CN112762843B - 集成的反射仪或椭偏仪 - Google Patents

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Abstract

一种与处理工具集成的反射仪或椭偏仪，包括：源模块，所述源模块经配置以产生输入束；和第一镜，所述第一镜布置为接收输入束。第一镜经配置以使输入束准直和将输入束导向孔板。孔板具有至少两个孔。至少两个孔中的一个布置为从输入束的一部分限定测量束，并且至少两个孔中的一个布置为从输入束的一部分限定参考束。光学元件布置在参考束的光路内并且在测量束的光路外。光学元件经配置以将参考束导向第三镜。第二镜布置为接收测量束和将测量束通过窗口聚焦并且聚焦至样本的表面上。窗口形成处理工具的腔室的部分，并且样本设置在腔室内。测量束的至少一部分作为反射束从样本的表面反射。第二镜布置为接收反射束和将反射束导向光学元件。光学元件经配置以将反射束导向第三镜。第三镜布置为接收参考束和反射束并且将参考束和反射束聚焦至收集平面上。

Description

集成的反射仪或椭偏仪
相关申请的交叉引用
本申请案要求于2019年11月1日提交的美国非临时申请案第16/672,233号的权益，出于所有目的，该申请的全部内容通过引用的方式全部并入本文。
技术领域
本文描述的实施方式总体上涉及反射仪或椭偏仪(ellipsometer)，并且更特定地涉及与处理工具集成的紧凑型反射仪或椭偏仪。
背景技术
半导体制造工艺控制需要对膜厚度和图案临界尺寸(critical dimension；CD)的精确测量。已将光谱反射仪或椭偏仪用于膜厚度和图案CD测量，以提供针对工艺诊断和控制的反馈。将膜厚度和图案CD测量系统与处理工具集成在一起是合乎需要的，因为这减少了获得结果的时间并且使得能够执行使用独立工具无法执行的测量。例如，可在真空腔室中通过窗口测量空气中不稳定的膜。
半导体工业内已经存在将膜厚度和图案CD测量工具(计量工具)与处理工具集成在一起的趋势，以提供较快的反馈和额外的能力。然而，已经证明，将某些计量工具(诸如光学计量工具)与处理工具集成在一起是具有挑战的。空间和占地面积的限制导致光学性能折损。光源和光谱仪通常太大且重以至于不能在集成的计量系统中使用，而较小且较轻的部件通常稳定性较差且对环境变量更加敏感。没有隔振平台(vibration isolationplatform)和精密运动系统使得难以实现高分辨率测量。温度波动也会引起测量漂移。真空腔室中的测量窗口必须足够厚以覆盖大的面积，并且这趋向于降低光点(spot)品质和限制工作距离。
因此，需要一种反射仪或椭偏仪来解决将计量工具与处理工具集成在一起的上述挑战，尤其是针对图案化样本的膜厚度和CD测量。
发明内容
本文描述的实施方式提供紧凑型反射仪和椭偏仪，所述紧凑型反射仪和椭偏仪可与处理工具集成并且可提供精确的测量。紧凑型反射仪或椭偏仪可耦接至处理工具并且经配置以测量设置在处理工具的腔室(例如，真空腔室)内的样本的性质(例如，膜厚度或图案CD)。
根据一实施方式，例如，与处理工具集成的反射仪或椭偏仪包括：源模块，所述源模块经配置以产生宽带输入束；和照明光纤，所述照明光纤布置为接收宽带输入束并且经配置以为宽带输入束提供光路。第一镜布置为接收来自照明光纤的宽带输入束。第一镜经配置以使宽带输入束准直和将宽带输入束导向孔板。孔板具有至少两个孔，至少两个孔中的一个布置为从宽带输入束限定测量束，并且至少两个孔中的一个布置为从宽带输入束限定参考束。棱镜布置在参考束的光路内并且在测量束的光路外。棱镜经配置以将参考束导向第三镜。第二镜布置为接收测量束并且将测量束通过窗口聚焦并且聚焦至样本的表面上。窗口形成处理工具的腔室的部分，并且样本设置在腔室内。透镜布置在第二镜与窗口之间。透镜经配置以补偿在测量束上由窗口引入的像差。第二镜以某个角度将测量束聚焦至样本的表面上，使得测量束的至少一部分作为反射束从样本的表面反射。与测量束相比，反射束通过窗口和透镜的不同部分。第二镜布置为接收反射束，并且第二镜经配置以使反射束准直和将反射束导向棱镜。棱镜布置在反射束的光路内且经配置以将反射束导向第三镜。第三镜布置为接收参考束和反射束并且将参考束和反射束聚焦至收集光纤上。收集光纤布置为接收参考束和反射束并且为参考束和反射束提供光路。检测模块布置为接收来自收集光纤的参考束和反射束。检测模块经配置以提供参考束和反射束的光谱分析。
在一实施方式中，第一镜、第二镜和第三镜各为90°离轴抛物面镜。
在另一实施方式中，布置为限定参考束的至少两个孔中的一个孔小于布置为限定测量束的至少两个孔中的一个孔。
在另一实施方式中，与处理工具集成的反射仪或椭偏仪还包括衰减滤光器(attenuation filter)，所述衰减滤光器布置在参考束的光路内以减小参考束的强度。
在另一实施方式中，与处理工具集成的反射仪或椭偏仪还包括旋转轮(spinningwheel)，所述旋转轮布置在孔板的下游。旋转轮可具有交替的缝(slot)，用于允许参考束和测量束顺序通过旋转轮。
在另一实施方式中，孔板具有两个孔。
在另一实施方式中，孔板的至少两个孔各具有椭圆形形状。
在另一实施方式中，将参考束和反射束聚焦至收集光纤上的相同光点上。
在另一实施方式中，照明光纤的输出端、样本的表面和收集光纤的输入端各自提供共轭平面。
在另一实施方式中，透镜是消除由窗口引入的像差的正透镜。
在另一实施方式中，与处理工具集成的反射仪或椭偏仪还包括第一偏振元件，所述第一偏振元件布置在孔板与棱镜之间。第一偏振元件经配置以基于偏振对测量束和参考束进行过滤。第二偏振元件布置在棱镜与第三镜之间。第二偏振元件经配置以基于偏振对参考束和反射束进行过滤。可通过旋转台控制一个或两个偏振器，可在许多不同偏振角(3个或更多个)处实施测量以得到两个正交偏振的反射率和两个正交偏振之间的相位差。来自这样的测量的额外信息(与反射率的单个测量参数相比)可改善测量灵敏度并且最小化因传入晶片图案变化而引起的测量误差。第一折叠镜布置在棱镜与第二镜之间。第一折叠镜和第二镜具有垂直的入射平面。第一折叠镜经配置以接收来自偏振元件的测量束和将测量束提供至第二镜。第一折叠镜还经配置以接收来自第二镜的反射束和将反射束提供至棱镜。第二折叠镜布置在棱镜与第三镜之间。第二折叠镜和第三镜具有垂直的入射平面。第二折叠镜经配置以接收来自棱镜的参考束和反射束并且将参考束和反射束提供至第三镜。
在另一实施方式中，检测模块是经配置以执行图案CD测量的光谱反射仪或椭偏仪。
在另一实施方式中，检测模块是经配置以执行对图案化样本的膜厚度测量的光谱反射仪或椭偏仪。
在又一实施方式中，检测模块经配置以在没有明确地测量膜厚度或图案CD的情况下执行工艺偏移检测。
根据另一实施方式，与处理工具集成的反射仪或椭偏仪包括：源模块，所述源模块经配置以产生输入束；和第一镜，所述第一镜布置为接收输入束。第一镜经配置以使输入束准直和将输入束导向孔板。孔板具有至少两个孔。至少两个孔中的一个孔布置为从输入束的一部分限定测量束，并且至少两个孔中的一个孔布置为从输入束的一部分限定参考束。光学元件布置在参考束的光路内并且在测量束的光路外。光学元件经配置以将参考束导向第三镜。第二镜布置为接收测量束和将测量束通过窗口聚焦并且聚焦至样本的表面上。窗口形成处理工具的腔室的部分，并且样本设置在腔室内。透镜布置在第二镜与窗口之间。透镜经配置以补偿由窗口引入测量束中的像差。测量束的至少一部分作为反射束从样本的表面反射。透镜和第二镜布置为接收反射束，并且第二镜经配置以使反射束准直和将反射束导向光学元件。光学元件经配置以将反射束导向第三镜。第三镜布置为接收参考束和反射束并且将参考束和反射束聚焦至收集平面上。检测模块布置为接收参考束和反射束。检测模块经配置以提供参考束和反射束的光谱分析。
在一实施方式中，输入束是宽带输入束。
在另一实施方式中，孔板具有四个孔，并且四个孔中的两个布置为从输入束的部分限定测量束，并且四个孔中的两个布置为从输入束的部分限定参考束。光学元件经配置以将参考束导向第三镜。第二光学元件经配置以将测量束聚焦至样本的表面上，并且测量束的至少部分作为反射束从样本的表面反射。第二镜经配置以使反射束准直和将反射束导向光学元件。光学元件经配置以将反射束导向第三镜。第三镜布置为接收参考束和反射束。与处理工具集成的反射仪或椭偏仪还包括第二光学元件，所述第二光学元件布置为接收来自第三镜的参考束和反射束。第二光学元件经配置以将参考束中的一个参考束和反射束中的一个反射束引导至第一收集平面，并且将另一参考束和另一反射束引导至第二收集平面，第二收集平面与第一收集平面不同。
在另一实施方式中，反射仪或椭偏仪还包括旋转轮，所述旋转轮布置在孔板的下游。旋转轮具有交替的缝，用于允许参考束和测量束顺序通过旋转轮。
在另一实施方式中，收集平面包括对光纤的输入，用于将参考束和反射束传输至检测模块。
在又一实施方式中，检测模块是同时检测测量束和参考束的双通道光谱仪。测量束和参考束在第三镜之后由棱镜分离并且被引导至两个独立的接收光纤上。两个独立的接收光纤连接至双通道光谱仪的两个输入通道。在这样的配置中，可省去用于在参考束与测量束之间切换的机械挡板。
实施方式还针对操作所描述的系统的方法。所述方法可通过硬件部件、通过适当软件编程的计算机、通过两者的任何组合或者以任何其他方式来执行。此外，实施方式包括用于执行系统的每个功能的方法特征。
进一步的方面、优点和特征由权利要求书、说明书和附图而显而易见。
附图说明
通过参考以下详细描述和附图，可最好地理解本文描述的关于组织和操作方法的各种实施方式及其特征和优点，在附图中：
图1是根据实施方式的与处理工具集成的反射仪的简化截面图；
图2a是图示由处理腔室的窗口引入测量束中的像差的简化图，而图2b是图示根据实施方式的像差补偿的简化图；
图3是根据实施方式的偏振反射仪或椭偏仪的简化立体图；
图4是示出根据实施方式的用于消除偏振加扰效应的入射平面的简化立体图；
图5是根据实施方式的扩展波长范围反射仪或椭偏仪的简化立体图；
图6a至图6d是根据一些实施方式的孔板的简化平面图；
图7a提供示出参考束和测量束的交替阻挡的简化时序图，而图7b是根据实施方式的具有用于允许参考束和测量束顺序通过的交替缝的旋转轮的简化平面图；并且
图8是根据实施方式的流程图，所述流程图提供使用与处理工具集成的反射仪或椭偏仪执行膜厚度或图案CD测量的方法。
应理解，为了图示的简单和清楚起见，附图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大。此外，在认为适当的情况下，可在附图之间重复附图标记以指示相应或相似元件。
具体实施方式
在下文详细描述中，阐述了众多具体细节以便提供对本文描述的实施方式的透彻理解。然而，应理解，可在没有这些具体细节的情况下实践各种实施方式。在其他情况下，未详细描述众所周知的方法、程序和部件，以免模糊所描述的特征。
将详细参考各种实施方式，在附图中示出其中的一个或多个实例。每个实例是通过解释的方式提供的，并不意味着限制。此外，作为一个实施方式的部分而图示或描述的特征可在其他实施方式上使用或与其他实施方式结合使用，以产生更进一步的实施方式。描述旨在包括这些修改和变化。
本文所指的“样品”或“样本”包括但不限于半导体晶片、半导体工件、光刻掩模、平板显示基板和其他工件，诸如存储盘和类似物。根据可与本文所描述的其他实施方式结合的一些实施方式，这些系统和方法经配置以用于或应用于反射测量法(reflectometry)或椭圆偏振测量法(ellipsometry)应用。
本文描述的实施方式总体上涉及反射仪和椭偏仪。根据一实施方式，例如，反射仪或椭偏仪可与处理工具集成在一起，并且在一些实施方式中，处理工具可包括用于处理样本的真空腔室。反射仪或椭偏仪可提供通过处理腔室的窗口的测量束，以测量设置在腔室内的样本。反射仪或椭偏仪包括光学元件，所述光学元件布置为且经配置以提供紧凑型系统，所述紧凑型系统提供精确的测量。
图1是根据实施方式的与处理工具集成的反射仪或椭偏仪的简化截面图。这一实例提供小光点(spot)反射仪或椭偏仪设计的光学布局。输入辐射由源模块102提供，所述源模块经配置以产生宽带输入束104。宽带输入束104可包括例如辐射，所述辐射具有在约190nm至约800nm和/或约800nm至约1700nm和/或约190nm至约1700nm范围内的波长。源模块102可包括照明光纤，所述照明光纤布置为接收宽带输入束104并且经配置以为宽带输入束104提供光路。在一实施方式中，照明光纤可包括多模光纤，所述多模光纤具有在约10μm至约600μm之间的核心直径(core diameter)。当使用照明光纤将宽带输入束104中继至测量头时，可将辐射源远程放置。这可使反射仪或椭偏仪的光学头的尺寸和重量最小化。
宽带输入束104由第一镜106准直，所述第一镜将宽带输入束104引导至孔板108。第一镜可为例如离轴抛物面镜、球面镜和非球面镜，或类似物。在此实例中，孔板108具有两个孔，一个孔用于限定与实线箭头关联的测量束110，一个孔用于限定与虚线关联的参考束112。测量束110和参考束112分离约1mm至约3mm的小距离。测量束110与参考束112之间的线与第一镜106和第二镜118的光轴对准。第二镜118可为例如离轴抛物面镜、球面镜、球面镜与平面镜的组合、非球面镜或类似物。
将测量束110和参考束112引导至切换机构113，诸如遮光器挡板(flag shutter)或旋转轮(参看图7a至图7b)。切换机构113一次仅允许一个束(测量束110或者参考束112)通过。这允许及时分离束，以便在反射仪或椭偏仪上进行单独分析。通过将测量光谱归一化到参考光谱，可消除光源和光谱仪响应两者的漂移。
光学元件114布置在参考束112的光路内以朝向第三镜132反射参考束。第三镜132可为例如离轴抛物面镜、球面镜和非球面镜，或类似物。光学元件114可包括棱镜或两个半镜或经配置以反射辐射的其他元件。测量束110不由光学元件114反射，而是由第二镜118接收，并且被通过窗口122聚焦并且聚焦至样本124的表面上。窗口122形成处理工具的腔室的部分，并且样本124设置在腔室内。窗口122是此实例中所示的腔室或处理工具的唯一部分。
对于测量束110的较大光点尺寸(例如，大于约100μm)和较薄窗口(例如，小于几毫米)，在测量束110上由窗口122引入的像差的影响可忽略不计。然而，对于较小光点尺寸和/或较厚窗口，由窗口122引入的像差的影响变得更加明显，并且可能需要校正。可使用透镜120来补偿在测量束110上由窗口122引入的像差。可针对窗口122的特定厚度来优化透镜120的两个表面曲率以消除窗口122的像差。
图2a是图示在没有补偿透镜的情况下由窗口引入测量束中的像差的简化图。此图示出像差是依赖于波长的并且阻止测量束聚焦成样本上的小光点。图2b是图示根据实施方式的使用透镜120补偿像差的简化图。此图示出透镜120允许测量束在200nm至1100nm的波长范围内聚焦成样本上的小光点。窗口122将较长波长的焦点移位至较短焦距并且将较短波长的焦点移位至较长焦距。具有正确表面曲率的凹凸透镜(meniscus lens)具有相反的效果，它将较短波长的焦点移位至较短焦距，而将较长波长的焦点移位至较长焦距。因此，透镜120可用于消除由窗口122引起的像差。可根据已知技术确定透镜的表面曲率以补偿像差。可使用多于一个的透镜来校正由窗口122引起的像差，其中透镜的表面曲率相应地塑形。例如，一个平凸透镜和一个平凹透镜可经配置以提供与单个凹凸透镜相同的效果。
测量束110以约5°的小角度入射在样本124上，使得测量束的反射部分由第二镜118接收。在这个实例中，测量束110的反射部分形成与虚线关联的反射束126。由于测量束110以小角度入射在样本上，与测量束110相比较，反射束126通过窗口122的不同部分，并且由第二镜118的不同部分接收。第二镜118使反射束126准直并且将反射束126导向光学元件114。
在一实施方式中，参考束112和反射束126沿相同光轴传播，因为每个束在相对的方向上朝向光学元件114行进。光学元件114布置在反射束126的光路内并且经配置以将反射束126导向第三镜132。参考束112和反射束126可沿光学元件114与第三镜132之间的平行路径传播。第一镜106、第二镜118和第三镜132中的至少一个可为90°离轴抛物面镜，以与低角度离轴抛物面镜或双球面镜设计相比增加工作距离。
第三镜132布置为接收参考束112和反射束126并且将参考束112和反射束126聚焦至检测模块134处的检测平面上。检测模块134可包括以各种波长范围操作的光谱仪、以相同波长范围操作的双通道光谱仪、组合两个不同波长范围的双通道光谱仪、接受来自多个光学模块的输入的多通道光谱仪，或者收集光纤可布置在检测平面处以接收参考束112和反射束126。在收集平面处参考束112和反射束126两者的光点尺寸可为近似相同的尺寸并且可重叠。由于切换机构113，一次仅参考束112或反射束126中的一个将入射在检测平面上。
收集光纤可用于提供到检测模块134的光路。检测模块134测量光的光谱。参考束112和反射束126的光点尺寸可大体上小于收集光纤核心(core)，以最大化光效率并且改善光学对准和机械漂移的公差。
图3是根据实施方式的偏振反射仪或椭偏仪的简化立体图。偏振反射仪或椭偏仪可提供改善的测量图案化样本的灵敏度。偏振反射仪或椭偏仪可例如通过将偏振器(例如，偏振器309和330)插入束路径中来实现。
在图3所示的实例中，输入辐射由源模块302提供，所述源模块经配置以产生输入束304。输入束304由第一镜306准直，所述第一镜将宽带输入束304引导至孔板308。在这个实例中，孔板308具有两个孔，一个孔用于限定测量束310，一个孔用于限定参考束312。测量束310和参考束312通过偏振器309。偏振器309经配置以基于偏振对测量束310和参考束312进行过滤。光学元件314布置在参考束312的光路内以将参考束312朝向第二折叠镜(foldmirror)328反射。
测量束310不由光学元件314反射，而是由第一折叠镜316接收，并且被引导至第二镜318。第二镜318将测量束310聚焦至样本324的表面上。如上文关于图1所示的实例所描述的，测量束310可通过处理腔室的窗口聚焦，并且可使用透镜来补偿任何像差。
测量束的反射部分形成由第二镜318准直的反射束326。反射束326由第一折叠镜316接收并且被导向光学元件314。光学元件314布置在反射束326的光路内并且经配置以将反射束导向第二折叠镜328。第二折叠镜328将参考束312和反射束326引导通过偏振器330并且引导至第三镜332。第三镜332经配置以将参考束312和反射束326聚焦至检测模块334处的检测平面上。检测模块334可包括布置在检测平面处的反射仪、椭偏仪或收集光纤，以接收参考束312和反射束326。
由于相对于入射平面的两个独立正交偏振之间的相移差，镜以大角度反射(诸如第二镜318以90°角反射)可改变测量束310的偏振状态。偏振状态的变化可通过具有垂直入射平面的后续反射来补偿，使得第一反射的P偏振变为第二反射的S偏振，并且第一反射的S偏振变为第二反射的P偏振。第二反射的P偏振和S偏振的反转消除第一反射的P偏振和S偏振之间的相移差，使得恢复原始的偏振状态。
图4是示出根据实施方式的用于消除偏振加扰效应的入射平面的简化立体图。在此图中，交叉平面折叠镜(cross-plane fold mirror)用于消除偏振状态的变化。将此扩展到图3的实例，第一折叠镜316和第二镜318具有垂直的入射平面以消除测量束310的偏振状态的变化，光学元件314和第二折叠镜328具有垂直的入射平面以消除参考束312和反射束326的偏振状态的变化。偏振器309与偏振器330之间的光路外部的偏振状态对测量没有影响，因此可忽略由第一镜306和第三镜332引起的偏振状态变化。这保护所有三个束(测量束310、参考束312和反射束326)的偏振状态。被保护的偏振使得有可能通过旋转偏振器309、330中的一个或多个来测量例如椭偏仪信号。
图5是根据实施方式的扩展波长范围反射仪或椭偏仪的简化立体图。这一实例组合具有两个不同波长范围的两个反射仪或椭偏仪。仅作为实例，一个反射仪或椭偏仪可测量约190nm与约800nm之间的波长范围，而另一反射仪或椭偏仪可测量约800nm与约1700nm之间的波长范围。
图5所示的实例在以下方面类似于图3所示的实例：图5所示的实例包括用于产生输入束504的源模块502，用于使输入束504准直的第一镜506和孔板508。这个实例不同之处在于，孔板508限定测量束510a、510b和参考束512a、512b。测量束510a、510b和参考束512a、512b通过偏振器509。光学元件514将参考束512a、512b导向第二折叠镜528。
测量束510a、510b由第一折叠镜516接收并且被引导至第二镜518，在第二镜518处将测量束510a、510b聚焦至样本524的表面上。如前所示，测量束510a、510b可通过处理腔室的窗口聚焦，并且可使用透镜来补偿任何像差。
测量束510a、510b的反射部分形成反射束526a、526b，所述反射束由第二镜518准直并且由第一折叠镜516导向光学元件514。光学元件514将反射束526a、526b导向第二折叠镜528。第二折叠镜528将参考束512a、512b和反射束526a、526b通过偏振器530引导至第三镜532。第三镜532经配置以将参考束中的一个(例如，参考束512a)和反射束中的一个(例如，反射束526a)聚焦至在第一检测模块534a处的检测平面上。第三镜532还经配置以将参考束中的一个(例如，参考束512b)和反射束中的一个(例如，反射束526b)聚焦至在第二检测模块534b处的检测平面上。第一检测模块534a包括光谱仪，所述光谱仪经配置以测量第一波长范围(例如，在约190nm与约800nm之间)，并且第二检测模块534b包括反射仪，所述反射仪经配置以测量第二波长范围(例如，在约800nm与约1700nm之间)。第一检测模块534a和第二检测模块534b还可包括两个光纤，所述光纤连接至组合两个波长范围的单个双通道光谱仪。
图6a至图6d是根据一些实施方式的孔板的简化平面图。如这些实例所示，限定参考束和测量束的孔可存在变化。在图6a中，孔板608a包括两个相似圆圈610a、612a，所述圆圈限定具有相似形状和尺寸的两个束。在一些实施方式中，可使用诸如中性密度(neutraldensity；ND)滤光片的衰减滤光器来将参考束的强度减小到与反射束相似的水平。取决于样本的图案和材料，一些样本的反射可为低的。平衡参考束和反射束的强度可利用反射仪或椭偏仪的整个动态范围以最大化信噪比(signal-to-noise ratio；SNR)。
如图6b中所示，孔的尺寸也可用于控制参考束和测量束的相对强度。在这个实例中，用于参考束的孔612b小于用于测量束的孔610b。孔之间的间隔可通过在束之间具有空间分离的机械公差来确定。
在图6c中，孔610c、612c是椭圆形。这可帮助保持束之间的分离，同时允许更多辐射通过以改善总体辐射效率。
图6d示出孔板608d，所述孔板包括四个孔610i、610ii、612i、612ii。类似于图5中所示的实施方式，孔板608d可与多个反射仪或椭偏仪系统一起使用。具有其他形状和尺寸的孔以及不同数量的孔的孔板可与本文描述的各种实施方式一起使用。
图7a包括示出根据实施方式的参考束和测量束的交替阻挡的简化时序图。参考束与测量束之间的快速切换可改善反射仪或椭偏仪SNR，尤其是在动态环境中，诸如在温度可迅速变化的处理工具中。仅作为实例，如图7b中所示，可通过旋转轮来控制参考束与测量束之间的切换。旋转轮具有交替的缝，用于允许参考束和测量束通过。控制器可检测轮上开口的位置和将触发信号发送至反射仪或椭偏仪，以使束切换与数据采集同步。
图8是根据实施方式的流程图，所述流程图提供使用与处理工具集成的反射仪或椭偏仪执行膜厚度或图案CD测量的方法。所述方法包括：产生宽带输入束(802)；使用第一镜使宽带输入束准直(804)；使用孔板从宽带输入束限定测量束(806)；和使用孔板从宽带输入束限定参考束(808)。使用第二镜将测量束通过窗口聚焦并且聚焦至样本的表面上(810)。窗口形成处理工具的腔室的部分，并且样本设置在腔室内。
所述方法还包括：补偿在测量束上由窗口引入的像差(812)；在第二镜处接收来自样本的表面的反射束(814)；使用第二镜使反射束准直(816)；和将参考束和反射束导向第三镜(818)。使用第三镜将参考束和反射束聚焦至收集光纤上(820)。
所述方法还包括：将参考束和反射束传输至检测模块(822)；和使用检测模块提供对参考束和反射束的光谱分析(824)。
应理解，图8所示的特定步骤提供根据实施方式的用于执行反射测量法或椭圆偏振测量法测量的特定方法。根据替代实施方式，也可执行步骤的其他顺序。例如，替代实施方式可以不同次序执行以上概述的步骤。此外，图8所示的单个步骤可包括可以各种顺序执行的多个子步骤。此外，取决于特定应用，可添加或删除附加步骤。
尽管前述内容针对特定实施方式，但可在不脱离本公开内容的基本范围的情况下设计出其他和进一步的实施方式，并且本公开内容的范围由所附权利要求书确定。

Claims (40)

1.一种与处理工具集成的反射仪，包括：
源模块，经配置以产生宽带输入束；
照明光纤，布置为接收所述宽带输入束并且经配置以为所述宽带输入束提供光路；
第一镜，布置为接收来自所述照明光纤的所述宽带输入束，所述第一镜经配置以使所述宽带输入束准直和将所述宽带输入束导向孔板；
所述孔板，具有至少两个孔，所述至少两个孔中的一个布置为从所述宽带输入束限定测量束，并且所述至少两个孔中的一个布置为从所述宽带输入束限定参考束；
棱镜，布置在所述参考束的光路内并且在所述测量束的光路外，所述棱镜经配置以将所述参考束导向第三镜；
第二镜，布置为接收所述测量束和将所述测量束通过窗口聚焦并且聚焦至样本的表面上，所述窗口形成所述处理工具的腔室的部分，并且所述样本设置在所述腔室内；
透镜，布置在所述第二镜与所述窗口之间，所述透镜经配置以补偿在所述测量束上由所述窗口引入的像差，其中所述第二镜以某个角度将所述测量束聚焦至所述样本的所述表面上，使得所述测量束的至少一部分作为反射束从所述样本的所述表面反射，并且与所述测量束相比较，所述反射束通过所述窗口和所述透镜的不同部分，并且其中所述第二镜布置为接收所述反射束，并且所述第二镜经配置以使所述反射束准直和将所述反射束导向所述棱镜，所述棱镜布置在所述反射束的光路内并且经配置以将所述反射束导向所述第三镜；
所述第三镜，布置为接收所述参考束和所述反射束并且将所述参考束和所述反射束聚焦至收集光纤上；
所述收集光纤，布置为接收所述参考束和所述反射束并且为所述参考束和所述反射束提供光路；和
检测模块，布置为接收来自所述收集光纤的所述参考束和所述反射束，所述检测模块经配置以提供对所述参考束和所述反射束的光谱分析。
2.如权利要求1所述的与处理工具集成的反射仪，其中所述第一镜、所述第二镜和所述第三镜各为90°离轴抛物面镜。
3.如权利要求1所述的与处理工具集成的反射仪，其中布置为限定所述参考束的所述至少两个孔中的所述一个小于布置为限定所述测量束的所述至少两个孔中的所述一个。
4.如权利要求1所述的与处理工具集成的反射仪，进一步包括衰减滤光器，所述衰减滤光器布置在所述参考束的所述光路内以减小所述参考束的强度。
5.如权利要求1所述的与处理工具集成的反射仪，进一步包括旋转轮，所述旋转轮布置在所述孔板的下游，所述旋转轮具有交替的缝，用于允许所述参考束和所述测量束通过所述旋转轮。
6.如权利要求1所述的与处理工具集成的反射仪，其中所述孔板具有两个孔。
7.如权利要求1所述的与处理工具集成的反射仪，其中所述孔板的所述至少两个孔各自具有椭圆形形状。
8.如权利要求1所述的与处理工具集成的反射仪，其中将所述参考束和所述反射束聚焦至所述收集光纤上的同一光点上。
9.如权利要求1所述的与处理工具集成的反射仪，其中所述照明光纤的输出端、所述样本的所述表面和所述收集光纤的输入端各自提供共轭平面。
10.如权利要求1所述的与处理工具集成的反射仪，其中所述透镜是消除由所述窗口引入的所述像差的正透镜。
11.如权利要求1所述的与处理工具集成的反射仪，进一步包括：
第一偏振元件，布置在所述孔板与所述棱镜之间，所述第一偏振元件经配置以基于偏振对所述测量束和所述参考束进行过滤；
第二偏振元件，布置在所述棱镜与所述第三镜之间，所述第二偏振元件经配置以基于偏振对所述参考束和所述反射束进行过滤；
第一折叠镜，布置在所述棱镜与所述第二镜之间，所述第一折叠镜和所述第二镜具有垂直的入射平面，所述第一折叠镜经配置以接收来自所述偏振元件的所述测量束和将所述测量束提供至所述第二镜，所述
第一折叠镜还经配置以接收来自所述第二镜的所述反射束和将所述反射束提供至所述棱镜；和
第二折叠镜，布置在所述棱镜与所述第三镜之间，所述第二折叠镜和所述第三镜具有垂直的入射平面，所述第二折叠镜经配置以接收来自所述棱镜的所述参考束和所述反射束并且将所述参考束和所述反射束提供至所述第三镜。
12.如权利要求1所述的与处理工具集成的反射仪，其中所述检测模块是小光点反射仪，所述小光点反射仪经配置以执行图案临界尺寸(CD)测量和膜厚度测量。
13.如权利要求1所述的与处理工具集成的反射仪，其中所述检测模块是小光点椭偏仪，所述小光点椭偏仪经配置以执行图案临界尺寸(CD)测量和膜厚度测量。
14.如权利要求1所述的与处理工具集成的反射仪，其中所述检测模块经配置以在没有明确地测量膜厚度或图案临界尺寸(CD)的情况下执行工艺偏移检测。
15.一种与处理工具集成的椭偏仪，包括：
源模块，经配置以产生宽带输入束；
照明光纤，布置为接收所述宽带输入束并且经配置以为所述宽带输入束提供光路；
第一镜，布置为接收来自所述照明光纤的所述宽带输入束，所述第一镜经配置以使所述宽带输入束准直和将所述宽带输入束导向孔板；
所述孔板，具有至少两个孔，所述至少两个孔中的一个布置为从所述宽带输入束限定测量束，并且所述至少两个孔中的一个布置为从所述宽带输入束限定参考束；
棱镜，布置在所述参考束的光路内并且在所述测量束的光路外，所述棱镜经配置以将所述参考束导向第三镜；
第二镜，布置为接收所述测量束和将所述测量束通过窗口聚焦并且聚焦至样本的表面上，所述窗口形成所述处理工具的腔室的部分，并且所述样本设置在所述腔室内；
透镜，布置在所述第二镜与所述窗口之间，所述透镜经配置以补偿在所述测量束上由所述窗口引入的像差，其中所述第二镜以某个角度将所述测量束聚焦至所述样本的所述表面上，使得所述测量束的至少一部分作为反射束从所述样本的所述表面反射，并且与所述测量束相比较，所述反射束通过所述窗口和所述透镜的不同部分，并且其中所述第二镜布置为接收所述反射束，并且所述第二镜经配置以使所述反射束准直和将所述反射束导向所述棱镜，所述棱镜布置在所述反射束的光路内并且经配置以将所述反射束导向所述第三镜；
所述第三镜，布置为接收所述参考束和所述反射束并且将所述参考束和所述反射束聚焦至收集光纤上；
所述收集光纤，布置为接收所述参考束和所述反射束并且为所述参考束和所述反射束提供光路；和
检测模块，布置为接收来自所述收集光纤的所述参考束和所述反射束，所述检测模块经配置以提供对所述参考束和所述反射束的光谱分析。
16.如权利要求15所述的与处理工具集成的椭偏仪，其中所述第一镜、所述第二镜和所述第三镜各为90°离轴抛物面镜。
17.如权利要求15所述的与处理工具集成的椭偏仪，其中布置为限定所述参考束的所述至少两个孔中的所述一个小于布置为限定所述测量束的所述至少两个孔中的所述一个。
18.如权利要求15所述的与处理工具集成的椭偏仪，进一步包括衰减滤光器，所述衰减滤光器布置在所述参考束的所述光路内以减小所述参考束的强度。
19.如权利要求15所述的与处理工具集成的椭偏仪，进一步包括旋转轮，所述旋转轮布置在所述孔板的下游，所述旋转轮具有交替的缝，用于允许所述参考束和所述测量束通过所述旋转轮。
20.如权利要求15所述的与处理工具集成的椭偏仪，其中所述孔板具有两个孔。
21.如权利要求15所述的与处理工具集成的椭偏仪，其中所述孔板的所述至少两个孔各自具有椭圆形形状。
22.如权利要求15所述的与处理工具集成的椭偏仪，其中将所述参考束和所述反射束聚焦至所述收集光纤上的同一光点上。
23.如权利要求15所述的与处理工具集成的椭偏仪，其中所述照明光纤的输出端、所述样本的所述表面和所述收集光纤的输入端各自提供共轭平面。
24.如权利要求15所述的与处理工具集成的椭偏仪，其中所述透镜是消除由所述窗口引入的所述像差的正透镜。
25.如权利要求15所述的与处理工具集成的椭偏仪，进一步包括：
第一偏振元件，布置在所述孔板与所述棱镜之间，所述第一偏振元件经配置以基于偏振对所述测量束和所述参考束进行过滤；
第二偏振元件，布置在所述棱镜与所述第三镜之间，所述第二偏振元件经配置以基于偏振对所述参考束和所述反射束进行过滤；
第一折叠镜，布置在所述棱镜与所述第二镜之间，所述第一折叠镜和所述第二镜具有垂直的入射平面，所述第一折叠镜经配置以接收来自所述偏振元件的所述测量束和将所述测量束提供至所述第二镜，所述
第一折叠镜还经配置以接收来自所述第二镜的所述反射束和将所述反射束提供至所述棱镜；和
第二折叠镜，布置在所述棱镜与所述第三镜之间，所述第二折叠镜和所述第三镜具有垂直的入射平面，所述第二折叠镜经配置以接收来自所述棱镜的所述参考束和所述反射束并且将所述参考束和所述反射束提供至所述第三镜。
26.如权利要求15所述的与处理工具集成的椭偏仪，其中所述检测模块是小光点反射仪，所述小光点反射仪经配置以执行图案临界尺寸(CD)测量和膜厚度测量。
27.如权利要求15所述的与处理工具集成的椭偏仪，其中所述检测模块是小光点椭偏仪，所述小光点椭偏仪经配置以执行图案临界尺寸(CD)测量和膜厚度测量。
28.如权利要求15所述的与处理工具集成的椭偏仪，其中所述检测模块经配置以在没有明确地测量膜厚度或图案临界尺寸(CD)的情况下执行工艺偏移检测。
29.一种与处理工具集成的反射仪，包括：
源模块，经配置以产生输入束；
第一镜，布置为接收所述输入束，所述第一镜经配置以使所述输入束准直和将所述输入束导向孔板；
所述孔板，具有至少两个孔，所述至少两个孔中的一个布置为从所述输入束的一部分限定测量束，并且所述至少两个孔中的一个布置为从所述输入束的一部分限定参考束；
光学元件，布置在所述参考束的光路内并且在所述测量束的光路外，所述光学元件经配置以将所述参考束导向第三镜；
第二镜，布置为接收所述测量束和将所述测量束通过窗口聚焦并且聚焦至样本的表面上，所述窗口形成所述处理工具的腔室的部分，并且所述样本设置在所述腔室内；
透镜，布置在所述第二镜与所述窗口之间，所述透镜经配置以补偿由所述窗口引入所述测量束中的像差，其中所述测量束的至少一部分作为反射束从所述样本的所述表面反射，并且其中所述透镜和所述第二镜布置为接收所述反射束，并且所述第二镜经配置以使所述反射束准直和将所述反射束导向所述光学元件，所述光学元件经配置以将所述反射束导向所述第三镜；
所述第三镜，布置为接收所述参考束和所述反射束并且将所述参考束和所述反射束聚焦至收集平面上；和
检测模块，布置为接收所述参考束和所述反射束，所述检测模块经配置以提供对所述参考束和所述反射束的光谱分析。
30.如权利要求29所述的与处理工具集成的反射仪，其中所述输入束是宽带输入束。
31.如权利要求29所述的与处理工具集成的反射仪，其中所述孔板具有四个孔，并且所述四个孔中的两个布置为从所述输入束的部分限定测量束，并且所述四个孔中的两个布置为从所述输入束的部分限定参考束，
其中所述光学元件经配置以将所述参考束导向所述第三镜，其中所述第二镜经配置以将所述测量束聚焦至所述样本的所述表面上，并且所述测量束的至少部分作为反射束从所述样本的所述表面反射，
其中所述第二镜经配置以使所述反射束准直和将所述反射束导向所述光学元件，
其中所述光学元件经配置以将所述反射束导向所述第三镜，
其中所述第三镜布置为接收所述参考束和所述反射束，并且
其中与所述处理工具集成的所述反射仪进一步包括第二光学元件，所述第二光学元件布置为接收来自所述第三镜的所述参考束和所述反射束，所述第二光学元件经配置以将所述参考束中的一个和所述反射束中的一个引导至第一收集平面，并且将另一参考束和另一反射束引导至第二收集平面，所述第二收集平面与所述第一收集平面不同。
32.如权利要求29所述的与处理工具集成的反射仪，进一步包括旋转轮，所述旋转轮布置在所述孔板的下游，所述旋转轮具有交替的缝，用于允许所述参考束和所述测量束通过所述旋转轮。
33.如权利要求29所述的与处理工具集成的反射仪，其中所述收集平面包括对光纤的输入，用于将所述参考束和所述反射束传输至检测模块。
34.一种与处理工具集成的椭偏仪，包括：
源模块，经配置以产生输入束；
第一镜，布置为接收所述输入束，所述第一镜经配置以使所述输入束准直和将所述输入束导向孔板；
所述孔板，具有至少两个孔，所述至少两个孔中的一个布置为从所述输入束的一部分限定测量束，并且所述至少两个孔中的一个布置为从所述输入束的一部分限定参考束；
光学元件，布置在所述参考束的光路内并且在所述测量束的光路外，所述光学元件经配置以将所述参考束导向第三镜；
第二镜，布置为接收所述测量束和将所述测量束通过窗口聚焦并且聚焦至样本的表面上，所述窗口形成所述处理工具的腔室的部分，并且所述样本设置在所述腔室内；
透镜，布置在所述第二镜与所述窗口之间，所述透镜经配置以补偿由所述窗口引入所述测量束中的像差，其中所述测量束的至少一部分作为反射束从所述样本的所述表面反射，并且其中所述透镜和所述第二镜布置为接收所述反射束，并且所述第二镜经配置以使所述反射束准直和将所述反射束导向所述光学元件，所述光学元件经配置以将所述反射束导向所述第三镜；
所述第三镜，布置为接收所述参考束和所述反射束并且将所述参考束和所述反射束聚焦至收集平面上；和
检测模块，布置为接收所述参考束和所述反射束，所述检测模块经配置以提供对所述参考束和所述反射束的光谱分析。
35.如权利要求34所述的与处理工具集成的椭偏仪，其中所述输入束是宽带输入束。
36.如权利要求34所述的与处理工具集成的椭偏仪，其中所述孔板具有四个孔，并且所述四个孔中的两个布置为从所述输入束的部分限定测量束，并且所述四个孔中的两个布置为从所述输入束的部分限定参考束，
其中所述光学元件经配置以将所述参考束导向所述第三镜，其中所述第二镜经配置以将所述测量束聚焦至所述样本的所述表面上，并且所述测量束的至少部分作为反射束从所述样本的所述表面反射，
其中所述第二镜经配置以使所述反射束准直和将所述反射束导向所述光学元件，
其中所述光学元件经配置以将所述反射束导向所述第三镜，
其中所述第三镜布置为接收所述参考束和所述反射束，并且
其中与所述处理工具集成的所述椭偏仪进一步包括第二光学元件，所述第二光学元件布置为接收来自所述第三镜的所述参考束和所述反射束，所述第二光学元件经配置以将所述参考束中的一个和所述反射束中的一个引导至第一收集平面，并且将另一参考束和另一反射束引导至第二收集平面，所述第二收集平面与所述第一收集平面不同。
37.如权利要求34所述的与处理工具集成的椭偏仪，进一步包括旋转轮，所述旋转轮布置在所述孔板的下游，所述旋转轮具有交替的缝，用于允许所述参考束和所述测量束通过所述旋转轮。
38.如权利要求34所述的与处理工具集成的椭偏仪，其中所述收集平面包括对光纤的输入，用于将所述参考束和所述反射束传输至检测模块。
39.一种使用与处理工具集成的反射仪执行反射测量法测量的方法，所述方法包括：
产生宽带输入束；
使用第一镜使所述宽带输入束准直；
使用孔板从所述宽带输入束限定测量束；
使用所述孔板从所述宽带输入束限定参考束；
使用第二镜将所述测量束通过窗口聚焦并且聚焦至样本的表面上，所述窗口形成所述处理工具的腔室的部分，并且所述样本设置在所述腔室内；
补偿在所述测量束上由所述窗口引入的像差；
在所述第二镜处接收来自所述样本的所述表面的反射束；
使用所述第二镜使所述反射束准直；
将所述参考束和所述反射束导向第三镜；
使用所述第三镜将所述参考束和所述反射束聚焦至收集光纤上；
将所述参考束和所述反射束传输至所述反射仪；和
使用所述反射仪提供对所述参考束和所述反射束的光谱分析。
40.一种使用与处理工具集成的椭偏仪执行椭圆偏振测量法测量的方法，所述方法包括：
产生宽带输入束；
使用第一镜使所述宽带输入束准直；
使用孔板从所述宽带输入束限定测量束；
使用所述孔板从所述宽带输入束限定参考束；
使用第二镜将所述测量束通过窗口聚焦并且聚焦至样本的表面上，所述窗口形成所述处理工具的腔室的部分，并且所述样本设置在所述腔室内；
补偿在所述测量束上由所述窗口引入的像差；
在所述第二镜处接收来自所述样本的所述表面的反射束；
使用所述第二镜使所述反射束准直；
将所述参考束和所述反射束导向第三镜；
使用所述第三镜将所述参考束和所述反射束聚焦至收集光纤上；
将所述参考束和所述反射束传输至所述椭偏仪；和
使用所述椭偏仪提供对所述参考束和所述反射束的光谱分析。
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