CN108463877B - 用于扩展的红外线光谱椭偏测量的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本文中呈现用于在紫外线波长、可见波长及红外线波长下执行对半导体结构的同时光谱测量的方法及系统。在另一方面中，通过将检测器表面上的波长色散方向定向成垂直于到所述检测器表面上的入射平面的投影而减小波长误差。在另一方面中，通过包含具有不同敏感特性的多个光敏区域的检测器检测广红外线波长范围。收集光根据波长跨所述检测器的所述表面线性色散。每一不同光敏区域布置于所述检测器上以感测不同入射波长范围。以此方式，通过单个检测器以高信号对噪声比检测广红外线波长范围。这些特征以高处理量、精度及准确度实现对高深宽比结构的高处理量测量。

Description

用于扩展的红外线光谱椭偏测量的系统及方法
相关申请案的交叉参考
本专利申请案根据35 U.S.C.§119规定主张于2016年1月15日申请的标题为“扩展的红外线椭偏测量的设备及方法(Apparatus and Methods of Extended InfraredEllipsometry)”的序列号为62/279,469的美国临时专利申请案的优先权，所述申请案的标的物的全文以引用的方式并入本文中。
技术领域
所描述的实施例涉及计量系统及方法，且更特定来说，涉及用于对三维半导体结构进行经改进测量的方法及系统。
背景技术
半导体装置(例如逻辑及存储器装置)通常由应用于样品的序列处理步骤制造。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，光刻尤其为涉及产生半导体晶片上的图案的一个半导体制造工艺。半导体制造工艺的额外实例包含(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造多个半导体装置且接着将其分离成个别半导体装置。
在半导体制造过程期间的各个步骤使用计量过程来检测晶片上的缺陷以促进更高良率。光学计量技术提供高处理量的可能而无样本破坏的风险。数种基于光学计量的技术(包含散射测量及反射测量实施方案以及相关联分析算法)常用来特性化纳米级结构的临界尺寸、膜厚度、组成、重叠及其它参数。
快闪存储器架构正从二维浮动栅极架构转变为全三维几何结构。在一些实例中，膜堆叠及蚀刻结构极深(例如，深度多达六微米)。此类高深宽比结构对于膜及CD测量来说构成挑战。测量界定这些结构的孔及沟槽的形状的临界尺寸的能力对于实现所要性能水平及装置良率来说是关键的。
许多光学技术遭受低信号对噪声比(SNR)，这是因为仅照明光的小部分能够到达高深宽比特征的底部且向上反射到检测器。因此，许多可用高处理量计量技术无法可靠地执行对高深宽比结构的CD及膜测量。正探索临界尺寸小角度X射线散射测量(CD-SAXS)、法向入射反射测量及散射测量作为高深宽比结构的测量解决方案，但开发仍在持续。
横截面扫描电子显微术(SEM)是不适于线内计量的低处理量、破坏性技术。原子力显微术(AFM)在其测量高深宽比结构的能力方面受限且具有相对较低处理量。尚未证实CD-SAXS可实现半导体产业所需的高处理量能力。基于模型的红外线反射测量(MBIR)还用于对高深宽比DRAM结构的计量，但所述技术缺乏由较短波长提供的分辨率且测量点大小对于半导体计量来说过大。参见格斯提(Gostein)等人的“用基于模型的IR测量深沟槽结构(Measuring deep-trench structures with model-based IR)”，《固态技术(Solid StateTechnology)，第49卷，第3期，2006年3月1日，其如全文阐述以引用的方式并入本文中。
光学CD计量当前缺乏以高处理量在相对较小光点(例如，小于50微米，或甚至更优选地小于30微米)中测量具有微米级深度及横向尺寸的结构的详细轮廓的能力。第8,860,937号美国专利(其如全文阐述以引用的方式并入本文中)描述适于特性化高深宽比结构的红外线光谱椭偏测量技术。然而，在操作期间，所描述的技术遭受跨越紫外线及红外线波长的测量的长的测量时间、波长稳定性限制及有限红外线波长范围。
总之，特征大小的持续缩减及结构特征深度的增加对光学计量系统强加困难的要求。光学计量系统必须以高处理量满足对日益复杂的目标的高精度及准确度要求以保持成本效益。在此上下文中，宽带照明及数据收集的速度、聚焦误差及红外线波长范围已成为适用于高深宽比结构的光学计量系统的设计中的关键、性能限制问题。因此，期望克服这些限制的经改进计量系统及方法。
发明内容
本文中呈现用于在紫外线波长、可见波长及红外线波长下执行对半导体结构的同时光谱测量的方法及系统。在相同对准条件下，以高处理测量量包含紫外线波长、可见波长及红外线波长的光谱。以此方式，跨全部测量波长均匀地校正机器误差，例如波长误差。通过在单个系统中用红外光、可见光及紫外光同时测量目标，实现对复杂三维结构的精确特性化。一般来说，相对较长波长深入穿透到结构中且在测量具有相对较大节距的结构时提供对高衍射级的抑制。相对较短波长提供关于相对较短波长可达的结构(即，顶层的层)以及相对较小CD及粗糙度特征的精确尺寸信息。在一些实例中，归因于较长波长对粗糙度的较低敏感性，较长波长实现对具有相对粗糙表面或界面的目标的尺寸特性的测量。
在另一方面中，将精细焦点传感器(FFS)集成到检测子系统中以在测量期间针对焦点误差校正提供测量输入。
在另一方面中，宽带光谱计量系统经配置使得将测量点成像到检测器上，使得将与晶片表面上的入射平面对准的方向定向成垂直于检测器表面上的波长色散方向。在此布置中，所述计量系统对焦点误差的敏感性大幅降低。在对焦点误差的敏感性降低的情况下，用较短MAM时间且因此以较高处理量获得精确测量值。
在另一方面中，本文中描述的计量系统采用多区间红外线检测器，其将不同敏感带组合于单个检测器封装上的不同位置处。所述检测器经配置以按不同敏感性(取决于入射位置)递送数据的连续光谱。收集光根据波长跨所述检测器的表面线性色散。每一不同光敏区域布置于所述检测器上以感测不同入射波长范围。以此方式，通过单个检测器以高信号对噪声比检测广红外线波长范围。
在又一方面中，调整在垂直于入射平面的方向上投影于晶片平面上的照明场的尺寸以基于受测量目标的性质优化所得测量准确度及速度。
前文是发明内容且因此必然含有细节的简化、一般化及省略；因此，所属领域的技术人员将了解，发明内容仅为阐释性的且不以任何方式限制。在本文中阐述的非限制性实施方式中将了解本文中描述的装置及/或过程的其它方面、发明特征及优点。
附图说明
图1描绘一个实施例中的用于在紫外线波长、可见波长及红外线波长下执行对一或多个结构的同时光谱测量的示范性计量系统100。
图2描绘另一实施例中的用于在紫外线波长、可见波长及红外线波长下执行对一或多个结构的同时光谱测量的示范性计量系统100。
图3描绘另一实施例中的用于在紫外线波长、可见波长及红外线波长下执行对一或多个结构的同时光谱测量的示范性计量系统100。
图4描绘另一实施例中的用于在紫外线波长、可见波长及红外线波长下执行对一或多个结构的同时光谱测量的示范性计量系统100。
图5A描绘晶片120的俯视图，所述视图包含由图1的照明光束117照明的测量点116的描绘。
图5B描绘呈传统配置的计量系统中的检测器23的表面的正垂视图。
图6说明经受焦点位置误差的晶片120。
图7说明以传统方式波长色散且成像到检测器23的表面上的收集光束。
图8描绘图1中描绘的检测器141的表面的正垂视图。
图9描绘一个实施例中的图1中描绘的检测器150的表面的正垂视图。
图10说明四种可用砷化铟镓(InGaAs)传感器的典型光敏性曲线。
图11说明如本文中描述的在至少一个新颖方面中在紫外线波长、可见波长及红外线波长下执行对一或多个结构的同时光谱测量的方法500。
图12描绘遭受到所测量的结构中的低光穿透的示范性高深宽比NAND结构600。
具体实施方式
现将详细参考本发明的背景实例及一些实施例，本发明的实例说明于所附图式中。
本文中呈现用于在紫外线波长、可见波长及红外线波长下执行对半导体结构的同时光谱测量的方法及系统。在相同对准条件下，以高处理测量量包含紫外线波长、可见波长及红外线波长的光谱。以此方式，跨全部测量波长均匀地校正机器误差，例如波长误差。在另一方面中，通过将检测器表面上的波长色散方向定向成垂直于到检测器表面上的入射平面的投影而减小波长误差。在另一方面中，通过包含具有不同敏感特性的多个光敏区域的检测器检测广红外线波长范围。收集光根据波长跨检测器表面线性色散。每一不同光敏区域布置于检测器上以感测不同入射波长范围。以此方式，通过单个检测器以高信号对噪声比检测广红外线波长范围。这些特征(个别地或组合地)以高处理量、精度及准确度实现对高深宽比结构(例如，具有微米或更多的深度的结构)的高处理测量量。
通过在单个系统中用红外光、可见光及紫外光同时测量目标，实现对复杂三维结构的精确特性化。一般来说，相对较长波长深入穿透到结构中且在测量具有相对较大节距的结构时提供对高衍射级的抑制。相对较短波长提供关于相对较短波长可达的结构(即，顶层的层)以及相对较小CD及粗糙度特征的精确尺寸信息。在一些实例中，归因于较长波长对粗糙度的较低敏感性，较长波长实现对具有相对粗糙表面或界面的目标的尺寸特性的测量。
在一些实施例中，本文中描述的用于对半导体装置进行光谱计量的方法及系统应用于测量高深宽比(HAR)、大横向尺寸结构或两者。这些实施例实现对具有HAR结构的半导体装置(例如，NAND、VNAND、TCAT、DRAM等)及更一般来说遭受到所测量的结构中的低光穿透的复杂装置的光学临界尺寸(CD)、膜及组成计量。HAR结构通常包含硬屏蔽层以有利于HAR的蚀刻过程。如本文中描述，术语“HAR结构”指代特征为深宽比超过10:1且可为高达100:1或更高的任何结构。
图1描绘用于在紫外线波长、可见波长及红外线波长下执行对一或多个结构的同时光谱测量的示范性计量系统100。在一些实例中，一或多个结构包含至少一个HAR结构或至少一个大横向尺寸结构。如图1中描绘，计量系统100配置为宽带光谱椭偏仪。然而，一般来说，计量系统100可配置为光谱反射计、散射仪、椭偏仪或其任何组合。
计量系统100包含照明源110，其产生入射于晶片120上的照明光束117。照明源110是发射在紫外线光谱、可见光谱及红外线光谱中的照明光的宽带照明源。在一个实施例中，照明源110是激光支持的等离子体(LSP)光源(也称激光驱动的等离子体源)。LSP光源的泵激激光可为连续波或脉冲式。跨从150纳米到2000纳米的整个波长范围，激光驱动的等离子体源可产生明显多于氙气灯的光子。照明源110可为单个光源或多个宽带或离散波长光源的组合。由照明源110产生的光包含从紫外线到红外线(例如，真空紫外线到中红外线)的连续光谱或连续光谱的部分。一般来说，照明光源110可包含超连续激光源、红外线氦氖激光源、弧光灯或任何其它合适光源。
在又一方面中，照明光量是包含跨越至少500纳米的波长范围的宽带照明光。在一个实例中，宽带照明光包含低于250纳米的波长及高于750纳米的波长。一般来说，宽带照明光包含介于120纳米与3,000纳米之间的波长。在一些实施例中，可采用包含超过3,000纳米的波长的宽带照明光。
如图1中描绘，计量系统100包含照明子系统，其经配置以将照明光117引导到形成于晶片120上的一或多个结构。所述照明子系统展示为包含光源110、一或多个光学滤光片111、偏光组件112、场光阑113、孔径光阑114及照明光学器件115。一或多个光学滤光片111用以控制来自照明子系统的亮度級、光谱输出或两者。在一些实例中，采用一或多个多区间滤光片作为光学滤光片111。偏光组件112产生离开照明子系统的所要偏光状态。在一些实施例中，所述偏光组件是偏光器、补偿器或两者，且可包含任何合适市售偏光组件。所述偏光组件可为固定的、可旋转到不同固定位置或连续旋转。尽管图1中描绘的照明子系统包含一个偏光组件，但照明子系统可包含一个以上偏光组件。场光阑113控制照明子系统的视场(FOV)且可包含任何合适市售场光阑。孔径光阑114控制照明子系统的数值孔径(NA)且可包含任何合适市售孔径光阑。来自照明源110的光经引导穿过照明光学器件115以聚焦于晶片120上的一或多个结构上(图1中未展示)。所述照明子系统可包含光谱椭偏测量、反射测量及散射测量技术中已知的任何类型及布置的光学滤光片111、偏光组件112、场光阑113、孔径光阑114及照明光学器件115。
如图1中描绘，在照明光束117从照明源110传播到晶片120时，所述光束行进穿过光学滤光片111、偏光组件112、场光阑113、孔径光阑114及照明光学器件115。光束117在测量点116上照明晶片120的部分。
在一些实例中，投影到晶片120的表面上的照明光117量的光束大小小于在样品的表面上测量的测量目标的大小。示范性光束整形技术详细描述于王(Wang)等人的第2013/0114085号美国专利申请公开案中，所述申请案内容的全文以引用的方式并入本文中。
计量系统100还包含收集光学子系统，其经配置以收集由一或多个结构与入射照明光束117之间的相互作用产生的光。通过收集光学器件122从测量点116收集收集光束127。收集光127行进穿过收集光学子系统的收集孔径光阑123、偏光元件124及场光阑125。
收集光学器件122包含收集来自形成于晶片120上的一或多个结构的光的任何合适光学元件。收集孔径光阑123控制收集光学子系统的NA。偏光元件124分析所要偏光状态。偏光元件124是偏光器或补偿器。偏光元件124可为固定的、可旋转到不同固定位置或连续旋转。尽管图1中描绘的收集子系统包含一个偏光元件，但收集子系统可包含一个以上偏光元件。收集场光阑125控制收集子系统的FOV。收集子系统获得来自晶片120的光且将光引导穿过收集光学器件122及偏光元件124使其聚焦于收集场光阑125上。在一些实施例中，收集场光阑125用作检测子系统的光谱仪的光谱仪狭缝。然而，收集场光阑125可定位于检测子系统的光谱仪的光谱仪狭缝126处或附近。
收集子系统可包含光谱椭偏测量、反射测量及散射测量技术中已知的任何类型及布置的收集光学器件122、孔径光阑123、偏光元件124及场光阑125。
在图1中描绘的实施例中，收集光学子系统将光引导到检测子系统的一个以上光谱仪。检测子系统响应于从由照明子系统照明的一或多个结构收集的光而产生输出。
在一个方面中，检测器子系统包含两个或更多个检测器，其各自经配置以同时检测不同波长范围内的收集光(包含红外线)。
在图1中描绘的实施例中，收集光127行进穿过光谱仪狭缝126且入射于衍射元件128上。衍射元件128经配置以使入射光的波长的子集衍射为+/-1衍射级且使入射光的波长的不同子集衍射为零衍射级。如图1中描绘，包含紫外线光谱的入射光的部分129通过衍射元件128以+/-1衍射级色散朝向检测器141。另外，衍射元件128经配置以使包含红外线波长的入射光的部分140以零衍射级反射朝向光栅147。光140入射于衍射元件147上，且衍射元件147使包含红外线波长的入射光140的部分148以+/-1衍射级色散朝向检测器150。
在图1中描绘的实施例中，衍射元件128是反射式光栅元件。然而，一般来说，衍射元件128可经配置以将入射光细分为不同波长带、使不同波长带在不同方向上传播，且使波长带中的一者的光以任何合适方式色散到检测器上。在一个实例中，衍射元件128配置为透射式光栅。在一些其它实例中，衍射元件128包含光束分离元件以将光束细分为不同波长带，且包含反射式或透射式光栅结构以使波长带中的一者色散到检测器141上。
采用反射式光栅128，这是因为其在紫外线光谱区中展现到+-1级中的高衍射效率，且对于红外线光谱区展现到零级衍射级中的高衍射效率。通过采用反射式光栅，避免光束分离元件(例如一个二向色光束分离元件)固有的损失。
衍射元件128及147使第一级衍射光根据波长沿每一相应二维检测器的一个维度(即，图1中针对每一相应检测器标注的波长色散方向)线性色散。出于说明的目的，在检测器141的表面上说明在在两个不同波长下检测的光。衍射元件128引起投影到检测器141的表面上的两个不同波长的光之间的空间分离。以此方式，从测量点116收集的具有特定波长的光投影到检测器141上的光点142A上方，且从测量点116收集的具有另一不同波长的光投影到检测器141上的光点142B上方。
在一个实例中，检测器141是对紫外光及可见光(例如，具有介于190纳米与860纳米之间的波长的光)敏感的电荷耦合装置(CCD)。在一个实例中，检测器150是对红外光(例如，具有介于950纳米与2500纳米之间的波长的光)敏感的光检测器阵列(PDA)。然而，一般来说，可预期其它二维检测器技术(例如，位置敏感检测器(PSD)、红外线检测器、光伏检测器等)。每一检测器将入射光转换为指示入射光的光谱强度的电信号。举例来说，UV检测器141产生指示入射光129的输出信号154A，且IR检测器150产生指示入射光148的输出信号154B。
如图1中描绘，检测子系统经布置使得收集光同时传播到计量系统100的全部检测器。计量系统100还包含经配置以接收经检测信号154(包含UV及IR信号两者)的计算系统130，且基于UV及IR信号两者确定测量结构的所关注参数的值的估计。通过同时收集UV及IR，光谱测量时间减少，且在相同对准条件下测量全部光谱。此允许更容易校正波长误差，这是因为共同校正可应用于全部光谱数据集。
在又一方面中，将精细焦点传感器(FFS)集成到检测子系统中以在测量期间针对焦点误差校正提供测量输入。
图2描绘包含FFS 146的计量系统的另一实施例200。已使用相同元件符号指示与图1中描绘的计量系统100类似配置的图2中展示的元件。如图2中描绘，从衍射元件128衍射的0级衍射光140入射于光束分离元件143上。光束分离元件143可为透射式或反射式。光束分离元件143将IR范围中的光的部分145引导朝向IR光栅147且低于IR范围(即，UV到可见范围)的光的部分144引导朝向FFS 146。以此方式，通过FFS 146检测以零级从衍射元件128衍射的UV光到可见光。在一些实施例中，FFS 146是光二极管阵列，且光束分离元件143是具备高IR反射效率及高UV透射效率能力的一个二向色光束分离器。在一些其它实施例中，光束分离元件143是中性密度滤光片、部分反射镜、未涂布衬底或针对个别通道将光束划分为具较小强度的两个或更多个光束的任何其它合适光学元件。
由FFS 146产生的输出(未展示)传递到计算系统130。计算系统130基于FFS 146的输出确定晶片120的焦点位置(z位置)的改变。晶片120的焦点位置的任何所要改变经传递到晶片定位系统(未展示)，所述晶片定位系统相应地调整晶片120的z位置。
图3描绘包含FFS 146的计量系统的另一实施例300。已使用相同元件符号指示与图1中描绘的计量系统100类似配置的图3中展示的元件。如图3中描绘，从衍射元件147衍射的0级衍射光149入射于FFS 146上，而第一级衍射光148入射于IR检测器150上。
由FFS 146产生的输出(未展示)传递到计算系统130。计算系统130基于FFS 146的输出确定晶片120的焦点位置(z位置)的改变。晶片120的焦点位置的任何所要改变经传递到晶片定位系统(未展示)，所述晶片定位系统相应地调整晶片120的z位置。
在另一方面中，计量系统包含两个或更多个检测器，其经配置以同时检测在不同IR光谱范围中的光。
图4描绘包含多个级联IR检测器的计量系统的另一实施例400。已使用相同元件符号指示与图1中描绘的计量系统100类似配置的图4中展示的元件。如图4中描绘，光145入射到IR光栅147。IR光栅147经配置以使入射光145的部分148以第一级衍射。第一级衍射光148包含入射光145的IR波长范围的子集。此外，IR光栅147经配置以使入射光145的部分149以零级衍射。零级衍射光149包含在组成第一级衍射光148的IR波长范围外侧的IR波长。零级衍射光149传播到IR光栅151，IR光栅151使入射光以第一级衍射朝向IR检测器153。在图4中描绘的实施例中，第一级衍射光152包含入射光149的全部IR波长。然而，在一些其它实施例中，IR光栅151经配置以仅使入射光的部分以第一级衍射，且剩余零级光经引导朝向另一IR光栅。以此方式，可将任何数目个IR检测器可级联在一起以检测收集光127的不同IR波长范围。
参考图1到4描述的实施例通过非限制性实例提供，这是因为可预期用于同时检测UV波长、可见波长及IR波长的许多其它配置。在一个实例中，计量系统可经配置以使收集光127的IR波长以第一衍射级色散，且使收集光127的UV波长以零级衍射朝向UV光栅及检测器。在一些实例中，可采用光束分离元件将收集光的全光谱细分为两个或更多个子光谱。然而，可有利地采用如本文中描述的衍射元件以避免光束分离元件(例如二向色光束分离器、中性密度滤光片、部分反射镜或未涂布衬底)固有的损失。
如图1中描绘，照明光束117以倾斜角提供到晶片120的表面。一般来说，照明光可以任一或多个倾斜角提供到晶片120的表面。在一些实施例中，除倾斜照明外，照明光量以法向入射(即，与表面法向对准)提供到表面。
如图1中描绘，Z轴定向成法向于晶片120的表面。X及Y轴与晶片120的表面共面，且因此垂直于Z轴。照明光束117的主光线118及收集光束127的主光线121界定入射平面。X轴与入射平面对准且Y轴与入射平面正交。以此方式，入射平面位于XZ平面中。照明光束117相对于Z轴以入射角α入射于晶片120的表面上且位于入射平面内。照明光束以倾斜角几何投影到样品的表面上导致照明光束横截面在与入射平面对准的方向上的伸长。通过非限制性实例的方式，投影于晶片表面上的圆形照明光束导致形状为椭圆的照明区域。因此，一般来说，表面的倾斜照明导致相对于照明横截面伸长的投影照明区域，且伸长方向与入射平面对准。此外，伸长的量值随入射角的增加而增加。更明确来说，光束形状与入射平面的方向上的入射角的余弦成反比。在不存在衍射及像差效应的情况下，投影照明光在垂直于照明平面的方向(例如，Y方向)上保持不失真。
图5A描绘晶片120的俯视图，所述视图包含由图1的照明光束117的照明的测量点116的描绘。在图1中描绘的实施例中，照明光束117的横截面的形状为圆形(例如，在照明场光阑113处)。对于圆形照明光束，投影于晶片120的表面上的测量点116的形状为椭圆，如图5A中描绘。
如图1中描绘，测量点116以波长色散方式投影到检测器141及150的表面上。在另一方面中，本文中描述的计量系统的光谱仪组件经配置使得将到检测器中的每一者上的光色散平面定向成垂直于每一相应检测器上的入射平面的投影。以此方式，测量点116经成像到每一检测器上使得将与晶片表面上的入射平面对准的方向定向成垂直于检测器表面上的波长色散方向。在此布置中，计量系统对焦点误差的敏感性大幅降低。在对焦点误差的敏感性降低的情况下，用较短MAM时间且因此以较高处理量获得精确测量值。此架构的显著优点是测量厚及多层膜堆叠而未招致波长误差的能力。
传统上，计量系统经配置使得测量点的伸长方向的投影与检测器的表面上的波长色散方向对准。图5B表示传统配置。如图5B中描绘，测量点116的伸长方向(即，晶片处的X轴及检测器处的X'轴)到检测器23上的投影与检测器23的表面上的波长色散方向对准。举例来说，光点24A及24B的伸长方向与波长色散方向对准。在垂直于波长色散方向的方向上对检测器23的表面上的波长相依图像(例如，光点24A及24B)进行积分以获得光谱，即，依据波长而沿波长色散轴变化的强度)。对于CCD检测器，在垂直于波长色散的方向上集成电荷以实现光谱。
当测量点成像到检测器上使得与晶片表面上的入射平面对准的方向与检测器表面上的波长色散方向对准时，所得点扩散函数(PSF)具强烈波长相依性。所得PSF高度峰化，这是因为对于给定波长，图像强度在伸长方向上大幅变化。为适当捕获高度峰化的PSF，光谱仪必须以高分辨率获取光谱数据。此增加测量时间且降低处理量。
在另一实例中，对于特定波长，当伸长图像及对应伸长强度分布与光谱色散方向对准时，所得PSF取决于入射角。所得PSF取决于入射角而变宽或变窄。
在另一实例中，所得PSF对焦点误差高度敏感。当晶片上的测量目标移动而入焦又失焦时，晶片上的测量点的经检测图像改变大小且偏移位置。另外，晶片上的测量点的位置偏移。如图6中说明，当晶片120入焦时，照明光束117在位置A处照明晶片。如果收集光束127以传统方式波长色散且成像到检测器23上，那么其出现在光点24A及24B处，如图7中说明。在晶片120在z方向上向上移动且散焦达大于零的量ΔZ时，照明光束117在位置C处照明晶片。如果收集光束127'以传统方式波长色散且成像到检测器23上，那么其出现在光点24A'及24B'处。随着晶片移动远离光学系统的焦平面，所得图像越来越大，且图像的中心位置在与波长色散方向对准的方向上偏移。波长色散方向上的此偏移因波长对像素映射改变而导致光谱测量误差。在晶片120在z方向上向下移动且散焦达小于零的量ΔZ时，照明光束117在位置B处照明晶片。如果收集光束127”以传统方式波长色散且成像到检测器23上，那么其出现在光点24A”及24B”处。再次，随着晶片移动远离光学系统的焦平面，所得图像越来越大，且图像的中心位置在与波长色散方向对准的方向上偏移。
在此案例中，晶片120上归因于焦点误差(即，ΔZ≠0)的测量点移动导致沿光谱仪色散轴的图像移动依据波长而变化。由于在焦平面中(即，Z＝0)执行波长校准，因此由焦点误差引发的光谱仪色散方向上的任何图像移动使测量光谱对从波长校准的偏差极为敏感。
然而，如本文中描述，通过将入射平面投影到垂直于波长色散方向的检测器上，色散平面与入射平面脱离，且因此焦点误差不影响检测器上的光谱位置。
如图1中描绘，测量点116以波长色散方式投影到检测器141及150的表面上。计量系统100经配置使得将测量点116的伸长方向的投影定向成垂直于检测器141及150的表面上的波长色散方向。图1中描绘的X'轴表示测量点116的伸长方向(即，X轴)到检测器141及150上的投影。如图1中描绘，X'轴定向成垂直于检测器141及150的表面上的波长色散方向。
在一些实例中，通过将测量点成像到检测器上使得将与晶片表面上的入射平面对准的方向定向成垂直于检测器表面上的波长色散方向而实现对焦点位置的敏感性的二十倍降低。焦点误差敏感性的此降低实现减小的焦点准确度及降低的重复性要求、较快焦点时间及对波长误差的降低的敏感性而不损及测量准确度。这些益处在大型数值孔径光学计量系统中尤其明显。
图8描绘检测器141的表面的正垂视图。如图8中描绘，测量点116的伸长方向(即，X'轴)的投影定向成垂直于跨检测器141的表面的波长色散方向。举例来说，光点142A及142B的伸长方向定向成垂直于波长色散方向。在垂直于波长色散方向的方向上对检测器141的表面上的波长相依图像(例如，光点142A及142B)进行积分以获得光谱(即，依据波长而沿波长色散轴变化的强度)。对于CCD检测器，在垂直于波长色散的方向上集成电荷以实现光谱。
在每一波长下在垂直于光谱仪波长色散轴的方向上集成投影到检测器(例如，CCD141)的表面上的图像以获得测量光谱。每一波长下的个别光谱形状是系统在所述特定波长下的点扩散函数(PSF)。
当测量点成像到检测器上使得将与晶片表面上的入射平面对准的方向定向成垂直于检测器表面上的波长色散方向时，所得点扩散函数(PSF)相较于传统配置对波长的相依性要得的多。所得PSF较低峰化，这是因为对于给定波长，图像强度在垂直于伸长方向的方向上(例如，跨椭圆形的短轴)并未大幅变化。此外，尽管图像强度在伸长方向上(例如，跨椭圆形的长轴)大幅变化，但所述变化因伸长方向与CCD的电荷集成方向对准而被集成掉。以此方式，光谱仪不必以高分辨率获取光谱数据以准确地建构PSF。此减少测量时间且增加处理量。
在另一实例中，对于特定波长，当伸长方向定向成垂直于光谱色散方向时，所得PSF独立于入射角。图像及垂直于伸长方向(即，跨椭圆形的短轴)的对应强度分布对于入射角基本不变。因此，在光谱色散方向上投影的图像及对应强度分布对于入射角基本不变。因此，经计算PSF展示出对入射角的较小相依性。
在另一实例中，所得PSF相较于现有技术配置对焦点误差显著较不敏感。随着晶片上的测量目标移动而入焦又失焦，晶片上的测量点的检测图像偏移位置。类似于图6的描述，当晶片120入焦时，照明光束117在位置A处照明晶片。收集光束127波长色散且成像到检测器141上的光点142A及142B上方，如图8中说明。在晶片120在z方向上向上移动且散焦达大于零的量ΔZ时，照明光束117在位置C处照明晶片。收集光束127'波长色散且成像到检测器141上的光点142A'及142B'上方。垂直于波长色散方向的图像位置的此偏移因波长对像素映射保持不变而最小化由焦点误差引发的光谱测量误差。在晶片120在z方向上向下移动且散焦达小于零的量ΔZ时，照明光束117在位置B处照明晶片。收集光束127”波长色散且成像到检测器141上的光点142A”及142B”上方。再次，垂直于波长色散方向的图像位置的此偏移最小化由焦点误差引发的光谱测量误差。
在此配置中，焦点误差使检测器上的图像在垂直于波长色散轴的方向上偏移。由于通过垂直于光谱仪色散轴对图像进行积分而获得经计算光谱，因此焦点误差引发的图像偏移被积分掉且并未引发实质性的光谱测量误差。对焦点误差的此降低的敏感性消除对基于原子线发射追踪且校正焦点误差的需要。以此方式，可采用宽带光源(例如高亮度激光驱动的光源(LDLS))作为具有松弛焦点定位要求的光谱计量系统(例如系统100)中的光源。
如前文中描述，主要通过垂直于入射平面(即，XZ平面)的光分布确定由光谱仪投影的PSF。为此，PSF独立于倾斜入射角。因此，PSF对波长的相依性大体上小于传统配置。
如本文中描述，任何法向入射或倾斜入射宽带光学计量系统可经配置使得测量点成像到检测器表面上，使得将与晶片表面上的入射平面对准的方向定向成垂直于检测器表面上的波长色散方向。在一些实施例中，光谱仪色散轴定向成垂直于晶片焦点轴(例如，图1到4中的z轴)以进一步降低系统对焦点误差的敏感性。
在另一方面中，本文中描述的计量系统采用多区间红外线检测器，其不同敏感带组合于单个检测器封装上的不同位置处。检测器经配置以按不同敏感性(取决于入射位置)递送数据的连续光谱。
图10说明可用砷化铟镓(InGaAs)传感器的典型光敏性曲线。如图10中描绘，可用InGaAs传感器的任一单个传感器无法提供跨从1微米到2.5微米的波长带的充分光敏性。因此，个别地，可用传感器仅能够在窄波带内感测。在一些实施例中，每一个别传感器布置成例如级联布置，如图4中描绘。然而，此需要个别光栅结构或光束分离元件及光栅结构的组合以将收集光细分为每一个别光谱范围且使每一光谱范围色散到每一单独检测器上。此导致非所要光损失及光学系统复杂性。
在一个方面中，将各自在不同波带中敏感的多个传感器芯片组合到单个检测器封装中。又将此多区间检测器实施于本文中描述的计量系统中。
图9描绘从四个不同波带导出的四个传感器芯片150A到150D以制成多区间红外线检测器150。如图10中描绘，四个传感器芯片包含各自展现不同光敏特性的不同材料组成。如图10中描绘，传感器芯片150A在波带A内展现高敏感性，传感器芯片150B在波带B内展现高敏感性，传感器芯片150C在波带C内展现高敏感性，且传感器芯片150D在波带D内展现高敏感性。并有检测器150的计量系统经配置以使波带A内的波长色散到传感器芯片150A上、使波带B内的波长色散到传感器芯片150B上、使波带C内的波长色散到传感器芯片150C上，且使波带D内的波长色散到传感器芯片150D上。以此方式，在包含来自单个检测器的波带A到D的汇总波带内实现高光敏性(即，高SNR)。
在一些实例中，多区间检测器包含对不同光谱区具有敏感性的InGaAs传感器，其组装于单个传感器封装中以产生涵盖从750纳米到3,000纳米或以上的波长的单个连续光谱。
一般来说，可沿多区间检测器的波长色散方向组装任何数目个个别传感器，使得可从检测器导出连续光谱。然而，在多区间检测器(例如检测器150)中通常采用两个到四个个别传感器。
在另一方面中，调整在垂直于入射平面的方向上投影于晶片平面上的照明场光阑的尺寸以基于受测量目标的性质优化所得测量准确度及速度。
调整在垂直于入射平面的方向上投影于晶片平面上的照明场光阑以整形PSF而实现对于每一测量应用对波长较不敏感的平顶轮廓。另外，调整光谱分辨率以实现基于平顶轮廓优化测量准确度及速度。
在一些实例中，举例来说，如果样本是非常厚的膜或光栅结构，那么调整在垂直于入射平面的方向上投影于晶片平面上的照明场光阑以减小场大小而实现增加光谱分辨率。在一些实例中，举例来说，如果样本是薄膜，那么调整在垂直于入射平面的方向上投影于晶片平面上的照明场光阑以增加场大小而实现缩短的测量时间而不损失光谱分辨率。
在图1到4中描绘的实施例中，计算系统130经配置以接收指示由检测器141、150及153(如果适用)检测的光谱响应的信号154。计算系统130进一步经配置以确定传递到可编程照明场光阑113的控制信号119。可编程照明场光阑113接收控制信号119且调整照明孔径的大小以实现所要照明场大小。
在一些实例中，调整照明场光阑以优化测量准确度及速度，如前文中描述。在另一实例中，调整照明场光阑以防止通过光谱仪狭缝的图像裁剪及测量结果的对应降级。以此方式，调整照明场大小使得测量目标的图像未充满光谱仪狭缝。在一个实例中，调整照明场光阑使得照明光学器件的偏光器狭缝的投影未充满计量系统的光谱仪狭缝。
图11说明在至少一个新颖方面中执行光谱测量的方法500。方法500适于通过计量系统(例如分别在本发明的图1到4中说明的计量系统100、200、300及400)实施。在一个方面中，应认识到，可经由通过计算系统130(或任何其它通用计算系统)的一或多个处理器执行的预编程算法实行方法500的数据处理框。在本文中，应认识到，计量系统100、200、300及400的特定结构方面并不表示限制且仅应解释为阐释性的。
在框501中，以入射平面内的一或多个入射角将来自照明源的宽带照明光量引导到受测量样品的表面上的测量点。
在框502中，从样品的表面上的测量点收集光量。
在框503中，将第一波长范围中的收集光量的第一部分引导朝向第一检测器的表面，且将第二波长范围中的收集光量的第二部分引导朝向第二检测器的表面。
在框504中，检测样品对第一波长范围中的照明光量的响应。
在框505中，在检测样品对第一波长范围中的照明光量的响应的同时检测样品对第二波长范围中的照明光量的响应。
可如本文中描述那样配置的示范性测量技术包含(但不限于)：光谱椭偏测量(SE)(包含穆勒(Mueller)矩阵椭偏测量(MMSE))、旋转偏光器SE(RPSE)、旋转偏光器、旋转补偿器SE(RPRC)、旋转补偿器、旋转补偿器SE(RCRC)、光谱反射测量(SR)(包含经偏光SR、未偏光SR)、光谱散射测量、散射测量重叠、光束轮廓反射测量(经角度分辨及偏光分辨两者)、光束轮廓椭偏测量、单或多离散波长椭偏测量等。一般来说，可个别地或以任何组合考虑包含具有UV及IR波长的照明的任何计量技术。举例来说，可个别地或以任何组合考虑适于特性化半导体结构的任何SR或SE技术，包含基于图像的计量技术。
在又一实施例中，系统100、200、300及400包含所采用的一或多个计算系统130以基于根据本文中描述的方法收集的光谱测量数据执行对实际装置结构的测量。一或多个计算系统130可通信地耦合到光谱仪。在一个方面中，一或多个计算系统130经配置以接收与样品120的结构的测量值相关联的测量数据154。
应认识到，可通过单计算机系统130或者多计算机系统130实行贯穿本发明描述的一或多个步骤。此外，系统100、200、300及400的不同子系统可包含适于实行本文中描述的步骤的至少一部分的计算机系统。因此，前述描述不应解释为对本发明的限制，而是仅为说明。
另外，计算机系统130可以所属领域中已知的任何方式通信地耦合到光谱仪。举例来说，一或多个计算系统130可耦合到与光谱仪相关联的计算系统。在另一实例中，可通过耦合到计算机系统130的单个计算机系统直接控制光谱仪。
计量系统100、200、300及400的计算机系统130可经配置以通过可包含有线及/或无线部分的传输媒体从系统的子系统(例如，光谱仪及类似者)接收及/或获取数据或信息。以此方式，传输媒体可用作计算机系统130与系统100、200、300及400的其它子系统之间的数据链路。
计量系统100、200、300及400的计算机系统130可经配置以通过可包含有线及/或无线部分的传输媒体从其它系统接收及/或获取数据或信息(例如，测量结果、模型化输入、模型化结果、参考测量结果等)。以此方式，传输媒体可用作计算机系统130与其它系统(例如，机载存储器计量系统100、200、300及400、外部存储器或其它外部系统)之间的数据链路。举例来说，计算系统130可经配置以经由数据链路从存储媒体(即，存储器132或外部存储器)接收测量数据。举例来说，使用本文中描述的光谱仪获得的光谱结果可存储于永久或半永久存储器装置(例如，存储器132或外部存储器)中。在这方面，可从机载存储器或从外部存储器系统导入光谱结果。此外，计算机系统130可经由传输媒体将数据发送到其它系统。举例来说，可传递测量模型或由计算机系统130确定的估计参数值且将其存储于外部存储器中。在这方面，测量结果可导出到另一系统。
计算系统130可包含(但不限于)一个人计算机系统、主计算机系统、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”可广泛定义为涵盖具有执行来自存储器媒体的指令的一或多个处理器的任何装置。
可经由传输媒体(例如电线、缆线或无线传输链路)传输实施方法(例如本文中描述的方法)的程序指令134。举例来说，如图1中说明，存储于存储器132中的程序指令134经由总线133传输到处理器131。程序指令134存储于计算机可读媒体(例如，存储器132)中。示范性计算机可读媒体包含只读存储器、随机存取存储器、磁盘或光盘，或磁带。
在一些实例中，测量模型实施为可购自美国加利福尼亚州米尔皮塔斯的科磊公司(KLA-Tencor Corporation,Milpitas,California,USA)的
Figure GDA0001726517430000161
光学临界尺寸计量系统的要素。以此方式，模型经建立且备妥以在光谱由系统收集后立即使用。
在一些其它实例中，举例来说，通过实施可购自美国加利福尼亚州米尔皮塔斯的科磊公司的
Figure GDA0001726517430000162
软件的计算系统脱机实施测量模型。所得训练模型可作为可由执行测量的计量系统存取的
Figure GDA0001726517430000163
链接库的要素并入。
在另一方面中，本文中描述的用于对半导体装置进行光谱计量的方法及系统适用于对高深宽比(HAR)结构、大横向尺寸结构或两者的测量。适于通过本文中描述的系统及方法测量的示范性结构包含三维NAND结构，例如由各种半导体制造商(例如三星公司(Samsung Inc.)(韩国)、SK海力士(SK Hynix Inc.)(韩国)、东芝公司(ToshibaCorporation)(日本)及美光科技公司(Micron Technology,Inc.)(美国)等)制造的垂直NAND(V-NAND)结构、动态随机存取存储器结构(DRAM)等。这些复杂装置遭受到所测量的结构中的低光穿透。图12描绘示范性高深宽比NAND结构600，其遭受到所测量的结构中的低光穿透。具有到红外线中的宽带能力的光谱椭偏仪(凭借用多区间传感器的同时光谱带检测，如本文中描述)适于测量这些高深宽比结构。
在另一方面中，本文中描述的测量结果可用于提供主动反馈给工艺工具(例如，光刻工具、蚀刻工具、沉积工具等)。举例来说，基于本文中描述的测量方法确定的测量参数值可传递到光刻工具以调整光刻系统而实现所要输出。以类似方式，蚀刻参数(例如，蚀刻时间、扩散率等)或沉积参数(例如，时间、浓度等)可包含于测量模型中以分别提供主动反馈给蚀刻工具或沉积工具。在一些实例中，对基于经测量装置参数值及训练测量模型确定的工艺参数的校正可传递到光刻工具、蚀刻工具或沉积工具。
如本文中描述，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、光栅高度等)、任两个或更多个结构之间的临界尺寸(例如，两个结构之间的距离)，及两个或更多个结构之间的位移(例如，重叠光栅结构之间的重叠位移等)。结构可包含三维结构、图案化结构、重叠结构等。
如本文中描述，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。
如本文中描述，术语“计量系统”包含至少部分用来在任何方面(包含测量应用，例如临界尺寸计量、重叠计量、焦点/剂量计量及组成计量)中特性化样品的任何系统。然而，此类技术术语并不限制如本文中描述的术语“计量系统”的范围。另外，计量系统100可经配置以测量图案化晶片及/或未图案化晶片。计量系统可配置为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(涉及同时来自一或多个平台的数据)，及获益于基于临界尺寸数据对系统参数进行校准的任何其它计量或检验工具。
本文中针对可用于测量任何半导体处理工具(例如，检验系统或光刻系统)内的样品的半导体测量系统描述各种实施例。术语“样品”在本文中用来指代晶片、主光罩，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。
如本文中使用，术语“晶片”一般指代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。通常可在半导体制造设施中找到及/或处理此类衬底。在一些情况中，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或多个不同材料层。形成于晶片上的一或多个层可“经图案化”或“未图案化”。举例来说，晶片可包含具有可重复图案特征的多个裸片。
“主光罩”可为在主光罩制造工艺的任何阶段的主光罩，或为可经释放或可未经释放以于半导体制造设施中使用的完成的主光罩。主光罩或“掩模”一般定义为大体上透明衬底，其具有形成于其上且配置成图案的大体上不透明区。衬底可包含例如玻璃材料，例如非晶SiO2。主光罩可在光刻工艺的曝光步骤期间安置于光致抗蚀剂覆盖的晶片上方，使得主光罩上的图案可转印到光致抗蚀剂。
形成于晶片上的一或多个层可经图案化或未图案化。举例来说，晶片可包含多个裸片，其各自具有可重复图案特征。形成且处理此类材料层最终可导致完成的装置。许多不同类型的装置可形成于晶片上，且如本文中使用的术语晶片希望涵盖其上制造所属领域已知的任何类型装置的晶片。
在一或多个示范性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实施。如果实施于软件中，那么所述功能可作为一或多个指令或程序代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体传输。计算机可读媒体包含计算机存储媒体及通信媒体(包含有利于将计算机过程从处传送到另一处的任何媒体)两者。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。例如(且不限于)，此计算机可读媒体可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁性存储装置，或可用于携载或存储呈指令或数据结构的形式且可由通用或专用计算机或通用或专用处理器存取的所要程序代码构件的任何其它媒体。此外，任何连接适当地称为计算机可读媒体。举例来说，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或例如红外线、无线电及微波的无线技术从网站、服务器或其它远程源传输软件，那么同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或例如红外线、无线电及微波的无线技术包含于媒体的定义中。如本文中使用的磁盘及光盘包含光盘(CD)、激光光盘、光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘及蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘用激光光学地再现数据。上述的组合还应包含于计算机可读媒体的范围内。
尽管上文出于教学目的描述某些特定实施例，但本专利文件的教示具有一般适用性且不限于上文描述的特定实施例。因此，可在不脱离如申请专利范围中阐述的本发明的范围的情况下实践对所描述实施例的各种特征的各种修改、调适及组合。

Claims (22)

1.一种计量系统，其包括：
一或多个照明源，其经配置以产生宽带照明光量；
照明光学子系统，其经配置以按入射平面内的一或多个入射角将来自所述照明源的所述照明光量引导到受测量样品的表面上的测量点；
收集光学子系统，其经配置以从所述样品的所述表面上的所述测量点收集收集光量；
第一检测器，其具有对入射光敏感的平面二维表面，其中所述第一检测器经配置以检测所述样品对第一波长范围中的所述照明光量的响应；
第二检测器，其具有对入射光敏感的平面二维表面，其中所述第二检测器经配置以在所述第一检测器通过所述第一检测器检测所述样品对所述第一波长范围中的所述照明光量的所述响应的同时检测所述样品对第二波长范围中的所述照明光量的响应；及
第一衍射元件，其经配置以使所述第一波长范围中的所述收集光量的第一部分色散朝向所述第一检测器的所述表面以及使所述第二波长范围中的所述收集光量的第二部分反射或透射为零衍射级；及
第二衍射元件，其经配置以使所述第二波长范围中的所述收集光量的所述第二部分色散朝向所述第二检测器的所述表面。
2.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述收集光学子系统将所述测量点成像到所述第一检测器的所述表面上，使得将与投影于所述第一检测器上的所述入射平面对准的方向定向成垂直于所述第一检测器的所述表面上的波长色散方向。
3.根据权利要求2所述的计量系统，其中所述收集光学子系统将所述测量点成像到所述第二检测器的所述表面上，使得将与投影于所述第二检测器上的所述入射平面对准的方向定向成垂直于所述第二检测器的所述表面上的波长色散方向。
4.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述第二检测器包含各自具有不同光敏性的两个或更多个不同表面区域，其中所述两个或更多个不同表面区域与跨所述第二检测器的所述表面的波长色散方向对准。
5.根据权利要求1所述的计量系统，其进一步包括：
第三检测器，其具有对入射光敏感的平面二维表面，其中所述第三检测器经配置以在所述第一检测器检测所述样品对所述第一波长范围中的所述照明光量的所述响应的同时检测所述样品对第三波长范围中的所述照明光量的响应；及
第三衍射元件，其经配置以使所述第三波长范围中的所述收集光量的第三部分色散朝向所述第三检测器的所述表面。
6.根据权利要求1所述的计量系统，其进一步包括：
精细焦点传感器，其经配置以检测所述收集光量的部分；及
光束分离元件，其经配置以将所述收集光量的所述部分引导到所述精细焦点传感器，其中所述精细焦点传感器经配置以在所述第一及第二检测器检测所述样品对所述照明光量的所述响应的同时检测样品焦点误差。
7.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述照明光量是宽带照明光，其包含具有红外线波长、可见波长及紫外线波长的波长范围。
8.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述照明光量的至少一部分以法向入射角提供到所述样品。
9.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述照明光量的至少一部分以倾斜入射角提供到所述样品。
10.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述计量系统配置为光谱椭偏仪及光谱反射计中的任一或多者。
11.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述受测量样品是高深宽比计量目标。
12.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述受测量样品是三维NAND结构或动态随机存取存储器结构。
13.根据权利要求1所述的计量系统，其进一步包括：
计算系统，其经配置以基于对第一及第二检测器的输出的组合分析产生所述受测量样品的所关注参数的估计值。
14.一种计量系统，其包括：
一或多个照明源，其经配置以产生宽带照明光量；
照明光学子系统，其经配置以按入射平面内的一或多个入射角将来自所述照明源的所述照明光量引导到受测量样品的表面上的测量点；
收集光学子系统，其经配置以从所述样品的所述表面上的所述测量点收集收集光量；
第一检测器，其具有对入射光敏感的平面二维表面，其中所述第一检测器经配置以检测所述样品对第一波长范围中的所述照明光量的响应，其中所述第一检测器包含各自具有不同光敏性的两个或更多个不同表面区域，其中所述两个或更多个不同表面区域与跨所述第一检测器的所述表面的波长色散方向对准，其中所述收集光学子系统将所述测量点成像到所述第一检测器的所述表面上，使得将与投影于所述第一检测器上的所述入射平面对准的方向定向成垂直于跨所述第一检测器的所述表面的所述波长色散方向；及
第一衍射元件，其经配置以使所述第一波长范围中的所述收集光量的第一部分跨所述第一检测器的所述表面色散。
15.根据权利要求14所述的计量系统，其进一步包括：
第二检测器，其具有对入射光敏感的平面二维表面，其中所述第二检测器经配置以在所述第一检测器检测所述样品对所述第一波长范围中的所述照明光量的所述响应的同时检测所述样品对第二波长范围中的所述照明光量的响应；及
第二衍射元件，其经配置以使所述第二波长范围中的所述收集光量的第二部分跨所述第二检测器的所述表面色散。
16.根据权利要求14所述的计量系统，其进一步包括：
第三检测器，其具有对入射光敏感的平面二维表面，其中所述第三检测器经配置以在所述第一检测器检测所述样品对所述第一波长范围中的所述照明光量的所述响应的同时检测所述样品对第三波长范围中的所述照明光量的响应；及
第三衍射元件，其经配置以使所述第三波长范围中的所述收集光量的第三部分跨所述第三检测器的所述表面色散。
17.根据权利要求14所述的计量系统，其进一步包括：
精细焦点传感器，其经配置以检测所述收集光量的部分；及
光束分离元件，其经配置以将所述收集光量的所述部分引导到所述精细焦点传感器。
18.根据权利要求14所述的计量系统，其中所述受测量样品是三维NAND结构或动态随机存取存储器结构。
19.一种方法，其包括：
以入射平面内的一或多个入射角将来自照明源的宽带照明光量引导到受测量样品的表面上的测量点；
从所述样品的所述表面上的所述测量点收集收集光量；
将第一波长范围中的所述收集光量的第一部分引导朝向第一检测器的表面，且将第二波长范围中的所述收集光量的第二部分引导朝向第二检测器的表面；
将所述测量点成像到所述第一检测器的所述表面上，使得将与投影于所述第一检测器上的所述入射平面对准的方向定向成垂直于所述第一检测器的所述表面上的波长色散方向；
检测所述样品对所述第一波长范围中的所述照明光量的响应；及
与所述检测所述样品对所述第一波长范围中的所述照明光量的所述响应同时检测所述样品对所述第二波长范围中的所述照明光量的响应。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述第二检测器包含各自具有不同光敏性的两个或更多个不同表面区域，其中所述两个或更多个不同表面区域与跨所述第二检测器的所述表面的波长色散方向对准。
21.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括：
将第三波长范围中的所述收集光量的第三部分引导朝向第三检测器的表面；及
与所述检测所述样品对所述第一波长范围中的所述照明光量的所述响应同时检测所述样品对所述第三波长范围中的所述照明光量的响应。
22.根据权利要求19所述的方法，其中所述受测量样品是三维NAND结构或动态随机存取存储器结构。
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