TWI558975B - 多分析器角度之光譜的橢圓偏光儀系統及橢圓偏光儀方法 - Google Patents

Description

多分析器角度之光譜的橢圓偏光儀系統及橢圓偏光儀方法

本揭示內容大體上係關於表面監測之領域，且特定言之，係關於橢圓偏光儀工具。

本申請案根據35 U.S.C.§ 119(e)規定主張於2011年7月7日申請之美國臨時申請案第61/505,403號之權益。該美國臨時申請案第61/505,403號之全文以引用之方式併入本文中。

諸如矽晶圓及類似物之薄拋光板係現代技術之一極其重要的部分。例如，一晶圓可指代用於製作積體電路及其他裝置之半導體材料之一薄切片。薄拋光板/膜之其他實例卡可包含磁碟基板、規塊及類似物。雖然此處描述之技術主要指代晶圓，但應瞭解該技術同樣亦可適用於其他類型之拋光板及膜。在本揭示內容中可交替使用術語晶圓及術語薄拋光板及/或膜。

大體上，可針對晶圓之介電性質制定某些要求。橢圓偏光儀係用於研究晶圓之介電性質之一光學技術。在分析反射離開一樣本(例如，一晶圓表面)之光之偏光之改變後，橢圓偏光儀可產生關於該樣本之資訊。橢圓偏光儀可探測複合折射率或介電函數張量，此獲取基本物理參數且係關於包含形態、晶體品質、化學組合物或導電性之多種樣本性質。橢圓偏光儀通常用以特徵化從幾埃或幾十奈米至若干微米之單層或複合多層堆疊之膜厚度。

光譜的橢圓偏光儀係運用涵蓋某一光譜範圍(例如，在紅外線、可見光或紫外線光譜區域中)之一寬頻光源之橢圓偏光儀之一種類型。藉由涵蓋一光譜範圍，可獲得在對應光譜區域中之複合折射率或介電函數張量，此准許獲取大量基本物理參數。

然而，測試結果指示在某些情況下現存橢圓偏光儀工具獲得之量測並不穩定。於此存在對具有改良量測穩定性之一橢圓偏光儀工具之一需要。

本揭示內容係關於一橢圓偏光儀系統。該橢圓偏光儀系統可包含經組態用以支撐一晶圓之一支撐機構及經組態用以傳遞一入射光束朝向該晶圓之一照明源。入射光束反射離開晶圓，藉此形成一反射光束。該橢圓偏光儀系統亦可包含經組態用以使反射光束偏光之一分析器。分析器之偏光方向可在一第一時間點處指向一第一分析器角度且可在一第二時間點處指向一第二分析器角度。可利用一偵測器來收集在第一時間點及第二時間點處行進穿過分析器之反射光束。偵測器可執行在第一時間點及第二時間點處收集之光譜之同時迴歸。

本揭示內容之一進一步實施例係關於一橢圓偏光儀系統。該橢圓偏光儀系統可包含經組態用以支撐一晶圓之一支撐機構及經組態用以傳遞一入射光束朝向該晶圓之一照明源。入射光束反射離開晶圓，藉此形成一反射光束。該橢圓偏光儀系統亦可包含經組態用以使該反射光束偏光之 一分析器。分析器之偏光方向可旋轉至複數個預定分析器角度。可利用一偵測器來收集當分析器之偏光方向旋轉至複數個預定分析器角度之各者時行進穿過分析器之反射光束。隨後偵測器可執行在複數個預定分析器角度之各者處收集之光譜之同時迴歸。

本揭示內容之一額外實施例係關於用於檢測一晶圓之一橢圓偏光儀方法。該方法可包含：傳遞一入射光束朝向晶圓，其中該入射光束反射離開晶圓，藉此形成一反射光束；利用一分析器使反射光束偏光，該分析器具有指向一第一分析器角度之一偏光方向；當分析器之偏光方向指向第一分析器角度時收集行進穿過分析器之反射光束；旋轉分析器，其中分析器之偏光方向經旋轉以指向第二分析器角度；當分析器之偏光方向指向第二分析器角度時收集行進穿過分析器之反射光束；及執行當分析器之偏光方向指向第一分析器角度時及當分析器之偏光方向指向第二分析器角度時收集之光譜之同時迴歸。

當瞭解，先前之大體描述及以下之詳細描述兩者皆僅係例示性及闡釋性且並不一定對本揭示內容具有限制性。併入本說明書中且構成本說明書之一部分之隨附圖式圖解說明本揭示內容之標的。將描述及圖式一起用以闡釋本揭示內容之原理。

參考隨附圖式，熟習此項技術者可更好地瞭解本揭示內容之眾多優點。

現將詳細參照在隨附圖式中圖解說明之揭示之標的。

本揭示內容係關於具有改良穩定性之橢圓偏光儀系統及橢圓偏光儀資料收集方法。根據本揭示內容，可利用兩個或兩個以上之分析器角度在安裝一旋轉偏光器之分析器橢圓偏光儀組態中收集用於一單一量測之橢圓偏光儀資料。針對一單一量測利用兩個或兩個以上之分析器角度改良橢圓偏光儀系統之穩定性。

參考圖1及圖2，展示描述根據本揭示內容之一實施例之一橢圓偏光儀系統100之圖解說明。橢圓偏光儀系統100可包含經組態用以支撐一晶圓104之一支撐機構102。橢圓偏光儀系統100亦可包含一照明源106，其經組態用以透過一偏光器110傳遞一入射光束108朝向晶圓104，從而照明晶圓104之至少一部分。入射光束108可反射離開晶圓104，從而形成如圖1中所展示之一反射光束112。入射光束108及反射光束112橫跨通常稱為入射平面之一平面。

接著入射光束112行進至稱為一分析器114之一第二偏光器，且落入至一偵測器116中。分析器114及偵測器116可共同稱為分析器模組，該分析器模組係沿入射平面中之反射光束112之光學路徑而定位。根據本揭示內容，利用兩個或兩個以上之分析器角度來收集用於一單一量測之橢圓偏光儀資料，因此改良橢圓偏光儀系統之穩定性。

如圖1中圖解說明，向量A描述分析器114之偏光方向。在一實施例中，可將在入射平面之各側上對稱性偏移之一對分析器角度α及-α利用為分析器角度。更特定言之，可 首先旋轉分析器114使得分析器114之方向(向量A)指向分析器角度α。當向量A指向分析器角度α時，偵測器116可收集反射離開晶圓104行進穿過分析器114之光譜。隨後，可相對於反射光束112旋轉分析器114使得分析器114之方向(向量A)指向分析器角度-α。當向量A指向分析器角度-α時，偵測器116可收集反射離開晶圓104行進穿過分析器114之光譜。預期在不脫離本揭示內容之精神及範疇之情況下，α之值可變化且可針對每一特定應用而決定。

一處理器模組可與偵測器116通信地耦合。處理器模組可經實施為一處理單元、一計算裝置、一積體電路或任何與偵測器116相連通之控制邏輯(單獨式或嵌入式)。處理器模組可經定位接近於偵測器116或經定位在別處，且經由有線或無線通信手段與偵測器116通信。

處理器模組可經組態用以執行利用多個如上文描述之分析器角度收集之橢圓偏光儀資料之同時迴歸。對橢圓偏光儀而言，基於模型之量測係典型的途徑。可為了更佳之精確度取代使用單個分析器角度光譜之平均量測結果而同時處理具有不同分析器角度位置之多個光譜。根據本揭示內容之雙分析器角度量測之優點之一係最小化光學設計及系統之數學模型中存在之系統性誤差，使模型擬合(model fit)後之所得誤差經對稱性分佈大約在零誤差之理想狀態，從而改良橢圓偏光儀系統100之穩定性。

另外，處理器模組亦可經組態以有助於用以選擇針對分析器114之最佳角度之一校正程序。例如，可藉由一可移 動/可旋轉機構支撐分析器114。首先，可建立分析器114之方向(向量A)使其指向角度α，接著自-α之起始位置審慎地調諧第二角度，以此一方式以最大化量測模型擬合後之殘餘誤差之對稱。即，兩個分析器角度無需相對於入射平面完全對稱。

進一步預期，一橢圓偏光儀系統可包含多於一個之如上文描述之照明源用以傳遞(若干)額外入射光束朝向晶圓。每一照明源可具有根據本揭示內容而配置之一對應分析器模組。當瞭解，可針對每一照明源獨立組態具有如上文描述之分析器角度之量測之配置。即，若橢圓偏光儀系統包含各者具有一獨特光學設計之多個橢圓偏光計，則其適於使每一子系統來決定最佳量測分析器角度以便最大化其自身靈敏性。

亦預期，對應於每一照明源之分析器角度之數目並非限制於兩個。上文呈現之雙角度之途徑僅係例示性。在不脫離本揭示內容之精神及範疇之情況下，可利用兩個以上之分析器角度來收集反射離開晶圓之光譜。

此外，當瞭解可將偏光器110組態為一持續旋轉之偏光器。一持續旋轉之偏光器可使傳遞至晶圓之入射光束偏光，從而有效地提供一光譜的橢圓偏光儀系統。光譜的橢圓偏光儀系統亦可利用根據本揭示內容之多角度分析器模組以便改良其穩定性及靈敏性。

預期根據本揭示內容之橢圓偏光儀及光譜的橢圓偏光儀系統可提供檢測包含具有高介電常數之材料(亦稱為高k應 用)之多種類型之晶圓之改良穩定性、準確性及靈敏性。針對此等高k應用，α之值可在25°與37°範圍之間。然而，當瞭解，在不脫離本揭示內容之精神及範疇之情況下，此一範圍可變化且可針對每一特定應用而決定。

進一步預期，可結合美國專利第5,608,526號及/或美國專利第6,813,026號(其等如充分闡述於本文中般以引用之方式併入本文中)中描述之類型之一設備實施根據本揭示內容之橢圓偏光儀及光譜的橢圓偏光儀系統。

現參考圖3，展示用以檢測一晶圓之一橢圓偏光儀方法300。步驟302可傳遞一入射光束朝向晶圓。入射光束可反射離開晶圓，藉此形成如上文描述之一反射光束。步驟304可在分析器之偏光方向指向一第一分析器角度時收集在一第一時間點處行進穿過一分析器之反射光束。隨後，步驟306可在分析器之偏光方向指向與第一分析器角度實質上對稱之一第二分析器角度時收集在一第二時間點處行進穿過分析器之反射光束。步驟308可執行自多種分析器角度收集之量測資料之同時迴歸。

雖然上文之實例指代晶圓檢測，但預期根據本揭示內容之系統及方法在不脫離本揭示內容之精神及範疇之情況下同樣適用於其他類型之拋光板。本揭示內容中使用之術語晶圓可包含用於製作積體電路及其他裝置之半導體材料之一薄切片，以及其他薄拋光板(諸如磁碟基板、規塊及類似物)。

可透過一單個製造裝置及/或透過多個製造裝置將揭示 之方法實施為指令集。此外，當瞭解揭示之方法中之步驟之特定順序或階層係例示性途徑之實例。當瞭解，基於設計偏好可重新配置方法中之步驟之順序或階層同時保持在本揭示內容之範疇及精神之中。隨附方法申請專利範圍以一樣本順序呈現多種步驟之要素，且並不一定意欲限制於所呈現之特定順序或階層。

據信，藉由先前之描述將瞭解本揭示內容之系統及方法及其之許多附帶優點，且當明白在不脫離揭示之標的之情況下或在不犧牲所有其之材料優點之情況下，可在組件之形式、構造及配置中做出改變。描述之形式僅係闡釋性的。

100‧‧‧橢圓偏光儀系統

102‧‧‧支撐機構

104‧‧‧晶圓

106‧‧‧照明源

108‧‧‧入射光束

110‧‧‧偏光器

112‧‧‧反射光束

114‧‧‧分析器

116‧‧‧偵測器

300‧‧‧橢圓偏光儀方法

302‧‧‧步驟

304‧‧‧步驟

306‧‧‧步驟

308‧‧‧步驟

A‧‧‧向量

α‧‧‧分析器角度

-α‧‧‧分析器角度

圖1係描述根據本揭示內容之一橢圓偏光儀系統之一圖解說明之一等角視圖；圖2係描述相對於一反射光束之一橫截面視圖之多個分析器角度之一圖解說明；及圖3係圖解說明根據本揭示內容之用於檢測一晶圓之一橢圓偏光儀方法之一流程圖。

100‧‧‧橢圓偏光儀系統

102‧‧‧支撐機構

104‧‧‧晶圓

106‧‧‧照明源

108‧‧‧入射光束

110‧‧‧偏光器

112‧‧‧反射光束

114‧‧‧分析器

116‧‧‧偵測器

Claims (18)

1. 一種橢圓偏光儀系統，其包括：一支撐機構，其經組態用以支撐一晶圓；一照明源，其經組態用以朝向該晶圓傳遞一入射光束，其中該入射光束反射離開該晶圓，藉此形成一反射光束，該入射光束及該反射光束界定一入射平面；一分析器，其經組態用以使該反射光束偏光，該分析器具有在兩個預定、離散角位置(angular position)之間可旋轉的一偏光方向，該兩個角位置相對於該入射平面對置，其中一第一角位置對應於偏移一銳偏移角α的該入射平面，且一第二角位置對應於偏移約-α之該入射平面，且其中該第二角位置藉由以下方式校準：產生複數個候選角位置且每一候選角位置接近於偏移-α之該入射平面之一角位置，以及將該複數個候選角位置中之一者選定為該第二角位置，其中該第二角位置最大化相對於該第一角位置之殘餘誤差之對稱；一偵測器，其經組態用以基於行進穿過該分析器之該反射光束收集一組光譜資料，當該分析器之該偏光方向指向該兩個預定、離散角位置之一者時，收集該組光譜資料之每一光譜資料；及一處理器模組，其經組態用以對所收集到之該組光譜資料執行同時迴歸。
2. 如請求項1之橢圓偏光儀系統，其中該分析器經組態以在該兩個預定、離散角位置之間步進，其中當該偵測器 在每個角位置處收集光譜資料時，所述分析器之該偏光方向保持不變達一預定持續期間。
3. 如請求項1之橢圓偏光儀系統，其中該分析器經組態以連續旋轉，且該偵測器經組態以當該分析器之該偏光方向位於該兩個預定、離散角位置之一者時收集光譜資料。
4. 如請求項1之橢圓偏光儀系統，其中該兩個預定、離散角位置相對於該入射平面成對對稱。
5. 如請求項1之橢圓偏光儀系統，其中該銳偏移角α係介於25°與37°之間。
6. 如請求項1之橢圓偏光儀系統，其中該照明源進一步包含一可旋轉偏光器，該可旋轉偏光器經組態用以使朝該晶圓傳遞之該入射光束偏光。
7. 一種用於檢測一晶圓之橢圓偏光儀方法，該方法包括：朝向該晶圓傳遞一入射光束，其中該入射光束反射離開該晶圓，藉此形成一反射光束，該入射光束及該反射光束界定一入射平面；利用一分析器使該反射光束偏光，該分析器具有可旋轉至兩個預定、離散角位置之一偏光方向，該兩個角位置相對於該入射平面對置，其中一第一角位置對應於偏移一銳偏移角α之該入射平面且一第二角位置對應於偏移約-α之該入射平面，且其中該第二角位置藉由以下方式校準：產生複數個候選角位置且每一候選角位置接近於偏移-α之該入射平面之一角位置，以及將該複數個候 選角位置中之一者選定為該第二角位置，其中該第二角位置最大化相對於該第一角位置之殘餘誤差之對稱；基於行進穿過該分析器之該反射光束收集一組光譜資料，當該分析器之該偏光方向指向該兩個預定、離散角位置之一者時收集該組光譜資料之每一光譜資料；及對所收集到之該組光譜資料執行同時迴歸。
8. 如請求項7之橢圓偏光儀方法，其中該分析器經組態以從該兩個預定、離散角位置之一者步進至該兩個預定、離散角位置之下一個預定、離散角位置，其中當該偵測器在每一角位置處收集光譜資料時，該分析器之該偏光方向保持不變達一預定持續期間。
9. 如請求項7之橢圓偏光儀方法，其中該分析器經組態以連續旋轉，且該偵測器經組態以在該分析器之該偏光方向位於該兩個預定、離散角位置之一者時收集光譜資料。
10. 如請求項7之橢圓偏光儀方法，其中該兩個預定、離散角位置相對於該入射平面成對對稱。
11. 如請求項7之橢圓偏光儀方法，其中該銳偏移角α係介於於25°與37°之間。
12. 如請求項7之橢圓偏光儀方法，其中連續地使朝向該晶圓傳遞之該入射光束偏光。
13. 一種用於檢測一晶圓之橢圓偏光儀方法，該方法包括：朝向該晶圓傳遞一入射光束，其中該入射光束反射離開該晶圓，藉此形成一反射光束，該入射光束及該反射 光束界定一入射平面；利用一分析器使該反射光束偏光，該分析器具有指向一第一預定、離散角位置的一偏光方向，該第一角位置對應於偏移一銳偏移角α之該入射平面；當該分析器之該偏光方向指向該第一預定、離散角位置時收集行進穿過該分析器之該反射光束，當該偵測器在該第一角位置處收集光譜資料時，該分析器之該偏光方向保持不變達一預定持續期間；旋轉該分析器，其中該分析器之該偏光方向經旋轉以指向一第二預定、離散角位置，該第二角位置對應於偏移約-α之該入射平面，且其中該第二角位置藉由以下方式校準：產生複數個候選角位置且每一候選角位置接近於偏移-α之該入射平面之一角位置，以及將該複數個候選角位置中之一者選定為該第二角位置，其中該第二角位置最大化相對於該第一角位置之殘餘誤差之對稱；當該分析器之該偏光方向指向該第二預定、離散角位置時收集行進穿過該分析器之該反射光束，當該偵測器在該第二角位置處收集光譜資料時，該分析器之該偏光方向保持不變達一預定持續期間；及對在該分析器之該偏光方向指向該第一預定、離散角位置時以及在該分析器之該偏光方向指向該第二預定、離散角位置時對所收集到之光譜資料執行同時迴歸。
14. 如請求項13之橢圓偏光儀方法，其中該第一預定、離散角位置與該第二預定、離散角位置相對於該入射平面實 質上對稱。
15. 如請求項13之橢圓偏光儀方法，其進一步包括：調整下列之至少一者：該第一預定、離散角位置及該第二預定、離散角位置；及確定量測靈敏性是否已改善。
16. 如請求項15之橢圓偏光儀方法，其進一步包括：連續調整以下至少一者：該第一預定、離散角位置及該第二預定、離散角位置，直到該等量測靈敏性得到最大化為止。
17. 如請求項13之橢圓偏光儀方法，其中連續地使朝向該晶圓傳遞之該入射光束偏光。
18. 如請求項13之橢圓偏光儀方法，其進一步包括：旋轉該分析器，其中該分析器之該偏光方向經旋轉以指向一第三預定、離散角位置；在該分析器之該偏光方向指示該第三預定、離散角位置時收集行進穿過該分析器之該反射光束；及對在該分析器之該偏光方向指向該第一預定、離散角位置時、在所該分析器之該偏光方向指向該第二預定、離散角位置時以及在所該分析器之該偏光方向指向該第三預定、離散角位置時對所收集到之該組光譜資料執行同時迴歸。