CN110312925A - 使用宽带红外辐射的检验及计量 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示用于使用宽带红外辐射测量或检验半导体结构的系统及方法。所述系统可包含照明源，所述照明源包括经配置以产生泵浦光的泵浦源及经配置以响应于所述泵浦光而产生宽带IR辐射的非线性光学NLO组合件。所述系统还可包含检测器组合件及经配置以将所述IR辐射引导到样本上且将从所述样本反射及/或散射的所述IR辐射的一部分引导到所述检测器组合件的一组光学器件。
Description
相关申请案的交叉参考
本申请案根据35U.S.C.§119(e)规定主张2017年2月5日申请的以庄永河·亚历克斯(Yung-Ho Alex Chuang)、约翰·菲尔登(John Fielden)及张白钢(Baigang Zhang)为发明者的标题为“红外椭圆偏振光谱仪及红外反射计(INFRARED SPECTROSCOPICELLIPSOMETER AND AN INFRARED REFLECTOMETER)”的序列号为62/454,805的美国临时申请案的权益，所述案以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及适用于半导体制造或类似过程的计量及检验系统及方法。更特定来说，本发明涉及适用于计量及检验工具的宽带近红外及短波长红外光源。
背景技术
随着存储器装置(NAND及DRAM两者)的密度增大，半导体制造商越来越多地使用较厚膜堆叠以每单位面积堆积更多晶体管及位。较高膜堆叠需要使较深通道、通孔、沟槽及类似结构蚀刻到其中。需要具有较强抗蚀刻性的较厚硬掩模及材料，以便蚀刻所要形状及深度。然而，硬掩模材料(例如多晶硅、非晶硅、TiN、非晶碳及类似物)强烈吸收可见光及UV波长光。
当前检验及计量技术不足以测量或检验在可为大于100nm厚且使用强烈吸收UV光及可见光的材料制成的硬掩模下方的多微米高结构。
电子显微镜可用于检验通道、通孔、沟槽或类似物的内部，但随着孔变深，较少回散射或二次电子可退出深窄孔，从而导致对基本上在表面下方的任何事物的低敏感度。在孔周围，大部分二次电子来自材料的表面，且因此几乎未提供来自材料内的深结构或缺陷的信息。
具有适当波长的X射线(如果从晶片的背侧照明，那么可为硬X射线，否则几keV的X射线能量可足够)可穿透几微米或更多的常见半导体材料。然而，x射线源具有低辐射率且被大部分半导体材料弱散射。此外，x射线光学器件是不可弯曲的且相较于用于可见光及IR光的光学器件质量不佳。即使高辐射率x射线源变得可用，半导体晶片的任何经检验或测量区域将仍需暴露到高辐射剂量，这是因为不同材料之间的弱对比度需要高x射线通量以产生强信号。此高剂量可通过例如在半导体材料中产生俘获电荷而容易地损坏晶片上的半导体装置。
所属领域中已知红外辐射(IR)源。黑体辐射体(例如发光条)的辐射率受发光条的温度限制。过高的温度将熔化或燃尽发光条。等离子体光源(例如弧光灯及激光泵浦源)可具有温度远高于发光条(可能高到约10,000K到15,000K)的发射区，但在不使用非常高电流或大激光器的情况下难以使等离子体足够大以在光学上不透明。另外，等离子体必须被较冷气体包围，所述较冷空气可吸收来自等离子体的热核心的一些发射且在较低黑体温度下重新发射辐射。所有这些源将光发射成来自相对大发射体积(尺寸通常为几百微米到毫米)的4π球面度。此大展光量无法有效耦合到光学计量或检验仪器中，且浪费多数发射功率。
现存IR测量及检验系统具有过大测量点大小而难以测量在前沿半导体制造工艺期间图案化的大多数图案化晶片。这些系统也太缓慢而难以在大批量半导体制造中在线使用。现存IR源的低辐射率将导致具有低信号电平的任何小点(例如小于约25μm的点或像素尺寸)测量或检验系统，此意味着高敏感度测量及检验将非常缓慢(可能每晶片花费数分钟或更长)。缓慢测量及检验在大批量半导体制造工艺中是不合意的。
因此，需要产生NIR及SWIR范围中的广波长范围的高辐射率IR源以解决上文识别的缺点中的一或多者。还需要合并高辐射率IR源的计量及检验系统。
发明内容
根据本发明的一或多个实施例，揭示一种用于产生用于半导体计量及/或检验中的宽带红外(IR)辐射的系统。在一个实施例中，所述系统包含照明源。在另一实施例中，所述照明源包括宽带光源组合件。在另一实施例中，所述宽带光源组合件包含经配置以产生具有所选择的波长的光的泵浦源，以及经配置以响应于由所述泵浦源产生的泵浦光而产生宽带IR辐射的非线性光学(NLO)组合件。在另一实施例中，所述系统包含检测器组合件。在另一实施例中，所述系统包含经配置以将所述IR辐射引导到样本上的一组光学器件，其中所述组光学器件经进一步配置以将来自所述样本的所述IR辐射的一部分引导到所述检测器组合件。
根据本发明的一或多个实施例，揭示一种用于在半导体计量及/或检验中产生及使用宽带IR辐射的方法。在一个实施例中，所述方法包含产生具有所选择的波长的泵浦光且将所述泵浦光引导到非线性光学(NLO)组合件，所述非线性光学(NLO)组合件经配置以响应于所述泵浦光而产生宽带IR辐射。在另一实施例中，所述方法包含将所述IR辐射引导到物镜。在另一实施例中，所述方法包含将所述IR辐射聚焦到样本上。在另一实施例中，所述方法包含将从所述样本反射或散射的所述IR辐射的一部分引导到检测器组合件。在另一实施例中，所述方法包含从由所述检测器组合件检测的IR辐射的部分确定所述样本的特性。
应理解，前述一般描述及下列详细描述两者都仅为示范性及解释性且未必限制所主张的本发明。并入本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的实施例且与一般描述共同用于解释本发明的原理。
附图说明
通过参考附图可使所属领域的技术人员更好理解本发明的数个优点，其中：
图1说明根据本发明的一或多个实施例的堆叠半导体结构的单位单元的概念图。
图2A到2F说明根据本发明的一或多个实施例的用于产生宽带红外辐射的系统的简化示意图。
图3A说明根据本发明的一或多个实施例的使用砷化镓(GaAs)光学参数振荡器(OPO)的所产生波长输出的图表。
图3B说明根据本发明的一或多个实施例的使用铌酸锂(LN)光学参数振荡器(OPO)的所产生波长输出的图表。
图3C说明根据本发明的一或多个实施例的处于各种泵浦波长的使用周期性极化铌酸锂(PPLN)光学参数振荡器(OPO)的所产生波长输出的图表。
图4说明根据本发明的一或多个实施例的检验及/或计量系统的简化示意图。
图5说明根据本发明的一或多个实施例的检验及/或计量系统的简化示意图。
图6说明根据本发明的一或多个实施例的用于产生宽带红外辐射的方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考附图中说明的所揭示标的物。
本发明涉及用于半导体计量及检验系统的改进方法及系统。呈现下列描述以使所属领域的一般技术人员能够制成及使用如在特定应用及其要求的上下文中提供的本发明的实施例。如本文中使用，例如“顶部”、“底部”、“在…上方”、“在…下方”、“上”、“向上”、“下”、“朝下”、“向下”及类似物的方向术语希望出于描述的目的提供相对位置，且不希望指定绝对参考系。所属领域的技术人员将明白对所描述实施例的各种修改，且本文中定义的一般原理可应用于其它实施例。因此，本发明并不希望限于所展示及描述的特定实施例，而应符合与本文中揭示的原理及新颖特征一致的最广泛范围。
大体上参考图1到6，根据本发明的一或多个实施例描述用于产生宽带近红外(NIR)及短波长红外(SWIR)照明的系统及方法。本发明的实施例涉及产生及/或使用宽带IR辐射以便检验及/或测量堆叠半导体结构内深处的缺陷或特征。
图1说明根据本发明的一或多个实施例的堆叠半导体结构的单位单元100的概念图。单位单元100说明可使用本文中描述的系统或方法中的任一者进行测量或检验的半导体晶片上的示范性结构的部分。单位单元100可在一或两个维度上重复多次，以便组成较大堆叠半导体结构。在一个实施例中，单位单元100可包含多个层。例如，单位单元100可包含50对以上层或100对以上层。虽然在图1中仅展示六对重复层，但应注意，图1仅出于说明性目的而提供且不应被解释为对本发明的范围的限制。就此来说，额外层可存在于单位单元100中展示的多对重复层上方及下方。例如，硬掩模可存在于重复层的顶部上，如在图1中展示。
在一个实施例中，单位单元100可包含在贯穿单位单元100的各个深度处的一或多个所关注尺寸。所关注尺寸可包含各种宽度或临界尺寸。例如，单位单元100可包含顶部临界尺寸(TCD)、中间临界尺寸(MCD)及底部临界尺寸(BCD)。通过另一实例，其它所关注结构尺寸可包含在相对于上下层的重复层中的一者处的所关注尺寸。
如先前在本文中提及，当前不存在足以测量或检验在厚度可大于100nm且使用强烈吸收UV光及可见光的材料制成的硬掩模下方的多微米高结构(例如单位单元100)的技术。例如，不存在可用于测量或检验图1中的BCD的良好现存技术，其中硬掩模强烈吸收UV光及可见光。
厚硬掩模可取决于掩模的材料及厚度而对近红外(NIR)或短波长红外(SWIR)透明。然而，现存IR半导体计量系统具有大测量点(例如约1mm)且主要用于测量未图案化晶片。这些测量点大小过大而难以测量在前导边缘半导体制造工艺期间图案化的大多数图案化晶片。所述仪器还太缓慢而难以在大批量半导体制造在线使用。现存IR源的低辐射率将导致具有低信号电平的任何小点(例如小于约25μm的点或像素尺寸)测量或检验系统，此意味着高敏感度测量及检验将非常缓慢(可能每晶片花费数分钟或更长)。缓慢测量及检验在大批量半导体制造工艺中是不合意的。
鉴于当前检验及计量系统的缺点，本发明的实施例涉及能够产生NIR及SWIR范围中的广波长范围的高辐射率IR源。可进一步期望，此类源可延伸到中波长IR，例如长约5μm的波长。本文中应注意，宽带IR辐射的产生可提供如在图1中展示的堆叠半导体结构中的增大检验及/或测量能力。例如，应注意，宽带IR辐射可能够以较大效率穿透硬掩模及/或堆叠半导体结构。就此来说，由本发明的系统及方法产生的宽带IR辐射可能够检验及/或测量堆叠半导体结构的表面下方的缺陷或特征(例如MCD、BCD及类似物)。
相较于超连续光谱源，本发明的实施例是有利的，因为其是基于χ2非线性而非χ3非线性。本文中应注意，χ2非线性归因于非线性系数大得多的事实而远比χ3非线性有效。此外，一些超连续光谱源产生被非线性材料强烈吸收的波长(例如近UV波长)，此导致非线性材料的光暗化及损坏。由于非线性材料(例如光子晶体光纤或其它特殊光纤)需要频繁更换，所以此类超连续光谱源每天操作24小时可为昂贵的。超连续光谱源通常非常嘈杂，其具有脉冲间的显著(多个百分比)输出强度波动。应注意，本发明的照明源比超连续光谱源安静。
图2A说明根据本发明的一或多个实施例的用于产生宽带IR辐射103的照明源200的简化示意图。
在一个实施例中，照明源200包含经配置以产生泵浦光101的泵浦源102及经配置以响应于泵浦光101而产生宽带IR辐射103的非线性光学(NLO)组合件104。
应注意，NLO组合件104可包含所属领域中已知的任何数目及类型的光学元件及组件。例如，NLO组合件104可包含(但不限于)一或多个NLO元件。例如，NLO组合件104可包含一或多个NLO晶体。
图2B说明根据本发明的一或多个实施例的用于产生宽带IR辐射103的照明源200的简化示意图。
在一个实施例中，如在图2B中描绘，照明源200包含泵浦源102及非线性光学(NLO)组合件104。此外，NLO组合件104可包含(但不限于)一或多个光学元件106、NLO元件108(例如NLO晶体)及/或一或多个滤波器110。在另一实施例中，NLO组合件104的NLO元件108响应于泵浦光101的吸收而产生宽带IR辐射103。
泵浦源102可经配置以产生具有各种波长的泵浦光101，包含(但不限于)近800nm波长的泵浦光101(例如Ti-蓝宝石激光)、近1μm波长的泵浦光101(例如Nd:YAG、ND-钒酸盐、YLF或Yb掺杂光纤激光)、近1.5μm波长的泵浦光101(例如Er掺杂光纤激光)、近2μm波长的泵浦光101(例如Tm掺杂光纤激光)及类似物。在另一实施例中，泵浦源102可包含激光器。在另一实施例中，泵浦源102可包含脉冲激光器器。例如，泵浦源102可产生具有约5ps或更短的半峰全宽(FWHM)的脉冲。
在另一实施例中，由一或多个光学元件106修改泵浦光101。一或多个光学元件可包含所属领域中已知的任何光学元件，包含(但不限于)一或多个透镜、一或多个镜、一或多个分束器、一或多个偏光器及类似物。在另一实施例中，一或多个光学元件106经配置以将泵浦光101引导到NLO元件108。例如，可由一或多个透镜(例如一或多个光学元件106)将泵浦光101聚焦到NLO元件108中或其附近的圆形或椭圆形光束腰。
在另一实施例中，NLO元件108包含周期性极化非线性光学晶体。例如，NLO元件108可包含(但不限于)周期性极化铌酸锂(PPLN)、周期性极化理想配比钽酸锂(SLT)、周期性极化镁掺杂SLT或定向图案化砷化镓。在另一实施例中，NLO元件108的周期性极化或定向图案化可经配置，使得接近于泵浦光101的波长的两倍的波长存在准相位匹配条件。在一个实施例中，针对接近于IR泵浦光101的波长的两倍的波长，NLO元件108可具有约零群速色散。本文中应注意，此实施例可最大化由NLO元件108产生的宽带IR辐射103的带宽。
在另一实施例中，系统200包含一或多个滤波器110。一或多个滤波器110可修改宽带IR辐射103的一或多个特性。例如，一或多个滤波器110可从宽带IR辐射103滤除任何未耗尽泵浦光101。通过另一实例，一或多个滤波器110可阻挡任何非所要波长或修改宽带IR辐射103的光谱的形状。
图2C说明根据本发明的一或多个替代及/或额外实施例的用于产生宽带IR辐射103的系统200的简化示意图。应注意，除非另外提及，否则在图2A到2B中描绘且在其相关联描述中描述的系统200的各种实施例及组件应被解释为延伸到图2C。
在此实施例中，NLO组合件104包含一或多个光学元件112、NLO元件108及一组镜。例如，所述组镜可包含(但不限于)第一镜114、第二镜116、第三镜118及第四镜120。应注意，NLO组合件104可经配置为光学参数振荡器(OPO)。就此来说，泵浦光101可经引导到OPO的光学腔(例如光学腔105)中。在另一实施例中，NLO组合件104包含用于利用所产生宽带IR辐射103的一或多个转向元件(例如二向色镜122)。
虽然本发明的大部分论述包括四个镜的光学腔105，但此不应被视为对本发明的范围的限制。所属领域中已知且可在不脱离本发明的精神及范围的情况下使用具有各种数目个镜的光学腔。在一个实施例中，光学腔105可包含一或多个曲面镜或透镜(例如第三曲面镜118、第四曲面镜120)以在泵浦光107在光学腔105内再循环时重新聚焦再循环泵浦光107。
在另一实施例中，一或多个光学元件112(例如一或多个透镜)可将泵浦光101聚焦到光学腔105中以匹配光学腔105模式，使得泵浦光101经聚焦到NLO元件108中或其附近的圆形或椭圆形光束腰。应注意，除非另外提及，否则关于在图2B中描绘的NLO元件108的先前论述也可被视为适用于在图2C中描绘的NLO元件108。就此来说，在图2C中描绘的NLO元件108可类似于图2B中的NLO元件108那样配置，以便对泵浦光101简并地降频转换。此外，NLO元件108可响应于泵浦光101的吸收而产生宽带IR辐射103。
在另一实施例中，泵浦光101可在光学腔105内作为再循环泵浦光107再循环通过NLO元件108，以便增大NLO元件108中的泵浦波长(例如泵浦波长ω)下的光的功率密度。本文中应注意，增大泵浦波长ω下的光的功率密度可增大NLO元件108内的转换效率。在优选实施例中，光学腔105还可再循环由NLO元件108产生的宽带IR辐射103的一部分。应注意，再循环由NLO元件108产生的宽带IR辐射103的一部分可通过NLO元件108中的信号及闲频信号波长的刺激发射而进一步增大转换效率且导致宽带IR辐射103变得更稳定。
本文中应注意，泵浦光101可为连续波(CW)或脉冲光。在具有脉冲泵浦光101的实施例中，光学腔105的光学长度可匹配连续脉冲之间的分离。在另一实施例中，压电换能器(PZT)124可经配置以调整光学腔105的长度，以便维持再循环泵浦光107与输入泵浦光101的锁定。例如，如在图2C中展示，PZT 124可经附接到镜(例如第二镜116)，以便调整光学腔105的长度。应注意，可在不脱离本发明的精神及范围的情况下使用所属领域中已知的任何锁定方案。应进一步注意，当泵浦光101的输入脉冲相对长(例如几ps)时，如果光学腔105设计成具有高机械及热稳定性，那么光学腔105长度的实时调整可为不必要的。相反地，应进一步注意，对于具有短于几ps的脉冲的CW泵浦光101及脉冲泵浦光101，光学腔105的实时锁定可为优选的，以便维持NLO元件108中的高功率密度。
在另一实施例中，如在图2C中展示，系统200包含一或多个转向元件122。一或多个转向元件122可包含(但不限于)一或多个取样镜(pickoff mirror)、一或多个分束器、一或多个二向色镜或类似物。在一个实施例中，转向元件122将在NLO元件108中产生的全部或大部分宽带IR辐射103作为宽带IR辐射103引导出光学腔105。例如，二向色镜可用于将宽带IR辐射103的约85％引导出光学腔105，从而留下光的小分率以作为再循环泵浦光107再循环遍及光学腔105。通过另一实例，二向色镜可将宽带IR辐射103的约70％引导出光学腔105。通过另一实例，二向色镜可将宽带IR辐射103的约95％引导出光学腔105。
图2D说明根据本发明的一或多个替代及/或额外实施例的用于产生宽带IR辐射103的替代系统200的简化示意图。
在一个实施例中，如在图2D中展示，系统200可包含泵浦源102及NLO组合件104。在一个实施例中，泵浦源102可包含(但不要求包含)经配置以产生泵浦光121的激光器126、一或多个光学元件128、NLO元件130及/或一或多个滤波器132。在另一实施例中，NLO组合件104包含(但不要求包含)一或多个光学元件134、NLO元件148、一或多个转向元件144及/或一组镜。所述组镜可包含(但不限于)第一镜136、第二镜138、第三镜140及第四镜142。应注意，NLO组合件104可包括OPO组合件。本文中应注意，除非本文中另外提及，否则关于在图2A到2C中描绘且在其相关联描述中描述的系统200的各种元件的论述也可被视为适用于在图2D中描绘的系统200的各种元件。
在一个实施例中，如在图2D中描绘，泵浦源102包括经配置以产生泵浦光121的激光器126、一或多个光学元件128、NLO元件130及一或多个滤波器132。在一个实施例中，一或多个光学元件128将泵浦光121引导到NLO元件130。在另一实施例中，NLO元件130响应于泵浦光121的吸收而产生光123，其中光123包含两种或两种以上不同频率。例如，NLO元件130可将具有第一频率的泵浦光121转换成包含第二频率及第三频率的光123。通过另一实例，NLO元件130可将具有第一频率的泵浦光121转换成宽带光123。
在另一实施例中，一或多个滤波器132修改光123的一或多个特性以产生泵浦光101。例如，一或多个滤波器132可阻挡光123的任何非所要波长。通过另一实例，一或多个滤波器132可修改宽带光123的光谱的形状。
本文中应注意，包括激光器126、一或多个光学元件128、NLO元件130及一或多个滤波器132的泵浦源102可允许泵浦光101的增大调谐。本文中应进一步注意，进入NLO组合件104的光学腔125的泵浦光101的增大调谐能力可允许宽带IR辐射103的增大调谐能力。
在另一实施例中，泵浦源102将泵浦光101引导到NLO组合件104。在另一实施例中，NLO组合件104包含(但不要求包含)一或多个光学元件134、NLO元件148、一或多个转向元件144及/或一组镜。所述组镜可包含(但不要求包含)第一镜136、第二镜138、第三镜140及第四镜142。此外，一或多个转向元件144可包含(但不限于)一或多个取样镜、一或多个分束器、一或多个二向色镜或类似物。应注意，NLO组合件104可包括OPO。
图2E说明根据本发明的一或多个替代及/或额外实施例的用于产生宽带IR辐射103的替代系统200的简化示意图。
如在图2E中展示，系统200可包含泵浦源102及NLO组合件104。在另一实施例中，泵浦源102包含(但不要求包含)经配置以产生泵浦光151的激光器150、一或多个光学元件152、NLO元件162、一或多个滤波器166及/或一组镜。所述组镜可包含(但不要求包含)第一镜154、第二镜156、第三镜158及第四镜160。应注意，系统200的泵浦源102可包括第一OPO组合件。
在另一实施例中，系统200可包含NLO组合件104。NLO组合件104可包含(但不要求包含)一或多个光学元件168、NLO元件180、一或多个转向元件178及/或一组镜。所述组镜可包含(但不要求包含)第一镜170、第二镜172、第三镜174及第四镜176。应注意，在图2E中描绘的NLO组合件104可包括第二OPO组合件。
本文中应进一步注意，除非本文中另外提及，否则关于在图2A到2D中描绘且在其相关联描述中描述的系统200的各种元件的论述还可被视为适用于在图2E中描绘的系统200的各种元件。
如先前在本文中提及，在图2E中描绘的泵浦源102可提供引导到NLO组合件104(例如第二OPO组合件)的光学腔165中的泵浦光101的增大调谐能力，借此增大所得宽带IR辐射103的调谐能力。
图2F说明根据本发明的一或多个替代及/或额外实施例的用于产生宽带IR辐射的照明源200的简化示意图。本文中应注意，除非另外提及，否则关于在图2A到2E中描绘且在其相关联描述中描述的照明源200的各种元件的论述应被解释为延伸到图2F的实施例。
在一个实施例中，照明源200包含泵浦源102及NLO组合件104。在本文中应注意，泵浦源102可包含所属领域中已知的任何泵浦源。例如，泵浦源102可包含(但不限于)激光源。例如，泵浦源102可包含脉冲激光器(例如以分别33nJ的所选择的脉冲能量、70fs脉冲长度的持续时间及90MHz的频率操作的1055nm Yb激光器)。
NLO组合件104可包含(但不限于)模式匹配望远镜204、输入耦合器210、NLO元件218及一组镜。例如，所述组镜可包含(但不要求包含)第一镜206、第二镜208、第一抛物面镜212及第二抛物面镜214。在另一实施例中，NLO组合件可包含经配置以调整光学腔的长度的一或多个组件224、226。例如，一或多个组件224、226可包含(但不限于)一或多个压电换能器(PZT)。在另一实施例中，NLO组合件104包含输出耦合器216。在另一实施例中，NLO组合件104包含第一调谐镜220及第二调谐镜222。
在一个实施例中，泵浦源102经配置以产生以1055nm为中心(例如约1μm)的脉冲。在另一实施例中，来自泵浦源102的照明经引导到模式匹配望远镜204。在另一实施例中，照明经引导到输入耦合器210。在一个实施例中，如在图2F中展示，输入耦合器210接收来自泵浦源102的照明(例如1μm)且产生1μm及2μm输出光束。在另一实施例中，输入耦合器210的输出光束经引导通过光学腔，其中输出光束的一部分经由第一抛物面镜212及第二抛物面镜214引导到NLO元件218。在另一实施例中，1μm及2μm输出光束经组合且通过输出耦合器216离开。
沃尔夫(Wolf)等人的标题为“来自2-μm简并光学参数振荡器的19-nJ五周期脉冲(19-nJ Five-Cycle Pulses from a 2-μm Degenerate Optical ParametricOscillator)”的光学学会的会议出版物更详细描述图2F的实施例。此出版物以全文引用的方式并入本文中。
图3A说明根据本发明的一或多个实施例的使用GaAs光学参数振荡器(OPO)的所产生波长输出的图表300。图表300显示在使用具有3300nm的泵浦波长的照明泵激时GaAs OPO的所产生输出波长(以μm为单位)对GaAs OPO的轮询周期(以μm为单位)。
如在图3A中展示，具有3300nm的泵浦波长的照明经引导到GaAs光学参数振荡器(OPO)。曲线301、302、303及304描绘GaAs OPO的所产生波长输出，其中曲线301描绘在350℃下的GaAs OPO的所产生波长输出，曲线302描绘在250℃下的GaAs OPO的所产生波长输出，曲线303描绘在150℃下的GaAs OPO的所产生波长输出，且曲线304描绘在50℃下的GaAsOPO的所产生波长输出。就此来说，应注意，轮询周期与温度成反比。此外，归因于所产生波长根据温度而变化的事实，可通过改变温度来调谐照明源200。
应进一步注意，对于大部分轮询周期，在特定温度下的单个轮询周期可产生两个或两个以上输出波长。例如，参考曲线303，对于166μm的轮询周期，GaAs OPO产生两个波长：5.0μm及约9.8μm。相反地，再次参考曲线303，在约167μm的轮询周期下，GaAs OPO产生介于约5.5μm到约8.5μm之间的输出波长的宽光谱。因此，在150℃下引导GaAs OPO处的具有3300nm的泵浦波长的照明将产生具有从约5.5μm到约8.5μm的波长范围的宽带照明。就此来说，具有最长平坦垂直部分的曲线(例如曲线301、302、303、304)能够产生输出宽带照明的最宽光谱。例如，归因于曲线303具有曲线301、302、303、304中的最长平坦垂直部分的事实，当使用3300nm的泵浦波长泵激时，GaAs OPO在150℃下产生输出宽带照明的最宽光谱。
图3B说明根据本发明的一或多个实施例的使用铌酸锂(LN)光学参数振荡器(OPO)的所产生波长输出的图表310。图表310显示在使用960nm的泵浦波长泵激时LN OPO的所产生输出波长(以μm为单位)对LN OPO的轮询周期(以μm为单位)。
如在图3B中展示，具有960nm的泵浦波长的照明经引导到LN光学参数振荡器(OPO)。曲线305、306、307及308描绘GaAs OPO的所产生波长输出，其中曲线305描绘在350℃下的LN OPO的所产生波长输出，曲线306描绘在250℃下的LN OPO的所产生波长输出，曲线307描绘在150℃下的LN OPO的所产生波长输出，且曲线308描绘在50℃下的LN OPO的所产生波长输出。就此来说，应注意，轮询周期与温度成反比。此外，应注意，可使用温度调谐宽带照明的产生。
类似于图表300，图表310中的具有最长平坦垂直部分的曲线(例如曲线305、306、307、308)能够产生输出宽带照明的最宽光谱。参考图表310，曲线306具有最长平坦垂直部分。因此，当使用960nm的泵浦波长泵激时，LN OPO在250℃下产生输出宽带照明的最宽光谱。
图3C说明根据本发明的一或多个实施例的处于各种泵浦波长的所产生波长输出的图表320。图表320显示在使用各种泵浦波长(以μm为单位)泵激时在250℃下PPLN OPO的所产生输出波长(以μm为单位)。
如先前参考图3A及3B中的图表300、310陈述，图表320中的具有平坦垂直部分的曲线指示所产生宽带输出照明。就此来说，图表320的具有最长平坦垂直部分的曲线能够产生输出宽带照明的最宽光谱。参考图表320，应注意，使用具有960nm的泵浦波长的泵照明产生曲线的最长平坦垂直部分且因此产生输出宽带照明的最宽光谱。
图4说明根据本发明的一或多个实施例的检验及/或计量系统400的简化示意图。应注意，系统400可合并贯穿本发明描述的照明源200的各种实施例中的一或多者。在一个实施例中，系统400包含照明源200、照明臂403、集光臂405、检测器414及包含一或多个处理器420及存储器422的控制器418。
在一个实施例中，系统400经配置以检验及/或测量样本408。样本408可包含所属领域中已知的任何样本，包含(但不限于)晶片、光罩、光掩模及类似物。在另一实施例中，样本408经安置于载物台组合件412上以促进样本408的移动。载物台412可包含所属领域中已知的任何载物台组合件412，包含(但不限于)X-Y载物台或R-θ载物台。在另一实施例中，载物台组合件412能够在检验期间调整样本408的高度以维持样本408上的聚焦。
在一个实施例中，照明源200可包含系统200，如本文中描述。本文中应注意，照明源200可包含所属领域中已知的任何照明源，包含(但不限于)由连续波(CW)激光泵激的宽带IR辐射源。通过另一实例，照明源200可包含由脉冲激光泵激的宽带IR辐射源。
在另一实施例中，系统400可包含经配置以将照明401引导到样本408的照明臂403。应注意，系统400的照明源200可经配置为所属领域中已知的任何定向，包含(但不限于)暗场定向、光场定向及类似物。
照明臂403可包含所属领域中已知的任何数目及类型的光学组件。在一个实施例中，照明臂403包含一或多个光学元件402、分束器404及物镜406。就此来说，照明臂403可经配置以将来自照明源200的照明401聚焦到样本408的表面上。一或多个光学元件402可包含所属领域中已知的任何光学元件，包含(但不限于)一或多个镜、一或多个透镜、透镜、一或多个偏光器、一或多个分束器及类似物。
在另一实施例中，系统400包含经配置以收集从样本408反射或散射的光的集光臂405。在另一实施例中，集光臂405可将反射及散射光引导及/或聚焦到检测器组合件414的传感器416。应注意，传感器416及检测器组合件414可包含所属领域中已知的任何传感器及检测器组合件。例如，传感器416可包含线传感器或电子撞击线传感器。
在另一实施例中，检测器组合件414经通信地耦合到包含一或多个处理器420及存储器422的控制器418。在另一实施例中，一或多个处理器420可经通信地耦合到存储器422，其中一或多个处理器420经配置以执行存储于存储器422上的一组程序指令。在一个实施例中，一或多个处理器420可经配置以分析检测器组合件414的输出。在一个实施例中，所述组程序指令经配置以导致一或多个处理器420分析样本408的一或多个特性。在另一实施例中，所述组程序指令经配置以导致一或多个处理器420修改系统400的一或多个特性，以便维持样本408及/或传感器416上的聚焦。例如，一或多个处理器420可经配置以调整物镜406或一或多个光学元件402，以便将来自照明源200的照明401聚焦到样本408的表面上。通过另一实例，一或多个处理器420可经配置以调整物镜406及/或一或多个光学元件410，以便收集从样本408的表面散射及/或反射的照明且将所收集照明聚焦于传感器416上。
在另一实施例中，系统400可包含用户接口(未展示)。在另一实施例中，用户接口可包含显示器。
在一个实施例中，系统400可经配置以提供用于高结构内的检验或测量的深度分辨率。例如，系统400可包含集光臂405或检测器组合件414中的共焦孔径。在此实施例中，共焦孔径可经通信地耦合到一或多个处理器420，使得一或多个处理器420可调整共焦孔径的一或多个特性。庄(Chuang)等人在2016年5月12日申请的标题为“用于检验及计量的具有电可受控孔径的传感器(Sensor With Electrically Controllable Aperture ForInspection And Metrology)”的美国专利申请案15/153,543(组合P4728及P4751)及王(Wang)等人在2015年4月21日申请的标题为“共焦线检验光学系统(CONFOCAL LINEINSPECTION OPTICAL SYSTEM)”的14/691,966P4440(公开申请案第2015/0369750号)描述共焦检验及计量系统的更多细节。这些申请案以引用的方式并入本文中。
在以下各者中描述检验或计量系统400的各种实施例的额外细节：2012年7月9日申请的标题为“晶片检验系统(Wafer inspection system)”的美国专利申请案13/554,954、2009年7月16日公布的标题为“使用小反射折射物镜的分场检验系统(Split fieldinspection system using small catadioptric objectives)”的美国公开专利申请案2009/0180176、2007年1月4日公布的标题为“反射折射光学系统中用于激光暗场照明的光束传递系统(Beam delivery system for laser dark-field illumination in acatadioptric optical system)”的美国公开专利申请案2007/0002465、1999年12月7日发布的标题为“具有广泛变焦能力的超宽带UV显微镜成像系统(Ultra-broadband UVmicroscope imaging system with wide range zoom capability)”的美国专利案5,999,310及2009年4月28日发布的标题为“使用具有二维成像的激光线照明的表面检验系统(Surface inspection system using laser line illumination with two dimensionalimaging)”的美国专利案7,525,649、庄(Zhuang)等人在2015年2月3日申请的美国临时专利申请案62/111,421(代理人档案编号P4381)、王(Wang)等人在2013年5月9日公布的标题为“动态可调整半导体计量系统(Dynamically Adjustable Semiconductor MetrologySystem)”的美国公开专利申请案2013/0114085、皮旺卡-科尔(Piwonka-Corle)等人在1997年3月4日发布的标题为“聚焦光束光谱椭偏仪方法及系统(Focused Beam SpectroscopicEllipsometry Method and System)”的美国专利5,608,526及罗森威格(Rosencwaig)等人在2001年10月2日发布的标题为“用于分析半导体上的多层薄膜堆叠的设备(Apparatusfor Analysing Multi-Layer Thin Film Stacks on Semiconductors)”的美国专利6,297,880。所有这些专利及专利申请案以引用的方式并入本文中。
图5说明根据本发明的一或多个实施例的检验及/或计量系统500的简化示意图。在一个实施例中，系统500可包含多个测量及/或检验子系统，其经配置以实施本文中描述的系统200或方法中的一或多者。
在一个实施例中，系统500可包含光束轮廓椭偏仪(BPE)510、光束轮廓反射仪(BPR)512、宽带反射光谱仪(BRS)514、宽带光谱椭偏仪(BSE)518及参考椭偏仪502。在一个实施例中，此六个光学测量装置可利用少到三个光学源，包含(但不限于)激光器520、590及如先前在本文中描述的照明源200。
在另一实施例中，照明源200可包含宽带激光泵浦等离子体灯及宽带IR源，使得所述组合产生覆盖约200nm到约2.5μm或更宽的光谱的多色光束。在一个实施例中，宽带光源包含宽带IR光源且产生覆盖约1μm到约3μm或更长的光谱的多色光束。探测光束524、526由镜530反射，且穿过镜542到样本504。
在另一实施例中，激光器520可产生探测光束524，且照明源102可产生探测光束526(其由透镜528准直且由镜529沿着与探测光束524相同的路径引导)。在优选实施例中，激光器520可为固态激光二极管，其发射可见或近IR波长(例如近670nm的波长)下的线性偏光3mW光束。
在一个实施例中，探测光束524、526经由一或多个透镜532、533聚焦到样本504的表面上。在优选实施例中，透镜532、533经安装于转座(未展示)中且可交替地移动到探测光束524、526的路径中。透镜532、533可包含所属领域中已知的任何透镜。例如，透镜532可为具有高数值孔径(约0.90NA)的显微镜物镜以产生相对于样本表面的入射角的大展开度且产生具有约一微米直径的点大小。通过另一实例，透镜33可为具有较低数值孔径(约0.1NA到0.4NA)且能够将宽带光聚焦到约5μm到20μm的点大小的反射透镜。本文中应注意，本发明中的术语“透镜”的使用可包含曲面镜及包括镜与透镜的组合的光学器件。应进一步注意，由于本发明的一些实施例合并发射从UV到IR的光谱内的波长的光源，所以曲面镜可方便地用于以最小色像差聚焦光。
在1993年1月19日发布的美国专利5,181,080中论述光束轮廓椭偏仪(BPE)，所述案以引用的方式并入本文中。在一个实施例中，BPE 510可包含四分之一波板534、偏光器536、透镜538及四象限传感器540。在另一实施例中，可由透镜532将线性偏光探测光束524聚焦到样本504上。在另一实施例中，从样本504的表面反射的光可向上穿过透镜532、镜542、530、544且由镜546引导到BPE 510中。反射探测光束内的射线的位置对应于相对于样本504的表面的特定入射角。在一个实施例中，四分之一波板534可使光束的偏光状态中的一者的相位推迟90度。在另一实施例中，线性偏光器536可导致光束的两个偏光状态彼此干扰。对于最大信号，偏光器536的轴可定向成相对于四分之一波板534的快轴及慢轴的45度角。在另一实施例中，传感器540可为具有四个径向安置的象限的四元传感器。就此来说，四个径向安置的象限中的每一者可各自拦截探测光束的四分之一且产生与照射所述象限的探测光束的部分的功率成比例的单独输出信号。在一个实施例中，来自每一象限的输出信号经发送到一或多个处理器548。如在美国专利5,181,080中论述，通过监测光束的偏光状态的改变，可确定椭偏信息(例如Ψ及Δ)。
在一个实施例中，系统500可包含光束轮廓反射仪(BPR)512。在1991年3月12日发布的第4,999,014号美国专利中论述光束轮廓反射仪(BPR)，所述案以引用的方式并入本文中。在一个实施例中，BPR 512可包含透镜550、分束器552及两个线性传感器阵列554及556以测量样本504的反射比。在一个实施例中，可由透镜532将线性偏光探测光束524聚焦到样本504上，其中光束内的各种射线以一入射角范围照射样本504的表面。在另一实施例中，从样本504表面反射的光可向上穿过透镜532、镜542及530且由镜544引导到BPR 512中。反射探测光束内的射线的位置对应于相对于样本504的表面的特定入射角。在一个实施例中，透镜550使光束在空间上二维地展开。在另一实施例中，分束器552可分离光束的s分量及p分量。在另一实施例中，传感器阵列554及556可定向成彼此正交以隔离关于s及p偏光的信息。应注意，较高入射角射线将落于更接近阵列的相对端。应进一步注意，来自传感器阵列554、556中的每一元件的输出将对应于不同入射角。
在另一实施例中，传感器阵列554、556可依据相对于样本504表面的入射角测量跨反射探测光束的强度。本文中应注意，传感器阵列554、556可包括一或多个线传感器。在另一实施例中，一或多个处理器548可接收传感器阵列554、556的输出且通过利用各种类型的建模算法而基于这些角相依强度测量导出薄膜层508的厚度及折射率。通常采用使用迭代过程的优化例程，例如最小平方拟合例程。在1993年《应用物理杂志》第73卷第11期第7035页的范东(Fanton)等人的“使用光束轮廓反射率的薄膜的多参数测量(MultiparameterMeasurements of Thin Films Using Beam-Profile Reflectivity)”中描述此类型的优化例程的一个实例。另一实例出现在1997年应用《物理杂志》第81卷第8期第3570页的冷(Leng)等人的“使用分光光度法及光束分布反射仪的绝缘体上硅薄膜堆叠中的六个层的同时测量(Simultaneous Measurement of Six Layers in a Silicon on Insulator FilmStack Using Spectrophotometry and Beam Profile Reflectometry)”中。这些公开案均以引用的方式并入本文中。
在另一实施例中，系统500可包含宽带反射光谱仪(BRS)514。在一个实施例中，BRS514可同时使用多个光波长探测样本504。在另一实施例中，BRS 514可使用透镜532、533以将光引导到样本504的表面。在另一实施例中，BRS 514可包含宽带光谱仪558。应注意，宽带光谱仪558可包含所属领域中已知的任何宽带光谱仪。在一个实施例中，宽带光谱仪558可包含透镜560、孔径562、色散元件564及传感器阵列566。在一个实施例中，可由透镜532将来自照明源200的探测光束526聚焦到样本504上。从样本504的表面反射的光可向上穿过透镜532且由镜542(穿过镜584)引导到宽带光谱仪558。在一个实施例中，透镜560可聚焦探测光束穿过孔径562(其界定样本504表面上的视场中的点以进行分析)。
在一个实施例中，色散元件564(例如衍射光栅、棱镜、全像板及类似物)依据波长将光束成角度地分散到传感器阵列566中含有的个别传感器元件。不同传感器元件可测量探测光束中含有的不同光波长的光学强度。在优选实施例中，传感器阵列566包括线传感器。在另一实施例中，色散元件564还可经配置以在一个方向上依据波长且在正交方向上依据相对于样本504表面的入射角而分散光，使得依据波长及入射角两者的同时测量是可行的。在此实施例中，传感器阵列566可包括线传感器，其经配置以同时收集2个或3个光谱，每一光谱对应于不同入射角范围。在另一实施例中，一或多个处理器548可处理由传感器阵列566测量的强度信息。应注意，当特定测量仅需波长子集时(例如如果仅需可见波长)，可使用折射透镜进行测量。应进一步注意，当特定测量需要IR及/或UV时，可使用反射透镜533而非聚焦透镜532。在一个实施例中，含有透镜532、533的转座(未展示)可经旋转，使得反射透镜533在探测光束526中对准。本文中应注意，反射透镜533可为必要的，因为折射透镜无法在不具有实质色像差的情况下将广泛范围的波长聚焦到样本上。
在一个实施例中，系统500可包含宽带光谱椭偏仪(BSE)518。在艾斯(Aspnes)等人于1999年3月2日发布的美国专利5,877,859中论述宽带光谱椭偏仪(BSE)，所述案以引用的方式并入本文中。在一个实施例中，BSE 518可包含偏光器570、聚焦镜572、准直镜574、旋转补偿器576及检偏镜580。在一个实施例中，镜582可将探测光束526的至少部分引导到偏光器570，此产生探测光束526的已知偏光状态。在优选实施例中，探测光束526的偏光状态是线性偏光。在另一实施例中，镜72将光束以倾斜角聚焦到样本504表面上，理想地与样本504表面的法线成约70度。基于众所周知的椭偏原理，基于样本504的膜508及衬底506的组合物及厚度，反射光束在与样本504相互作用之后将大体上具有混合线性及圆形偏光状态。在另一实施例中，由镜574准直反射光束，镜574将光束引导到旋转补偿器576。
在另一实施例中，补偿器576在一对相互正交偏光光束分量之间引入相对相位延迟δ(相位推迟)。在另一实施例中，优选由电动机578使补偿器576以角速度ω围绕基本上平行于光束的传播方向的轴旋转。在另一实施例中，检偏镜580混合入射于其上的偏光状态。在优选实施例中，检偏镜580是另一线性偏光器。通过测量由检偏镜580透射的光，可确定反射探测光束526的偏光状态。在另一实施例中，镜584将光束引导到光谱仪558，光谱仪558同时在传感器566上测量穿过补偿器/检偏镜组合的反射探测光束中的不同光波长的强度。在优选实施例中，为了传感器566包括线传感器。在另一实施例中，为解答样本特性(例如椭偏值Ψ及Δ(如在美国专利5,877,859中描述))，一或多个处理器548接收传感器566的输出且依据波长及补偿器576围绕其旋转轴的方位(旋转)角处理由传感器566测量的强度信息。
在一个实施例中，检测器586可经定位于镜546上方且可用于观察从样本504反射的光束以用于对准及聚焦目的。本文中应注意，检测器586可包含所属领域中已知的任何检测器组合件。
在一个实施例中，为校准BPE 510、BPR 512、BRS 514及BSE 518，系统500可包含可与参考样本504结合使用的波长稳定校准参考椭偏仪502。在一个实施例中，椭偏仪502可包含光源590、偏光器592、透镜594、596、旋转补偿器598、检偏镜503及检测器505。
在一个实施例中，光源590产生具有已知稳定波长及稳定强度的准单色探测光束507。光束507的波长(其是已知常数或测量值)经提供到一或多个处理器548，使得椭偏仪502可精确校准系统500中的光学测量装置。
在另一实施例中，光束507与偏光器592相互作用以产生已知偏光状态。在优选实施例中，偏光器592是由石英罗歇棱镜(Rochon prism)制成的线性偏光器。然而，应注意，一般来说，偏光不一定为线性或甚至不是完整的。偏光器592也可由方解石或MgF2制成。在一个实施例中，偏光器592的方位角经定向，使得与从偏光器592离开的线性偏光光束相关联的电向量的平面相对于(由光束507的传播方向及样本504的表面的法线界定的)入射平面成已知角度。方位角优选地经选择为约30度，因为当P及S偏光分量的反射强度近似平衡时，敏感度是最佳的。本文中应注意，如果光源590发射具有所要已知偏光状态的光，那么可省略偏光器592。
在一个实施例中，由透镜594将光束507以倾斜角聚焦到样本504上。在优选实施例中，光束507以与样本504表面的法线成约70度的角度入射于样本504上。本文中应注意，在材料的布鲁斯特或伪布鲁斯特角附近最大化对样本504性质的敏感度。基于众所周知的椭偏原理，相较于传入光束507的线性偏光状态，反射光束在与样本504相互作用之后通常将具有混合线性及圆形偏光状态。
在另一实施例中，透镜596在光束507从样本504反射之后准直光束507。在另一实施例中，光束507接着穿过旋转补偿器(推迟器)598，补偿器598在一对相互正交偏光光束分量之间引入相对相位延迟δr(相位推迟)。相位推迟量是依据波长、用于形成补偿器的材料的色散特性及补偿器的厚度而变化。在一个实施例中，优选地由电动机501使补偿器598以角速度ωr围绕基本上平行于光束507的传播方向的轴旋转。应注意，补偿器598可包含所属领域中已知的任何常规波板补偿器。例如，补偿器可包含由晶体石英制成的波板补偿器。补偿器598的厚度及材料可经选择，使得引发光束的所要相位推迟。通常，约90°的相位推迟是方便的。
在另一实施例中，光束507与检偏镜503相互作用，检偏镜503用于混合入射于其上的偏光状态。在此实施例中，检偏镜503是优选地定向成相对于入射平面的45度方位角的另一线性偏光器。然而，应注意，用于大致混合传入偏光状态的任何光学装置可被用作检偏镜503。在优选实施例中，检偏镜503是石英罗歇或渥拉斯顿棱镜(Wollaston prism)。
本文中应注意，补偿器598可定位于样本504与检偏镜503之间(如在图5中展示)。替代地，补偿器598可定位于样本504与偏光器592之间。应进一步注意，可针对由光源590产生的特定光波长优化所有偏光器570、透镜594、596、补偿器598及偏光器503的构造，此最大化椭偏仪502的精确性。
在另一实施例中，光束507可进入检测器505，检测器505测量穿过补偿器/检偏镜组合的光束的强度。在另一实施例中，一或多个处理器548处理由检测器505测量的强度信息以确定光在与检偏镜503相互作用之后的偏光状态及因此样本504的椭偏参数。此信息处理可包含依据补偿器围绕其旋转轴的方位(旋转)角测量光束强度。由于补偿器角速度通常是已知且恒定的，所以依据补偿器旋转角的此强度测量实际上是依据时间测量光束507的强度。
罗森威格(Rosencwaig)等人在2001年10月2日发布且以引用的方式并入本文中的美国专利6,297,880进一步详细描述计量系统500。欧普赛(Opsal)等人在2002年8月6日发布且以引用的方式并入本文中的美国专利6,429,943描述计量系统500可如何用于散射测量。皮旺卡-科尔(Piwonka-Corle)等人在1997年3月4日发布且以引用的方式并入本文中的美国专利5,608,526描述合并光谱椭偏仪及光谱仪的计量系统500的替代实施例。光谱椭偏仪及光谱仪中的任一者或两者可并入本文中描述的宽带IR光源且可用于本文中描述的测量样本的方法中。
可如本文中描述那样进一步配置在图2A到2E、图4及图5中说明的系统200、400、500的实施例。另外，系统200、400、500可经配置以执行本文中描述的(若干)方法实施例中的任一者的任何(若干)其它步骤。
图6说明根据本发明的一或多个实施例的用于产生宽带红外辐射的方法600的流程图。本文中应注意，可由系统200、400、500完全或部分实施方法600的步骤。然而，应进一步认识到，方法600不限于系统200、400、500，额外或替代系统级实施例可实行方法600的全部或部分步骤。
在步骤620中，产生具有所选择的波长的泵浦光。在一个实施例中，泵浦源102经配置以产生具有各种波长的泵浦光101，包含(但不限于)近800nm波长的泵浦光101(例如Ti-蓝宝石激光)、近1μm波长的泵浦光101(例如Nd:YAG、ND-钒酸盐、YLF或Yb掺杂光纤激光)、近1.5μm波长的泵浦光101(例如Er掺杂光纤激光)、近2μm波长的泵浦光101(例如Tm掺杂光纤激光)及类似物。
在步骤604中，将泵浦光引导到非线性光学(NLO)组合件，所述非线性光学(NLO)组合件经配置以响应于泵浦光而产生宽带IR辐射。例如，NLO组合件104可包括一或多个光学元件106、NLO元件108及一或多个滤波器110。通过另一实例，NLO组合件104可包括NLO元件106、一或多个光学元件112、分束器器120及一组镜。就此来说，NLO组合件104可包括OPO。应注意，给出实例不应被视为限制本发明的实施例。
在步骤606中，将IR辐射引导到物镜。在步骤608中，将IR辐射聚焦到样本上。样本408可包含所属领域中已知的任何样本，包含(但不限于)晶片、光罩、光掩模及类似物。通过另一实例，样本408可包含堆叠半导体结构100。在另一实施例中，样本408可经安置于载物台组合件412上以促进样本408的移动。载物台412可包含所属领域中已知的任何载物台组合件412，包含(但不限于)X-Y载物台或R-θ载物台。在另一实施例中，载物台组合件412可能够在检验期间调整样本408的高度以维持样本408上的聚焦。
在步骤610中，将从样本反射或散射的IR辐射的一部分引导到检测器组合件。例如，集光臂405可包含经配置以将反射及/或散射IR辐射引导到检测器组合件414的传感器416的一或多个光学元件。应注意，传感器416及检测器组合件414可包含所属领域中已知的任何传感器及检测器组合件。例如，传感器416可包含线传感器或电子撞击线传感器。
在步骤612中，从由检测器组合件检测的IR辐射的部分确定样本的特性。
本发明的一或多个处理器420、548可包含所属领域中已知的任何一或多个处理元件。在此意义上，一或多个处理器420、548可包含经配置以执行软件算法及/或指令的任何微处理器型装置。在一个实施例中，一或多个处理器420、548可由经配置以执行经配置以操作系统200、400、500的程序的桌面计算机、主计算机系统、工作站、图像计算机、并行处理器或其它计算机系统(例如，网络计算机)构成，如贯穿本发明描述。应认识到，可由单个计算机系统或(替代地)多个计算机系统执行贯穿本发明描述的步骤。一般来说，术语“处理器”可经广泛定义以涵盖具有一或多个处理元件的任何装置，其执行来自非暂时性存储器媒体422的程序指令。此外，所揭示的各种系统的不同子系统可包含适于实行贯穿本发明描述的步骤的至少一部分的处理器或逻辑元件。因此，上文描述不应被解释为对本发明的限制而仅为说明。
存储器媒体422可包含所属领域中已知的适于存储可由相关联一或多个处理器420执行的程序指令的任何存储媒体。例如，存储器媒体422可包含非暂时性存储器媒体。例如，存储器媒体422可包含(但不限于)只读存储器、随机存取存储器、磁性或光学存储器装置(例如光盘)、磁带、固态驱动器及类似物。在另一实施例中，存储器422经配置以存储本文中描述的各种步骤的一或多个结果及/或输出。应进一步注意，存储器422可与一或多个处理器420容置于共同控制器外壳中。在替代实施例中，存储器422可相对于处理器420的物理位置而远程地定位。例如，一或多个处理器420可存取可通过网络(例如因特网、内部网络及类似物)存取的远程存储器(例如服务器)。在另一实施例中，存储器媒体422维持用于导致一或多个处理器420实行通过本发明描述的各种步骤的程序指令。
在另一实施例中，系统200、400、500可包含用户接口(未展示)。在一个实施例中，用户接口经通信地耦合到一或多个处理器420、548。在另一实施例中，可利用用户接口装置以接受来自用户的选择及/或指令。在本文中进一步描述的一些实施例中，显示器可用于向用户显示数据。用户又可响应于经由显示器装置向用户显示的数据而输入选择及/或指令(例如滤箱的选择、定大小及/或位置)。
用户接口装置可包含所属领域中已知的任何用户接口。例如，用户接口可包含(但不限于)键盘、小键盘、触摸屏幕、杠杆、旋钮、滚轮、轨迹球、开关、刻度盘、滑杆、卷棒、滑件、把手、触控垫、踏板、方向盘、操纵杆、面板安装输入设备或类似物。在触摸屏幕接口装置的情况中，所属领域的技术人员应认识到，较大数目个触摸屏幕接口装置可适于在本发明中实施。例如，显示器装置可与触摸屏幕接口集成，例如(但不限于)电容式触摸屏幕、电阻式触摸屏幕、基于表面声波的触摸屏幕、基于红外的触摸屏幕或类似物。在一般意义上，能够与显示器装置的显示器部分集成的任何触摸屏幕接口适于在本发明中实施。
显示器装置可包含所属领域中已知的任何显示器装置。在一个实施例中，显示器装置可包含(但不限于)液晶显示器(LCD)、基于有机发光二极管(OLED)的显示器或CRT显示器。所属领域的技术人员应认识到，各种显示器装置可适于在本发明中实施且显示器装置的特定选择可取决于各种因素，包含(但不限于)外观尺寸、成本及类似物。在一般意义上，能够与用户接口装置(例如，触摸屏幕、面板安装接口、键盘、鼠标、轨迹垫及类似物)集成的任何显示器装置适于在本发明中实施。
在一些实施例中，如本文中描述的系统200、400、500可经配置为“独立工具”或未物理耦合到过程工具的工具。在其它实施例中，此检验或计量系统可由传输媒体耦合到过程工具(未展示)，传输媒体可包含有线及/或无线部分。过程工具可包含所属领域中已知的任何过程工具，例如光刻工具、蚀刻工具、沉积工具、抛光工具、电镀工具、清洁工具或离子植入工具。由本文中描述的系统执行的检验或测量的结果可用于使用反馈控制技术、前馈控制技术及/或原位控制技术更改过程或过程工具的参数。可手动或自动更改过程或过程工具的参数。
本文中描述的标的物有时说明包含于其它组件内或与其它组件连接的不同组件。应理解，此类所描绘的架构仅为示范性的，且事实上可实施实现相同功能性的许多其它架构。在概念意义上，实现相同功能性的组件的任何布置有效地“相关联”，使得实现所要功能性。因此，在不考虑架构或中间组件的情况下，经组合以实现特定功能性的本文中的任何两个组件可被视为彼此“相关联”，使得实现所要功能性。同样地，如此相关联的任何两个组件也可被视为彼此“连接”或“耦合”以实现所要功能性，且能够如此相关联的任何两个组件也可被视为“可耦合”到彼此以实现所要功能性。可耦合的特定实例包含(但不限于)可物理配接及/或物理相互作用的组件及/或可无线相互作用及/或无线相互作用的组件及/或逻辑相互作用及/或可逻辑相互作用的组件。
此外，应理解，由所附权利要求书定义本发明。所属领域的技术人员将理解，一般来说，在本文中使用且尤其在所附权利要求书(例如所附权利要求书的主体)中使用的术语一般希望为“开放性”术语(例如术语“包含”应被解释为“包含(但不限于)”，术语“具有”应被解释为“至少具有”，术语“包含”应被解释为“包含(但不限于)”等)。所属领域的技术人员将进一步理解，如果预期特定数目个引入权利要求叙述，那么此意图明确叙述于权利要求中，且在不存在此叙述的情况下，不存在此意图。举例来说，为帮助理解，下列所附权利要求书可包含介绍性词组“至少一个”及“一或多个”的使用以引入权利要求叙述。然而，此类词组的使用不应视为暗示由不定冠词“一”或“一个”引入权利要求叙述将包含此引入权利要求叙述的任意特定权利要求限于仅包含此叙述的发明，即使相同权利要求包含介绍性词组“一或多个”或“至少一个”及不定冠词(例如“一”或“一个”)(例如，“一”及/或“一个”通常应解释成意味着“至少一个”或“一或多个”)；对于使用用于引入权利要求叙述的定冠词也如此。此外，即使明确叙述引入的权利要求叙述的特定数目，所属领域的技术人员还将认识到，此叙述应通常解释为意味着至少经叙述的数目(例如，不具有其它修饰语的“两个叙述”的裸叙述通常意味着至少两个叙述或两个或两个以上叙述)。此外，在其中使用类似于“A、B及C等中的至少一者”的惯例的所述例子中，一般来说在所属领域的技术人员将理解所述惯例(例如，“具有A、B及C中的至少一者的系统”将包含(但不限于)仅具有A、仅具有B、仅具有C、具有A及B、具有A及C、具有B及C及/或具有A、B及C等的系统)的意义上期望此构造。在其中使用类似于“A、B或C等中的至少一者”的惯例的所述例子中，一般来说在所属领域的技术人员将理解所述惯例(例如，“具有A、B或C中的至少一者的系统”将包含(但不限于)仅具有A、仅具有B、仅具有C、具有A及B、具有A及C、具有B及C及/或具有A、B及C等的系统)的意义上期望此构造。所属领域的技术人员将进一步理解，事实上呈现两个或两个以上替代术语的转折性字词及/或词组(不管在描述、权利要求书或图式中)应理解为预期包含术语中的一者、术语中的任一者或两个术语的可能性。举例来说，词组“A或B”通常将理解为包含“A”或“B”或“A及B”的可能性。
据信，将通过前述描述理解本发明及其许多伴随优势，且将明白，在不脱离所揭示的标的物或不牺牲所有其材料优势的情况下可对组件的形式、构造及布置做出各种改变。所描述形式仅为说明性的，且所附权利要求书的意图是涵盖及包含此类改变。此外，应理解，由所附权利要求书定义本发明。
Claims (25)
1.一种系统，其包括：
照明源，其中所述照明源包括宽带光源组合件，其中所述宽带光源组合件包括：
泵浦源，其经配置以产生具有所选择的波长的泵浦光；及
非线性光学NLO组合件，其经配置以响应于由所述泵浦源产生的所述泵浦光而产生宽带红外IR辐射；
检测器组合件；及
一组光学器件，其经配置以将所述IR辐射引导到样本上，其中所述组光学器件经进一步配置以将来自所述样本的所述IR辐射的一部分引导到所述检测器组合件。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述泵浦源包括激光器，且其中所述NLO组合件包括NLO晶体及一或多个光学元件。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述泵浦源包括激光器，且其中所述NLO组合件包括光学参数振荡器OPO组合件。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述泵浦源包括激光器、NLO晶体及一或多个光学元件，且其中所述NLO组合件包括光学参数振荡器OPO组合件。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述泵浦源包括激光器及第一光学参数振荡器OPO组合件，且其中所述NLO组合件包括第二OPO组合件。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述NLO组合件经配置以产生以所述泵浦源的基本波长的约两倍的波长为中心的宽带IR辐射。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述NLO组合件经配置以产生包含从约1μm到约3μm的波长范围的宽带IR辐射。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述NLO组合件经配置以产生包含从约2μm到约5μm的波长范围的宽带IR辐射。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述NLO组合件经配置以产生包含至少1.5μm的半峰全宽FWHM带宽的宽带IR辐射。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述NLO组合件经配置以产生包含至少3μm的FWHM带宽的宽带IR辐射。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述NLO组合件包括周期性极化铌酸锂PPLN、理想配比钽酸锂SLT、镁掺杂SLT及定向图案化砷化镓中的一者。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述组光学器件经进一步配置以将偏光IR辐射引导到所述样本。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述泵浦源经配置以产生具有3.3μm的波长的泵浦光，且其中所述NLO组合件包括GaAs光学参数振荡器OPO组合件。
14.根据权利要求1所述的系统，其中所述泵浦源经配置以产生具有960nm的波长的泵浦光，且其中所述NLO组合件包括PPLN光学参数振荡器OPO组合件。
15.根据权利要求1所述的系统，其中所述组光学器件经进一步配置以收集及分析从所述样本反射或散射的IR辐射的偏光状态。
16.一种用于测量或检验样本的方法，所述方法包括：
产生具有所选择的波长的泵浦光；
将所述泵浦光引导到非线性光学NLO组合件，所述非线性光学NLO组合件经配置以响应于所述泵浦光而产生宽带IR辐射；
将所述IR辐射引导到物镜；
将所述IR辐射聚焦到样本上；
将从所述样本反射或散射的所述IR辐射的一部分引导到检测器组合件；及
从由所述检测器组合件检测的IR辐射的所述部分确定所述样本的特性。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述产生宽带IR辐射产生具有从约1μm到约3μm的光谱范围的辐射。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述产生宽带IR辐射产生具有从约2μm到约5μm的光谱范围的辐射。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述产生宽带IR辐射产生具有至少1.5μm的半峰全宽FWHM带宽的辐射。
20.根据权利要求16所述的方法，其中所述NLO组合件经配置以产生包含至少3μm的FWHM带宽的宽带IR辐射。
21.根据权利要求16所述的方法，其中所述NLO组合件包含NLO晶体，其中所述NLO晶体包括周期性极化铌酸锂PPLN、理想配比钽酸锂SLT、镁掺杂SLT及定向图案化砷化镓中的一者。
22.根据权利要求16所述的方法，其中所述聚焦将偏光IR辐射聚焦到所述样本。
23.根据权利要求16所述的方法，其中从由所述检测器组合件检测的IR辐射的所述部分计算所述样本的特性包括分析所述IR辐射的偏光状态。
24.根据权利要求16所述的方法，其中所述产生具有所选择的波长的泵浦光包括：
产生具有3.3μm的波长的泵浦光，且其中所述NLO组合件包括GaAs光学参数振荡器OPO组合件。
25.根据权利要求16所述的方法，其中所述产生具有所选择的波长的泵浦光包括：
产生具有960nm的波长的泵浦光，且其中所述NLO组合件包括PPLN光学参数振荡器OPO组合件。
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