CN116359138A - 椭偏测量装置和用于获取待测对象的表面信息的方法 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例提供一种椭偏测量装置和用于获取待测对象的表面信息的方法。其中椭偏测量装置包括：偏振光束提供装置，用于提供多个平行的偏振光束；第一离轴抛物面镜，用于将多个平行的偏振光束反射以便多个被反射后的第一光束聚焦在待测对象的表面上的目标点，每一个偏振光束与对应的第一光束之间的夹角为锐角；第二离轴抛物面镜，用于将被反射后的第一光束经由待测对象的表面反射后形成的多个第二光束反射，以形成多个平行的第三光束，每一个第二光束与对应的第三光束之间的夹角为锐角；以及验偏装置，用于对多个平行的第三光束验偏。本公开的实施例能够显著减小偏振光束入射至离轴抛物面镜的入射角度，从而有效保证偏振光束的偏振态。

Description

椭偏测量装置和用于获取待测对象的表面信息的方法

技术领域

本公开的实施例总体涉及光学测量领域，并且更具体地涉及一种椭偏测量装置和用于获取待测对象的表面信息的方法。

背景技术

作为一种有效的光学测量技术，光谱椭偏测量技术在包含但不限于半导体制造等领域得到广泛应用。图1示出了一种传统的椭偏测量装置100的局部结构示意图。该椭偏测量装置100包括起偏器102、反射装置104、验偏器106。其中，反射装置104为一体成型的抛物面形的反射装置。该椭偏测量装置100虽然可以避免基于光学透镜或者透镜组的椭偏测量装置所存在的色差校正等方面的问题，但是，受限于反射装置104的结构，要求偏振光束必须沿着平行于反射装置104的抛物面的轴线A1的方向入射，这导致偏振光束入射在反射装置104的反射面上的角度偏大，从而严重改变光束的偏振态，这给光谱反演计算带来不良影响。

综上，传统的椭偏测量装置使得偏振光束的入射角度偏大，从而严重改变入射偏振光束原有的偏振态。

发明内容

针对上述问题，本公开的实施例提供了一种椭偏测量装置和用于获取待测对象的表面信息的方法。本公开的实施例能够显著减小偏振光束入射至离轴抛物面镜的入射角度，从而有效保证偏振光束的偏振态。

根据本公开的第一方面，提供一种椭偏测量装置。该椭偏测量装置包括：偏振光束提供装置，用于提供多个平行的偏振光束；第一离轴抛物面镜，用于将多个平行的偏振光束反射以便多个被反射后的第一光束聚焦在待测对象的表面上的目标点，多个平行的偏振光束中的每一个偏振光束与多个被反射后的第一光束中的对应的第一光束之间的夹角为20至40度之间的任意角度；第二离轴抛物面镜，用于将被反射后的第一光束经由待测对象的表面反射后形成的多个第二光束反射，以形成多个平行的第三光束，多个第二光束中的每一个第二光束与多个平行的第三光束中的对应的第三光束之间的夹角为20至40度之间的任意角度；以及验偏装置，用于对多个平行的第三光束验偏。

在一些实施例中，多个平行的偏振光束对应的光路与多个平行的第三光束对应的光路相交叉。

在一些实施例中，偏振光束提供装置包括：起偏器，用于使得入射光束起偏以便形成多个平行的第一偏振光束；以及第一平面反射镜，用于将多个平行的第一偏振光束反射，以形成多个平行的偏振光束，多个平行的第一偏振光束中的每一个第一偏振光束与多个平行的偏振光束中的对应的偏振光束之间的夹角为20至40度之间的任意角度；验偏装置包括：第二平面反射镜，用于将多个平行的第三光束反射，以形成多个平行的第四光束，多个平行的第四光束中的每一个第四光束与多个平行的第三光束中的对应的第三光束之间的夹角为20至40度之间的任意角度；以及验偏器，用于对多个平行的第四光束进行验偏。

在一些实施例中，起偏器、第二平面反射镜以及第一离轴抛物面镜设置于目标法平面的一侧；验偏器、第一平面反射镜以及第二离轴抛物面镜设置于目标法平面的另一侧。

在一些实施例中，第一平面反射镜以及第二平面反射镜相对于待测对象的表面的高度大于第一离轴抛物面镜以及第二离轴抛物面镜相对于待测对象的表面的高度。

在一些实施例中，第一平面反射镜与第二平面反射镜在横向上的距离大于第一离轴抛物面镜与第二离轴抛物面镜在横向上的距离。

在一些实施例中，第一偏振光束与第三光束相平行，第四光束与偏振光束相平行。

在一些实施例中，起偏器、第一平面反射镜和第二平面反射镜中的一个，以及第一离轴抛物面镜设置于目标法平面的一侧，目标法平面为待测对象的经过目标点的法平面；第二离轴抛物面镜、第一平面反射镜和第二平面反射镜中的一个中的另一个，以及验偏器设置于目标法平面的另一侧。

在一些实施例中，偏振光束提供装置包括：起偏器，用于使得入射光束起偏以便形成多个平行的偏振光束；验偏装置包括：验偏器，用于对多个平行的第三光束验偏；起偏器以及第二离轴抛物面镜设置于目标法平面的一侧，目标法平面为待测对象的经过目标点的法平面，第一离轴抛物面镜以及验偏器设置于目标法平面的另一侧。

在一些实施例中，多个被反射后的第一光束中的每一个第一光束与待测对象的法向之间的夹角为60度至70度之间的任意角度。

在一些实施例中，第一离轴抛物面镜以及第二离轴抛物面镜包括以下至少一种：金属离轴抛物面镜，该金属离轴抛物面镜的表面面型精度小于1/10波长，该金属离轴抛物面镜的表面粗糙度小于5纳米；以及玻璃离轴抛物面镜，该玻璃离轴抛物面镜的表面面型精度小于1/20波长，该玻璃离轴抛物面镜的表面粗糙度小于1纳米。

在一些实施例中，第一离轴抛物面镜、第二离轴抛物面镜、第一平面反射镜以及第二平面反射镜中每一项的表面设置有镀膜，该镀膜包括金属反射膜和多层介质膜中的至少一种。

在一些实施例中，该金属离轴抛物面镜采用单点金刚石加工工艺制作形成。

在一些实施例中，该金属反射膜包括：铝反射层，以及氟化镁保护层，该氟化镁保护层设置于铝反射层的表面。

在一些实施例中，第一离轴抛物面镜与第二离轴抛物面镜相对设置。

根据本公开的第二方面，提供一种用于获取待测对象的表面信息的方法，该方法利用根据本公开的第一方面的椭偏测量装置实现，该方法包括：经由偏振光束提供装置提供多个平行的偏振光束；经由第一离轴抛物面镜反射多个平行的偏振光束，以便多个被反射后的第一光束聚焦在待测对象的表面上的目标点；经由第二离轴抛物面镜将被反射后的第一光束经由待测对象的表面反射后形成的多个第二光束进行反射，以形成多个平行的第三光束；以及经由验偏装置对多个平行的第三光束验偏以便得到待测对象的表面信息。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标注表示相同或相似的元素。

图1示出了一种传统的椭偏测量装置的局部结构示意图。

图2示出了本公开的实施例的椭偏测量装置的结构示意图。

图3示出了本公开的实施例的椭偏测量装置的结构示意图。

图4示出了本公开的实施例的椭偏测量装置以及传统的椭偏测量装置的P偏振光与S偏振光相位夹角的改变量的测量值。

图5示出了传统的椭偏测量装置的光瞳偏振态分布示意图。

图6示出了本公开的实施例的椭偏测量装置的光瞳偏振态分布示意图。

图7示出了本公开的实施例的椭偏测量装置在晶圆上的成像质量达到衍射极限的示意图。

图8示出了本公开的实施例的椭偏测量装置的结构示意图。

图9示出了本公开的实施例的椭偏测量装置的结构示意图。

图10示出了本公开的实施例的用于获取待测对象的表面信息的方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

如前文所描述，传统的椭偏测量装置使得偏振光束的入射角度偏大，从而严重改变的偏振光束的偏振态，给光谱反演计算带来不良影响。如图1所示，光源（图中未示出）发射的平行光束Li经过起偏器102后起偏，形成偏振光束。偏振光束被反射装置104聚焦至半导体晶圆108的表面上的一个点P1，并被半导体晶圆108的表面反射，在经由反射装置104反射至验偏器106。应当理解，反射装置104为一体成型的抛物面形的反射装置，点P1为反射装置104的抛物面的焦点。为了使得偏振光束被聚焦于点P1，则要求偏振光束必须沿着平行于反射装置104的抛物面的轴线A1的方向入射，受此限制，偏振光束入射在反射装置104的反射面上的入射角度偏大，相应地，入射至反射装置104的抛物面的偏振光束与对应的反射光束之间的夹角为钝角，这样大的入射角度将严重改变光束经由起偏器后的偏振态。

为了至少部分地解决上述问题以及其他潜在问题中的一个或者多个，本公开的示例实施例提出了一种椭偏测量装置和用于获取待测对象的表面信息的方法的方案。在本公开方案中，第一离轴抛物面镜与第二离轴抛物面镜分立设置，因此，可以使得每一个偏振光束与对应的第一光束之间的夹角被配置为锐角（尤其是20至40度之间的任意角度），以及使得第二光束与对应的第三光束之间的夹角被配置为锐角（尤其是20至40度之间的任意角度），于是显著减小了偏振光束入射至第一离轴抛物面镜的入射角，以及显著减小了第二光束入射至第二离轴抛物面的入射角，从而可以有效保证经由第一离轴抛物面镜以及第二离轴抛物面镜传输的光束的偏振态。进一步地，多个平行的偏振光束对应的光路与多个平行的第三光束对应的光路相交叉，这样可以进一步缩短所采用的离轴抛物面镜的焦距，从而显著提高NA（Numerical Aperture，数值孔径），并且缩小投影到晶圆上的光斑的尺寸。

以下对本公开的实施例的椭偏测量装置进行详细说明。

图2示出了本公开的实施例的椭偏测量装置200的结构示意图。椭偏测量装置200包括：偏振光束提供装置210、第一离轴抛物面镜204、第二离轴抛物面镜206以及验偏装置220。偏振光束提供装置210用于提供多个平行的偏振光束Lp。第一离轴抛物面镜204用于将多个平行的偏振光束Lp反射以便多个被反射后的第一光束L1聚焦在待测对象108的表面上的目标点P1。多个平行的偏振光束Lp中的每一个偏振光束Lp与多个被反射后的第一光束L1中的对应的第一光束L1之间的夹角（即第一夹角θ1）为锐角。第二离轴抛物面镜206用于将被反射后的第一光束L1经由待测对象108的表面反射后形成的多个第二光束L2反射，以形成多个平行的第三光束L3，多个第二光束L2中的每一个第二光束L2与多个平行的第三光束L3中的对应的第三光束L3之间的夹角（即第二夹角θ2）为锐角。验偏装置220用于对多个平行的第三光束L3验偏。其中，多个平行的偏振光束Lp中的每一个偏振光束Lp与多个被反射后的第一光束L1中的对应的第一光束L1之间的夹角（即第一夹角θ1）为20至40度之间的任意角度；多个第二光束L2中的每一个第二光束L2与多个平行的第三光束L3中的对应的第三光束L3之间的夹角（即第二夹角θ2）为20至40度之间的任意角度。

应当理解，第一夹角θ1为第一入射角与对应的第一反射角的和。其中，第一入射角为多个平行的偏振光束Lp中的每一个偏振光束Lp相对于第一离轴抛物面镜204的入射角，第一反射角为多个被反射后的第一光束L1中的对应的第一光束L1相对于第一离轴抛物面镜204的反射角。第二夹角θ2为第二入射角与对应的第二反射角的和。其中，第二入射角为第二光束L2中的每一个第二光束L2相对于第二离轴抛物面镜206的入射角，第二反射角为多个平行的第三光束L3中的对应的第三光束L3相对于第二离轴抛物面镜206的反射角。

在一些实施例中，第一夹角θ1为20至40度之间的任意角度。第二夹角θ2为20至40度之间的任意角度。

在一些实施例中，第一夹角θ1为20至26度之间的任意角度。第二夹角θ2为20至26度之间的任意角度。

在一些实施例中，多个平行的偏振光束对应的光路与多个平行的第三光束对应的光路相交叉。

在一些实施例中，第一离轴抛物面镜与第二离轴抛物面镜相对设置，也即第一离轴抛物面镜的反射面与第二离轴抛物面的反射面彼此朝向对方，与第一离轴抛物面镜与第二离轴抛物面镜相背设置的方式不同。

在一些实施例中，待测对象108例如为晶圆。

在一些实施例中，偏振光束提供装置例如包括起偏器，验偏装置例如包括验偏器。

在一些实施例中，偏振光束提供装置例如包括起偏器以及第一平面反射镜，验偏装置例如包括验偏器以及第二平面反射镜。

在一些实施例中，起偏器、第一平面反射镜和第二平面反射镜中的一个，以及第一离轴抛物面镜设置于目标法平面的一侧，目标法平面为待测对象的经过目标点的法平面；第二离轴抛物面镜、第一平面反射镜和第二平面反射镜中的一个中的另一个，以及验偏器设置于目标法平面的另一侧。

在上述方案中，第一离轴抛物面镜204与第二离轴抛物面镜206分立设置，因此，可以使得每一个偏振光束Lp与对应的第一光束L1之间的夹角被配置为锐角（尤其是20至40度之间的任意角度），以及使得第二光束L2与对应的第三光束L3之间的夹角被配置为锐角（尤其是20至40度之间的任意角度），于是显著减小了偏振光束Lp入射至第一离轴抛物面镜204的入射角，以及显著减小了第二光束L2入射至第二离轴抛物面206的入射角，从而可以有效保证经由第一离轴抛物面镜204以及第二离轴抛物面镜206传输的光束的偏振态。

图3示出了本公开的实施例的椭偏测量装置300的结构示意图。偏振光束提供装置包括起偏器302、第一平面反射镜308。起偏器302用于使得入射光束起偏以便形成多个平行的第一偏振光束Lp1。第一平面反射镜308用于将多个平行的第一偏振光束Lp1反射，以形成多个平行的偏振光束Lp，多个平行的第一偏振光束Lp1中的每一个第一偏振光束Lp1与多个平行的偏振光束Lp中的对应的偏振光束Lp之间的夹角（即第三夹角θ3）为锐角（尤其是20至40度之间的任意角度）。

第一离轴抛物面镜304用于将多个平行的偏振光束Lp反射以便多个被反射后的第一光束L1聚焦在待测对象108的表面上的目标点P1。多个平行的偏振光束Lp中的每一个偏振光束Lp与多个被反射后的第一光束L1中的对应的第一光束L1之间的夹角（即第一夹角θ1）为锐角（尤其是20至40度之间的任意角度）。

第二离轴抛物面镜306用于将被反射后的第一光束L1经由待测对象108的表面反射后形成的多个第二光束L2反射，以形成多个平行的第三光束L3，多个第二光束L2中的每一个第二光束L2与多个平行的第三光束L3中的对应的第三光束L3之间的夹角（即第二夹角θ2）为锐角（尤其是20至40度之间的任意角度）。

应当理解，待测对象108的表面上的目标点P1是第一离轴抛物面镜304的焦点，并且，待测对象108的表面上的目标点P1也是第二离轴抛物面镜306的焦点。

验偏装置包括第二平面反射镜310、验偏器312。第二平面反射镜310用于将多个平行的第三光束L3反射，以形成多个平行的第四光束L4，多个平行的第四光束L4中的每一个第四光束L4与多个平行的第三光束L3中的对应的第三光束L3之间的第四夹角θ4为锐角（尤其是20至40度之间的任意角度）。验偏器312用于对多个平行的第四光束L4验偏。

应当理解，第三夹角θ3为第三入射角与对应的第三反射角的和。其中，第三入射角为多个平行的第一偏振光束Lp1中的每一个第一偏振光束Lp1相对于第一平面反射镜308的入射角，第三反射角为多个平行的偏振光束Lp中的对应的偏振光束Lp相对于第一平面反射镜308的反射角。第四夹角θ4为第四入射角与对应的第四反射角的和。其中，第四入射角为多个平行的第三光束L3中的对应的第三光束L3相对于第二平面反射镜310的入射角，第四反射角为多个平行的第四光束L4中的每一个第四光束L4相对于第二平面反射镜310的反射角。

应当理解，起偏器302、第一平面反射镜308以及第一离轴抛物面镜304设置于目标法平面Pn的一侧，其中，目标法平面Pn为待测对象108的经过目标点P1的法平面。第二离轴抛物面镜306、第二平面反射镜310以及验偏器312设置于目标法平面Pn的另一侧。

在该方案中，藉由起偏器302、第一平面反射镜308以及第一离轴抛物面镜304处于目标法平面Pn的同一侧，以及第二离轴抛物面镜306、第二平面反射镜310以及验偏器312处于目标法平面Pn的同一侧的设置方式，可以使得起偏器302、第一平面反射镜308以及第一离轴抛物面镜304之间的距离更近，第二离轴抛物面镜306、第二平面反射镜310以及验偏器312也是如此，从而减少椭偏测量装置300占用的空间。

在一些实施例中，多个被反射后的第一光束L1中的每一个第一光束L1与待测对象108的法向之间的夹角（即第五夹角θ5）为60度至70度之间的任意角度。应当理解，第一光束L1与待测对象108的法向之间的夹角与第一光束L1与目标法平面Pn之间的夹角相等。在一些实施例中，处于多个被反射后的第一光束L1的中心的第一光束L1与待测对象108的法向之间的夹角（即第五夹角θ5）为65度。

在该方案中，藉由第一夹角θ1以及第二夹角θ2均为锐角的设置，可以显著减小第一离轴抛物面镜304以及第二离轴抛物面镜306对所反射的光束的偏振态的影响，从而使得定标算法的精度显著提高、定标处理的复杂度明显降低、计算效率极大提高。并且，藉由第一离轴抛物面镜304以及第二离轴抛物面镜306分立设置的方式，可以便于调配光束相对于第一离轴抛物面镜304以及第二离轴抛物面镜306的入射角度，提高了该椭偏测量装置的灵活性，以便适用于更广泛的应用场景。另外，该椭偏测量装置能够在更宽的偏振光的波段（包括但不限于深紫外波段、可见光波段、近红外波段）下均可以实现衍射极限的光斑尺寸。

在一些实施例中，第一离轴抛物面镜304、第二离轴抛物面镜306可以采用金属离轴抛物面镜。该金属离轴抛物面镜所采用的金属材料包括但不限于铝、铜。该金属离轴抛物面镜采用单点金刚石加工工艺制作形成。该金属离轴抛物面镜的表面面型精度小于1/10波长，该金属离轴抛物面镜的表面粗糙度小于5纳米。基于该金属离轴抛物面镜，可以显著提高对光束的反射率。

在一些实施例中，第一离轴抛物面镜304、第二离轴抛物面镜306可以采用玻璃离轴抛物面镜。该玻璃离轴抛物面镜所采用的玻璃材料包括但不限于熔石英、石英晶体、低膨胀系数微晶玻璃。该玻璃离轴抛物面镜的表面面型精度小于1/20波长，该玻璃离轴抛物面镜的表面粗糙度小于1纳米。基于该玻璃离轴抛物面镜，可以显著提高对光束的反射率。

在一些实施例中，第一离轴抛物面镜304、第二离轴抛物面镜306、第一平面反射镜308以及第二平面反射镜310中每一项的表面设置有镀膜。该镀膜包括金属反射膜以及多层介质膜中的至少一种。其中，金属反射膜包括铝反射层以及氟化镁保护层，氟化镁保护层设置于铝反射层的表面。其中多层介质膜具有多个介质层，每一个介质层对应的介质分别为具有不同的折射率的材料。基于多个介质层的折射率的匹配，可以实现较高的反射率，并且可以实现较高的激光损伤阈值。关于该金属反射膜以及该多层介质膜，对于波长在190至350纳米范围内的光束，其平均反射率可以大于90%；对于波长在350至2500纳米范围内的光束，其平均反射率可以大于85%。

图4示出了本公开的实施例的椭偏测量装置300以及传统的椭偏测量装置的P偏振光与S偏振光相位夹角的改变量的测量值。其中方案1对应于图3所示的本公开的实施例的椭偏测量装置300，方案2对应于图1所示的传统的椭偏测量装置100。其中显示出多个不同的波长的偏振光束经过反射后P偏振光与S偏振光相位夹角的改变量的测量值。可以看出，本公开的实施例的椭偏测量装置300明显优于传统的椭偏测量装置100。

图5示出了传统的椭偏测量装置的光瞳偏振态分布示意图。该传统的椭偏测量装置为图1所示的传统的椭偏测量装置100，其中也示意出了输入光信号（Input）。图6示出了本公开的实施例的椭偏测量装置300的光瞳偏振态分布示意图。本公开的实施例的椭偏测量装置为图3所示的本公开的实施例的椭偏测量装置300。对比可见，本公开的实施例的椭偏测量装置300明显优于传统的椭偏测量装置100。

图7示出了本公开的实施例的椭偏测量装置300在晶圆上的成像质量达到衍射极限的示意图。可见，经由本公开的实施例的椭偏测量装置300投影到晶圆上的光斑可以达到衍射极限。

图8示出了本公开的实施例的椭偏测量装置800的结构示意图。其中，起偏器802、第二平面反射镜810以及第一离轴抛物面镜804设置于目标法平面Pn的一侧。第二离轴抛物面镜806、第一平面反射镜808以及验偏器812设置于目标法平面Pn的另一侧。因此，多个平行的偏振光束Lp对应的光路与多个平行的第三光束L3对应的光路相交叉。应当理解，多个平行的偏振光束Lp对应的光路为多个平行的偏振光束Lp被反射前沿直线传播所经过的光路，例如为多个平行的偏振光束Lp从第一平面反射镜808向第一离轴抛物面镜804传播所经过的光路；多个平行的第三光束L3对应的光路为多个平行的第三光束L3被反射前沿直线传播所经过的光路，例如为多个平行的第三光束L3从第二离轴抛物面镜806向第二平面反射镜810传播所经过的光路。

起偏器802以及验偏器812各自相对于待测对象108的表面的高度例如可以相同。第二平面反射镜810以及第一平面反射镜808各自相对于待测对象108的表面的高度例如可以相同。第一离轴抛物面镜804以及第二离轴抛物面镜806各自相对于待测对象108的表面的高度例如可以相同。起偏器802、第二平面反射镜810以及第一离轴抛物面镜804各自相对于待测对象108的表面的高度不相同，第二离轴抛物面镜806、第一平面反射镜808以及验偏器812各自相对于待测对象108的表面的高度不相同。在一些实施例中，起偏器802、第二平面反射镜810以及第一离轴抛物面镜804各自相对于待测对象108的表面的高度依次递减，验偏器812、第一平面反射镜808以及第二离轴抛物面镜806各自相对于待测对象108的表面的高度依次递减。

在一些实施例中，第一平面反射镜808与第二平面反射镜810在横向上的距离大于第一离轴抛物面镜804与第二离轴抛物面镜806在横向上的距离。

在该方案中，藉由起偏器802、第一离轴抛物面镜804设置在目标法平面Pn的一侧，而第一平面反射镜808设置在目标法平面Pn的另一侧的设置方式，可以便于充分利用例如横向上的空间，以便获取更小的第三夹角θ3以及第一夹角θ1。同样的，第二平面反射镜810设置于目标法平面Pn的一侧，而第二离轴抛物面镜806以及验偏器812设置在目标法平面Pn的另一侧的设置方式，可以便于充分利用例如横向上的空间，以便获取更小的第四夹角θ4以及第二夹角θ2。因此，椭偏测量装置800相较于椭偏测量装置300，可以进一步缩短所采用的离轴抛物面镜的焦距，从而显著提高NA，并且缩小投影到晶圆上的光斑的尺寸。

需要说明的是，第二平面反射镜810相对于待测对象108的表面的高度大于第一离轴抛物面镜804相对于待测对象108的表面的高度，第一平面反射镜808相对于待测对象108的表面的高度大于第二离轴抛物面镜806相对于待测对象108的表面的高度。因此，第二平面反射镜810以及第一平面反射镜808横向上不会占用第一离轴抛物面镜804与第二离轴抛物面镜806之间的横向上的空间，可以便于在一些应用场景中，使得第一离轴抛物面镜804与第二离轴抛物面镜806之间的距离更近。在一些实施例中，偏振光束Lp与处于多个第二光束L2的中心的第二光束L2相平行，第三光束L3与处于多个第一光束L1的中心的第一光束L1相平行。

在一些实施例中，第一偏振光束Lp1与第三光束L3相平行，第四光束L4与偏振光束Lp相平行。

在一些实施例中，起偏器802、第二平面反射镜810、第一离轴抛物面镜804、第二离轴抛物面镜806、第一平面反射镜808以及验偏器812相互之间相对静止，也即，在椭偏测量装置800中，起偏器802、第二平面反射镜810、第一离轴抛物面镜804、第二离轴抛物面镜806、第一平面反射镜808以及验偏器812均不是运动部件，其有利于确保系统稳定性。

在一些实施例中，多个被反射后的第一光束L1中的每一个第一光束L1与待测对象108的法向之间的夹角（即第五夹角θ5）为60度至70度之间的任意角度。在一些实施例中，处于多个被反射后的第一光束L1的中心的第一光束L1与待测对象108的法向之间的夹角（即第五夹角θ5）为65度。

图9示出了本公开的实施例的椭偏测量装置900的结构示意图。其中，偏振光束提供装置包括起偏器902，验偏装置包括验偏器912。起偏器902以及第二离轴抛物面镜906设置于目标法平面Pn的一侧，第一离轴抛物面镜904以及验偏器912设置于目标法平面Pn的另一侧。因此，多个平行的偏振光束Lp对应的光路与多个平行的第三光束L3对应的光路相交叉。应当理解，多个平行的偏振光束Lp对应的光路为多个平行的偏振光束Lp被反射前沿直线传播所经过的光路，例如为多个平行的偏振光束Lp从起偏器902向第一离轴抛物面镜904传播所经过的光路；多个平行的第三光束L3对应的光路为多个平行的第三光束L3被反射前沿直线传播所经过的光路，例如为多个平行的第三光束L3从第二离轴抛物面镜906向验偏器912传播所经过的光路。

在该方案中，所采用的光学元件数量少，因此可以使得椭偏测量装置900的结构精简，并且可以有效降低制造成本。而且，相较于椭偏测量装置800，椭偏测量装置900省略了平面反射镜，光学效率以及椭偏测量装置的系统信噪比均显著提高。例如，在一些实施方式中，椭偏测量装置900设置有两片反射镜片（第一离轴抛物面镜904以及第二离轴抛物面镜906），椭偏测量装置800设置有四片反射镜片（第一离轴抛物面镜804、第二离轴抛物面镜806、第一平面反射镜808以及第二平面反射镜810）。因此，相较于椭偏测量装置800，椭偏测量装置900所采用的反射镜片的数量减半（由四片减少为两片），所以，光学效率提高一倍，并且椭偏测量装置的系统信噪比也提高一倍。

应当理解，投影到晶圆上的光斑的尺寸正比于1/NA。所以，要实现较小的光斑尺寸，需要提高离轴抛物面镜的NA，在光束孔径不变的前提下，则需要缩短离轴抛物面镜的焦距。如果在横向上设置于第一离轴抛物面镜与第二离轴抛物面镜之间的横向的空间中设置反光镜（第二平面反射镜以及第一平面反射镜），则在减小投影到晶圆上的光斑的尺寸的过程中，随着对称设置的第一离轴抛物面镜与第二离轴抛物面镜之间的横向距离的减小，第二平面反射镜与第一平面反射镜之间的横向距离也会减小，甚至出现第二平面反射镜与第一平面反射镜互相在空间上发生严重的机械干涉的情况。因此，在第二平面反射镜以及第一平面反射镜在横向上设置于第一离轴抛物面镜与第二离轴抛物面镜之间的方案中，离轴抛物面镜的NA（或者说投影到晶圆上的光斑的尺寸）受限于平面反射镜、离轴抛物面镜在横向上的机械空间尺寸。而在椭偏测量装置900中，第一离轴抛物面镜与第二离轴抛物面镜之间的横向的空间中未设置反光镜，可以使得第一离轴抛物面镜与第二离轴抛物面镜之间的距离更近，从而满足入射角度依然在小角度入射的条件下，提高NA、缩小光斑。应当理解，在省略反射镜的方案中，还可以通过减少镜片数量提升光学效率、提高信噪比。

图10示出了本公开的实施例的用于获取待测对象的表面信息的方法1000的流程图。方法1000可以利用椭偏测量装置200、300、800以及900中的任意一项实现。应当理解的是，方法1000还可以包括未示出的附加步骤和/或可以省略所示出的步骤，本公开的范围在此方面不受限制。

在步骤1002处，经由偏振光束提供装置提供多个平行的偏振光束。

在步骤1004处，经由第一离轴抛物面镜反射多个平行的偏振光束，以便多个被反射后的第一光束聚焦在待测对象的表面上的目标点。

在步骤1006处，经由第二离轴抛物面镜将被反射后的第一光束经由待测对象的表面反射后形成的多个第二光束进行反射，以形成多个平行的第三光束。

在步骤1008处，经由验偏装置对多个平行的第三光束验偏以便得到待测对象的表面信息。

结合本公开的实施例，本领域技术人员能够清楚方法1000的具体实现细节，此处不再赘述。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

以上仅为本公开的可选实施例，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等效替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种椭偏测量装置，其特征在于，包括：

偏振光束提供装置，用于提供多个平行的偏振光束；

第一离轴抛物面镜，用于将多个平行的偏振光束反射以便多个被反射后的第一光束聚焦在待测对象的表面上的目标点，多个平行的偏振光束中的每一个偏振光束与多个被反射后的第一光束中的对应的第一光束之间的夹角为20至40度之间的任意角度；

第二离轴抛物面镜，用于将被反射后的第一光束经由待测对象的表面反射后形成的多个第二光束反射，以形成多个平行的第三光束，多个第二光束中的每一个第二光束与多个平行的第三光束中的对应的第三光束之间的夹角为20至40度之间的任意角度；以及

验偏装置，用于对多个平行的第三光束验偏；

其中，多个平行的偏振光束对应的光路与多个平行的第三光束对应的光路相交叉。

2. 根据权利要求1所述的椭偏测量装置，其特征在于，偏振光束提供装置包括：

起偏器，用于使得入射光束起偏以便形成多个平行的第一偏振光束；以及

第一平面反射镜，用于将多个平行的第一偏振光束反射，以形成多个平行的偏振光束，多个平行的第一偏振光束中的每一个第一偏振光束与多个平行的偏振光束中的对应的偏振光束之间的夹角为20至40度之间的任意角度；

验偏装置包括：

第二平面反射镜，用于将多个平行的第三光束反射，以形成多个平行的第四光束，多个平行的第四光束中的每一个第四光束与多个平行的第三光束中的对应的第三光束之间的夹角为20至40度之间的任意角度；以及

验偏器，用于对多个平行的第四光束进行验偏。

3.根据权利要求2所述的椭偏测量装置，其特征在于，起偏器、第二平面反射镜以及第一离轴抛物面镜设置于目标法平面的一侧；验偏器、第一平面反射镜以及第二离轴抛物面镜设置于目标法平面的另一侧。

4.根据权利要求2所述的椭偏测量装置，其特征在于，第一平面反射镜以及第二平面反射镜相对于待测对象的表面的高度大于第一离轴抛物面镜以及第二离轴抛物面镜相对于待测对象的表面的高度。

5.根据权利要求2所述的椭偏测量装置，其特征在于，第一平面反射镜与第二平面反射镜在横向上的距离大于第一离轴抛物面镜与第二离轴抛物面镜在横向上的距离。

6.根据权利要求2所述的椭偏测量装置，其特征在于，偏振光束与处于多个第二光束的中心的第二光束相平行，第三光束与处于多个第一光束的中心的第一光束相平行。

7.根据权利要求2所述的椭偏测量装置，其特征在于，第一偏振光束与第三光束相平行，第四光束与偏振光束相平行。

8.根据权利要求1所述的椭偏测量装置，其特征在于，偏振光束提供装置包括：

起偏器，用于使得入射光束起偏以便形成多个平行的偏振光束；

验偏装置包括：

验偏器，用于对多个平行的第三光束验偏；

起偏器以及第二离轴抛物面镜设置于目标法平面的一侧，目标法平面为待测对象的经过目标点的法平面，第一离轴抛物面镜以及验偏器设置于目标法平面的另一侧。

9.根据权利要求1所述的椭偏测量装置，其特征在于，多个被反射后的第一光束中的每一个第一光束与待测对象的法向之间的夹角为60度至70度之间的任意角度。

10. 根据权利要求1至9中任意一项所述的椭偏测量装置，其特征在于，第一离轴抛物面镜以及第二离轴抛物面镜包括以下至少一种：

金属离轴抛物面镜，所述金属离轴抛物面镜的表面面型精度小于1/10波长，所述金属离轴抛物面镜的表面粗糙度小于5纳米；以及

玻璃离轴抛物面镜，所述玻璃离轴抛物面镜的表面面型精度小于1/20波长，所述玻璃离轴抛物面镜的表面粗糙度小于1纳米。

11.根据权利要求2所述的椭偏测量装置，其特征在于，第一离轴抛物面镜、第二离轴抛物面镜、第一平面反射镜以及第二平面反射镜中的每一项的表面设置有镀膜，所述镀膜包括金属反射膜和多层介质膜中的至少一种。

12.根据权利要求1至11中任意一项所述的椭偏测量装置，其特征在于，第一离轴抛物面镜与第二离轴抛物面镜相对设置。

13.一种用于获取待测对象的表面信息的方法，其特征在于，所述方法利用根据权利要求1至12中任意一项所述的椭偏测量装置实现，所述方法包括：

经由偏振光束提供装置提供多个平行的偏振光束；

经由第一离轴抛物面镜反射多个平行的偏振光束，以便多个被反射后的第一光束聚焦在待测对象的表面上的目标点；

经由第二离轴抛物面镜将被反射后的第一光束经由待测对象的表面反射后形成的多个第二光束进行反射，以形成多个平行的第三光束；以及

经由验偏装置对多个平行的第三光束验偏以便得到待测对象的表面信息。

Images