晶圆厚度实时测量装置的制作方法

1.本发明涉及半导体设备技术领域，特别涉及一种半导体测试设备中的晶圆厚度实时测量装置。


背景技术：

2.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，测量设备都是半导体行业链中不可或缺的一部分。
3.常用的薄膜有poly-si、sin2、sio2等和包括ai、cu等在内多种金属膜。光谱反射仪(sr)是利用分析反射光确定电介质、半导体和金属薄膜的厚度和折射率，主要用于测量微米级膜厚材料，同时加上一些扩充功能也可以对晶圆做一些特殊的应用。干涉法薄膜测量技术是利用白光入射到薄膜表面后，检测薄膜两个表面反射回来光形成干涉光信号来计算薄膜厚度的方法，由于其测量速度快、精度高，并且为非破坏性测量受到广泛关注。
4.目前，市场上的光谱反射仪大多性能、功能单一，手动控制较多，精度低，测量速度较慢，并无法与其他设备集成或匹配使用，不适用在半导体集成电路制造中。
5.国内对此技术掌握不多，大部分核心技术、设备均掌握在国外几个设备制造商手中。对此项技术的研究也是半导体产业整体发展的重要环节，掌握自主研发技术可以说是刻不容缓。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种晶圆厚度实时测量装置。
7.为达到上述目的，本发明提出了一种晶圆厚度实时测量装置，该测量装置包括光学测量模块、传动模块、数据分析模块；其中：该测量装置包括光学测量模块、传动模块、数据分析模块；其中：所述光学测量模块包括：第一光源和第二光源，分别用于提供测量和成像需要的光束；分光器件，设置为多个，用于分光束与合光束；反射器件，设置为多个，用于将光束导入光路中；管镜透镜，用于光束的调节对焦以进行对准和测量补偿；物镜，用于将光路垂直入射晶圆表面并形成可在晶圆表面移动的聚焦光斑；图像传感单元，用于获取晶圆反射光束的图像信号信息，以观察和对准光斑；光谱探测单元，用于探测晶圆反射光束的反射光谱信息；所述光学测量模块被配置成：从第一光源、第二光源发射的光束经由分光器件合束后形成第一光路，第一光路经由管镜透镜、反射器件被引到物镜，物镜将光束聚焦到晶圆表面；第一光路由晶圆表面激发反射回物镜中形成第二光路，第二光路经由反射器件被引到分光器件，分光器件将第二光路分束成两束，其中一束被图像传感单元探测，用于获得图像信号信息，另外一束被光谱探测单元探测，用于获得薄膜的反射光谱信息；
所述传动模块包括：光学传动单元，光学传动单元配置成至少对光学测量模块中的管镜透镜及物镜进行传动以共同进行对准和测量的补偿；晶圆传动单元，用于装载晶圆并带动所述晶圆旋转或旋转加平移；所述数据分析模块用于获取从光学测量模块得到的图像信号信息、反射光谱信息，以计算处理后得到晶圆表面薄膜信息。
8.本发明的有关内容的进一步说明如下：通过本发明的上述技术方案的实施，该装置采用光谱反射测量的原理和结构，测量波段涵盖紫外到红外，光学系统倍率可调节，可同时实现测量、成像实时监控，也可以根据需求选择其功能，满足多种材料和不同结构的测量需求；原有的用于扫描晶圆全部位置的传动部件作用于位于晶圆托盘，即要在一个晶圆传动部件上设置至少一个旋转轴、至少两个平移轴，机构臃肿、无法做出大的调整、更改，而本发明的该装置整体结构紧凑，将对物镜和晶圆的之间实现相对位移的结构分设于光学传动单元、晶圆传动单元，集成度高，可独立工作，也可以根据需求集成或兼容到其他装置中使用；该装置主要包含光学测量、传动、数据分析三大部分，系统集成度高，测量速度快，可对晶圆厚度、晶圆表面微结构和整体弯曲度等性能指标进行精确测量，能涵盖大部分半导体制造商对晶圆测量的需求。
9.在上述技术方案中的光学测量模块部分，光学系统设计波段涵盖紫外到近红外，可兼容190nm~1500nm。
10.在上述技术方案中，所述光学测量模块部分，光源可以自由更换，根据需求可选择紫外段、可见段、红外段等多种独立光源，也可以将多种光源组合使用，同时耦合进光学系统中。
11.在上述技术方案中，所述光学测量模块部分中，光源取光可以采用光纤耦合或空间直接耦合的方式，根据使用条件进行选择。
12.在上述技术方案中，所述光学测量模块部分中，可使用氙灯、卤素灯、氘灯、ldls等光源。
13.在上述技术方案中，所述的光学测量模块部分，物镜可独立更换，也可以安装2个及以上物镜进行切换。
14.在上述技术方案中，所述的物镜，可切换适用于不同波段物镜，也可以切换不同倍率物镜。不同波段物镜可匹配宽波段光谱使用，不同倍率物镜可调整测量光斑大小，针对不同大小晶圆图案测量，同时也可以满足不同成像视场使用。
15.在上述技术方案中，所述的光学测量模块部分中，光学系统中使用的分光器件、物镜等光学元件都可适用190nm~1500nm波段，其中分光器件使用宽波段镀膜元件和点格分光镜，特别是点格分光镜可以根据分光比例调节点格大小，波段可以适用于190nm~1500nm。
16.在上述技术方案中，所述的光学测量模块部分中，接收端采用测量光和成像光同时接收的方式，接收端包含图像传感单元、光谱探测单元，可实现测量区域的实时观测功能。
17.在上述技术方案中，所述的接收端用光纤或直接耦合方式接收测量光，光纤可采用一分多的方式将宽光谱分入到对应接收器中进行分析，一次性采集数据并分析。
18.在上述技术方案中，所述的接收端可采用光谱仪、探测器、cmos、ccd或者二极管检
测阵列（pda）和信号处理电路等方式进行接收和处理信号。
19.在上述技术方案中，所述的光学测量模块部分及传动模块中，可采用管镜透镜移动调节焦距z方向，也可以采用物镜调z方向，也可以同时移动进行对准和测量的补偿。管镜透镜和物镜使用一维平动方式，精度要求较高时可采用压电位移台的方式进行控制，可实现纳米级传动，并极大的缩小了体积。
20.在上述技术方案中，所述的光学测量模块部分及传动模块中，将扫描轴x轴安装在物镜方，利用物镜的平动来完成晶圆x轴方向移动，同时物镜出射端采用平行光设计，移动时不影响成像及测量。
21.在上述技术方案中，所述的晶圆传动单元中，可将扫描轴x轴安装在物镜方，利用物镜的平动来完成晶圆x轴方向的测量移动，在传动部分配合θ轴的单轴旋转，可实现整个晶圆表面位置的测量及观测。
22.在上述技术方案中，所述的传动模块中，所述x、θ轴的两轴测量方式，在于测量晶圆表面位置时，x轴只需要移动被测晶圆半径的长度，在通过θ轴的旋转即可实现整个晶圆面的位置测量。该种方式极大的缩短了运动距离，使测量光路更加紧凑，节省空间。
23.在上述技术方案中，所述的晶圆传动单元中，同时使用x、θ两轴传动时，还可以在θ轴上耦合一个y轴，y轴的长短可根据实际晶圆传动距离和设备空间来决定。x、θ、y三轴可实现晶圆中心对中的高精度对中。满足高精度重复测量和图案片高精度的定位需求。
24.在上述技术方案中，所述的传动模块中，所述y轴传动组件，在于y轴的运动的距离和精度根据需要可调整。当不需要高精度对准和晶圆y方向传动时，y轴可以取消。当需要实现高精度中心对准时，可使用行程较短精度较高的y轴进行旋转中心y方向的弥补。当上片口位置和测量位置距离较长时，可采用长行程y轴进行晶圆传动。
25.在上述技术方案中，所述的传动模块中，所述晶圆传动单元包括能够兼容8寸和12寸晶圆的晶圆托盘。
26.在上述技术方案中，所述的晶圆传动单元中，在晶圆上片口处可安装宏观缺陷扫描组件。
27.在上述技术方案中，所述晶圆传动单元中的宏观缺陷扫描组件中，宏观缺陷扫描组件包含相机、光源、镜头三大部分组成。当机械手上片或者在晶圆运输的过程中，利用相机和镜头完成对晶圆表面宏观缺陷的检测，可代替人眼检测出晶圆表面的灰尘、划痕、颗粒等缺陷，当晶圆完成上片运动到测量区域时，晶圆表面缺陷以图像形式呈现。
28.在上述技术方案中，所述的数据分析模块部分中，可实现多系统同时同步采集的功能。系统成像光路和测量光路可实时同步采集，两套系统可同时拿到其焦点位置，对于焦点位置判断，晶圆测量可以节省时间，提升测片效率。
29.在上述技术方案中，所述的数据分析模块部分中，使用共光路参考光做数据分析。不同于用参考片的测量方式，既节约的时间，提升了效率，共光路测量方式也避免的不同参考片带来的误差，提升了测量精度。
30.在上述技术方案中，所述的数据分析模块部分中所采用的共光路测量方式，一方面采用在平行光路中切入分光片，将一部分测量光收集耦合在接收器件中；另一方面也可以使用双通道光谱仪，不进行分光，直接在接收端光谱仪中把信号按比例划分后进行处理。
31.在上述技术方案中，所述的数据分析模块部分中所采用的共光路测量方式，将参
考片固定在光路中，采用分光片，将参考片切入光路中，先进行定标处理，加入被测物或者信号后，先将参考信号减掉后在进行对比处理。
32.在上述技术方案中，所述的数据分析模块部分中，在物镜与管镜之间的平行光处加入偏振器件，偏振器件可以跟随物镜进行x方向移动，也可以固定在平行光处。
33.在上述技术方案中，所述的数据分析模块部分的偏振器件中，偏振器件可以是固定偏振态和角度的双折射器件，也可以是可通过调制电压来改变偏振态的弹光调制器（pem）。
34.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
35.在本发明中，术语“中心”、“上”、“下”、“轴向”、“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装配关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指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技术的限制。
36.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
37.由于上述方案的运用，本发明与现有技术相比具有以下优点和效果：使用本发明的技术方案，其中对晶圆厚度进行实时测量的测量波段涵盖紫外到红外，光学系统设计波段涵盖紫外到近红外，可兼容190nm~1500nm；光源可以自由更换，根据需求可选择紫外段、可见段、红外段等多种独立光源，也可以将多种光源组合使用，同时耦合进光学系统中。光源取光可以采用光纤耦合或空间直接耦合的方式，可使用氙灯、卤素灯、氘灯、ldls等光源。
38.使用本发明的技术方案，其中的光学系统倍率可调节，测量物镜可独立更换，也可以安装2个及以上物镜进行切换可切换适用于不同波段物镜，也可以切换不同倍率物镜；不同波段物镜可匹配宽波段光谱使用，不同倍率物镜可调整测量光斑大小，针对不同大小晶圆图案测量，同时也可以满足不同成像视场使用。
39.使用本发明的技术方案，可同时实现测量、成像实时监控，接收端采用测量光和成像光同时接收的方式，可实现测量区域的实时观测功能，可以一次性采集数据并分析，也可以根据需求选择其功能，满足多种材料和不同结构的测量需求。
40.使用本发明的技术方案，能够满足多种材料和不同结构的测量需求，原有的用于扫描晶圆全部位置的传动部件作用于位于晶圆托盘，即要在一个晶圆传动部件上设置至少一个旋转轴、至少两个平移轴，机构臃肿、无法做出大的调整、更改，而该装置整体结构紧凑，集成度高，可独立工作，也可以根据需求集成或兼容到其他装置中使用。
41.使用本发明的技术方案，其测量速度快，可对晶圆厚度、晶圆表面微结构和整体弯曲度等性能指标进行精确测量，能涵盖大部分半导体制造商对晶圆测量的需求。
附图说明
42.附图1为本发明实施例的外观示意图；附图2为本发明实施例的光学测量模块部分的系统示意图；附图3为本发明实施例中第二反射镜、物镜、晶圆及一维位移装置在z方向位移的示意图；附图4为本发明实施例中晶圆传动单元的结构示意图。
43.以上附图各部位表示如下：1 第一光源2 第一小孔3 第一分光器件4 第二分光器件5 管镜透镜6 第一反射镜7 第二反射镜8 物镜9 第三分光器件10 第二小孔11光谱光纤12 光谱探测单元13 第二光源14 图像传感单元15 第一直线位移装置16 第二直线位移台17 一维直线位移台18 一维位移装置19 参考片20 θ轴旋转组件21 y轴传动组件22 上片口23 电控箱24 光学测量部分83 晶圆80 组合传动整体。
具体实施方式
44.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术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技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
45.如附图1至附图4所示，本发明实施例提出了一种晶圆厚度实时测量装置，该测量装置包括光学测量模块、传动模块、数据分析模块，该装置采用光谱反射测量的原理和结构，测量波段涵盖紫外到红外，光学系统倍率可调节，可同时实现测量、成像实时监控，满足多种材料和不同结构的测量需求。该装置整体结构紧凑，集成度高，可独立工作，也可以根据需求集成或兼容到其他装置中使用。
46.如附图1所示，本发明实施例的装置主要包含上下两个部分，上半部分包含光学测量部分24、传动部分，下半部分包括电控箱23、气路和支撑。采用这样的结构，结构紧凑，集成度高，模块划分清晰，便于维修修护。
47.本发明实施例的一种宽波段、多倍率、高精度的实时晶圆测量装置主要包含光学测量模块、传动模块、数据分析模块三大部分。
48.在其中一个实施例一中，该测量装置包括光学测量模块、传动模块、数据分析模块；其中：所述光学测量模块包括：第一光源和第二光源，分别用于提供测量和成像需要的光束；分光器件，设置为多个，用于分光束与合光束；反射器件，设置为多个，用于将光束导入光路中；物镜，用于将光路垂直入射晶圆表面并形成可在晶圆表面移动的聚焦光斑；接收端，用于获取从晶圆表面激发反射回的光学信息；所述光学测量模块被配置成：从第一光源、第二光源发射的光束经由分光器件合束后形成第一光路，第一光路经由反射器件被引到物镜，物镜将光束聚焦到晶圆表面；第一光路由晶圆表面激发反射回物镜中形成第二光路，第二光路经由反射器件被引到接收端；所述传动模块包括：光学传动单元，光学传动单元配置成至少对光学测量模块中的物镜进行传动；晶圆传动单元，用于装载晶圆并带动所述晶圆旋转或旋转加平移；数据分析模块用于获取从接收端得到的光学信息，以计算处理后得到晶圆表面薄膜信息。
49.通过以上实施例的实施，有别于现有技术的是，通过共光路的方式将垂直射入并反射的光学信息以不同的方式被接收端处接收、处理，同时对传动部分的结构也做出重大改进，从而使得装置本身的结构能够更加紧凑可独立工作，也可以根据需求集成或兼容到其他装置中使用，能涵盖大部分半导体制造商对晶圆测量的需求。
50.在另一个实施例二中，提出了一种晶圆厚度实时测量装置，该测量装置包括光学测量模块、传动模块、数据分析模块；其中：该测量装置包括光学测量模块、传动模块、数据分析模块；其中：所述光学测量模块包括：第一光源和第二光源，分别用于提供测量和成像需要的光束；分光器件，设置为多个，用于分光束与合光束；反射器件，设置为多个，用于将光束导入光路中；管镜透镜，用于光束的调节对焦以进行对准和测量补偿；物镜，用于将光路垂直入射晶圆表面并形成可在晶圆表面移动的聚焦光斑；
图像传感单元，用于获取晶圆反射光束的图像信号信息，以观察和对准光斑；光谱探测单元，用于探测晶圆反射光束的反射光谱信息；所述光学测量模块被配置成：从第一光源、第二光源发射的光束经由分光器件合束后形成第一光路，第一光路经由管镜透镜、反射器件被引到物镜，物镜将光束聚焦到晶圆表面；第一光路由晶圆表面激发反射回物镜中形成第二光路，第二光路经由反射器件被引到分光器件，分光器件将第二光路分束成两束，其中一束被图像传感单元探测，用于获得图像信号信息，另外一束被光谱探测单元探测，用于获得薄膜的反射光谱信息；所述传动模块包括：光学传动单元，光学传动单元配置成至少对光学测量模块中的管镜透镜及物镜进行传动以共同进行对准和测量的补偿；晶圆传动单元，用于装载晶圆并带动所述晶圆旋转或旋转加平移；所述数据分析模块用于获取从光学测量模块得到的图像信号信息、反射光谱信息，以计算处理后得到晶圆表面薄膜信息。
51.通过上述实施例二的实施，除了实施例一的好处“通过共光路的方式将垂直射入并反射的光学信息以不同的方式被接收端处接收、处理，同时对传动部分的结构也做出重大改进，从而使得装置本身的结构能够更加紧凑可独立工作，也可以根据需求集成或兼容到其他装置中使用，能涵盖大部分半导体制造商对晶圆测量的需求”以外，可采用管镜透镜移动调节焦距z方向，也可以采用物镜调z方向，也可以同时移动进行对准和测量的补偿，管镜透镜和物镜使用一维平动方式，精度要求较高时可采用压电位移台的方式进行控制，可实现纳米级传动，并极大的缩小了体积，从而使得整个半导体测试设备中的晶圆厚度实时测量装置的体积得以缩小，而且由于其灵活性，在体积缩小的情况下其工作效率、工作精度反而能够增加，比如可采用管镜透镜移动调节焦距z方向，也可以采用物镜调z方向，焦距测量精度，调节速度更快，以此缩短调焦距时间，同时对于管镜透镜和物镜的同步调节，可以增加针对不同大小晶圆83图案测量，同时也可以满足不同成像视场使用具体的，所述光学测量模块包括：第一光源1和第二光源13，分别用于提供测量和成像需要的光束；设计波段涵盖紫外到近红外，可兼容190nm ~1500nm，光源可以自由更换，根据需求可选择紫外段、可见段、红外段等多种独立光源，也可以将多种光源组合使用，同时耦合进光学系统中；分光器件，设置为多个，用于分光束与合光束；反射器件，设置为多个，用于将光束导入光路中；光学测量模块中使用的分光器件、物镜8等光学元件都可适用190nm~1500nm波段，其中分光器件使用宽波段镀膜元件和点格分光镜，特别是点格分光镜可以根据分光比例调节点格大小，波段可以适用于190nm~1500nm；物镜8，用于将光路垂直入射晶圆83表面并形成可在晶圆83表面移动的聚焦光斑；接收端，用于获取从晶圆83表面激发反射回的光学信息。
52.所述光学测量模块被配置成：从第一光源1、第二光源13发射的光束经由分光器件合束后形成第一光路，第一光路经由反射器件被引到物镜8，物镜8将光束聚焦到晶圆83表面；第一光路由晶圆83表面激发反射回物镜8中形成第二光路，第二光路经由反射器件被引到接收端。
53.在本发明实施例的光学测量模块中，所述接收端包括图像传感单元14和/或光谱探测单元12，所述光学信息包括图像信号信息和/或反射光谱信息；当所述接收端包括图像
传感单元14或光谱探测单元12时，所述第二光路经由反射器件被引到图像传感单元14或光谱探测单元；当所述接收端包括图像传感单元14和光谱探测单元时，所述光学测量模块中的第二光路被引到分光器件中，分光器件将第二光路分束成两束，其中一束被图像传感单元14探测，用于获得图像信号信息，以观察和对准光斑，另一束经由反射器件被引到光谱探测单元12，用于探测晶圆83反射光束的反射光谱信息。
54.接收端采用测量光和成像光同时接收的方式，可实现测量区域的实时观测功能。接收端，用光谱光纤11或直接耦合方式接收测量光，光谱光纤11可采用一分多的方式将宽光谱分入到对应接收器中进行分析，一次性采集数据并分析。接收端，可采用光谱仪、探测器、cmos、ccd或者二极管检测阵列（pda）和信号处理电路等方式进行接收和处理信号。
55.如附图2所示，在本发明实施例的光学测量模块中，所述分光器件包括第一分光器件3、第二分光器件4、第三分光器件9，所述反射器件包括第一反射镜6、第二反射镜7；具体的，所述光学测量模块包括：第一光源1、第一小孔2、第二光源13、第一分光器件3、第二分光器件4、管镜透镜5、第一反射镜6、第二反射镜7、物镜8、第三分光器件9、图像传感单元14、第二小孔10、光谱光纤11、光谱探测单元12；所述第一光源1用于将不同光谱的光源用光纤或者分光镜方式耦合在第一小孔2上，提供测量需要的光束；所述第二光源13采用光纤耦合或空间直接耦合的方式，提供成像需要的光束；第一光源1发出的光束经过第一小孔2后与第二光源13发出的光束通过第一分光器件3合束，合束光经过第二分光器件4、管镜透镜5后形成第一光路被第一反射镜6、第二反射镜7反射到物镜8、再由合束光聚焦到晶圆83表面；合束光由晶圆83表面激发反射回物镜8形成第二光路，第二光路经过第二反射镜7、第一反射镜6和管镜透镜5后被第二分光器件4反射到第三分光器件9，第二光路经第三分光器件9分光成两束，其中一束被图像传感单元14探测，用于图像观察和对准光斑，另外一束通过第二小孔10后聚焦到光谱光纤11的纤芯上，光谱光纤11将光传导给光谱探测单元12后获得薄膜的反射光谱信息，经过计算处理后得到晶圆83表面薄膜的信息；光学传动单元配置成至少对光学测量模块中的物镜8和/或管镜透镜5进行传动。
56.在本发明实施例中，所述光学测量模块还包括参考片19，参考片19用于发出参考光束，参考光束与第一光路的光束耦合后再由晶圆83表面激发反射形成第二光路或直接与第二光路的光束耦合；所述光学传动单元包括一维直线位移台17，所述第一反射镜6安装在一维直线位移台17上，一维直线位移台17带动第一反射镜6在垂直于第一光路经过第二分光器件4、管镜透镜5的路径方向上位移；所述第一反射镜6为全反射镜，使用一维直线位移台17将第一反射镜6切入第一光路和第二光路中进行晶圆83测量，在使用一维直线位移台17将第一反射镜6移出第一光路和第二光路获得参考片19的参考光束。
57.具体的，光学测量模块中：测量物镜8可独立更换，也可以安装2个及以上物镜8进行切换。物镜8可切换适用于不同波段物镜8，也可以切换不同倍率物镜8。不同波段物镜8可匹配宽波段光谱使用，不同倍率物镜8可调整测量光斑大小，针对不同大小晶圆83图案测量，同时也可以满足不同成像视场使用。
58.在本发明实施例的传动模块中，传动模块包括光学传动单元和晶圆传动单元；光学传动单元配置成至少对光学测量模块中的物镜8进行传动；晶圆传动单元用于装载晶圆
83并带动所述晶圆83旋转或旋转加平移。所述物镜8位于晶圆83的上方，定义物镜8和晶圆83的上下方向为z方向，与上下方向相垂直的为x方向，与x、z方向相垂直的方向则为y方向，定义绕z方向轴线转动的轴为θ轴。
59.光学传动单元包括一维直线位移台17、第二直线位移台16、一维位移装置18、第一直线位移装置15；使用一维直线位移台17将第一反射镜6切入或移出第一光路和第二光路中；第二直线位移台16驱动物镜8在x方向平动，实现晶圆83测量时物镜在x方向的移动；一维位移装置18驱动物镜8在z方向移动，以实现物镜8的变焦；第一直线位移装置15带动管镜透镜5沿第一光路行进方向平移。由一维位移装置18、第一直线位移装置15可知，本装置中可采用管镜透镜5移动调节焦距，可以采用物镜8调节焦距z方向，也可以同时移动管镜透镜5、物镜8进行对准和测量的补偿，管镜透镜5和物镜8使用一维平动方式，精度要求较高时可采用压电机台的方式进行控制，可实现纳米级传动，并极大的缩小了体积。
60.如附图4所示，所述晶圆传动单元包括θ轴旋转组件20、y轴传动组件21，θ轴旋转组件20带动晶圆83在θ轴进行单轴旋转，y轴传动组件21带动晶圆83在y方向平移。
61.由所述光学传动单元和晶圆传动单元的设置可知，可将扫描轴x轴安装在物镜8方，利用物镜8的平动来完成晶圆83x轴方向的测量移动，在传动部分配合θ轴的单轴旋转，可实现整个晶圆83表面位置的测量及观测。x、θ轴的两轴测量方式，测量晶圆83表面位置时，x轴只需要移动被测晶圆83半径的长度，再通过θ轴的旋转即可实现整个晶圆83面的位置测量。该种方式极大的缩短了运动距离，使测量光路更加紧凑，节省空间。同时使用x、θ两轴传动时，还可以在θ轴上耦合一个y轴，y轴传动组件21的行程长短可根据实际晶圆83传动距离和设备空间来决定。x、θ、y三轴可实现晶圆83中心对中的高精度对中。满足高精度重复测量和图案片高精度的定位需求。所述y轴的运动的距离和精度根据需要可调整：当不需要高精度对准和晶圆83y方向传动时，y轴可以取消；当需要实现高精度中心对准时，可使用行程较短精度较高的y轴进行旋转中心y方向的弥补；当上片口22位置和测量位置距离较长时，可采用长行程y轴进行晶圆83传动。
62.如附图1所示，所述测量装置还包括有晶圆83上片口22，在晶圆83上片口22处可安装宏观缺陷扫描组件；宏观缺陷扫描组件，该组件主要由相机、光源、镜头三大部分组成。当机械手上片或者在晶圆83运输的过程中，利用相机和镜头完成对晶圆83表面宏观缺陷的检测，可代替人眼检测出晶圆83表面的灰尘、划痕、颗粒等缺陷，当晶圆83完成上片运动到测量区域时，晶圆83表面缺陷以图像形式呈现。
63.数据分析模块用于获取从接收端得到的光学信息，以计算处理后得到晶圆83表面薄膜信息，所述光学信息包括图像信号信息和/或反射光谱信息，其中采用干涉法薄膜测量技术来对相关数据进行处理、计算。数据分析模块可实现多系统同时同步采集的功能。系统成像光路和测量光路可实时同步采集，两套系统可同时拿到其焦点位置。对于焦点位置判断，晶圆83测量可以节省时间，提升测片效率。使用共光路参考光做数据分析，不同于用参考片19的测量方式，既节约的时间，提升了效率，共光路测量也避免的不同参考片19带来的误差，提升了测量精度。共光路测量方式，可采用在平行光路中切入分光片，将一部分测量光收集耦合在接收器件中；也可以使用双通道光谱仪，不进行分光，直接在接收端光谱仪中把信号按比例划分后进行处理。共光路测量方式中，可以将参考片19固定在光路中，采用分光片，将参考片19切入光路中，先进行定标处理，加入被测物或者信号后，先将参考信号减
掉后在进行对比处理。
64.在本发明的又一种实施例中，还可在物镜8与管镜透镜5之间的平行光处加入偏振器件，偏振器件可以跟随物镜8进行x方向移动，也可以固定在平行光处；偏振器件可以是固定偏振态和角度的双折射器件，也可以是通过调制电压来改变偏振态的弹光调制器（pem）。
65.在本发明实施例中，以附图2中的光学测量模块为例，光学测量模块的具体工作方式参考如下：第一光源11发出的光束经过第一小孔2后与第二光源13发出的光束通过第一分光器件3合束形成第一光路，然后经过第二分光器件4、管镜透镜5后被第一反射镜6和第二反射镜7反射到物镜8，物镜8将光束聚焦到晶圆83表面，光束被晶圆83反射回物镜8形成第二光路，经过第二反射镜7、第一反射镜6和管镜透镜5后被第二分光器件4反射到第三分光器件9，其中一束被图像传感单元14探测，用于图像观察和对准光斑；另外一束通过第二小孔10后聚焦到光谱光纤11的纤芯上，光谱光纤11将光传导给光谱探测单元后获得薄膜的反射光谱信息，经过计算处理后得到晶圆表面薄膜的信息；管镜透镜5可连接第一直线位移装置15，驱动方向如附图2中的1-1所示，位移装置的移动范围和精度通过管镜透镜5和物镜8之间的倍率关系换算得到，例如：移动范围表示为δz*β*β，如果δz取
±
100um，β=10
×
，直线位移台的移动范围为
±
10mm；所述的第一直线位移台15移动精度为a*β*β，如果a取值1um，β=10
×
，则移动精度为0.1mm；物镜8和第二反射镜7构成一个整体，可连接一个一维位移装置18，驱动方向如附图2中的1-4所示，单独控制物镜8和晶圆83之间的距离，调节z向进行聚焦。根据物镜8的倍率和被测晶圆83表面的翘曲程度，一维位移装置18可选择不同精度、不同行程，必要时可选择体积小巧，精度高的压电位移台；第一直线位移装置15和一维位移装置18都可以实现测量聚焦功能，可根据实际需求进行选择使用。同时在所述物镜8处可安装一个选择位移台或一维位移台，将不同倍率物镜8进行切换；物镜8和第二反射镜7构成一个组合传动整体80，安装在第二直线位移台16上，驱动方向如附图2中的1-3所示，该方向移动实现晶圆83测量时物镜在x方向的移动，配合晶圆83传动部分的y、θ轴，实现对整个晶圆83表面的位置的测量和观察。但是本发明不以此为限，也可以以传动单元对组合传动整体80在x方向、y方向的传动以实现对整个晶圆83表面的位置的测量和观察；第一反射镜6可安装一维直线位移台17，驱动方向如附图2中的1-2所示；本发明实施例的参考片19中，第一反射镜6可以是全反射镜，也可以是分光反射镜。当第一反射镜6为全反射镜时，使用一维直线位移台17将第一反射镜6切入光路中进行晶圆83测量，在使用一维直线位移台17将第一反射镜6移出光路获得参考片19的参考光束。当第一反射镜6为分光反射镜时，则不需要一维直线位移台17，参考光和测量光束同时耦合在光路中，根据优先对参考光束的定标，来获取并计算出晶圆83的信号光束。
66.在本发明实施例中，所述第一光源1，可用光纤引入也可以直接耦合在第一小孔2上，第一光源1可以将不同光谱的光源用光纤或者分光镜方式耦合在第一小孔2上，将宽光谱耦合进测量光路中；同时在接收端光谱探测单元12也可以通过一分多的光谱光纤11将接收的信号光引入不通光谱探测单元12中。由于第二光源13和图像传感单元14也固定在光路
中，并可实现图像和测量光束的同步聚焦功能。
67.晶圆83传动的方式可参考附图4，附图4中给出了θ轴和y轴的一个组合方式，y轴传动组件21在底部，θ轴旋转组件20搭载在y轴传动组件21上，y轴传动组件21的行程长短可根据实际晶圆83传动距离和设备空间来决定。θ轴旋转组件20可连接8寸、12寸或兼容型的晶圆83托盘chuck。
68.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，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。