TWI460413B - 測量樣品特性之方法與裝置以及非過渡性電腦可讀媒體 - Google Patents

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Description

測量樣品特性之方法與裝置以及非過渡性電腦可讀媒體
本發明係概括地關於一種樣品性質之測定，更具體的說，係有關偏光測定、光學應力產生及檢測之方法。
目前已有多種測定樣品，例如半導體之技術，其中之一種為偏光測定法(ellipsometry)，此法於光束由樣品反射時可測出該光束之極性的變化。此種極性的變化與樣品(sample)之性質有關連。偏光測定法係用於透明的材料且可用於很薄之不透明材料。
另外一種技術為光學應力產生及檢測法。此一技術揭示於例如Maris等人之”Optical Stress Generator and Detector”(美國專利第5,748,318號，1998年5月15日)；及Humphrey Maris氏之”Optical Method for Characterization of Latterally－patterned Samples in Integrated Circuits”(美國專利第6,321,601號，2001年11月27日)中。在這些專利中有揭示關於光學應力產生及樣品特性之檢測之詳細資料，這些資料可供作參考。簡言之，在光學應力產生及檢測中，一種所謂之”泵激(pump)”光束係用以擾亂樣品，而”探測(probe)”光束是用以分析擾亂之結果。舉例而言，泵激光束產生一種可引起樣品表層之性質改變之應力波，而探測光束是用以分析性質之改變。然後將該性質改變的結果用以決定例如該表層的性質。光學應力產生及檢測可應用於不透明材料。
雖然偏光測定法及光學應力產生/檢測法兩者為有用之分析技術，但使用此種技術之系統仍有待改進。
在一實施例中有揭示包含選擇實施偏光測定或實施光學應力產生及檢測之一方法。回應選擇實施偏光測定之場合需把至少一個第一控制信號傳送至一可控制的延遲器(retarder)以修正導至樣品表面之光束的最起碼極性，同時使用由該樣品反射之修正光束之一反射光實行偏光測定以決定該樣品之至少一個第一特性。又回應選擇實施光學應力產生/檢測之場合則將至少一個第二控制信號傳送至該可控制的延遲器中而使用該修正光束之反射光(reflected version)實行光學應力產生及檢測以決定該樣品之至少一個第二特性。
在另一實施例中提供之裝置為具有適合實行偏光測定之至少一個第一組態(configuration)及適合實行光學應力產生/測定之第二組態。該等裝置含有一泵激光束及一探測光束，這些光束係投射至樣品之一個表面。可控制的延遲器係配置於上述泵激或探測光束中選出之一光路(path)中。延遲器係用以修正該選出之光束之極性。在延遲器上連接有一個第一控制器，用以產生至少一個第一控制信號傳送至延遲器，同時亦可連接有一個第二控制器，用以產生至少一個第二控制信號傳送至延遲器。上述之至少一個第一及至少一個第二控制信號可使選擇之光束產生不同之極性。該裝置亦包含一檢測器，用以接收從樣品表面反射而來之特定反射光及輸出對應於反射光之資料。該裝置另含有一連接於上述檢測器之資料分析模組，用以利用上述之輸出資料而在上述之第一組態中執行資料分析決定該樣品之至少一個第一特性，同時在上述第二組態中利用上述之輸出資料執行資料分析決定該樣品之至少一個第二特性。
在又一實施例中揭露一種電腦可讀取之媒體，在其上有形的附載有電腦可讀取的指令，而該指令乃由一處理裝置執行實行操作。此操作包括選擇執行偏光測定或執行光學應力產生/檢測之一種。在選擇執行偏光測定之場合，其回應是於一可控制的延遲器上施加至少一個第一控制信號以修正傳送至樣品表面之光束的極性，同時使用從樣品反射來的修正光束之反射光決定該樣品之至少一個第一特性。又在選擇執行光學應力產生/檢測之場合，其回應則是於該可控制的延遲器上施加至少一個第二控制信號，並使用該修正光束之反射光決定該樣品之至少一個第二特性。
如上所述，偏光測定與光學應力產生/檢測兩者為有用之分析技術。該等技術各具有某些優劣點。一般而言，偏光測定法在不透明層是無作用，但若是該不透明層為極薄，例如50A°或以下時，則有作用。光學應力產生及檢測法係用來測定薄至50A°之不透明層，然而，偏光測定法能測定約10A°或以下之層厚。因此，為了廣範圍厚度之薄膜時，使用者可使用偏光測定及光學應力/檢測法兩種。舉例而言，設有數種積體電路之半導體晶圓可具有數種裝置及層，此等層具有某特定厚度。於是，在同一晶圓上可測出多種厚度之層。電光調變(EOMs)亦曾用於偏光測定(參照，例如“應用光學”，第22卷，1329－2429頁，1983出版)。
然而，有一個問題就是用以實行偏光測定之系統與用以實行光學應力產生/檢測之系統為實質上不同之系統。
為此，本發明提供偏光測定及光學應力產生/檢測組合技術所用之系統、方法以及電腦可讀取之媒體。由於將上述二測定技術組合成單一度量裝置，因此可用於測定透明材料及厚度約50A°以上至約10A°以下之不透明材料之測定。此種裝置亦可用以在具有多重特性之單一晶圓上測試多位置(multiple locations)。
爰說明圖1所示用以實行偏光測定之系統100的方塊圖。圖1代表適合實行偏光測定之系統及用以討論使用偏光測定系統及光學應力產生/檢測系統之兩系統實行測定所產生之問題。此偏光測定系統100包括一光源105，例如雷射器，可使光束106通過一個極化器110(例如具有45度相角之偏光鏡)產生極化光束111後，再通過一個相調變器115(具有0度之初相角)而在樣品120上產生相調變光束。上述之相調變器115可為電光調變器(EOM)、光彈性調變器(PEM)、LCD(液晶顯示)型相調變器，其他任何型之可控制延遲器或其等效物。光束116從樣品以反射光121反射出來後通過分析器(具有－45度之相角)抵達檢測器140。在此檢測器140產生經由資料分析模組160分析後之一或數信號。此資料分析可進一步包含信號141之放大、信號141之類比/數位變換、及為精於此技藝之人所熟知之各種用以分析決定樣品120之特性之分析法。使用調變頻率”f”之一或數種控制信號112施加調變訊號於相調變器115，使該相調變器115實行相調變。相調變乃意指由相調變器調變之線性極化光111(即來自極化器110)在光束116中具有一種周期性(由調變頻率f決定)。此種調變變更成分p及s中之一對其他成分之極性。因此，該成分p及s間之相位(phase)亦被調變。如圖3下方所示，該周期性修正光束116之極性。使在線性極化及圓狀極化之間振盪。圓狀極化在偏光測定上有用，當樣品120從入射光束116之圓狀極化調變極性至例如反射光束121之偏光極性時。
含有有關反射光束121之偏光極化資訊的合成(總)信號141係藉由例如使用同步檢測技術(lock－in deteaction techniques)或使用一種應用傅立葉變換或視所應用之相位調變功能使用其他適當型式功能的廻轉積分(convolution)等數位信號處理法及控制信號112解調至調變器115中。這些技術提供兩偏光參數Ψ及△。如所周知，偏光參數Ψ係與偏光化成分p及s之大小γ有關連，即如式所示。又，偏光參數△則與偏光化成分p及s之間的相Ψ有關連，可以式△＝ p － s 表示。於是，藉偏光化之樣品120從入射光束116之圓狀偏光調變成反射光束121之橢球狀偏光即可提供偏光參數Ψ及△。
與習知之零橢面光度法(null－ellipsometry)相較，本發明之上述相調變偏光測定法不但可獲較高靈敏度及較低雜訊(噪音)而且不需使用旋轉壓縮機，可大幅增加回應時間，使設備少受震動及光學的失準(optical misalignment)之影響。此外，調變波幅(modulation amplitude)之可再現性(reproducibility)亦免除頻繁之再校準。
繼上面參照圖1之說明，爰參照圖3更詳細的說明於下。實行相調變偏光測定之系統使用相調變技術創出一習知之入射光束116的周期偏光性(periodic polarization)。再說，這些系統不以任何明顯的方式修正入射光束116之波幅。與此相較，將參照圖4及圖5說明之本發明的使用光學應力產生/檢測法係主要涉及入射光束116之波幅。因為相調變偏光測定系統及光學應力產生/檢測系統在形造入射光束116上係各別使用不同之技術，但在本發明中，將此等兩不同系統合而為一，以實行兩技術。
上面已簡介了偏光測定以及使用各個系統實行偏光測定及光學應力產生/檢測之問題點。現說明可用以實行偏光測定及光學應力產生/檢測之系統之一實例於下。此外對於為什麼把偏光測定系統從光學應力產生/檢測系統刻意的分出之理由分析於下。圖2及3顯示可控制延遲器，例如EOM，在一系統中實行偏光測定之用途；而圖4及5顯示可控制延遲器在同一系統中實行光學應力產生/檢測之用途。
如圖2所示，200代表實行偏光測定所用之一系統之例子，此系統可輕易的適用於光學應力產生/檢測。該系統200包括一極化器210、一可控制型延遲器215、一鏡子220、一透鏡230、一鏡子245、一分析器250、一檢測器255、一控制器290、一資料分析及控制模組265、及一通訊裝置280。由例如雷射器(未示於圖2及4中)發出之光束205通過極化器210，在此產生一極化光束211之後，再傳送至上述之可控制延遲器215(此實施例為EOM)中，在此修正該極化光束211產生相調變光束216後藉由鏡子220將其導至透鏡230，然後由該透鏡230將該相調變光束216聚焦於樣品235上成為聚焦光束231。由樣品235反射出之反射光束236乃被導至通過透鏡240而成為一種平行光束(collimated beam)241。此平行光束241經由鏡子245，以光束246導至分析器250而在此產生一合成光束(resultant beam)247，然後在檢測器255受查驗。該檢測器255產生檢測信號260後導至資料分析及控制模組265中。應知，該樣品235可為一多層物，即包含層235－1(例如導電層)、層235－2(例如絕緣層)、及層235－3(例如基板)。可對層235－1至235－3之任一或二層，尤其層235－1及235－2測定其特性。
在圖2中，使用虛線示出極化器250，因在偏光測定時通常不用它。資料分析及控制模組265提供樣品235之一或多種特性285。此等特性285可用通訊裝置280(例如硬驅動器、顯示器、印表機等)輸出。上述之一或多種特性285係例如包括構成樣品235之一或多層之厚度。除測定薄層之厚度外，偏光測定可用以測定材料之介電常數之真假部分(此為偏光測定給出之厚度值之一方式)。此資料對於研判層的材料性質極為有用。若將該資料併入毫微微秒脈衝偏光測定法(femtosecond pulse ellipsometry)，則可研究超快速載體動態特性(ultrafast carrier dynamics)。
應知，可控延遲器215為一至少可修正光束之極化強度之任何一種裝置。極化強度之修正係極化成分p及s之一對其他成分修正時發生，因此極化成分p及s之間之相亦被修正。任何可控延遲器都可用，例如可使用PEM(光彈性調變器)或LCD(液晶顯示器)系之相調變器115。PEM型相調變器能和EOM(電光調變器)同樣方式調變極化強度。PEM與EOM之不同處為PEM只能在某一共振頻率工作(對石英玻璃而言為50KHz)而PEM則典型的不能由外部觸動。另外，EOM具有高到數百萬赫(MHz)之大頻寛，因此可由外部觸動且與雷射器及其他電子裝置(例如檢測器255及資料分析/控制模組265)同步化，此導致其能實行偏光測定及光學應力產生/檢測之兩項工作。換言之，由於同步問題，用PEM其就無法實行偏光測定系統及光學應力產生/檢測之兩項工作。EOM可經由變更偏壓達成同步化，雖然在某些情況可能需要其他修正。此外，由於EOM比起PEM可在較高頻率被調變，因此可增快偏光測定及光學應力產生/檢測之測定速度。
控制器290在一個實施例中係用以產生控制信號211，該控制器可為可控延遲器215之一部分。在一個實施例中，資料分析/控制模組265可被使用者(未圖示)用以選擇偏光測定或光學應力產生/檢測之一以控制控制器290來選擇適當之控制信號組(例如圖2之控制信號211或圖4之控制信號411)而將控制信號(例如211或411)傳送至可控延遲器215。該資料分析/控制模組265亦可控制極化器280移動進出於光束路(path of light beam)及決定待實行之適當之分析而產生特性285。於另一實施例中，控制器290係手動的將控制信號211(例如圖4及圖5之信號411)程式化，同時人工的使極化器280進出於光束路211，進而根據使用者人工的操控適當資料分析，及根據分析實行偏光測定或光學應力產生/檢測。因此上述之各系統可包含一範圍之使用者互動，即大量之使用者互動至無使用者動作(例如系統為全自動化)。
在圖2所示之系統之一實施例中，EOM 215之切斷(switch off)及分析器250之最小光度之調節係經由分析器250實行。將EOM 215接通及將正弦偏壓(例如由一或多個控制信號212施加)調節，使EOM 215在某一期間充當1/4波長板(quarter－wave plate)作用。此種觀察可例如使用示波器實施。在圖2之實施例中，正弦驅動電壓係在使用示波器實施正弦信號觀察之前施加於電光調變器上，並調節偏壓使EOM 215充當1/4波長板作用。因此傳送至電光調變器之控制信號212為一偏壓，其引起電光調變器實行1/4波長板之周期性操作。
實行偏光測定時，使用檢測器255可以驗出相當大的脈迹(trace)(例如數個循環，在圖3中顯示一循環)出自分析器250。該出自檢測器255之信號260被送到資料分析/控制模組265；例如一或多個同步放大器或具有適當頻寛(例如取樣頻率)之示波器或數位信號處理器。數位信號處理機對來自信號260之合成脈迹進行快速傅立葉轉換(FFT)。放大器內之鎖(lock)備有頻帶濾波器，用以封鎖正被檢查之頻率以外之其他大部分頻率。資料係被收集在例如設定於500KHz調變頻率之不同諧波(harmonics)上。通常，對直流電(DC)檢查頻率1f及2f。在數位信號處理機之場合，全部之脈迹(其具有例如20周波之有效FFT)可節省。亦可使用例如在電腦執行數位信號處理等方式實行分析而獲得各種調變頻率之諧波。
圖3顯示藉圖2之EOM 215施加之光程差(retardation)及產生於相調變光束216內之合成偏光性(polarization)之圖表。由EOM 215施加之光程差係以正弦信號310表示且表示偏光之從“零”到1/4波(λ/4)阻滯(例如EOM 215作為1/4波板使用)之光程差。圖3之阻滯部分表示施加於EOM 215之正弦控制信號212以產生對應之阻滯波形。正弦控制信號212在偏壓Vλ/4 及－Vλ/4 之間正弦的變化。當阻滯(即光程差)為零時，偏光為＋45(例如偏光束211之偏光度)。當阻滯為號λ/4時，偏光為右旋圓狀，而當阻滯為－λ/4時，偏光為左旋圓狀。阻滯調變幅度可比λ/4高或低，視繼下之處理測得之信號獲得偏光參數Ψ及△而定。
應知，正弦信號310只是阻滯調變信號之一例子，鋸齒狀信號320及其他數種信號亦可用。
爰說明圖4及圖5。圖4為顯示於圖2之系統200被用以實行光學應力產生/檢測之一部分時之方塊圖。圖4之例子中之光束205係光學應力產生/檢測分析用之泵激光束(pump beam)或探測光束(probe beam)之一。在圖4之實施例中，一或多個信號412被修正來操作EOM 215作為周期性1/2波板，以產生相調變光束217。另於該EOM 215之後面設置第二極化器280來操作該相調變光束217，以產生振幅調變光束281(此光束射入樣品235之表面237)。在此實施例中，極化器280之偏光度為－45。但此極化器280亦可具有例如＋45等其他偏光度。有關“使用EOM實行振幅調變”一節可參見Robert F.Enscoe及Richard J.Kocka共著之“Systems and Applications Demands for Wider－Band Modulation Challenge System Designers”一書(Coroptics公司出版，著作權1981－2005)。
可包括一或多個光學應力產生/檢測之特性285(例如樣品上薄膜厚度、受熱性、彈性及光學性質以及薄膜內之應力、以及例如包括有無過粗及缺點等界面性質等特性)。另外亦可包含樣品235上花樣之大小等特性。
圖5為藉由EOM施加光程差(retardation)於圖4及在相調變光束217中產生之合成偏光之圖表。在此實施例中，由EOM215施加之光程差以正弦信號510表示，共以偏光度從“零”至1/2波(λ/2)光程差(例如EOM215作為1/2波板作用)表示。圖5之阻滯部分表示被施加於EOM 215以產生對應之阻滯波形之一正弦控制信號412(例如作為電壓)。此種正弦控制信號412可在V λ/2 至－V λ/2 間正弦的變化。當阻滯為零時，偏光度為＋45度(例如極化光束211之偏光度)；當阻滯為λ/2時，偏光度為－45度；當阻滯為－λ/2時，偏光度亦為－45度；當阻滯為－λ/2時，偏光度亦為－45度。因此，相調變光束217之偏光保持實質線狀而圓狀偏光(或橢圓狀偏光)不被使用。在極化器280之後產生之光束281的強度被調變(在IH及IL之間改變)。
變更一或多個控制信號412之組合，可使EOM215在線狀偏光之間引起振盪(參照圖5)，因此使用極化器280可引起光束281之調變強度(光度)，進而將此調變後之光束入射至樣品235之表面235(例如由鏡子220再引導及通過透鏡230後)。
應知，正弦信號510只是阻滯調變信號之一例子而已，鋸齒狀信號520及其他數種信號亦可用。
現說明圖6，所示方法800係用以實行偏光測定及光學應力產生/檢測之兩方法。當選定其中之一分析方法後，從方塊805開始方法800。雖然可經由其他技術選定，但通常由使用者選定方法，尤其對樣品實行測定時選定自動化技術，例如偏光測定或光學應力產生/檢測法。
若選定偏光測定法，即在方塊805將一或多個控制信號施加於方塊810之可控延遲器，此可控延遲器可為電光調變器LCD形相調變器或可為光彈調變器(photoelastic modulator)。第一控制信號係用以在樣品上至少部分的(例如周期性的)產生入射光束之圓狀偏光，如圖3所示。應予一提的是，該入射光束之偏光會隨著時間及以某一周期產生之圓狀偏光而改變。在一個例子，第一控制信號包含可將電壓偏壓至電光調變器之一偏壓，使該可控延遲器充當周期性控制的1/4波板作用。上述第一控制信號亦含有調變信號，例如正弦或線狀信號。在方塊815中，若極化器(例如圖2之極化器215或圖5之極化器280)尚未從光路移開，則將其移走。如此，方塊810及815便容許可控延遲器及系統修正入射光束(在方塊840)而周期性的產生實質圓狀之偏光。在方塊820中，係使用修正的光束實行偏光測定以決定樣品之一或多個特性。此一或多個特性可輸出及/或顯示於方塊823中。
若選光學應力產生/檢測時(在方塊825)，在方塊825，回應該選擇施加一或多個控制信號於可控延遲器(例如電光調變器或可為光彈調變器)。第二控制信號係用以至少部分的引起光束之時變線性偏光作用。此線性偏光之偏光度可在例如－45及45度之間變化。在一實施例中，第二控制信號包含一偏壓，用以將電壓偏壓至可控延遲器，使電光調變器充當1/2波板作用。此第二控制信號亦含有例如正弦信號等調變信號。在方塊830中，若極化器未設置，則在可控延遲器之後，但樣品之前之光路中設置一極化器(例如圖4之極化器280)。如此，方塊825及830便容許可控延遲器及系統藉進行時變線性偏光作用修正入射光束，此與一極化器相連在樣品上引起入射光束之振幅調變(在方塊850)。在方塊835中，使用修正光束實行光學應力產生/檢測以決定樣品之一或多個特性，而在方塊855輸出及/或顯示該一或多個特性。
上面已對能實行偏光測定及光學應力產生/檢測兩技術之一系統加以說明。現將說明其附加之系統於下。
參照圖7，圖中1000顯示，使用個別之泵激光束及探測光束實行偏光測定及光學應力產生/檢測系統之例子。系統1000包含雷射器1010及鏡子911、912、913及914。該系統1000又含有一將來自雷射器1010一光束1014分割成泵激光束1012及探測光束1011所用之分光器(splitter)1013。該鏡子912及913可移動而在泵激光束1012及探測光束1011之間產生延時(time delay)。上述鏡子911－914構成一時延裝置980。鏡子911－914只是時延裝置980之一個例子，其他可調整泵激光束1012探測光束1011間之延遲之任何裝置皆可用。在此實施例中，延遲係藉使用資料收集/分析模組940中之控制器C3 993調整，該控制器控制時延裝置980之定位(positioning)。系統1000亦包括極化器P2 915、P1 916，EOM 920、921，二個可移動極化器P4 925、P3 926，分析器935，資料收集/分析模組940(在此例中含有一未圖示之檢測器)及光子吸留體945。上述泵激光束1012及探測光束1011以入射角α1 及α2 投射至樣品930之表面931。應知，光子吸留體945可藉由連結於資料收集/分析模組940之檢測器999取代而提供第二入射角(即α1 之外之一入射角α2 )之第二測值。
電光調變器(EOM)920、921係視系統1000之構成(即用於偏光測定或光學應力產生/檢測)具有適當之控判信號。在一實施例中，EOM 921係例如由控制器C1 991只提供產生1/2波λ/2周期延遲之信號，而EOM920則例如由控制器C2 992提供產生λ/4周期延遲之信號(供系統實行偏光測定)。實行“正常”之偏光測定(另一種偏光測定將於下面解說)時，從探測光束1011之光路將極化器P4 移走，當實行正常之偏光測定時則用遮光器(shutter)1020阻斷泵激光束1012。應知，可將控制器C1 991、C2 992組合，亦可用電子或人工予以程式化。
在利用系統1000實行光學應力產生/檢測時，需將兩可動極化器925、926移動到泵激光束1012及探測光束1011之光路中，而當系統1000被用以實行偏光測定時，則需將可動極化器925、926之一個移除。應知，在此實施例中，探測光束1011可不通過時延機構980而直接進入光路981。此光路981可藉移除鏡子911、914，或移動該等鏡子到不阻礙探測光束1011之地方而建立。另外，使用透鏡1038將泵激光束1012及探測光束1011聚焦在樣品930之表面931。
如上所述，遮光器1020在實行“正常”單一光束偏光測定時係用以關閉泵激光束1012。此遮光器1020在實行光學應力產生/檢測及實行時間分解(time－resolved)，偏光測定時係開著的。此種時間分解偏光測定載於“Applied physics Letters”第63卷，第1507頁(1993)。在此簡介於下：如上所述“正常”偏光測定只用於單一光束。用於時間分解偏光測定時，設置EOM 920作為1/4波板(即施加λ/4信號於EOM 920)並從探測光束1011之光路移除極化器P4 ，並設置EOM 925作為1/2波板(即施加λ/2信號於EOM 921)，同時將極化器P3 配設於(例如不移除時)探測光束1011之光路中。
在時間分解偏光測定時，一如在光學應力產生/檢測時，使用二個光束，即泵激光束1012及探測光束1011。但反射偏光數據(例如偏光參數△及Ψ)乃作為泵激光束及探測光束之間之時延函數被查驗。此可廣義的被視為捕捉發生於探測光束之活動畫像(motion picture)作為泵激光束之函數。舉例而言，時延裝置980可彼調整，使得該探測光束1011在泵激光束1012抵達之一微微秒前抵達樣品表面931。當探測光束1011在泵激光束1012低達表面931之前抵達時，該延遲被視為係負值。因此需將時延裝置980加以調整，從而修正該延遲，例如從某些負延遲修正成為某些正延遲。此種延遲之調整通常含有一些延遲期間。每當有延遲時，即收集其反射偏光測定資料。但，應知若不實行正常之偏光測定而是實行光學應力產生/檢測之外附帶實行時間分解偏光測定時，通常是不會使用遮光器1020。
現說明圖8，所示系統1100為使用泵激光束及探測光束的組合(例如其線組合)實行偏光測定及光學應力產生/檢測之示意圖。該系統1100包括鏡子1130、1140、1160及一複合器1150。在系統中，若是使用“正常”單一光束偏光測定法，將會使用到鏡子1130及該複合器1150。
現說明圖9，該方塊圖顯示資料分析模組265，此模組不具有相應之控制性能。資料分析模組265含有2個鎖定放大器(lock－in amplifier)1210、1220，一DC信號處理模組1225及一電腦1230。上述鎖定放大器1220使用一基準時鐘1215將信號鎖定於調變頻率f。鎖定放大器1210使用基準時鐘1205將信號鎖定於調變頻之2倍之2f。電腦1230含有一用以根據較出1211、1221、1226決定樣品之特性的信號分析程式235。
圖10顯示另一資料蒐集模組265實例之方塊流程圖，該資料蒐集模組265不含有對應控制功能，而是含有一備有類比－數位轉換器(ADC)1320以創造數位資料1311之一數位信號捕集模組1310以及含有備有快速傅立葉轉換(FFT)模組1340之一數位信號分析模組1330。此數位分析模組可為電腦或數位示波器。
圖9及10所示之資料蒐集模組265只是一例子，其亦可含控制功能的控制系統之一部分或全部。
上面所舉之各實施例係具有以一入射角被導向樣品之表面之光束。但，本發明可用於多種入射角。用於多種入射角之例子乃示於圖11(包括圖11A－11C)及圖12(包括圖12A－12C)。
圖11A顯示用以導向光束1605a及1605b至樣品1630之一個系統1600。此系統含有數個鏡子1610、1615、1640、1645及及二個透鏡1620、1635。此系統1600可用於圖7及8所示之系統1600，在此等系統中光束1605a及1605b分別代表泵激光束及檢測光束。上述光束1605a、1605b係分別以入射角α1 及α2 被導至樣品1630。圖11B及11C分別顯示光束1605a及1605b如何的通過一光路折射而對樣品1630表面產生不同入射角之過程。圖11B為提供數種不同光束的入射角之另一系統。此系統設有一聲光折射板1644用以使光束1605a反射而產生光束1608(例如沿原光路)及1609(沿折射光路)之一。換言之，聲光折射板(AOD)無折射時產生光束1608，當聲光折射板引起小量之折射時產生光束1609。圖中θ1 及θ2 為入射角。圖11C顯示可提供數種光束入射角之系統的示意圖。在此實例中，藉壓電馬達(PM)1660推動鏡子1615產生兩個入射角θ1 及θ2 。更具體的說，壓電馬達在第一位置時產生入射角θ1 ，在第二位置時產生入射角θ2 。
其他技術亦可用來產生同時多角度之入射角之光束，例如揭露於美國專利第5,166,252號之測定技術。在此專利中係使用透鏡產生複數之多角度入射角之光束並使用檢測器來解析至少一些不同角度之入射角之光束。
圖12A為AOD系統的一部分，顯示AOD未聚焦於一“正確的位置”。由圖示可知，使用AOD 1710及透鏡會引起從正確聚焦位置1701偏移至不正確聚焦位置1702。但此種聚焦之偏差可予以矯正。圖132及12C為AOD系統的一部分，顯示聚焦偏差矯正之示意圖。圖12B中係使用第二AOD 1730矯正偏光，而圖12C係使用第二透鏡矯正偏差。
應知，使用例如光譜偏光測定器等可實行多頻測定。許多不同型之白光源可用，在圖13所示之系統1800中係使雷射器1805產生之具有頻寛約12nm之光1806之800nm脈衝通過位於極化器210(圖2)正前方位置之白光發生器1810而產生一可提供具有多重波長的光束205之一超速續光譜(super continuum)。有關產生超速續光譜的方法係揭露於例如“Phys.Rev.Lett.”第24卷第592頁(1970)。因此，包含於本非限制實例中之白光源1811係雷射器1805及白光發生器1810。上述可控延遲器1815係由適當之控制信號211/411所控制，極化器280可設於光束路中(實行光學應力產生/檢測時)亦可從光束路移開(實行偏光測定時)。當與適當之繞射元件1820及適當之二維(2D)感應器1830連用時亦可獲得光譜偏光測值。此外應知，藉由超連續光譜及光譜測定器(即分光儀)1890之助，可實行多頻測定，如此可使裝置具備繞射偏光測定的額外功能。
另外應知，本發明之特徵構成可由具有電腦可讀指令之有形電腦可讀取媒體實現，該指令由處理裝置執行以實行本說明書內所描述之操作。電腦可讀取媒體可例如置於處理裝置之記憶體中或置於光碟(CD)、數位式影音光碟(DVD)、記憶棒或其他長期儲存體上。
上面為發明人目前認為實施本發明最佳之非限制性實施態樣，精於此項技術之人可根據配合圖式所作之說明及請求項之描述作各種修飾及變更，惟這些或類似本發明教導之修飾及變更仍應屬於本發明之範圍。
110‧‧‧極化器
111‧‧‧線性極化光
115．．．相調變器
116．．．入射光束
121．．．反射光
140．．．檢測器
141．．．信號
160．．．資料分析模組
200．．．系統
210．．．極化器
212．．．正弦控制信號
215．．．可控制型延遲器
220．．．鏡子
230．．．透鏡
250．．．分析器
255．．．檢測器
265．．．資料分析及控制模組
290．．．控制器
310．．．正弦信號
1012．．．泵激光束
1011．．．探測光束
圖1為適合實行偏光測定之系統的方塊圖。
圖2為適合實行偏光測定/光學應力產生/檢測兩者之系統之一例的方塊圖。
圖3為由圖2電光調變器(EOM)施加之延遲以及發生於圖2之相調變光束中之合成極化的曲線圖。
圖4為圖2所示之系統之方塊圖，顯示該系統係用以實行光學應力產生/檢測。
圖5為由圖4電光調變器(EOM)施加之延遲以及發生於圖4之相調變光束中之合成極化的曲線圖。
圖6為實行偏光測定及光學應力產生/檢測兩種組合法之方塊圖。
圖7為個別使用泵激光束及探測光束實行偏光測定及光學應力產生/檢測兩種方法之系統例示圖。
圖8為使用泵激光束及探測光束兩者偏光測定及光學應力產生/檢測兩種組合法之方塊圖。
圖10為資料蒐集模組之方塊圖。
圖11A為用以將一光束以多種入射角導至樣品上之系統示意圖。
圖11B及11C為提供泵激及探測光束之數種入射角之系統示意圖。
圖12A為聲光折射板(AOD)系統之一部分的示意圖，顯示AOD設有在正確的位置聚焦。
圖12B及12C為AOD系統之一部分的示意圖，顯示聚焦偏差矯正之示意圖。
圖13為圖2及圖4之系統，經調整以供實行偏光測定或光學應力產生/檢測之一或兩者之多頻測定。
100．．．系統
105．．．光源
106．．．光束
110．．．極化器
111．．．線性極化光
115．．．相調變器
116．．．入射光束
120．．．樣品
121．．．反射光
140．．．檢測器
141．．．信號
160．．．資料分析模組

Claims (24)

  1. 一種測量樣品特性之方法，包括下列步驟：選擇實行偏光測定(ellipsometry)及實行光學應力產生和檢測中之至少一者；回應選擇實行偏光測定時，施加至少一個第一控制信號於一可控延遲器，其調變導至一樣品的一表面之一光束的至少一偏光性，以產生一第一調變光束，及使用由該樣品反射之該第一調變光束的一第一反射型式實行偏光測定，以決定該樣品之至少一第一特性；及回應選擇實行光學應力產生和檢測時，施加至少一個第二控制信號於該可控延遲器，以產生一第二調變光束，及使用該第二調變光束的一第二反射型式實行光學應力產生和檢測，以決定該樣品之至少一第二特性。
  2. 如請求項1之方法，其中該可控延遲器包含一電光調變器(EOM)、一光彈調變器(PEM)和液晶顯示(LCD)型相調變器中的一者。
  3. 如請求項1之方法，進一步包括輸出該樣品之該至少一第一特性及該至少一第二特性中的至少一者。
  4. 如請求項3之方法，進一步包括顯示該至少一第一特性及該至少一第二特性之至少一輸出。
  5. 如請求項1之方法，其中：該至少一個第一控制信號係組配來致使該可控延遲器產生該光束之一周期性橢圓狀偏光(elliptical polarization)；及 該至少一個第二控制信號係組配來致使該可控延遲器產生該光束之一周期性線狀偏光(linear polarization)。
  6. 如請求項5之方法，其中該至少一個第一控制信號及該至少一個第二控制信號係一正弦信號或一鋸齒狀信號中的一者。
  7. 如請求項5之方法，其中該至少一個第一控制信號係組配來致使該可控延遲器產生該光束之一周期性圓狀偏光(circular polarization)。
  8. 如請求項5之方法，進一步包括：回應實行光學應力產生和檢測，將一極化器設置於該第二調變光束的一光路中，其中該極化器及該至少一個控制信號係界定來致生離開該極化器之一光束的至少一振幅調變。
  9. 如請求項8之方法，其中當該光束用於光學應力產生和檢測時，該光束係一探測光束，或其中當該光束用於光學應力產生該光束時，該光束係一泵激光束。
  10. 如請求項1之方法，進一步包括下列步驟中的一者：將該第一調變光束導至該樣品的該表面，使該第一調變光束相對於該樣品的該表面具有一第一入射角，及將該第一調變光束導至該樣品的該表面，使該第一調變光束相對於該樣品的該表面具有一第二入射角；其中使用來自對應於該等第一及第二入射角之該第一調變光束的該第一反射型式之資訊，實行偏光測定；以及將該第二調變光束導至該樣品的該表面，使該第二調變 光束相對於該樣品的該表面具有一第一入射角，及將該第二調變光束導至該樣品的該表面，使該第二調變光束相對於該樣品的該表面具有一第二入射角；其中使用來自對應於該等第一及第二入射角之該第二調變光束的該第二反射型式之資訊，實行光學應力產生和檢測。
  11. 如請求項1之方法，進一步包括：產生含有一個第一複數波長之光束，及使該調變光束的反射光束折射而將其分割成一個第二複數波長；及使用該第二複數波長實行偏光測定或光學應力產生/檢測之至少一種測定。
  12. 一種測量樣品特性之裝置，具有用來實行偏光測定之一第一組態及用來實行光學應力產生和檢測之一第二組態中的至少一者，包括：一光源，其組配來產生一泵激光束及一探測光束，其中該等光束的每一者均被導至一樣品的一表面；一可控延遲器，係配設於該泵激光束或該探測光束中的一選出者之一光路中，該可控延遲組配來響應於一控制信號而調變該被選出之光束之至少一偏光性；一控制器，其組配來提供至少一個控制信號予該可控延遲器，其中該控制器被組配成第一組態，以致使至少一個第一控制信號施加至該可控延遲器；該控制器被組配成第二組態，以致使至少一個第二控制信號施加至該可控延遲器，其中該至少一個第一控制信號及該至少一個第二控制信號係組配來致生該被選出之光束產生不同之偏光性； 一檢測器，組配來接收由該樣品的該表面反射而來的該選出光束之一型式及輸出對應於該經反射型式的資料；及一資料分析模組，其耦接於該檢測器，且被組配成第一組態，以使用該輸出資料實行資料分析，以決定該樣品之至少一個第一特性，以及進一步組配成第二組態，以使用該輸出資料實行資料分析，以決定該樣品之至少一個第二特性。
  13. 如請求項12之裝置，其中該可控延遲器包含一電光調變器(EOM)、一光彈調變器(PEM)和液晶顯示(LCD)型相調變器中的一者。
  14. 如請求項12之裝置，進一步包含一通訊裝置，其組配來顯示該至少一第一特性及該至少一第二特性中的至少一者。
  15. 如請求項12之裝置，其中：該至少一個第一控制信號係組配來致使該可控延遲器產生該選出光束之周期性橢圓狀偏光；及該至少一個第二控制信號係組配來致使該可控延遲器產生產生該選出光束之周期性線狀偏光。
  16. 如請求項15之裝置，其中該至少一個第一控制信號係組配來致使該可控延遲器產生該選出光束之周期性圓狀偏光。
  17. 如請求項15之裝置，進一步含有：一可移動極化器，其係組配來在第二組態時，配設於經調整選出光束之一光路中，且其係組配來在第一組態時，從該經調變選出光束的該光路移走，其中該可移動極化器及該至少一個第二控制信號 係組配來致生離開該可移動極化器之該經調變選出光束的至少振幅調變。
  18. 如請求項12之裝置，其中該選出之光束為探測光束，而該可控延遲器係設置於該探測光束之一光路中之一第一可控延遲器，該控制器係一第一控制器，且其中該裝置進一步包含：一遮光器，其設置於泵激光束之一光路中且組配成第一組態以遮斷該泵激光束，該遮光器組配成第二組態以使該泵激光束通過；一設置於該泵激光束之一光路中之第二可控延遲器，此第二可控延遲器係組配以至少調變該泵激光束之該偏光性；及一第二控制器，其連接至該第二可控延遲器且組配來提供至少一個控制信號予該第二可控延遲器，其中該第二控制器係組配成第二組態以產生將要被施加於該可控延遲器之至少一個第三控制信號。
  19. 如請求項18之裝置，進一步包括：一可移動極化器，其係組配來在該第二組態時設置於該經調變探測光束之一光路中，且組配來在該第一組態中係從該探測光束之該光路中移走，其中該可移動極化器及該至少一個第二控制信號係界定來致生離開該可移動極化器之該探測光束的至少振幅調變，其中該裝置尚包括配設於該經調變泵激光束之一光路中之另一極化器，且其中該另一極化器及該至少一個第三控制信號係組配來致生離開該可移動極化器的該探測光束之 至少一振幅調變。
  20. 如請求項19之裝置，進一步包括：一時延機構，其係組配來設置於該探測光束之該光路中，並且組配來調整該探測光束相對於該泵激光束之一延遲，其中該資料分析模組係進一步組配來決定針對複數個延遲之偏光測定資料。
  21. 如請求項12之裝置，進一步包括：一聲光偏向器、至少一個鏡子及一組配來配設於該選出光束之該光路中之透鏡，其中該聲光偏向器係組配來使該選出光束從一原先光路移位至一偏位光路，使該選出光束在原先光路中相對於該樣品的該表面有一第一入射角，而該選出光束在該偏位光路中相對於該樣品的該表面有一第二入射角。
  22. 如請求項12之裝置，進一步包括：至少一鏡子、連接於該至少一個鏡子中之一選出者的一壓電馬達，及一配設於該選出光束之該光路中的透鏡，其中該壓電馬達係組配來移動該選出的鏡子，以將該選出光束從一原始光路移位至一偏位光路，使該選出光束在該原始光路中，相對於該樣品的該表面具有第一入射角，且該選出光束在該偏位光路中相對於該樣品的該表面具有一第二入射角。
  23. 如請求項12之裝置，其中該光源係一白光源，且其中該選出光束包含一第一複數個波長；以及進一步包含：一繞射元件，設置於該選出光束之反射型式之一光路中，其中該繞射元件係組配來繞射該選出光束的反射型式，以將該反射型式分割成一第二複數個波長並且將該等第二複數個波長導至該檢測器， 其中該檢測器含有一個二維感測器，其係組配來以解析對應該等第二複數波長之資訊。
  24. 一種附載有電腦可讀取指令的程式之非過渡性電腦可讀取媒體，該等指令由一處理單元執行而實行包含下述動作之操作：選擇實行偏光測定或實行光學應力產生和檢測中之一者；回應選擇偏光測定，將組配來指示之至少一個第一控制信號施加於一可控延遲器，以調變導至一樣品的一表面之一光束的至少一偏光性，以產生一第一調變光束，以及使用由該樣品反射來的該第一調變光束的一第一反射型式來實行偏光測定，以決定該樣品之至少一個第一特性；及回應選擇光學應力產生和檢測，將組配來指示之至少一個第二控制信號施加於該可控延遲器，以產生一第二調變光束，以及使用該第二調變光束之一第二反射型式來實行光學應力產生和檢測，以決定該樣品之至少一個第二特性。
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