该设计更加灵活，改变光路入射角度，可使得不同角度下样品的特性不同，更好、更准确的反应样品的信息。

具体的，在优选的实施例中，所述光源1和所述物镜单元5之间包括如上所述的薄膜光学测量组件4，或者，所述物镜单元5和出射光接收端7之间包括如上所述的薄膜光学测量组件4。

所述光源1和所述物镜单元5之间包括如上所述的薄膜光学测量组件4的方式，为在物镜单元5的入射侧进行入射光的选择。

所述物镜单元5和出射光接收端7之间包括如上所述的薄膜光学测量组件4的方式，为在物镜单元5的出射侧和所述出射光接收端7之间进行进入到所述出射光接收端7中进行分析的出射光的选择。

在以上两种方式中，都能够通过改变光学测量组件4中进入测量光路的孔径光阑的通孔11，快速的改变出射光接收端能够接收到的，进行测量分析的出射光，都能够快速的切换，得到不同角度下样品的不同特性，更好、更准确的反应样品的信息。

在图5所示的实施例中，以所述光源1和所述物镜单元5之间包括如上所述的薄膜光学测量组件4为具体实施例阐述本发明的重点，以便于充分理解本发明。但是本方案的保护范围不以有限的具体实施例的限制，本领域技术人员可以在违背本发明内涵的情况下，在所述光源1和所述物镜单元5之间包括如上所述的薄膜光学测量组件4的各种实施例进行推演实施，均属于本发明的保护范围。

在本实施例中，光源1选用氙灯光源，包含从190nm-2000nm的波段，选用抗紫外衰老光纤耦合进系统。具体的，在其它实施例中，也可以选用宽波段光源(涵盖190nm-2500nm范围，甚至更宽)，也可以将不同波段，宽光谱或者激光等光源耦合进光路中，实现光谱选择。

在本实施例中，还包括入射端单元2，以将所述光源1的光传输至物镜单元。所述入射端单元为反射式结构，包括2～4片反射镜，结构简单，光能损失少，同时实现无色差。

在本实施例中，在优选的实施例中，所述光源和所述薄膜光学测量组件之间还包括起偏单元3，所述起偏单元3包括起偏调节驱动单元和起偏器，所述起偏调节驱动单元适于带动所述起偏器以调节所述起偏器的角度，选择角度更加精确。具体的，所述起偏单元3可以为宽波段起偏器。

在本实施例中，通过还包括光学测量组件4作为孔径选择器选择将需要透光的通孔11进入测试光路，其它通孔进行遮蔽。所述光学测量组件4为薄膜光学测量组件，连接在一个线性的导轨上，不需要使用时可移出光路，减少对系统的干扰。同时光学测量组件4可以实现自转，用马达进行控制，实现对光路孔径和入射角度精确控制。孔径的大小可以切换，实现不同孔径角度下的不同入射NA值。

在本实施例中，还包括物镜单元5，所述物镜单元5是Schwarzschild反射物镜(施瓦西透镜)，入射镜头和接收镜头一样，对准后实现连接固定。对准精度可达到1um内，实现小光斑以及无色差。在本实施例中，使用反射式物镜，适用宽光谱无色差设计，能够获得了更小的测量光斑，更稳定、精确的测量焦点。

参考图6所示，为图5所示的实施例中物镜单元5的具体结构示意图。本实施例中，所述物镜单元5包括对称设置的入射镜头55和出射镜头56，两者位于被测物平面54上方，其中：A1是光路的主入射角度，A2是光路的上方入射角度，A3是光路的下方入射角度。其中，被测物平面54位于高精度的样品台8上表面，配合反射物镜使用，能够提升测量重复精度和稳定性。

在一个具体的实施例中，光路主入射光线与被测物平面54的夹角是59°，根据光束孔径，上方入射角度A2与被测物平面54的夹角是46°，下方入射角度A3与被测物平面54的夹角是72°，即本实施例中，所述物镜单元5可以实现入射角从46°到72°的一个变化。相应的，本实施例中，所述物镜单元5的出射角也可以实现入射角从46°到72°的一个变化。

在其它的实施例中，也可以类推，所述物镜单元5的镜头选用大NA的反射物镜，即所述物镜单元5的入射角和出射角都可以有一个较大范围的变化。进一步的，在优选的实施例中，所述物镜单元的数值孔径范围(NA)为0-0.23。

本实施例中，所述物镜单元5的镜头选用大NA的反射物镜，搭配光学测量组件4对光阑中透光的孔径光阑的角度的选择，可以实现在不改变光路硬件的同时，快速的选择孔径角，实现多配置的光路测量。

在本实施例中，还包括验偏器6，位于物镜单元5的出射端和出射光接收端7之间，所述验偏器6为宽波段验偏器，装配在电机上，可以根据测试的需要选择验偏角度。

在本实施例中，起偏器3和验偏器6优选宽波段起偏器和宽波段验偏器，保证所述半导体光学膜厚和线宽测量装置能够适用较宽的不同波段。

在一个实施例中，出射光接收端7选用一个抛物镜加光谱仪的结构，接收光谱进行分析。将抛物镜和光谱仪预先对准，一起在放置光路中。所述光源和所述入射端单元之间通过光纤耦合或空间耦合。在其它实施例中，所述出射光接收端7也可以为探测器。进一步的，所述出射光接收端为一个或者多个。所述光源和所述入射端单元之间通过光纤耦合或空间耦合。

图7为图5所示的实施例中的半导体光学膜厚和线宽测量装置中，光学测量组件中不同的通孔选择下对应不同的出射光接收端7的示意图。具体的，不同的孔径选择，会带来不同入射角，在接收端即对应不同的出射光接收端7。

参考图7所示，在一个优选实施例中，通孔11a对应探测器K1，通孔11b对应探测器K2，通孔11c对应探测器K3，通孔11d对应探测器K4，以此类推。利用光纤将接收端的光束按不同孔径或者形状的通孔11分别接收，依次对应到探测器上，实现不同孔径不会互相干扰，丰富了系统配置。

在另一个具体的实施例中，也可以按出射光接收端7为光谱仪接收来设计的，不同形状或者孔径的通孔11对应同一个光谱仪，不用采取不同孔径或者形状的通孔11对应不同探测器的实施方式。

图8为图5所示的半导体光学膜厚和线宽测量装置中一个具体的出射光接收端7的实施例的结构图。参考图8所示，其中，所述出射光接收端7包括抛物镜和光谱仪，所述抛物镜收集从测量平面反射出的光，并将其反射至对应的光谱仪中，以进行光谱波动的分析，从而得到测试样品信息。进一步的，在优选的实施例中，所述出射光接收端7还包括分光棱镜72，所述分光棱镜72将从测量平面反射出，且要进入入射进接收端的平行光束L1分为紫外可见波段和红外波段，紫外可见波段的光进入紫外光路的抛物镜74和对应的紫外可见波段接受仪73(可以为紫外可见波段光谱仪或者紫外可见波段探测器)，所述红外波段的光进入红外光路的抛物镜76和对应的红外可见波段接受仪75(可以为红外可见波段光谱仪或者红外可见波段探测器)。

进一步的，在优选的实施例中，也可以将棱镜设计为可移动结构，如果单路光需要增大能量不需要分光时，可将分光棱镜切出光路。

进一步的，具体的，上述分棱镜也可以用全反镜替代，这样能够将光能全部反射到单条支路，实现单路光能量最大化。在优选的实施例中，所述出射光接收端还包括反射镜，所述反射镜替代分光棱镜，将从测量平面反射出的光反射入对应测试光路上的抛物镜和光谱仪。在实际应用中，需要哪个波段或者哪路光束，就可以用传动结构移动所述反射镜，以进行光路切换。

在本实施例所提供的半导体光学膜厚和线宽测量装置，在系统中加入了光学测量组件，能够实现孔径光阑(通孔11)的选择。通过切换选择使用不同大小、方位的孔径光阑(通孔11)加入在系统光路中，实现了对光路NA和入射角的选择。在不改变原光路角度的情况下，通过切换孔径光阑(通孔11)实现多入射角度切换和样品信息采集，效率高，测量准。

进一步的，在入射光路或出射光路中，用旋转电机和平动电机带动光阑移动，可实现在不改变整体光路原有角度的情况下，选择光路的数值孔径范围NA和入射角。使得测量结果能够通过计算不同的入射角，得到被测样品更精确的测量结果。该设计通过灵活改变光路入射角度，可使得不同角度下样品的特性不同，更好、更准确的反应样品的信息。

进一步的，出射光接收端处可以根据不同透光的通孔11的选择，采用多光纤耦合，将不同入射角的样品信息耦合到不同光纤束中，同时输入到不同光谱仪或者探测器上，实现了不同的系统配置的测量，可以快速拿到更多、更全的样品信息。

进一步的，本实施例所提供的半导体光学膜厚和线宽测量装置，通过使用反射式物镜，适用宽光谱无色差设计，能够获得了更小的测量光斑，更稳定、精确的测量焦点。实现了更小的光斑设计，更精确的焦点。

进一步的，本实施例所提供的半导体光学膜厚和线宽测量装置中光路整体采用反射式无色差结构设计，包括取光部分，镜头部分和接收部分，解决了宽光谱采集，可将光谱范围扩宽，兼容紫外到红外。

实施例3

图9为利用实施例2中的半导体光学膜厚和线宽测量装置进行的一个半导体光学膜厚和线宽测量方法，其中包括：

步骤S1：提供如上所述的半导体光学膜厚和线宽测量装置；

步骤S2：提供测试材料至测试台；

步骤S3：根据测试需求，对测试区域选择第一测试角，从而选择所述光学测量组件中需要透光的第一通孔进入入射光路；测试角包括入射角和/或方位角。

在一个优选的实施例中，所述半导体光学膜厚和线宽测量方法还包括：

步骤S4：根据测试需求对同一测试区域选择第二测试角，从而选择所述光学测量组件中需要透光的第二通孔进入入射光路。

结合参考图6所示，所述第一测试角和/或所述第二测试角为入射角和/或方位角，角度范围的上限为所述物镜单元的上方入射角度A2与被测物平面54的夹角，下限为所述物镜单元的下方入射角度A3与被测物平面54的夹角之间。

优选地，还包括：根据测试需求选择对应的出射光接收端。优选地，所述出射光接收端为一个或者并行的多个。

以上测量部分包括现有技术中的偏椭仪测量半导体膜厚的常规操作，本领域技术人员可以在不脱离本发明具有创造性奉献部分的技术方案的基础上，合理推导出本实施例中详细操作方法和步骤。

参考图10和图11所示，图10为一个半导体器件结构的截面图，其中包括第一薄膜层F1、第二薄膜层F2，和位于第二薄膜层F2上的待测栅极G1。

其中，第一薄膜层F1、第二薄膜层F2可以为单晶硅、多晶硅、二氧化硅或氧化铝等半导体衬底上的常见的材料层，待测栅极G1为半导体器件中的光栅结构、晶体管栅极结构、浮栅结构或门栅结构等。以下仅仅以一种具体的实施情况作为范例来阐述本发明的基本原理，而附图所示的结构或者以下文字并不作为本发明可实施的场景的具体限定。

具体的，在本实施例中，图10中的BCD1是光栅结构G1的底边长，SWA1是光栅结构G1下段的侧壁角度，SWA2是光栅结构G1中段的侧壁角度。

图11为多晶硅(poly)和氧化铝(AL₂O₃)两种材料在不同测试角角度下相关性的计算结果。

具体的，在本实施例中，通过选择薄膜光学测量组件4中不同的孔径的通孔11进行透光，选择了3种入射角度，多晶硅(poly)和氧化铝(AL₂O₃)2种材料关于附图10中BCD1和SWA2两种参数的准确性的计算结果。

图11中，横轴为BCD1采用多晶硅poly BCD1，SWA2采用多晶硅poly SWA2，BCD1采用氧化铝(AL₂O₃)AL21O3BCD1和SWA2采用氧化铝(AL₂O₃)AL21O3SWA2四种测量参数分别在55°、65°、70°三种角度的情况；纵轴为进行线性拟合度计算后的比值，其中，纵轴数值越大表示准确度越高。

从图11中可以看出：

多晶硅(poly)材料随着测量角度的不同，整体对角度敏感度相对较低，不同的参数在3种角度下测量结果的准确性都能大于85％，而氧化铝(AL₂O₃)材料则随着测量角度的不同，表现为对角度的敏感度相对较高。

另一方面，BCD1参数对角度的敏感度也略低，在3种入射角度下，多晶硅(poly)和氧化铝(AL₂O₃)两种材料的测量结果的准确性都能大于90％；而SWA2参数对角度的比较敏感，特别是AL₂O₃材料时，在70°角度下的测量准确性显著高于55°和65°两种角度下的测量准确性。

在椭偏仪中,光源的波长会被反射至检测器,检测器会测量反射光线的波长,并计算出薄膜的厚度。椭偏仪通常由光源、测量器和薄膜支架组成,其中光源的波长会被反射至测量器,测量器会测量反射光线的波长,并计算出薄膜的厚度。

本实施例所提供的半导体光学膜厚和线宽测量方法通过在不同材料测量不同参数时，根据测试需求选择不同的合适的入射角度，可以同时得到多组测试数据，明显大大的提升测量的准确性和效率。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，但其并不是用来限定本发明的保护范围。

任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (23)

1.一种光学测量组件，其特征在于，包括：

光阑底板，所述光阑底板上设置多个通孔，适于根据光学测量的需要选择透光的通孔，其它通孔进行遮蔽。

2.根据权利要求1所述的光学测量组件，其特征在于，还包括：

通孔选择单元和驱动单元；

所述通孔选择单元适于根据测试需求提供通孔选择信号或者光阑移出信号；

所述驱动单元适于根据所述通孔选择信号驱动所述光阑底板，以将需要透光的通孔移动进入光学测量系统的光路，或者，根据所述光阑移出信号将所述光阑底板移出光路，以减少对光学测量系统的干扰。

3.根据权利要求1所述的光学测量组件，其特征在于：所述多个通孔在所述光阑底板为圆周排布。

4.根据权利要求3所述的光学测量组件，其特征在于：所述驱动单元包括旋转电机，适于驱动所述光阑底板绕着所圆周排布的圆心转动，以将需要透光的通孔转入所述光学测量系统的光路。

5.根据权利要求2所述的光学测量组件，其特征在于：所述驱动单元包括直线电机，适于驱动所述光阑底板进行水平或者垂直方向的移动，以将需要透光的通孔移入所述光学测量系统的光路或者将所述光阑底板移出所述光学测量系统的光路。

6.根据权利要求1所述的光学测量组件，其特征在于：所述多个通孔为不同孔径或/不同形状的通孔。

7.一种半导体光学膜厚和线宽测量装置，其特征在于，包括：光源、物镜单元和出射光接收端；所述光源和所述出射光接收端之间包括如权利要求1所述的薄膜光学测量组件。

8.如权利要求7所述的半导体光学膜厚和线宽测量装置，其特征在于，

所述光源和所述物镜单元之间包括如权利要求1所述的薄膜光学测量组件，或，

所述物镜单元和出射光接收端之间包括如权利要求1所述的薄膜光学测量组件。

9.如权利要求7所述的半导体光学膜厚和线宽测量装置，其特征在于，所述物镜单元为反射式镜头，包括入射镜头和接收镜头，位于光学测量的测量平面上方；

所述入射镜头接受光源发射的光，并将其传播至测量平面；

所述接收镜头接受测量平面反射出的光；

所述入射镜头和所述接收镜头在光学测量的光路中调试对准后固定设置，且所述入射镜头和所述接收镜头对称设置。

10.如权利要求7所述的半导体光学膜厚和线宽测量装置，其特征在于，所述物镜单元的数值孔径范围为0-0.23。

11.如权利要求7所述的半导体光学膜厚和线宽测量装置，其特征在于，所述光源的波段为190nm-2000nm。

12.如权利要求7所述的半导体光学膜厚和线宽测量装置，其特征在于，还包括入射端单元，以将所述光源的光传输至物镜单元，所述入射端单元为反射式结构，包括2～4片反射镜。

13.如权利要求12所述的半导体光学膜厚和线宽测量装置，其特征在于，所述光源和所述入射端单元之间通过光纤耦合或空间耦合。

14.如权利要求7所述的半导体光学膜厚和线宽测量装置，其特征在于，所述光源和所述薄膜光学测量组件之间还包括起偏单元，所述起偏单元包括起偏调节驱动单元和起偏器，所述起偏调节驱动单元适于带动所述起偏器以调节所述起偏器的角度。

15.如权利要求7所述的半导体光学膜厚和线宽测量装置，其特征在于，所述出射光接收端为一个或者多个。

16.如权利要求7或15所述的半导体光学膜厚和线宽测量装置，其特征在于，所述出射光接收端包括抛物镜和光谱仪，所述抛物镜收集从测量平面反射出的光，并将其反射至对应的光谱仪中，以进行光谱波动的分析，从而得到测试样品信息。

17.如权利要求16所述的半导体光学膜厚和线宽测量装置，其特征在于，所述出射光接收端还包括分光棱镜，所述分光棱镜将从测量平面反射出的光分为紫外可见波段和红外波段，紫外可见波段的光进入紫外光路的抛物镜和对应的紫外光谱仪，所述红外波段的光进入红外光路的抛物镜和对应的红外光谱仪。

18.如权利要求16所述的半导体光学膜厚和线宽测量装置，其特征在于，所述出射光接收端还包括反射镜，所述反射镜将从测量平面反射出的光反射入对应测试光路上的抛物镜和光谱仪。

19.一种半导体光学膜厚和线宽测量方法，其特征在于，包括：

提供如权利要求7所述的半导体光学膜厚和线宽测量装置；

提供测试材料至测试台；

根据测试需求选择测试角，从而选择所述光学测量组件中需要透光的第一通孔进入入射光路；测试角为入射角或方位角。

20.根据权利要求19所述的半导体光学膜厚和线宽测量方法，其特征在于，还包括：根据测试需求选择另一测试角，从而选择所述光学测量组件中需要透光的第二通孔进入入射光路。

21.根据权利要求20所述的半导体光学膜厚和线宽测量方法，其特征在于，所述测试角的角度范围的上限为所述物镜单元的上方入射角度与被测物平面的夹角，下限为所述物镜单元的下方入射角度与被测物平面的夹角之间。

22.根据权利要求19所述的半导体光学膜厚和线宽测量方法，其特征在于，还包括：

根据测试需求选择对应的出射光接收端。

23.根据权利要求22所述的半导体光学膜厚和线宽测量方法，其特征在于，所述出射光接收端为一个或者并行的多个。