量测系统、量测方法及存储介质与流程

本发明涉及半导体加工领域，尤其涉及一种量测系统、一种量测方法，以及一种计算机可读存储介质。

背景技术：

1、在半导体加工领域，每个芯片在由硅片到最终芯片的加工过程中，都需要经过很多次的蒸镀或涂布薄膜工艺。因此，在半导体加工图案越来越精细的现实需求下，半导体薄膜(常规厚度<50μm)的膜厚测量对验证和控制半导体加工工艺以及提升加工良品率方面尤为重要。然而，现有的薄膜膜厚量测设备由于受其光学系统自身或光源衍射极限限制，绝大多数光斑尺寸仍处于大于30μm水平，难于反映小于30μm区域的膜厚情况。

2、为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种改进的量测系统，用于对半导体加工中薄膜量测区域尺寸最小至纳米级别的膜厚进行量测，并对缺陷尺寸最小至纳米级别及部分线宽尺寸测量工况进行检测，从而以较低成本同时满足各种量测功能。

技术实现思路

1、以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。

2、为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种量测系统、一种量测方法及一种计算机可读存储介质，可以对半导体加工中薄膜量测区域尺寸最小至纳米级别的膜厚进行量测，并可以对缺陷尺寸最小至纳米级别及部分线宽尺寸测量工况进行检测，从而以较低成本同时满足各种量测功能。

3、具体来说，根据本发明的第一方面提供的上述量测系统包括光源模块、光学模块、相机及控制器。所述光源模块用于提供多种不同中心波长的窄波段照明光线。所述光学模块用于将所述照明光线聚焦到待测样品的待测区域表面，并将所述待测样品产生的反射光线，耦合到后端相机的探测表面。所述相机用于根据传输到其探测表面的反射光线，生成对应的样品图像。所述控制器被配置为：经由所述光源模块分时地向所述待测区域的表面提供多种不同中心波长的窄波段照明光线，并经由所述相机分别采集所述待测区域在各所述窄波段照明光线下的样品图像；确定各所述样品图像的相对光强值和/或相对反射率值，以拟合所述待测区域关于各所述中心波长的相对光强曲线和/或相对反射率曲线；以及根据预先训练的回归分析模型，对所述相对光强曲线和/或所述相对反射率曲线进行回归分析，以确定所述待测区域表面的薄膜厚度。

4、进一步地，在本发明的一些实施例中，训练所述回归分析模型的步骤包括：分别获取多个已知薄膜厚度的标准样品关于多个不同中心波长的相对光强曲线和/或相对反射率曲线的多组样本数据；构建待训练的回归分析模型；以及将各组所述样本数据的相对光强曲线和/或相对反射率曲线，分别输入所述回归分析模型，并根据其对应的薄膜厚度修正所述回归分析模型的学习参数，以获得完成所述训练的回归分析模型。

5、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述光学模块包括第一分光元件及第一物镜。所述第一分光元件用于将所述照明光线沿第一方向传输到下方的第一物镜，以经由所述第一物镜向其下方的所述待测样品提供照明，并将经由所述第一物镜获取的反射光线，沿相反的第二方向传输到上方的所述相机。所述第一物镜用于将所述照明光线聚焦到所述待测样品的待测区域表面，并将所述待测样品产生的所述反射光线，耦合到所述第一分光元件。

6、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述光源模块包括宽光谱光源及波长选择单元。所述宽光谱光源用于提供覆盖各所述窄波段照明光线的中心波长的宽光谱光线。所述波长选择单元设于所述宽光谱光源的后端，用于根据所述控制器的指令，对所述宽光谱光源提供的宽光谱光线进行分时的波长选择，以分时地输出所述多种不同中心波长的窄波段照明光线。

7、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述波长选择单元包括色轮。所述色轮的轮状支架上设有多个不同波长范围的滤波片。所述色轮用于根据所述控制器的指令旋转所述轮状支架，依次将各波长范围的滤波片移动到所述宽光谱光线的传输路径，以分时地输出所述多种不同中心波长的窄波段照明光线。

8、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述波长选择单元包括多级所述色轮。至少一级所述色轮的轮状支架上分别设有宽光谱滤波片，用于对所述宽光谱光线进行全光谱范围的能量衰减，以防止所述相机生成的样品图像出现过曝。

9、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述色轮上还设有至少一个通孔，用于向后端输出所述宽光谱光源提供的所述宽光谱光线。所述量测系统还包括第二分光元件及光谱仪。所述第二分光元件设于所述第一分光元件与所述相机之间，用于将一部分所述反射光线传输到所述相机，并将另一部分所述反射光线传输到后端的光谱仪。所述光谱仪用于采集所述宽光谱光线照射所述待测样品的待测区域表面所产生的反射光线中的光谱信息。

10、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述第二分光元件与所述光谱仪之间还包括透镜和/或小孔单元和/或光纤。所述透镜用于将所述第二分光元件输出的反射光线，耦合到所述光谱仪的探测表面。所述小孔单元用于缩小所述反射光线的光斑和/或去除所述反射光线中的杂散光。所述光纤用于提高所述光谱仪相较所述第二分光元件的相对空间位置的灵活性，并减轻所述量测系统的重量。

11、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述控制器还被配置为：获取指示所述待测区域的尺寸的第一控制指令；响应于所述第一控制指令指示所述待测区域大于预设的尺寸阈值，控制所述光源模块输出所述宽光谱光线，并根据所述光谱仪采集的光谱信息，确定所述待测区域内的平均薄膜厚度；以及响应于所述第一控制指令指示所述待测区域小于或等于所述尺寸阈值，控制所述光源模块分时输出所述多种不同中心波长的窄波段照明光线，并根据所述相机采集的样品图像，确定所述待测区域内的平均薄膜厚度。

12、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述第一物镜为高倍率物镜。所述第一分光元件还用于将所述照明光线沿第三方向传输到后端的反光元件。所述量测系统还包括反光元件、第二物镜及移动台。所述反光元件用于将所述照明光线反射到其后端的第二物镜。所述第二物镜选用低倍率物镜，用于将所述反光元件提供的照明光线，聚焦到位于对应的第二位置的待测样品表面。所述移动台用于承载并携带所述待测样品在所述第一物镜下方的第一位置及所述第二物镜下方的第二位置之间横向移动，并沿靠近或远离所述第一物镜及所述第二物镜的竖直方向纵向移动。

13、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述控制器还被配置为：获取指示功能类型的第二控制指令；响应于所述第二控制指令指示执行自动对焦功能，控制所述移动台先将所述待测样品的标记点或待测区域移动到所述第二物镜的第二视场内，再上下移动所述待测样品，并控制所述相机采集所述待测样品的第一样品图像；响应于所述第一样品图像达到最佳对比度的状态，或所述样品图像的灰度值总和达到峰值，控制所述移动台先保持所述待测样品的上下位置不变，并将所述待测样品的标记点或待测区域移动到所述第一物镜的第一视场内，再上下移动所述待测样品，并控制所述相机采集所述待测样品的第二样品图像；以及响应于所述第二样品图像达到最佳对比度的状态，判定完成对所述待测样品的对焦。

14、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述控制器还被配置为：在上下移动所述待测样品的过程中，先控制所述光谱仪检测所述反射光线的光强；以及响应于所述反射光线的光强达到峰值，再控制所述相机采集所述待测样品的所述第一样品图像或所述第二样品图像。

15、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述控制器还被配置为：在上下移动所述待测样品的过程中，控制所述光谱仪检测所述反射光线的光强；以及响应于所述反射光线的光强达到峰值，根据当前位置以及所述光谱仪的光强峰值位置与所述相机的最佳对比度位置或灰度值总和峰值位置的间距，确定所述待测样品的对焦位置。

16、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述控制器还被配置为：获取指示功能类型的第二控制指令；响应于所述第二控制指令指示检测所述待测样品上的缺陷和/或线宽，控制所述光源模块分时输出所述多种不同中心波长的窄波段照明光线，并控制所述相机分别采集各所述窄波段照明光线照射下的第三样品图像；对各所述窄波段照明光线照射下的第三样品图像，分别进行图像特征提取和目标识别，以分别确定对应的识别结果；以及对各所述第三样品图像的识别结果取平均值，以确定所述待测样品上的缺陷大小和/或线宽。

17、此外，根据本发明的第二方面提供的上述量测方法包括以下步骤：分时地向待测样品的待测区域表面提供多种不同中心波长的窄波段照明光线，并分别采集所述待测区域在各所述窄波段照明光线下的样品图像；确定各所述样品图像的相对光强值和/或相对反射率值，以拟合所述待测区域关于各所述中心波长的相对光强曲线和/或相对反射率曲线；以及根据预先训练的回归分析模型，对所述相对光强曲线和/或所述相对反射率曲线进行回归分析，以确定所述待测区域表面的薄膜厚度。

18、此外，根据本发明的第三方面提供的上述计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令。所述计算机指令被处理器执行时，实施如本发明的第二方面提供的量测方法。