CN211651533U - 测量系统 - Google Patents

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希莫·亚洛夫
瓦莱里·戴希
罗伊·林格尔
本亚明·舒尔曼
纽希·巴尔·欧恩
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Abstract

本申请公开了一种测量系统，配置为与处理设备集成，处理设备用于对结构进行光学测量，测量系统包括：支撑组件，用于将处于测量中的结构保持在测量平面中，并且用于至少沿着第一横轴移动结构；支架组件，包括载物台；限定照明和收集光通道的光学系统，其中，光学系统包括能通过载物台沿着朝向第一横轴的第二横轴移动的光学头；其中，载物台包括线性磁电机；其中，线性磁电机包括能移动的磁体和静止的线圈组件。

Description

测量系统
技术领域
本申请属于测量技术领域，并且涉及一种用于集成测量/监控系统的光学测量系统，该光学测量系统在半导体工业中特别有用。
背景技术
半导体装置的制造包括要求在生产线上进行的晶片在连续的制造步骤之间被测量的多阶段过程。半导体工业中尺寸缩小的当前趋势以及半导体制造过程的动态性，增加了对精确诊断工具的需求，该诊断工具能够为诸如闭环控制和前馈控制的短时间响应反馈环路提供接近实时的测量。这样的严格要求不能通过不提供实时响应的离线(“独立”)测量系统来获得，并且不能通过诸如端点检测装置的现场检测装置来提供，因为它们的性能不够精确。
已经开发了集成测量/监控技术，在半导体制造厂的生产线内提供具有完整计量能力的监控工具的物理实现。集成测量系统是物理上安装在处理设备内部或附接到处理设备并专用于具体过程的系统。
集成测量系统要从几个方面考虑，并满足具体要求，以便可行。这样的要求尤其包括以下内容：小的覆盖区，即集成测量系统应具有尽可能小的覆盖区，以便在物理上位于诸如CMP设备的处理设备内(例如，安装在处理设备内部或经由装载端口连接到设备前端模块(EFEM))，例如将测量单元与处理设备的环境分离(例如，使用密封的外壳)；高速测量单元(例如，快速定位、自动聚焦以及测量)；可以选择被生产过程绕过并在离线模式下操作；等。
已经开发并广泛使用了各种集成测量/计量系统，可以从本申请的受让人商购获得，例如
Figure DEST_PATH_GDA0002545898480000021
3090Next、
Figure DEST_PATH_GDA0002545898480000022
等。
实用新型内容
在本领域中需要一种用于图案化结构，尤其是复杂结构的光学测量的新型集成测量系统，该系统使得能够使用垂直和倾斜测量方案两者进行光学临界尺寸(OCD)测量。
在许多情况下，用垂直和倾斜方案两者执行光学晶片计量测量，以增加测量通道的数量是有利的。事实上，用垂直和倾斜测量方案的测量可以提供关于被测量结构的更完整的信息。
考虑到计量系统，特别是针对复杂图案化结构的OCD测量，从不同的测量方案提供这种附加信息是重要的。这是因为用垂直和倾斜测量方案的测量可能对不同的结构参数具有不同的灵敏度，并且因此当组合使用时增加了关于被测量结构的信息量。此外，例如使用相对于垂直入射方案中的图案的光的偏振平面的不同定向，和/或使用光入射的不同方位，将垂直和倾斜测量方案组合起来有助于增加进一步的测量通道。
根据本申请的一个方面，提供了一种测量系统，测量系统被配置为与处理设备集成，处理设备用于对结构进行光学测量，测量系统包括：支撑组件，用于将处于测量中的结构保持在测量平面中，并且用于至少沿着第一横轴移动结构；支架组件，包括载物台；限定照明和收集光通道的光学系统，其中，光学系统包括能通过载物台沿着朝向第一横轴的第二横轴移动的光学头；其中，载物台包括线性磁电机；其中，线性磁电机包括能移动的磁体和静止的线圈组件。
根据示例性实施例，测量系统包括与线圈组件热耦合的散热接口。
根据示例性实施例，散热接口被配置为将线圈组件产生的热量消散到测量系统的边界。
根据示例性实施例，散热接口的纵轴平行于第二横轴。
根据示例性实施例，线性磁电机和散热接口的组合表现出温度稳定性。
根据示例性实施例，线性电磁线圈被配置为消耗相对恒定的驱动电流。
根据示例性实施例，测量系统包括用于与处理设备交互的至少一个接口。
根据示例性实施例，测量系统包括用于与处理设备的设备前端模块交互的至少一个接口。
根据示例性实施例，测量系统的第一横轴覆盖尺寸超过测量系统的第二横轴覆盖尺寸。
根据示例性实施例，第一横轴垂直于处理设备的设备前端模块的装载端口。
根据示例性实施例，测量系统配置为执行光学临界尺寸测量。
根据示例性实施例，处理设备为材料去除处理设备。
根据示例性实施例，处理设备为材料沉积处理设备。
根据示例性实施例，材料去除处理设备为化学机械抛光或蚀刻处理设备中的一种。
根据示例性实施例，照明和收集光通道支持倾斜光学测量方案和垂直光学测量方案。
根据示例性实施例，测量系统还包括控制器，控制器被配置为能操作用于在垂直光学测量方案和倾斜光学测量方案之间能控制地转换光学系统的操作。
根据示例性实施例，控制器被配置为通过控制快门的位置来在垂直光学测量方案和倾斜光学测量方案之间能控制地转换光学系统的操作。
根据示例性实施例，光学系统包括公共照明组件，公共照明组件与垂直光学测量方案和倾斜光学测量方案的照明通道光学耦合，以及单独检测设备，单独检测设备容纳在垂直光学测量方案和倾斜光学测量方案的各个收集通道中。
根据示例性实施例，垂直光学测量方案和倾斜光学测量方案的测量通道光学耦合至同一光谱检测器。
根据示例性实施例，测量系统包括外壳，外壳包括光学窗口；其中，外壳包括：小平面，光学窗口的中央光学窗口在小平面中制成；以及在小平面的相对侧的两个倾斜侧面，在倾斜侧面中制成光学窗口的两个其他光学窗口，使得每个光学窗口位于与光学头的相应物镜的光轴呈九十度角的平面中。
根据示例性实施例，光学系统还包括成像通道。
根据示例性实施例，测量系统还包括导航移动系统，导航移动系统被配置为能操作以分别驱动支撑组件的旋转移动和驱动支撑组件和支架组件的支撑单元沿着第一横轴的移动。
根据示例性实施例，光学系统包括至少一个短焦物镜。
根据示例性实施例，至少一个短焦物镜配置为具有低色差。
根据示例性实施例，光学系统包括偏振器组件，偏振器组件包括位于照明和收集通道中的至少一个中的至少一个偏振器。
根据示例性实施例，偏振器组件位于光学头中，并且偏振器组件包括分别位于垂直和倾斜测量方案的照明和检测通道中的偏振器。
根据示例性实施例，光学系统包括光学窗口，光学窗口配置为维持穿过光学窗口的光的偏振。
根据示例性实施例，每个光学窗口沿其长度具有均匀的厚度，长度至少比厚度高两个数量级。
附图说明
为了更好地理解本文所公开的主题并示例如何在实践中实施，现在将参考附图仅通过非限制性示例的方式来描述实施方式，其中：
图1是测量/计量系统与处理设备集成的示例的示意图；
图2示意性地示出了根据本申请的集成测量/计量系统的配置；
图3A至图3C示出了用于在本申请的光学系统中保持光学头的支架组件的配置的具体的、非限制性的示例；
图4A至图4D示出了在Z载物台中使用的标准楔形设计的原理，以将X轴运动转换为Z轴运动(图4A至图4B)，以及适用于本申请的测量系统中的，利用双楔形发动机的Z载物台的配置的具体的、非限制性的示例(图4C至图4D)；
图5示出了本申请的集成测量/计量系统的光学系统中的光传播方案，该光传播方案被配置用于以垂直和倾斜操作模式操作光学系统；
图6A示意性地示出了本申请的示例性集成测量系统的俯视图，该俯视图示出了光学窗口和晶片(支撑组件)在系统的覆盖区内的行进范围；
图6B示出了在晶片中被测量复杂图案化结构的典型几何形状，该几何形状示出了本申请的系统配置使得能够针对倾斜模式用更多数量的可用方位(每个图案)进行测量和针对垂直模式用偏振方位进行测量。
具体实施方式
如上所述，本申请提供一种测量系统，其被配置用于与处理设备集成，用于在由处理设备处理之前或之后将光学测量应用于结构。处理设备可以包括一个或多个处理工具，并且结构前进通过处理设备的连续阶段，而测量系统可以在至少一些处理阶段之前或之后将测量应用于结构。如上所述，在一些情况下，集成测量系统可以位于处理设备内部，并且在一些其他情况下，集成测量系统经由装载端口连接到设备前端模块(EFEM)。在下面的描述中，集成测量/计量系统被描述为与处理设备集成或集成在处理设备内，以覆盖任何这样的可能配置。
在这方面，参考图1，通过框图示例测量系统10与处理设备PE(例如，材料去除(CMP，蚀刻)或沉积(CVD)设备)的集成。在该示例中，处理设备PE包括处理/制造工具及其相关联的EFEM。EFEM通常具有与对应数量的晶片盒单元相关联的多个装载端口LP，以及用于将结构/晶片 W从盒单元的装载端口运输到处理工具的机器人(robot)R(或多个机器人)。集成测量系统10容纳在处理设备内，例如容纳在处理工具站内，和/或容纳在EFEM侧(类似于具有装载端口的盒站)，并且可以使用相同的机器人用于经由相应装载端口LP将晶片运输到测量系统10的支架或支撑载物台上。通常，支架(或夹持器/卡盘)是结构处理组件的一部分。
处理设备的结构和操作以及结构运输和保持装置(means)的结构和操作不构成本申请的部分，并且因此除了注意以下内容之外，不需要具体描述。为了控制应用于处理设备PE中的结构的过程，在由处理工具处理之后和/或在由处理工具处理之前将测量应用于结构，并且通过该处理工具控制被应用于结构的过程，即控制处理工具的工作参数。由集成测量系统提供的测量数据因此可以用于闭环过程控制中，如果在处理之后应用测量，则提供用于具体处理工具的反馈结果，和/或如果在由所述工具处理之前将测量应用于结构，则提供用于具体处理工具的前馈结果，例如，以限定过程开始时的初始条件。例如，处理设备PE可以是化学机械抛光(CMP) 的设备，并且集成计量系统10可以执行CMP后测量，并且还可以执行 CMP前测量。
现在参考图2，图2以框图的方式示意性地示出了本申请的测量系统 100，该测量系统100被配置并且能操作，使得其能够与处理设备(例如，类似于图1的示例)集成，用于在由处理设备的处理工具处理之前和/或之后将OCD测量应用于结构。测量系统100包括用于保持被测量结构W(即半导体晶片)并限定测量平面MP的结构支撑组件102、光学系统104以及用于保持光学系统104的能移动部分的支架组件。
支撑组件102可以包括被配置用于沿着测量平面中的一个或多个轴运动的运动载物台和装配在运动载物台上的可旋转卡盘。因此，一般而言，支撑组件可以被配置为r，θ载物台，其由适当的驱动器/电机105驱动，用于在平行于测量平面MP的平面内旋转并在该平面内沿着第一横向轴X 轴移动。这种移动可以用于在结构(晶片)上导航以便到达测量位置。
支撑组件102还被配置用于调整测量平面MP的z轴位置。如下面将进一步更具体地描述的，优选地使用双楔形发动机来实现载物台的z定位。
光学系统104被配置为限定垂直和倾斜光学方案。光学系统104包括光学地耦接到光源系统108和光检测系统110的光学头106，并且包括限定照射和光收集通道的导光组件(例如折叠反射镜、透镜等)。光学系统还可以包括偏振器组件(这里未示出)，该偏振器组件使得能够用不同的偏振条件进行测量。
应当注意，光源系统108和光检测系统110中的一个或两者，作为集成测量系统100内的光学系统104的构造(内部)部分，可以分别由光输出端口和光输入端口构成，而照射/检测组件或其部分可以容纳在集成测量系统100外部，并且可以与光输入和输出端口(例如，通过诸如纤维的光导元件)光学地耦接。因此，分别指示光源系统108和光检测系统110的框108和110中的每一个应当被广义地解释，而不必包括光发射器和光敏检测器。
支架组件112包括支撑单元(托架)112A和引导单元112B，该支撑单元(托架)112A被配置用于保持光学头106，该引导单元112B包括沿着垂直于X轴的第二横向轴Y轴延伸的导轨(这里未示出)。托架112A 安装在引导单元112B上，并且由驱动单元/机构111驱动，用于沿着导轨滑动运动。
因此，支架组件112实际上被配置并且能操作为Y载物台，用于光学头106(作为光学系统104的能移动部分)沿着Y轴移动。该结构(晶片) 在x-θ载物台102上移动。如下面将进一步更具体地描述的，Y载物台112 操作以移动包括一组物镜以及可能的偏振器和弯曲反射镜的光学头106，以将光束从光源带到物镜和晶片，再返回。
在一些实施方式中，被测量结构可以是具有一定横向尺寸的对称结构，例如具有一定直径的盘状结构(例如，半导体晶片)。光学头106沿着Y 轴的行进距离y可以达到结构的尺寸，例如晶片的直径，例如300mm。沿着x轴的行进距离(即，在导航运动期间)可以大约是该结构的一半尺寸，例如晶片的半径，例如150mm；并且载物台旋转角θ在0至180度的范围内。这将在下面参考图6A进一步描述。
系统100还包括光学窗口布置114，该光学窗口布置114被适当地配置用于光从光学头106传播和向光学头106传播。这种光学窗口布置114 形成在支架组件112(其上具有光学头106)和测量平面MP(晶片平面) 之间的板/外壳/框架(所谓的面板)115中。具有光学窗口布置114的面板 115呈现光学头的输入/输出光平面。
光学窗口布置114被设计为将运动部分(光学头106)与结构密封。光学窗口布置114包括三个光学窗口OW1、OW2、OW3，该三个光学窗口 OW1、OW2、OW3是细长的，沿着Y轴延伸，并且以间隔开的平行关系布置在面板115中，以位于照明和收集通道中。在光学窗口布置114(即，光学头的输入/输出光平面)和测量平面MP之间维持一定距离z。光学窗口具有对应于y轴行进距离的长度，该长度对应于结构的尺寸，例如直径 300mm的晶片。
如下面将进一步更具体地描述的，中央光学窗口OW2在水平面中延伸并且用于光学系统的垂直方案操作，而两个其他光学窗口OW1和OW3沿着倾斜表面延伸并且用于光学系统的倾斜方案操作。
如下面还将进一步更具体地描述和示例的，光学头106包括物镜组件。光学头106和测量平面MP之间的距离被选择为在物镜组件和测量平面之间提供尽可能小的距离/间隙，以便满足整个集成测量/计量系统的尽可能小的覆盖区的要求，并以便减少由光学器件引起的像差效应。因此，物镜是短焦距透镜。
还应当注意，考虑与处理设备PE集成的集成测量系统100，例如，如图1所示，可能需要在测量平面附近，即在被测量结构附近维持一定的环境。这可以是诸如N2或真空或CO2的某些所需的环境。为此目的，本申请提供使用在处理设备(相应处理工具)中使用的气体供应，因此消除了对任何附加的气体源的需求。更具体地，可以使用来自EFEM的气体 (N2)，而不需要使用附加的N2源。为此，密封集成测量系统100和EFEM 的接口，并且密封集成测量系统100中的晶片隔室，以使得N2能够在系统100中时从EFEM流到晶片附近。
如上所述，光学系统104被配置为限定垂直和倾斜光学测量方案用于将入射(照射)光沿着垂直和倾斜照射通道引导到结构上并收集从结构上的照射区域返回的光并沿着相应收集通道传播。返回光可以包括来自结构的照射的镜面反射和/或零阶散射光。光学系统还可以用于暗场测量，而照射光和被收集的光沿着不同的通道传播，例如，相同的倾斜照射通道和不同的收集通道被用于执行亮场模式和暗场模式两者。例如，中央光学窗口 OW2位于垂直和倾斜方案的光学路径的重合/重叠区域内，并且限定照明和收集通道ICnor和DCnor，并且光学窗口OW1和OW3位于中央窗口的相对侧，并且分别限定倾斜方案的照明和收集通道ICobl和DCobl。
例如，光学系统104可以利用与垂直和倾斜光学方案的照射通道ICnor和ICobl光学地耦接的公共光源系统108，并且分离的检测装置D1和D2可以容纳在垂直和倾斜光学方案的相应收集通道中。
在一些实施方式中，测量系统100被配置用于执行结构的成像和测量两者。因此，光学系统104被配置使得收集通道DCnor和DCobl中的至少一个限定与两个不同的检测器D1和D2相关联的空间上分离的成像和测量通道/路径，该两个不同检测器例如是CCD(成像检测器)和分光光度仪(测量检测器)。为此，所述收集通道DCnor和DCobl中的至少一个包括分光装置，例如针孔反射镜装置，用于在空间上将所收集的光分离成成像和测量光部分，并引导它们传播通过成像和测量通道/路径。例如，垂直和倾斜光学方案两者的测量通道可以光学地耦接到相同的测量检测器(例如，光谱仪)。下面进一步更具体地示例测量系统100的配置和操作。
如图2进一步所示，测量系统100被配置用于经由任何适当技术的有线和/或无线信号传输与控制系统120进行数据通信。控制系统120包括数据输入和输出实用程序120A、120B、存储器实用程序120C、测量数据分析器120D。
控制系统120中还提供了用于控制系统操作的各种控制器，包括测量模式控制器120E和导航运动控制器120F。测量模式控制器120E被配置用于控制在垂直和倾斜测量模式之间的系统移位/切换；并且还可以被配置用于控制诸如偏振和/或波长和/或方位角的变化条件等。导航运动控制器 120F被配置并且能操作以操作驱动器105和111，以分别控制结构支撑组件102(例如卡盘)的旋转运动和结构支撑组件102(例如载物台)的X 轴运动，以及光学头106沿着Y轴的运动。
如上所述，可以执行支撑组件102(例如卡盘)的旋转运动以实现对应于载物台102的第一和第二相对角位置的第一和第二连续测量会话，该第一和第二相对角位置分别将结构W的第一和第二半部H1和H2带入测量位置。在控制支撑组件102和光学头106沿着X轴和Y轴的横向运动的同时，可以依次实现第一和第二测量会话中的每一个，从而在结构W 的第一和第二半部中的相应半部上导航多个测量位置的测量。如上所述，考虑在这种盘状结构上的测量，支撑组件102沿着X轴的最大行进距离x 对应于(等于或稍微大于)结构的半径r，并且光学头沿着Y轴的行进距离y达到结构的直径2r。
通常，集成测量/计量系统通常在晶片上的多个测量位置上执行测量。应当理解，其中实现晶片和光学头之间的相对位移的方式取决于针对具体结构(例如，针对300mm晶片)的采样计划。上述两半测量模式是非限制性示例，当所选测量位置对称地定位/定向(假设180度对称)时可以使用该测量模式。当测量晶片/测量位置的其他定向时，可能会出现一种情况。在那种情况下，导航(旋转和/或X轴运动和/或Y轴运动)可以由于多个测量位置及其定向而被优化。还应当注意，上述平移方案不是可以覆盖整个晶片的最小化运动方案(例如，Theta/R，R)，但是在一些应用中可能是最佳的。本申请的原理不限于两半测量模式。
参考图3A至图3C，图3A至图3C示出了承载光学系统104的光学头部分106(移动部分)的支架组件112的配置。
如图3A所示，光学头106具有三个导光光学单元(聚焦光学器件) L1、L2、L3，该三个导光光学单元L1、L2、L3限定分别与倾斜方案照射通道ICobl、垂直光学方案的照射-和-收集通道ICnor-and-DCnor以及倾斜光学方案的检测通道DCobl相关的三个光传播路径。光学单元L1、L2、L3包括物镜OL1、OL2、OL3(以及可能的其他光学元件)，该物镜OL1、OL2、OL3限定与设置在支架组件112和被测量结构位于其中的测量平面之间的面板115中的光学窗口OW1、OW2以及OW3(例如，孔)对齐的对应光学路径。面板115具有其中形成光学窗口OW2的平面(水平)小平面115A，以及其中形成光学窗口OW1和OW3的两个倾斜小平面115B和115C。光学单元L1、L2、L3相对于面板115布置，使得光学单元L1、L2、L3的光输出/输入分别与光学窗口OW1、OW2以及OW3对齐。应当注意，光学窗口的倾斜定向在相应透镜单元的光轴和窗口表面之间提供90度。
如图3A和图3C所示，支架组件112具有支撑单元112A(光学头托架)，聚焦/物镜光学单元L1、L2、L3以对应于光学方案的适当角度定向安装在支撑单元112A上。保持光学头106的支撑单元112A安装在引导单元112B上，用于沿着限定支撑单元112A沿着滑动运动路径往复运动的滑动运动路径的导轨112C滑动运动。
如上所述，支架组件112(支撑单元112A和引导单元112B)呈现用于光学系统104的移动部分(光学头)的Y载物台。光学窗口布置114(例如，在面板115上形成的三窗口布置)位于支架组件112和测量平面MP 之间。针对垂直光学方案，一个窗口OW2是水平的，而其他两个窗口OW1和OW3相对于水平面倾斜并且用于倾斜光学方案。Y载物台被配置为移动光学头106(一组三个光学单元，包括物镜、并且可能还包括偏振器和弯曲(导光)反射镜，如下面将进一步描述的)，以将照射光束从光源带到物镜和结构，并将从结构返回的光引导到检测系统。
在一些实施方式中，Y载物台驱动器111包括线性磁电机。优选地，线性磁电机被配置使得磁体111A移动并且线圈组件111B静止。该配置提供相对恒定的驱动电流，以及从线圈到系统边界的热传递，用于经由散热接口111C散热。这样的要求可以与载物台非常接近需要温度稳定性的光学头环境的需要相关联。
如上所述，物镜应尽可能靠近测量平面定位，并且因此光学单元L1、 L2、L3包括短聚焦透镜。通过将光学窗口布置114配置有非常薄的光学窗口以减少视轴变化(例如2mm)来进一步支持该要求，其中，窗口厚度沿着窗口基本上均匀(±1μm公差)，窗口长度比厚度至少高2个数量级，例如，大约300mm的长度。另外，如上所述并且将在下面进一步更具体地示例，光学系统106可以包括偏振器(例如，在光学单元L1、L2以及 L3中)。因此，光学窗口OW1、OW2以及OW3被配置为维持(即，不影响)穿过其中的光的偏振。例如，光学窗口的介质可以是双折射的。
针对支撑组件102相对于光学头106的每个给定位置，光学头106沿着导轨112C(沿着Y轴)的滑动运动使得能够在沿着位于测量平面MP 中的结构W的Y轴的细长区域内进行测量。在载物台102沿着X轴在范围(0至r)内步进运动预定距离之后，例如在光学头沿着Y轴移动达2r 的距离的同时，可以将测量应用于结构W的进一步区域。载物台(支撑组件)102沿着X轴和光学头106(即支撑单元112A)沿着Y轴的这种逐步运动使得能够在晶片的多个位置上执行测量。例如，可以首先使用载物台102和112的x运动和y运动来检查结构W的一半H1，然后载物台 102可以旋转180度，从而将结构的另一半H2带到测量位置，并且重复该过程以对结构的这一半执行测量。
此外，控制光学头106相对于测量平面MP的z轴位置，例如用于聚焦目的。支撑组件102的z定位优选地使用双楔形发动机来实现。在这方面，参考图4A至图4B和图4C至图4D。图4A和图4B示出了在Z载物台配置中使用的标准楔形设计，以分别在z向上位置(x关闭位置)和z 向下位置(x打开位置)将X轴运动转换为Z轴运动。当处于打开位置时，这种配置在x维度(x-dimension)上遭受相对大的非对称覆盖区。图4C 和图4D示出了在z向上、x关闭位置(图4C)和z向下、x打开位置(图4D)中利用由两个相对对称的楔形W1和W2形成的双楔形配置的z载物台102的具体示例。这种配置减少了系统的x维占用空间。
现在参考图5，图5示例了光学系统104的配置和操作以及其中的光传播方案。在本非限制性示例中，单个(公共)照射组件(光源系统)108 用于垂直和倾斜光传播方案两者。光源系统108可以包括照射纤维，该照射纤维将光从光发射器引导到照射通道。
另外，在该示例中，通过控制快门136(即所谓的跳跃反射镜)的位置来实现在垂直和倾斜操作模式之间的切换/移位(即，在垂直和倾斜方案中的光传播之间的移位)。此外，在该示例中，检测系统110包括与垂直和倾斜收集通道DCnor和DCobl相关联的两个检测组件。这两个检测组件中的每一个被配置用于与成像和测量模式并行操作，并且包括相应成像检测器单元D1和D2(例如，CCD)，并且或者包括相应测量检测器D1'和D2'，或者公共测量检测器(光谱检测器)用于垂直和倾斜方案两者。该系统以宽带照射操作，例如在210至2500nm范围内。另外，在本非限制性示例中，使用偏振器组件。在图中，偏振器/分析器被示出为形成光学头106 的光学单元L1、L2以及L3的一部分。然而，应当理解，本申请既不限于使用任何偏振器，也不限于将偏振器容纳在光学系统的能移动部分，即由支架组件112承载的光学头106内。
因此，照射光束LB1从光源系统108传播并且由导光元件(例如照射中继透镜单元和管状透镜单元)引导，以沿着输入光路134朝向模式移位位置135传播。为此，重引导元件136，例如反射镜被提供为在其位于位置135中的能操作状态和其位于光路134外部的无法操作状态之间(例如，通过测量模式控制器120E)可控制地移动。
当反射镜136处于其能操作位置时，照射光束LB1与反射镜136相互作用并被反射镜136反射以沿着倾斜方案的照射通道ICobl传播，并且因此系统以倾斜模式操作。照射通道ICobl光学地耦接到光学头106的相应光学组件L1。如图5的具体非限制性示例所示，照射通道ICobl可以包括一个或多个导光(光路弯曲)元件，例如反射镜-在本示例中示出了三个这样的导光元件(反射镜)LD1、LD2、LD3。如图中进一步所示，光学组件/ 单元L1包括透镜单元(一个或多个透镜)，并且还包括偏振器P1，偏振器 P1因此位于倾斜方案照射通道ICobl中。由此产生的倾斜入射偏振照射光束 LB1 (obl)经由相应光学窗口OW1聚焦到结构上的照射区域上。从由光束 LB1 (obl)照射的区域返回的光LB2 (obl)经由光学窗口OW3由光学组件L3收集，其中，光的偏振由相应偏振器P3调整，并且所收集的返回光被引导沿着倾斜方案检测通道DCobl传播。类似地，该检测通道DCobl可以包括一个或多个导光元件(例如反射镜)-在该示意图中示出了五个这样的元件LD4至 LD8。元件LD8可以被配置为具有两个反射面的楔形棱镜，该两个反射面根据光入射位置来重引导入射到其上的光。因此，元件LD8引导倾斜反射光束LB1 (obl)朝向倾斜方案检测组件传播，以与分裂元件164(例如，针孔反射镜)相互作用，其中，该光束被分裂成成像和测量组件沿着与成像和测量检测器(或相应光输入端口)D1(例如CCD)和D'1(光谱仪)相关联的两个空间上分离的成像和检测通道C(obl) imag和C(obl) meas传播。
当元件136处于其无法操作位置(被移动到光路134外部)时，照射光束LB1经过位置135并与分束器160相互作用，该分束器160引导(在本示例中为反射)照射光束LB1以沿着垂直方案的照射通道ICnor传播，并且因此系统以垂直模式操作。照射通道ICnor光学地耦接到光学头106的相应光学组件/单元L2(物镜单元OL2)。垂直照射通道ICnor可以包括导光元件，例如反射镜。如图所示，该配置使得垂直照射光束LB1连续地与导光元件(反射镜)LD9和LD6相互作用并进入光学单元L2，该光学单元L2包括物镜和偏振器P2，以经由光学窗口OW2将偏振的垂直入射光束LB1 (nor)聚焦到结构上的相同区域上。从由光束LB1 (nor)照射的区域返回的光LB2 (nor)由光学窗口OW2收集以穿过光学单元L2并被引导沿着垂直方案光收集通道DCnor的相同的路径传播，其中，光束通过与导光元件(反射镜)LD6、 LD9以及LD8的连续相互作用而被引导，并且后者将光束LB2 (nor)向分裂元件(针孔反射镜)162引导，该分裂元件(针孔反射镜)162将光束LB2 (nor)的两个分裂部分引导沿着空间上分离的成像和测量检测通道朝向与测量检测器光学地耦接的垂直方案成像检测器/光输入端口D2(例如CCD)和光输入端口D2传播。如上所述，相同的测量检测器(光谱仪)可以用于检测垂直和倾斜光学方案两者的光。
应当注意，本申请的测量系统不限于将垂直和倾斜方案收集通道两者分裂成两个检测通道。例如，这些收集通道中的每一个可以使用单个检测通道/单个检测器；或者垂直和倾斜方案收集通道中的一个可以包括两个不同的检测方案，而另一个不包括。此外，不同的检测方案可以在检测类型上不同(例如，如上所述，用于检测成像和非成像数据)；和/或可以在不同的光谱范围的检测中不同。
参考图6A和图6B，图6A和图6B示出了本申请的一些其他特征。如上所述，在一些实施方式中，集成测量系统具有小的覆盖区，例如小于 500mm2，这不允许在X方向和Y方向上扫描300mm晶片。另一方面，在晶片上测量的图案化结构(如图6B所示)相对于倾斜通道不具有旋转对称性。因此，可以通过光学头沿着Y轴的位移(经由支架组件112的支撑单元112A的运动)，以及沿着X轴位移结构并在测量平面中旋转结构 (经由支撑组件102的相应运动)来在其多个位置测量结构。这在图6A 中示例，图6A示意性地示出了本申请的集成测量系统的俯视图，该俯视图示出了光学窗口114和结构/晶片W在系统的覆盖区FP内的行进范围。图6A示出了结构W，该结构W在其装载位置具有半径rx(例如直径300mm 的晶片的150mm)，以及两个位移位置W′和W″，这两个位移位置分别对应于由支撑组件102的X轴运动和旋转引起的结构沿着X轴的位移和结构在测量平面中的旋转。光学头沿着Y轴的行进距离YW在Y轴覆盖区尺寸YFP内达到结构的直径2rx(例如300mm，考虑到半导体晶片或稍微较大的距离，例如302至304mm)。沿着X轴的行进距离可以大约是结构的一半尺寸，例如晶片的半径，例如150mm(或者稍微较大的距离，例如 154mm)。结构的支撑组件102以0至180度范围内的旋转角θ在测量平面中旋转结构W。因此，如上所述，通过沿着Y轴移动光学头和沿着X轴移动结构的支撑组件，以及支撑组件的旋转，可以经由光学窗口布置114 使用垂直和倾斜测量方案中的一个或两者在多个位置中对结构进行对半测量。
参考图6B，示意性地示出了应用于复杂图案化结构W的垂直和倾斜测量方案的组合。由于上述系统配置，即被测量结构的处理、转移和旋转以及光学头运动范围，本申请允许针对倾斜模式用更多数量的可用方位 (每个图案)进行测量，和针对垂直模式用偏振方位进行测量。该图示例了由照射和检测通道ICnor和DCnor限定的用于照射和镜面反射光束LB1 (nor)和LB2 (nor)的传播的垂直测量方案。该图还示出了分别由照射和检测通道 (ICobl)1-(DCobl)1和(ICobl)2-(DCobl)2限定的两种不同的倾斜测量方案，对应的两个0度和90度方位角经由结构在测量平面中相对于光学系统的旋转获得。除了角度范围0至180之外，晶片上的结构/图案破坏了方位对称性。
因此，本申请提供了一种用于光学测量系统的新型相对简单的解决方案，该光学测量系统可以以垂直和倾斜光学方案两者操作，并且使得具有减小的覆盖区的系统配置能够与处理设备适当地集成。

Claims (28)

1.一种测量系统，其特征在于，所述测量系统被配置为与处理设备集成，所述处理设备用于对结构进行光学测量，所述测量系统包括：
支撑组件，用于将处于测量中的结构保持在测量平面中，并且用于至少沿着第一横轴移动所述结构；
支架组件，包括载物台；
限定照明和收集光通道的光学系统，其中，所述光学系统包括能通过所述载物台沿着朝向所述第一横轴的第二横轴移动的光学头；
其中，所述载物台包括线性磁电机；其中，所述线性磁电机包括能移动的磁体和静止的线圈组件。
2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统包括与所述线圈组件热耦合的散热接口。
3.根据权利要求2所述的测量系统，其特征在于，所述散热接口被配置为将所述线圈组件产生的热量消散到所述测量系统的边界。
4.根据权利要求2所述的测量系统，其特征在于，所述散热接口的纵轴平行于所述第二横轴。
5.根据权利要求2所述的测量系统，其特征在于，所述线性磁电机和所述散热接口的组合表现出温度稳定性。
6.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述线性磁电机被配置为消耗相对恒定的驱动电流。
7.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统包括用于与处理设备交互的至少一个接口。
8.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统包括用于与所述处理设备的设备前端模块交互的至少一个接口。
9.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统的第一横轴覆盖尺寸超过所述测量系统的第二横轴覆盖尺寸。
10.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述第一横轴垂直于所述处理设备的设备前端模块的装载端口。
11.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统配置为执行光学临界尺寸测量。
12.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述处理设备为材料去除处理设备。
13.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述处理设备为材料沉积处理设备。
14.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述处理设备为化学机械抛光或蚀刻处理设备中的一种。
15.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述照明和收集光通道支持倾斜光学测量方案和垂直光学测量方案。
16.根据权利要求15所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括控制器，所述控制器被配置为能操作用于在垂直光学测量方案和倾斜光学测量方案之间能控制地转换光学系统的操作。
17.根据权利要求16所述的测量系统，其特征在于，所述控制器被配置为通过控制快门的位置来在垂直光学测量方案和倾斜光学测量方案之间能控制地转换光学系统的操作。
18.根据权利要求15所述的测量系统，其特征在于，所述光学系统包括公共照明组件，所述公共照明组件与所述垂直光学测量方案和所述倾斜光学测量方案的照明通道光学耦合，以及单独检测设备，所述单独检测设备容纳在所述垂直光学测量方案和所述倾斜光学测量方案的各个收集通道中。
19.根据权利要求15或18所述的测量系统，其特征在于，所述垂直光学测量方案和所述倾斜光学测量方案的测量通道光学耦合至同一光谱检测器。
20.根据权利要求15所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统包括外壳，所述外壳包括光学窗口；其中，所述外壳包括：小平面，所述光学窗口的中央光学窗口在所述小平面中制成；以及在所述小平面的相对侧的两个倾斜侧面，在所述倾斜侧面中制成所述光学窗口的两个其他光学窗口，使得每个所述光学窗口位于与所述光学头的相应物镜的光轴呈九十度角的平面中。
21.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述光学系统还包括成像通道。
22.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括导航移动系统，所述导航移动系统被配置为能操作以分别驱动所述支撑组件的旋转移动和驱动所述支撑组件和所述支架组件的支撑单元沿着所述第一横轴的移动。
23.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述光学系统包括至少一个短焦物镜。
24.根据权利要求23所述的测量系统，其特征在于，所述至少一个短焦物镜配置为具有低色差。
25.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述光学系统包括偏振器组件，所述偏振器组件包括位于所述照明和收集通道中的至少一个中的至少一个偏振器。
26.根据权利要求25所述的测量系统，其特征在于，所述偏振器组件位于所述光学头中，并且所述偏振器组件包括分别位于垂直和倾斜测量方案的照明和检测通道中的偏振器。
27.根据权利要求25所述的测量系统，其特征在于，所述光学系统包括光学窗口，所述光学窗口配置为维持穿过所述光学窗口的光的偏振。
28.根据权利要求20所述的测量系统，其特征在于，每个所述光学窗口沿其长度具有均匀的厚度，所述长度至少比厚度高两个数量级。
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