JP2016536609A - 多入射角半導体計測システム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、(i)David Y.Wangらによって2013年1月14日に出願された、多入射角半導体計測システムと題する米国特許仮出願第61/752,202号、及び(ii)David Y.Wangらによって2013年9月16日に出願された、多入射角半導体計測システム及び方法と題する米国特許仮出願第61/878,561号に対して優先権を主張するものであり、ここに本明細書の一部を構成するものとして、これらの出願の全ての内容をあらゆる目的のために援用する。
Claims (73)
- 半導体試料の計測を行うエリプソメータ装置であって、
真空紫外線(VUV)波長から赤外線(IR)波長の範囲内で選択可能な複数の波長で照射ビームを提供し、複数の入射角(AOI)及び/または方位角(AZ)で前記照射ビームを前記試料に向けて誘導する照射光学系モジュールと、
前記試料に当てた前記照射ビームに応答して前記試料から出射する出力ビームを複数の離散的範囲の入射角及び/または方位角で収集し、前記出力ビームを検出器モジュールに誘導する収集光学系モジュールであって、前記離散的範囲を1つずつ収集する収集光学系モジュールと、を備え、
前記照射光学系モジュールは、前記照射ビームに対して複数の偏光状態を生成する偏光生成光学素子を含み、前記収集光学系モジュールは、前記出力ビームの前記偏光状態を解析する偏光解析光学素子を含み、
前記照射光学系モジュール及び収集光学系モジュールは、前記偏光生成光学素子と前記偏光解析光学素子の間に反射光学素子を含み、
さらに、前記試料からの前記出力ビームを、前記離散的範囲の入射角及び/または方位角並びに前記偏光状態で受け取って検出し、前記離散的範囲の入射角及び/または方位角並びに前記偏光状態の前記出力ビームに基づいて複数の信号を生成する前記検出器モジュールと、
波長範囲を選択すること、前記出力ビームを収集するために1つ以上の前記離散的範囲の入射角及び/または方位角を選択すること、前記偏光状態を選択すること、並びに前記離散的範囲の入射角及び/または方位角並びに前記偏光状態で前記信号を解析して前記試料の特徴を決定すること、の1つ以上を制御するようにそれぞれ構成されている1つ以上の制御部と、を備えるエリプソメータ装置。 - 前記離散的範囲の入射角及び/または方位角が互いに空間的に分離されている、請求項1に記載の装置。
- 前記波長範囲が約150nmから約2000nmの範囲である、請求項1に記載の装置。
- 前記照射光学系モジュールは、前記照射ビームを生成する少なくとも1つのレーザー維持プラズマ(LSP)源を有する1つ以上の光源を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記LSP源は、約0.1W/nm/cm2/sr以上のピーク輝度で前記照射ビームを生成する、請求項4に記載の装置。
- 前記照射光学系モジュールは、前記収集光学系モジュールが収集・検出するのと実質的に同じ離散的範囲の入射角及び/または方位角のそれぞれで1つずつ前記照射ビームを提供するための複数の固定開口または1つの可動開口を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記照射光学系モジュールは、各前記離散的範囲の入射角及び/または方位角のそれぞれで1つずつ前記照射ビームを提供するための複数の固定開口及び各固定開口をそれぞれ覆うシャッターを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記照射光学系モジュールはさらに、前記収集光学系モジュールが1つずつ収集・検出する際の前記離散的範囲の入射角及び/または方位角を実質的に含む一定範囲の入射角及び/または方位角で前記照射ビームを同時に提供するように構成されている、請求項1に記載の装置。
- 前記収集光学系モジュールは、各前記離散的範囲の入射角及び/または方位角のそれぞれで1つずつ前記出力ビームを収集するための複数の固定開口及び各固定開口をそれぞれ覆うシャッターを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記収集光学系モジュールは、前記離散的範囲の入射角及び/または方位角のそれぞれで1つずつ前記出力ビームを収集するための1つの可動開口またはそれぞれがシャッターを備えた複数の固定開口のいずれかを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記入射角または方位角の前記離散的部分が少なくとも0.1°でそれぞれ分離されている、請求項1に記載の装置。
- 前記離散的範囲の入射角及び/または方位角が、約60°よりも大きい入射角を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記離散的範囲の入射角及び/または方位角が、0°から360°の複数の離散的範囲の方位角を含み、前記装置が、前記試料を回転して0°から360°の前記離散的範囲の方位角を得るための位置決め機構をさらに備える、請求項1に記載の装置。
- 前記偏光生成光学素子が前記照射光学系モジュール内に偏光子及び第1補償子を含み、前記偏光解析光学素子が前記収集光学系モジュール内に第2補償子及び検光子を含み、前記偏光状態を選択することは、前記偏光子、第1補償子及び第2補償子並びに検光子のいずれか1つまたは複数を回転すること、または静止したままにすることを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記偏光生成光学素子が偏光子及び検光子を含み、前記偏光状態を選択することは、前記偏光子を回転すること、及び前記検光子を静止したままにすることを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記偏光解析光学素子が収集補償子をさらに含み、前記偏光状態を選択することは、前記収集補償子を回転することをさらに含む、請求項15に記載の装置。
- 前記照射光学系モジュールは、各離散的範囲の入射角及び/または方位角について前記試料における対象上の焦点の点広がり関数を最小化するためのアポダイザを含む、請求項16に記載の装置。
- 前記偏光生成光学素子が照射補償子をさらに含み、前記偏光状態を選択することは、前記照射補償子を回転することをさらに含む、請求項16に記載の装置。
- 前記偏光生成光学素子が偏光子及び照射補償子を含み、前記偏光解析光学素子が検光子を含み、前記偏光状態を選択することは、前記照射補償子を回転すること、並びに前記偏光子及び前記検光子を静止したままにすることを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記偏光解析光学素子が収集補償子をさらに含み、前記偏光状態を選択することは、前記収集補償子を回転することをさらに含む、請求項19に記載の装置。
- 前記偏光生成光学素子が偏光子を含み、前記偏光解析光学素子が検光子を含み、前記偏光状態を選択することは、前記偏光子を静止したままにすること、及び前記検光子を回転することを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記試料が半導体ウェーハ上の1つ以上の対象である、請求項1に記載の装置。
- 照射光学系モジュールは、前記照射ビームを整形し、各前記離散的範囲の入射角及び/または方位角のそれぞれについて前記試料上の対象に結ばれる焦点の点広がり関数を制御するための1つ以上のビーム整形光学素子をさらに含む、請求項1に記載の装置。
- 前記1つ以上のビーム整形素子は、再構成不可能な光学機能をそれぞれ有する複数のアポダイザを含むと共に、前記装置はさらに、前記アポダイザの選択されたものを前記照射ビームの瞳と共役な平面またはその付近に移動させる位置決め機構を含み、前記アポダイザは、前記離散的範囲の入射角及び/または方位角の全てに応じた既定の照射プロファイルを提供し、前記制御部はさらに、前記アポダイザの選択されたものを前記位置決め機構が移動させるように構成されている、請求項23に記載の装置。
- 前記1つ以上のビーム整形素子は、前記照射ビームの瞳と共役な平面またはその付近に配置された動的に調整可能なアポダイザを含み、前記動的に調整可能なアポダイザは、前記離散的範囲の入射角及び/または方位角の全てに応じた既定の照射プロファイルを提供するように構成され、前記制御部はさらに、前記動的に調整可能なアポダイザを調整するように構成されている、請求項23に記載の装置。
- 前記1つ以上のビーム整形素子は、前記試料に当てた前記照射ビームによって生じた照射スポットの中心から既定距離だけ隔てたところの照射を、前記照射スポットの中心におけるピーク照射の既定値未満に低減させるように構成されている、請求項23に記載の装置。
- 前記収集光学系モジュールは、収集瞳と共役な平面の位置またはその付近に配置され、あるいはその場所に移動可能な1つ以上のアポダイザを含み、前記アポダイザは、前記離散的範囲の入射角及び/または方位角の全てに応じた既定の収集プロファイルを提供する、請求項1に記載の装置。
- 前記照射光学系モジュールは、
第1の非軸放物面(OAP)ミラーと、
前記第1のOAPが前記離散的範囲の入射角及び/または方位角で1つずつ前記照射ビームを前記試料に反射させるようにするため、複数の位置で前記照射ビームを受け取って、前記第1のOAPミラーにおける複数の位置に前記照射ビームを誘導するように移動可能な第1の平行移動ミラーと、を含み、
前記収集光学系モジュールは、
検出器と、
第2のOAPと、
前記第2のOAPが前記離散的範囲の入射角及び/または方位角で1つずつ前記出力ビームを前記検出器に反射させるようにするため、複数の位置で前記出力ビームを受け取って、第2のOAPミラーにおける複数の位置に前記出力ビームを誘導するように移動可能な第2の平行移動ミラーと、を含む、請求項1に記載の装置。 - 照射光学系モジュールは、
ビームスプリッタと、
非軸放物面(OAP)ミラーと、
平行移動ミラーであって、前記OAPが前記離散的範囲の入射角及び/または方位角で1つずつ前記照射ビームを前記試料に反射させるようにするため、前記ビームスプリッタを介して前記平行移動ミラーの複数の平行移動位置で前記照射ビームを受け取って、前記OAPミラーにおける複数の対応位置に前記照射ビームを誘導するように移動可能な平行移動ミラーと、を含み、
前記収集光学系モジュールは、
前記ビームスプリッタと、
前記OAPと、
前記平行移動ミラーと、
前記出力ビームを前記試料に戻して反射させることにより、第2の出力ビームを前記試料から出射させ、前記OAP上の前記対応位置から反射させてから、前記複数の平行移動位置で前記平行移動ミラーから前記ビームスプリッタに向けて前記検出器に反射させて、前記離散的範囲の入射角及び/または方位角で1つずつ前記第2の出力ビームを収集するようにする球面ミラーと、を含む請求項1に記載の装置。 - 前記収集光学系モジュールはさらに、1つ以上の入射角で照射し、1つ以上の異なる入射角にわたって収集することにより、前記試料で反射された前記照射ビームからゼロ次オーダーの光を明視野計測用に収集し、前記試料で反射された前記照射ビームから非ゼロ次オーダーの光を暗視野計測用に収集するように構成可能である、請求項1に記載の装置。
- 前記収集光学系モジュールは、前記試料で反射された前記照射の入射角(方位角)と同一の入射角(方位角)を収集する、請求項1に記載の装置。
- 前記収集光学系モジュールは、前記試料で反射された前記照射の入射角(方位角)とは異なる入射角(方位角)を収集する、請求項1に記載の装置。
- 前記収集光学系モジュールは、光をスペクトルに分散させる分散素子を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記装置の照射瞳及び収集瞳は、前記照射の開口数及び前記収集の開口数を設定するように配置され、前記装置の照射視野絞り及び収集視野絞りは、光源の大きさ及び画像の大きさを設定するように配置されている、請求項1に記載の装置。
- 半導体試料の計測を行うエリプソメータ装置であって、
真空紫外線(VUV)波長から赤外線(IR)波長の範囲内で選択可能な複数の波長で照射ビームを提供し、前記試料に向けて複数の入射角(AOI)及び/または方位角(AZ)で前記照射ビームを誘導する照射光学系モジュールと、
前記試料に当てた前記照射ビームに応答して前記試料から出射する出力ビームを実質的に全ての前記入射角または方位角で収集し、前記出力ビームを1つ以上の検出器へと実質的に同時に誘導する収集光学系モジュールと、を備え、
前記照射光学系モジュールは、前記照射ビームに対して複数の偏光状態を生成する偏光生成光学素子を含み、前記収集光学系モジュールは、前記出力ビームの前記偏光状態を解析する偏光解析光学素子を含み、
前記照射光学系モジュール及び収集光学系モジュールは、前記複数の偏光状態を生成する前記光学素子と前記偏光状態を解析する前記光学素子の間に反射光学素子を含み、
さらに、前記試料からの前記出力ビームを前記入射角及び/または方位角並びに前記偏光状態で受け取って検出し、前記入射角及び方位角並びに偏光状態の前記出力ビームに基づいて複数の信号または画像を生成する前記1つ以上の検出器と、
波長範囲を選択すること、前記偏光状態を選択すること、並びに前記波長、入射角及び/または方位角、並びに前記選択された偏光状態で前記信号または画像を解析して前記試料の特徴を決定すること、の1つ以上をそれぞれ制御するように構成されている1つ以上の制御部と、を備えるエリプソメータ装置。 - 前記収集光学系は、前記波長を波長平面で分散させ、前記入射角及び/または方位角を入射角/方位角平面で分散させる1つ以上の分散素子を含み、前記波長並びに前記入射角及び/または方位角は、異なる2つの検出方向に沿って分散される、請求項35に記載の装置。
- 前記異なる2方向が互いに直交する、請求項36に記載の装置。
- 前記1つ以上の分散素子が、前記異なる2方向について2つの異なる光屈折力を有する、請求項36に記載の装置。
- 前記1つ以上の検出器が複数の検出器からなり、各検出器は、前記分散された波長を決定するように構成され、前記別々の入射角領域の1つにわたって積分を行う、請求項36に記載の装置。
- 前記収集光学系モジュールはさらに、前記1つ以上の分散素子からの前記出力ビームを、それぞれが前記検出器の1つに出力される別々の入射角領域に分割する部分分割光学系を含む、請求項39に記載の装置。
- 前記収集光学系はさらに、前記波長平面と前記入射角及び/または方位角平面の間に位置する再撮像光学系を含み、前記再撮像光学系は、前記波長平面を各検出器に再撮像するように構成されている、請求項40に記載の装置。
- 前記収集光学系モジュールは、前記出力ビームにおける空間的に分離した複数の入射角及び/または方位角領域から特定入射角領域を選択的に送るための入射角及び/または方位角マスクを瞳と共役な平面内に含み、前記1つ以上の検出器は、前記特定入射角領域を受け取り、前記分散された波長を決定し、前記特定入射角領域にわたって前記決定された波長を積分する単一検出器からなり、前記制御部はさらに、一度に1つの特定入射角領域を選択するように構成されている、請求項36に記載の装置。
- 前記波長平面が前記入射角/方位角平面の前に位置している、請求項42に記載の装置。
- 前記入射角/方位角マスクは、それぞれがシャッターを備えた複数の固定開口で構成されている、請求項42に記載の装置。
- 前記入射角/方位角マスクが固定可動開口で構成されている、請求項42に記載の装置。
- 前記1つ以上の検出器は、前記分散された波長を決定し、別々の入射角領域にわたって積分する単一検出器からなり、前記別々の入射角領域の隣接するものの間には入射角の決定・解析を行わない無画素領域が含まれる、請求項36に記載の装置。
- 前記収集光学系は、前記出力ビームを第1の出力ビームと第2の出力ビームに分割するビームスプリッタと、前記第1の出力ビームを受け取り、前記出力ビームの前記波長及び前記入射角を、前記1つ以上の検出器の第1検出器の異なる2つの検出方向に沿って分散させる第1分散素子と、並びに前記第2の出力ビームを受け取り、前記出力ビームの前記波長及び前記方位角を、前記1つ以上の検出器の第2検出器の異なる2つの検出方向に沿って分散させる第2分散素子と、を含む請求項35に記載の装置。
- 前記波長平面が前記入射角/方位角平面と同一平面に位置している、請求項36に記載の装置。
- 前記1つ以上の検出器は、異なる2つの入射角領域からの並列データを処理する少なくとも2つのレジスタを備えた検出器からなる、請求項36に記載の装置。
- 前記波長範囲が約150nmから約2000nmの範囲である、請求項35に記載の装置。
- 前記照射光学系モジュールは、前記照射ビームを生成するために、少なくとも1つのレーザー維持(LSP)光源を有する高輝度レーザー駆動光源を含む、請求項35に記載の装置。
- 前記LSP源は、約0.1W/nm/cm2/srよりも大きいピーク輝度で前記照射ビームを生成する、請求項51に記載の装置。
- 前記偏光生成光学素子が前記照射光学系モジュール内に偏光子及び第1補償子を含み、前記偏光解析光学素子が前記収集光学系モジュール内に第2補償子及び検光子を含み、前記偏光状態を選択することは、前記偏光子、第1補償子及び第2補償子並びに検光子のいずれか1つまたは複数を回転すること、または静止したままにすることを含む、請求項35に記載の装置。
- 前記偏光生成光学素子が偏光子及び検光子を含み、前記偏光状態を選択することは、前記偏光子を回転すること、及び前記検光子を静止したままにすることを含む、請求項35に記載の装置。
- 前記偏光解析光学素子が収集補償子をさらに含み、前記偏光状態を選択することは、前記収集補償子を回転することをさらに含む、請求項54に記載の装置。
- 前記照射光学系モジュールは、各離散的範囲の入射角及び/または方位角について前記試料における対象上の焦点の点広がり関数を最小化するためのアポダイザを含む、請求項55に記載の装置。
- 前記偏光生成光学素子が照射補償子をさらに含み、前記偏光状態を選択することは、前記照射補償子を回転することをさらに含む、請求項55に記載の装置。
- 前記偏光生成光学素子が偏光子及び照射補償子を含み、前記偏光解析光学素子が検光子を含み、前記偏光状態を選択することは、前記照射補償子を回転すること、並びに前記偏光子及び前記検光子を静止したままにすることを含む、請求項35に記載の装置。
- 前記偏光解析光学素子が収集補償子をさらに含み、前記偏光状態を選択することは、前記収集補償子を回転することをさらに含む、請求項58に記載の装置。
- 前記偏光生成光学素子が偏光子を含み、前記偏光解析光学素子が検光子を含み、前記偏光状態を選択することは、前記偏光子を静止したままにすること、及び前記検光子を回転することを含む、請求項35に記載の装置。
- 前記試料が半導体ウェーハ上の1つ以上の対象である、請求項35に記載の装置。
- 半導体試料の計測を行うエリプソメータ装置であって、
真空紫外線(VUV)波長から赤外線(IR)波長の範囲内で選択可能な複数の波長で照射ビームを提供する1つ以上の高輝度光源と、
分光偏光解析法を用いた計測を提供するために、複数の選択可能な範囲の入射角(AOI)及び/または方位角(AZ)並びに複数の偏光状態で前記照射ビームを試料に向けて誘導する照射光学系であって、前記試料に当てた前記照射ビームの照射スポットにおけるスポット径を、前記選択可能な各セットの入射角及び/または方位角のそれぞれで制御するための少なくとも1つのアポダイザを含む照射光学系と、
前記選択可能な各セットの入射角及び/または方位角並びに偏光状態のそれぞれで、前記照射ビームに応答して前記試料から出射する出力ビームを検出器に向けて誘導する収集光学系と、
前記出力ビームに基づいて出力信号または出力画像を生成する検出器と、
波長、または入射角、または方位角、または偏光状態、あるいはそれらの組み合わせの関数として、前記出力信号または出力画像に基づいて前記試料の特徴を特性付け、あるいは欠陥を検出する制御部と、を備えるエリプソメータ装置。 - 前記1つ以上の光源がレーザー維持プラズマ(LSP)源を含む、請求項62に記載の装置。
- 前記少なくとも1つのアポダイザは、再構成不可能な光学機能をそれぞれ有し、照射瞳平面の内外にそれぞれ移動可能である一式のアポダイザからなり、各アポダイザは、前記選択可能な各セットの入射角及び/または方位角のそれぞれについて前記スポット径を制御するように構成されている、請求項62に記載の装置。
- 前記少なくとも1つのアポダイザは、動的に調整可能なアポダイザであり、前記照射スポットの中心から既定距離だけ隔てたところの照射を、前記照射スポットの中心におけるピーク照射の既定値未満に低減させることにより、前記選択可能な各セットの入射角及び/または方位角の全てについて前記スポット径を制御するように構成可能である、請求項62に記載の装置。
- 前記少なくとも1つのアポダイザは、前記照射ビーム内のサイドローブを抑制することによって前記スポット径を制御するように構成されている、請求項62に記載の装置。
- 前記少なくとも1つのアポダイザはさらに、前記試料上の複数の各種対象用に構成可能である、請求項62に記載の装置。
- 前記照射光学系は、前記試料に当てた前記照射ビームを前記選択可能な各セットの入射角または方位角のそれぞれで走査する走査ミラーを含み、前記収集光学系は、前記選択された各セットの入射角または方位角を1つずつ決定する入射角/方位角選択器を含む、請求項62に記載の装置。
- 前記入射角/方位角選択器は、それぞれがシャッターを備えた複数の固定開口または少なくとも1つの可動開口を含む、請求項68に記載の装置。
- 前記少なくとも1つのアポダイザは、動的に調整可能なアポダイザである、請求項62に記載の装置。
- 前記動的に調整可能なアポダイザは、空間光変調器(SLM)である、請求項70に記載の装置。
- 前記少なくとも1つのアポダイザは、前記選択可能な各セットの入射角または方位角について複数の2値振幅パターンを形成するように構成可能である、請求項62に記載の装置。
- 前記少なくとも1つのアポダイザは、前記選択可能な各セットの入射角または方位角について複数の振幅パターンを形成するように構成されており、少なくとも1つの振幅パターンは連続可変である、請求項62に記載の装置。
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