CN118129622B - 一种晶圆薄膜材料厚度测量设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种晶圆薄膜材料厚度测量设备及方法，其中测量设备包括：照明模块，其被配置为产生均匀的光束以对晶圆进行照明；物镜，用于将照明光束、测量光束或激光垂直入射晶圆表面；分光模块，其被配置为分光束与合光束；测量光源模块，其被配置为产生直径可控的测量光束以照射晶圆的待测量区域；图像采集模块，其被配置为采集晶圆的图像信息；激光对焦模块，其被配置为发出对焦激光，并由所述分光模块将对焦激光传输到晶圆表面，经晶圆反射的激光由分光模块分束后进入图像采集模块和激光对焦模块；光谱采集模块，其被配置为获取测量光束被晶圆表面反射后的反射光谱信息。该设备在测量时测量光束不会被杂光干扰，提高了测量精度。

Description

一种晶圆薄膜材料厚度测量设备及方法

技术领域

本发明涉及晶圆测量技术领域，尤其涉及一种晶圆薄膜材料厚度测量设备及方法。

背景技术

晶圆后端制程即图案晶圆，在制造过程中要严格控制各层的厚度，所以测试薄膜厚度必不可少。薄膜的厚度测试分为直接测量和间接测量。直接测量指使用测量仪器接触感应处膜厚，常用的方法为螺旋测微法、精密轮廓扫描法（台阶法）、电子显微图像法（SEM）。直接测量方法因需要接触膜层容易划伤或破坏芯片，所以实际多采用间接测量法。间接测量法通常基于光的干涉测量，有垂直反射光谱法(SR)和椭圆偏振光谱法(SE)。间接测量法因为不需要接触膜层，不会破坏测试样品，而且相对于直接测量法，间接测量法测试的精度更高。

中国专利申请CN 117781903 A公开了一种半导体量测系统，属于垂直反射光谱法，其包括柯勒照明模块、光学模块及探测模块。柯勒照明模块依次包括光源、波长选择单元、第一透镜、视场光阑、第二透镜、孔径光阑、第一物镜及第二物镜。光学模块包括第一分光单元及第二分光单元，探测模块包括光谱仪及相机。半导体量测系统中还包括移动台，该移动台用于承载并携带待测样品水平或竖直移动进行对焦，至相机中图像成像清晰。

在测量之前通常需要对位，以便确定待测区域的位置，在对位时往往需要有较大成像视场来寻找待测区域，这就需要有一个大的光斑打在晶圆表面，光斑通常大于待测区域。上述半导体量测系统采用一个光源既作为成像光源又作为测量光源，在对位和测量过程中均使用这个光源，对位时光束的照射范围大于待测区域，在后续测量时，由于光斑较大，光线照射在待测区域之外，光谱仪收到的光有一定来自测量区域外的杂光干扰，影响膜厚测量精度。而且该半导体量测系统的对焦方式单一，移动待测样品至相机中成像清晰，这种对焦方式仅适用于有图晶圆对焦，对于无图晶圆，这种移动晶圆的对焦方式无法拍摄相应图案，难以将晶圆对焦到成像清晰位置。

发明内容

为解决现有技术中的上述问题中的至少一部分问题，本发明提供一种晶圆薄膜材料厚度测量设备，包括：

照明模块，其被配置为产生均匀的光束以对晶圆进行照明；

物镜，用于将照明光束、测量光束或激光垂直入射晶圆表面；

分光模块，其被配置为分光束与合光束；

测量光源模块，其被配置为产生直径可控的测量光束以照射晶圆的待测量区域，所述测量光源模块包括：

测量光源；以及

小孔固连装置，其与所述测量光源通过光纤连接，所述小孔固连装置被配置为控制测量光束的直径；

图像采集模块，其被配置为采集晶圆处的图像信息；

激光对焦模块，其被配置为发出对焦激光，并由所述分光模块将对焦激光传输到晶圆表面，经晶圆反射的激光由分光模块分束后进入图像采集模块和激光对焦模块；

光谱采集模块，其被配置为获取测量光束被晶圆表面反射后的反射光谱信息；

所述照明模块对晶圆表面照明，找到待测区域，所述测量光源的光束照射晶圆表面形成光斑，光斑被晶圆反射后到达图像采集模块，在图像采集模块中成像，视场中心出现一个光斑，利用此光斑与晶圆上测量图案进行对位。

进一步地，所述分光模块包括依次设置的第一分光镜、第二分光镜和第三分光镜，其中所述第二分光镜可移动。

进一步地，所述照明模块包括依次设置的反射镜、照明光源、第一透镜、视场光阑、第一陷波滤光片、第二透镜及可移动反射镜，其中：

所述视场光阑被配置为调节照明范围，且能够在晶圆处成像；

所述第一透镜和第二透镜被配置为收集照明光源光线及将光源成像；以及

所述可移动反射镜被配置为调节照明光束的传播方向。

进一步地，所述图像采集模块依次包括：

电动滤光轮，其具有多种波长的带通滤光片，且能够切换带通滤光片；

管镜，其与所述物镜相对设置，且所述管镜与所述物镜位于分光模块的两侧；以及

相机，其与所述管镜相连，并位于所述管镜之后。

进一步地，所述激光对焦模块包括：

激光对焦传感器，其被配置为发射对焦激光并接收反射回的激光；以及

带通滤光片，其设置在所述激光对焦传感器与所述分光模块之间，且被配置为阻挡照明光或测量光进入所述激光对焦传感器。

进一步地，所述测量光源模块还包括：

电动光阑，其被配置为控制测量光束的强度；

第三透镜，其设置在所述小孔固连装置和电动光阑之间，用于收集光源的光线并将其光线准直；

第二陷波滤光片，其可移动的设置在所述电动光阑与所述分光模块之间；

所述光谱采集模块包括：

平面反射镜，其被配置为将晶圆反射的测量光传输至第四透镜；

第四透镜，其被配置为收集反射的测量光；以及

光谱仪，其与所述第四透镜通过光纤连接，所述光谱仪被配置为采集光谱信息。

进一步地，还包括：

晶圆运动台，其用于装载晶圆并带动所述晶圆沿竖直方向运动；

数据分析模块，其与所述光谱采集模块及所述相机通信，且被配置为获取光谱采集模块输出的反射光强进行计算处理得到晶圆表面薄膜信息，或者获取相机采集的图像信息进行图像特征识别及图像对比度计算。

本发明还提供一种使用所述测量设备的晶圆薄膜材料厚度测量方法，包括如下步骤：

将待测晶圆放置在晶圆运动台，然后进行晶圆对位；

根据晶圆的种类选择对焦方式进行对焦，其中对于有图晶圆使用物镜配合晶圆运动台进行对焦，对于有图晶圆采用视场光阑对焦或激光对焦传感器对焦，其中所述视场光阑对焦包括如下步骤：

打开照明光源，照明光束经过第一透镜、视场光阑、第一陷波滤光片、第二透镜、可移动反射镜及第一分光镜进入物镜，由物镜将照明光束垂直入射晶圆表面，视场光阑通过第二透镜和物镜后在晶圆面成像，其成像位置与物镜成像位置相同，在相机内可同时观察到晶圆和视场光阑的像；以及

当相机拍摄无图晶圆时通过晶圆下方的晶圆运动台上下移动晶圆，同时数据处理模块中软件实时接收相机采集的图像信息，并通过软件算法实时计算不同位置的对比度，找到合适位置使视场光阑成像对比度最大即完成对焦；以及

打开测量光源和光谱仪，移走第二分光镜、可移动反射镜及第二陷波滤光片，测量光束照射在晶圆表面，入射到晶圆的光在晶圆膜层上表面和膜层与晶圆间反射，反射光进入光谱仪内，光谱仪输出测量的反射光强，由数据分析模块拟合得到薄膜折射率n、膜厚、消光系数。

进一步地，晶圆对位包括如下步骤：

打开照明光源，以对晶圆表面照明，找到待测区域，打开测量光源，光束依次通过第三透镜、电动光阑、陷波滤光片、第三分光镜、第二分光镜、第一分光镜后进物镜聚焦于晶圆表面，测量光斑被晶圆反射后经第一分光镜、第二分光镜、第三分光镜、滤光轮和管镜到达相机，在相机视场中心出现一个光斑，利用此光斑与晶圆上测量图案进行对位。

进一步地，对于有图晶圆，使用物镜对焦，晶圆运动台带动晶圆上下移动至相机中成像清晰；或

对于有图晶圆采用视场光阑对焦或激光对焦传感器对焦，其中所述激光对焦传感器对焦包括如下步骤：

打开激光对焦传感器，激光依次经过带通滤光片、第二分光镜、第一分光镜和物镜后汇聚在晶圆面形成光斑，激光经晶圆反射后依次经过物镜、第一分光镜和第二分光镜，第二分光镜将反射激光分为两路，一路光束返回至激光对焦传感器，另一路光束依次经过第三分光镜、滤光轮和管镜后进入相机，在相机中成像；

上下调节晶圆的高度位置，使相机中观察到清晰的激光光斑此时标记对焦参考值A，当图像模糊时，激光对焦传感器会输出离焦量参考值B，当B值与对焦标记参考值A相等时，对焦成功。

本发明至少具有下列有益效果：（1）本发明的测量设备设置照明光源和测量光源，在对位时，使用照明光获得大视场，找到待测区域，同时利用测量光准确定位待测区域，在测量时将可移动反射镜移开，照明光束无法进入光路，而且测量光束仅照射待测区域内，因此测量光束不会被杂光干扰，提高了测量精度；（2）本发明的测量设备可以实现多种对焦方式，可根据实际使用场景选择合适的对焦方式，对于有图晶圆和无图晶圆都能实现对焦；（3）设置小孔固连装置以控制测量光斑的大小，可以精确测量晶圆上较小目标pad；（4）复用测量光源，实现成像的对位和提供测量的光源功能；（5）照明部分采用科勒照明方式，提升成像的均一性和清晰度；（6）测量系统光谱分辨率高，具有较高的信噪比SNR。

附图说明

为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出了根据本发明一个实施例的成像对位时晶圆薄膜材料厚度测量设备的示意图。

图2示出了根据本发明一个实施例的测量时晶圆圆薄膜材料厚度测量设备的示意图。

图3示出了根据本发明一个实施例的科勒照明模型的示意图。

图4示出了根据本发明一个实施例的科勒照明的非相干辐照度示意图和非相干辐照度曲线。

图5示出了根据本发明一个实施例的视场光阑成像像质曲线。

图6示出了根据本发明一个实施例的有图晶圆和视场光阑在相机成像的效果图。

图7示出了根据本发明一个实施例的视场光阑对比度曲线图。

图8示出了根据本发明一个实施例的SR测量光路模型的示意图。

图9示出了根据本发明一个实施例的测量光斑仿真图。

具体实施方式

应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。

在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。

在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。

在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。

在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。

在此还应当指出，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是明示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示相对重要性。

另外，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了方便区分各步骤，而并不是限定各步骤的先后顺序，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

图1示出了根据本发明一个实施例的成像对位时晶圆薄膜材料厚度测量设备的示意图。图2示出了根据本发明一个实施例的测量时晶圆薄膜材料厚度测量设备的示意图。

如图1和2所示，一种晶圆薄膜材料厚度测量设备包括照明模块、物镜21、分光模块、图像采集模块、测量光源模块、激光对焦模块、光谱采集模块。

照明模块依次包括反射镜11、照明光源12、第一透镜13、视场光阑14、第一陷波滤光片15、第二透镜16及可移动反射镜17。

照明光源例如可以是卤素灯。在照明光源12侧设置反射镜，可以将背离照明光路方向发散的照明光反射，增强光路中照明光的强度。第一陷波滤光片15可以避免激光对焦时，反射激光进入视场光阑。第一透镜13和第二透镜16用于收集照明光源光线并将光源成像。可移动反射镜被配置为调节照明光束的传播方向，将光束传输到第一分光镜18。

分光模块包括第一分光镜18、第二分光镜19、第三分光镜20，用于分光束与合光束，改变照明光束、测量光束、对焦光束的传播方向。

物镜21用于将照明光束、测量光束或激光垂直入射晶圆表面。

图像采集模块依次包括电动滤光轮22、管镜23和相机24。可切换的电动滤光轮22中装有不同波长的带通滤光片，可根据不同的膜层切换带通滤光片提升成像质量。

管镜23与物镜21相对设置，且管镜23与物镜21位于分光模块的两侧。相机24与管镜23相连，并位于管镜23之后。

照明光源11发出照明光，然后照明光依次经过第一透镜13、视场光阑14、第一陷波滤光片15、第二透镜16、可移动反射镜17及第一分光镜18进入物镜21，由物镜将照明光束垂直入射晶圆表面。照明光经过晶圆反射后，依次经过物镜21、第一分光镜18、第二分光镜19、第三分光镜20、电动滤光轮22和管镜23后，成像在相机24中。采用科勒照明设计可以使照明光源的光在待测晶圆上均匀照明，同时视场光阑14又可在晶圆处成像，视场光阑14可以用于对焦。而且通过改变视场光阑大小还可调节照明范围。科勒照明的仿真模型和非相干辐照度结果参见图3和图4。

本方案中的照明光路使用像方远心设计，可以压缩中间两透镜间的长度同时也满足组装时后焦距的要求。而双远心设计，考虑到组装结构需要较长的后焦距，在两个透镜间的光路长度在空间上很难压缩，因此方远心设计可以节省更多空间。

测量光源模块包括测量光源25、小孔固连装置26、第三透镜27、电动光阑28和第二陷波滤光片29。

测量光源25例如可以是氙灯。小孔固连装置26与测量光源25通过光纤连接，小孔固连装置26具有针孔，用于控制测量光束的直径。第三透镜27设置在小孔固连装置26和电动光阑28之间，用于收集光源光线并将光线准直。

电动光阑28用于控制测量光束的强度。测量光强过大会过曝导致光斑监测不准，过小则无法准确区分照明光和测量光，在测量光源侧加入可切换直径的电动光阑，可有效控制测量光强保证相机侧测量光斑直径和位置计算更加准确。

第二陷波滤光片29可移动的设置在电动光阑28与分光模块之间。在对焦时，第二陷波滤光片29可以阻挡激光进入测量光源模块。在测量时，将第二陷波滤光片29移开。

光谱采集模块包括平面反射镜30、第四透镜31和光谱仪32。

平面反射镜30用于将晶圆反射的测量光传输至第四透镜31。第四透镜31用于收集反射的测量光。光谱仪32与第四透镜31通过光纤连接，光谱仪32用于采集反射光谱信息。

激光对焦模块包括激光对焦传感器33和带通滤光片34。带通滤光片34设置在激光对焦传感器33与分光模块的第二分光镜19之间，且被配置为阻挡照明光或测量光进入激光对焦传感器33。

上述设备还包括晶圆运动台和数据分析模块。晶圆运动台用于装载晶圆并带动所述晶圆沿竖直方向运动。晶圆运动台还可以在水平方向平动。

数据分析模块与光谱采集模块及相机通信，且被配置为获取光谱采集模块输出的反射光强进行计算处理得到晶圆表面薄膜信息，或者获取相机采集的图像信息进行图像特征识别及图像对比度计算。

使用上述晶圆薄膜材料厚度测量设备测量晶圆薄膜厚度的过程如下：

将待测晶圆放置在晶圆运动台，然后进行晶圆对位。对位时，打开照明光源，对晶圆表面照明，相机中会出现一个较大的视场，以便找到待测区域，然后打开测量光源，测量光源通过光纤引出后接入有针孔的小孔固联装置，光束依次通过第三透镜27、电动光阑28、第二陷波滤光片29、第三分光镜20、第二分光镜19、第一分光镜18后进物镜21聚焦于晶圆表面，测量光斑被晶圆反射后经第一分光镜18、第二分光镜19、第三分光镜20、电动滤光轮22和管镜23到达相机24，相机24视场中心会出现一个较亮的光斑，光斑位于待测区域内，利用此光斑可以实现晶圆上测量图案的对位。在测量光源侧加入可切换直径的电动光阑，可有效控制测量光强，保证相机侧测量光斑直径和位置计算更加准确，防止相机过曝。最终的成像对位图像见图6。

对位完成后，需要进行对焦，可以采用三种对焦方式，对于有图晶圆可以使用物镜本身对焦，晶圆运动台带动晶圆上下移动至相机中成像清晰。对于无图晶圆利用物镜无法对焦，此时可以利用科勒照明中的视场光阑对焦或光路左下方的激光对焦传感器对焦。

视场光阑对焦方式：视场光阑14通过第二透镜16和物镜21后在晶圆面成像，其成像位置与物镜成像位置相同，设计适当尺寸的视场光阑，可在相机24内可同时观察到晶圆和视场光阑14的像。当相机拍摄无图晶圆时通过晶圆下方的晶圆运动台上下移动晶圆，同时数据处理模块中软件实时接收相机24采集的图像信息，并通过软件算法实时计算不同位置的对比度，找到合适位置使视场光阑成像对比度最大即完成对焦。视场光阑对焦是利用科勒照明的特性：视场光阑和照明面（晶圆面）共轭，改变视场光阑的大小可以控制照明面范围。当减小视场光阑尺寸时，在相机内可同时观察到晶圆和视场光阑像，成像相机侧可以看到四周暗角，暗角的边缘即视场光阑所成的像。视场光阑图像可以参考图6中的左上角和左下角，对比度vs Z height曲线见图7。

这种对焦方式具有如下优势：1.视场光阑对焦适用于多种场景对焦，有图晶圆、无图晶圆、显示面板等均可使用此对焦方式；2.在对焦时可以自由配置视场光阑在相机中成像区域大小、角度和形状等；3.利用照明本身特性对焦而不引入其他光源，对相机成像和光谱仪测量的结果无影响；4.利用晶圆本身图案对焦或视场光阑对焦效果相同，因此不同对焦方式下膜厚测量结果一致性高。

激光对焦传感器对焦方式：激光对焦传感器33发出的激光依次经过带通滤光片34、第二分光镜19、第一分光镜18和物镜21后汇聚在晶圆面形成一定形状的光斑（长条型或其他），激光经晶圆反射后依次经过物镜21、第一分光镜18和第二分光镜19，第二分光镜19将反射激光分为2路，一部分返回至激光对焦传感器33，另一路光束依次经过第三分光镜20、电动滤光轮22和管镜23后进入相机24，在相机24中成像。上下调节晶圆的高度位置，使相机24中观察到清晰的激光光斑，此时激光对焦传感器33标记对焦参考值A，当图像模糊时，激光对焦传感器33会输出离焦量参考值B，当B值与对焦标记参考值A相等时，对焦成功。利用激光对焦传感器33对焦时，为防止照明光源12和测量光源25的光进入激光对焦传感器33，在激光对焦传感器33处加入激光特定波长的带通滤光片，同时在照明光源和氙灯光源处加入陷波滤光片，保证激光对焦不受杂光干扰，也避免激光进入测量光源及照明光源侧的视场光阑。

对焦和对位过程中，照明光一直照射晶圆表面。

完成对焦后，进行晶圆薄膜厚度测量，打开测量光源25和光谱仪32，如图2所示，测量光源25发出测量光，经过光纤耦合在小孔固连装置26的针孔上以射出测量光束，测量光束依次经过第三透镜27、电动光阑28、第三分光镜20、第一分光镜18和物镜，照射到晶圆，入射到晶圆的光在晶圆膜层上表面和膜层与晶圆间反射，反射光再次经过物镜21后，依次经过第一分光镜18、平面反射镜30、第四透镜31，最后经光纤进入光谱仪32内，光谱仪32输出测量的反射光强，由数据分析模块拟合即可得到薄膜折射率n、膜厚、消光系数等参数。在测量时为了使光谱仪得到全波段的反射率，测量光源侧的第二陷波滤光片29需向上移开；同时为了得到较大得信噪比，电动光阑28需尽可能切到最大，第二分光镜19和可移动反射镜17也要移开，照明光束无法进入光路，因此测量光束不会被杂光干扰。

以上测量步骤在控制装置的控制下进行。

测量光路设计：晶圆的量测pad通常很小，为了保证测量膜厚的准确性，测量光斑需要保证在量测pad内，因此测量光斑的尺寸大小和位置需要严格保证。其中光斑的位置可以通过图1中成像对位保证，测量光斑的尺寸大小则通过针孔控制。测量光路的仿真结果见图8和图9，由图9可见测量光斑设计值小于测量pad，符合要求。

测量光源在测量时共经过2次分光镜（第三分光镜和第一分光镜），测量系统光谱分辨率高，具有较高的信噪比SNR。

虽然本发明的一些实施方式已经在本申请文件中予以了描述，但是本领域技术人员能够理解，这些实施方式仅仅是作为示例示出的。本领域技术人员在本发明的教导下可以想到众多的变型方案、替代方案和改进方案而不超出本发明的范围。所附权利要求书旨在限定本发明的范围，并借此涵盖这些权利要求本身及其等同变换的范围内的方法和结构。

Claims (7)

1.一种晶圆薄膜材料厚度测量设备，其特征在于，包括：

照明模块，其被配置为产生均匀的光束以对晶圆进行照明，所述照明模块包括依次设置的反射镜、照明光源、第一透镜、视场光阑、第一陷波滤光片、第二透镜及可移动反射镜；

物镜，用于将照明光束、测量光束或激光垂直入射晶圆表面；

分光模块，其被配置为分光束与合光束，所述分光模块包括依次设置的第一分光镜、第二分光镜和第三分光镜，其中所述第二分光镜可移动；

测量光源模块，其被配置为产生直径可控的测量光束以照射晶圆的待测量区域，所述测量光源模块包括：

测量光源；以及

小孔固连装置，其与所述测量光源通过光纤连接，所述小孔固连装置被配置为控制测量光束的直径；

图像采集模块，其被配置为采集晶圆处的图像信息，所述图像采集模块依次包括：

电动滤光轮，其具有多种波长的带通滤光片，且能够切换带通滤光片；

管镜，其与所述物镜相对设置，且所述管镜与所述物镜位于分光模块的两侧；以及

相机，其与所述管镜相连，并位于所述管镜之后；

激光对焦模块，其被配置为发出对焦激光，并由所述分光模块将对焦激光传输到晶圆表面，经晶圆反射的激光由分光模块分束后进入图像采集模块和激光对焦模块，所述激光对焦模块包括：

激光对焦传感器，其被配置为发射对焦激光并接收反射回的激光；以及

带通滤光片，其设置在所述激光对焦传感器与所述分光模块之间，且被配置为阻挡照明光或测量光进入所述激光对焦传感器；

光谱采集模块，其被配置为获取测量光束被晶圆表面反射后的反射光谱信息，所述光谱采集模块包括：

平面反射镜，其被配置为将晶圆反射的测量光传输至第四透镜；

第四透镜，其被配置为收集反射的测量光；以及

光谱仪，其与所述第四透镜通过光纤连接，所述光谱仪被配置为采集光谱信息；

所述照明模块对晶圆表面照明，找到待测区域，所述测量光源的光束照射晶圆表面形成光斑，光斑被晶圆反射后到达图像采集模块，在图像采集模块中成像，视场中心出现一个光斑，利用此光斑与晶圆上测量图案进行对位。

2.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于，所述视场光阑被配置为调节照明范围，且能够在晶圆处成像；

所述第一透镜和第二透镜被配置为收集照明光源光线及将光源成像；以及

所述可移动反射镜被配置为调节照明光束的传播方向。

3.根据权利要求2所述的测量设备，其特征在于，所述测量光源模块还包括：

电动光阑，其被配置为控制测量光束的强度；

第三透镜，其设置在所述小孔固连装置和电动光阑之间，用于收集光源的光线并将其光线准直；

第二陷波滤光片，其可移动的设置在所述电动光阑与所述分光模块之间。

4.根据权利要求3所述的测量设备，其特征在于，还包括：

晶圆运动台，其用于装载晶圆并带动所述晶圆沿竖直方向运动；

数据分析模块，其与所述光谱采集模块及所述相机通信，且被配置为获取光谱采集模块输出的反射光强进行计算处理得到晶圆表面薄膜信息，或者获取相机采集的图像信息进行图像特征识别及图像对比度计算。

5.一种使用权利要求4所述的测量设备的晶圆薄膜材料厚度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

将待测晶圆放置在晶圆运动台，然后进行晶圆对位；

根据晶圆的种类选择对焦方式进行对焦，其中对于有图晶圆使用物镜配合晶圆运动台进行对焦，对于无图晶圆采用视场光阑对焦或激光对焦传感器对焦，其中所述视场光阑对焦包括如下步骤：

打开照明光源，照明光束经过第一透镜、视场光阑、第一陷波滤光片、第二透镜、可移动反射镜及第一分光镜进入物镜，由物镜将照明光束垂直入射晶圆表面，视场光阑通过第二透镜和物镜后在晶圆面成像，其成像位置与物镜成像位置相同，在相机内可同时观察到晶圆和视场光阑的像；以及

当相机拍摄无图晶圆时通过晶圆下方的晶圆运动台上下移动晶圆，同时数据处理模块中软件实时接收相机采集的图像信息，并通过软件算法实时计算不同位置的对比度，找到合适位置使视场光阑成像对比度最大即完成对焦；以及

打开测量光源和光谱仪，移走第二分光镜、可移动反射镜及第二陷波滤光片，测量光束照射在晶圆表面，入射到晶圆的光在晶圆膜层上表面和膜层与晶圆间反射，反射光进入光谱仪内，光谱仪输出测量的反射光强，由数据分析模块拟合得到薄膜折射率n、膜厚、消光系数。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，晶圆对位包括如下步骤：

打开照明光源，以对晶圆表面照明，找到待测区域，打开测量光源，光束依次通过第三透镜、电动光阑、陷波滤光片、第三分光镜、第二分光镜、第一分光镜后进物镜聚焦于晶圆表面，测量光斑被晶圆反射后经第一分光镜、第二分光镜、第三分光镜、滤光轮和管镜到达相机，在相机视场中心出现一个光斑，利用此光斑与晶圆上测量图案进行对位。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对于有图晶圆，使用物镜对焦，晶圆运动台带动晶圆上下移动至相机中成像清晰；或

对于无图晶圆采用视场光阑对焦或激光对焦传感器对焦，其中所述激光对焦传感器对焦包括如下步骤：

打开激光对焦传感器，激光依次经过带通滤光片、第二分光镜、第一分光镜和物镜后汇聚在晶圆面形成光斑，激光经晶圆反射后依次经过物镜、第一分光镜和第二分光镜，第二分光镜将反射激光分为两路，一路光束返回至激光对焦传感器，另一路光束依次经过第三分光镜、滤光轮和管镜后进入相机，在相机中成像；

上下调节晶圆的高度位置，使相机中观察到清晰的激光光斑此时标记对焦参考值A，当图像模糊时，激光对焦传感器会输出离焦量参考值B，当B值与对焦标记参考值A相等时，对焦成功。