CN109690235B - 用于测量高纵横比结构的红外光谱反射计 - Google Patents

用于测量高纵横比结构的红外光谱反射计 Download PDF

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Abstract

在本文中呈现用于在红外波长下执行半导体结构的光谱反射测量的方法及系统。在一些实施例中，采用横跨从750纳米到2,600纳米或更大的范围的测量波长。在一个方面中，在倾斜角下执行反射测量以降低背侧反射对测量结果的影响。在另一方面中，由包含具有不同敏感度特性的多个光敏区的检测器检测宽广红外波长范围。根据波长跨越所述检测器的表面线性地分散所收集光。每一不同光敏区布置于所述检测器上以感测不同入射波长范围。以此方式，由单个检测器以高信噪比检测宽广波长范围。

Description

用于测量高纵横比结构的红外光谱反射计
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2016年9月29日提出申请的序列号为62/401,840的美国临时专利申请案的优先权，所述美国临时专利申请案的标的物以全文引用方式并入本文中。
技术领域
所描述实施例涉及计量系统及方法，且更特定来说涉及用于半导体结构的经改进测量的方法及系统。
背景技术
通常通过适用于样品的处理步骤序列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所述半导体装置的各种特征及多个结构层级。举例来说，尤其光刻为涉及在半导体晶片上产生图案的一个半导体制作过程。半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，且接着将所述单个半导体晶片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计量过程来检测晶片上的缺陷以促成较高合格率。光学计量技术在不具有样本破坏的危险的情况下提供高吞吐量的可能性。若干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)及相关联分析算法共同用于表征纳米级结构的临界尺寸、膜厚度、组合物、覆叠及其它参数。
快闪存储器架构正在从二维浮动栅极架构转变为完全三维几何形状。在一些实例中，膜堆叠及经蚀刻结构是非常深的(例如，深度高达六微米)。此些高纵横比结构对于膜及CD测量形成挑战。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合格率为关键的。
许多光学技术遭受低信噪比(SNR)，因为照射光的仅小部分能够到达高纵横比特征的底部，且向上反射到检测器。因此，许多可用高吞吐量计量技术不能够可靠地执行高纵横比结构的CD及膜测量。正在探索临界尺寸、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纵横比结构的测量解决方案，但开发仍在进行中。
横截面扫描电子显微镜(SEM)为不适合用于联机计量的低吞吐量破坏性技术。原子力显微镜(AFM)在其测量高纵横比结构的能力方面受限制且具有相对低吞吐量。尚未证明CD-SAXS能实现半导体工业所要求的高吞吐量能力。基于模型的红外反射测量(MBIR)已用于高纵横比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光点大小对于半导体计量来说太大。参见戈斯坦(Gostein)等人的“借助基于模型的IR测量深沟槽结构”(固态技术，第49卷，第3期，2006年3月1日)，其好像完全陈述于本文中似得以引用方式并入。
光学CD计量当前缺乏在高吞吐量下在相对小的光点(例如，小于50微米，或甚至更优选地，小于30微米)中测量具有微米尺度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(其好像完全陈述于本文中似得以引用方式并入)描述适合用于表征高纵横比结构的红外光谱椭圆测量技术。然而，所描述技术在操作期间遭受横跨紫外及红外波长的测量的长测量时间、波长稳定性限制及有限红外波长范围。
总之，特征大小的持续减小及结构特征的深度增加对光学计量系统提出困难要求。光学计量系统必须满足高精确度及准确度要求以在高吞吐量下达成越来越复杂的目标从而保持具成本效益。在此上下文中，宽带照射及数据收集速度、红外波长范围在适合用于高纵横比结构的光学计量系统的设计中已作为关键性能限制问题而出现。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
在本文中呈现用于在红外波长下执行半导体结构的光谱反射测量的方法及系统。在一些实施例中，在高吞吐量下以相同对准条件同时测量包含紫外、可见及红外波长的光谱。以此方式，跨越所有所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，从法向于晶片的表面的方向离轴执行光谱测量以降低背侧反射对测量结果的影响。
在再一方面中，由包含具有不同敏感度特性的多个光敏区的检测器检测宽广红外波长范围。根据波长跨越检测器的表面线性地分散所收集光。每一不同光敏区布置于检测器上以感测不同入射波长范围。以此方式，由单个检测器以高信噪比检测宽广波长范围。这些特征以高吞吐量、精确度及准确度个别地或组合地达成高纵横比结构(例如，具有一微米或更多的深度的结构)的高吞吐量测量。
在额外方面中，并入有如本文中所描述的红外光谱反射计的计量系统还包含在介于190纳米与900纳米之间的波长范围中操作的一或多个额外测量通道。这些测量通道可经配置为光谱反射计、椭圆计、散射计或其任一组合。
在一些实施例中，计量系统并入有如本文中所描述的红外光谱反射计及在介于190纳米与900纳米之间的波长范围中操作的光谱椭圆计。所述红外光谱反射计经配置而以小于40度(例如，介于5度与40度之间)的入射角执行测量且所述光谱椭圆计经配置而以大于40度(例如，介于50度与90度之间)的入射角执行测量。在这些实施例中的一些实施例中，所述红外光谱反射计的测量光点与所述光谱椭圆计的测量光点位于同一位置。在一些其它实施例中，所述测量光点不位于同一位置。
在一些实施例中，计量系统并入有如本文中所描述的在介于750纳米与2600纳米之间的波长范围中操作的一或多个红外光谱反射计测量通道。另外，所述计量系统包含一或多个额外通道，所述一或多个额外通道包含但不限于：至少一个UV到近IR光谱仪通道，其利用UV到近IR检测器，例如在从190纳米到900纳米的波长范围中进行测量的CCD传感器；至少一个真空UV光谱仪通道，其利用在从150纳米到300纳米的波长范围中进行测量的真空UVCCD传感器；至少一个中IR光谱仪通道，其在介于2500纳米与4500纳米之间的波长范围中进行测量；或其任一组合。
在一些实施例中，除不同波长范围及入射角之外，所述计量系统的一或多个测量通道还经配置以在不同方位角下测量晶片。在一些实施例中，包含如本文中所描述的红外光谱反射计的计量系统经配置以在相对于计量目标的零度及九十度的方位角下执行晶片的测量。在一些实施例中，所述计量系统经配置以同时在一或多个波长范围、一或多个AOI范围及一或多个方位角内测量晶片反射率。
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描绘在半导体制作过程的蚀刻步骤中用作硬掩模材料的两个非晶碳膜的消光系数的曲线图。
图2描绘从图1中所图解说明的两个非晶碳膜反射的光的百分比的曲线图。
图3描绘图解说明在各种测量情景中预测所预期3-Σ测量精确度的模拟结果的图表165。
图4描绘安置于正在由椭圆计及反射计测量的硅衬底167的顶部上的非晶碳层166。
图5描绘s偏振照射光对比p偏振照射光随入射角而变的反射率。
图6描绘用于执行半导体结构的宽带红外光谱反射测量的示范性计量系统100。
图7描绘以接近法向入射而入射到安装于衬底上的膜层上但特定地避免法向入射的照射。
图8描绘以法向入射而入射到安置于衬底上的膜层上的照射。
图9描绘用于执行半导体结构的宽带红外光谱反射测量的示范性计量系统200。
图10描绘用于执行半导体结构的宽带红外光谱反射测量的示范性计量系统300。
图11描绘多区带红外检测器180的图解说明。
图12图解说明四个可用砷化铟镓(InGaAs)传感器的典型光敏性曲线。
图13A到E描绘使用如本文中所描述的红外光谱反射计收集于非晶碳膜上的反射率的实验光谱测量。
图14描绘遭受进入所测量的结构的低光穿透的示范性高纵横比NAND结构400。
图15图解说明执行一或多个结构的红外光谱反射测量的方法500。
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。
在本文中呈现用于在红外波长下执行半导体结构的光谱反射测量的方法及系统。在一些实施例中，在高吞吐量下以相同对准条件同时测量包含紫外、可见及红外波长的光谱。以此方式，跨越所有所测量波长均匀地校正机器误差(例如波长误差)。在额外方面中，从法向于晶片的表面的方向离轴执行光谱测量以降低背侧反射对测量结果的影响。在另一额外方面中，由包含具有不同敏感度特性的多个光敏区的检测器检测宽广波长范围。根据波长跨越检测器的表面线性地分散所收集光。每一不同光敏区布置于检测器上以感测不同入射波长范围。以此方式，由单个检测器以高信噪比检测宽广波长范围。这些特征以高吞吐量、精确度及准确度个别地或组合地达成高纵横比结构(例如，具有一微米或更多的深度的结构)的高吞吐量测量。
通过在单个系统中以红外、可见及紫外光同时测量目标，达成复杂三维结构的精确表征。一般来说，相对长波长深入地穿透到结构中且在以相对大间距测量结构时提供对高衍射级的抑制。相对短波长提供关于相对短波长(即，顶部层级层)以及相对小CD及粗糙度特征可接达的结构的精确维度信息。在一些实例中，由于较长波长对粗糙度的敏感度较低，因此较长波长达成具有相对粗糙表面或界面的目标的维度特性的测量。
在一些实施例中，本文中所描述的用于半导体装置的光谱计量的方法及系统适用于高纵横比(HAR)、大横向尺寸结构或两者的测量。这些实施例达成用于具有HAR结构(例如，NAND、VNAND、TCAT、DRAM等)的半导体装置且更一般来说用于遭受进入所测量的结构的低光穿透的复杂装置的光学临界尺寸(CD)、膜及组合物计量。HAR结构通常包含硬掩模层以促进用于HAR的蚀刻过程。如本文中所描述，术语“HAR结构”是指由超过2:1或10:1且可高达100:1或更高的纵横比表征的任何结构。
图1描绘在三维NAND结构的制作过程的蚀刻步骤中用作硬掩模材料的两个非晶碳膜的消光系数的曲线图。曲线图线161描绘非晶碳膜A的消光系数随波长而变，且曲线图线162描绘非晶碳膜B的消光系数随波长而变。膜A的消光系数贯穿从200纳米到2200纳米的波长范围维持相对高值。因此，膜A甚至穿过IR光谱区域进行强烈吸收。
图2描绘如由反射计测量的从具有12,500埃的厚度的膜A及B反射的光的百分比的曲线图。从膜A反射的光的百分比贯穿从200纳米到2200纳米的波长范围保持极其低。如图2中所图解说明，收集大致0.05％的入射光所需要的最小波长为大致2000纳米。低于大致1800纳米，所收集信号量为实际上不可测量的。
图1及2图解说明采用短波长红外光(例如，1400纳米到3000纳米)及甚至中波长红外光(例如，3000纳米到5000纳米及此范围以外)来执行半导体制造中所采用的重要材料的基于反射率的测量的重要性。
另外，反射计及椭圆计配置证明在测量高消光比材料时的不同功效。图3描绘图解说明预测各种测量情景中所预期的3-Σ测量精确度的模拟结果的图表165。在光谱反射计配置及光谱椭圆计配置两者中，模拟在两个不同厚度(15,000埃及20,000埃)处对非晶碳层的膜厚度测量。另外，考虑两个不同照射波长范围。在一个情景中，以范围介于从950纳米到2200纳米的照射波长来模拟SE及SR测量。在另一情景中，以范围介于从950纳米到2500纳米的照射波长来模拟SE及SR测量。如图3中所图解说明，与SE测量相比较，SR配置实现显著较大测量精确度。另外，以经扩展照射波长范围执行的测量还实现较大测量精确度。
由于反射计以法向入射或接近法向入射而操作，因此其具有优于椭圆计的“路径长度”优点。图4描绘安置于硅衬底167的顶部上的非晶碳层166。在椭圆计配置中，照射光168以相对大角度(例如，大于40度的入射角)入射到膜166。光在空气-膜界面处折射且以显著大于零的折射角传播穿过膜166。类似地，从膜166的底部表面反射的光以所述折射角传播穿过膜166，在空气-膜界面处折射且传播到SE系统的检测器。相比之下，在反射计配置中，照射光170以相对小角度(例如，针对法向入射反射测量的情形为零角度)入射到膜166。在法向入射处，光在不具有折射的情况下传播穿过膜166且直接从膜166的底部表面往回反射。经反射光171传播到SR检测器。如图4中所描绘，照射光及经反射光穿过膜166的光学路径长度在SE配置中比在SR配置中长。膜166中的此额外光学路径长度导致测量信号的额外吸收及损失。出于此原因，与相对大角度SE配置相比，相对小角度SR配置对于例如非晶碳层的高度吸收性材料的测量为优选的。
图5描绘s偏振照射光对比p偏振照射光随入射角而变的反射率。曲线图线172描绘s偏振光的反射率且曲线图线173描绘p偏振光的反射率。如图6中所图解说明，p偏振光的反射率在SE测量中所采用的典型角度范围(例如，大于40度的AOI)中显著下降。所述下降在布儒斯特角附近尤其严重。如图5中所图解说明，为避免p偏振光的反射率的显著下降，小角度SR配置(例如，小于40度的AOI)为优选的。
在一个方面中，采用包含横跨介于750纳米与2600纳米之间的波长范围的一或多个测量通道的红外光谱反射计来执行半导体结构的测量。一或多个测量通道可并行(即，贯穿波长范围对样本的同时测量)或依序(即，贯穿波长范围对样本的顺序测量)执行。
图6描绘用于执行半导体结构的宽带红外光谱反射测量(例如，膜厚度、临界尺寸、覆叠等)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高纵横比(HAR)结构或至少一个大横向尺寸结构。如图6中所描绘，计量系统100经配置为倾斜入射宽带光谱反射计。然而，一般来说，计量系统100还可包含额外光谱反射计、光谱椭圆计、散射计或其任一组合。
计量系统100包含产生入射于晶片120上的照射光117的射束的照射源110。在一些实施例中，照射源110为在紫外、可见及红外光谱中发射照射光的宽带照射源。在一个实施例中，照射源110为激光维持的等离子体(LSP)光源(又名，激光驱动的等离子体源)。LSP光源的泵浦激光可为连续波或脉冲式的。激光驱动的等离子体源可跨越从150纳米到2000纳米的整个波长范围产生显著多于氙灯的光子。照射源110可为单个光源或多个宽带或离散波长光源的组合。由照射源110产生的光包含连续光谱或连续光谱的从紫外线到红外线(例如，真空紫外线到中红外线)的若干部分。一般来说，照射光源110可包含超连续激光源、红外氦-氖激光源、弧灯(例如，氙弧灯)、氘灯或任何其它适合光源。
在额外方面中，一定量的照射光为包含横跨至少500纳米的波长范围的宽带照射光。在一个实例中，宽带照射光包含低于250纳米的波长及高于750纳米的波长。一般来说，宽带照射光包含介于120纳米与3,000纳米之间的波长。在一些实施例中，可采用包含超出3,000纳米的波长的宽带照射光。在一些实例中，宽带照射光包含高达5,000纳米的波长。
如图6中所描绘，计量系统100包含经配置以将照射光117引导到形成于晶片120上的一或多个结构的照射子系统。所述照射子系统经展示以包含光源110、一或多个光学滤波器111、偏振组件112、场光阑113、孔径光阑114及照射光学器件115。一或多个光学滤波器111用于控制来自照射子系统的光级别、光谱输出或两者。在一些实例中，采用一或多个多区带滤波器作为光学滤波器111。偏振组件112产生离开照射子系统的所要偏振状态。在一些实施例中，偏振组件为偏振器、补偿器或两者，且可包含任何适合可商购偏振组件。所述偏振组件可为固定的或可旋转到不同固定位置。尽管图6中所描绘的照射子系统包含一个偏振组件，但照射子系统可包含一个以上偏振组件。场光阑113控制照射子系统的视场(FOV)且可包含任何适合可商购场光阑。孔径光阑114控制照射子系统的数值孔径(NA)且可包含任何适合可商购孔径光阑。来自照射源110的光经引导穿过照射光学器件115以聚焦于晶片120上的一或多个结构(图6中未展示)上。所述照射子系统可包含光谱反射测量技术中已知的光学滤波器111、偏振组件112、场光阑113、孔径光阑114及照射光学器件115的任何类型及布置。
如图6中所描绘，在射束从照射源110传播到晶片120时，照射光射束117穿过光学滤波器111、偏振组件112、场光阑113、孔径光阑114及照射光学器件115。射束117在测量光点116内照射晶片120的一部分。
在一些实例中，投射到晶片120的表面上的一定量的照射光117的射束大小小于在样品的表面上测量的测量目标的大小。示范性射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，所述美国专利申请公开案的内容以全文引用方式并入本文中。
计量系统100还包含经配置以收集通过一或多个结构与入射照射射束117之间的相互作用而产生的光的收集光学器件子系统。由收集光学器件122从测量光点116收集所收集光127的射束。所收集光127穿过收集光学器件子系统的收集孔径光阑123、偏振元件124及场光阑125。
收集光学器件122包含适合于收集来自形成于晶片120上的一或多个结构的光的任何光学元件。收集孔径光阑123控制收集光学器件子系统的NA。偏振元件124分析所要偏振状态。偏振元件124为分析器或补偿器。偏振元件124可为固定的或可旋转到不同固定位置。尽管图6中所描绘的收集子系统包含一个偏振元件，但收集子系统可包含一个以上偏振元件。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及偏振元件124以聚焦于收集场光阑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反射测量技术中已知的收集光学器件122、孔径光阑123、偏振元件124及场光阑125的任何类型及布置。
在图6中所描绘的实施例中，收集光学器件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射子系统照射的一或多个结构收集的光而产生输出。
在一个方面中，检测器子系统同时包含各自经配置以在包含红外线的不同波长范围内检测所收集光的两个或多于两个检测器。
在图6中所描绘的实施例中，所收集光127穿过光谱仪狭缝126且入射于衍射元件128上。衍射元件128经配置以将入射光的波长子集衍射成+/-1衍射级且将入射光的不同波长子集衍射成零衍射级。如图6中所描绘，由衍射元件128将入射光的包含紫外光谱的部分129以+/-1衍射级朝向检测器141分散。另外，衍射元件128经配置以将入射光的包含红外波长的部分140以零衍射级朝向光栅147反射。光140入射于衍射元件147上且衍射元件147将入射光140的包含红外波长的部分148以+/-1衍射级朝向检测器150分散。
在图6中所描绘的实施例中，衍射元件128为反射光栅元件。然而，一般来说，衍射元件128可经配置以将入射光细分成不同波段，在不同方向上传播不同波段，且以任一适合方式将波段中的一者的光分散到检测器上。在一个实例中，衍射元件128经配置为透射光栅。在一些其它实例中，衍射元件128包含射束分裂元件以将射束细分成不同波段且包含反射或透射光栅结构以将波段中的一者分散到检测器141上。
采用反射光栅128，因为其展现在紫外光谱区域中成为+/-1级的高衍射效率及针对红外光谱区域成为零衍射级的高衍射效率。通过采用反射光栅，避免射束分裂元件(例如二色性射束分裂元件)所固有的损失。
衍射元件128及147沿着每一相应二维检测器的一个维度(即，图6中针对每一相应检测器所述的波长分散方向)根据波长线性地分散一级绕射光。出于图解说明目的，使在两个不同波长下所检测到的光照射于检测器141的表面上。衍射元件128导致投射到检测器141的表面上的光的两个不同波长之间的空间分离。以此方式，在光点142A内将从测量光点116收集的具有特定波长的光投射到检测器141上且在光点142B内将从测量光点116收集的具有另一不同波长的光投射到检测器141上。
在一个实例中，检测器141为对紫外及可见光(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为对红外光(例如，具有介于950纳米与5000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)、红外检测器、光伏检测器等)。每一检测器将入射光转换成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6中所描绘，检测子系统经布置使得所收集光同时传播到计量系统100的所有检测器。计量系统100还包含经配置以接收所检测信号154(包含UV及IR信号两者)的计算系统130，且基于UV及IR信号两者而确定所测量结构的所关注参数的值的估计155。通过同时收集UV及IR光谱，减少测量时间且用相同对准条件测量所有光谱。此允许波长误差更容易地经校正，因为共同校正可适用于所有光谱数据集。
在另一方面中，本文中所描述的红外光谱反射计中的一或多者采用离轴照射、收集或两者，以拒斥由从下伏衬底的底部的反射产生的测量信号。
图7描绘入射到膜层166(其安装于衬底167上)上的照射155。如图5中所描绘，照射以接近法向入射而布置，但特定地避免法向入射(AOI＝零度)。入射光的一部分从膜166的表面反射，另一部分158从膜166与衬底167之间的界面反射。这些反射为合意的且必须经收集以基于反射测量技术而估计膜166的厚度。然而，另外，入射光155的部分156穿透衬底167。光156的部分157从衬底的底部(例如，晶片的背侧)反射，传播穿过衬底167及膜166。光157为不合意的且影响膜166的测量。如图7中所描绘，成功地采用收集孔径159来阻挡从衬底167的背部表面反射的不合意光157。此为可能的，因为照射的非零入射角形成从膜166的顶部及底部表面反射的光与从衬底167的底部反射的光157之间的空间分离。
相比之下，图8描绘入射到膜层166(其安置于衬底167上)上的照射175。如图8中所描绘，照射以法向入射而布置。入射光175的一部分从膜166的表面反射，另一部分从膜166与衬底167之间的界面反射。另外，入射光175的部分176穿透衬底167。光176的部分177从衬底的底部(例如，晶片的背侧)反射，传播穿过衬底167及膜166。光177为不合意的且影响膜166的测量。如图8中所描绘，收集孔径174不能够阻挡从衬底167的背部表面反射的不合意光177，因为照射的零入射角不产生从膜166的顶部及底部表面反射的光与从衬底167的底部反射的光177之间的空间分离。
因此，在一些实施例中，在非零入射角下执行如本文中所描述的红外反射测量为优选的。以此方式，可有效地阻挡从背侧反射产生的光进行测量。在一些实施例中，采用倾斜照射来降低对如参考图7所描述且还图解说明于图9的实施例中的背侧反射的测量敏感度。在一些其它实施例中，采用法向照射，但采用在收集路径中在收集孔径光阑或其共轭处或附近的遮挡部掩模223来阻挡在数值孔径上方的中央射线，使得不准许背侧反射进入如图10的实施例中所图解说明的测量光学器件。此方法达成法向照射入射，但遭受例如经中央经遮挡光瞳、光损失及算法复杂性的可能缺点。在一些其它实施例中，遮挡部223位于照射路径中。
图9描绘在另一实施例中包含横跨介于750纳米与2600纳米之间的波长范围的一或多个测量通道的红外光谱反射计。在一个方面中，红外光谱反射计200包含史瓦西(Schwartzchild)物镜以避免法向入射。图9中所图解说明的相似编号元件类似于参考图6所描述的那些元件。
红外光谱反射计200包含偏振器204、物镜201、分析器210及光谱仪212。如图9中所描绘，由照射源202响应于从计算系统130接收的命令信号而产生光射束。来自照射源202的光由任选射束成型光学器件203调节以产生照射光射束220。照射光射束220经引导到偏振器204。虽然(如所描绘)经引导到偏振器204的照射光来自照射源202，但一般来说，来自系统100的照射源中的任一者的光可经组合以产生经引导到偏振器204的照射光射束。以此方式，照射光的光谱分量可经配置为从多个照射源发射的光的组合。
在一些实施例中，偏振器204经配置以使偏振元件围绕照射光射束220的光学轴线选择性地旋转。一般来说，偏振器204可包含任何偏振元件及系统以使此项技术中已知的偏振元件旋转。举例来说，偏振器204可包含机械地耦合到旋转致动器的偏振元件。在一个实例中，偏振元件可为罗雄棱镜。在另一实例中，偏振元件可包含射束位移器。偏振器204经配置而以旋转作用状态或旋转非作用状态在系统200内操作。在一个实例中，偏振器204的旋转致动器可为非作用的，使得偏振元件围绕照射光220的光学轴线保持旋转地固定。在另一实例中，旋转致动器可使偏振元件围绕照射光的光学轴线以选定角频率ωp旋转。
在一些其它实施例中，偏振器204围绕照射光射束220的光学轴线以固定偏振角度来配置。
如图9中所描绘，在旋转致动器使偏振元件以选定角频率ωp旋转的同时照射光射束220穿过偏振器204。以此方式，偏振器204产生经引导朝向射束分离器206的偏振光射束221。射束分离器206将偏振光射束221朝向物镜201引导。
在图9中所描绘的实施例中，物镜201为仅包含反射光学元件的Schwartzschild类型物镜。图9中所描绘的Schwartzschild物镜包含具有与光学轴线OA对准的开口(例如，孔)的凹面镜208，以允许光进出于物镜201。传入光穿过开口，且反射离开凸面镜207朝向凹面镜208。通过凹面镜208将经反射光聚焦于晶片212的表面上。通过物镜201在入射角范围内但不在零入射角(即，法向于晶片212的表面)处将偏振光射束221聚焦到晶片212的表面上。在一些实例中，在介于5度与40度之间的入射角范围内将偏振光射束221聚焦到晶片212的表面上。在一些其它实例中，在介于5度与25度之间的入射角范围内将偏振光射束221聚焦到晶片212的表面上。在一些实例中，以小于20度的入射角将偏振光射束221的一部分聚焦到晶片212的表面上。在一些其它实例中，以小于15度的入射角将偏振光射束221的一部分聚焦到晶片212的表面上。在一些实例中，以小入射角将偏振光射束221聚焦到晶片212的表面上会产生小照射光点。在一些实例中，所得照射光点的直径小于20微米。在一些其它实例中，所得照射光点大小的直径小于10微米。
经聚焦偏振光射束221与晶片212的相互作用通过反射、散射、衍射、透射或其它类型的过程中的任一者修改辐射的偏振。在与晶片212的相互作用之后，经修改光222由物镜201收集且经引导到射束分离器206。来自晶片212的光由凹面镜208收集且经聚焦到凸面镜207上，其中所述光透过与传入光相同的孔朝向射束分离器206离开Schwartzschild物镜。射束分离器206经配置以使经修改光222朝向分析器210透射。在图9中所描绘的实施例中，分析器210包含在经修改光射束222穿过分析器210及任选射束聚焦光学器件211到达光谱仪212的同时围绕经修改光射束222的光学轴线保持旋转地固定的偏振器元件。在光谱仪212中，使具有不同波长的射束分量在不同方向上折射(例如，在棱镜光谱仪中)或衍射(例如，在光栅光谱仪中)到不同检测器。检测器可为线性光电二极管阵列，其中每一光电二极管测量在不同波长范围中的辐射。关于偏振状态分析由光谱仪212接收的辐射，从而允许由光谱仪对由偏振器204通过的辐射进行光谱分析。将这些光谱228传递到计算系统130以用于晶片212的结构特性的分析。
图10描绘在另一实施例中包含横跨介于750纳米与2600纳米之间的波长范围的一或多个测量通道的红外光谱反射计。在一个方面中，红外光谱反射计300包含离轴未经遮挡物镜301以实现倾斜入射。图10中所图解说明的相似编号元件类似于参考图6及9所描述的那些元件。
红外光谱反射计300类似于参考图9所描述的红外光谱反射计200。然而，替代史瓦西物镜，采用离轴未经遮挡物镜301。传入光反射离开凸面镜307朝向凹面镜308。通过凹面镜308将经反射光聚焦于晶片312的表面上。由物镜301在入射角范围内将偏振光射束221聚焦到晶片312的表面上。在一些实例中，在介于5度与40度之间的入射角范围内将偏振光射束221聚焦到晶片312的表面上。在一些其它实例中，在介于5度与25度之间的入射角范围内将偏振光射束221聚焦到晶片212的表面上。在一些实例中，以小于20度的入射角将偏振光射束221的一部分聚焦到晶片312的表面上。在一些其它实例中，以小于15度的入射角将偏振光射束221的一部分聚焦到晶片312的表面上。以小入射角将偏振光射束221聚焦到晶片312的表面上会产生小照射光点。在一些实例中，所得照射光点的直径小于20微米。在一些其它实例中，所得照射光点大小为小于10微米的直径。在一些实例中，具有中心遮挡部的照射掩模(例如图6中所描绘的掩模223)位于照射光瞳处或附近。
经聚焦偏振光射束221与晶片312的相互作用通过反射、散射、衍射、透射或其它类型的过程中的任一者修改辐射的偏振。在与晶片312相互作用之后，经修改光222由物镜301收集且经引导到射束分离器206。来自晶片312的光由凹面镜308收集且经聚焦到凸面镜307上，其中所述光经准直且离开物镜301朝向射束分离器206。在一些其它实例中，具有中心遮挡部的收集掩模(例如图10中所描绘的掩模223)位于收集光瞳处或附近。
在兰博迪(Rampoldi)等人的第2016/0139032号美国专利申请公开案中详细描述离轴未经遮挡物镜的示范性实施方案，所述美国专利申请公开案的内容的全文以引用方式并入本文中。
在一些实施例中，检测器子系统包含将不同位置处的不同敏感度频带组合于单个检测器封装上的多区带红外检测器。所述检测器经配置以取决于入射位置而以不同敏感度递送连续数据频谱。
图12图解说明可用砷化铟镓(InGaAs)传感器的典型光敏性曲线。如图12中所描绘，可用InGaAs传感器中的单个传感器不能够跨越从1微米到2.5微米的波段提供充足光敏性。因此，个别地，可用传感器仅能够在窄波带内进行感测。
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。继而，在本文中所描述的计量系统中实施此多区带检测器。
图11描绘用以制成多区带红外检测器180的从四个不同波带导出的四个传感器芯片180A到D。所述四个传感器芯片包含各自展现不同光敏性特性的不同材料组合物。如图11中所描绘，传感器芯片180A展现在波带A内的高敏感度，传感器芯片180B展现在波带B内的高敏感度，传感器芯片180C展现在波带C内的高敏感度，且传感器芯片180D展现在波带D内的高敏感度。并入有检测器180的计量系统经配置以将在波带A内的波长分散到传感器芯片180A上，将在波带B内的波长分散到传感器芯片180B上，将在波带C内的波长分散到传感器芯片180C上，且将在波带D内的波长分散到传感器芯片180D上。以此方式，在包含来自单个检测器的波带A到D的聚合波带内实现高光敏性(即，高SNR)。因此，通过将特定传感器的使用限制于窄频带而减少在整个测量范围内的测量噪声，其中测量敏感度为高的且测量噪声为低的。
在一些实例中，多区带检测器包含对装配于单个传感器封装中的不同光谱区域具有敏感度的InGaAs传感器以产生涵盖从750纳米到3,000纳米或超出此范围的波长的单个连续光谱。
一般来说，可沿着多区带检测器的波长分散方向装配任一数目个个别传感器，使得可从检测器导出连续光谱。然而，通常，在例如检测器180的多区带检测器中采用两个到四个个别传感器。
在一个实施例中，关于横跨介于800纳米与1600纳米之间的范围的第一节段、横跨介于1600纳米与2200纳米之间的范围的第二节段及横跨介于2200纳米与2600纳米之间的范围的第三节段采用三个个别传感器。
尽管在本文中具体描述基于InGaAs的红外检测器的使用，但一般来说，展现窄敏感度范围及急剧敏感度截止的任何适合材料可整合到如本文中所描述的多区带检测器中。
如图6、9及10中所描绘，所图解说明的测量通道包含在照射侧上的偏振器及在收集侧上的分析器。然而，一般来说，预期任何测量通道可以任何组合形式包含或不包含照射偏振器、收集分析器、照射补偿器、收集补偿器，以执行样本的偏振反射率、样本的非偏振反射率或两者的测量。
在额外方面中，并入有如本文中所描述的红外光谱反射计的计量系统还可包含在介于190纳米与900纳米之间的波长范围内操作的一或多个额外测量通道。这些测量通道可经配置为光谱反射计、椭圆计、散射计或其任一组合。
在一些实施例中，计量系统并入有在介于190纳米与900纳米之间的波长范围内操作的如本文中所描述的红外光谱反射计及光谱椭圆计。红外光谱反射计经配置以在小于40度(例如，介于5度与40度之间)的入射角下执行测量且光谱椭圆计经配置以在大于40度(例如，介于50度与90度之间)的入射角下执行测量。在这些实施例中的一些实施例中，红外光谱反射计的测量光点与光谱椭圆计的测量光点位于同一位置。在一些其它实施例中，所述测量光点不位于同一位置。
在一些实施例中，计量系统并入有在介于750纳米与2600纳米之间的波长范围内操作的如本文中所描述的一或多个红外光谱反射计测量通道。另外，计量系统包含一或多个额外通道，所述一或多个额外通道包含但不限于：至少一个UV到近IR光谱仪通道，其利用UV到近IR检测器，例如在从190纳米到900纳米的波长范围中进行测量的CCD传感器；至少一个真空UV光谱仪通道，其利用在从150纳米到300纳米的波长范围中进行测量的真空UV CCD传感器；至少一个中IR光谱仪通道，其在介于2500纳米到4500纳米之间的波长范围中进行测量；或其任一组合。在这些实施例中的一些实施例中，各种光谱仪的测量光点位于同一位置。在一些其它实施例中，所述测量光点不位于同一位置。
在一些实施例中，除不同波长范围及入射角之外，计量系统的一或多个测量通道还经配置以在不同方位角下测量晶片。在一些实施例中，包含如本文中所描述的红外光谱反射计的计量系统经配置以在相对于计量目标的零度及九十度的方位角下执行晶片的测量。在一些实施例中，计量系统经配置以同时在一或多个波长范围、一或多个AOI范围及一或多个方位角内测量晶片反射率。
图13A到E描绘使用如本文中所描述的红外光谱反射计收集于非晶碳膜上的反射率的实验光谱测量。图13A描绘具有2500埃的厚度的膜的测量的曲线图410。图13B描绘具有5000埃的厚度的膜的测量的曲线图420。图13C描绘具有7500埃的厚度的膜的测量的曲线图430。图13D描绘具有10000埃的厚度的膜的测量的曲线图440。图13E描绘具有12500埃的厚度的膜的测量的曲线图450。如图13A到E中所描绘，随着膜厚度增加，吸收损失增加，尤其对于较短测量波长。然而，通过将波长范围扩展到2200纳米及更大，可实现成功测量。
在另一额外方面中，基于受测量的目标的性质而调整投射于晶片平面上的照射场光阑的尺寸以优化所得测量准确度及速度。
在另一额外方面中，调整照射场光阑的尺寸以针对每一测量应用实现所要光谱分辨率。
在一些实例中，例如，如果样本为极厚膜或光栅结构，那么调整在垂直于入射平面的方向上投射于晶片平面上的照射场光阑以减小场大小从而实现增加光谱分辨率。在一些实例中，例如，如果样本为薄膜，那么调整在垂直于入射平面的方向上投射于晶片平面上的照射场光阑以增加场大小以在不失去光谱分辨率的情况下实现缩短测量时间。
在图6中所描绘的实施例中，计算系统130经配置以接收指示由检测器子系统检测到的光谱响应的信号154。计算系统130进一步经配置以确定传递到可编程照射场光阑113的控制信号119。可编程照射场光阑113接收控制信号119且调整照射孔径的大小以实现所要照射场大小。
在一些实例中，调整照射场光阑以优化测量准确度及速度，如前文中所描述。在另一实例中，调整照射场光阑以防止由光谱仪狭缝进行的图像剪裁及测量结果的对应降级。以此方式，调整照射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，调整照射场光阑使得照射光学器件的偏振器狭缝的投射未充满计量系统的光谱仪狭缝。
图15图解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适合于由本发明的计量系统(例如分别在图6、9及10中所图解说明的计量系统100、200及300)实施。在一个方面中，认识到，方法500的数据处理块可经由经预编程算法执行，所述经预编程算法由计算系统130的一或多个处理器或任何其它通用计算系统执行。在本文中认识到，计量系统100、200、300的特定结构方面并不表示限制而应仅解释为说明性的。
在框501中，以多个入射角将一定量的宽带照射光从照射源引导到受测量的样品的表面上的测量光点。所述一定量的宽带照射光包含横跨从750纳米到2,600纳米的范围的波长。
在框502中，从样品的表面上的测量光点收集一定量的光且将所述光引导到一或多个检测器。
在框503中，用至少一个检测器检测与所述一定量的所收集光相关联的测量光谱。所述至少一个检测器包含具有两个或多于两个不同表面区(其各自具有不同光敏性)的对入射光敏感的平面二维表面。两个或多于两个不同表面区跨越至少一个检测器的表面与波长分散方向对准。
在额外实施例中，系统100、200及300包含经采用以基于根据本文中所描述的方法收集的光谱测量数据而执行实际装置结构的测量的一或多个计算系统130。一或多个计算系统130可以通信方式耦合到光谱仪。在一个方面中，一或多个计算系统130经配置以接收与受测量的样品的结构的测量相关联的测量数据。
应认识到，可由单个计算机系统130或(替代地)多计算机系统130执行本发明通篇所描述的一或多个步骤。此外，系统100的不同子系统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130可以此项技术中已知的任何方式以通信方式耦合到光谱仪。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，光谱仪可由耦合到计算机系统130的单个计算机系统直接控制。
计量系统100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的其它子系统之间的数据链路。
计量系统100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而从其它系统接收及/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，存储器板上计量系统100、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，使用本文中所描述的光谱仪获得的光谱结果可存储于永久性或半永久性存储器装置(例如，存储器132或外部存储器)中。就此来说，光谱结果可从板上存储器或从外部存储器系统传入。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，由计算机系统130确定的测量模型或所估计参数值171可经传递并存储于外部存储器中。就此来说，测量结果可传出到另一系统。
计算系统130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、并行处理器或此项技术中已知的任何其它装置。一般来说，术语“计算系统”可广义地经定义以囊括具有一或多个处理器(其执行来自存储器媒体的指令)的任何装置。
实施例如本文中所描述的那些方法的方法的程序指令134可经由传输媒体(例如导线、电缆或无线传输链路)传输。举例来说，如图1中所图解说明，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。示范性计算机可读取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，测量模型实施为可从美国加利福尼亚州苗必达市KLA-科磊公司(KLA-Tencor Corporation)购得的
Figure GDA0001993473700000171
光学临界尺寸计量系统的元件。以此方式，模型经创建且准备好在由系统收集光谱之后立即使用。
在一些其它实例中，测量模型(举例来说)由实施可从美国加利福尼亚州苗必达市KLA-科磊公司购得的
Figure GDA0001993473700000172
软件的计算系统离线实施。所得经训练模型可并入为可由执行测量的计量系统存取的
Figure GDA0001993473700000173
库的元件。
在另一方面中，本文中所描述的用于半导体装置的光谱计量的方法及系统适用于测量高纵横比(HAR)结构、大横向尺寸结构或两者。所描述实施例达成由各种半导体制造商(例如三星公司(南韩)、南韩海力士公司(南韩)、东芝公司(日本)及美光科技公司(美国)等)制造的半导体装置的光学临界尺寸(CD)、膜及组合物计量，所述半导体装置包含例如垂直NAND(V-NAND)结构、动态随机存取存储器结构(DRAM)等的三维NAND结构。这些复杂装置遭受进入所测量的结构的低光穿透。图14描绘遭受进入所测量的结构的低光穿透的示范性高纵横比NAND结构400。具有宽带能力及AOI、方位角或两者的宽范围的光谱椭圆计(具有如本文中所描述的同步光谱频带检测)适合于测量这些高纵横比结构。HAR结构通常包含硬掩模层以促进用于HAR的蚀刻过程。如本文中所描述，术语“HAR结构”是指由超过2:1或10:1且可高达100:1或更高的纵横比表征的任何结构。
在又另一方面中，本文中所描述的测量结果可用以将主动反馈提供到过程工具(例如，光刻工具、蚀刻工具、沉积工具等)。举例来说，基于本文中所描述的测量方法而确定的经测量参数的值可传递到光刻工具以调整光刻系统从而实现所要输出。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对蚀刻工具或沉积工具的主动反馈。在某一实例中，对基于所测量装置参数值而确定的过程参数的校正及经训练测量模型可传递到光刻工具、蚀刻工具或沉积工具。
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“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”包含至少部分地经采用以在任何方面(包含测量应用，例如临界尺寸计量、覆叠计量、焦点/剂量计量及组合物计量)中表征样品的任何系统。然而，此类技术术语并不限制如本文中所描述的术语“计量系统”的范围。另外，计量系统100可经配置以用于测量经图案化晶片及/或未经图案化晶片。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(涉及同时来自一或多个平台的数据)，以及从基于临界尺寸数据校准系统参数获益的任何其它计量或检验工具。
本文中针对可用于在任何半导体处理工具内测量样品的半导体测量系统(例如，检验系统或光刻系统)描述各种实施例。术语“样品”在本文中用于指晶片、光罩或可通过此项技术中已知的手段处理(例如，印刷或检验缺陷)的任何其它样本。
如本文中所使用，术语“晶片＂一般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。此些衬底通常可存在于半导体制作设施中及/或在其中处理。在一些情形中，晶片可仅包含衬底(即，裸晶片)。替代地，晶片可包含形成于衬底上的不同材料的一或多个层。形成于晶片上的一或多个层可为“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可或可不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”一般定义为具有在其上形成且配置成一图案的基本上不透明区域的基本上透明衬底。衬底可包含(举例来说)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。此些材料层的形成及处理可最终产生所完成的装置。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囊括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或多个指令或程序码存储于计算机可读媒体上或者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。通过实例而非限制方式，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以指令或数据结构的形式载运或存储所要程序码构件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。并且，可将任何连接恰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内。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。上文的组合还应包含于计算机可读取媒体的范围内。
尽管在上文中出于指导性目的而描述了一些特定实施例，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 (27)

1.一种计量系统，其包括：
红外光谱反射计，其包含：
一或多个照射源，其经配置以产生包含横跨从750纳米到2,600纳米的范围的波长的一定量的宽带照射光；
照射光学器件子系统，其经配置而以小于40度的一或多个入射角、一或多个方位角或其组合将所述一定量的照射光从所述照射源引导到受测量的样品的表面上的测量光点；
收集光学器件子系统，其经配置以从所述样品的所述表面上的所述测量光点收集一定量的所收集光；
至少一个检测器，其具有对入射光敏感的平面二维表面，其中所述至少一个检测器包含各自具有不同光敏性的两个或多于两个不同表面区，其中所述两个或多于两个不同表面区跨越所述至少一个检测器的所述表面与波长分散方向对准，所述至少一个检测器经配置以检测所述入射光且产生指示所述所检测到的入射光的输出；及
计算系统，其经配置以基于对所述至少一个检测器的所述输出的分析而产生受测量的所述样品的所关注参数的所估计值。
2.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述照射光学器件子系统以在5度与40度的范围内的多个入射角将所述一定量的照射光引导到所述测量光点。
3.根据权利要求1所述的计量系统，其进一步包括：
紫外到近红外光谱反射计，其经配置以用包含横跨从190纳米到900纳米的范围的波长的照射光测量所述样品。
4.根据权利要求1所述的计量系统，其进一步包括：
真空紫外到紫外光谱反射计，其经配置以用包含横跨从150纳米到300纳米的范围的波长的照射光测量所述样品。
5.根据权利要求2所述的计量系统，其进一步包括：
红外光谱椭圆计，其经配置以用包含横跨从750纳米到2600纳米的范围的波长的照射光测量所述样品。
6.根据权利要求5所述的计量系统，其进一步包括：
紫外到近红外光谱椭圆计，其经配置以用包含横跨从190纳米到900纳米的范围的波长的照射光测量所述样品。
7.根据权利要求5所述的计量系统，其进一步包括：
真空紫外到紫外光谱椭圆计，其经配置以用包含横跨从150纳米到300纳米的范围的波长的照射光测量所述样品。
8.根据权利要求5所述的计量系统，其中所述光谱椭圆计经配置而以大于40度的多个入射角照射所述样品。
9.根据权利要求5所述的计量系统，其中经组合的所述红外光谱反射计及所述光谱椭圆计对在从150纳米到4,500纳米的波长范围内的光谱区域敏感。
10.根据权利要求5所述的计量系统，其中所述红外光谱反射计在所述样品上的所述测量光点与所述光谱椭圆计在所述样品上的所述测量光点位于同一位置。
11.根据权利要求1所述的计量系统，其中各自具有不同光敏性的所述两个或多于两个不同表面区包含InGaAs材料。
12.根据权利要求1所述的计量系统，其进一步包括：
中心遮挡部，其安置于所述收集光学器件子系统的收集光瞳处或附近，经配置以遮挡来自所述样品的衬底的背部表面的反射。
13.根据权利要求1所述的计量系统，其进一步包括：
中心遮挡部，其安置于所述照射光学器件子系统的照射光瞳处或附近，经配置以遮挡来自所述样品的衬底的背部表面的反射。
14.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述一或多个入射角不包含法向入射角。
15.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述红外光谱反射计的物镜为史瓦西物镜。
16.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述照射光学器件子系统以在5度与25度的范围内的多个入射角将所述一定量的照射光引导到所述测量光点。
17.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述红外光谱反射计的测量通道包含所述红外光谱反射计的在照射路径、收集路径或两者中的偏振元件。
18.根据权利要求1所述的计量系统，其中受测量的所述样品包含三维NAND结构或动态随机存取存储器结构。
19.一种计量系统，其包括：
红外光谱反射计，其包含：
一或多个照射源，其经配置以产生包含横跨从750纳米到2,600纳米的范围的波长的一定量的宽带照射光；
照射光学器件子系统，其经配置而以大于5度的一或多个入射角将所述一定量的照射光从所述照射源引导到受测量的样品的表面上的测量光点；
收集光学器件子系统，其经配置以从所述样品的所述表面上的所述测量光点收集一定量的所收集光；
至少一个检测器，其具有对入射光敏感的平面二维表面，其中所述至少一个检测器包含各自具有不同光敏性的两个或多于两个不同表面区，其中所述两个或多于两个不同表面区跨越所述至少一个检测器的所述表面与波长分散方向对准，所述至少一个检测器经配置以检测所述入射光且产生指示所述所检测到的入射光的输出；及
计算系统，其经配置以基于对所述至少一个检测器的所述输出的分析而产生受测量的所述样品的所关注参数的所估计值。
20.根据权利要求19所述的计量系统，其中各自具有不同光敏性的所述两个或多于两个不同表面区包含InGaAs材料。
21.根据权利要求19所述的计量系统，其中所述红外光谱反射计的物镜为史瓦西物镜。
22.根据权利要求19所述的计量系统，其中所述红外光谱反射计的测量通道包含所述红外光谱反射计的在照射路径、收集路径或两者中的偏振元件。
23.一种计量系统，其包括：
红外光谱反射计，其包含：
一或多个照射源，其经配置以产生一定量的宽带照射光；
照射光学器件子系统，其经配置而以在5度与40度的范围内的一或多个入射角将所述一定量的照射光从所述照射源引导到受测量的样品的表面上的测量光点；
收集光学器件子系统，其经配置以从所述样品的所述表面上的所述测量光点收集一定量的所收集光；
至少一个检测器，其具有对入射光敏感的平面二维表面，其中所述至少一个检测器包含各自具有不同光敏性的两个或多于两个不同表面区，其中所述两个或多于两个不同表面区跨越所述至少一个检测器的所述表面与波长分散方向对准，所述至少一个检测器经配置以检测所述入射光且产生指示所述所检测到的入射光的输出；及
计算系统，其经配置以基于对所述至少一个检测器的所述输出的分析而产生受测量的所述样品的所关注参数的所估计值。
24.根据权利要求23所述的计量系统，其中所述一定量的宽带照射光包含横跨从750纳米到2,600纳米的范围的波长。
25.根据权利要求23所述的计量系统，其中受测量的所述样品包含三维NAND结构或动态随机存取存储器结构。
26.一种计量方法，其包括：
以大于5度的多个入射角将一定量的宽带照射光从照射源引导到受测量的样品的表面上的测量光点，所述一定量的宽带照射光包含横跨从750纳米到2,600纳米的范围的波长；
从所述样品的所述表面上的所述测量光点收集一定量的所收集光且将所述一定量的所收集光引导到一或多个检测器；及
用至少一个检测器检测与所述一定量的所收集光相关联的测量光谱，所述至少一个检测器具有对入射光敏感的平面二维表面，其中所述至少一个检测器包含各自具有不同光敏性的两个或多于两个不同表面区，其中所述两个或多于两个不同表面区跨越所述至少一个检测器的所述表面与波长分散方向对准。
27.根据权利要求26所述的计量方法，其中同时执行所述跨越所述照射光 波长范围检测所述测量光谱。
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