[发明专利]一种样品形貌测量装置及方法

说明书

本公开提供了一种样品形貌测量装置及方法。所述装置包括：光源组件(101)、照明组件(102)、投影光栅组件(103)、光阑组件(104)、投影光学组件(105)，顺次设置的探测光学组件(107)、探测光栅组件(108)、数据采集组件(109)，以及设置在投影光学组件(105)和探测光学组件(107)之间光路上的运动台(110)，待测样品(106)放置在运动台(110)上。利用光阑组件筛选出低衍射级次信号来测量样品高度，保证测量范围，并根据测量结果选择高衍射级次信号再次测量样品高度，提高测量精度。

技术领域

本公开涉及一种反射式样品形貌测量装置及方法。

背景技术

在光学加工、光学检测、电子束成像、以及光刻等领域经常需要精确控制样品Z向(高度方向)的位置信息。为了保证样品始终处于理想位置，需要精确测量样品的表面形貌。测量样品表面高精度形貌时，扫描电子显微镜、原子力显微镜虽然测量分辨率高，但是其测量速度较慢，对测量环境的要求苛刻，并不适用于在线测量。光学非接触测量的方式以其测量速度较快、分辨率较高的特点成为在线测量的主要方式。

相关技术中，样品表面形貌的光学测量方法中，主要通过投影光栅和成像光栅成像形成莫尔条纹来获得样品形貌信息。该技术中，通过采用周期小的光栅标记来提高测量精度，但是造成测量范围小，为了覆盖到待测样品厚度公差范围，光栅标记的周期不能太小。此外，由于只采用低衍射级次，测量信号的非线性影响较大，尤其在投影光栅误差、成像光学系统像差影响严重的情况下，非线性影响更大。如何在保证测量范围的情况下，降低测量信号非线性，提高测量精度，是目前研究人员关心的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述问题，本公开提供了一种样品形貌测量装置及方法，利用光阑选择测量所需衍射级次的信号，在保证测量范围的基础上提高了测量精度。

(二)技术方案

本公开一方面提供了一种样品形貌测量装置，所述装置包括：光源组件101、照明组件102、投影光栅组件103、光阑组件104、投影光学组件105，顺次设置的探测光学组件107、探测光栅组件108、数据采集组件109，以及设置在所述投影光学组件105和探测光学组件107之间光路上的运动台110，待测样品106放置在所述运动台110 上；其中，所述照明组件102利用所述光源组件101产生的测量光照射所述投影光栅组件103，以生成多衍射级次信号；所述光阑组件104 滤除所述多衍射级次信号中的零级信号，并筛选出第一衍射级次信号，所述第一衍射级次信号包括+m衍射级次信号和-m衍射级次信号，m 为大于0的整数；所述投影光学组件105将第一衍射级次信号下投影光栅组件103的像成像到待测样品106表面；所述探测光学组件107 将携带有待测样品106第一高度信息的投影光栅组件103的像成像到探测光栅组件108上，通过数据采集组件109得到待测样品106的第一高度信息，所述第一高度信息是所述待测样品106的高度尺寸信息；所述光阑组件104还用于根据所述第一高度信息筛选出第二衍射级次信号，所述第二衍射级次信号包括+n衍射级次信号和-n衍射级次信号，n＞m；所述投影光学组件105还用于将第二衍射级次信号下投影光栅组件103的像成像到待测样品106表面；所述探测光学组件 107将携带有待测样品106第二高度信息的投影光栅组件103的像成像到探测光栅组件108上，通过数据采集组件109得到待测样品106的第二高度信息，所述第一高度信息是所述待测样品106的高度尺寸信息。

可选地，所述运动台110用于在垂直于所述待测样品106高度方向的平面内运动，使得所述数据采集组件109得到待测样品106的形貌信息。

可选地，所述探测光栅组件108的周期小于所述投影光栅组件 103的周期。

可选地，所述探测光栅组件(108)将携带有待测样品(106)第一高度信息的投影光栅组件(103)的像分离为第一成像和第二成像，其中，所述第一成像和所述第二成像相同，所述第一成像和第二成像之间的距离为所述投影光栅组件(103)的周期的1/4