CN107991728A - 宽带及宽视场角补偿器 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及一种宽带及宽视角补偿器。本发明提出可旋转补偿器，其经配置而以跨越孔径的高度推迟均匀性透射包含紫外线的在宽广波长范围内的非准直光。在一个实施例中，可旋转补偿器包含光学接触的四个个别板的堆叠。在所述堆叠中间的两个薄板由双折射材料制成且经布置以形成复合零级双板。其余两个板为相对厚的且由光学各向同性材料制成。这些板安置于所述复合零级双板的任一端上。低级板使跨越所述孔径的推迟对非准直光的敏感性最小化。材料经选择以确保对紫外光的透射。所述光学各向同性端板使在所述薄板的光学界面处所诱发的相干效应最小化。

Description

宽带及宽视场角补偿器
本申请是申请日为2014年8月22日，申请号为“201480053389.4”，而发明名称为“宽带及宽视角补偿器”的申请的分案申请。
相关申请案的交叉参考
本专利申请案依据35U.S.C.§119主张于2013年8月23日提出申请的标题为“宽带及宽视场角补偿器(Broadband and Wide Field Angle Compensator)”的序列号为61/869,065的美国临时专利申请案的优先权，所述申请案的标的物以引用方式并入本文中。
技术领域
所描述实施例涉及光学计量系统，且更特定来说涉及包含可旋转补偿器元件的系统。
背景技术
通常通过适用于样品的一系列处理步骤制作例如逻辑及存储器装置的半导体装置。通过这些处理步骤形成半导体装置的各种特征及多个结构层级。举例来说，除其它之外，光刻也是涉及在半导体晶片上产生图案的一种半导体制作过程。导体制作过程的额外实例包含但不限于化学机械抛光、蚀刻、沉积及离子植入。可在单个半导体晶片上制作多个半导体装置，且接着将所述多个半导体装置分离成个别半导体装置。
在半导体制造过程期间在各个步骤处使用光学计量过程来检测晶片上的缺陷以促进较高合格率。光学计量技术提供高吞吐量而不具有样本损毁的危险的可能性。若干种基于光学计量的技术(包含椭圆偏振测量、散射测量及反射测量实施方案)及相关联分析算法共同用于表征临界尺寸、膜厚度、组成及纳米尺度结构的其它参数。
随着装置(例如，逻辑及存储器装置)朝较小纳米尺度尺寸进展，表征变得更困难。并入有复杂三维几何结构及具有迥异物理性质的材料的装置加剧表征困难度。
长期以来，光学椭圆偏振测量一直被认为是提供对半导体及其它材料、表面状况、层组成及厚度以及上覆氧化物层的准确表征的有效的非破坏性测量技术。特定来说，已证明，椭圆偏振测量对评估沉积于半导体或金属衬底上的薄膜的厚度、结晶性、组成及折射率特性有用。
椭圆偏振计用具有已知偏振状态的光束探测样本。所述光束以非法向入射从样本的表面反射。在反射之后，光束的偏振状态取决于样本的性质而即刻被修改。通过准确地测量经反射光束的偏振状态且将其与原始偏振状态比较，可确定样本的各种性质。
在光谱椭圆偏振测量中，或者在每一新波长下改变探测波长且重复椭圆偏振测量，或者探测光束含有多个波长且用光谱分辨率检测经反射光束。光谱椭圆偏振测量对于表征以堆叠层形成的多材料样本为有利的。取决于光的材料及波长的不同深度穿透及光谱响应提供关于样本的额外信息，所述信息不可从单个波长椭圆偏振计获得。
已提出许多配置来测量在反射之后即刻发生的偏振状态的改变。在一种类型的椭圆偏振计中，仅使用两个光学元件：偏振器及分析器，其中的一者保持固定且另一者保持旋转。此椭圆偏振计(通常被称为旋转-偏振器或旋转-分析器椭圆偏振计)被称作“不完整”旋光计，这是因为其对圆偏振分量的旋向性(handedness)不敏感且当正被分析的光几乎完全地线偏振或拥有去偏振分量时展现较差性能。
通过包含放置于偏振器与分析器之间的旋转补偿器来减小旋转-偏振器及旋转-分析器椭圆偏振计的限制。可将补偿器放置于样本与偏振器之间，或样本与分析器之间。补偿器为光学组件，其相对于平行于其快轴偏振的光而延迟平行于其慢轴偏振的光。所述延迟与沿着两个方向的折射率差及板的厚度成比例。
补偿器最容易实施于经高度准直光束中。透射穿过补偿器的经高度准直光束获取跨越其波前的均匀延迟。此均匀性通常为分析的简单性所要的。存在用于与经高度准直光束一起使用的各种补偿器设计。以实例方式，在由加利福尼亚州(California)(美国)苗必达市(Milpitas)的科磊公司(KLA-Tencor Corporation)制造的光束轮廓椭圆偏振计(BPE)的OP2xxx-OP9000模型族中使用复合零级波板。所述波板为空气间隔的经抗反射涂布的石英双板。在由加利福尼亚州(美国)苗必达市的科磊公司制造的光谱椭圆偏振计(SE)的OP5xxx-OP7xxx模型族中也使用复合零级波板。此波板为空气间隔的氟化镁(MgF2)双板。在另一实例中，MgF2单板用于由加利福尼亚州(美国)苗必达市的科磊公司制造的光谱椭圆偏振计的OP9000族中。所有这些实例采用相对厚(大约一毫米)波板，所述波板适合于与经高度准直光一起使用但通常不适合于未经准直光。
其它补偿器设计包含贝雷克(Berek)补偿器、菲涅尔菱体(Fresnel rhomb)、K-棱镜及索莱-巴比涅(Soleil-Babinet)补偿器。所有这些设计均对视场角敏感且仅适合于在采用经高度准直光的椭圆偏振计内使用。
在一些实例中，补偿器用于非准直光束中。补偿器上的不同入射角在补偿器内部具有不同传播方向，且因此产生不同相移及振幅。此产生具有跨越波前的一系列偏振状态的经透射光束。此更详细地描述于美国光学会志54(1964)1115页到1120页的霍姆斯(D.A.Holmes)的“推迟板的精确理论(Exact Theory of Retardation Plates)”中，所述文章的全部内容以引用方式并入本文中。为减小变化入射角的影响，可减小补偿器元件的厚度。举例来说，薄的(大约十微米)单轴石英单板补偿器用作并入到由加利福尼亚州(美国)苗必达市的科磊公司制造的爱励(Aleris)产品族中的单个波长椭圆偏振计(SWE)的部分。
一般来说，薄的零级波板能够适应较大视场。但这些波板通常比入射光的相干长度薄。因此，其遭受随波长而变的相位及透射率振荡。此对于用宽带光操作的椭圆偏振计来说尤其成问题。抗反射涂层减小这些振荡的振幅，但通常仅在短波长范围内有很好作用。此外，宽带抗反射涂层可加应力于波板，从而降低跨越通光孔径的推迟均匀性。一般来说，独立式超薄零级波板无法承受甚至简单涂层的应力。在前述单板补偿器实例中，波板晶体(即，分别为石英及云母)接合到硼硅酸盐(BK7)玻璃的厚(大约一毫米)衬底以为涂布有抗反射涂层的晶体提供机械稳定性及支撑。当前制造过程实现非常薄的(大约10微米)石英晶体单板到BK7衬底的成功接合。但BK7并不透射紫外光，且因此不适合于在包含紫外光的宽带椭圆偏振计内使用。
已提出用于与非准直光一起使用的其它补偿器设计，包含潘查拉纳姆(Pancharatnam)、贝克尔(Becker)、利奥(Lyot)的设计及并入有双轴聚合物的设计。这些设计更详细地描述于S.潘查拉纳姆、印度科学院学报(Proceedings of the Indian Academyof Sciences)A41，130(1955)中及P.叶(Yeh)、C.顾(Gu)的“液晶显示器光学(Optics ofLiquid Crystal Displays)”，4.7到4.10章，威利(Wiley)(2010)中。每一所述专利的内容以全文引用方式并入本文中。
潘查拉纳姆、贝克尔及利奥的设计使用具有两种或两种以上不同材料的单轴板或双轴板的堆叠。每一板具有特定厚度及相对方位定向。这些设计中的每一者包含在与紫外光一起使用时的高色散区域。此使这些设计难以描述及稳定。此外，这些补偿器需要在关于偏振元件的固定布置中使用，从而使其不适于在旋转元件椭圆偏振计内使用。此对于由J.D.德维尔(de Veer)在1975年9月9日颁布的美国专利第3,904,267号中描述的补偿板也如此，所述美国专利以全文引用方式并入本文中。
双轴晶体需要主折射率之间的特定关系来提供宽视场。此可经工程设计到聚合物中，但这些聚合物不可靠地透射紫外光。发明者并不知晓任何适合双轴晶体。
现有补偿器设计未实现以包含紫外波长的非准直宽带照明源操作的旋转补偿器椭圆偏振测量工具。因此，期望经改进的补偿器设计。
发明内容
提出一种可旋转平行板补偿器，其经配置而以跨越孔径的高度推迟均匀性透射包含紫外线的在宽广波长范围内的非准直光。
在一个实施例中，可旋转补偿器包含光学接触的四个个别板的堆叠。在所述堆叠的中间的两个板各自由双折射材料制成，所述双折射材料是在光轴在入射面的平面中的情况下切割且具有小厚度。这些板经布置以形成低级复合零级双板。其余两个板被切割得相对厚且由光学各向同性材料制成。这些板安置于复合零级双板的任一端上。低级双板使跨越孔径的推迟对非准直光的敏感性最小化。材料经选择以确保对紫外光的透射。光学各向同性端板使在端板与周围环境的光学界面处所诱发的相干效应最小化。
在一些实施例中，光学各向同性材料的一个或多个额外板位于双折射板之间。在一些实施例中，在双折射板或位于双折射板之间的任何其它光学各向同性板之间维持空间分离。
在一些其它实施例中，光学各向同性板位于双折射板的堆叠的仅一侧上。
在又一些其它实施例中，单个双折射板被切割为足够薄，使得零级波板可有效地从双折射材料的单个板实现。在这些实施例中，各向同性材料的相对厚板位于单个双折射板的一侧或两侧上以使相干效应最小化。
本文中所描述的可旋转补偿器可用作经配置以测量结构及材料特性(例如，结构及膜的材料组成、尺寸特性等)的系统的部分。示范性系统包含并入有旋转补偿器元件的椭圆偏振计或旋光计系统。以实例方式，旋转补偿器椭圆偏振计(RCE)系统、双旋转补偿器(RCRC)系统、旋转偏振器、旋转补偿器(RPRC)系统及旋转补偿器、旋转分析器(RCRA)可并入有如本文中所描述的可旋转补偿器元件。
前述内容为发明内容且因此必须含有细节的简化、概述及省略；因此，所属领域的技术人员将了解，发明内容仅为说明性的且不以任何方式为限制性的。在本文中所陈述的非限制性实施方式中，本文中所描述的装置及/或过程的其它方面、发明性特征及优点将变得显而易见。
附图说明
图1是图解说明包含如本文中所描述的可旋转平行板补偿器的计量系统100的图式。
图2是图解说明在一个实施例中的可旋转平行板补偿器200的图式。
图3是图解说明在另一实施例中的可旋转平行板补偿器300的图式。
图4是图解说明在又一实施例中的可旋转平行板补偿器400的图式。
图5是图解说明在又一实施例中的可旋转平行板补偿器500的图式。
图6是图解说明在又一实施例中的可旋转平行板补偿器600的图式。
图7是图解说明图2中所图解说明的可旋转平行板补偿器200的透视图的图式。
具体实施方式
现在将详细参考背景技术实例及本发明的一些实施例，本发明的实例图解说明于附图中。
提出可旋转补偿器，所述可旋转补偿器接收具有包含紫外波长的宽广光谱范围的非准直入射光束，且变换入射光的偏振使得所透射光束获取跨越波前的小范围的延迟。这些可旋转补偿器可用作经配置以测量结构及材料特性(例如，结构及膜的材料组成、尺寸特性等)的系统的部分。示范性系统包含并入有旋转补偿器元件的椭圆偏振计或旋光计系统。以实例方式，旋转补偿器椭圆偏振计(RCE)系统、双旋转补偿器(RCRC)系统、旋转偏振器、旋转补偿器(RPRC)系统及旋转补偿器，及旋转分析器(RCRA)可并入有如本文中所描述的可旋转补偿器元件。
图1图解说明用于根据本文中所提出的示范性方法测量半导体晶片的特性的系统100。系统100可用于执行对安置于晶片定位系统110上的半导体晶片112的一个或多个结构114的光谱椭圆偏振测量。
如图1中所描绘，系统100包含旋转补偿器椭圆偏振计(RCE)101。在一个方面中，RCE 101包含在本文中所描述的非限制性、示范性实施例中的任一者中配置的可旋转补偿器113。RCE 101同时(或近乎同时)测量从测试样本114反射的探测光束108中所含有的宽广范围的波长的偏振状态。RCE 101包含宽带照明源102、偏振器107、可旋转补偿器113、分析器109及检测器104。
以非限制性实例方式，照明源102包含一个或多个光源，所述光源产生所关注预定波长范围内(包含紫外光谱的波长)的多色光的光谱。在一些实例中，照明源102产生在介于190纳米与880纳米之间的范围内的照明光。照明源102可包含一个或多个基于激光的光源、弧光灯源、充气灯泡源等。一般来说，可预期经配置以发射短相干长度光的任何光源，且特定来说，低到190纳米的UV光。预期，除产生具有在介于190纳米与880纳米之间的范围内的一个或多个波长的光以外，照明源102还可经配置以产生包含低于190纳米、高于880纳米的波长的光，或以上两种情况。
来自照明源102的发散光束106与偏振器107相互作用以形成已知偏振状态。举例来说，偏振器107可为石英洛凶(Rochon)棱镜。一般来说，偏振未必一定为线性的或甚至完全的。偏振器107可由多种材料中的任一种制成。偏振器107可包含适合于紫外波长的反射偏振器。这些偏振器可含于真空环境内。偏振器107的方位角经定向使得与从偏振器107离开的经线性偏振光束117相关联的电向量的平面处于相对于入射平面成已知角度(由光束117的传播方向及到样本114的暴露表面的法线N界定)。如果使用发射具有所要已知偏振状态的光的特定光源，那么可省略偏振器107。
光束117以倾斜角度入射于样本114上且从样本114反射。如图1中所描绘，样本114为形成于晶片衬底110上的薄层。然而，一般来说，样本114可为裸的，或多个层可存在于彼此顶部上。基于众所周知的椭圆偏振原理，与入射光束117的偏振状态相比，经反射光束108将在与样本114相互作用之后通常处于不同的椭圆偏振状态。
从样本114反射的光束108通过可旋转补偿器113，可旋转补偿器113在平行于其慢轴偏振的光相对于平行于其快轴偏振的光之间引入相对相位延迟(即，相位推迟)Δ。相位推迟的量随波长、用于形成补偿器113的材料的色散特性及补偿器113的厚度而变。补偿器113围绕大体上平行于光束108的传播方向的轴旋转到多个角度。以非限制性实例方式，补偿器113由电动机(未展示)旋转。
补偿器113经配置成使得光束108的所要范围的相位延迟是由用于探测样本114的波长范围诱发。当可旋转补偿器113以已知方式旋转时，其改变光束108的偏振状态。光束108接着与分析器109相互作用，分析器109提取大体上单个、已知的偏振状态。举例来说，分析器109可为相对于入射平面以45度方位角定向的线性偏振器。然而，一般来说，用于适当地提取大体上单个、已知的偏振状态的任何光学装置均可用作分析器。
应注意，在一些实施例中，补偿器113位于样本114与分析器109之间(如图1中所展示)。然而，在一些其它实施例中，补偿器113位于样本114与偏振器107之间。在一些其它实施例中，例如补偿器113的补偿器位于样本114与分析器109之间，且也位于样本114与偏振器107之间。
如图1中所描绘，光束108在通过可旋转补偿器113及分析器109之后进入检测器104。检测器104测量在整个所关注波长范围内的不同波长的光的强度。通过测量由分析器109透射的光的强度，可确定从样本反射的光束108的偏振状态。
检测器104可包含色散元件(未展示)(例如衍射光栅、棱镜或全息板)以将随波长而变的光束108成角度地色散到检测器104内的检测器阵列中所含有的个别检测器元件。在一些实施例中，检测器104可包含CCD相机，或具有适合色散的光学器件或其它波长选择性光学器件的光电倍增管。在一些其它实施例中，检测器可包含单色仪等，且可使用单个检测器元件连续地测量不同波长(一次一个波长)。
如图1中所描绘，由计算系统116接收指示由检测器104测量的强度信息的输出信号111。计算系统116通过将检测器信号与基于系统组件的经校准光学性质的所述信号的模型及样本的光学性质的模型比较来确定所述样本的性质。通常，此包含测量随波长而变的光束强度，且还包含测量随围绕补偿器的旋转轴(其大体上平行于光束108的传播方向)的补偿器的方位角(旋转角)而变的光束强度。当已知补偿器角速度时，此测量随补偿器旋转角而变的强度可为测量随时间而变的光束117的强度。
在一些实施例中，补偿器113以增量方式旋转，在每一增量角处停止，且在补偿器静止时收集数据。然而，在一些其它优选实施例中，补偿器大体上连续地旋转，且在补偿器正移动时收集数据。在这些实施例中，所收集数据通常经校正以进行求平均，求平均由于在数据采集间隔期间补偿器的移动而发生。
在优选实施例中，椭圆偏振计101经配置为旋转偏振器、旋转补偿器椭圆偏振计(RPRCE)。补偿器113安装于收集镜(未展示)与分析器109之间的电动机轴件上。补偿器113以旋转偏振器的某一谐波或次谐波频率旋转。数据收集与偏振器及补偿器两者的旋转同步。
应认识到，贯穿本发明所描述的各个计算步骤可由单计算机系统116或(或者)多计算机系统116执行。此外，系统100的不同子系统(例如检测器104)可包含适合于执行本文中所描述的步骤的至少一部分的计算机系统。因此，前述说明不应解释为对本发明的限制而仅为图解说明。
另外，计算机系统116可以所述领域中已知的任何方式通信地耦合到椭圆偏振计101的检测器104、照明器子系统102、可旋转补偿器113、分析器109或偏振器107中的任一者。系统100的计算机系统116可经配置以通过可包含有线及/或无线部分的传输媒体从所述系统的子系统(例如，光谱仪104、照明器102及类似物)接收及/或采集数据或信息。以此方式，传输媒体可用作计算机系统116与系统100的其它子系统之间的数据链路。
在一个实例中，计算系统116从每一检测器接收所测量数据，且用软件编程以用于以适当方式处理其接收的数据。可通过以所述领域中已知的任何数目种方式分析从样本反射的辐射的偏振改变而响应于具有已知偏振状态的入射辐射从所测量数据推断样品的光谱响应115。此外，所测量光谱响应115可存储于存储器(例如，载体媒体118)中。
补偿器113、偏振状态产生器107及偏振状态分析器109中的任一者可经配置以在测量操作期间围绕其光学轴旋转。在一些实例中，计算系统116经编程以产生控制信号来控制补偿器113、偏振状态产生器107、偏振状态分析器109或系统100的其它元件(例如，其上搁置有样品112的晶片定位系统110)中的任一者的方位定向。计算系统116也可从与补偿器113、偏振状态分析器109及偏振状态产生器107中的任一者相关联的位置传感器接收指示这些元件中的任一者的方位定向的数据。计算系统116可用软件编程以用于以适当方式处理此类定向数据。
计算系统116可包含但不限于个人计算机系统、大型计算机系统、工作站、图像计算机、并行处理器或所属领域中已知的任何其它装置。一般来说，术语“计算系统”可广义地定义为涵盖具有执行来自存储器媒体的指令的一个或多个处理器的任何装置。
实施例如本文中所描述的所述方法的方法的程序指令120可经由载体媒体118发射或存储于载体媒体118上。所述载体媒体可为传输媒体，例如导线、电缆或无线传输链路。所述载体媒体还可包含计算机可读媒体，例如只读存储器、随机存取存储器、磁盘或光盘或者磁带。
此外，就所使用的源的类型、所浪费的光的量及用以实现经高度准直光束所需要的空间两者来说，需要经高度准直照明(例如，小于一毫弧度发散度)的旋转补偿器系统可为较昂贵的。
在一个方面中，本文中描述一种可旋转补偿器，所述可旋转补偿器在一视场角范围内(例如，至少五毫弧度)且在包含紫外波长的宽广波长范围内(例如，在介于190纳米到880纳米之间的整个波长范围内透射)透射具有相对于补偿器的双折射材料的厚度为长的时间相干长度的光。在一些实例中，可旋转补偿器对于具有在介于190纳米与880纳米之间的范围内的任何波长的光为至少90％透射的。在一些实例中，可旋转补偿器对于具有在介于190纳米与880纳米之间的范围内的任何波长的光为至少50％透射的。在又一些其它实例中，可旋转补偿器对于具有在介于190纳米与880纳米之间的范围内的任何波长的光为至少10％透射的。
图2图解说明一个优选实施例中的可旋转补偿器200。补偿器200包含四个个别板的堆叠，每一个别板与堆叠中的任何邻近板光学接触。板202及203由双折射材料(例如，石英、氟化镁、蓝宝石、β-硼酸钡、四硼酸锂、硼酸铯锂、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵等)制成。板202及203各自为低级且经布置以形成复合零级双板。板201及204由光学各向同性材料(例如，熔融硅石、熔融石英(或石英玻璃)、氟化钙、氟化锂、氟化钡、金刚石等)制成。板201及204安置于由板202及203形成的双板的任一侧上。
补偿器200可以与任何平行板补偿器相同的方式使用。某一偏振状态的光205以标称正常入射进入补偿器200且光206以不同但确定性的偏振状态离开补偿器200。在一个实例中，进入补偿器200的光205的发散度可大到十毫弧度，而离开补偿器200的光206由于光束发散度高达大约十毫弧度而跨光束具有小于0.1度的所诱发相位变化。在一些实例中，进入补偿器200的光205的发散度可甚至大于十毫弧度，而离开补偿器200的光206跨光束具有小于0.1度的所诱发相位变化。
在一个实例中，板201及204由熔融硅石制成且板202及203由单晶石英制成。板202包含石英层，所述石英层是在光轴(即，c轴或非寻常轴)在大约0.1度的公差内平行于板202的平行平坦面定向的情况下切割。一般来说，所述一个或多个双折射板越薄，针对所给定推迟均匀性的视场越大。在实践中，制造足够薄以在所要波长范围内提供单个板零级操作的单个双折射板可为不可能的。在这些实例中，可由可经制造的薄的低级板制成复合零级双板。在一个实施例中，板202为切割为40微米厚度的单晶石英板。40微米的厚度暗示板202本身无法用作从190纳米到880纳米的波长范围内的真正的零级波板。因此，板203经布置以与板202结合形成复合零级双板。板203包含石英层，所述石英层也是在光轴(即，c轴或非寻常轴)在大约0.1度的公差内平行于板203的平行平坦面定向的情况下切割。在一个实施例中，板203被切割为51微米的厚度以实现所要推迟光谱。一般来说，板202及203的厚度经选择为尽可能薄，其中厚度差经挑选以提供具有所要推迟光谱的复合零级波板。在一些实例中，板202及203被切割为小于五百微米的厚度以使由于达到所要水平的光束发散度所致的跨光束的所诱发相位变化最小化。在一些实例中，板202及203被切割为小于一百微米的厚度以使由于达到所要水平的光束发散度所致的跨光束的所诱发相位变化最小化。一般来说，板202及203的厚度差经选择以提供具有所要推迟光谱的复合零级波板。在一些实例中，板202及203的厚度差小于一百微米。在一些实例中，板202及203的厚度差小于二十微米。
在图2中所描绘的实施例中，板202及203在自由石英表面处以光学方式接触以形成波板。板202及203相对于彼此定向，使得其相应光轴之间的方位角在对准公差内为九十度。图7图解说明补偿器200的等角视图，其突出显示与板202相关联的光轴OA1及与板203相关联的光轴OA2。如图7中所描绘，在OA2与OA1之间形成的方位角为大约九十度。从与板202及203相关联的光轴的标称垂直对准的任何变化通过引入稍微椭圆行为(椭圆偏振本征态)而致使由板202及203形成的波板的光学行为偏离线性(线偏振本征态)。然而在实践中，已发现在一些实例中，两度的对准公差为可接受的。在一些其它实例中，五度的对准公差为可接受的。
在又一个方面中，双折射板202及203分别以光学方式接触到各向同性板201及204。各向同性板的折射率经挑选以尽可能接近地匹配包括所述一个或多个补偿器板的双折射材料的平均折射率。折射率匹配在宽光谱范围内抑制双折射材料的表面处的反射。在一些实例中，各向同性板201及204由熔融硅石制成以密切地匹配结晶石英的折射率；因此使每一界面处的反射最小化。在此实例中，光学各向同性板的折射率在双折射板的平均折射率的6％内。另外，针对熔融硅石在紫外光谱中的透射性质来选择熔融硅石。在一些实例中，光学各向同性板的折射率是在双折射板的平均折射率的15％内。在一些实例中，光学各向同性板的折射率是在双折射板的平均折射率的25％内。
然而，仍在玻璃-空气界面处发生反射。光学各向同性板的厚度经挑选以显著长于透射穿过其中使用补偿器的系统的光的相干长度。此使相干效应最小化。在一些实例中，板201及204的厚度大于0.5毫米。板201及204的厚度不必为精确的，也不必相等。在一个实例中，板201及204的厚度为大约一毫米。
图3图解说明在另一实施例中的可旋转补偿器300。相似编号的元件类似于参考图2所描述的元件。补偿器300包含参考图2所描述的个别板201到204的堆叠，然而，另外，一个或多个光学各向同性板(例如，光学各向同性板301及302)安置于双折射板202与203之间，使得在板202、203及任何介入光学各向同性板当中形成光学接触。
已发现，此设计提供如参考补偿器200所描述的类似光学性能。尽管与补偿器200相比更复杂，但补偿器300可提供关于制造的某一优点。举例来说，双折射板202可夹在光学各向同性板201与301之间，具有最小所诱发机械应变。类似地，双折射板203可夹在光学各向同性板302与204之间，具有最小所诱发机械应变。在最终装配步骤中，这两个子组合件可以精确对准在板301与302之间的界面处形成光学接触，且在双折射板202及203上不诱发显著机械应变。
图4图解说明在又一实施例中的可旋转补偿器400。相似编号的元件类似于参考图2所描述的元件。补偿器400包含参考图2所描述的个别板201到204的堆叠，然而，在双折射板202与203之间维持空间间隙401。间隙401可为空隙(例如，保持于真空中)或填充有任何适合气体或气体混合物(例如，空气、氮气、氩气等)。在另一实施例中(未展示)，可在图3中所描绘的补偿器300的光学各向同性板301与302之间引入间隙。以此方式，双折射板202及203被一个或多个光学各向同性板与为空隙或填充有任何适合气体或气体混合物的空间间隙的组合分离。
与补偿器200相比，在双折射板202与203之间引入间隙400提供优点及缺点两者。主要缺点为将随波长而变的额外相位及振幅振荡引入到所透射光束中。这些振荡起因于202与401之间的界面处及203与401之间的界面处的大的反射性。甚至在双折射板的分离比所透射光的相干长度大得多(例如，100X)时也存在这些振荡。然而，主要优点为当在两个双折射板202与203之间维持间隙时，可精确得多的执行所述板的光轴(例如，OA1及OA2)的旋转对准。举例来说，当在板202与203之间维持间隙时，所述两个板的光轴可以九十度对准，具有小于15弧秒的公差。以此方式，波板为更加线性的。在一些实例中，此优点可胜过所诱发光谱条纹的缺点。举例来说，如果补偿器400用于几个离散波长处，那么可独立地确定每一波长处的推迟。借助先验地建立的此关系，所诱发光谱条纹将不会是不利的。
图5图解说明在另一实施例中的可旋转补偿器500。相似编号的元件类似于参考图2所描述的元件。补偿器500类似于参考图2所描述的个别板201到204的堆叠，除光学各向同性板中的一者(例如，板204)不包含于组合件中以外。此设计的性能在许多应用中可为可接受的，但已发现，与在补偿器堆叠的仅一端处包含光学各向同性板的设计相比，在补偿器堆叠的两端处提供光学各向同性板(例如，如在图2到4及图6中所图解说明的实施例中所描绘)提供经改进光学性能。更具体来说，当在补偿器堆叠的两端上包含光学各向同性板时，推迟的所诱发相干振荡振幅(尤其在较长波长处)显著减小。
图6图解说明在另一实施例中的可旋转补偿器600。相似编号元件类似于参考图2所描述的元件。补偿器600类似于参考图2所描述的个别板201到204的堆叠，除双折射板中的一者(例如，板203)不包含于组合件中以外。一般来说，补偿器为双板并非必要的。可在两个光学各向同性板之间堆叠单个双折射板来实现可接受的光学性能。在一些实例中，补偿器可用作多级波板。单个板补偿器600具有先前所列举的所有优点。另外，其不需要两个双折射板的对准。对于在介于190纳米与880纳米之间的波长范围内具有高达10毫弧度的发散度的光束，石英波板应小于100微米厚以保持跨越低于0.1度的视场角的推迟的失真。在一些实例中，采用具有小于50微米的厚度的石英波板。
在又一实施例中，预期除光学各向同性板中的一者(例如，板204)不包含于组合件中以外均类似于补偿器600的补偿器。如参考图5的补偿器500所讨论，此设计的性能在许多应用中可为可接受的，但已发现，与在补偿器堆叠的仅一端处包含光学各向同性板的设计相比，在补偿器堆叠的两端处提供光学各向同性板(例如，如在图2到4及图6中所图解说明的实施例中所描绘)会提供改进的光学性能。
一般来说，可采用由相同或不同材料构造的两个以上双折射板。此对于实施温度补偿及消色差设计可为合意的。在补偿器的每一端处添加光学各向同性板减小这些设计的相干效应。
尽管参考系统100解释本文中所讨论的实施例，但可预期经配置以照明及检测从样品反射、透射或衍射的光且利用可旋转补偿器的任何光学计量系统。示范性系统包含：角分辨椭圆偏振计或旋光计、散射计、椭圆偏振计或旋光计、光谱椭圆偏振计或旋光计、多波长、二维光束轮廓椭圆偏振计或旋光计、旋转补偿器光谱椭圆偏振计或旋光计等。以非限制性实例方式，椭圆偏振计可包含单个旋转补偿器、多个旋转补偿器、旋转偏振器、旋转分析器、调制元件、多个调制元件或无调制元件。
还可以若干种不同方式配置实施本文中所描述的补偿器的系统。举例来说，可预期广泛波长范围(包含可见、紫外及红外)、入射角度、偏振状态及相干状态。在另一实例中，系统可包含若干个不同光源中的任一者(例如，直接耦合光源、激光维持等离子光源等)。在另一实例中，系统可包含用以调节引导到样品或从样品收集的光的元件(例如，切趾器、滤光器等)。
如本文中所描述，术语“临界尺寸”包含结构的任何临界尺寸(例如，底部临界尺寸、中间临界尺寸、顶部临界尺寸、侧壁角度、光栅高度等)、任何两个或两个以上结构之间的临界尺寸(例如，两个结构之间的距离)，及两个或两个以上结构之间的位移(例如，覆叠光栅结构之间的覆叠位移等)。结构可包含三维结构、经图案化结构、覆叠结构等。
如本文中所描述，术语“可旋转补偿器”或“可旋转补偿器元件”是指适合于在包含采用连续旋转补偿器或非连续旋转补偿器的测量系统的旋转补偿器测量系统中使用的补偿器。
如本文中所描述，术语“临界尺寸应用”或“临界尺寸测量应用”包含任何临界尺寸测量。
如本文中所描述，术语“计量系统”包含至少部分地用于表征任何方面中的样品的任何系统。然而，此类技术术语并不限制本文中所描述的术语“计量系统”的范围。另外，计量系统100可经配置用于经图案化晶片及/或未经图案化晶片的测量。计量系统可经配置为LED检验工具、边缘检验工具、背侧检验工具、宏观检验工具或多模式检验工具(涉及同时来自一个或多个平台的数据)，以及受益于具有旋转补偿器的椭圆偏振计、旋光计或散射计的任何其它计量或检验工具。
本文中描述可用于处理样品的半导体处理系统(例如，检验系统或光刻系统)的各种实施例。术语“样品”在本文中用于指代晶片、光罩或可由所属领域中已知的手段处理(例如，印刷或检验缺陷)的任何其它样本上的位点。
如本文中所使用，术语“晶片＂通常是指由半导体或非半导体材料形成的衬底。实例包含但不限于单晶硅、砷化镓及磷化铟。通常可在半导体制作设施中找到及/处理此类衬底。在一些情形中，晶片可仅包含衬底(即，裸晶片)。或者，晶片可包含形成于衬底上的一个或多个不同材料层。形成于晶片上的一个或多个层可为“经图案化”或“未图案化”的。举例来说，晶片可包含具有可重复图案特征的多个裸片。
“光罩”可为在光罩制作过程的任何阶段处的光罩或者为可或不可被释放以供在半导体制作设施中使用的完成光罩。光罩或“掩模”通常被定义为具有在其上形成且配置成图案的大体上不透明区域的大体上透明衬底。衬底可包含(举例而言)例如非晶SiO2的玻璃材料。光罩可在光刻过程的曝光步骤期间安置于抗蚀剂覆盖的晶片上面，使得可将所述光罩上的图案转印到所述抗蚀剂。
形成于晶片上的一个或多个层可为经图案化或未图案化的。举例来说，晶片可包含各自具有可重复图案特征的多个裸片。此类材料层的形成及处理可最终产生完成装置。可在晶片上形成许多不同类型的装置，且如本文中所使用的术语晶片打算涵盖其上制作有所属领域中已知的任何类型的装置的晶片。
在一个或多个示范性实施例中，所描述的功能可以硬件、软件、固件或其任何组合实施。如果以软件实施，那么所述功能可作为一个或多个指令或代码存储于计算机可读媒体上或者经由计算机可读媒体发射。计算机可读媒体包含计算机存储媒体及通信媒体两者，包含促进将计算机程序从一个地方传送到另一地方的任何媒体。存储媒体可为可由通用或专用计算机存取的任何可用媒体。以实例而非限制方式，此类计算机可读媒体可包括：RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置或者可用于载运或存储以指令或数据结构的形式的所要程序代码手段且可由通用或专用计算机或者通用或专用处理器存取的任何其它媒体。同样，可将任何连接恰当地称作计算机可读媒体。举例来说，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)或无线技术(例如红外线、无线电及微波)从网站、服务器或其它远程源传输软件，那么所述同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或无线技术(例如红外线、无线电及微波)均包含于媒体的定义中。如本文中所使用，磁盘及光盘包含：压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘及蓝光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘借助激光以光学方式再现数据。上述的组合也应包含于计算机可读媒体的范围内。
尽管上文出于指导性目的描述了某些特定实施例，但本专利文件的教示内容具有一般适用性且不限于上文所描述的特定实施例。因此，可在不背离如权利要求书中所陈述的本发明的范围的情况下实践对所描述的实施例的各种特征的各种修改、改动及组合。

Claims (20)

1.一种平行板补偿器，其包括：
第一双折射板，其具有前表面、后表面、在制造公差内在平行于所述前表面及所述后表面的平面中定向的光轴，及小于五百微米的厚度；
第二双折射板，其具有前表面、后表面、在所述制造公差内在平行于所述前表面及所述后表面的平面中定向的光轴，及小于五百微米的厚度；及
第一光学各向同性板，其与所述第一双折射板的所述前表面光学接触，所述光学各向同性板具有至少五百微米的厚度，其中所述光学各向同性板的折射率是在所述第一双折射板的平均折射率的15％内。
2.根据权利要求1所述的平行板补偿器，其进一步包括：
第三双折射板，其具有前表面、后表面、在所述制造公差内在平行于所述前表面及所述后表面的平面中定向的光轴，及小于五百微米的厚度。
3.根据权利要求1所述的平行板补偿器，其中所述第一双折射板的材料组成与所述第二双折射板的材料组成相同。
4.根据权利要求1所述的平行板补偿器，其中所述第一双折射板的厚度与所述第二双折射板的厚度相同。
5.根据权利要求1所述的平板补偿器，其中所述第一双折射板的后表面与所述第二双折射板的前表面光学接触。
6.根据权利要求1所述的平行板补偿器，其中所述第一双折射板的所述厚度与所述第二双折射板的所述厚度的差小于100微米。
7.根据权利要求1所述的平行板补偿器，其中所述第一及第二双折射板由以下材料中的任一者制成：单晶石英材料、氟化镁材料、β-硼酸钡材料、四硼酸锂材料、硼酸铯锂材料、磷酸二氢钾材料及磷酸二氢铵材料。
8.根据权利要求1所述的平行板补偿器，其中所述第一双折射板的所述光轴与所述第二双折射板的所述光轴以五度的公差成九十度对准。
9.根据权利要求1所述的平行板补偿器，其中所述第一光学各向同性板由以下材料中的任一者制成：熔融硅石材料、熔融石英材料、氟化钙材料、氟化锂材料、氟化钡材料及金刚石。
10.根据权利要求1所述的平行板补偿器，其中视场为至少5毫弧度。
11.根据权利要求1所述的平行板补偿器，其中所述平行板补偿器对于具有在介于190纳米与880纳米之间的范围内的任何波长的光为至少10％透射的。
12.一种平行板补偿器，其包括：
两个或更多个双折射板，每一者具有前表面、后表面、在制造公差内在平行于所述前表面及所述后表面的平面中定向的光轴，及小于500微米的厚度；及
第一光学各向同性板，其与所述两个或更多个双折射板中的第一双折射板的前表面光学接触，所述第一光学各向同性板具有至少五百微米的厚度，其中所述第一光学各向同性板的折射率是在所述第一双折射板的平均折射率的15％内，且其中所述平行板补偿器对于具有在介于190纳米与880纳米之间的范围内的任何波长的光为至少10％透射的。
13.根据权利要求12所述的平行板补偿器，其进一步包括：
第二光学各向同性板，其与所述两个或更多个双折射板中的第二双折射板的前表面或后表面、或者与所述第一双折射板的所述后表面、或者与以上两者光学接触，所述第二光学各向同性板具有至少五百微米的厚度，其中所述第二光学各向同性板的折射率是在所述两个或更多个双折射板中至少一者的平均折射率的15％内。
14.一种椭圆偏振计，其包括：
照明源，其经配置以产生朝向样本引导的非准直、多色照明光；
平行板补偿器，其经配置以透射一定量的所述照明光，其中所述平行板补偿器包括，
第一双折射板，其具有前表面、后表面、在制造公差内在平行于所述前表面及所述后表面的平面中定向的光轴，及小于五百微米的厚度；
第二双折射板，其具有前表面、后表面、在所述制造公差内在平行于所述前表面及所述后表面的平面中定向的光轴，及小于五百微米的厚度；及
第一光学各向同性板，其与所述第一双折射板的所述前表面光学接触，
分析器，其经配置以从透射穿过所述平行板补偿器的所述量的光提取偏振状态；及
检测器，其经配置以测量透射穿过所述分析器的处于包含紫外波长的整个所关注波长范围内的不同波长的一定量的光的强度。
15.根据权利要求14所述的椭圆偏振计，其中所述补偿器安置于样品与所述分析器之间的光学路径中。
16.根据权利要求14所述的椭圆偏振计，其中所述补偿器安置于样品与偏振器之间的光学路径中。
17.根据权利要求14所述的椭圆偏振计，其中所述平行板补偿器可围绕垂直于所述平行板补偿器的一面的轴旋转。
18.根据权利要求14所述的椭圆偏振计，所述平行板补偿器进一步包括：
第三双折射板，其具有前表面、后表面、在所述制造公差内在平行于所述前表面及所述后表面的平面中定向的光轴，及小于五百微米的厚度。
19.根据权利要求14所述的椭圆偏振计，其中所述第一双折射板的所述后表面与所述第二双折射板的所述前表面光学接触。
20.根据权利要求14所述的椭圆偏振计，其中所述平行板补偿器对于具有在介于190纳米与880纳米之间的范围内的任何波长的光为至少10％透射的。
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