TWI625512B - 用於光學系統偏光層之校正之裝置及方法 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示一種用於藉由將校正與經偏光光學系統之一偏光效應解耦而在任何入射角處校正該系統中之一偏光層之方法，該方法包括以下步驟：提供一校正裝置，該校正裝置包含使一偏光層安置於其一表面上之一基板，其中該基板上之一指示器用於指示該偏光層之一偏光定向；將該校正裝置裝載於該經偏光光學系統中，其中該指示器處於一所預期位置中；判定該偏光定向與該經偏光光學系統之一參考之間的一初始角度；在該偏光定向與該經偏光光學系統之該參考之間的複數個已知角度處使用該經偏光光學系統來獲取光譜；使用該等光譜來標繪指示該經偏光光學系統中之該偏光層之一角度之一曲線；及當該偏光層之該角度係在一所期望範圍之外時，調整該偏光層之該角度，且重複獲取該等光譜及標繪指示該偏光層之該角度之一曲線之該等步驟。
Description
本發明係關於光學計量之領域。更特定而言，本發明係關於一光學系統(諸如，一光譜反射計)中之一偏光層之特性化、對準及校正。
目前，在一傳輸模式中，一經偏光反射計中之系統偏光層之校正使用系統之內部偏光層。特定而言，藉由在獲取一固定位置處一未經偏光參考樣本(諸如，氧化矽)上之原始掃描之同時在一組離散角度範圍內使系統之內部偏光層步進來執行系統偏光校正。作為內部偏光層相對於其原位置及波長之步進角度之一函數之關於未偏光參考樣本之所獲取系統偏光回應曲線儲存為用於經偏光樣本(諸如光柵樣本)之稍後特性化之一校正曲線。
在此等方法中，雖然已知初始偏光層位置處於其步進器馬達之原位置處，但其相對於一經偏光樣本之相對定向係取決於經偏光樣本之特定性質(諸如：光柵及其下方之膜之光學性質、週期、臨界尺寸、輪廓及儀器之載臺上之光柵之定向)之一系統配合參數。此等方法通常限制於具有一光束之一寬頻經偏光反射計，該光束係相對於樣本表面之垂直面以零度或小於十度之一入射角(基本上法線入射或接近法線入射)引導至樣本。
因此，需要一種將樣本及系統偏光狀態之偏光效應解耦且可與一任意入射角一起使用之更多功能偏光校正方法。
藉助一種用於藉由將一樣本之一樣本偏光效應與一經偏光光學系統之一系統偏光效應解耦而在任何入射角處校正該系統中之一偏光層之方法來滿足以上及其他需要，該方法包括以下步驟：提供一校正裝置，該校正裝置包含具有一偏光層之一基板及用於指示該偏光層之一偏光定向之一指示器；將該校正裝置裝載於該經偏光光學系統中，其中該指示器處於一所期望位置中；判定該偏光定向與該經偏光光學系統之一參考之間的一初始角度；在該偏光定向與該經偏光光學系統之該參考之間的複數個已知角度處使用該經偏光光學系統來獲取光譜；處理該等光譜以獲得信號；依據該等已知角度標繪該等信號以產生指示該經偏光光學系統中之該偏光層之一角度之一曲線；及當該經偏光光學系統中之該偏光層之該角度係在一所期望範圍之外時，調整該經偏光光學系統中之該偏光層之該角度，且重複獲取該等光譜、獲得該等信號及標繪該曲線之該等步驟直至達到該光學系統之該偏光層角度規格。
根據本發明之另一態樣，闡述一種校正裝置，其具有：一基板；一偏光層，其安置於該基板上；及一指示器，其指示該偏光層之一偏光定向。在某些實施例中，該偏光層係附接至該基板之表面之一單獨元件。在其他實施例中，該偏光層係直接形成於該基板上之一微影偏光層。
當結合圖式考量時，本發明之其他優點藉由參考詳細說
明而顯而易見，該等圖式未按比例繪製以便更清楚地展示細節，其中貫穿數個視圖，相似參考編號指示相似元件。
現參考圖1A、1B及1C，繪示一校正裝置100，其係藉由將具有一已知偏光定向及若干光學性質之一偏光層104形成至一基板102(諸如，一標準矽晶圓)構造而成。偏光層104可以一傳輸模式或以一反射模式工作。就欲校正之經偏光光學系統108而言，偏光層104經選擇以具有良好光學性質。此等性質包含在系統108之光譜波長範圍內之一高消光比及低吸收。較佳操作係在反射模式中，其中偏光層104由基板102上之一金屬光柵結構製成。可藉由在一標準矽晶圓102上圖案化一微影偏光層104或僅將一商用偏光層104附接至一標準矽晶圓102來製造校正裝置100。
以與一經偏光樣本之相同之方式將校正裝置100裝載至系統108之樣本載台110上。現另外參考圖2A，使用校正裝置100上之凹口106以在校正裝置100之定向210相對於系統108之參考系(reference frame)200(諸如，光學背面或入射平面)之間建立初始角度208 Ø0。藉由結合系統108之載台110之座標使用通常可用於此等系統108中之內建圖案辨識相機118來進一步精化此角度208 Ø0。一旦準確地判定角度208 Ø0，即藉由透過一預定角度範圍且以預定角度增量使載台110步進經過角度206 Ø而自校正裝置100獲取一系列光譜I(Ø,Ø0 ,λ,P 0 )，同時用感測器114取得讀數。完整資料集合I(Ø,Ø0 ,λ,P 0 )減少至I(Ø',P 0 )且相對於欲針對系統108判定之Ø'而標繪，其中Ø'=Ø-Ø0且P 0 係(系統參考200
與內部偏光層122定向204之間的)角度202。藉由以下之一非線性迴歸演算法自曲線I(Ø',P 0 )提取系統之偏光層定向202 P 0 ：I(P 0 ,Ø')=A+Bcos2(Ø'-P 0 )+Ccos(4Ø'-2P 0 )
若202 P 0 之值超出系統108之規格之範圍，則可使用機械方法調整系統108中之偏光層122直至其滿足規格。
圖2B中繪示一替代實施例，其中將一交叉分析儀116插入於系統108之出射光束中以改良202 P 0 之量測之精確度。圖4中所繪示之模擬指示當將固定分析儀116放置於相對於202 P 0 約九十度處時所得強度曲線與cos(4Ø'-P 0 )成比例。因此，當固定分析儀與校正裝置100一起使用時引入額外最小值202 P 0 。圖4中所繪示之模擬亦揭露若(系統參考200與分析儀116定向之間的)分析儀116角度α 212只不過偏離一度(舉例而言)，則強度曲線含有一小cos(2Ø'-P 0 )分量。此分量引入介於最大值之間的一個約六度之差，但在消光角度202 P 0 中無改變。在校正期間使用一固定偏光層122之一額外優點係當可利用一有限範圍之載台110旋轉角度時允許校正裝置100之一更靈活定向。
系統108通常包含除一偏光層122以外之偏光元件，諸如一光柵光譜儀。若未適當計及彼等偏光元件，則其往往將誤差引入至202 P 0 中。舉例而言，僅具有一偏光層122而不具有一分析儀116之一系統108中之偏光層校正角度202 P 0 易受光柵光譜儀之對準誤差之影響，此乃因就p及s偏光狀態而言，光譜儀具有一不同光譜效率。為表徵光柵光譜儀
未對準角度Ø，移除系統108之內部偏光層122且使用校正裝置100來量測偏光回應曲線。在此情形中，
依據該公式，可使用一非線性迴歸自曲線I(Φs ,Ø')提取角度Φs。此Φs可用於改良202 P 0 之準確度。
圖5繪示來自使用如所闡述之校正裝置100及方法之一偏光層校正程序之結果。在此情形中，202 P 0 經判定相對於系統108之光學參考系200為89.84°。曲線圖上之離散資料點係使用校正裝置100在角度206 Ø處量測之經整合信號。
圖3繪示根據本發明之一方法300之一實施例之一流程圖。將裝置100裝載至系統108中，如方塊302中所給出。使用凹口106以在所期望位置210處裝載偏光層104。然後，將系統108聚焦至裝置100上且以其他方式起始，如方塊304中所給出。然後，相對於系統參考200判定初始裝置角度208。然後，使用感測器114在自彼角度開始的具有預定增量之各個角度處獲取光譜，如方塊308中所給出。該方法判定彼讀數是否係欲在其處收集一光譜之最終角度，如方塊310中所給出。若其不是，則根據一步驟遞增裝置108角度206，如方塊312中所給出，且獲取另一光譜，如方塊308中所給出。
當已獲取所有光譜時，則控制自方塊310至方塊314之流程，且(諸如)依據上文所呈現之方程式判定相對於系統參考200之內部偏光層122之系統偏光204之角度202，如方塊314中所給出。若如方塊316中所判定，角度202係在系統
108之規格內，則該方法終止，如方塊318中所給出。若角度202不在系統108之規格內，則按需要調整系統偏光層122，如方塊320中所給出，且如上文所闡述，獲取一組新光譜以驗證偏光層122之適當位置。
本偏光裝置100及方法可用於在任何任意入射角(包含法線入射角及任何傾斜入射角)處校正一經偏光反射計108中之偏光層元件122。該方法將內部偏光層校正與光譜儀偏光效應解耦。該方法亦使用系統參考系200(諸如，入射平面)來建立偏光層122之初始位置，此完全獨立於光柵樣本載入位置。該方法亦表徵一未經偏光光學系統108之總體殘餘偏光。
出於圖解說明及說明之目的，已呈現針對本發明之實施例之上述說明。其並非意欲係窮盡性的或將本發明限制於所揭示之確切形式。根據以上教示可做出明顯修改或變更。選擇及闡述該等實施例係為了能夠提供對本發明之原理及其實際應用之圖解說明，且藉此使得熟習此項技術者能夠以各種實施例及藉助如適合於所預期之特定使用之各種修改利用本發明。所有此等修改及變更在根據其被公平、合法及公正地授權之層面上來解釋時皆在如由隨附申請專利範圍所判定之本發明之範疇內。
100‧‧‧校正裝置/裝置/偏光裝置
102‧‧‧基板/標準矽晶圓
104‧‧‧偏光層/微影偏光層/商用偏光層
106‧‧‧凹口
108‧‧‧系統/裝置/經偏光反射計/未經偏光光學系統/經偏光光學系統
110‧‧‧樣本載台/載台
114‧‧‧感測器
116‧‧‧交叉分析儀/固定分析儀/分析儀
118‧‧‧內建圖案辨識相機
122‧‧‧內部偏光層/偏光層/固定偏光層/系統偏光層/偏光層元件
200‧‧‧參考系/系統參考/光學參考系/系統參考系
202‧‧‧角度/偏光層定向P 0 /額外最小值P 0 /消光角度P 0 /偏光層校正角度P 0
204‧‧‧定向/系統偏光
206‧‧‧角度Ø/角度
208‧‧‧初始角度Ø0/角度Ø0/初始裝置角度
210‧‧‧所期望位置/定向
212‧‧‧角度α
圖1A係根據本發明之一實施例之一偏光校正裝置之一俯視平面圖。
圖1B係根據本發明之一實施例之一偏光校正裝置之一剖
面側視圖。
圖1C係欲使用根據本發明之一實施例之一偏光校正裝置校正之一系統之一功能性方塊圖。
圖2A係根據本發明之一實施例之一偏光校正裝置之一經組合俯視平面及邏輯圖，其繪示欲根據本發明之一第一實施例判定之參考及角度。
圖2B係根據本發明之一實施例之一偏光校正裝置之一經組合俯視平面及邏輯圖，其繪示欲根據本發明之一第二實施例判定之參考及角度。
圖3係根據本發明之一實施例之一方法之一流程圖。
圖4係根據本發明之一實施例之作為旋轉偏光層角度之一函數之強度之一曲線圖，其中第一偏光層處於P0(圖表中之0度)處，第三固定偏光層處於角度α(圖表中之91度)處。
圖5係根據本發明之一實施例之用於信號對一偏光校正裝置之旋轉角度之一經偏光光學系統之一校正曲線。
Claims (12)
- 一種用於在任何入射角處校正一經偏光光學系統中之一偏光層之方法，其包括：提供一校正裝置，該校正裝置包括具有一偏光層之一基板，該基板上具有用於指示該偏光層之一偏光定向的一指示器；將該校正裝置裝載於該經偏光光學系統中，其中該指示器處於一所期望位置中；判定該校正裝置之該偏光定向與該經偏光光學系統之一參考之間的一初始角度；在該校正裝置之該偏光定向與該經偏光光學系統之該參考之間的複數個已知角度處使用該經偏光光學系統基於該校正裝置之光學讀數來獲取多個信號；使用該等信號來標繪指示該經偏光光學系統中之一偏光層之一角度之一曲線；及當該經偏光光學系統中之該偏光層之該角度係在一所期望範圍之外時，調整該經偏光光學系統中之該偏光層之該角度，且重複獲取該等信號及標繪指示該經偏光光學系統中之該偏光層之該角度之一曲線之該等步驟。
- 如請求項1之方法，其中該校正裝置係實質上可傳輸來自該經偏光光學系統的光。
- 如請求項1之方法，其中該校正裝置係實質上可反射來自該經偏光光學系統的光。
- 如請求項1之方法，其中在該基板上之該偏光層係以一 金屬光柵結構形成。
- 如請求項1之方法，其中該基板係一矽基板。
- 如請求項1之方法，其中該指示器係一凹口。
- 如請求項1之方法，其中該基板上之該偏光層僅覆蓋該基板之該表面之一部分。
- 如請求項1之方法，其中在該基板上之該偏光層係附加至該基板之一單獨結構。
- 如請求項1之方法，其中在該基板上之該偏光層係整合地形成在該基板中。
- 如請求項1之方法，其中在該基板上之該偏光層係以與該基板相同之材料形成。
- 如請求項1之方法，其中在該基板上之該偏光層係形成在該基板上之一金屬層中一光柵結構。
- 如請求項1之方法，其中該基板係氧化矽基板。
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