TWI285257B - Heterodyne reflectometer for film thickness monitoring and method for implementing - Google Patents

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1285257 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種反射儀(reflectometry)與光栅干涉儀(grating interferometry) ° 【先前技術】 一般的晶片（chips)、微晶片(microchips)以及積體電路(integrated circuits)等半導體元件(semi-conductor)係由大量的微型電晶體 (transistors)、铭導線或銅導線(aluminum or copper lines)以及電氣開 關(electric switches)所構成，且該電氣開關係用以操作電流的流量。 透過包括曝光顯影製程(imaging)、物理或化學沉積(depositi〇n)以及 蝕刻(etching)等半導體製程的實施，可在半導體基板上或是在基板 上的薄膜形成這類的半導體元件。一般在半導體工業中有一個規律 性，那就疋積體電路甲的電晶體密度每八個月會增加一倍，因此， 需要持續地發展更微小之半導體結構的新製程技術，彳能跟上這樣 的產業趨勢。由於半導體製針，必齡製程中精密地控制半導體 基板上形成的各層賴_理特性，才能達職高其精確度的需 求’並得以使用於大部分的應用領域。其中的—種量測單層或多層 薄膜深度或厚度的方法係使轩涉儀，—般的干涉儀係—種用於量 測波傳干涉現象的儀器，且其通㈣制光波的干涉現象。 8 1285257 這類干涉儀的原理係兩個具有相同她的人射波經過待測體而 產生相互的光學干涉後，會導致滅她部分發生補性的干涉現 象〇 習知技術中的一種厚度量測系統係利用干涉儀判斷高度資訊， 而可進行表面輪廓的測量。在Hongzhi Zhao等人所發表的論文中 (A Practical Heterodyne Surface interferometer with Automatic Focusing，’’ SPIE Proceedings，v〇1 4231，2〇〇〇, p 3〇1)，其主要係揭露 一干涉儀可用以偵測一參考外差訊號與一量測訊號之間的相位 差，且其係將強光照射在待測物表面上，並透過演算而判斷高度資 訊。雖然該參考外差訊號與量測訊號係光束傳輸經過不同路徑所產 生，但這和一般干涉儀是相同的。因為入射光束與反射光束會經過 相同的路徑而達到其目標物，且該路徑係垂直待測表面，這類的方 法有時會被稱作共轴法(c〇mmon-axis approach)或垂直轴法 (normal-axis approach) ° 然而習知這類共轴法之外差式干涉儀技術中，其係透過參考訊 號照射一大範圍的面積，在演算該面積中的平均高度而獲得高度資 訊’因此’待測物表面的粗糙度對於所獲得之高度資訊的精確度會 影響很大。再者，這類共軸法之外差式干涉儀技術的另一個限制係 其無法量測或計算薄膜層的實際厚度參數。 美國專利5,657，124>之透明材料的厚度量測方法(Method 〇f Measuring the Thickness of a Transparent Material)以及美國專利 9 1285257 6,215,556之使用光源解調之透明材料厚度量測方法及其裝置 (Process and Device for Measuring the Thickness of a Transparent Material Using a Modulated Frequency Light Source)中，分別揭露了 藉由光源解調進行外差而達到膜厚監測的技術。在這些習知技術 中，具有一種調制頻率(modulatedfrequency)的光源直接照射表面， 以及可經由偵測分別從上表面與下表面反射的兩道光束而獲得外 插的干涉訊號。在經過每個週期中的數次照射，並比較外插的干 涉訊號與線性調變強度的光源後，可計算出厚度。這類型式之裝 置的缺點係在於其外差计鼻係透過光源的頻率調變而達成以及其 可量測的最小膜厚係受限於光源的頻寬。 其它以兩個不同的光束獲得外差訊號的外差式干涉儀，其兩個 不同的光束分別係具有一種頻率與偏極化的第一光束以及具有另 一種頻率與偏極化的第二光束。本發明中係以Haruna等人所獲得 之美國第6，172,752號專利為一種非接觸式同步干涉光學特性量測 方法及其裝置（Method and Apparatus for Simultaneously

Interferometrically Measuring Optical Characteristics in a Noncontact Manner)與Aiyer所獲得之美國第6,261，152號專利為一種干涉式膜 厚量測系統(Heterodyne Thickness Monitoring System)所揭露之干涉 儀技術為參考資料者。 圖1係顯示兩道不同頻率之光束在一干涉式膜厚量測裝置中的 不意圖’其中运兩道光束係偏極化為相互正交，且在不同的光路伊 中傳遞’並事先經過混波與外差，其係和一般化學機械研磨技術 10 1285257 (OiemkalMechanical Polishing，CMP)中所常用的技術相似。因此， 外差式厚度量測系統100通常包括_化學機械研磨裝置、一晶圓 no以及-光學量測結構，其中該晶圓110係包括基板112以及薄 膜 114 〇 該光學量測結構通常包括複數個用以偵測或量測反射光束頻率 之都普勒位移(Doppler shift)的元件，這些元件包括雷射光源14〇、 混和偏極器143、分光器144、混和偏極器145、偏極化分光器146、 光偵測器147、四分之一波長板148、光偵測器149、四分之一波長 板150、反射器152、以及訊號處理模組154，且該訊號處理模組 154係電器連接該光偵測器147與光偵測器149之輸出端。 在操作過程中，該雷射光源140發射出包含以第一波長傳遞的 第一線性偏極光分量102以及以第二波長傳遞的第二線性偏極光分 量103之光束，且該第一線性偏極光分量1〇2與第二線性偏極光分 量103的偏極化方向係相互正交。該第一線性偏極光分量1〇2與第 二線性偏極光分量103係以同一直線方向傳遞的方式入射至該分光 器144而形成一光束分量1140以及一光束分量1150，該光束分量 1140與光束分量1150入射至該混和偏極器145而再形成一光束分 量1160以及一光束分量1170，該光束分量1160以及光束分量1170 接著又入射至該光偵測器149並形成一訊號12。 11 1285257 前述該第一線性偏極光分量102與第二線性偏極光分量l〇3之 、 傳遞至該偏極化分光器146而形成一光束分量104與一光束分量 - 105。在該偏極化分光器146中，該光束分量⑴4依循一第一傳輸 路徑而形成一光束分量106，且該光束分量⑴6穿透過該四分之一 波長板148而入射至該反射器152，反射的光束分量1〇6會再次穿 透過該四分之一波長板148而形成與該光束分量1〇6偏極性正交的 一光束分量122，該光束分量122會在該偏極化分光器146中反射 # 而入射至該混和偏極器143而形成一光束分量124,該光束分量124 有入射至該光偵測器147。 該光束分量105所產生的第二偏極光分量依循不同於前述第一 傳輸路徑的另一傳輸路徑而形成與該光束分量104垂直的一光束分 量107，並反射離開該偏極化分光器146，且接著穿透該四分之一 波長板150而形成一光束分量109，該光束分量109傳遞至一透明 旋轉載具115。該光束分量109局部自該透明旋轉載具115背部表 面反射以及自該基板112與該薄膜114上表面之間的介面反射，因 此分別反射生成一光束111S、一光束hit以及一光束111B。各個 光束111S、光束111T以及光束111B往回傳遞穿過該四分之一波 長板150後，分別在穿透該偏極化分光器146而形成一光束113S、 一光束113T以及一光束113B，且該光束U3S、光束113T以及光 束113B與前述之光束分量122以同一直線方向傳遞的方式入射至 該混和偏極器145，而該混和偏極器145並輸出該光束分量124、 12 1285257 一光束115S、一光束115T以及一光束115B至該光偵測器147，同 時該光偵測器147輸出一對應的訊號II。另外必須強調的是，具有 一單一頻率且受到該薄膜114作用的該光束分量1〇7以及具有另一 單一頻率且沿著第二傳輸路徑而不受到該薄膜114作用的該光束分 量122，係同時影響該訊號II的形成。因此可利用該訊號II以及 該訊號12的比較，而量測獲得該薄膜114之厚度。 當量測光束經過該第一傳輸路徑的長度改變時，其產生之觸發 •訊號中的訊號II與訊號12將導致一對應的相位差，如第2圖所顯 示。其中，該訊號12係標示為曲線1103，該訊號II係標示為曲線 1105，且該訊號II與訊號12的相位差係表示為Δ0。再者，當該薄 膜114拋光後，使得該薄膜114會有不同的厚度，且造成該光束111T 自該薄膜114表面反射的傳輸路徑改變，並進一步導致該觸發訊號 中的訊號II相位改變。 φ 在量測光束的路徑中，該光束111Β傳輸經過該晶圓，並自該 晶圓的上表面反射。當該光束經過該晶圓的路徑縮短時，該光束 111Β反射後的光束頻率會發生都普勒位移(D〇ppier沾浪）。因此， 該光束ills、光束111T與光束mB會受到光束照射之標的物的 作用，而另外的光束分量122的頻率則直接傳輸至不會受到該標的 物影響而直接入射至該光偵測器。然而，在這樣的操作架構且分離 該參考光束與該量測光束下，該干涉儀的訊號雜訊比會較差，且會 降低量測的靈敏度。 13 1285257 -般習知技術之干涉儀的解析度(resolution)係受限於大約6埃 的尺寸極限，s此，在f知技射，干涉儀無法物薄_密量測 需的解析度，也無法在薄膜改變極小厚度下，進行薄膜的厚度量測。 【發明内容】 為了達成本發明上述目的，本發明統射外差式_厚度計及 其方法係包括-用以量測厚度之光反射外差式薄膜厚度計且該用 以量測厚度之光反射外差式薄膜厚度計包括··一光學光源裝置，其 係用以產生-雙極化齡裂鮮光束；—錄光束賴光學元件， 其係用以傳遞該雙極化的分裂頻率光束，以一特定的入射角入射至 一目標材U-感測H，其制以接收該雙極化的分裂頻率光 束’以及產生-參考值訊號；一第二感測器，其係用以接收該目標 材料的-雙極化分裂鱗光束，並產生—·峨；—相位移感測 器’其係⑽触參考他餘該量職號，以及細該參考值訊 號與該量職狀_她移；以及—f 縣，其侧以透過 該相位移演算該目標材料之厚度。 其中可進-步包括-她移校正器，該相位移校正雜用以校 正該相位移中騎差，其巾«料處理||接_校正_位移，並 透過該校正的相位移而演算出該厚度。 再者可進一步包括：一光柵，其係用以折射該雙極化的分裂頻 率光束，該雙極化的分裂頻率光束係作為一第一級光束，·一第三偵 測器，其係用以接收該第一級光束以及產生一光柵訊號；以及一第 1285257 二相位移感測器，其係用以接收該光柵訊號以及該量測訊號，且偵 測一光栅導致於該光栅與量測訊號之間所產生的相位移，其中該資 料處理器係透過該相位移與該光柵導致的相位移而演算出該厚度。 本發明光反射外差式薄膜厚度計及其方法係可包括一光反射外 差式薄膜厚度計，其係用以量測厚度參數，且該光反射外差式薄膜 厚度計包括··一光學光源裝置，其係用以產生一雙極化的分裂頻率 光束，該雙極化的分裂頻率光束具有一第一偏極化光束分量與一第 二偏極化光束分量，該第一偏極化光束分量係以一第一頻率作震 盪，該第二偏極化光束分量係以一第二頻率作震盪，且該第一頻率 係不同於該第二鮮；-分離光束雜光學元件，其個以傳遞該 雙極化的分裂鮮光以-特定的人射角束人射至-目標材料，該目 標材料具有-表面與-本體部；一第一感測器，其係用以接收該雙 極化的分裂頻率光束，並產生一參考值訊號；一第二感測器，其係 用以接收來自該目標材料之一雙極化的分裂頻率光束並產生一量 測訊號，該雙極化的分裂頻率光束係包括自該目標材料表面反射的 一第一偏極化光束分量與一第二偏極化光束分量，以及其它自該目 標材料表面下方該反射反射的該第一偏極化光束分量與該第二偏 極化光束分量；減-她移，其侧以接收參考值訊號與 4里測訊號，且綱該參考觀驗該·訊狀間的相位移，該 相位移係該目標材料體的厚度所導致。 15 1285257 本發明光·外差式顏厚度計及其方法係包括—反射儀厚度 • 參數量測方法，且該反射儀厚度參數量測方法包括：提供一光學 •光源裝置用以產生一雙極化的分裂頻率光束以一特定的入射角入 射至-目標材料，該雙極化的分裂頻率光束具有一第一偏極化光束 刀里與一第一偏極化光束分量，該第一偏極化光束分量係以一第一 頻率作震盪，該第二偏極化光束分量係以一第二頻率作震盪，且該 第一頻率係不同於該第二頻率，該目標材料具有一表面與一本體 • 部；透過外差該第一偏極化光束分量與該第二偏極化光束分量而產 生一參考值訊號，該第一偏極化光束分量與該第二偏極化光束分量 係分別以一第一頻率與一該第二頻率作震盪；接收來自該目標材料 的一雙極化的分裂頻率光束；透過外差該第一偏極化光束分量與該 第二偏極化光束分量而產生一量測訊號，該第一偏極化光束分量與 該第二偏極化光束分量係分別以一第一頻率與一該第二頻率作震 盪’以及债測該參考值訊號與該量測訊號之間的一相位移，該相 • 位移係該目標材料體的厚度所導致。 本發明光反射外差式薄膜厚度計及其方法係包括一厚度參數量 測方法，且該厚度參數量測方法包括：提供一光學光源裝置用以產 生一雙極化的分裂頻率光束以一特定的入射角入射至一目標材 料，該雙極化的分裂頻率光束具有一第一偏極化光束分量與一第二 偏極化光束分量，該第一偏極化光束分量係以一第一頻率作震盪， 該第二偏極化光束分量係以一第二頻率作震盪，且該第一頻率係不 16 1285257 同於該第二頻率，該目標材料具有一表面與一本體部；透過外差該 第一偏極化光束分量與該第二偏極化光束分量而產生一參考值訊 號，該第一偏極化光束分量與該第二偏極化光束分量係分別以一第 一頻率與一該第二頻率作震盪；接收來自該目標材料的一雙極化的 分裂頻率光束；折射作為一第零級光束與一第一級光束之該雙極化 的分裂頻率光束，該第零級光束係包括一第一第零級偏極化光束分 量與一第二第零級偏極化光束分量，且該第一級光束係包括一第一 第一級偏極化光束分量與一第二第一級偏極化光束分量；接收該第 零級光束；透過外差該第一第零級偏極化光束分量與該第二第零級 偏極化光束分量，以產生一量測訊號；偵測該量測與參考值訊號 之間的一量測相位移；接收該第一級光束；透過外差該第一第一 級偏極化光束分量與該第二第一級偏極化光束分量，以產生一光柵 訊號；偵測該光柵與量測訊號之間的一光栅導致的相位移；以及 透過該光柵導致的相位移與該量測相位移，以計算該目標材料體之 厚度。 為使熟悉該項技藝人士瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由 下述具體實施例，並配合所附之圖式，對本發明詳加說明如后。 【實施方式】 本發明係有助於半導體製程之薄膜沉積監測部分，因此，可使 /儿積工具與擴政爐結合，此外，本發明提供簡單且有效的方法，以 17 1285257 利用延續可見光反射儀量測薄膜l〇 A〜2000 A的厚度範圍，使用本 發明藉由大量的(MTBF)以使用單色光源可得最佳的結果及簡單的 探測圖解，傳統的先前技術光譜反射儀延伸進入此厚度層需要複雜 的运备、外線光源以及反射或反射折射的光學，同時，與先其技術不 同的，本發明不需要如先前技術中上層膜需幾A厚度，此外，感應 器於本發明使用的成本也可比傳統的遠紫外光光譜反射儀的先前 技術還低，且本發明需要更少的量測過程，本發明的運用及技術之 ® 揭露使處理處能夠精準而無誤差的監測在薄膜可感應表面上一區 域或一點的厚度，或大區域尺寸。 在邁克遜（Michelson)外差干涉儀中，妨礙涉及或量側光束分 量有微小的光學頻率不同，傳統上有幾千赫茲到幾兆赫茲，兩者之 間的干涉藉由方程式被表現出來： J = j + 5 cos(△伽 + 彡） （1) • A:直流電分量； B:訊號分量，其係顯示干涉條紋可見度； 4:參考光束分量及量測光束分量之間的相位差；以及 △你·指兩訊號角頻差，且兩訊號之間的干涉係可作為一觸發訊號， 該觸發訊號具有一角頻等於該角頻差。 18 !285257 當量測光束分量經過一光學路徑長度改變，圖2之表中該 觸發訊號將經歷結合相移動被描述出的模擬結果，如： △卜(kx&O/A此，量測觸發訊號1〇3的相位被描述為△推改變從涉 及觸發訊號在光學路徑的該量測光束分量長度。 本發明下提供簡單的外差反射儀薄膜量測的方法對應於先前技 術之缺失，提供可將薄膜精確的量測出A單位膜的厚度之方法，此 魯外’因為正弦波被使用，相移轉量測可即時的被了解，圖3A中係 描述本發明的特徵，使本發明能更完全的被了解外差反射儀運用於 量測薄膜厚度。 圖3A係一外差反射儀運用於量測薄膜厚度符合本發明最佳實 施例之圖表，如本發明需要描述可靠觀點，區域3〇1將被描述如圖 3B，係光束分量到薄膜的相互作用的放大示意圖，一外差反射儀 300包含的光學機制，係作為以一入射角α入射至一薄膜314與一 Φ 底層312的一光束分量303。 該光束分塁303於分閘光頻中包含有兩相互成正交態樣之線性 偏極化光分量，如，在ωαη(1ω + Δίϋ分頻中各別為s*p偏極光束 分量，Δω在此大概為接近20兆赫茲，其不僅可被效仿且在本發明 之範圍外其他分裂頻率可適用，為了產生此光束分量可能的光源 320，如，則曼效應分匣氦-氖雷射，單一模式雷射源的光束分量可 選擇性的被分開成兩分離之光束分量或是兩個分離的光束分量之 19 1285257 頻率變成到一預定之頻率，例如，Acousto光學調節器，該分妒頻 率光束分量可在有薄膜314的影響下重新結合，用任何合適的光學 元件改變先所提及光束分量的路徑，如圖上所描述，一對三角菱形 柱（光束332及光束334)入射光束分量303直接入設至薄膜314， 並且從薄膜接收到反射光束分量305，但，可任意地可保留光束分 量的極化之時指導這條輕路徑的任何合適光學元件，例如，光源32〇 可被引導在一個入射平面（在入射角為仪下），使用鏡面或其他反 鲁射光學元件，或選擇性地保存那時定位以發動預定極化纖維結合光 束分量的入射角。 然而’在先如技術的刻板對比中，兩個光學頻率路徑係沿著單 一路徑與薄膜相互作用，即，量測光束分量的該S偏極化光分量與 P偏及元件大致是同一光束分量且幾乎為同轴的，此外，從s偏極 化光分量與P偏極化光分量照亮範圍在薄膜314的這目標位置大約 是同時的。 本發明之外差反射儀之主要功能是從一量測相位移么‘計算實 際的相位移Δ0，該量測相位移△念是參考相位訊號7^與量測相位 訊號/het兩者間的相位差，即，該觸發訊號之觸發從非反射路徑（該 參考訊號）及反射路徑獲得，為了量測出可避免誤差和精確的薄膜 層厚度办，該相位差Δ0是有必要得知的，因此，需要兩個訊號檢測 器來測出量測相位移△“，一個係用以偵測/產生偵測/產生入射訊號 /ref及另一個係用以偵測/產生偵測/產生量測訊號/⑽。 20 1285257 一訊號感測器340從混合偏光板504自動檢測該分匣光束分量 304 (參考光束分量），該混合偏光板5〇4係混合有S及P極化的 光束分量304元件，該光束分量304先前係由薄膜314反射出的， 且產生參考訊號/ref 342，以指示出光束分量304這階段的相位為#， 感測器340可以是正負二極體感測器（pin感測器）或反應有觸發 頻率的光感感測器，及產生具有(ω + Δω)|觸發頻率的參考訊號 /ref342 〇 另一方面，訊號感測器350從混合偏光板355讀出反射光束分 量356,該混合偏光板355混合有光束分量305的S及P極化元件， 在和薄膜314交互作用後從反射光譜334傳播，訊號感測器350產 生有量測訊號7^352，以指示處光束分量356這階段的相位為 多+△#，且從參考訊號/ref的相位得知相位差△#，感測器35〇可以 是監測反射光束分量356及產生外差量測訊號/het的正負二極體感 測器，此時也具有Δω的一個外差角頻率，量測訊號⑽及參考訊號 人ef分別可描述於如圖18的訊號區1802及1804，連同外差相位差 △‘(=D 〇 在△(&量測相位差感測器362收到訊號352，該相位差感測器 362與量測具有參考訊號fref的外差量測訊號比較決定出量測相 位移△<’由薄膜314厚度決定向位移0，且相位移的總數量與幾個 因素(校正參數)有關，包含有薄膜314的厚度，被監測的薄膜折射 率及較高的相位移。這些因素之間的相關性將更具體的討論，無論 21 1285257 如何，從正確的相位移△私經由資料處理器360而決定一個準確的薄 膜厚度df, Δ0是可從量測相位移△么獲得。然而，由於量測相位移 有固有誤差，至少於更高相位移時，必須再透過校正_相位 移’才可獲得其精確的厚度量測結果。 在這裡可以理解資料處理器360可以根據特定的運用採取許多 的形式，反射儀感測器340及350或ΔΙ量測相位移感測器362經 常被電性連結在一電腦上，以即刻處理同轴晶片處理的資料，然 而，依據其他代表實施的反射儀系統為了即時儲存及處理監測資料 有内部資料處理器和/或分離的記憶資料可先被安裝，根據剩餘的代 表實施未藉由一常駐在該晶片處理設備的資料處理系統掌握量測 反射儀的資料，在這情況下，晶片處理固定件執行包括厚度計算的 全部資訊處理，照樣，資料處理器360描述一般的資料處理器360， 其可包括有離散固件和硬體的部分，這些部分通常包含有量測相位 移校正器366和厚度計算器368，資料處理器360可選擇性的包含 誤差修正資料儲存器，將在下面討論其操作。 更特別地，Δ螽相位移感測器362從該外差感測器及量測相位 移Δ么兩者間得知參考訊號/ref 342及外差量測訊號/het 352，相位移 感測器可為發現探查相位探測參考訊號及量測訊號的任何相對點 適當機制，然而，此等蓋善之處分別揭露於圖25及26A-26D。 22 1285257 雖然沒在圖表上描述，但是相位移感測器362也可配置具有進 入波長輸出輸入介面和/或有利於訊號發現的震盪頻率資訊設備 一旦量測相位移△‘被檢測出，為誤差修正傳給△‘量測相位移 校正器366,在量測相位移Δ‘方面的誤差可許處於更高的相位移， 但修正該誤差被是能夠把一個具有適當的校正參數條件之多項式 功能應用於△<，當討論相對應的圖 '圖1〇將變的淺顯明白，為特 別的薄膜折射率取得該校正參數，再者，△‘校正器366為完成誤 差修正计舁需要某參數資料，這些資料包括源波長，該表面薄臈 的折射率nf，和該入射角α，α將典型的襲擊一個條件，α =⑻❶，勝 於精確的在布魯斯特角度的源波長和薄膜折射率nf，其將在下面討 論原因。 隶後’办厚度汁算器368從校正器366得到修正相位移 和计算有被診測薄膜（如薄膜314)的一修正薄膜厚度。 办厚度計算器368可選擇性的從相位移感測器362直接的 得知量測相位移△么於是從儲存器364代數的拿具有薄膜厚度修正 資料修正該量測該量測厚度，該薄膜誤差修正資料或一對照表 (l〇〇k-Up職;LUT)，薄膜314基於折射率％預先載入於儲存 器 364。 儘笞另一個選擇在離散量測相位移值做索引的儲存器364中要 儲存修正厚度值办的表，在這種情況下，當從相位移感測器3泣得 23 1285257 知△么時，厚度計算器368從儲存器364重新得到一修正的厚度值 及輸出值。 目刖的方法從薄膜的表面依靠輻射性的各向異性反射，因此， 口亥外差反射儀e又備最理想的配置其入射角是接近於布魯斯特角 (Brewster’s angle)，如下所述，在個別薄膜的折射率檢查下，布 魯斯特角達到對薄膜相位移的最大靈敏度，在布魯斯特角情形下， 薄膜表面反射的p偏極光數量是零或者最小限度的，因此，從感測 器350的訊號352具有豐富的薄膜厚度資訊。 然而，當一個實際的事情，可為了與一特定處理設備合作半永久 設置在一監測系統的光學部分（例如：目前入射角為60。），在那 些系統十，對精確角度調整也許是困難或不可能的，然而，如下所顯 示揭露’將描述本發明的優點是在大約為布魯斯特角的範圍中為特定 薄膜的折射率可量測高精確度的厚度量測法。 此外，除從薄膜表面的各向異性反射外，反射各向異性現象在 薄膜本身和底部的薄膜表面或底層被呈現出，其以被假設該薄膜材 質和較低的介面就S和ρ偏極而言各向同性，然而，這>(段設就每一 溥膜類型不一定是正確的，可參考Τ· Yasuda，「Optical Anisotropy of Singular and Vicinal S1-S1O2 Interfaces and Η-Terminated Si Surfaces」，J· Vac· Sci· Technol· A 12(4)，1994 年 7 月 /8 月，第 1152 頁和 D. E. Aspnes，“Above-Bandgap Optical Anisotropies in Cubic Semiconductors: A Visible-Near Ultraviolet Probe of Surfaces/5 J. Vac. Sci· Technol· B 3(5)，1985 年 9 月/10 月，第 1498 頁，因此，再這些 24 1285257 情況下該«表面和/_絲呈現重要的各向異性的反射比，完美 的入射角度係介於法線入射角和布魯斯特入射角之間。 更制地，在薄膜全部的範圍下有上表面，薄膜介層和/或表面 底層可各向異性的反射/吸收，在薄膜絲面上，由於雜耳 (Fresnel)反射在量測域中引起—她移，基本上為推理及基本 討論有關依靠布魯斯特角的一偏極優先的反射超過另—個偏極，一 般而言，其可直接適用於多數的薄膜及提供大訊號的干涉，然而， 在薄膜表面上穩也許可促成各向異性的反射而提高她移，該薄 膜介層也刊起她移，尤其是具有雜區__，例如：磁碟 儲存裝置和麟的細（如CMOS的電容H)，在舰表面的底 層，例如介於薄膜與底層之間，除鐵電的薄膜外，藉由水晶方向或 耆色於水晶晶格結構而引起相位移。 透過例子，在法線入射角中就S和P偏極的各相異性反射而言 已經呈現SiCVSi薄膜的一個較低介面，假設一表面上和大量的 Si02傳導體在法線入射角是等向的，基於薄膜的厚度在量測訊號中 可引起相位移，然而，在這種情況下，該位移的引起是藉由從較低 介面的各向異性反射而非薄膜表面，在這雖然光束分量可到表面是 直接正常的，而非這以固定的角6〇。，描述的方法將應用吸收和反 射此外，適用於知描一晶片經過一表面產生一圖像，如一個半導 體晶片的表面。 25 !285257 仗薄膜表面關於各相異性反射回到更一般的情形，從下面討論 將理解，為外差反射儀系統300聯繫外差反射移入射角，和改變在 檢視下的薄膜折射率叫，光源的波長；L，因不同的薄膜有不同的折 射率，該角度α可被調整符合改變的索引，如果這希望，為了修正 外差反射儀系統300的入射角，基於各各被檢視的薄膜折射率，是 必須提供一方法，可由操作平台31〇完成和/或完成光束332、334， 例如，光譜332及334可配置於具有兩自由度，一是關於與由光束 分量303、305和薄膜314的法線向量形成垂直入射平面的轴心， 和平行法線向量表面成平移運動方向，光譜332、334可選擇性的 對於一方向為垂直的入射平面有一個旋轉自由度且此時平台31〇在 法線向量上有一個平移運動自由度，該光譜332、334和平台31〇 (此描述的是平台315，薄膜314及底層312)隨剖面線起運作將 被描述於最後的實施例，該剖面元件呈現入射光束分量3〇3和對改 變不同的入射角〇得知的反射光束分量3〇5，反應於在折射率質的 改變，然而，如同在上面和在下面，使用一個允許的入射角度 (α= 60°)是有利於在布魯斯特角為薄膜及光源配置精確的入射 角。 睛觀看圖3Β，相位移的來源是由於薄膜314，為透明度從ρ偏極 光束分量被描述分離於s偏極光束分量，入射光束分量3〇3由s偏 極光束分量303s (有一光學角頻為和？偏極光束分量3〇3ρ (有 一光學角頻為ω + Δω)形成相互垂直之態樣，兩部分3〇3s、3〇3ρ 26 1285257 以對於薄膜法線向量角度為入射角，在薄膜314的表面，光束分 量303s的一部分作為反射光線3〇5-ls (如下所提：l⑻），而另一 光束分量303s的其他部分在折射角p為折射於薄膜314，然後折射 離開底層312和作為折射光線3〇5-2s (如下提及··匕(的）折射離開 溥膜，同樣的，光束分量303p分成反射光線3〇5-lp (如下提及： 〜(切+ △的）及反射光線305-2ρ (如下提及：L(料△〇>))。 计鼻基本的薄膜厚度用薄膜更加敏感最優化的輕交互作用，以提升 外差相位移△‘，目標在於從參考訊號盡可能增加外差訊號的相位 移，即，增加△‘，在本發明中，為同向的薄膜和底層，藉由有效的 入射角完成，因反射光束分量由反射和折射的s*p部分光線組成， 有利於一偏極部分從另一個薄膜表面有較大的反射光線部份，因為 把分裂頻率的s和p偏極光用作量測，可能修正入射角以以得到此結 果，隨著技術被了解，線性偏極光將呈現為源波長設定從入射角到 布魯斯特角的結果，在布魯斯特角狀態下，事實上整個1)偏極入涉 部分光束分量303ρ有微量的光線305_2ρ折射進入薄膜，即便要， 當光線305-lp被反射，相反地，處於布魯斯特角，s偏極入射部分 光束分量303s，觀察重要的反射當光線3〇5-is具有輕易穿透薄膜如 反射光線305-2s —般，因此，角度^可被適應的以致於更多的偏極 光部分不反射，但幾乎在薄膜中折射，因此，混合這光線後，隨之 而來的光束分量由於從薄膜表面反射s偏極光束分量不均射部分必 要時間以增加路徑距離的移動，Ad = 2df^jn2f-sm2a。 27 1285257 為了同相的薄膜和底層，最理想用於光束分量303的偏極部分是線 性和其他已遍及討論的互不相關，然而，橢圓形偏極部分也將產生 類似的厚度引起相位移，雖然有些減少，因此，依據本發明的其他 實施例，光束分量303的分裂頻率是橢圓形偏極。 根據本發明，高敏感厚度測定藉由使用偏轴照明接近外差偏極訊號 來實行，本明的這方面當反射角接近布魯斯特角時從薄膜的表面上 依靠電磁輻射各向異性反射，將提出先前技術通常或正常轴心利用 這個方法的原因直接在下面，但是，底層呈現在法線入射角中重要 的各向異性的反射比時，人射角可能在法線向量人設的情況應該被 判別出。

(2) 為單一薄膜堆，該s偏極反射比為

(2) ⑶ ⑶ p 同樣的，p偏極反射比為 rP^r2pem sin2 a xd 28 1285257

是薄膜厚度的相位移； α是入射角； Α2薄膜折射率；及 d薄膜厚度。 =(r〆·奴 +r,_)XC0S45o 當混合兩偏極時，由感測器感測的反射量的合成可被寫成： reff =(rse^ +rpei(a,+Aa,)t)xcos45°

ReJ=^X^e/X(COs4S〇)2 功率反射比為

Refr=reffXre/X(COs45°)2 hr試感測器的反射量的合成；和 ~#*是的共輛複數。 ⑷ (4) ⑶ ⑶

29 1285257

Reff = + rl + lrur2s cos 2δ i rx\ + r^p + 2ripr2p cos 2S ^ 1 十 r〉22s + 2rlsr2s cos 25 1 + rt2pr22p ^ 2rlpr2p cos 2δ 2[(l + αό )g + 6c + ^ + (l + ab )/]c〇s( Δ ωί) 1 + α2 + 62 Λ-lab +a2b2 + 2{a + b ^ a2b ab2 )cos 2δ ^2ab cos Αδ 2[ag + (l + ab)c + af ]cos( Αωί ^ 2δ) 1 + a2 + Λ-lab +a2b2 ^ l{a Λ- b + a2b Λ- ab2)cos 2δ + 2ab cos 4S 2[bg + (l -l· ab)d + bf ]cos( Αωί - 2δ) l + a2 + 62 + 2α6 十 β262 + 2(α + 6 + fl2厶 + α厶2 jeos 2J + cos 4厶 lac cos( ί^ωί AS) 1 + a2 + fe2 +2ab +a2b2 + 2(a + 6 + a26 + 2 jeos 28 Λ-lab cos 4S 2M cos( — 45)

1 + a2 -ffe2 + 2ab + a2 b2 ^ 2{a + b -l· a2b ^ ab2 )cos 2δ + lab cos 4S

其中 a = rlsr2s， b = rlpr2p， c = rlsr2p， d = rlpr2s， f = r2sr2p， g = rlsrlp 在方程式（2)、（3)和（4)帶入方程式（5)中，可作為這樣的 表達：

R _ r\2s+r2s+^rlsr2scos 2δ , rxP^^p^2rXpr2pcos2S 一 : r " I τ r-1——

€ff l + rur2s ^2rur2s C0S 2δ 1 + r\pr2p + 2r\prip COS _2[(l + ab)g + be -l· ad + (l + ab )/]cos( Αωί)_ 1 + a2 -l· b2 + lab + a2b2 + 2{a Λ- b + a2b + ab2 jeos 2δ + lab cos 4<J _2[^g (l-l· ab )c + af ]cos( /S,ot + 2δ) _ 1 + β2 + + 2α& + a2b2 + 2{α ^ b \ a2b ^ ab2 jeos 2S + lab cos 4δ _+ (l + ab^d + bf ]cos( ί^ωί - 2δ) _ 1 + α2 + b2 + lab + a2b2 + 2{a + b + a2b + ab2 jeos 2δ + 2ab cos AS + _cos(厶价 + 45) 1 + a2 +b2 ^2ab +a2b2 + 2(a + b + a2b + ab2 )cos 28 ^ lab cos AS _2bd cos( Αωί-4S)_ 1 + a2 + 62 + lab + a2b2 + 2{a + b + a2b -l· ab2 jeos 25 + lab cos 4δ + + ⑹ 其中，a = rlsr2s，b = rlpr2p，c = rlsr2p，d = rlpr2s，f = r2sr2p，g = πα 首先方程式（6)的兩條件藉由8和p偏極光表示標準的零差反射比， 為了給定波長和薄膜厚度，這些條件提供不變的直流值給功率反射 30 1285257 比，接下五個條件產生於混合偏極時從s和p偏極光一致增加外差 反射比。 相位非藉由厚度的景彡響，是僅僅藉由決定第三個條件，另一方 面，當薄膜厚度改變時包含cos(^tt⑽和c〇s⑽·^可使觸發 訊號的相位偏移，在傳統的外差干涉儀，量谢目位移將與路徑長度 或厚度變化直接成比例，然而，因為方程式⑹的非線性自然性質， 該量測相位移只是厚度改變的表示而非直接的量測。 有趣地，W和J兩者促成相位移，因此，一零相位移為任衬厚度 改變出現在法線向量的入射角，此由類比的結果證實，此在法現向 量的入射角時藉由證實被推斷（即，先前技術的同軸入射角）， cos (△欣+2勿的係數是與cos (△攸_2勿相同且(△從料勿的係數是與 cos(Δ你-4句係數相同，因此，一個值藉由被另一個值平衡導致相位 移。 圖4係強度與類比結果的時間在法線向量入射角(α = 〇力。)之示音 圖，從圖表可知對lOOrnn的薄膜而言，大量的訊號曲線4〇2，以參 考訊號校準，參考訊號曲線404，即，為l〇nm薄膜量測訊號和參考 说號在法線向ΐ入射角是一致的，此外，量測薄膜的厚度不改變這 結果，為50nm薄膜的大量量測訊號406相似於lOOnm的薄膜，也 與局部的訊號曲線404的平面圖一致，即，為50nm的薄膜量測訊 號和參考訊號在法線向量入射角是一致的。 31 1285257 相對地以法線的轴心模式，在離開轴心的一對係數(cos(△欣土2勿和 cos (△放土4句)是不同的，因此，在等向的材質使用外差反射儀有可 能觀察及ΐ測厚度引起的相位差。 圖5係強度與類比結果的時間在入射角度取2〇·〇。（α = 20.0。）之示 意圖，由圖可知，為l〇〇nm薄膜的量測訊號的平面圖504是由參考 訊號相位移，訊號曲線502Δ^(=Δ(υ。

然而，在入射角為α = 20·0。下，為l〇〇nm相位移△辨度變化是十分 小的，因此，該外差反射儀的架構應有效的對厚度更加敏感以更有 用於即時薄膜厚度/變化監測。

假設在賴表_人射角度是布魯斯儲，.p將近近於零，換句 話說’藉由選擇入射角以致於α在布魯斯特角上，僅僅反射該s偏 極光束分# ’大部分的該P部分將騎進人_錄薄膜的底層介 面上反射’關於等離子區侧或沉積處理，料arctan (响P)供給布 魯斯特角’其中’ ％是在一個處理過_的氣體折射率，而叫是薄 膜表面上的騎率，在這情況下，方程式⑴可重寫誠如： …2— 1+〜 -中，a - rlsr2s，b = Γιρι*2Ρ，c = rlsr2p，d risrlp 32 1285257 上所述之等式，有相位資訊的外差條件是由於需要〜⑽and b㈣_條件_致增加，這與傳統的外奸涉儀和從該量測光束 分量組合分離的參考光束分量有些相似。 圖6係強度與類比結果的時間在兩個不同義厚度於人射角度取 6〇。（以=動。）之示意圖（這應該可被了解入射角度《設定在_。， 即使許多的布魯斯特肖更接近於57。），從圖中可知制訊號曲線 602⑽nm的薄膜）和量測訊號曲線6% (5()nm的薄膜）兩者從 參考訊號、局部的參考訊號曲線6〇4和從兩者是有效的相位，圖5 顯示出入射角為60。監測相位是有效的大於入射角為2〇。，排除包含 (△抓勿的條件可使技術對薄膜厚度變化更敏感。 一旦外差反射儀架構有效的對厚度更敏感，從相位移決定厚度的計 算可以被制定’傳統的外差干涉儀中，測量相位移和在光束分量路 徑差的對應的變化可用下面的方式被計算出， 其中，Δ0是量測訊號/het有關於參考訊號/re/的相位移；是相對應 的光束分量路徑差；以及又是外差照明光源的波長。因此：

Ad = ΑφΛ / An (9) 在外差反射儀中，因卸=2荷口心竿，薄膜的厚度可由

A 下列的等式表達：

d J <4^x Vw2 - sin2 a ) 33 1285257 假設使料式⑹’從G到lGGnm(l_A)的薄轉度相引起對應 的外差反射訊號’然後，每-訊號的相位移是那時對參考訊號的參 考估計，從估計相雑，使用等式（10)是預料/計算相對應的薄膜 厚度值。 該量測的厚度被比作為輸入厚度，量測厚度和輸入厚度兩者間的不 同是在量測相位移A‘的誤差方程式··

ΑφΜx#-sin2a m Λ (11) 其中，△‘是量測訊號/het有關於參考訊號的相位移d是從量測 相位移計算薄膜厚度；《是薄膜的折射率；α是入射角；以及A 是外差照明光源的波長。 圖7係在入射角為60。時計算出的薄膜厚度與真正的薄膜厚度兩者 間的對照不意圖’從對照曲線7〇2，預先的厚度符合輸入厚度與曲 線702疋呈線性的’薄膜的厚度增加到大約謂人是可被了解的， 此外3〇0 A的厚度’誤差在預先值在非線性比例隨著厚度增加，圖 8係誤差與輸入厚度的示意圖，在一薄膜的真實和量測的厚度兩者 間具有大量的誤差描述的誤差曲線8〇2。 從圖6和® 7，察覺大量的誤差增加到300 A是零或可忽略的，但 疋除了々差錢的增加，然而，為了使這誤差量化和移除誤差計算 a式’為了抵銷無差的_個機制是透過誤差曲線觀適合一更高階 34 1285257 的多項式方程式，藉由使用該多項式方程式的係數導出真正薄膜厚 . 度和計算的厚度，計算出量測相位移和真正的相位移⑽能夠 決定在厚度計算出誤差，然後，透過在厚度計算中完全的包含多項 式誤差方程式（即，修正的量測相位移△〇,薄膜厚度的期望值 (即，真正的薄膜厚度）可被得知，可選擇性的，一估計厚度透過 代數修正相位移量測法得知直接的增加一厚度誤差修正值至該估計 厚度。 # ® 9和圖10為對於找到薄膜厚度入設角度為6〇。的證明正確的誤差 計算，曲線902由- 632nm雷射呈現，該估計厚度結果在該誤差修 正後是非常精準的提升700 A和直到900人範圍，僅僅在估計厚度 值後超過_ A厚度誤差修正即帽，相1G的曲線臓，對於 -404mn餘誤差修正結絲是精麵甚至超過伽632肺雷射的 900 A厚度障礙。 • 從上面的討論’對於薄膜厚度最精_結果是當對於薄膜層表面的 折射率被得知就可明顯的獲得，從上對於假設的結果，可被證明外 差反射儀正確的安裝在低能2GGnm區域確定細厚度是非常有用 的’在薄膜厚度大於300 A可達到精確的厚度結果，藉由決定一誤 差修正從該項位移厚度計算而得的，依照本發明之實施例，前提決 疋厚度/相位移的誤差’隨著預定的修正，後來在原處監測薄膜厚度 可及時完成和在晶圓處理期間的正確厚度。 35 1285257 θ η係财為—相位移修正的多項式方程式決梅根據本發明 的實施例蚊外差她移制法的_圖，透過選擇有單—知名的 折射率和複數個知名的_複_準的晶_始流程（步驟 U02) ’崎㈣是公隨崎於厚度誤差修^項式方程式 係數將是狀峨，轉—鮮辦生產達到確 保精確的厚度職繼是同—__層的触，傳統地，單

1 NIST可追觀化晶_目狀可在錢崎鱗和薄膜 厚度’但知道财舰-般知道的騎轉滿足任何晶圓，對於一 傳統_侧或沉積過程，該被選擇㈣標準晶_膜厚度從ι〇 A在每5 A增加到1〇〇人。

其次，入射如為基於著名的標準薄膜的折射率#在照明光源的 波長的外差反射儀系統被修正（步驟贈），對薄膜的反射率，最 理想的入射脑該是盡可_被設定接近於布魯斯特角，然而，可 靠的監測线不能被設£，但是被先前配置_内定人射角（如 以=60〇)，因此，修正該入射角到布魯斯特角是不可能的，不過， 已經發現許多商業可⑽薄膜有布魯斯特角在不超·定入射角 α-60。的一些度數（傳統地是小於⑼。），因报多系統在内定角度被 先前配置，由於訊號干涉的附加誤差可忽視，因此，在預定的内定 角度（即a=6G。）有概得到射項是方程式的絲，而非精痛的 布魯斯特肖的4膜’在此方φ，該係數將合適於先前配置系統有一 内定入射角α=60。，且這些結構系統能夠完全的適用入射角度為 36 1285257 ㈤。，的内定值，雖然比為薄膜的布魯斯特角精微高一些，從誤差地 調整該入射角在厚度量測誤差結果以充分地了解更多誤差，或對該 入射角使財適當的多項式方程式，除了從布魯斯特的薄膜的角度 離開一點度數。 在操作方面’在該外差反射儀系統巾該分_率偏極的光束分量是 反射離開薄膜，導致外差量測訊號/het的生成，對於每一心晶圓和 -參考訊號/rcf(步驟11G6)，量測訊號將從透過—總數關於薄膜厚 度的該參考訊號形成相位移。該量測相位移是從對於每一個 該標準㈣·的參考訊號4f_位和量測峨4雨絲決定（步 驟圓）’隨著量測相位移的資訊，_個6次多項式方程式的係數 可被決定_在估計厚度誤紐制她移U纪知的厚度 —和已知的折射率„f而得知（步驟㈣），使用相位差別法可被 完成的’例如等式（11) ’從晶_該已知厚度鎬和已知折射率 V發現真正的Δ彡’接著，該6次多項式方程式對於修改固有的誤差 在Αί^ι内適用於量測相位移，而找到真正的薄膜厚度。 基本上’該誤差修正多項式方程式可被使用在為獲得一精確的薄膜 厚度的-至少三方法，首先，該多項式方程式可直接的被載入資料 處理系統和從量爾目位移實施在錄騎誤差修正估算厚度的 厚度計算’該多項式方程式可選擇性地為產生一預先設定的厚度誤 差為產生—預先設定的厚度誤差修正可制，可被編輯在—表上和 結合具分離的量測相位移值△‘，誤差修正厚的的資料設定可隨意 37 1285257 的以多項式方程式產生和—薄斷算，取代厚度誤絲正，且也再 表上作索引給分離量測相位移△‘值，假設厚度誤差修正的表被編 輯’再操作該資料處理_從該量測相位移計算-量測厚度 A ’且在從具有該表的—適當的厚度誤雜正在誤差△‘内修正， 假設該誤差修正厚度資料可選擇性地被賴，該資料處理器僅僅從 每-量測相轉的麵得該峨轉出—誤絲正厚度量測法，因 此’排除對資料處理糾必要性輯行厚度計算。 這裡乜正係數在物理機器可被取得也是可被理解的，也許不好說 明其他設備，即，_—魏_雜正可真正職鱗，即使兩 個被同時較m赖，騎該她㈣錄正乡項式取得的 錬也疋’至少部分地特定的儀器，因此，理想的從相同的設 備應該被養成對量測_厚度的使用，然而，可由制—套確認晶 圓的薄膜厚度證實對-特定產生設備的該合適的_套係數，具有一 薄膜的每—個確認晶圓在監__範_有共_折射率和薄膜 厚度，破認、晶圓的折射率應該與該空空的薄膜相似。 關於A 6 式方程式過程縣開始讀取資料處職先前的 儲存器去開始生產運轉，其中為了獲得對於每—量測从的及時修 正一賴厚度計算器可實施，從產生誤差修正厚度（步驟1112)， 該6次多項式方程式為了未來的使用而可選擇性的儲存，因該套係 紐得誤祕JL厚度絲的祕性是可依_射率〜和該設定參數 38 1285257 使用於量測該標準晶圓（即，該源波長;ι和入射角α)，指數資訊鹿 該與該該個別的修正係數而保留。 具有兩者之一可選擇性的厚度誤差修正或物差修正後度的一對照表 是為了立即的直接使用儲存或載入於儲存器中（步驟1112)，如同 有誤差修正多項式，該參考折射率和架構的參數應該被儲存於該對 照表。 • 如上所述，預計許多的情況的外差監測設備將不被設置，在這情況 下，必須定義一適合的多項式方程式基於折射率和在專門的結構上 預設的結構參數，雖然預計許多監測系統將有通常值，即從。和 乂 = 404 nm或632 nm，其他的也可能存在，就末端來說，將被體 會到有一複數套可用的修正係數，是合於普通的結構參數值，到這 些系統將大大地增加該外差反射移薄膜後度量測法過程的可應用 1*生因此’考慮-個選擇的實施例，對於該多項式方程式的複數套 • 修正魏可被獲得，前提，.-特定賴射率和-結構參數值範 圍使用結構監測系統，即，波長和人射肖，藉由在圖u的流程圖中 反覆透過該鮮過程描述和除了從薄朗布魯斯特角财卜對角度重 新安排是可實現的（參閱步驟11〇4)，可為每一結構參數值的結合 找到對應於多項式方程式的分離設定修正係數，就每一個折射率而 响對於一個特別的生產設備一套適合的係數藉由在一套確認晶圓 ’ σ生產/瓜#王上5測/證實已知的厚度使用已被證實，以類似 、、、。正係數的裝置可藉由重複的透過該標過程使用光源有不 39 1285257 同的波長也只不同的源波長，因此，不久描述本發明適用在後度量 • 測法中沒有犧牲正確性而可適合不同的系統結構。 • 本發明健_透職錄正厚財«驗贿助高準確薄膜厚 度的汁异，如同上述簡短的說明，本發明一非常有用的應用在晶圓 ⑽或沉積過轉等_完歧時賴厚度結果。 圖12A跟圖12B係依據本發日月的實施例從外差反射儀訊號獲得一致 • ❸同準確薄膜厚度計算法之流程圖，財法藉由決定-晶圓的薄膜 層表面上的-最初折射率W/開始，即，一生產晶圓（步驟12〇2)， 其次，對於該薄膜折射率和載入系統儲存器的方程式可定義一套 對於6次多項式方程式係數（步驟1204)，如果該系統是被先前設 定在-已設定的人㈣，該套修正係數也必須在該參考人射角的基 本上而選擇，因為不能調整該系統入射角。 該多項式方程式在該量測相位移△么而使用修正誤差，曾修正過 的被使用來計算正確的薄膜厚度办，然而，一般獲得誤差修正薄 膜厚度可藉由兩基本步驟之一討掄上而決定：藉由使用該多項式方 程式敏感的決定該修正薄膜厚度，或藉由前計算厚度誤差修正或以 一對照表修正厚度值，該厚度誤差修正是使用至修正量測厚度值心 從該量測相位移△‘而獲得，修正厚度值可選擇性地在基於一量測 相位移的表可間單的被對照，在最後任何一種情況中，具修正資料 的對照表是適合於該薄膜被載入於系統儲存器的折射率埘（步驟 1204)，假設該外差反射儀監測系統可設置’然後可基於結構參數 參考方程式而重新設置（即，該光線源波長乂和入射角α)(步驟 1206)。 預計一個傳統的生產流程將組成很多的晶圓，每一個有一合適的薄 膜折射率，因此，先前所述步驟在一傳統的生產成流程中需不能重 複隨後的晶圓，現下厚度量測法可被進行。 在反射儀表載入一晶圓（步驟1208)和圖3Α描述有關上面描述發 光於該光束分量，從該薄膜層的該反射參考和量測光束分量是分別 的被察覺和改變參考訊號/ref和量測外差訊號/het，在Α4 (量測相位 移）感測益中獲的说號/het和/ref (步驟1212 )，其次，為具有 修正係數的誤差使用該多項式方程式而修正（步驟12i4)，隨著修 正相位移Δ0，修正薄膜厚度办可被決定使用一個標準的厚度計算， 如同等式（10)(步驟1218)，例如，端點演算法和輸出。 回到步驟1212，如同提到步驟1204，量測相位移^<在該厚度計算 可取代被，但誤祕被完成果，制厚度‘，該厚度誤差 可以藉由應用-厚度修正到4而排除（步驟1216)，在此情況下， 厚度誤差修正資料設備將被載人儲存財和分離的厚度修正值重新 獲得如必縣於·她移紙轉正細厚度那岐輸出，該套 誤差修正厚度龍仍可麟性賴从贿μ，祕錄量測相 1285257 位移取出厚度值’因該厚度資料將被重新處理和指示至量測相位移 而該厚度計算不需要被執行。 假設使方法沒有停止，流動從步驟重複制所有厚度量測法對 於晶圓都完成（步驟_，當完成時，可能對其他晶圓的製造檢 查（步驟1224)，假如冑兩相稱，該過程開始藉由載入新晶圓到反 射儀表和謂轉上，因為該錄沒有改變，即獨修正多項式和 鲁該系統結構，然而，如果該折射率從該新晶圓和先前晶圓不一致， 然後目前該套的修正係數事不適合的和選擇一不同的修正多項式方 程式，如果贿設Ί統是可_的，該反射髮鋪該為該新折 射率而重新配置，因此，該方法再從步驟1202開始，不論哪種情況， 該量測如同那樣繼續在上面描述直到該最後的後度量測從在流程中 最新的晶圓被獲得，此時方法結束。 上面討論在單-層中是有影響力位於中心的，薄膜的應用，然而， # 如同下所證明，該誤差轉變可被延伸至複數指令，雖然假設最初更 多複雜的指令需要兩雷射波長，且兩分離厚度修正對於厚度間距的 衫響必然地是需要預估正確的厚度，該結果為監測替代2〇〇〇人下的 薄膜厚度而提供。 圖丨3係具溝狀部之多層堆疊結構之示意圖，藉由與申請在測試制度 中類似這些調查，結構1300 —般包含有光阻層丨314，底部抗反射 塗佈層1316,氧化層1318和矽基材1312,對於假設目的，結構1300 42 1285257 被分離到A和B兩區域，區域B在溝狀部132〇側向光阻層i3i4 和底部抗反射塗佈層1316描述結構_的部分，因此露出氧化層 1318的表面，區域A是結構1300的部分在光阻層1314的表面被暴 露，兩區域廣大的反射能力可被計算使用在獨特的矩陣方法，因目 月丨J的外差反射儀使用空間一致的光束分量，為了計算結構的放大反 射比這些反射能力清楚的被加起來，當其他兩層的厚度被維持不變 光阻層1314的薄膜係可不同的從〇到2000A，當光阻層1314的厚 度在區域A中被改變，在區域B中溝狀部1320深度相同的也改變。 如上所述，一般地可預計兩個射波長外差反射儀對於估計一厚度間 距的衫響疋必須的，當為了選擇各自的波長使用入射角相同於布魯 斯特角，雷射光源使用有632nm和404nm的波長，為了該厚度間距 的影像小心選擇理想的波長，最上層薄膜的厚度可從觸發訊號的相 位移被精確的預報，圖14A到圖14D係描述預告厚度的平面圖當輸 入一方程式超過0到2000 A的厚度間距，如同從圖上搜集，有最高 薄膜層具有該入射角設立在布魯斯特角，厚度間距〇 A到9〇〇 a和 1600 A到2000 A可以被正確的預告使用一源波長;t = 632 nm，但不 能正確的在910Λ到1590 A區域間預告厚度，對於這厚度間距，源 波長;L = 404 nm是被利用完成令人滿意的厚度量測精確性。 因此，隨著布魯斯特角使用如同入射角，兩波長必須正確的預報溝 的厚度而察知，複數指令結構，兩相同波長需要兩個分離誤差修正 解法，需要四套多項式係數對預告正確的厚度，然而，進一走的電 43 1285257 腦實驗已驗證可在該完整厚度0到2000 A範圍被設立在一入射角度 • τ預先僅做用單—雷射波長632nm ’對於薄麟本峨，實驗性 . 的使用一光源有一波長362nm入射角決定在60。（其中為最上薄膜 層的該布魯斯特角對於波長632nm是57.38。），因此，一個算法僅 僅需要只有兩套多項式絲，預告薄膜和輸人_的龍結果超過 〇 A到2000 A的厚度間距可於圖15A和圖15B看見，因此，符合本 發明的實施例，入射角已決定為，因此，排除其必要性對於以量波 鲁 長設定該外差反射儀。 不久描述本發明提供一不複雜的裝置和對於正確的在即時使用外差 反射儀時極薄_的厚度決定方法，然而，如同在侧技藝中了解， 傳統的厚度計算是非常依賴對於目標材料的折射率的正確值，對於 半導體晶圓生產期間了解真正的厚度是目前的問題，因為該最上層 薄膜的折射率經常移動或改變，如同生產過程，因此引人一額外的 g 誤差於厚度計算。 依據本發明㈣—實補，縣反射翻時與干賴對簡樣的決 疋厚度和薄_折射率’此外，厚度計算在及時使麟射率獲得從 干涉儀使用資訊是不斷的更新，本發明的這些和其他方面將從系統 的描述將理解和下面討論的方法。 θ 系為了獲得本發明實施力在一致的薄膜折射率不斷的更新誤 g正薄膜厚度的一結合外差反射儀和干涉儀之示意圖，外差反射 44 1285257

儀/干涉儀系統1600 (HR/GI 1600)是對關於圖3A外差反射儀系統 300以上揭露需多方面是近似的，因此，僅僅對這兩實施例作詳細 的描述，一個從該光照明先的區別已經更進一步細分外差反射儀局 部1680是HR/GI 1600，有感測器1611和外差反射儀局部1680，有 零階的光束分量外差反射儀局部1670和一階光束分量感測器 1623A，以上描述外差反射儀局部1670相同地方程式，具有感測器 1611生成量測訊號/het和感測器1610生成參考訊號/ref(感測器161〇 和1611有關於感測器340和350’如同訊號1620和342與訊號1621 和352)，量測訊號和參考訊號4f通過圖表地被描述如同訊號 曲線18〇2和18〇4，在圖18分別地與該外差相位移，量測 外差相位移是藉由如上所述的△多⑺感測器362而查出，但為清楚 的量測干涉相位移△“如而提及，也將被揭露。

另-方面’外差反射儀局部168〇利用光柵刪得到間隔P，為分 解光束刀i難進人大量的折射條紋…明亮的主要條紋（零階光 束分量1642)’位於幾個高階侧面（1、2、3等等，依次折射條紋）， 僅僅使用-階光束分量1643，干涉的間隔原本基於三個充分的條 件’布拉格折射條件為波長的選擇，為厚度制動態範圍 ’和干涉 儀的結果’咖咖叫請，·干_的原理可以 被看見，婦恤獅_嫩^獅從藉由額 1 卜數f的參考訊號有相位移，即，透分離相位移，該s偏極光 刀里在追些_如崎軸P絲謝量細描述，如 45 1285257 同上所敘述第一相位移從具有薄膜314結果有相互影響，入射光束 分量303被分離違反射光線305-ls和折射光線305-2S和305-2p，藉 由底層用每一個折射攻陷和反射光線從一其他的透過垂直距離X反 射，其中， _ y 2心 sinar cosa xWrf/tanp.cosa:—f-… yjn/-sin2 a (12) X是兩鄰近光線的垂直距離； φ 办是薄膜厚度： Θ是反射進入薄膜的角度： α是入射角：和 «/是薄膜的折射率 第二個階段轉變在僅僅分解的輕帶狀物，一階光束分量1643，從 鲁 光柵1630，上發生(出現)和在僅僅第一次序(訂單，命令)衍射帶狀物 上（包括分解的一階光束分量1643 - Is，1643 2s和1643 -2p )因而觀察。那裡，由光柵1630，一階光束分量1643 - Is， 1643 2s，和1643 - 2p產生的第一次序(訂單，命令)光線表現出 (陳列)爐柵引起的階段轉變，§奶，與一個路徑差別一致，當一致增 加時付訖，定義為： 46 1285257 第二相位移僅僅發生於分離光線條紋，光線1643從分離光柵163〇， 且必然地被觀察到在1階分離條紋（包括分離光線1643-ls、1643-2s 和1643-2p)，那裡，一階光線藉由分離光柵163〇、光線1643七、 1643-2S和i643-2p產生，在一致的附加上顯示一干涉產生相 知，與相符合路徑差PZ)，定義如： 修 PZ)是介於兩相鄰的一階分離光線之間的垂直距離； m對於在一階條紋中分離條紋是完整不變的； 是外差照亮光源的波長；和 是折射在薄膜的角度。 因零階光束分量1642是不被分離的，但直接不變的通過折射光柵 1630 ’干涉生成相位移‘，從與光柵163〇相互影響，僅僅在一階 光束分罝1643-ls、1643_2s和1643-2p被察知（回憶因為那入射角α 是選擇接近於布魯斯特角）（内定入射角度為α=6〇。），缺少反射 光線 305-lp，即，BS1632 後的 1640-1ρ，因 γ1ρ(〇+Δω) = 〇)，也如同 上所提及’相位移歸咎於薄膜在光線3〇5_2s和305-2ρ是24et,因此， 總相位移在干涉儀上^GI，在一階折射在光線1643_2s和1643 2p上 疋2知’其中知=& + 47 1285257 回到圖16，外差反射儀局部1680為了生成兩分離訊號分別地為零 階折射光束分量和一階光束分量而利用感測器1612和1613，因從 光柵1630的零階光束分量1642不被分解，他們的相位不藉由光栅 1630改變，因此，感測器1612生成一外差反射儀訊號/het 1622和該 相位移對量測訊號/het基本上保持在△也et，從感測器1610具有關於 參考訊號/ref，因此，如同一實際的事情，可除去路徑356和感測器 1611，如同 BS1632。 相反地，一階光束分量1643從光栅1630被分解，從干涉產生在一 附加的相位移知，由於傅立葉移轉理論，感測器1613從一階光束 分量生成干涉訊號心1623，一量測干涉相位移△士如，從訊號/het和 心被察覺在同一方法去從訊號/het和心r的察覺△九_，量測相位移 介於訊號/het和兩者之間，如上所述，提供資訊有關薄膜 的光學厚度，另-方面，干涉相位移△卢咖介於訊號jgi和U兩者 之間，在決定薄膜的折射率％提供額外的資訊是有用的，因此，從 Λ號/㈣、Jhet和/^獲得薄膜折射率咐是可能的。 感測H 362收到參考訊號4f 162〇和從分別的感測器兩者之一 的量測訊?虎/het 1621或1622和在這兩者間察覺/量測相位移， 如同在其他地方上面討論，量_位移从_應賴差些修正先前去 做藉由使用厚度計算，例如，該多項式方程式，因此，紙t感測器 36M足Δ“感測II 362收到量測相位移值从_和應用該誤差修正 48 1285257 演算法，然後透過t/f計算器368修正相位移△也et，但也透過叫計算 器1696，因為原因立即在下面討論。 △多grtm感測裔1690收到干涉訊號/GI 1623和從分別的感測器兩者之 一的量測訊號/het 1621和1622和在這兩這之間察覺/量測相位移藉由 單獨干涉在干涉訊號/GI1623引起’即’ △么心是介於干涉訊號1623 和量測訊號1621和1622兩者之一察覺，量測訊號/he/和干涉訊號/gi 通過圖表被描述，分別的如同訊號曲線1802和1902，在圖19與外 差相位移—起。 本發明的特點是不斷的更新具符合的厚度計算的能力和及時為薄膜 的折射率修正數值，因此，在生產過程中可獲得非常正確的薄膜厚 度，不需依靠在薄膜折射的變化，在折射率中的改變可由於從該方 法自身在薄膜折射率中的改變，即，Si%的氮化物在習慣的方法中 去形成 High-k SiON。 檢查薄膜的折射率可從相位移△也et和相位移么‘被決定，然而，與 該里測外差相位移相似的，由△知感測器169〇探測的量測干涉相 位移有必須修正先前的指數計算的固有誤差，然後修正干涉相 位移ΔίΜ皮送至〜計算器廳，叫計算器1696為決定丨利用一分 離方程式（如下面的等式（24)),然後送至崦計算器368，薄膜 計算器，例如等式（10)上利用必計算器368為計算薄膜厚度办而 運用心。 49 1285257 薄膜厚度為可選擇性的從該正確的修正干涉相位移Δ.和修正外差 相位移△各et而直接的獲得’相位移那裡從A^grt校正器1692獲得 和△也et從A也et校正器366如同計算器370獲得，該薄膜計算器，例 如等式（23)上不依靠叫利用計算器計算薄膜厚度木。 設備安裝有入射角α，接近於布魯斯特角（α=60。），在這角度上， Ρ偏極光從薄膜上表面有極小的或沒有反射，從感測器161丨豐富具 有薄膜厚度資訊的量測訊號/het 1621是可能的，對於薄膜在石夕基材 B 上，量測訊號/het可從感測器1611而被表達：

Rh τ ·ϋΚ + 2rur2j cos 25 r22p l + risr2s^2rur2s COs2^het 1 —丄步 M/】c〇s(△抓+ 2D 2accos(A^ + 4^,) (14) f==r2sr2p5 + a + 2a cos l + a2 + 2a cos 2Shet 在:一 其中，a=rlsr2S， b-rlpr2p, c=rlsr2p, d=rlpr2s, g=rlsrlp 和 _ Shet = ~^In2-sin2 a xd 需要為了計算薄膜厚度而量測相位移，是為 InmSiON薄膜的25毫拉德 在等式（H)巾’有相位資訊的外差條件是由於涉及&㈣和^ (晌ί籍·加的餅，細厚度資顺料⑽）的·在其他 處被解釋。

—W叫， l + risr2se'nSGI (15) 50 1285257 干涉儀的目岐提供-交雜近量爾麟她/厚度，藉由結合具 外差反射儀的量測法，薄膜的折射率可被決^，隨著外差反射儀的 分析，接下來的等式可從干涉儀的—階光束分量而理解，對於單一 薄膜指令，該S偏極反射係數隨著下列等式而描述： P偏極反射係數如等式： r 一 W2' P 1+w一/2〜

(16) 占Gf=占het+占趴和 Λ _ 3Gi =Γ~ λ/^Ά2 α 十 2疋(±m)xsinaxcosa 其中’ P yfn2 — sin2 a m=l為一階光束分量。 當混合兩偏極時，由感測器察覺組合的廣大反射係數可被寫成： M =(rs eiG>t + rp ei(G>，V〇s45〇 (1 隨著放大反射比可被表達如：

== ^eff X reff+ X (cos450)2 (18) 在等式（18)替代等式（15)、（16)和（17)後，在布魯斯特角 於感測器1613從Rgi的訊號JGI1623被表達如：

c〇s 2〜，| r22p 丨 2/ cos(A6；〇 l + r^r2s^2rur2scos2SGI 丁 Γ+α2 + 2α cos 2^G/ + —[c ^ 3cqs(A6)^ + gi ) 2ac cos(A〇)t + AdGJ) 1 + «2 + 2acos25G/ + l + a2+2flcos2 心， 其中’ ΔΕ是為一階光束分量的反射效率和： 51 (19) (20)1285257

^GI 2π τ 47-sin1 a xsin^os^ P Jn2 - sin2 r xd 等式（14)從感測器1611和1612是量測訊號/het的代表，在干涉儀 1680，藉由監測沒有交集的量測訊號/het 1622和干涉訊號& 1623 該干涉引起的相位移^可被決定，該干涉引起的相位移&也可藉 由其他已知的相位量測技術而決定。

藉由比較沒有交集的參考訊號/re/ 1620和量測訊號/het 1621戈 1622 ’相位移A也et引起由極薄薄膜被決定，外差反射儀也可藉由其 他已知的相位量測技術而決定，這外差相位移可被表示： A0h 一竺x^2 - sin2 fhet 1 '— = 2x〜 (21) 從$測訊號/het 1621或1622和干涉訊號/GI 1623，干涉引起相位移 △‘可被決定不依靠，干涉係位移可被表示如：

2^xsinaxcosax2rf Ρλ[π2 - sin2 a 2χδ grt (22) 透過等式（22)和在簡單的代數後相乘等式⑵），物理的厚度可 被表達如： (23) ’該折射率w可被

d= ϊ Δ^χΔ^χΑχρ>| y\^ 16^2 sinaxcosa J 透過等式（22)和在簡單的代數後除等式（2i) 表達如： 52 (24)1285257

μ . ~一' —sinaxcosa Up 因此’目則外差反射儀(HR)與光柵丨涉儀(GI)可翻立地使用而決 疋薄膜的物理厚度今和折射率〜，如同在計算器3川描述於圖ΐό， 從命輪ίίί 369取得由計算器368❿取得今輸出π卜在栅電解質計 里子中這特色是特別有意、義的，其巾薄膜接受指數改變和厚度改 變’例如，在高κ_化雕，電介f_数光轉度改變，這

改變的部分是歸咎於__彡脹和部分指數的改變，流程控制 能夠分開兩個是重要的’先前技術不能從他們量測的參數分析出兩 者的變化有相關性，目前的方法克服這缺點，因為薄膜厚度今和折 射率π兩者可獨立的決定，使用光柵引起相位移可獨立的決 定外差相位移△也ei。

P 折=的計算需要精確的外差相位移資訊仏，如囉確的光拇相 移貝訊^’因此’修正演算^^該為每一個量測值修正而獲得， 方法位獲料差她雜正鱗棘具有已知的雜厚度和已知的 反射率被揭露在圖U __程圖上的標準晶圓，方法為取得光拇 相位移修正演算法從具有已知薄膜厚度和對於在圖20中有間隔 的光栅已知反鱗’如相_方法獲得她移修正演算法。 相應地’構娜料—6知的__仏的厚度的一 =細晶_始（步驟纖），假如可能，調整了外差反射儀系 ’於入射角基於標準的薄媒和外差源波長入的已知折射率如 53 !285257 (步驟2004) ’入射角α可選擇性的設立一以決定的内定角度，即， 60 ’在运點上’光概的間隔ρ也被注意。 在操作方面，分裂頻率偏極光束分量在外差反射儀系統中反射離開 溥膜，對於每一個晶圓導引外差量測訊號/het和光柵訊號/G1的產 生（步驟2006)，這些訊號與對於量測外差相位移△也咖以多項式 方式為-套修正係數和對於量測光栅相位移以多項式方程 _ 式為其絲的修正餘蚊鮮晶18的已知賴錄被使用，量測 外差相位移△“是從為每一標準晶圓^•的參考訊號/rcf和量測訊號 、決定（步驟2008)然後和被使用在為相關於誤差在量測訊號 中6人夕項式方程式的確定係數（步驟2〇1〇)，以類似的方法，量 '則光栅相轉被蚊簡於每_鮮晶目的制城心和光 拇訊號^ (步驟2G12)，然後正確的光柵相位移從已知的 折射^f和大量已知的薄膜厚度‘】（如同在等式（22)所顯示） # =取得，然後被使用來取得為關於誤差在量測相位移△仏〗的6次 多項式方程摘-套係數（步_4)，域_麟射率W例 如使用上_等式（24))修正光_位移和修正外差她移將重 要的使用’ ‘錢_厚料算職纽她移料_麟折射率 :。因此’該套修正係數具有為修正量測外差相位移的多項式 程式和第二套修正絲具有祕正制光栅她的多項 式方程式被猶具有標準晶_參考卿率秘構來數。 54 1285257 本發明在錄騎過使將絲正厚㈣式容易顧高精確的薄膜 厚度計算，在薄膜層的折射率為改變而不_更新，因此，在折射 率的生產過程之_改變將不影響_厚度結果的正確性，一實施 的方去在厚度計算的期間為不斷的更新指數是如下所表示。 圖21A和圖2ib餘依據本發明實施例不斷的更新厚麟算折射率 不刀的外差反射儀峨獲得修正細厚度方法的絲圖，方法開始 為藉由晶圓的上面的薄膜層的決定最初的折射率〜，即，一生產晶 圓（步驟2102) ’兩適合的多項式方程式使用指數示縮減在量測訊 號中修正誤差和載人進系統儲存器(步驟21⑽），第一多項 式方程式具有-套合適的修正係數，為在量測外差相位移从如的修 正誤差而確認，第二多項式方程式具有—套合適的修正係數，為在 里測光柵相位的修正誤差而確認，為量測外差相位移 以多項式方程式為外差修正係數是翻從量浙差相位移可 被使用於產生正確的薄膜厚度決定修正外差相位移u目反地， 為量測光栅相位移誤差以多項翁程式為光拇修正係數是被使用於 具有為薄膜以產生正確的折射率祕正外差相位移^可以被使用 從篁測光栅相位移決定修正光栅相位移、，因為正確的厚度 計算式依靠著正麵騎率，躺的折射率為薄膜厚麟算的折射 率條件不斷的更新使用，例如厚度等式⑽）（步驟2·)，在傳 統的生產流程中對於後來的晶圓不需要重複此步驟，因為對於個別 55 1285257 的生產晶圓薄膜的折射率通常是常數，具不斷更新折射率的後度量 . 測計算現在可被進行。 一晶圓被載入在反射儀表上和被照明，一參考訊號從光源和量測與 光柵光束分量㈣膜t被決定和改變參考訊號/rcf制外差訊號心 和光栅訊號/GI，外差量測訊號/het和參考訊號&在从伽外差相位 移感測器上取得，同時地當外差量測訊號/het和光拇訊號如在 ^ 光柵引起相位移感測器上獲得（步驟2110)，△也etm感測器從/ref和 4et訊號決定（步驟2112)。 1測外差相位移是被修正的，為八^到真正的而使用誤 差修正多項式方程式（步驟2114)，雖然誤差修正量測外差相位移 △Aetm超過先前技^^的方法巨大的增加後度量測的精確度，藉由在薄 膜厚度计算中在生產期間改變或堆積獲得更精確的是可能的，最重 要的是薄膜的折射率，因此，在平行操作下，感測器從‘和 • 41訊號決定(步驟2116)，然後量測光栅相位移是被修 正的，為到真正的△‘而使用誤差修正多項式方程式（步驟 2118) 〇 透過有真正的修正光栅相位移和修正外差相位移么也贫，方法值 為折射率可被決定使用折射率計算，例如等式（22)(其他必要資 訊如同源波長資訊;I，入射角^和間隔p)(步驟212〇)，更新折射 率％’然後可在即時的薄膜厚度計算中不斷的被使用更新折射率參 56 1285257 數（步驟2120)和薄膜厚度為也從那獲得（當然使用源波長資訊又 和入射角α)(步驟2124)，然後办可被輸出使用，例如，末端點 決定（2126)。 在步驟2118薄膜厚度办可選擇性地或同時地從真正的修正光栅相位 办移和修正外差相位移△也et是可被直接地獲得，使用上面的等式 (23)(具有源波長資訊;I和入射角α)(步驟2123)，然後從光栅 干涉儀子系統取得必的值可被與從外差反射儀子系統取得為的值比 較，如品質保證證明和/或直接的使用，例如，末端點決定（步驟 2126) 〇 流程不斷地從步驟2110重複為了通用的晶圓直到方法被終止為止 (步驟2128)，其特徵在於其他晶圓為最初的折射率被檢查（步驟 2130和步驟2132)和量測過程持續如同上所描述直到最後的後度量 測法在流程從最新的晶圓中取得，然後方法結束。 根據本發明另一個實施例，量測訊號/het是被增大改變反射光束分量 方向回到至薄膜目標在入射角α，這雙重通行的方法有優於抑制較多 Ρ偏極光從上面討論單一通行方法的薄膜表面的。 圖22係組合外差反射儀和光柵干涉儀藉由本發明實施例改變反射 光束分量方向回到至薄膜目標而利用雙重通行方法，外差反射儀/光 栅干涉儀系統2200是近似於外差反射儀系統300和組合外差反射儀 和光柵干涉儀1600，以上揭露有關於圖3Α和圖16，且因此僅僅與 57 1285257 雙重通行方法的方面將被討論，然而，雙重通行方法敏感地討論在 任何反射儀實施例提供增大反射儀的量測法應該清楚的。 v 基本上，量測光束分量的雙重通行藉由從薄膜表面改變光束分量反 射方向被完成，在入射角等於第一通行回到薄膜，例如，關於圖22， 入射光束分量303通行經過BS223，在光譜332和到目標薄膜314 上改變方向，反射光束分量305,包含分裂頻率s偏即和p偏極光束 • 分量，在光譜334取得，有一 HR (highreflection ;高反射）塗佈在 一表面，在薄膜314被反射回至目標上如同光束分量22〇6，當在本 實施例描述，基本上光束分量2206折返光束分量305的回至目標在 入射角w光束分量2206與薄膜314互相影響且被反社會至光譜332 當反射光束分量2208，然後在上面分光器2233被反射在外差反射 儀部份1670和/或外差反射儀光柵外差反射儀局部168〇上，在如此 方面，相位移可歸因於對薄膜有效的增加一倍，因此藉由二的一因 % 素提高反射儀的量測法敏感性，不久描述實施例為改變光束分量路 徑的方向利用-塗布光譜，基本上回到自己上，其他光學部分如同 鏡面被使贼-套光學部分為在人_最初平面定紐初的通行改 變光束分量方向回至薄膜，或除了最初的入射平面以外在平面上 的，此外，在某情況下在薄膜上有多於兩通行的是有利的。 雖然對於光束分量的入境距離增力口 &由於已經有效的增加一倍的 在改變，在相位移增加將符合修正係數至多項式方程式。 58 1285257 在圖23说明本貫施例的外差反射儀的分析，s_偏極部分當清楚的從 p偏極光束分量分離而描述，從描述中可察覺兩偏極部分經歷雙重 通行薄膜反射比，例如，s偏極光束分量與薄膜314相互影響，生成 光線305-ls和305-2s藉由鏡面2236被改變方向回至薄膜314，然 後這些光線再一次的與薄膜相互影響，可被察覺生成雙重通行s偏 極光束分量2208s，基本上p偏極光束分量3〇3p跟隨同一路徑，但 如同上面討論，薄膜314比s偏極光束分量更有不同的相互影響。

為單一薄膜指令，s偏極光束分量反射比是： '1 + ΊΛ〆邮 (25) 和ρ偏極反射比是：

一 W'W (26)

^^2pe^i2S

其中， -sin2 a xd 和α是入射角。 當混合兩偏極時，由感測器感覺組合廣大反射比可被寫誠如 (27) reff =(rs e10)t + rp ei(c0+Ac0)t)xcos45°

Reff = l*eff X reff X (c〇s450)2 (28) a^/5嚷示混合在感測器的兩偏極，等式（4)的代數運用用手是不 便地，生產324分子條件和81分母條件，因此模仿等式，一對明圖 59 1285257 介於單一通行方法和雙重通行方法了者間被表示在圖24,從那圖 • 表，敏感地差別介於標準單一通行外差反射儀（介於曲線2402和曲 ‘ 線2404兩者之間的差別）和更高敏感地雙重通行外差反射儀（介於 曲線2402和曲線2406兩者間的差別）兩者間可被察覺，如同期望， 因為給定薄膜厚度由雙重通行外差反射儀感覺相位移是單一通行外 差反射儀的雙份，0.7 A決定方法（具有10%氮化物的Si0N薄膜） 可被獲得具有感測器能夠解答0.2。，這是在現成的電子學範圍内 春 （即，向量電壓）。 儘管雙重通行方法從薄膜表面提供更好p偏極光的壓抑，在強烈的 s偏極光也有一些相對應的減少，在極端的對照這引導到一些簡化如 同在假設是被象徵，目前分析假設，，駐波，，再薄膜内創造再節點和反 節點將不促成任何指數差異，考慮到波長利用於此和在外差反射儀 中放大層次。 0 再一次轉向目前反射儀的實施例的圖示，圖3A、圖16和圖22，正 確的後度量測法依賴正確的量測相位移的大範圍決定在相位移感測 器362和1690的了解是重要的，這些部分的操作將被描述，因為本 發明的相位移感測器之實施例的操作是適用於外差相位移感測器 (為找到介於/het和Jref相位差別）或光柵相位移感測器（為找到介 於4et和/GI相位差別），將一般地提到該訊號。 60 1285257 然而，在相位差別之前可正確的決定介於之間的訊號，訊號為了相 位對照應該被改變至更好的形式，當基本為轉變訊號的一”合適的方 • 程式”完成使用等式（1)。 圖25是描述依據本發明的實施例決定一相位移差介於兩訊號之間 的流程示意圖，這方法用於從他們的個別的訊號計算△也etm和/或 Α&πι，最初，訊號資料應該在適合的方程式中除去參數前過程，如 同直流部分參數，透過思想中心資料訊號完成然後和每一個振幅至 ^ 最高的振幅值標準化，其次，參考訊號是合適於該合適的方程式： Λ = cos (△叫 + 戎）（步驟 2504)，其中： 取是參考訊號振幅； 戎是介於兩外差訊號之間的相位差；和 A处是介於兩外差訊號之間的角頻率差。 φ 以後的樣品訊號是合適於一近似合適方程式：/s ==式cos +也） (步驟2506)，其中： 坟是樣品訊號振幅； (4是介於兩外差訊號之間的相位差；和 Δ处是介於兩外差訊號之間的角頻率差。 1285257

Ik著參考和樣品資料適合於相似合適方程式，介於兩訊號之間的相 位角當Δ卜戎一办被決定（步驟25〇8)，對於察覺的各種方法在 下面立即表示，其中合適的在圖26A到圖26D概略地被描述的部分。 依據一實施例，介於參考和樣品資料之間的相位角藉由運用相交關 係方法對兩訊號而決定，使用這選擇，一相交關係方程式是第一適 用於兩寊料級數（即’ xcorr(datal，data2)描述在為演算發展和資料象 形化的一高階技術的電腦語言，如同MatLab，這是顯示出的商標， 和可用從1^乂她\¥_，11^，_汰，1^騰1111_)，其次，在相 父關係有-個最大的值而找到延遲，最後，介於參考和樣品之間的 相位移從在觸發循環巾延遲比綱達資料闕數目而決定（即，延 遲/(數字化比率X觸發頻率））。 更特別地’相父顏程序是估計角度的方法對於兩級數是相關聯 的，數學把程序定義如下： 一 -㈣* (〆，—t/) 一历力] y — — —_ p：(x(i) - rnxy!^Z^Z~y 1 (29) 其特徵在抑and福中卜0, L 2讲_丨)代表兩級數被分析和是 估計在相交關係延遲心值⑽和㈣目關級數的方法，一般相交關 係被表示如外〇。 基本上’為參考和樣品峨的鱗化龍是認定隨紐字化比例的 比對觸發頻棒決定她角的分辨率，因此資料在一比例大於要求 62 !285257 的相位角分辨率必須數字化，認定資料的長度（N;樣品數目）必 須夠長對允許干涉減少技術被應用，再系統中的偏移不在，優先更 長的認定時間。 其次’相交關係方程式是運用於兩資料級數，下面將介紹相交關係 計算的實施代碼： [c，lags] = xcorr(data(:，l)，data(:，2)) [Y，I] = max(abs(c)) maxlags = lags(I) 其次，選擇在相交關係有一最大值的延遲，透過接著的實施代碼計 算相交關係方程式的最大值： [Y，I] = max(abs(c)) maxlags = lags(I) 最後，延遲值藉由比例衰退直至數字化比的比例對觸發頻率產生部 伤的相位而改變相位衰退值，可改變角度。 實際上，在上面列成表的程序應該兩次被完成，第一次由於光學部 分或電子學沒有樣品設置消除任何有祕_位移如同無效的量 測’第二:欠樣品被安裝和她移為樣品薄麟直接的決定。 和如同在圖26A中所描述，選擇性地參考肌和樣品啦訊號可被 达至時間間隔計算器臟，量測時間介於在訊號中的參寺點之間（介 ;1 口 T1 #停止T2之間）如同沒有相交，訊號也被量測之時期， 時間差別料期的關產生相位移。 63 1285257 依據決定的另一個方法介於參考和樣品順序之間的相位移，在圖 26B中描述，訊號RF1和RF2被送到混合器2612 ,總合和差別的頻 率被創造’因為新號RF1和RF2有相同的頻率，差別頻率是一電壓， 與相位差別成比例的，相反地，相位移2610為了在混合器2612中 設立訊號而有相同的最初的相位也可包含以致於更晚相位改變的量 測法不具抵銷的被執行，作為在為減少干涉的輸出可低通行過遽器 2614 〇 在修改方法中於圖26C中描述，輸出是反映通過放大器2616至相位 移2610使包遲在混合器2612中鎖住，在這訊號是回饋訊號，與相 位差別成比例的。 關於決定她差別使另-個裝置停止，如關26D中所描述，參考 RF1和樣品RF2訊號被送至分離混合器2612和2622，藉由擺動器 2630設立每-具有共有參考頻率，從混合器肅和2622產生觸發 頻率被送至時間間隔計算器2632，時間差別介於觸發訊號之間，以 計算器2632解決，與相位差別相關。 圖27係-流程圖，描述為決定一相為差別（即，从伽和/或 過程介於兩赠⑽可輯本個其_實_使祕散傅立葉轉 換完成，流程圖描述在外差參考訊號計算相為差職著在外差量測 訊號計算差別（步驟271〇~2716)，但是作為一個實際的事情這兩 計算的結果對沒有從本發_精神或範關述可平行或相反的產 64 1285257 生’此外’方法用於決定相位差別介於兩訊號之間，例如從參考訊 號/ref與夏測訊號/het和/或量測訊號‘和光柵訊號/GI，如同在△心加 感測器362和/或感測器169〇所呈現。 如論如何，外差訊號是合適於數位器，在足夠小的樣品間隔改每一 訊號樣品，那抽樣比例超過兩倍的觸發訊號么畝步驟2702和2710)， 母一數位器的輸出是適合數位訊號處理器，那分別的w資料樣品的 區塊代表搭篁數目訊號的擺動週期，Bi〇ckref和Blockhet，資料送至 數位訊號處理器具有產生叫，其中Γ =丨，2, 3,…，η·，n為有效的處 理，在區塊中大量的樣品是理想地設立於2次方積分，更長的資料 區塊，更很大的將決定相位的正轉性。 其次，數位訊號處理器在每一區塊計算DFT(DFThet和DFU (步 驟2704和2712)，在每種情況下，DFT輸出將組成w複雜的級數 數字，其中，sl，2,3，...，n。 僅僅需要考慮從第一半級數值，以決定相位移△#，僅僅最接近滿足 等式s值6" — nSt 一需要被定義（步驟2706和2714)，最後，對 於每一區塊，Blockref和Bl〇ckhet，相位從複合數目％的虛數部分的 — 比例的反切線而計算，即， ，對於任何的量測，參 考或光柵訊號（步驟2708和2716) 65 1285257 ik者因每-個(這些)訊號出名的階段，能夠計算任何兩個階段中的 差別；即，或者。此 時過程(方法)結束 迎著每几號已知的相位，在任何兩相位的差別可被計算，即， A&etm Hef’ ΟΓ H，然後方法結束。

在以下的專難財姆應義構、㈣、動作和等鑛有方法或 步驟加方程式原理是預定包含任何結構、材料、位履行方程式的動 乍符口其他縫原理如同明確鱗纖圍，軸本發明已經揭露關 於沉積和侧方法，被廣泛的運用，例如，依據還有另一個實施例， 本發明被請求制為殘留的驗而檢查晶圓表面，如同_ (⑻ 日日圓上具有同的區域將呈現比銅離子鄰近區域更高的相位 移’這些普通的技術在先前技術中將欣然了解和察覺本發明和其他 使用的運用。 =然本發明已以具體實施例揭露如上，然其所揭露的具體實施例 蚊本發明，任何熟悉此技藝者，在不雜本個之精神和 當可作各種之更動與潤飾，其所作之更動與潤飾皆屬於本發 之範夸，本_之保護範时視後附之巾請專界定者為 【圖式簡單說明】 圖1係顯示習知外差式干涉儀之示意圖; 66 1285257 圖2係顯示習知外差式干涉儀之量測訊號示意圖； 圖3A係本發明之外差反射儀運用於量測薄膜厚度符合本發明 最佳實施例之圖表； 圖3B係本發明之光束分量到薄膜的相互作用的放大示意圖； 圖4係本發明之強度與類比結果的時間在法線向量入射角= 〇°)之示意圖； 圖5係本發明之強度與類比結果的時間在入射角度取20·0°(α = 20.0。）之示意圖； 圖6係本發明之強度與類比結果的時間在兩個不同薄膜厚度於 入射角度取60。（α = 60·0。）之示意圖； 圖7係本發曰月之在入射角為6〇。時計算出的薄膜厚度與真正的 薄膜厚度兩者間的對照示意圖； 圖8係本發明之誤差與輸入厚度的示意圖； 圖# W 10係本發明對於找到薄膜厚度入設角度為⑼。的證明 正確的誤差計算的示意圖； 圖11係本發明之描述為—相位移修正的多項式方程式決定係 數根據本發_實_蚊外差她移制法的流程圖； 67 1285257 圖12A跟圖12B係本發明之依據本發明的實施例從外差反射儀 訊號獲得一致的高準讀薄膜厚度計算法之流程圖； 圖13係本發明之具溝狀部之多層堆疊結構之示意圖； 圖14A到圖14D係顯示本發明一實施例之校正厚度與實際厚度 之關係圖； 圖15A和圖15B係顯示本發明另一實施例之校正厚度與實際厚 度之關係圖； 圖16係顯示本發明之為了獲得本發明實施力在-致的薄膜折 射率不斷的更新誤絲正薄膜厚度的—結合外差反射儀和干涉儀 之示意圖； Η 17A和圖17B係顯示本發明光路徑之示意圖； 圖Μ係顯示本發明一實施例之正規化訊號與時間的關係示意 圖； 圖19係顯不本發明另一實施例之正規化訊號與時間的關係示 圍， 圖20係顯示本發明再一實施例之演算法流程圖； 圖21A和圖训係顯示本發明其它實施例之演算法流程圖； 圖22係顯示本發明再一實施例之元件示意圖； 68 1285257 圖23係顯示本發明其它實施例之光路徑示意圖 圖24係顯示本發明一實施例之正規化反射係數與時間的關係 示意圖； 圖25係顯不本發明一實施例決定_相位移差介於兩訊號之間 的流程示意圖； 籲 圖26A到圖2叫系顯示本發明局部件之訊號流程圖； 圖27係本發明再一實施例之流程圖。 【主要元件符號說明】 外差式厚度量測系統100 第一線性偏極光分量102 第二線性偏極光分量103

• 觸發訊號103A 光束分量104 光束分量105 光束分量106 光束分量107 光束分量109 69 1285257

晶圓110 基板112 光束Ills 光束111T 光束111B 薄膜114 光束分量1140 光束分量1150 光束分量1160 光束分量1170 光束113S 光束113T 光束113B 透明旋轉載具115 光束115S

光束115T 1285257 光束115B 光束分量120 光束分量122 光束分量124 雷射發光二極體140 混和偏極器143 分光器144 混和偏極器145 偏極化分光器146 光偵測器147 四分之一波長板148 光偵測器149 四分之一波長板150 反射器152 訊號處理模組154 量測觸發訊號103 71 1285257 參考觸發訊號105 • 外差反射儀系統300 區域301 光束分量303 s偏極光束分量303s P偏極光束分量303p 光束分量304 光束分量305 反射光線305-ls 折射光線305-2s 反射光線305-lp 反射光線305-2p 操作平台310 底層312 薄膜314 光源320 72 1285257

鏡面322 光束332 光束334 感測器340 訊號342 感測器350 訊號342 訊號352 路徑356 探測器362 儲存器364 修正器366 計算器368 輸出369 計算器370 輸出371 73 1285257 訊號352 混合偏光板354 混合偏光板355 光束分量356 資料處理器360 相位移感測器362 儲存器364 校正器366 厚度計算器368 訊號曲線402 訊號曲線404 訊號曲線502 混合偏光板504 量測訊號曲線602 量測訊號曲線606 曲線702 74 1285257 曲線802 _ 曲線1002 曲線1103 曲線1105 結構1300 矽基材1312 光阻層1314 抗反射塗佈層1316 氧化層1318 溝狀部1320 外差反射儀/干涉儀系統1600 感測器1610 感測器1611 感測器1612 感測器1613 訊號1620 75 1285257

訊號1621 訊號1622 訊號1623 感測器1623A 光栅1630 分光器1632 分解光束分量1640 零階光束分量1642 一階光束分量1643 一階光束分量 1643-ls、1643-2s、1643-2p

外差反射儀局部1670 外差反射儀局部1680 感測器1690 校正器1692 計算器1696 訊號曲線1802 76 1285257 訊號區1804 訊號曲線1902 外差反射儀/光柵干涉儀系統2200 光束分量2206 光束分量2208

分光器2233 鏡面2236 曲線2402 曲線2404 曲線2406

間隔計算器2602 相位移2610 混合器2612 過濾器2614 放大器2616 混合器2622 77 1285257 擺動器2630 • 間隔計算器2632 • s偏極部分2208s p偏極部分2208p Δ0 :相位移 :量測相位移 /ref:參考相位訊號 4et :量測相位訊號 办：薄膜層厚度 nf:薄膜折射率 πρ:氣體折射率 α :入射角 d :薄膜厚度 :反射量的合成 : 的共輛複數 p :間隔 78 1285257

&:相位移 pd :路徑差 RF1 :信號 RF2 ··信號 T1 :開始 T2 :停止 11 :訊號 12 :訊號

79

Claims (1)

1285257 十、申請專利範圍： 用以量測厚度之光反射外差式薄膜厚度計，包括·· 一光學光源裝置，其係用以產生一雙極化的分裂頻率光束； 一分離光束路徑光學元件，其係用以傳遞該雙極化的分裂頻率光束，以 一特定的入射角入射至一目標材料； 一第一感測器，其係用以接收該雙極化的分裂頻率光束，以及產生一參 考值訊號； 一第二感測器，其係用以接收該目標材料的一雙極化分裂頻率光束，並 產生一量測訊號； 相位移感測器，其係用以接收參考值訊號與該量測訊號，以及偵測該 參考值訊號與該量測訊號之間的相位移；以及 一貪料處理器，其係用以透過該相位移演算該目標材料之厚度。 2·如申請專纖圍第1項所狀統射外差式細厚度計，其巾該雙極化的 分裂頻率光束進一步包括： 一第一橢圓極化光束分量，其係以_第一頻率作震盪；以及 一第二橢圓極化光束分量，其係以一第二頻率作震盪，該第一頻率係不 同於該第二頻率。 如申叫專她圍第1項所狀歧射外差式薄膜厚度計，其巾該雙極化的 分裂頻率光束進一步包括： 一第一線性極化光束分量，其係以一第一頻率作震璗；以及 1285257 一第二線性極化光束分量，其係以一第二頻率作震盪，該第一頻率係不 同於該第二頻率。 4·如申請專利範圍第1項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中該八纪頻 率，線性極化光束進一步包括： 一s偏極化光束分量，其係以一第一頻率作震盪；以及 一P偏極化光束分量，其係以一第二頻率作震盪，复φ兮^ 甲5亥P偏極化光束 分量係正交於該s偏極化光束分量。 5·如申請專利範圍第1項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中該目俨材料 係一薄膜。 6·如申請專利範圍第1項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中進一+勺 括： 一偏極化混合器，其係用以混合該雙極化的分裂頻率光束中以兮第一 頻率反射傳遞的第-偏極化光以及以該第二解反射傳遞的第二偏 極化光。 7·如申請專利範圍第丨項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中進一步包 -相位移校正H，其翻以校正該相位移中的誤差，其中該資料處理器 接收該校正的相位移，並透過該校正的相位移而演算出該厚度。° 81 1285257 8·如申請專利範圍第7項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中該相位移校 正器係藉由比較已知厚度的一實際相位移與已知厚度的一預期相位移之 ’ 間的差異，而調節該相位移並產生一校正的相位移。 9.如申請專利範圍第1項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中該特定的入 射角係關於該目標材料的折射係數。 10·如申請專利範圍第1項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中該特定的 φ 入射角係一内定的預設角度值。 11·如申請專利範圍第1項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中該特定的 入射角係該目標材料的布魯司特角近似值。 12.如申請專利範圍第丨項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中該特定的 入射角的-較低械係〇度’其絲於目標材料以及該目標材料下的界面 對於該雙極化的分裂頻率光束來說係具有等方向性。 # 13.如申請專利範圍第1項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其係進-步包 括： 光栅其係肋折_雙極化的分裂辭光束，該雙極化的分裂頻率 光束係作為一第一級光束； 第一制器聽用以接收該第一級光束以及產生一光樹訊號；以及 82 1285257 一第一相位移感測器，其係用以接收該光柵訊號以及該量測訊號，且偵 測一光柵導致於該光栅與量測訊號之間所產生的相位移，其中該資料 處理器係透過該相位移與該光栅導致的相位移而演算出該厚度。 M·如申請專利範圍第8項所述之統射外差式細厚度計，其係進一步包 括-光栅，其翻崎射該雙極化的分裂鮮絲，該雙極化的分裂頻率 光束係作為一第一級光束； 第一偵測器，其係用以接收該第一級光束與產生一光柵訊號；以及 -第二相位械，其翻以接收光栅訊號與該量測峨，且備測_ 光柵導致於該光柵與量測訊號之間所產生的相位移，其中該資料處理 态係透過該校正的相位移與該光柵導致的相位移而演算出該厚度。 15·如申請專利範圍第14項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其係進一步包 括： ’ 一光栅相位移校正器，其係用以透過校正該光柵導致的相位移之誤差而 產生一經校正的光柵導致的相位移，其中該資料處理器係透過該經校 正的光栅導致的相位移與該校正的相位移而演算該厚度。 仏如申請專利範圍第15項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中該資料處 理器係透過該經校正的光柵導致的相位移與該校正的相位移而演算該 目標材料的折射係數，並係透過該目標材料的折射係數與該校正的相位 移而演算出該厚度。 83 1285257 17.如申請專利細第1項所狀光反射外差式_厚度計，其係進一步包 括： n離縣路徑光學元件，其_以接絲自該目標材料之該雙極 化的分裂鮮光束，並傳遞該雙極㈣分裂辭光束至該薄膜。 1S•如申請專利範圍第！項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中該相位移 感測器進一步包括： ，賴聽手段，其翻_合該參考值喊與該量職號闕進—預 W 定形式。 伙如申請專利細π項所述之光反射外差_厚度計，其中該相位移 感測器進一步包括： 4號處理手段’錢鄭X核合铷鱗_狀似前進行正常化 該參考值訊號與該量測訊號。 20·如申請專利範圍第1項所述之光反射外兮

是式溥膜厚度計，其中該相位移 感測器進一步包括： /時間間隔計算器，其係用以量測在 μ麥考值與該量測訊號的兩個對應 參考值點之間的時間差。 21.如申請專利範圍第1 感測器進一步包括： 項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中該相位移 混波器’其係用以產生一輸出電壓， 與該量測訊號之間的相位差。 "亥輪出電壓係正比於一該參考值 84 1285257 22·如申請專利範圍第2 i項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中該相位 感測器進一步包括： -相位調―器，其侧以設定該參考值以及該制訊號以作為—起如相 位。 23·如申請專利範圍第22項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中該相位移 感測器進一步包括： -回饋迴路，其制以饋人該輸出電壓至_位調節器。 24.如申請專利範圍第丨項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中該相位移 感測器進一步包括： 一震盪器，其係用以產生一特定頻率的訊號； -第-頻率混合器，翻以經由該參考值與該鮮訊號而產生一第一觸 發訊號； -第二頻率混合器’係用以經由該量測與該頻率訊號而產生—第二觸發 訊號；以及 時間間iwt算ϋ ’其制以量測—該第—觸發訊號與第二觸發訊號所 對應之兩個參考值點之間的時間差。 25·如申請專利細第丨項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中該相位移 感測器進一步包括： 離政傅立葉轉換手段，其係用以計算該參考值與量測訊號之間的相位 移0 85 1285257 26.如申請專利範圍第25項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中該相位移 . 感測器進一步包括： « 至少一數位器，其係用以基於提供該量測與參考值訊號的一外差觸發頻 率訊號，以一預定的擷取率擷取各個該量測與參考值訊號。 27·如申請專利範圍第丨項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中該相位移 感測器進一步包括： φ 一交互相關函數手段，其係用以計算該參考值與外差訊號之間的相位移。 28·如申請專利範圍第27項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中該相位移 感測器進一步包括： 至> 一數位器，其係基於提供該量測與參考值訊號的一外差觸發頻率訊 號，以一預定的擷取率擷取各個該量測與參考值訊號，且該數位器係 用以u十算在5亥量測與參考值訊號的一觸發週期中的數個取樣點之延 遲。 _ 29·-光反射外差式_厚度計，其侧以量稱度參數，且包括： 一光學光源裝置，其係用以產生一雙極化的分裂頻率光束，該雙極化的 分裂頻率光束具有一第一偏極化光束分量與一第二偏極化光束分 里，忒第一偏極化光束分量係以一第一頻率作震盪，該第二偏極化光 束刀i係以-第二頻率作震盈，且該第一頻率係不同於該第二頻率； 86 1285257 -分離絲路徑光學元件，其侧鱗_雙極化的分裂鮮光以—特 定的入射角束人射至-目標材料，該目標材料具有—表面與一本體 部； 一第一感測器，其係用以接收該雙極化的分裂頻率光束，並產生一參考 值訊號； 一第二感測器，其係用以接收來自該目標材料之一雙極化的分裂頻率光 束並產生一量測訊號，該雙極化的分裂頻率光束係包括自該目標材料 表面反射的一第一偏極化光束分量與一第二偏極化光束分量，以及其 它自該目標材料表面下方該反射反射的該第一偏極化光束分量與該 第二偏極化光束分量；以及 相位移感測器’其係用以接收參考值訊號與該量測訊號，且偵測該 參考值訊號與該量測訊號之間的相位移，該相位移係該目標材料體的 厚度所導致。 30.如申請專利範圍第29項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其係進一步包 括： 一資料處理器，其係用以透過該相位移而進行演算該目標材料體的厚 31·如申請專利範圍第29項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中該第一偏 極化分量係一第一橢圓極化光束分量，且該第二偏極化分量係一第二橢 圓極化光束分量。 87 1285257 32·如申請專利範圍第29項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中該第一偏 極化分量係一第一線性極化光束分量，且該第二偏極化分量係一第二線 性極化光束分量。 33·如申請專利範圍第29項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中該第一偏 極化分量係一s偏極化光束分量，且該第二偏極化分量係一ρ偏極化光 束分量，其中該Ρ偏極化光束分量係正交於該s偏極化光束分量。 34. 如申請專利範圍第29項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中該目標材 料係一薄膜。 35. 如申請專利範圍第29項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中該特定的 入射角係關於該目標材料的折射係數。 36·如申請專利範圍第29項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中該特定的 入射角係一内定的預設角度值。 37. 如申請專利範圍第36項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中該内建的 預設角度值係接近於60度。 38. 如申請專利範圍第29項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中該特定的 入射角係該目標材料的布魯司特角近似值。 39·如申請專利範圍第29項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其中該特定的 入射角的一較低範圍係0度，其係基於目標材料以及該目標材料下的界 面對於該雙極化的分裂頻率光束來說係具有等方向性。 88 1285257 40.如申請專利範圍第29項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其係進-步包 • 括： °為，其係用以混合該雙極化的分裂頻率光束中以該第一 頻率反射傳遞的第一偏極化光以及以該第二鮮反射傳遞的第二偏 極化光。 礼如申請專嫌_ 29項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其係進一步包 · 交器其係用以校正該相位移中的誤差，其中該資料處理器接 收該校正的相位移，並透過該校正的相⑽而進行演算出一厚度值。 42·如申呀專利範圍第41項所述之光反射外差式薄膜厚度計，纟中該相位 移校正器賴由比較已知厚度的-實際相位移與已知厚度的-預期相位移 ]的差異，而調節該相位移並產生一校正的相位移。 • 43·如申请專利範圍第29項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其係進一步包 括： 光栅，其係用以折射該雙極化的分裂頻率光束，該雙極化的分裂頻率 光束係作為一第一級光束； 第一偵測益，其係用以接收該第一級光束並產生一光柵訊號；以及 第一相位移感測器，其係用以接收該光柵訊號與該量測訊號，並用以 偵測一光柵導致於該光柵與量測訊號之間所產生的相位移，其中該資 料處理器係透過該相位移與該光栅導致的相位移而演算出該厚度。 89 1285257 44.如申請專利範圍第42項所述之光反射外差式薄膜厚度計，其係進一步包 括： 一光柵，其係用以折射該雙極化的分裂頻率光束，該雙極化的分裂頻率 光束係作為一第一級光束； 一第三偵測器，其係用以接收該第一級光束並產生一光柵訊號；以及 一第二相位移感測器，其係用以接收光柵訊號與該量測訊號，並用以偵 測一光栅導致於該光柵與量測訊號之間所產生的相位移，其中該資料 處理器係透過該校正的相位移與該光柵導致的相位移而演算出該厚 度。 45· —反射儀厚度參數量測方法，包括： 提供一光學光源裝置用以產生一雙極化的分裂頻率光束以一特定的入 射角入射至一目標材料，該雙極化的分裂頻率光束具有一第一偏極化 光束分量與一第二偏極化光束分量，該第一偏極化光束分量係以一第 一頻率作震盪，該第二偏極化光束分量係以一第二頻率作震盪，且該 第一頻率係不同於該第二頻率，該目標材料具有一表面與一本體部； 透過外差該第-偏極化絲分量與該第二偏極化統分量而產生一參 考值汛號，該第一偏極化光束分量與該第二偏極化光束分量係分別以 一第一頻率與_該第二頻率作震盪； 接收來自該目標材料的一雙極化的分裂頻率光束； 1285257 透過外差該第一偏極化光束分量與該第二偏極化光束分量而產生一量 測訊號，該第一偏極化光束分量與該第二偏極化光束分量係分別以一 第一頻率與一該第二頻率作震盪；以及 偵測該參考值訊號與該量測訊號之間的一相位移，該相位移係該目標 材料體的厚度所導致。 46.如申請專利範圍第45項所述之反射儀厚度參數量測方法，其係進一步 包括： 透過該相位移計算該目標材料體的厚度。 47·如申請專利範圍第45項所述之反射儀厚度參數量測方法，其中該第一 偏極化分量係一第一橢圓極化光束分量，且該第二偏極化分量係一第二 擴圓極化光束分量。 48·如申請專利範圍第45項所述之反射儀厚度參數量測方法，其中該第一 偏極化分量係一第一線性極化光束分量，且該第二偏極化分量係一第二 線性極化光束分量。 49.如申請專利範圍第45項所述之反射儀厚度參數量測方法，其中該第一 偏極化分量係一s偏極化光束分量，且該第二偏極化分量係一p偏極化 光束分量，其中該p偏極化光束分量係正交於該s偏極化光束分量。 50·如申請專利範圍第45項所述之反射儀厚度參數量測方法，其中該目標 材料係一薄膜。 91 1285257 51.如申請專利範圍第45項所述之反射儀厚度參數量測方法，其中該特定 _ 的入射角係關於該目標材料的折射係數。 • 52·如申請專利範圍第45項所述之反射儀厚度參數量測方法，其中該特定 的入射角係一内定的預設角度值。 53·如申請專利範圍第52項所述之反射儀厚度參數量測方法，其中該内建 的預設角度值係接近於60度。 ® 54·如申請專利範圍第45項所述之反射儀厚度參數量測方法，其中該特定 的入射角係該目標材料的布魯司特角近似值。 55·如申請專利範圍第45項所述之反射儀厚度參數量測方法，其中該特定 的入射角的一較低範圍係〇度，其係基於目標材料以及該目標材料下的 界面對於該雙極化的分裂頻率光束來說係具有等方向性。 56·如申請專利範圍第45項所述之反射儀厚度參數量測方法，其係進一步 •包括： 混合該雙極化的分裂頻率光束中以該第一頻率反射傳遞的第一偏極化 光以及以該第二頻率反射傳遞的第二偏極化光。 57·如申請專利範圍第45項所述之反射儀厚度參數量測方法，其係進一步 包括： 校正該相位移中的誤差；以及 透過該校正的相位移計算一誤差校正的厚度。 92 1285257 58. 如申請專利範圍第57項所述之反射儀厚度參數量測方法，其中校正該 相位移中的誤差進一步包括： 藉由比較已知厚度的一實際相位移與已知厚度的一預期相位移之間的 差異而調節該相位移’並產生一校正的相位移。 59. 如申請專利範圍第45項所述之反射儀厚度參數量測方法，其係進一步 包括： 折射作為一第一級光束之該雙極化的分裂頻率光束，該第一級光束包括 一第一第一級偏極化光束分量與一第二第一級偏極化光束分量； 接收該第一級光束； 透過外差該第一第一級偏極化光束分量與該第二第一級偏極化光束分 量產生一光柵訊號； 偵測一光柵所導致之該光柵與量測訊號之間的相位移；以及 透過該相位移與該光柵導致的相位移計算一厚度。 60·如申請專利範圍第58項所述之反射儀厚度參數量測方法，其係進一步 包括： 折射作為一第一級光束之該雙極化的分裂頻率光束，該第一級光束包栝 一第一第一級偏極化光束分量與一第二第一級偏極化光束分量； 接收該第一級光束； 透過外差該第一第一級偏極化光束分量與該第二第一級偏極化光束分 量產生一光柵訊號； 93 1285257 偵測一光栅所導致之該光栅與量測訊號之間的相位移；以及 透過該相位移與該光柵導致的相位移計算一厚度。 61·如申請專利範圍第6〇項所述之反射儀厚度參數量測方法，其係進一步 包括： 藉由比較已知的折射係數的一實際的相位移與該已知的折射係數的一 預測的相位移，以校正該光柵導致的相位移中的誤差，進而產生一經 校正的光栅導致的相位移；以及 透過該經校正的光栅導致的相位移與該校正的相位移而計算一經誤差 校正的厚度。 62·如申請專利範圍第61項所述之反射儀厚度參數量測方法，其係進一步包 括： 透過該經校正的光栅導致的相位移與該校正的相位移，而計算一該目標 材料的折射係數；以及 透過該折射係數與該校正的相位移，而計算一誤差校正的厚度。 63.—厚度參數量測方法，包括： 供一光學光源裝置用以產生一雙極化的分裂頻率光束以一特定的入 射角入射至一目標材料，該雙極化的分裂頻率光束具有一第一偏極化 光束分量與一第二偏極化光束分量，該第—偏極化光束分量係以一第 一頻率作震盪，該第二偏極化光束分量係以一第二頻率作震盪，且該 第一頻率係不同於該第二頻率，該目標材料具有一表面與一本體部； 94 1285257 透過外差該第一偏極化光束分量與該第二偏極化光束分量而產生一參 • 考值訊號，該第一偏極化光束分量與該第二偏極化光束分量係分別以 - 一第一頻率與一該第二頻率作震盡； 接收來自該目標材料的一雙極化的分裂頻率光束； 折射作為一第零級光束與一第一級光束之該雙極化的分裂頻率光束，該 第零級光束係包括一第一第零級偏極化光束分量與一第二第零級偏 極化光束分量，且該第一級光束係包括一第一第一級偏極化光束分量 ® 與-第二第-級偏極化光束分量； 接收該第零級光束； 透過外差該第一第零級偏極化光束分量與該第二第零級偏極化光束分 量，以產生一量測訊號； 偵測該量測與參考值訊號之間的一量測相位移； 接收該第一級光束； • 透過外差該第一第一級偏極化光束分量與該第二第一級偏極化光束分 1’以產生一光拇訊號； 偵測該光栅與量測訊號之間的一光柵導致的相位移；以及 透過該光栅導致的相位移與該量測相位移，以計算該目標材料體之厚 度。 64·如申請專利範圍第63項所述之厚度參數量測方法，其中計算該目標材料 體厚度之程序進一步包括：計算該光栅導致的相位移與該量測相位移的一 95 1285257 t、>、中α亥目‘材料之厚度係正比於該光栅導致的相位移與該量測相位 移的乘積。 ❹申請專利範圍第63項所述之厚度參數量測方法，其中折射該雙極化的 刀裂頻率光束進—步包括折職絲穿透具有特定間距的-光柵。 66·如申請專利範圍第65項所述之厚度參數量測方法，其中計算該目標材料 體厚度之程序進-步包括：計算該光柵導致的相位移、該量測相位移、該 間距與該第—解之—乘積，其中該厚度係正比於該光柵導致的相位移、 該量測相位移、該間距與該第一頻率之乘積。 67·如申請專利範圍第66項所述之厚度參數量測方法，其中計算該目標材料 體厚度之程序進一步包括，計算該光柵導致的相位移、該量測相位移、該 間距與該第一頻率之比值，以及計算該特定的入射角的一三角函數，其中 該目標材料之厚度係反比於該特定的入射角之三角函數。 68.如申請專利範圍第63項所述之厚度參數量測方法，其中該第一偏極化分 量係一第一橢圓極化光束分量，且該第二偏極化分量係一第二橢圓極化光 束分量。 69·如申請專利範圍第63項所述之厚度參數量測方法，其中該第一偏極化分 量係一第一線性極化光束分量，且該第二偏極化分量係一第二線性極化光 束分量。 96 1285257 70·如申請專利範圍第63項所述之厚度參數量測方法，其中該第一偏極化分 量係一 S偏極化光束分量，且該第二偏極化分量係一 ρ偏極化光束分旦， 其中該ρ偏極化光束分量係正交於該S偏極化光束分量。 71.如申請專利範圍第63項所述之厚度參數量測方法，其中該目標材料係一 薄膜。 72·如申請專利範圍第63項所述之厚度參數量測方法，其中該特定的入射角 係關於該目標材料的折射係數。 73. 如申請專利細第63項所述之厚度參數量測方法，其中該特定的入射角 係一内定的預設角度值。 74. 如申請專利範圍第73項所述之厚度參數量測方法，其中該内建的預設角 度值係接近於60度。 ' 入射角 75.如申請專利範圍第63項所述之厚度參數量測方法，其中該特定的 係該目標材料的布魯司特角近似值。 的-較低範圍係0度，其係、基於目標材料以及該目 雙極化的分裂頻率光束來說係具有等方向性 76.如申請專概圍第63項所述之厚度參數量測方法，其中該狀的入射角 標材料下的界面對於該 77·如申請專概圍第63酬述之厚度參數制方法，聽進-步包括. 混合該雙極化的分裂頻率光束中以該第一頻 #以及以，箆1 射傳遞的第-偏極化 先該第—頻率反射傳遞的第二偏極化光。 97 1285257 78.如申請專利範圍第63項所述之厚度參數量測方法，其係進一步包括： 藉由比較已知的折射係數的—實際的相位移與該已知的折射係數的一 預測的相位移’以校正該光栅導致的相位移中的誤差，轴產生一經 校正的光柵導致的相位移；以及 透過該經校正的光柵導致的相位移與該校正的相位移，以計算一誤差校 正的厚度。 • 乃·如申請專利範圍第78項所述之厚度參數量測方法，其係進一步包括： 透過該經校正的光栅導致的相位移與該校正的相位移，以計算一該目標 材料的折射係數；以及 透過該折射係數與該校正的相位移，以計算一誤差校正的厚度。 80·如申請專利範圍第63項所述之厚度參數量測方法，其係進一步包括： 透過外差該目標材料反射的一第一反射的偏極化光束分量與一第二反 I 射的偏極化光束分量產生一第二量測訊號，該第一反射的偏極化光束 分量係以一第一頻率作震盪，且該第二反射的偏極化光束分量以一第 二頻率作震盪； 偵測該第二參考值訊號與該第二量測訊號之間的一相位移，該相位移係 該目標材料體的厚度所導致；以及 透過該相位移計算該目標材料體的一第二厚度。 81 ·如申請專利範圍第80項所述之厚度參數量測方法，其係其中校正該相位 移中的誤差程序進一步包括： 98 1285257 藉由比較已知厚度的一 差異而調節該相位移 K際相位移與已知厚度的_翻她移之間的 ’並產生一校正的相位移。 82·如申凊專利範圍第8丨項所述之厚度參數量測方法，其係進一步包括： 比，該目標材料之第一厚度與透過該光柵導致的相位移與該量測相位移所 计算獲得之該目標材料厚度，以及透過該第二量測相位移所計算獲得之該 目標材料之第二厚度。

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