TWI477758B - 離散偏光排列角散射儀、一散射儀之光學子系統及散射量測方法 - Google Patents

離散偏光排列角散射儀、一散射儀之光學子系統及散射量測方法 Download PDF

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Description

離散偏光排列角散射儀、一散射儀之光學子系統及散射量測方法
本發明大體上係關於離散偏光散射量測。
本申請案主張於2010年6月17日申請之名為「Discrete Polarization Permutation Angular Scatterometer」之美國專利申請案第61/355,694號之優先權，該案係以宛如全文闡述引用的方式併入本文中。
以下描述及實例並非由於包含於此段落中而被認為係先前技術。
在一半導體製程中於各點處對晶圓執行度量衡程序以判定晶圓之多種特性，諸如晶圓上之一圖案化結構之寬度、形成於晶圓上之一膜之厚度及晶圓之一層上之圖案化結構相對於該晶圓之另一層上之圖案化結構之疊對(overlay)。當前使用光譜散射量測或角度解析散射量測執行光學臨界尺寸(CD)及疊對度量衡。
一些散射儀藉由使一偏光器及/或分析器旋轉而收集資訊。存在用於在兩個正交定向線性照明偏光之間切換之若干已知技術，諸如：1)使定位於照明路徑中之一線性偏光組件旋轉90度；2)使該照明路徑中之一半波延遲器旋轉45度；及3)使用一電光裝置(諸如，柏格耳盒(Pockels cell)或液晶)以施加一半波延遲。另外，存在用於在兩個正交定向收集偏光之間切換之若干技術包含：1)使定位於收集路徑中之一線性偏光組件旋轉90度；2)使該收集路徑中之一半波延遲器旋轉45度，其後接著一固定線性偏光組件；及3)使用一電光裝置(諸如，柏格耳盒或液晶)以施加一半波延遲，其後接著一固定線性偏光組件。
或者，先前所使用的架構使用一非偏光光束分離器(非PBS)分離照明路徑及收集路徑。在圖1中展示此類感測器架構之一實例。特定言之，圖1圖解闡釋先前所使用的旋轉偏光器散射儀之一實例。如圖1中所示，該散射儀包含照明光學器件10，該照明光學器件10經組態以將光引導至偏光組件12(其可為一旋轉偏光器)。來自偏光組件12之光被引導至非PBS 14，該非PBS 14將光引導至物鏡16。物鏡16將光引導至晶圓18。自晶圓18散射之光係藉由物鏡16收集且藉由非PBS 14引導至偏光組件20。偏光組件20可為一旋轉分析器。離開偏光組件20之光被引導至收集光學器件22。
上述散射儀存在若干缺點。例如，使光學組件旋轉係相對緩慢。另外，使光學組件精確旋轉係困難的。此外，光學組件之旋轉的不可重複性可使系統校準降級。使用分開之光學組件以建立照明偏光及收集偏光亦使得收集偏光軸及照明偏光軸之精確對準變得困難。另外，半波片及電光延遲器(諸如柏格耳盒或液晶)之偏光純度係不良的。電子地開啟及關閉雷射亦降低穩定性及可重複性。
因此，開發克服先前使用架構中所固有的量測速度及校準穩定性之缺點而不降低藉由連續運動偏光儀器(諸如旋轉偏光器及旋轉分析器散射儀)產生之資訊量之散射儀將係有利的。
絕不將各種實施例之以下描述視為限制隨附申請專利範圍之標的。
一實施例係關於一種散射儀之光學子系統。該光學子系統包含經組態以產生具有不同偏光之光之一或多個光源。該光學子系統亦包含一偏光光束分離器，該偏光光束分離器經組態以將光分成具有正交及互斥偏光之兩個不同光束。另外，該光學子系統包含兩個或兩個以上第一光學元件，該等第一光學元件經組態以將該兩個不同光束引導至一晶圓。該光學子系統進一步包含一或多個第二光學元件，該一或多個第二光學元件經組態以在量測期間控制該兩個不同光束之哪一者照亮該晶圓。該光學子系統亦包含一偵測子系統，該偵測子系統經組態以個別地偵測源自使用該兩個不同光束之一者照亮該晶圓之兩個不同散射光束並且回應於該兩個不同散射光束而個別地產生輸出。該兩個不同散射光束具有正交及互斥偏光。用於量測之光學子系統之所有光學表面在量測期間係固定的。可如本文中描述般進一步組態該光學子系統及散射儀。
另一實施例係關於一種散射儀。該散射儀包含上述光學子系統之元件。另外，該散射儀包含一電腦子系統，該電腦子系統經組態以使用輸出判定形成於晶圓上之特徵之一或多個特性。可如本文中描述般進一步組態該散射儀。
一額外實施例係關於一種散射量測方法。該方法包含產生具有不同偏光之光。該方法亦包含將該光分成具有正交及互斥偏光之不同光束。另外，該方法包含將該兩個不同光束引導至一晶圓。該方法進一步包含在量測期間控制該兩個不同光束之哪一者照亮該晶圓。該方法亦包含個別地偵測源自使用該兩個不同光束之該一者照亮該晶圓之兩個不同散射光束。另外，該方法包含回應於該兩個不同散射光束個別地產生輸出。該兩個不同散射光束具有正交及互斥偏光。用於該方法之步驟之所有光學表面在該等量測期間係固定的。另外，該方法包含使用該輸出判定形成於該晶圓上之特徵之一特性。
可如本文中進一步描述般執行上述方法之步驟各者。上述方法可包含本文中描述之(若干)任何其他方法之(若干)任何其他步驟。可使用本文中描述的任何系統執行上述方法。
藉由較佳實施例之以下詳細描述且在參考隨附圖式之後，熟習此項技術者將明白本發明之進一步優點。
雖然本發明易於以各種修改及替代形式呈現，但本發明之特定實施例係藉由圖式中之實例展示且將在本文中詳細描述。該等圖式並非按比例繪製。然而，應瞭解，該等圖式及其詳細描述並不旨在將本發明限於所揭示之特定形式，恰相反，本發明旨在涵蓋落於如藉由隨附申請專利範圍定義之本發明精神及範疇中之所有修改、等效物及替代物。
現參考圖式，應注意，該等圖式並未按比例繪製。特定言之，極大地放大該等圖式之一些元件之規模以強調該等元件之特性。亦應注意，該等圖式並未按相同比例繪製。已使用相同參考數字指示在一個以上圖式中展示之可經類似組態之元件。
一實施例係關於一種散射儀之光學子系統。該散射儀係意欲於半導體或相關裝置生產之各種階段(諸如，微影及蝕刻)中使用。在一些實施例中，可將本文中描述之該等散射儀整合於一半導體製造系統(諸如，微影系統或蝕刻系統或以某一方式物理、化學或機械地改變晶圓之任何其他系統)中。可將該散射儀整合於半導體製造系統中使得該散射儀可在一步驟期間、在一步驟之前、在一步驟之後及/或在未自該半導體製造系統移除該晶圓之情況下(亦即，在將該晶圓設置於該半導體製造系統中時)藉由該半導體製造系統對該晶圓執行之一程序之步驟期間量測該晶圓並且判定該晶圓之一特性。在由Levy等人共同擁有的美國專利案第6,891,627號中描述及圖解闡釋如何可將該散射儀整合於一半導體製造系統中之實例，該案係以宛如全文闡述引用的方式併入本文中。
可將本文中描述之散射儀用於在半導體製造期間量測裝置或測試特徵之光學及/或結構特性。光學或結構特性包含(但不限於)臨界尺寸(CD)(諸如，高度、側壁角度、節距、線寬、膜厚度、折射率)及不同層之間的疊對或一單一層中之曝光之間的疊對。可藉由取樣照明及收集偏光排列之一離散集合且隨後藉由基於模型或差動信號度量衡方法對其等進行分析來操作本文中描述之散射儀。以此方式，可將本文中描述之散射儀稱為離散偏光排列散射儀(例如，角散射儀)。
散射量測及角光學散射量測係CD度量衡之已知方法且通常用於半導體製造中。許多感測器架構利用偏光照明及收集以增強對特定結構及光學參數之敏感度及選擇性。針對一給定波長、方位入射角及極性入射角，可將包含四個複數之瓊斯(Jones)矩陣用以充分描述來自一任意結構之散射量測事件。因此，在八個照明及收集偏光排列中含有最大可達成散射量測資訊。在本文中描述之實施例中，偏光狀態之排列集合可包含(但不必限於)在晶圓平面中沿著X軸及Y軸之線性偏光照明及收集之所有組合或照明路徑及收集路徑之徑向及極性偏光之組合。
在圖2中展示一徑向或極性偏光轉換器之一實例。特定言之，光學元件24係一線性至徑向或方位(極性)偏光轉化器(其可用於本文中描述的實施例中且在商業上可自瑞士Neuchtel市ARCoptix作為ARCoptix徑向-方位偏光轉換器購得)之一實例。如圖2中所示，線性偏光光束26可進入光學元件24且被轉換成徑向偏光光束28或方位偏光光束30。
用於量測之光學子系統之所有光學表面在該等量測期間係固定的。例如，如本文中進一步描述般，該光學子系統可包含經組態以經移動而出入該光學子系統之(若干)光學路徑之一或多個元件(諸如快門)。然而，經移動之任何光學元件除了用於校準目的以外未用於量測。例如，因為該等快門阻止光到達晶圓或一偵測器，所以該等快門可阻礙量測而實際上未用於量測。以此方式，本文中描述的實施例之重要特性之一者在於：相對於基於旋轉偏光器及分析器之方法，本文中描述的該等實施例可在不移動儀器之光學路徑中之任何光學表面之情況下實現偏光之一離散集之排列之間的高速切換。如此，由於光學路徑的靜態性質，在一單一量測中且隨著量測之間的時間變化而降低與光學校準漂移相關聯之系統誤差。
在光學子系統之一實施例(其可被稱為一基於路徑之偏光切換架構)中，藉由固定光學路徑之一有限集合之間的切換來選擇偏光排列之一集合。此類架構可為循序、並行或該兩者之一組合。就循序而言，意欲藉由沿著照明光學器件與收集光學器件之間之一特定光路徑而達成每一偏光排列。可藉由插入或移除一光束光闌或藉由控制任何其他適當的光束轉向裝置達成此類循序切換。
圖3中展示一基於路徑之離散偏光循序或切換散射儀之一實施例。光學子系統包含經組態以產生具有不同偏光之光之一或多個光源。例如，如圖3中所示，該光學子系統可包含照明光學器件32，該照明光學器件32可包含一或多個光源。該一或多個光源可包含(例如)一或多個雷射。可如本文中描述般進一步組態該一或多個光源。另外，可如本文中描述般進一步組態照明光學器件32。
該光學子系統包含一偏光光束分離器(PBS)，該偏光光束分離器(PBS)經組態以將光分成具有正交及互斥偏光之兩個不同光束。該等偏光可為相對於一經適當選擇之參考平面之正交水平(H)偏光及垂直(V)偏光。例如，如圖3中所示，來自照明光學器件32之光被引導至照明PBS 34，該照明PBS 34經組態以將該光分成具有正交及互斥偏光之兩個不同光束。另外，該PBS可將照明光分離成正交線性分量。PBS 34可包含此項技術中已知之任何適當PBS。
該光學子系統包含經組態以將該兩個不同光束引導至一晶圓之兩個或兩個以上第一光學元件。例如，如圖3中所示，該等第一光學元件可包含反射性元件36、非PBS 38、PBS 40、反射性元件46及非PBS 48。反射性元件36經組態以將該等光束之一者自PBS 34引導至非PBS 38(其使該光束透射至PBS 40)。反射性元件46將另一光束自PBS 34引導至非PBS 48(其使該光束透射至PBS 40)。接著，PBS 40可將該兩個不同光束引導至晶圓44。以此方式，PBS 40係用於兩個照明光束之一共同PBS。特定言之，該「共同」PBS重新組合兩個照明偏光路徑。反射性元件36及46可包含諸如平面鏡之任何適當的反射性元件。非PBS 38及48可包含此項技術中已知之任何適當的非PBS。PBS 40可包含此項技術中已知之任何適當PBS。以此方式，在一實施例中，該兩個或兩個以上第一光學元件包含：一第一非PBS(例如，非PBS 38)及一額外PBS(例如，PBS 40)，該兩者皆定位於該兩個不同光束之一第一者之路徑中；及及一第二非PBS(例如，非PBS 48)及該額外PBS(例如，PBS 40)，該兩者皆定位於該兩個不同光束之一第二者之路徑中。
在一些實施例中，該光學子系統包含一物鏡，該物鏡經組態以將光自該額外PBS引導至該晶圓並收集自該晶圓散射之光，且藉由該額外PBS將自該晶圓散射之光分成兩個不同散射光束。例如，如圖3中所示，該等不同光束可自PBS 40引導至物鏡42，該物鏡42將該等光束聚焦至晶圓44並收集自該晶圓散射之光。物鏡42可包含呈任何適當組態之一或多個折射光學元件。以此方式，該「共同」PBS恰在投入物鏡之前重新組合兩個照明偏光路徑。接著，PBS 40將散射光分成兩個不同散射光束。例如，該「共同」PBS將所收集的散射光分成正交線性分量。
該光學子系統包含一或多個第二光學元件，該一或多個第二光學元件經組態以在量測期間控制該兩個不同光束之哪一者照亮晶圓。在一實施例中，該一或多個第二光學元件包含：一第一快門，其經組態以定位於該兩個不同光束之一第一者之一路徑中；及一第二快門，其經組態以定位於該兩個不同光束之一第二者之一路徑中。例如，如圖3中所示，該一或多個第二光學元件可包含經組態以定位於該兩個不同光束之一第一者之一路徑中之快門50及經組態以定位於該兩個不同光束之一第二者之一路徑中之快門52。該等快門可包含此項技術中已知之任何適當的快門且該光學子系統及散射儀可經組態以使該等快門以任何適當的方式移動出入該等不同光束之路徑。以此方式，該光學子系統可包含該兩個照明路徑上之個別快門以阻止非所要照明偏光到達該晶圓。因此，該一或多個第二光學元件可經組態以藉由阻斷而控制哪個光束照亮該晶圓。然而，該一或多個第二光學元件可經組態以藉由折射、繞射或以任何其他方式控制哪個光束照亮該晶圓。例如，如本文中進一步描述般，該一或多個第二光學元件可包含聲光偏轉器(AOD)，該聲光偏轉器(AOD)可用以取決於將哪個光束用於量測而使一光束自一光學路徑轉向。
在一實施例中，該散射儀經組態以控制該一或多個第二光學元件使得該兩個不同光束一次一個循序照亮該晶圓。例如，該散射儀可經組態以在針對量測而將該兩個不同光束之第二者用以照亮該晶圓時將快門50定位於該兩個不同光束之第一者之路徑中且將快門52定位於該兩個不同光束之第二者之路徑之外。接著，該散射儀可經組態以切換該等快門之位置使得該兩個不同光束之第一者可照亮該晶圓以供量測。該散射儀可經組態以依任何適當方式(例如，使用此項技術中已知之任何適當的控制子系統(圖式中未展示))控制及改變該等快門之位置。
該光學子系統包含一偵測子系統，該偵測子系統經組態以個別地偵測源自使用該兩個不同光束之一者照亮該晶圓之兩個不同散射光束並且回應於該兩個不同散射光束而個別地產生輸出。該兩個不同散射光束具有正交及互斥偏光。例如，如圖3中所示，自該晶圓散射之光可藉由物鏡42收集且接著藉由PBS 40而分成具有正交及互斥偏光之兩個不同散射光束。以此方式，PBS 40係用於兩個散射光束之一共同PBS。可將該等散射光束之一者引導至非PBS 38(其可將該光束引導至PBS 54)。以此方式，非PBS 38使該散射光束與照明路徑分離。PBS 54允許該散射光束通至收集光學器件56。另外，可將另一散射光束引導至非PBS 48，該非PBS 48可將該光束引導至PBS 54藉此將該收集散射光束與照明路徑分離。PBS 54將該光束反射至收集光學器件56。以此方式，PBS 54係在將所收集之光傳送至收集光學器件及量測感測器之前重新組合兩個收集偏光路徑之一「收集PBS」。可如本文中進一步描述般組態收集光學器件。PBS 54可包含此項技術中已知的任何適當PBS。
在一實施例中，該偵測子系統經組態使得該兩個不同散射光束沿著用以照亮該晶圓之該兩個不同光束行進所沿之光學路徑行進。例如，如圖3中所示，該等經收集之散射光束及該等兩個不同照明光束可沿著PBS 40與非PBS 38及PBS 40與非PBS 48之間的相同光學路徑而行進。
在一些實施例中，該偵測子系統經組態以循序偵測該兩個不同散射光束。例如，在一實施例中，該偵測子系統包含經組態以定位於該兩個不同散射光束之一第一者之一路徑中之一第一快門及經組態以定位於該兩個不同散射光束之一第二者之一路徑中之一第二快門，且該第一快門及該第二快門控制該兩個不同散射光束之哪一者到達該偵測子系統之一偵測器。以此方式，該兩個收集路徑上之個別快門阻止非所要線性收集偏光到達量測感測器。因此，該偵測子系統可經組態以藉由阻斷而控制偵測哪個光束。然而，該偵測子系統可經組態以藉由折射、繞射或以任何其他方式控制偵測哪個光束。例如，該偵測子系統可包含可用以取決於待偵測哪個光束而使一光束自一光學路徑轉向之AOD。
在一此類實施例中，如圖3中所示，該偵測子系統可包含兩個快門58及60，該等快門之各者可定位於該等散射光束之一者之路徑中。特定言之，快門58可定位於非PBS 38與PBS 54之間之一散射光束之路徑中，且快門60可定位於非PBS 48與PBS 54之間之另一散射光束之路徑中。以此方式，當藉由該偵測子系統偵測一散射光束時，可將一快門放置於該等散射光束之另一者之路徑中，反之亦然。該等快門可包含此項技術中已知的任何適當快門，且該光學子系統及散射儀可經組態以使該等快門以任何適當方式移動出入該等不同散射光束之路徑。另外，可藉由本文中描述的其他光束轉向光學元件取代該等快門。因而，該偵測子系統可僅包含一偵測器，該偵測器係用以循序及個別地偵測該兩個不同散射光束。該偵測器可包含任何適當的偵測器。可如本文中描述般進一步組態圖3中展示的光學子系統。
上述架構之一替代物係基於路徑之並行離散偏光散射儀。在此背景內容中使用術語「並行」意指(例如)藉由在儀器之收集路徑中使用一PBS而獲得偏光排列之一子集之一系統，其允許在不同收集通道上同時收集至少兩個偏光狀態。在圖4中展示一基於路徑之離散偏光並行散射儀之一架構之一實施例。在此實施例中，該偵測子系統經組態以同時個別地偵測該兩個不同散射光束。例如，在本文中進一步描述之一實施例中，該偵測子系統經組態以將該兩個不同散射光束同時引導至兩個不同偵測器。
如圖4中所示，光學子系統包含兩個光纖62及64。可將該等光纖之各者耦合至經組態以提供具有一不同偏光之光之一光源(圖4中未展示)。例如，可將光纖62耦合至經組態以提供具有一第一偏光之光之一第一光源(圖4中未展示)，且可將光纖64耦合至經組態以提供具有與第一偏光正交及互斥之一第二偏光之光之一第二光源(圖4中未展示)。可如本文中描述般進一步組態光纖62及64。以此方式，離開該兩個光纖之光可具有正交及互斥偏光。可藉由折射光學元件66將來自光纖62之光成像至PBS 68。另外，可藉由折射光學元件70將來自光纖64之光成像至PBS 68。PBS 68經組態以反射來自光纖62之光並且透射來自光纖64之光，使得具有兩個偏光之光係沿著一共同光學路徑加以引導。
可將來自PBS 68之光引導至變跡器72。可將來自變跡器72之光引導至折射光學元件74，該折射光學元件74使光聚焦通過照明場光闌(IFS)76。可藉由折射光學元件78將通過IFS 76之光成像至PBS 80。PBS 80經組態以將該光分成具有正交及互斥偏光之兩個不同光束。例如，具有一偏光之光藉由PBS 80反射至非PBS 82而具有一正交及互斥偏光之光藉由PBS 80而透射至非PBS 84。
非PBS 82及84將來自PBS 80之光反射至PBS 86，該PBS 86將該等光束引導至非PBS 88。非PBS 88將來自PBS 86之光反射至使光聚焦至晶圓92之物鏡90。因此，在此實施例中，經組態以將兩個不同光束引導至一晶圓之兩個或兩個以上第一光學元件包含非PBS 82、非PBS 84及非PBS 88以及PBS 86。
在此實施例中，經組態以在量測期間控制兩個不同光束之哪一者照亮晶圓之一或多個第二光學元件包含快門94及96，可如本文中描述般進一步組態該等快門94及96。特定言之，在將藉由PBS 80反射之光用於量測時，可將快門94定位於PBS 80與非PBS 84之間之光學路徑中，且在將藉由PBS 80透射之光用於量測時，可將快門96定位於PBS 80與非PBS 82之間之光學路徑中。
自晶圓散射之光係藉由物鏡90收集且經引導至非PBS 88，該非PBS 88將光反射至PBS 86。PBS 86將該光分成具有正交及互斥偏光之兩個不同散射光束。藉由PBS 86反射之散射光束經引導通過非PBS 82並且藉由折射光學元件98聚焦通過收集場光闌(CFS)100。通過CFS 100之光係藉由偵測子系統之偵測器102予以偵測。藉由PBS 86透射之散射光束經引導通過非PBS 84並且藉由折射光學元件104聚焦通過CFS 106。通過CFS 106之光係藉由偵測子系統之偵測器108予以偵測。該等偵測器可為電荷耦合裝置(CCD)。以此方式，具有正交及互斥偏光之散射光束可藉由共同PBS 86分離且經引導至不同偵測器，該等偵測器可同時個別地偵測該等不同散射光束。圖4中展示之光學子系統之元件各者可包含任何適當的光學元件。另外，可如本文中描述般進一步組態圖4中展示之光學子系統。
在上述之任一種情況中，散射儀在原則上可為光譜或角度解析，但在以下描述中將尤其關注角度解析架構。一額外特徵係使用本文中描述的實施例中之專用組合光束分離器(圖式中未展示)。可藉由合併兩個相鄰光束分離器之外部平面形成該專用組合光束分離器，以便消除散射及鬼影並改良對準及偏光純度。例如，可藉由在圖4中展示之共同PBS 86與非PBS 88之間使用連續玻璃形成一專用組合光束分離器。此類光束分離器將消除兩個玻璃對空氣界面以及與此等界面相關聯之所有有問題的散射及鬼影反射。此類組態亦允許組合光學分離器之S軸與P軸在製造期間而非在光軌上對準。
在一實施例中，本文中描述的實施例中所使用的照明係方位角對稱照明，然而此絕不意謂對本文中描述的實施例之一限制。例如，可在本文中描述的實施例中使用變跡方位角對稱照明源。在由Norton等人共同擁有之美國專利案第5,858,424號及於2011年3月24日發表之由Kandel等人共同擁有之美國專利申請公開案第2011/0069312號中描述此類變跡方案，該兩案以宛如全文闡述引用的方式併入本文中。此類照明架構實現晶圓上之一極小量測光點大小。此外，若選擇一無限共軛條件下之物鏡，則在該物鏡與收集光學器件之間的儀器之光學路徑中將產生一高度準直光束。此組態進一步實現本文中進一步描述之許多選用架構優點。
在一實施例中，該光學子系統包含定位於物鏡與額外PBS之間之波片。例如，另一可行選項係在該物鏡附近的光學柱中插入一四分之一波片。在一此實例中，如圖4中所示，可在物鏡90與非PBS 88之間的光學路徑中插入波片110。此波片可實現經由相位資訊之添加而偵測額外交叉極化瓊斯矩陣項。
另一選項係消除該兩個快門，可直接控制偏光角以使非PBS後面之一監測感測器上之信號歸零。例如，如圖4中所示，可藉由折射光學元件112將藉由非PBS 88透射之光聚焦至監測感測器114。該光之偏光角可經控制直至使藉由監測感測器114產生之輸出歸零。在一不同實例中，非PBS 116可定位於照明路徑中且經組態以將兩個不同照明光束之一部份與該照明路徑分離。可將該等不同光束之分離部份引導至折射光學元件118，該折射光學元件118可將該等不同光束聚焦至監測感測器120。可控制光之偏光角直至使藉由監測感測器120產生之輸出歸零。
可用於本文中描述的實施例中且可實現對相位資訊之存取之一替代架構係林尼克(Linnik)干涉儀架構。此類架構可藉由在其焦平面內使用一額外物鏡及一鏡來取代監測感測器而實現。此類光學架構可藉由使用結構化照明掃描遍及一適度小角而得以進一步增強。此類光學架構可為二維且經最佳化至晶圓上之一特徵。
現將描述許多更詳細照明器架構。可進一步任意組合此等架構之特徵。如下文將描述般，可有利地將此等架構之各者與離散偏光排列散射儀組合。
在一實施例中，一或多個光源包含兩個或兩個以上雷射，該兩個或兩個以上雷射之各者經組態以產生一不同波長之光，一快門及一個二向色組合器耦合至該等雷射之各者，且來自該等二向色組合器之光在被引導至PBS之前引導至一柏格耳盒。在圖5中展示一基於柏格耳盒之多波長照明器之一此類實施例。在此實施例中，源光學器件122包含經由快門126及二向色組合器128耦合至柏格耳盒130之若干離散雷射光源124，該柏格耳盒130在無顯著能量損耗之情況下藉由使一PBS(圖5中未展示)入射處之偏光狀態旋轉而提供偏光及強度控制。該PBS可為一照明PBS，諸如圖3中展示之照明PBS。藉由該等光源產生之光的波長可跨越可見光譜及近紅外線光譜，但此並非一限制。如圖5中所示，當耦合至該等光源之各者之快門並非定位於來自該等光源之光之路徑中時，可藉由折射光學元件132將來自該等光源之各者之光引導至二向色組合器128。可藉由折射光學元件134將來自柏格耳盒之光聚焦至光纖136(通常係單模光纖)，該光纖136將兩種偏光狀態(例如，H及V)傳播至光軌138，該光軌138可包含經組態以將光142引導至本文中描述的光學子系統之其他元件之折射光學元件140。例如，可將來自光纖之光引導至定位於一變跡器之後之一快門，且該快門可選擇該光軌上之照明偏光。藉由將照明器與主光軌分離，可使來自雷射及快門之熱及振動與該主光軌隔離。另外，源光學器件可包含經組態以控制源光學器件中之溫度之溫度控制子系統144(其可具有任何適當的組態)。此外，來自光束組合、強度控制及偏光切換功能之波前破壞、散射及鬼影皆係藉由單模偏光保持(PM)光纖(其在光學子系統之變跡器或其他元件的入口處提供一清潔模式(clean mode)結構)予以濾除。圖5中展示的該等元件之各者可包含商業上可購得之任何適當的元件。
圖6圖解闡釋使用一額外PBS之一基於柏格耳盒之多波長照明器。在此實施例中，如在圖5中展示之實施例中般組合多個雷射並控制偏光及強度。然而，在此實施例中，一PBS係放置於光學路徑中且快門在入口點處選擇進入兩個單模光纖中之波長及偏光(例如，H或V線性偏光)。例如，可將來自柏格耳盒130之光引導至PBS 146，該PBS 146將該光分離成具有正交及互斥偏光之不同光束。可將具有一第一偏光之光引導至快門148(若其定位於該光之路徑中)或至折射光學元件150(其將該光聚焦至光纖152)。可將具有與該第一偏光正交及互斥之一第二偏光之光引導至快門154(若其定位於該光之路徑中)或至折射光學元件156(其將該光聚焦至光纖158)。以此方式，快門148及154可控制在量測期間將該等不同光束之哪一者用於照亮晶圓。可將來自光纖152及158之光引導至光軌138，在此實施例中，該光軌138可包含：折射光學元件160，其經組態以將來自光纖152之光引導至PBS 162；及折射光學元件164，其經組態以將來自光纖158之光引導至PBS 162。接著，可將離開PBS 162之光166引導至本文中描述的光學子系統之其他元件，諸如變跡器(圖6中未展示)。圖6中展示的元件之各者可包含商業上可購得之任何適當的元件。
在另一實施例中，該一或多個光源包含兩個或兩個以上雷射，該兩個或兩個以上雷射之各者經組態以產生一不同波長之光，一個二向色組合器耦合至該兩個或兩個以上雷射之各者，且來自該等二向色組合器之光在被引導至PBS之前引導至一AOD。在圖7中展示一聲光光束組合器照明器架構之一此類實施例。例如，如此圖式中所示，使用聲光光束組合器128以藉由修改驅動頻率(其控制繞射角，亦即，波長)而在雷射之間切換光源，藉此消除每一雷射上之一快門之需要。此組態亦藉由修改繞射效率(其係取決於將零階光170發送至光截止器(light dump)172之壓電傳感器(PZT)調變強度)實現強度調變。可藉由折射光學元件176將一階光174聚焦至光纖178，該光纖178可將該光引導至可如本文中描述般進行組態之光軌138。此外，若光源係線性偏光且定向於45度，則在變跡器之後的快門可選擇照明偏光。此類架構允許極快速波長切換並藉由移除快門及光束分離器而降低成本。圖7中展示的元件之各者可包含商業上可購得之任何適當的元件。
在一實施例中，光學子系統包含定位於二向色組合器與AOD之間之一柏格耳盒。在圖8中展示一聲光及柏格耳盒照明器組態之一實施例。如此圖式中所示，在圖7中展示的實施例中重新引進柏格耳盒130並使其介於光束組合器128與AOD 168之間。該柏格耳盒改良光通量，此係因為可任意旋轉偏光而無能量損耗。圖8中展示的元件之各者可包含商業上可購得之任何適當的元件。
在一實施例中，一或多個光源包含兩個或兩個以上雷射，該兩個或兩個以上雷射之各者經組態以產生一不同波長之光，一個二向色組合器耦合至該兩個或兩個以上雷射之各者，且來自該等二向色組合器之光在被引導至PBS之前引導至一柏格耳盒，且一或多個第二光學元件包含兩個AOD。在圖9中展示具有具備快速波長及偏光切換功能之雙AOD之一照明器架構之一此實施例。例如，如圖9中所示，柏格耳盒130可使偏光旋轉以控制兩個不同偏光(例如，H及V)路徑上之強度，而AOD 180及182係獨立地用於每一偏光。該等AOD之驅動頻率控制繞射角以選擇波長並且有效地關閉該等不同偏光路徑。如上所述，來自AOD 180之零階光可被引導至光束截止器(beam dump)184，而來自該AOD之一階光可藉由折射光學元件186聚焦至光纖188。離開光纖188之光可被引導至如上述之光軌。類似地，來自AOD 182之零階光可被引導至光束截止器190，而來自此AOD之一階光可藉由折射光學元件192聚焦至光纖194。離開光纖194之光可被引導至如上述之光軌。此組態在無移動部件之情況下實現更快速波長及偏光切換，從而導致經改良之可靠性及較低熱負載。圖9中展示的元件之各者可包含商業上可購得之任何適當的元件。
在另一實施例中，相對於上述光纖而可藉由自由空間光學器件將本文中描述的照明子系統實施例之任一者耦合至散射儀光軌。
在一實施例中，光學子系統包含一控制子系統，該控制子系統經組態以控制藉由一或多個光源產生之光之一或多個波長。例如，在CD度量衡中，由於對模型化參數(諸如，側壁角度)之高敏感度，所以光譜穩定性比強度穩定性更重要。在一此實例中，雷射線之中心波長之一10皮米偏移係重要的。在其中存在對幾何或光學參數之低敏感度之堆疊上，此穩定性係尤其重要的，此係因為存在波長之一小改變誤解為幾何參數之一大改變之風險。為了應對此問題，可使用單模式及單波長光源，諸如具有一特定波長集合之二極體泵激雷射。藉由監測及回饋，可達成大體上高波長穩定性。在圖10中展示一控制方法論之一實施例，其中準確雷射波長係量測至一大體上高精確度(例如，皮米分之幾)且將此資訊回饋至雷射以供封閉迴路波長控制使用。另外，在照明器中實施此一感測器可偵測該雷射是否在單模式中或多模式中且幫助避免模式跳躍。可使用的精確波長度量衡技術之一實例係Fizeau Etalon。此類雷射波長度量衡系統之一實例係821系列雷射波長計，其在商業上可購自紐約Bristol Instruments。在一進一步實施例中，提議額外使用此精確波長度量衡。代替使用此度量衡以將雷射波長穩定化於一預定波長，實際上藉由(例如)雷射之電流控制而在一受限波長範圍內掃描波長。可實施的其他波長掃描方法係藉由溫度控制或藉由使用一PZT之機械應變及藉由調變(例如，藉由在1 GHz至10 GHz範圍中調變雷射諧振腔)。準確波長係藉由波長度量衡系統量測且前饋至散射儀電腦子系統。只要涉及此類波長感測器之位置，一可行選項可為將該波長感測器放置於圖7及圖8中展示的AOD之光束截止器之位置處。例如，在圖10中展示的雷射波長監測、穩定化及前饋架構之實施例中，可將來自AOD 168之零階光束170引導至波長度量衡感測器196(例如，其可為Fizeau Etalon)。可將藉由該感測器產生的輸出提供至電腦子系統198，可針對散射度量衡如本文中描述般進一步組態該電腦子系統198，使得該電腦子系統可使用該輸出以判定形成於一晶圓上之一或多個特徵之一或多個特性。亦可將藉由該感測器產生的輸出提供至雷射波長及功率控制器200，該雷射波長及功率控制器200可為經組態以基於該感測器之輸出而控制一或多個光源124之一或多個參數之一電腦子系統。極端波長穩定性之進一步優點在於工具之間的波長匹配及模型化程式庫(modeling library)大小之縮小。圖10中展示的元件之各者可包含商業上可購得之任何適當的元件。
在收集側，可在本文中描述的實施例中實施許多替代架構。在一實施例中，將一影像感測器定位於光瞳平面中以允許收集散射光瞳函數之一影像。
在以上實施例之一增強例中，且若當待量測之結構係具有適當週期之週期性且係以照明數值孔徑(NA)之適當限制為條件時，則所得繞射階將在收集光學器件之光瞳平面中分離。在非零階繞射之情況下，此架構可允許光瞳域中之部份光譜分離。此外，若當照明係遍及晶圓上之一相對狹窄角度範圍(亦即，相對低NA照明)時，則該晶圓上的光點大小將成比例地增大。對於具有相對較大節距(例如，介於0.4微米與2微米之間)之目標結構而言，此光點大小增大實現目標結構之多個循環之照明。此照明係有利的，此係因為該照明允許光瞳影像中之經收集繞射階經相對局域化且係非重疊，使得其等角位置及形狀含有可用於模型化程序中以預測目標特性之資訊。可藉由在變跡器當前所定位之照明光瞳中插入一多極孔徑(諸如，雙極或四極孔徑)而進一步增強此一方法。亦可藉由在照明柱中插入一繞射光學元件達成此類結構化照明架構。
如上所述，在導致照明光學器件、物鏡及收集光學器件之間之良好準直光束之一無限共軛架構之情況中，光瞳平面係容易接取的且此允許將一偏光結構放置於光瞳中(例如，藉由將徑向偏光器或極性偏光器插入於光學柱中)之選項。另外，與一相對小光點組合之一無限共軛架構實現一高度準直光束，藉此最小化漸暈。
在另一實施例中，光學子系統包含定位於該光學子系統之光瞳平面中之一光瞳共軛濾光器，且該光瞳共軛濾光器之特性根據跨該光瞳共軛濾光器之位置而改變。例如，針對具有對光瞳平面之接取之一架構(諸如上述之該等架構)之情況，可插入具有空間相依特性之一專用光瞳共軛濾光器。空間相依性之實例包含空間相依波長透射、空間相依偏光透射、空間相依相位延遲及其等之組合。在圖11中展示此一濾光器之一實例。在一空間相依光瞳濾光器之此實例中，藉由不同填充圖案表示光譜濾光器及偏光之不同組合。
可利用此類架構以達成照明/收集對稱。在零階系統之特定情況中，一照明光瞳點係以相同徑向距離及方位角反射至一收集光瞳點，但相對於對應照明點而偏移180度。照明點及收集點應使類似波長通過。一特定光瞳點可經製成以使大量波長通過。照明點及收集點可基於量測組態而具有類似或正交偏光。可定位兩個濾光器，一濾光器定位於照明側且另一濾光器定位於收集側。此外，可使用一雙折射材料製成(或藉由部件製成)空間變化濾光器，在此情況中，可藉由濾光器的厚度來控制每光瞳點之相位延遲。此組態實現每光瞳點之偏光狀態操縱。因為光瞳平面中之一相對低NA組態，所以該等濾光器可以相對寬鬆的公差進行定位且可定位於若干位置中。
在圖12中展示此類架構之濾光器插入選項之一實施例。特定言之，圖12展示用於偏光、延遲或光譜光瞳控制之濾光器定位之可能選項。例如，如圖12中所示，濾光器202可定位於非PBS 38與PBS 40之間的光學路徑中，濾光器204可定位於非PBS 48與PBS 40之間的光學路徑中，且濾光器206可定位於PBS 40與物鏡42之間的光學路徑中。
在一些實施例中，量測包含角度解析散射量測。可如本文中進一步描述般執行此等量測。在一進一步實施例中，該等量測包含多個波長散射量測。例如，偵測側光學架構除了可為角度解析之外或代替角度解析，亦可為光譜。在此情況中，可將一光譜儀(圖式中未展示)整合至收集光學器件中，且可針對經循序或同時量測之不同偏光排列之每一者收集散射信號之光譜相依性。
偵測側光學架構亦不限於角度解析或光譜量測。例如，來自不同波長及角度之組合量測亦係可行的。可以許多方式達成此等量測。例如，可將光瞳之若干區域成像於若干獨立光譜儀之入射狹縫上，因此獲得對應於所選擇光瞳區域之若干角度之全光譜資訊。代替成像於光譜儀上，所選擇的光瞳區域亦可藉由光纖耦合至光譜儀。另一可能性係：藉由使用光點對線光纖束獲得更詳細角資訊；將光瞳之一影像耦合至一成像光譜儀；將二維光瞳映射於該光譜儀之成像方向上。當然，該光譜儀之第二方向係用以獲得該成像方向之每一點之光譜資訊。
另一實施例係關於一種散射儀。該散射儀包含上述光學子系統之諸元件。該散射儀亦包含一電腦子系統，該電腦子系統經組態以使用輸出來判定形成於晶圓上之特徵之一或多個特性。例如，如圖3中所示，該散射儀包含電腦子系統208，該電腦子系統208經組態以使用藉由偵測子系統產生之輸出判定晶圓上之特徵之一或多個特性。以此方式，該電腦子系統可經組態以使用來自偵測子系統回應於散射光之輸出，以判定該等特徵之(該等)特性。該電腦子系統可使用此項技術中已知之任何適當的(若干)方法、(若干)演算法、(若干)模型、(若干)技術等來判定該(該等)特性。
將電腦子系統208耦合至偵測子系統(例如，藉由一或多個傳輸媒體，其等可包含此項技術中已知之任何適當的傳輸媒體)使得該電腦子系統可接收藉由該偵測子系統產生之輸出。電腦子系統208可呈各種形式，包含個人電腦系統、大型電腦系統、工作站、系統電腦、影像電腦、可程式化影像電腦、並行處理器或此項技術中已知的任何其他裝置。一般言之，術語「電腦系統」可經廣泛定義以包含具有一或多個處理器之任何裝置(其執行來自一記憶體媒體之指令)。
本文中描述的光學架構係有利於差動信號散射疊對(SCOL)之量測。在此情況中，度量衡目標可包含若干單元，每一單元具有至少兩個圖案(在該等圖案之間量測疊對)。該兩個圖案可處於相同層中或處於不同層中。該等單元之幾何設計(圖案節距、CD等)係相同的，惟該兩個圖案之間之一程式化偏移(其隨單元而改變)除外。自每一單元量測一散射信號，且接著計算信號之間的差異，自此等差異擷取疊對值。此方法勝於標準散射CD方法論之優點在於疊對之量測依靠對稱性而非與模擬信號之一詳細比較。因此，無需模擬信號之一較大程式庫之回歸或產生。
SCOL的缺點係包含若干單元之目標的相對較大大小。作為一實例，一SCOL目標可包含八個單元，四個單元用於X疊對量測且四個單元用於Y疊對量測。本文中描述的架構允許以特定方式對每一單元進行多個量測，此實現自每一單元擷取一或多個差動信號，而非以標準方法自一對單元擷取一差動信號。啟用此等量測降低每目標單元數目及因此目標之大小。另外，相對小的照明光點允許量測明顯較小的單元(例如，5微米或更小)，從而進一步降低目標大小。
作為來自一SCOL目標之每一單元之多個量測之一實例，考量其中自每一單元量測兩個信號使得此等信號之間的差異係兩個圖案之間的偏移之一反對稱函數之情況：
ΔS (offset )=-ΔS (-offset )
此一反對稱差動信號在偏移零處消失且在相對小偏移值之偏移中係線性的。可自對具有不同相對小程式化偏移之兩個單元之量測來判定此線性函數之斜率以及疊對(兩個經量測差動信號以判定兩個未知數)。因此，在此情況中，該SCOL目標包含四個單元，兩個單元用於X疊對量測且兩個單元用於Y疊對量測。
存在獲得反對稱差動信號之若干方式。在一實施例中，量測交叉偏光信號。在此情況中，對每一單元執行兩個量測。使用於照明路徑中選擇之一第一偏光(例如，V偏光)及於收集路徑中選擇之一第二偏光(例如，H偏光)執行第一量測，且使用照明中之該第二偏光(例如，H偏光)及收集中之該第一偏光(例如，V偏光)執行第二量測。該第一偏光及該第二偏光係正交及互斥的。兩個信號之間的差異遵從反對稱條件。
在另一實施例中，使用包含與波片組合之偏光器之一光學組態獲得反對稱差動信號。使用該等偏光器與波片之間的適當相對角量測之信號之間的差異遵從反對稱條件。此類量測方案之一優點在於其允許偏光及對疊對之最佳敏感度之信號之相位內容之靈活性。另外，此類光學組態可經調諧以具有針對相對小入射角之最佳疊對敏感度。在此情況中，可使用照明光瞳變跡器以有效降低光點大小而不損耗對疊對之敏感度。
一第三實施例特定言之係關於其中兩個圖案皆係二維光柵之目標設計。在此情況中，用於X疊對量測之兩個單元在X方向上具有不同程式化偏移且在Y方向上具有相同(但非零)偏移。對每一單元之兩個量測對應於相反照明方位角(例如，45度及-45度)。此等信號之間的差異遵從反對稱條件。對於此實施例而言，使用在光瞳平面中具有一偵測器之一光學架構係有利的，此係因為在此情況中，來自一給定單元之兩個信號係同時收集且處在該偵測器之不同像素中。另外，對應於額外方位角及入射角可同時收集許多獨立反對稱信號。
一第四實施例亦使用其中兩個圖案皆係二維光柵之目標設計。在此情況中，目標僅包含三個單元，該三個單元在X方向及Y方向上皆具有程式化偏移。該等程式化偏移係使得X疊對量測使用單元1及單元2，而Y疊對量測使用單元2及單元3。分別藉由及表示單元i在X方向及Y方向上之程式化偏移。適當偏移之實例係：
及係明顯小於圖案節距之偏移。例如，此等偏移之數量級可為10奈米或15奈米。如在第三實施例中，自每一單元收集反對稱信號作為相反照明方位角之信號之間的差異。
另一實施例係關於一種散射量測方法。該方法包含產生具有不同偏光之光，此步驟可如本文中進一步描述般(例如，使用本文中進一步描述之一或多個光源)加以執行。該方法亦包含將該光分成具有正交及互斥偏光之兩個不同光束，此步驟可如本文中進一步描述般(例如，使用本文中進一步描述之一PBS)加以執行。另外，該方法包含將該兩個不同光束引導至一晶圓，此步驟可如本文中進一步描述般(例如，使用本文中進一步描述之兩個或兩個以上第一光學元件)加以執行。該方法進一步包含在量測期間控制該兩個不同光束之哪一者照亮該晶圓，此步驟可如本文中進一步描述般(例如，使用如本文中描述般組態之一或多個第二光學元件)加以執行。該方法亦包含個別地偵測源自使用該兩個不同光束之該一者照亮該晶圓之兩個不同散射光束，此步驟可如本文中進一步描述般(例如，使用本文中描述之一偵測子系統)加以執行。另外，該方法包含回應於該兩個不同散射光束個別地產生輸出，此步驟可如本文中進一步描述般(例如，使用如本文中描述般組態之一偵測子系統)加以執行。該兩個不同散射光束具有正交及互斥偏光。用於該方法之步驟之所有光學表面在該等量測期間係固定的。該方法進一步包含使用該輸出判定形成於該晶圓上之特徵之一特性，此步驟可如本文中進一步描述般(例如，使用如本文中描述般組態之一電腦子系統)加以執行。
該方法亦可包含將該方法之(該等)步驟中之任一步驟之結果儲存於一非暫時性電腦可讀取儲存媒體中。該等結果可包含本文中描述的結果之任一者(例如，形成於該晶圓上之特徵之一特性)且可以此項技術中已知的任何方式加以儲存。該儲存媒體可包含此項技術中已知的任何適當儲存媒體。在已儲存該等結果之後，可於該儲存媒體中存取該等結果且如本文中描述般使用該等結果、將該等結果格式化以對一使用者顯示、藉由另一軟體模組、方法或系統等使用該等結果。
上述方法可包含本文中描述的任何(若干)方法之任何其他(若干)步驟。另外，可藉由本文中描述的任何散射儀實施例執行上述方法。
本文中描述的實施例具有勝於其他散射量測系統及方法之許多優點。例如，可使用大體上高速快門來快速選擇及改變照明及收集偏光狀態。另外，可選擇照明及收集偏光(例如，H及V線性偏光)之任何排列。此外，用於量測之光學子系統之所有光學組件係固定的。因而，對光學子系統、散射儀或散射量測方法之機械精度沒有要求。另外，不涉及可重複性。此外，系統校準係隨時間穩定。照明路徑及收集路徑兩者上之多個PBS產生一大體上高偏光純度。由照明路徑及收集路徑共用之一PBS亦確保照明軸與收集軸之間的精確對準。定位於「共同」PBS與晶圓之間的最小組件最小化偏光破壞及偏光污染。另外，本文中描述的實施例之光效率可與當前使用的散射量測方法及系統。
考慮到此描述，熟習此項技術者將明白本發明之各種態樣之進一步修改及替代性實施例。例如，提供用於離散偏光散射量測之系統及方法。因此，此描述僅係理解為圖解闡釋性且係用於教示熟習此項技術者執行本發明之一般方式之目的。應瞭解，本文中展示及描述之本發明之形式係視為當前較佳實施例。如熟習此項技術者在具有本發明之此描述之益處之後將明白般，元件及材料可替代本文中圖解闡釋及描述之該等元件及材料，可反轉部件及程序，且可獨立利用本發明之特定特徵。在不偏離如以下申請專利範圍中描述之本發明之精神及範疇之情況下可對本文中描述的元件作出改變。
10．．．照明光學器件
12．．．偏光組件
14．．．非偏光光束分離器(非PBS)
16．．．物鏡
18．．．晶圓
20．．．偏光組件
22．．．收集光學器件
24．．．光學元件
26．．．線性偏光光束
28．．．徑向偏光光束
30．．．方位偏光光束
32．．．照明光學器件
34．．．照明偏光光束分離器(PBS)
36．．．反射性元件
38．．．非偏光光束分離器(非PBS)
40．．．偏光光束分離器(PBS)
42．．．物鏡
44．．．晶圓
46．．．反射性元件
48．．．非偏光光束分離器(非PBS)
50．．．快門
52．．．快門
54．．．偏光光束分離器(PBS)
56．．．收集光學器件
58．．．快門
60．．．快門
62．．．光纖
64．．．光纖
66．．．折射光學元件
68．．．偏光光束分離器(PBS)
70．．．折射光學元件
72．．．變跡器
74．．．折射光學元件
76．．．照明場光闌(IFS)
78．．．折射光學器件
80．．．偏光光束分離器(PBS)
82．．．非偏光光束分離器(非PBS)
84．．．非偏光光束分離器(非PBS)
86．．．偏光光束分離器(PBS)
88．．．非偏光光束分離器(非PBS)
90．．．物鏡
92．．．晶圓
94．．．快門
96．．．快門
98．．．折射光學元件
100．．．收集場光闌(CFS)
102．．．偵測器
104．．．折射光學元件
106．．．收集場光闌(CFS)
108．．．偵測器
110．．．波片
112．．．折射光學元件
114．．．監測感測器
116．．．非偏光光束分離器(非PBS)
118．．．折射光學元件
120．．．監測感測器
122．．．源光學器件
124．．．離散雷射光源
126．．．快門
128．．．二向色組合器
130．．．柏格耳盒
132．．．折射光學元件
134．．．折射光學元件
136．．．光纖
138．．．光軌
140．．．折射光學元件
142．．．光
144．．．溫度控制子系統
146．．．偏光光束分離器(PBS)
148．．．快門
150．．．折射光學元件
152．．．光纖
154．．．快門
156．．．折射光學元件
158．．．光纖
160．．．折射光學元件
162．．．偏光光束分離器(PBS)
164．．．折射光學元件
166．．．光
168．．．聲光偏轉器(AOD)
170．．．零階光
172．．．光收集器
174．．．一階光
176．．．折射光學元件
178．．．光纖
180．．．AOD
182．．．AOD
184．．．光束收集器
186．．．折射光學元件
188．．．光纖
190．．．光束收集器
192．．．折射光學元件
194．．．光纖
196．．．波長度量衡感測器
198．．．電腦子系統
200．．．雷射波長及功率控制器
202．．．濾光器
204．．．濾光器
206．．．濾光器
208．．．電腦子系統
圖1係圖解闡釋一散射儀之一先前所使用光學子系統之一實例之一側視圖之一示意圖；
圖2係圖解闡釋可用於本文中描述的實施例中之一偏光轉換器之一實例之一側視圖之一示意圖；
圖3係圖解闡釋一散射儀之一光學子系統之一實施例及一散射儀之一實施例之一側視圖之一示意圖；
圖4至圖10係圖解闡釋一散射儀之一光學子系統或一光學子系統之部份之各種實施例之側視圖之示意圖；
圖11係圖解闡釋一光瞳共軛濾光器之一實施例之一側視圖之一示意圖；及
圖12係圖解闡釋一散射儀之一光學子系統之另一實施例之一側視圖之一示意圖。
24．．．光學元件
26．．．線性偏光光束
28．．．徑向偏光光束
30．．．方位偏光光束

Claims (35)

  1. 一種一散射儀之光學子系統，其包括：一或多個光源，其等經組態以產生具有不同偏光之光；一偏光光束分離器，其經組態以將該光分成具有正交及互斥偏光之兩個不同光束；兩個或兩個以上第一光學元件，其等經組態以將該兩個不同光束引導至一晶圓；一或多個第二光學元件，其等經組態以在量測期間控制該兩個不同光束之哪一者照亮該晶圓；及一偵測子系統，其經組態以個別地偵測由於使用該兩個不同光束之唯一一者照亮該晶圓所產生之兩個不同散射光束並且回應於該兩個不同散射光束個別地產生輸出，其中該兩個不同散射光束具有正交及互斥偏光，且其中用於該等量測之該光學子系統之所有光學表面在該等量測期間係固定的。
  2. 如請求項1之光學子系統，其中該兩個或兩個以上第一光學元件包括：一第一非偏光光束分離器及一額外偏光光束分離器，其等皆定位於該兩個不同光束之一第一者之路徑中；及一第二非偏光光束分離器及該額外偏光光束分離器，其等皆定位於該兩個不同光束之一第二者之路徑中。
  3. 如請求項2之光學子系統，其進一步包括一物鏡，該物鏡經組態以將光自該額外偏光光束分離器引導至該晶圓 並且收集自該晶圓散射之光，其中自該晶圓散射之該光係藉由該額外偏光光束分離器而分成該兩個不同散射光束。
  4. 如請求項3之光學子系統，其進一步包括定位於該物鏡與該額外偏光光束分離器之間之一波片。
  5. 如請求項1之光學子系統，其中該散射儀經組態以控制該一或多個第二光學元件使得該兩個不同光束循序照亮該晶圓。
  6. 如請求項1之光學子系統，其中該一或多個第二光學元件包括經組態以定位於該兩個不同光束之一第一者之該路徑中之一第一快門及經組態以定位於該兩個不同光束之一第二者之一路徑中之一第二快門。
  7. 如請求項2之光學子系統，其中該偵測子系統包括該第一非偏光光束分離器、該額外偏光光束分離器及該第二非偏光光束分離器，其中該額外偏光光束分離器及該第一非偏光光束分離器係定位於該兩個不同散射光束之一者之一路徑中，其中該額外偏光光束分離器及該第二非偏光光束分離器係定位於該兩個不同散射光束之另一者之一路徑中，且其中該兩個不同散射光束沿著用以照亮該晶圓之該兩個不同光束行進所沿之光學路徑行進。
  8. 如請求項1之光學子系統，其中該偵測子系統進一步經組態以循序偵測該兩個不同散射光束。
  9. 如請求項1之光學子系統，其中該偵測子系統包括經組態以定位於該兩個不同散射光束之一第一者之該路徑中 之一第一快門及經組態以定位於該兩個不同散射光束之一第二者之該路徑中之一第二快門，且其中該第一快門及該第二快門控制該兩個不同散射光束之哪一者到達該偵測子系統之一偵測器。
  10. 如請求項1之光學子系統，其中該偵測子系統進一步經組態以同時偵測該兩個不同散射光束。
  11. 如請求項1之光學子系統，其中該偵測子系統進一步經組態以將該兩個不同散射光束同時引導至兩個不同偵測器。
  12. 如請求項1之光學子系統，其中該一或多個光源包括兩個或兩個以上雷射，每一雷射經組態以產生一不同波長之光，其中一快門及一個二向色組合器耦合至該兩個或兩個以上雷射之各者，且其中來自該等二向色組合器之光在被引導至該偏光光束分離器之前引導至一柏格耳盒(Pockels cell)。
  13. 如請求項1之光學子系統，其中該一或多個光源包括兩個或兩個以上雷射，每一雷射經組態以產生一不同波長之光，其中一個二向色組合器耦合至該兩個或兩個以上雷射之各者，且其中來自該等二向色組合器之光在被引導至該偏光光束分離器之前引導至一聲光偏轉器。
  14. 如請求項13之光學子系統，其進一步包括定位於該等二向色組合器與該聲光偏轉器之間之一柏格耳盒。
  15. 如請求項1之光學子系統，其中該一或多個光源包括兩個或兩個以上雷射，每一雷射經組態以產生一不同波長 之光，其中一個二向色組合器耦合至該兩個或兩個以上雷射之各者，且其中來自該等二向色組合器之光被引導至該偏光光束分離器之前係被引導至一柏格耳盒，且其中該一或多個第二光學元件包括兩個聲光偏轉器。
  16. 如請求項1之光學子系統，其進一步包括一控制子系統，該控制子系統經組態以控制藉由該一或多個光源產生之該光之一或多個波長。
  17. 如請求項16之光學子系統，其中該等量測包括臨界尺寸量測。
  18. 如請求項16之光學子系統，其中該控制子系統經進一步組態以藉由穩定化該一或多個光源之光譜輸出來控制該一或多個波長。
  19. 如請求項16之光學子系統，其中該控制子系統經進一步組態以藉由掃描由該一或多個光源在一受限波長範圍內產生之光來控制該一或多個波長。
  20. 如請求項1之光學子系統，其進一步包括定位於該光學子系統之一光瞳平面中之一光瞳共軛濾光器，其中該光瞳共軛濾光器之特性根據跨該光瞳共軛濾光器之位置而改變。
  21. 如請求項20之光學子系統，其中該光學子系統具有照明/收集對稱。
  22. 如請求項1之光學子系統，其中該等量測包括角度解析散射量測。
  23. 如請求項1之光學子系統，其中該等量測包括多個波長 散射量測。
  24. 如請求項1之光學子系統，其中該等量測包括光譜散射量測。
  25. 如請求項1之光學子系統，其中照亮該晶圓之該兩個不同光束之所述唯一一者之一光點大小(spot size)允許(enables)在該晶圓上之一目標結構之多個循環之照明。
  26. 如請求項25之光學子系統，其中該目標結構之該多個循環之該照明允許該兩個不同散射光束之繞射階被收集於該偵測子系統之一光瞳影像中藉以局域化且非重疊，且其中該散射儀包括一電腦子系統，其經組態以在一模型化程序中使用來自角位置之資訊及所收集之該繞射階之形狀以預測該目標結構之特性。
  27. 如請求項1之光學子系統，其進一步包括定位於該光學子系統之一照明光瞳中之一多極孔徑。
  28. 如請求項1之光學子系統，其中該等量測包括差動信號散射疊對(differential-signal scatterometry overlay)之量測。
  29. 如請求項28之光學子系統，其中該等量測進一步包括來自一目標之每一單元所量測的兩個信號，且其中在該兩個信號之間的一差異係在該每一單元之圖案之間的一反對稱函數。
  30. 如請求項29之光學子系統，其中該兩個信號為交叉偏光信號。
  31. 如請求項29之光學子系統，其中該兩個或兩個以上第一 光學元件及該偵測子系統包括與波片(waveplates)組合之偏光器，且其中在該等偏光器與該等波片之間的相對角度致使該兩個信號之間的該差異遵從一反對稱條件。
  32. 如請求項29之光學子系統，其中該目標包括在該每一單元中之二維光柵，且其中自該每一單元所量測之該兩個信號對應至相反照明方位角。
  33. 如請求項32之光學子系統，其中該偵測子系統包括在該偵測子系統之一光瞳平面中之一偵測器，其經組態以在該偵測器之不同像素中同時自該每一單元收集該兩個信號。
  34. 一種散射儀，其包括：一或多個光源，其等經組態以產生具有不同偏光之光；一偏光光束分離器，其經組態以將該光分成具有正交及互斥偏光之兩個不同光束；兩個或兩個以上第一光學元件，其等經組態以將該兩個不同光束引導至一晶圓；一或多個第二光學元件，其等經組態以在量測期間控制該兩個不同光束之哪一者照亮該晶圓；一偵測子系統，其經組態以個別地偵測由於使用該兩個不同光束之唯一一者照亮該晶圓所產生之兩個不同散射光束並且回應於該兩個不同散射光束個別地產生輸出，其中該兩個不同散射光束具有正交及互斥偏光，且其中用於該等量測之所有光學表面在該等量測期間係固 定的；及一電腦子系統，其經組態以使用該輸出判定形成於該晶圓上之特徵之一或多個特性。
  35. 一種散射量測方法，其包括：產生具有不同偏光之光；將該光分成具有正交及互斥偏光之兩個不同光束；將該兩個不同光束引導至一晶圓；在量測期間控制該兩個不同光束之哪一者照亮該晶圓；個別地偵測由於使用該兩個不同光束之唯一一者照亮該晶圓所產生之兩個不同散射光束；回應於該兩個不同散射光束個別地產生輸出，其中該兩個不同散射光束具有正交及互斥偏光，且其中用於該方法之步驟之所有光學表面在該等量測期間係固定的；及使用該輸出判定形成於該晶圓上之特徵之一特性。
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