(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210339351.X (22)申请日 2022.04.01 (71)申请人 上海精测半导体技 术有限公司 地址 201702 上海市青浦区徐泾镇双浜路 269、 299号1幢1、 3层 (72)发明人 董诗浩　唐岳　李仲禹　 (74)专利代理 机构 上海恒锐佳知识产权代理事 务所(普通 合伙) 31286 专利代理师 黄海霞 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/17(2006.01) G01N 21/62(2006.01) G01N 21/84(2006.01) (54)发明名称 测量装置及其调节方法、 光斑尺 寸的获取方 法 (57)摘要 本发明提供了一种应用于半导体领域的测 量装置及其调节方法、 光斑尺寸的获取方法， 所 述测量装置包括： 光源、 第一调节单元、 第二调节 单元、 合束器、 聚光单元、 探测器； 所述光源用于 产生激发光光束和探测光光束； 所述第一调节单 元获取所述激发光光束， 并对所述激发光光束进 行大小可调节的扩束； 所述第二调节单元获取所 述探测光光束， 并对所述探测光光束进行大小可 调节的进行扩束； 所述探测器接收所述探测光光 斑的反射信号以获取探测信号， 所述探测 信号用 以反馈所述待测样品的特征参数。 本发明通过控 制激发光光束和探测光光束的直径大小， 进而提 高激发光和探测光在待测样品表面上形成的光 声信号的信噪比。 权利要求书3页 说明书10页 附图5页 CN 114739903 A 2022.07.12 CN 114739903 A 1.一种测量装置， 其特征在于， 包括： 光源、 第一调 节单元、 第二调节单元、 合束器、 聚光 单元、 探测器； 所述光源用于产生激发光光束和探测光光束； 所述第一调节单元获取所述激发光光 束， 并对所述激发光 光束进行大小可调节的扩束； 所述第二调节单元获取所述探测光光束， 并对所述探测光光束进行大小可调节的扩 束； 所述合束器接收经过所述第一调节单元扩束后的激发光光束和经过所述第二调节单 元扩束后的探测光 光束， 以对所述扩束后的激发光 光束和所述扩束后的探测光 光束合束； 所述聚光单元接收经过所述合束器合束后的光束， 以在待测样品表面形成激发光光斑 和探测光光斑； 所述激发光光斑和所述探测光光斑的光斑尺寸可分别由所述第一调节单元 和所述第二调节单 元调节； 所述探测器接收所述探测光光斑的反射信号以获取探测信号， 所述探测信号用以反馈 所述待测样品的特 征参数。 2.根据权利要求1所述的测量装置， 其特征在于， 所述激发光光束和所述探测光光束由 同一激光器发射的激光束获得， 或者所述激发光光束由第一激光器发射的激光束获得， 所 述探测光 光束由第二激光器发射的激光束获得。 3.根据权利要求2所述的测量装置， 其特征在于， 所述第 一调节单元包括斩波器和第 一 扩束单元， 所述斩波器接 收所述激发光光束以调制所述激发光光束的光强和频率， 所述第 一扩束单 元接收经 过所述斩波器的所述激发光 光束并对所述激发光 光束进行扩束； 所述第二调节单元包括光学延迟线和第 二扩束单元； 所述光学延迟线接收所述探测光 光束以调节所述探测光光束的光程， 所述第二扩束单元对经过所述光学延迟线的所述探测 光光束进 行扩束； 或， 所述第二扩束 单元对所述探测光光束进 行扩束， 所述光学延迟线接收 并传输经 过所述第二扩束单 元扩束后的探测光 光束以调节所述探测光 光束的光 程。 4.根据权利要求3所述的测量装置， 其特征在于， 所述第一扩束单元包括M个伽利略式 扩束镜或M个开普勒式扩束镜， 所述M为 正整数； 所述第二扩束单 元包括N个伽利略式扩束镜或N个开普勒式扩束镜， 所述 N为正整数。 5.根据权利要求4所述的测量装置， 其特征在于， 还包括光程补偿器， 所述光程补偿器 用于调节所述激发光光束的光程， 所述激发光光束可经过所述光程补偿 器后传输至所述第 一扩束单 元， 或者所述激发光 光束可经过所述第一扩束单 元后传输 至所述光程补偿器。 6.根据权利要求3所述的测量装置， 其特征在于， 所述斩波器与 所述激光器之间的距离 小于或等于所述激发光 光束的瑞利距离 。 7.根据权利要求1至6 中任一项所述的测量装置， 其特征在于， 还包括反射单元， 用于调 控所述探测光 光束和/或所述激发光 光束的传输方向。 8.一种光斑尺寸的获取方法， 其特征在于， 应用于如权利要求1至7中任一项所述的测 量装置， 包括： 计算第一远场发散角度 θ1和第二远场发散角度 θ2； 获取聚光单元焦距fW， 根据所述聚光单元焦距fW和所述第一远场发散角度θ1计算待测 样品上形成的所述激发光 光斑的半径 r1： r1＝fWtanθ1；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114739903 A 2以及根据所述聚光单元焦距fW和所述第二远场发散角度θ2计算所述待测样品上形成的 所述探测光 光斑的半径 r2： r2＝fWtanθ2； 其中， 所述聚光单元为可变焦聚光单元， 所述光斑尺寸为所述激发光光斑尺寸和/或所 述探测光光斑尺寸； 所述第一远场发散角度为所述第一调节单元扩束后的所述激发光光束 的远场发散角度， 所述第二远场发散角度为所述第二调节单元扩束后的所述探测光光束的 远场发散角度。 9.根据权利要求8所述的获取 方法， 其特 征在于， 获取第一发散角度以及第 一角放大率， 并根据所述第 一发散角度和所述第 一角放大率 计算所述第一远场发散角度； 获取第二发散角度以及第 二角放大率， 并根据所述第 二发散角度和所述第 二角放大率 计算所述第二远场发散角度； 其中， 所述第一发散角度为所述第一调节单元扩束前所述激发光光束的发散角度， 所 述第一角放大率为所述第一调节单元的角放大率， 所述第二 发散角度为所述第二调节单元 扩束前所述探测光 光束的发散角度， 所述第二角放大率 为所述第二调节单 元的角放大率。 10.一种光斑尺寸的获取方法， 其特征在于， 应用于如权利要求1至7中任一项所述的测 量装置， 包括： 获取所述测量装置 中的光束参数、 装置参数， 所述光束参数包括： 经扩束后的所述激发 光光束的远场 发散角度， 以及经扩束后的所述探测光光束的远场发散角度； 所述装置参数 为所述激发光光束和/或所述探测光光束传播经过的光学器件的参数及所述激发光光束 和/或所述探测光 光束空间传输的距离； 基于所述光束参数、 所述装置参数建立光斑尺寸仿真模型， 所述光斑尺寸为所述激发 光光斑尺寸和/或所述探测光 光斑尺寸； 将实际光束参数和经过实际测量得到的装置参数代入所述仿真模型， 以得到所述测量 装置的光斑尺寸。 11.根据权利要求10所述的获取方法， 其特征在于， 所述获取所述测量装置 中的光束参 数包括： 获取第一束腰间距和第 二束腰间距， 根据 所述第一束腰间距计算所述第 一调节单元扩 束前所述激发光光束的直径， 以及根据所述第二束腰间距计算所述第二调节单元扩束 前所 述探测光 光束的直径； 根据所述扩束前所述激发光光束的直径和所述第 一放大率， 计算经所述第 一调节单元 扩束后所述激发光 光束的直径， 进 而计算所述聚光单 元前所述激发光 光束的直径； 以及根据 所述扩束前所述探测光光束的直径和所述第 二放大率， 计算经所述第 二调节 单元扩束后所述探测光 光束的直径， 进 而计算所述聚光单 元前所述探测光 光束的直径； 基于所述扩束前所述激发光光束的直径和所述扩束后所述激发光光束的直径， 获取扩 束后所述激发光光束的远场发散角度； 以及基于所述扩束 前所述探测光光束的直径和所述 扩束后所述探测光 光束的直径， 获取扩束后所述探测光 光束的远场发散角度； 其中， 所述第 一束腰间距为所述第 一调节单元的前焦面与所述第 一调节单元扩束前所 述激发光光束束腰之间的距离， 所述第二束腰间距为所述第二调节单元的前焦面与所述第权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114739903 A 3