TWI724178B - 同時多重角度光譜 - Google Patents

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亞歷山德爾 布特納爾
克里絲汀 普魯克
大衛 Y 王
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Abstract

本文呈現用於在入射角(AOI)、方位角或兩者之一寬範圍內執行半導體結構之同時光譜量測的方法及系統。在不同感測器區域上方依高通量同時量測包含入射角、方位角或兩者之兩個或兩個以上子範圍的光譜。根據AOI、方位角或兩者之各子範圍之波長來跨一或多個偵測器之不同光敏區域線性分散收集光。各不同光敏區域配置於該一或多個偵測器上以對AOI、方位角或兩者之各不同範圍執行一單獨光譜量測。依此方式，依高信雜比同時偵測AOI、方位角或兩者之一寬範圍。此方法實現依高通量、高精確度及高準確性來高通量量測高縱橫比結構。

Description

同時多重角度光譜
所描述之實施例係關於度量系統及方法，且更特定言之，所描述之實施例係關於用於半導體結構之改良量測之方法及系統。
通常藉由應用於一樣本之一系列處理步驟來製造諸如邏輯及記憶體裝置之半導體裝置。藉由此等處理步驟來形成半導體裝置之各種特徵及多個結構層級。例如，其中之微影係涉及在一半導體晶圓上產生一圖案之一半導體製程。半導體製程之額外實例包含(但不限於)化學機械拋光、蝕刻、沈積及離子植入。多個半導體裝置可被製造於一單一半導體晶圓上且接著被分離成個別半導體裝置。 在一半導體製程期間之各種步驟中使用度量程序來偵測晶圓上之缺陷以提升良率。光學度量技術提供高通量且無樣品破壞之可能性。通常使用包含散射量測及反射量測實施方案及相關聯分析演算法之基於光學度量之諸多技術來特性化奈米級結構之臨界尺寸、膜厚度、組合物、重疊及其他參數。 依多個角度執行之量測產生具有較佳準確性及精確度之資訊。在一實例中，光譜橢偏量測(SE)及光譜反射量測(SR)系統跨照明波長之一寬光譜執行同時量測。然而，諸多既有SR及SE系統每次獲取依一個入射角(AOI)之量測信號。當需要多個AOI來準確地特性化樣品時，此限制此系統之通量。 在一實例中，購自J.A. Woollam Co., Lincoln, Nebraska (USA)之一多重角度SE儀器包含用於使受量測樣本、光學系統之元件或兩者旋轉以依不同AOI值循序執行量測之機構。在另一實例中，購自KLA-Tencor Corp., Milpitas, California (USA)之一多重角度SE儀器採用同時擷取所有受關注之AOI且不移動光學系統之樣本或重要部分的一高數值孔徑(NA)光學系統。 在此實例中，集光光瞳含有由樣本反射之全角度範圍。取決於系統之NA，全角度範圍可在自非常小(例如，經準直)至非常大(例如，大於5度)之範圍內。在既有度量系統中，不使用全角度範圍內之反射光來執行一量測，此係因為與過多入射角相關聯之量測信號資訊在偵測器處被整合。由此造成之信號保真度損失限制量測信號之有效性。為緩解此效應，將量測AOI之範圍限制為經光譜量測之各標稱AOI±幾度。 在購自KLA-Tencor之多重角度SE儀器中，採用機械快門來循序量測一或多個AOI子範圍內之光譜。在此實例中，在受關注之全波長範圍內使用一大NA來照射一樣本且由系統光學器件收集反射光。集光光瞳含有所有受關注之角度，但採用機械快門或光束擋塊來阻擋所有收集光(自其收集光之AOI之一選定範圍除外)。此選定範圍保持不受阻擋且由量測感測器量測。在此方法中，使光學器件維持呈一固定組態且利用機械快門或遮罩來達成AOI選擇。依不同AOI之循序光譜量測導致延長之晶圓曝光及總量測時間。此外，表現於晶圓上之時間相依效應可由循序量測擷取且負面地影響量測結果。 總言之，特徵大小之不斷減小及結構特徵之不斷增加深度對光學度量系統提出高難度要求。光學度量系統必須滿足具有高通量之日益複雜目標之高精確度及高準確性要求以保持成本效益。在此背景中，資料收集之速度及入射角之範圍已成為光學度量系統之設計中之重要因數。因此，期望得到克服此等限制之改良度量系統及方法。
本文呈現用於在入射角、方位角或兩者之一寬範圍內執行半導體結構之同時光譜量測的方法及系統。在不同感測器區域上方依具有相同對準條件之高通量同時量測包含入射角、方位角或兩者之兩個或兩個以上子範圍的光譜。依此方式，跨所有量測波長一致地校正諸如波長誤差之機器誤差。根據AOI、方位角或兩者之各子範圍之波長來跨一或多個偵測器之不同光敏區域線性分散收集光。各不同光敏區域配置於該一或多個偵測器上以執行AOI、方位角或兩者之各不同範圍之一單獨光譜量測。依此方式，依高信雜比同時偵測AOI、方位角或兩者之一寬範圍。此等特徵個別或組合地實現依高通量、高精確度及高準確性來高通量量測高縱橫比結構(例如具有1微米或更大之深度的結構)。 在一態樣中，一光瞳分段及分散裝置經組態以將量測光瞳之一影像分段為兩個或兩個以上光瞳分段且在不同空間感測器區域上方將該兩個或兩個以上光瞳分段分散至一或多個偵測器上。各光瞳分段包含與多個入射角、多個方位角或其等之一組合之不同子範圍相關聯的信號資訊。 依此方式，量測光瞳中之兩個或兩個以上角分段經空間分散使得與各角分段相關聯之量測光譜彼此空間偏移。此允許由多個不同偵測器、一多區偵測器或其等之一組合進行同時偵測。在此方法中，使整個量測光瞳同時成像以因此避免循序量測之限制。 在另一態樣中，將一微調聚焦感測器(FFS)整合至偵測子系統中以在量測期間提供聚焦誤差校正之量測輸入。 在另一態樣中，本文所描述之度量系統採用在一單一偵測器封裝上之不同位置處組合不同敏感帶之一多區紅外線偵測器。偵測器經組態以取決於入射位置而傳送具有不同敏感性之資料之一連續光譜。根據波長來跨偵測器之表面線性分散收集光。各不同光敏區域配置於偵測器上以感測入射波長之一不同範圍。依此方式，由一單一偵測器依高信雜比偵測紅外線波長之一寬範圍。 在又一態樣中，光瞳分段及分散裝置在度量系統內係可動態地重新組態的。在一些實施例中，多個光柵分段之各者可位置、定向或兩者移動。 在又一態樣中，光瞳分段及分散裝置在度量系統內係可更換的。依此方式，一適當光瞳分段及分散裝置可經選擇且定位於集光器件路徑中以用於一特定量測應用。 在又一態樣中，照明場大小經調整以基於受量測目標之性質來最佳化所得量測準確性及速度。 上文係一概述且因此必然存在細節之簡化、概括及省略，因此，熟習技術者應瞭解，[發明內容]僅供說明且絕非意在限制。將在本文所闡述之非限制性詳細描述中明白本文所描述之裝置及/或程序之其他態樣、發明特徵及優點。
相關申請案之交叉參考 本專利申請案依據35 U.S.C. § 119主張2016年6月11日申請之名稱為「Optics for Simultaneous Multi-angle Spectroscopy」之美國臨時專利申請案第62/348,870號之優先權，該案之標的之全文以引用之方式併入本文中。 現將詳細參考本發明之背景實例及一些實施例，附圖中繪示本發明之實例。 本文呈現用於在入射角、方位角或兩者之一寬範圍內執行半導體結構之同時光譜量測的方法及系統。在不同感測器區域上方依具有相同對準條件之高通量同時量測包含入射角、方位角或兩者之兩個或兩個以上子範圍的光譜。依此方式，跨所有量測波長一致地校正諸如波長誤差之機器誤差。根據AOI、方位角或兩者之各子範圍之波長來跨一或多個偵測器之不同光敏區域線性分散收集光。各不同光敏區域配置於該一或多個偵測器上以執行AOI、方位角或兩者之各不同範圍之一單獨光譜量測。依此方式，依高信雜比同時偵測AOI、方位角或兩者之一寬範圍。此等特徵個別或組合地實現依高通量、高精確度及高準確性來高通量量測高縱橫比結構(例如具有1微米或更大之深度的結構)。 圖1描繪用於在入射角、方位角或兩者之一寬範圍內執行半導體結構之同時光譜量測的一例示性度量系統100。在一些實例中，一或多個結構包含至少一高縱橫比(HAR)結構或至少一大橫向尺寸結構。如圖1中所描繪，度量系統100經組態為一寬頻光譜橢偏計。然而，一般而言，度量系統100可經組態為一光譜反射計、散射計、橢偏計或其等之任何組合。 度量系統100包含產生入射於一晶圓120上之一束照明光117的一照明源110。在一些實施例中，照明源110係發射紫外光譜、可見光譜及紅外光譜中之照明光的一寬頻照明源。在一實施例中，照明源110係一雷射持續電漿(LSP)光源(又稱為雷射驅動電漿源)。LSP光源之泵激雷射可為連續波或脈衝式的。一雷射驅動電漿源可跨自150奈米至2000奈米之整個波長範圍產生比一氙氣燈顯著更多之光子。照明源110可為一單一光源或複數個寬頻或離散波長光源之一組合。由照明源110產生之光包含自紫外線至紅外線之一連續光譜或一連續光譜之部分(例如真空紫外線至中紅外線)。一般而言，照明光源110可包含一超連續譜雷射源、一紅外線氦-氖雷射源、一弧光燈或任何其他適合光源。 在另一態樣中，照明光量係包含跨越至少500奈米之一波長範圍的寬頻照明光。在一實例中，寬頻照明光包含低於250奈米之波長及高於750奈米之波長。一般而言，寬頻照明光包含120奈米至3,000奈米之間之波長。在一些實施例中，可採用包含超過3,000奈米之波長的寬頻照明光。 如圖1中所描繪，度量系統100包含經組態以將照明光117導引至形成於晶圓120上之一或多個結構的一照明子系統。照明子系統經展示為包含光源110、一或多個光學濾波器111、偏光組件112、場光闌113、孔徑光闌114及照明光學器件115。使用一或多個光學濾波器111來控制來自照明子系統之光位準、光譜輸出或兩者。在一些實例中，採用一或多個多區濾波器作為光學濾波器111。偏光組件112產生離開照明子系統之所要偏光狀態。在一些實施例中，偏光組件係一偏光器、一補償器或兩者，且可包含任何適合市售偏光組件。偏光組件可為固定的，可旋轉至不同固定位置，或可連續旋轉。儘管圖1中所描繪之照明子系統包含一個偏光組件，但照明子系統可包含一個以上偏光組件。場光闌113控制照明子系統之視場(FOV)且可包含任何適合市售場光闌。孔徑光闌114控制照明子系統之數值孔徑(NA)且可包含任何適合市售孔徑光闌。導引來自照明源110之光穿過照明光學器件115以將其聚焦於晶圓120上之一或多個結構(圖1中未展示)上。照明子系統可包含光譜橢偏測量、反射量測及散射量測技術中已知之(若干)光學濾波器111、偏光組件112、場光闌113、孔徑光闌114及照明光學器件115之任何類型及配置。 如圖1中所描繪，隨著照明光117之光束自照明源110傳播至晶圓120，光束穿過(若干)光學濾波器111、偏光組件112、場光闌113、孔徑光闌114及照明光學器件115。光束117照射一量測點116上方之晶圓120之一部分。 在一些實例中，投射至晶圓120之表面上之照明光117之量之光束大小小於樣本之表面上所量測之一量測目標之一大小。Wang等人之美國專利公開申請案第2013/0114085號中詳細描述例示性光束成形技術，該案之全文以引用之方式併入本文中。 度量系統100亦包含經組態以收集由一或多個結構與入射照明光束117之間之互動產生之光的一集光子系統。由集光器件122自量測點116收集一束收集光127。收集光127穿過集光子系統之集光孔徑光闌123、偏光元件124及場光闌125。 集光器件122包含用於自形成於晶圓120上之一或多個結構收集光之任何適合光學元件。集光孔徑光闌123控制集光子系統之NA。偏光元件124分析所要偏光狀態。偏光元件124係一偏光器或一補償器。偏光元件124可為固定的，可旋轉至不同固定位置，或可連續旋轉。儘管圖1中所描繪之集光子系統包含一個偏光元件，但集光子系統可包含一個以上偏光元件。集光場光闌125控制集光子系統之FOV。集光子系統自晶圓120採集光且導引光穿過集光器件122及偏光元件124以將其聚焦於集光場光闌125上。在一些實施例中，使用集光場光闌125作為偵測子系統之光譜計之一光譜計狹縫。然而，集光場光闌125可定位於偵測子系統之光譜計之一光譜計狹縫126處或其附近。 集光子系統可包含光譜橢偏測量、反射量測及散射量測技術中已知之集光器件122、孔徑光闌123、偏光元件124及場光闌125之任何類型及配置。 在圖1所描繪之實施例中，集光子系統將光導引至偵測子系統之一或多個光譜計。偵測子系統回應於自由照明子系統照射之一或多個結構收集之光而產生輸出。 如圖1中所描繪，Z軸經定向成法向於晶圓120之表面。X軸及Y軸與晶圓120之表面共面且因此垂直於Z軸。類似地，X'軸及Y'軸與晶圓120之表面共面且因此垂直於Z軸。X'軸及Y'軸相對於X軸及Y軸旋轉一方位角AZ。方位角指定傳送至晶圓120光圍繞Z軸之定向。照明光117之光束之主光線118及收集光127之光束之主光線121界定一入射面。X'軸與入射面對準且Y'軸正交於入射面。依此方式，入射面位於X'Z平面中。照明光117之光束依相對於Z軸之一入射角α入射於晶圓120之表面上且位於入射面內。 在一態樣中，一光瞳分段及分散裝置經組態以將量測光瞳之一影像分段為兩個或兩個以上光瞳分段且在不同空間感測器區域上方將該兩個或兩個以上光瞳分段分散至一或多個偵測器上。各光瞳分段包含與多個入射角、多個方位角或其等之一組合之不同子範圍相關聯的信號資訊。在一些實施例中，光瞳分段及分散裝置定位於度量系統之一孔徑光闌處或其附近或定位於度量系統之一孔徑光闌之一共軛處或其附近。 依此方式，量測光瞳中之兩個或兩個以上角分段經空間分散使得與各角分段相關聯之量測光譜彼此空間偏移。此允許由多個不同偵測器、一多區偵測器或其等之一組合進行同時偵測。在此方法中，使整個量測光瞳同時成像以因此避免循序量測之限制。 量測光瞳(即，集光光瞳)通常定位於集光透鏡122處或其附近。量測光瞳包含由晶圓120反射之全角度範圍。全角度範圍取決於光學設計之NA，但其可自非常小(例如，經準直)變動至非常大(例如，大於5度)。若將一全角度範圍內之所有反射光聚集於一量測光譜中，則量測信號通常經受保真度損失，此係因為過多角度被整合於量測信號中。先前之常見做法係：在一特定量測期間將一特定量測光譜之角範圍限制為考量中之一標稱入射角±幾度。 如本文所描述，量測光瞳之一影像經角度及波長分離以同時產生多個光譜，各分段對應於一不同標稱角及圍繞該標稱角之角度子範圍。所產生之光譜彼此空間分離且由一或多個偵測器(例如分離偵測器、一多區偵測器或其等之一組合)單獨偵測。 在圖1所描繪之實施例中，收集光127穿過光譜計狹縫126且入射於光瞳分段及分散裝置150上。在圖1所描繪之實施例中，光瞳分段及分散裝置包含多個反射光柵。依彼此不同之一角度設定各反射光柵。在偵測器子系統160之表面處使自各光柵朝向偵測器子系統160分散之光空間分離。 圖2描繪度量系統100之一量測光瞳影像145。如圖2中所描繪，量測光瞳影像145包含跨影像之一方向所分散之入射角資訊及跨影像之另一方向之方位角資訊。圖2亦描繪量測光瞳145之影像平面中之一遮罩141。如圖2中所描繪，遮罩141遮蔽影像之部分以留下三個光瞳分段142A至142C可用於傳輸。此等光瞳分段之各者包含相同方位角資訊但不同入射角資訊。依此方式，遮罩141將量測光瞳145之影像再分為各與入射角之不同範圍相關聯的不同分段。 圖3描繪度量系統100之量測光瞳影像145之另一說明圖。如圖3中所描繪，量測光瞳影像145包含跨影像之一方向所分散之入射角資訊及跨影像之另一方向之方位角資訊。圖3描繪量測光瞳145之影像平面中之一遮罩143。如圖3中所描繪，遮罩143遮蔽影像之部分以留下三個光瞳分段144A至144C可用於傳輸。此等光瞳分段之各者包含相同AOI資訊但不同方位角資訊。依此方式，遮罩143將量測光瞳145之影像再分為各與方位角之不同範圍相關聯的不同分段。 將量測光瞳145之描繪影像分段為三個分段。然而，一般而言，可在本專利文件之範疇內考量任何數目個不同分段。此外，圖2及圖3繪示沿AOI及方位角方向之分段實例。然而，一般而言，可在本專利文件之範疇內考量沿量測光瞳之影像平面中之任何方向之量測光瞳之分段。依此方式，各分段可包含不同AOI及方位角資訊。在一實例中，可在影像平面中採用兩個遮罩141及143來將量測光瞳再分為各具有不同AOI及方位角資訊之九個不同分段。在另一實例中，可使遮罩141或遮罩143在影像平面內旋轉以擷取AOI及方位角資訊之不同列行。 圖2及圖3描繪定位於光瞳分段及分散裝置之前之度量系統100之量測光瞳之一影像平面中之一遮罩之說明圖。遮罩界定用於單獨及同時量測之角資訊之分段。此一遮罩可有利地實現量測光瞳在入射於光瞳分段及分散裝置上之前之精確再分。然而，一般而言，本文所描述之光瞳分段及分散技術無需一遮罩定位於量測光瞳之一影像平面中。當不採用一遮罩時，分段及分散裝置將藉由基於收集光束入射至分段及分散裝置上之位置將入射光束之不同部分導引至偵測器子系統之不同區域來使量測光瞳分段。因而，可依適合於使量測光瞳依所要方式分段之任何方式配置光瞳分段及分散裝置。 圖4描繪圖1中所描繪之光瞳分段及分散裝置150及偵測器子系統160之另一說明圖。如圖4中所描繪，光瞳分段及分散裝置150定位於度量系統100之量測光瞳之一影像平面140處或其附近。在影像平面140處，收集光束127包含沿一方向分散之方位角資訊及沿另一方向分散之入射角資訊。光瞳分段及分散裝置150包含三個反射光柵分段150A至150C。如圖4中所描繪，入射於各分段上之收集光127之部分包含相同方位角資訊但不同入射角資訊。在此實施例中，三個反射光柵分段對應於圖2中所繪示之三個光瞳影像分段。藉由將光瞳分段及分散裝置定位於量測光瞳之一影像平面處或其附近，具有不同角資訊之光瞳分段經空間區分且被單獨分散至一偵測器子系統之不同感測器區域上。 在圖4所描繪之實施例中，使各反射光柵分段依彼此不同之一角度定向。例如，反射光柵分段150B經定向於影像平面140中，反射光柵分段150A依相對於影像平面140之一角度θ2定向，且反射光柵分段150C依相對於影像平面140之一角度θ1定向。如圖4中所繪示，不同定向引起各分段沿一不同方向分散入射光。 在圖4所描繪之實施例中，使反射光柵分段150C圍繞軸線A1傾斜角度θ1，軸線A1位於影像平面140內且沿平行於反射光柵分段150A至150C之光柵結構之炫耀方向的一方向延伸。類似地，使反射光柵分段150A圍繞軸線A2傾斜角度θ2，軸線A2位於影像平面140內且沿平行於反射光柵分段150A至150C之光柵結構之炫耀方向的一方向延伸。在此組態中，由反射光柵分段150A分散之量測光譜161A入射於偵測器160A上，由反射光柵分段150B分散之量測光譜161B入射於偵測器160B上，且由反射光柵分段150C分散之量測光譜161C入射於偵測器160C上。如圖4中所描繪，偵測器子系統160包含三個偵測器160A至160C，其等各沿正交於波長分散方向之一方向彼此上下疊置。角度θ1及θ2之量值判定偵測器處之空間移位之量值。 光瞳分段及分散裝置150之繞射光柵根據沿各自二維偵測器之一維度(即，圖4中所標註之各自偵測器之波長分散方向)之波長來線性分散一階繞射光。各繞射光柵分段引起沿波長分散方向投射至各對應偵測器之表面上之兩個不同波長光之間之一空間分離。 在一實例中，偵測器子系統160之偵測器係對紫外光及可見光(例如具有190奈米至860奈米之間之波長的光)敏感之電荷耦合裝置(CCD)。在其他實例中，偵測器子系統160之偵測器之一或多者係對紅外光(例如具有950奈米至2500奈米之間之波長的光)敏感之一光偵測器陣列(PDA)。然而，一般而言，可考量其他二維偵測器技術(例如一位置敏感偵測器(PSD)、一紅外線偵測器、一光電偵測器等等)。各偵測器將入射光轉換為指示入射光之光譜強度的電信號。一般而言，偵測器子系統160產生指示偵測器子系統160之各偵測器上同時所偵測之光的輸出信號170。 如圖1中所描繪，偵測子系統經配置使得收集光同時傳播至度量系統100之所有偵測器。度量系統100亦包含經組態以接收偵測信號170之運算系統130且基於量測信號來判定(若干)量測結構之一受關注參數171之一值之一估計。藉由同時收集與不同角資料相關聯之光譜來減少量測時間且利用相同對準條件來量測所有光譜。此允許更容易地校正波長誤差，此係因為可將一共同校正應用於所有光譜資料集。 圖5描繪另一實施例中之一光瞳分段及分散裝置151及偵測器子系統162之一說明圖。如圖5中所描繪，光瞳分段及分散裝置151定位於度量系統100之量測光瞳之一影像平面140處或其附近。在此實施例中，光瞳分段及分散裝置151包含三個反射光柵分段151A至151C。如圖5中所描繪，入射於各分段上之收集光127之部分包含相同方位角資訊但不同入射角資訊。在此實施例中，三個反射光柵分段對應於圖2中所繪示之三個光瞳影像分段。 在圖5所描繪之實施例中，使各反射光柵分段依彼此不同之一角度定向。例如，反射光柵分段151B經定向於影像平面140中，反射光柵分段151A依相對於影像平面140之一角度φ1定向，且反射光柵分段151C依相對於影像平面140之一角度φ2定向。如圖5中所繪示，不同定向引起各分段沿一不同方向分散入射光。 在圖5所描繪之實施例中，使反射光柵分段151C圍繞軸線B傾斜角度φ2，軸線B位於影像平面140內且沿垂直於反射光柵分段151A至151C之光柵結構之炫耀方向的一方向延伸。類似地，使反射光柵分段151A圍繞軸線B傾斜角度φ1。在此組態中，由反射光柵分段151A分散之量測光譜163A入射於偵測器162A上，由反射光柵分段151B分散之量測光譜163B入射於偵測器162B上，且由反射光柵分段151C分散之量測光譜163C入射於偵測器162C上。如圖5中所描繪，偵測器子系統162包含三個偵測器162A至162C，其等各經安置成平行於波長分散方向彼此相鄰。角度φ1及φ2之量值判定偵測器處之空間移位之量值。 圖6描繪另一實施例中之一光瞳分段及分散裝置152及偵測器子系統164之一說明圖。如圖6中所描繪，光瞳分段及分散裝置152定位於度量系統100之量測光瞳之一影像平面140處或其附近。在此實施例中，光瞳分段及分散裝置152包含三個反射光柵分段152A至152C。如圖6中所描繪，入射於各分段上之收集光127之部分包含相同入射角資訊但不同方位角資訊。在此實施例中，三個反射光柵分段對應於圖3中所繪示之三個光瞳影像分段。 在圖6所描繪之實施例中，使各反射光柵分段依彼此不同之一角度定向。例如，反射光柵分段152B經定向於影像平面140中，反射光柵分段152A依相對於影像平面140之一角度α1定向，且反射光柵分段152C依相對於影像平面140之一角度α2定向。如圖6中所繪示，不同定向引起各分段沿一不同方向分散入射光。 在圖6所描繪之實施例中，使反射光柵分段152C圍繞軸線C2傾斜角度α2，軸線C2位於影像平面140內且沿平行於反射光柵分段152A至152C之光柵結構之炫耀方向的一方向延伸。類似地，使反射光柵分段152A圍繞軸線C1傾斜角度α1。在此組態中，由反射光柵分段152A分散之量測光譜165A入射於偵測器164A上，由反射光柵分段152B分散之量測光譜165B入射於偵測器164B上，且由反射光柵分段152C分散之量測光譜165C入射於偵測器164C上。如圖6中所描繪，偵測器子系統164包含三個偵測器164A至164C，其等各經安置成平行於波長分散方向彼此相鄰。角度α1及α2之量值判定偵測器處之空間移位之量值。 圖7描繪另一實施例中之一光瞳分段及分散裝置153及偵測器子系統166之一說明圖。如圖7中所描繪，光瞳分段及分散裝置153定位於度量系統100之量測光瞳之一影像平面140處或其附近。在此實施例中，光瞳分段及分散裝置153包含三個反射光柵分段153A至153C。如圖7中所描繪，入射於各分段上之收集光127之部分包含相同入射角資訊但不同方位角資訊。在此實施例中，三個反射光柵分段對應於圖3中所繪示之三個光瞳影像分段。 在圖7所描繪之實施例中，使各反射光柵分段依彼此不同之一角度定向。例如，反射光柵分段153B經定向於影像平面140中，反射光柵分段153A依相對於影像平面140之一角度β2定向，且反射光柵分段153C依相對於影像平面140之一角度β1定向。如圖7中所繪示，不同定向引起各分段沿一不同方向分散入射光。 在圖7所描繪之實施例中，使反射光柵分段153C圍繞軸線D傾斜角度β1，軸線D位於影像平面140內且沿垂直於反射光柵分段153A至153C之光柵結構之炫耀方向的一方向延伸。類似地，使反射光柵分段153A圍繞軸線D傾斜角度β1。在此組態中，由反射光柵分段153A分散之量測光譜167A入射於偵測器166A上，由反射光柵分段153B分散之量測光譜167B入射於偵測器166B上，且由反射光柵分段153C分散之量測光譜167C入射於偵測器166C上。如圖7中所描繪，偵測器子系統166包含三個偵測器166A至166C，其等各經安置成垂直於波長分散方向彼此相鄰。角度β1及β2之量值判定偵測器處之空間移位之量值。 在參考圖4至圖7所描述之實施例中，各自偵測器子系統之偵測器元件係配置成一堆疊配置(例如，彼此上下疊置或首尾相連)之分離偵測器。然而，一般而言，偵測器元件可依任何適合方式配置以自由光瞳分段及分散裝置產生之各自光瞳分段接收分散光。另外，在一些實施例中，多個偵測器元件經組態以自不同波長帶內之一特定光瞳分段接收光。在一實施例中，由一電荷耦合裝置(CCD)感測器在包含紫外線波長之一波長帶中及由一光偵測器陣列(PDA)在包含紅外線波長之一波長帶中偵測自一特定光瞳分段分散之一量測光譜。一般而言，可採用偵測元件之任何適合組合來偵測自由光瞳分段及分散裝置產生之任何特定光瞳分段分散之一量測光譜。 在一些實施例中，一偵測器子系統包含在一單一偵測器封裝上之不同位置處組合不同敏感帶之一多區紅外線偵測器。該偵測器經組態以取決於入射位置而傳送具有不同敏感性之資料之一連續光譜。 圖9繪示可用砷化銦鎵(InGaAs)感測器之典型光敏性曲線。如圖9中所描繪，可用InGaAs感測器之單一感測器不能夠提供跨自1微米至2.5微米之一波長帶之足夠光敏性。因此，可用感測器僅能夠在一窄波帶內個別地感測。 在一態樣中，將各在一不同波帶中敏感之多個感測器晶片組合為一單一偵測器封裝。繼而，在本文所描述之度量系統中實施此多區偵測器。 圖8描繪自四個不同波帶導出以製成一多區紅外線偵測器180之四個感測器晶片180A至180D。四個感測器晶片包含各展現不同光敏特性之不同材料組合物。如圖9中所描繪，感測器晶片180A在一波帶A內展現高敏感性，感測器晶片180B在一波帶B內展現高敏感性，感測器晶片180C在一波帶C內展現高敏感性，且感測器晶片180D在一波帶D內展現高敏感性。併入偵測器180之一度量系統經組態以將波帶A內之波長分散至感測器晶片180A上，將波帶B內之波長分散至感測器晶片180B上，將波帶C內之波長分散至感測器晶片180C上，且將波帶D內之波長分散至感測器晶片180D上。依此方式，由一單一偵測器達成包含波帶A至D之聚集波帶內之高光敏性(即，高SNR)。 在一些實例中，一多區偵測器包含對不同光譜區域具有敏感性之InGaAs感測器，該等不同光譜區域集合於一單一感測器封裝中以產生覆蓋自750奈米至3000奈米或更大之波長的一單一連續光譜。 一般而言，可沿多區偵測器之波長分散方向集合任何數目個個別感測器，使得可自偵測器導出一連續光譜。然而，在一多區偵測器(諸如偵測器180)中通常採用兩個至四個個別感測器。 藉由非限制性實例來提供圖4至圖7中所描繪之一光瞳分段及分散裝置之實施例。儘管所繪示之實施例包含三個不同反射光柵分段，但一般而言，可在本專利文件之範疇內考量一個以上之任何數目個不同分段。另外，對於所有光柵元件，各光柵元件與量測光瞳影像平面之間之定向角可為相同或不同的。依此方式，傾斜角經組態以達成同時量測光譜之間之所要分離。在一些實施例中，光瞳分段相對於平行於炫耀方向之一軸線及相對於垂直於炫耀方向之一軸線傾斜。 此外，不同分段之形狀及配置不受限於圖4至圖7中所提供之說明圖。可在本專利文件之範疇內考量分段之任何數目個不同形狀及配置。在一些實例中，分段經配置使得各分段包含不同AOI及方位角資訊。在一實例中，跨量測光瞳配置光柵分段之一二維陣列。在另一實例中，光柵分段之一維或二維陣列依相對於量測光瞳之入射角或方位角之一分散方向的一傾斜角定向。在一實例中，光柵分段之一維陣列經定向成斜穿量測光瞳以依一所要方式混合角資訊。 儘管所繪示之實施例包含反射光柵分段，但可在本專利文件之範疇內考量其他分散元件。在一些實施例中，採用透射光柵元件來分散入射光。在另一實例中，採用分段稜鏡光學器件來分散入射光。在一些實施例中，光柵或稜鏡元件之定向判定來自各光瞳分段之光之分散方向。然而，在一些其他實施例中，採用反射鏡元件來將由光柵或稜鏡元件分散之光導引至不同偵測器元件。 在一些實施例中，各光柵分段具有相同週期及反射功能。然而，在一些其他實施例中，光柵分段之一或多者包含不同光柵週期及反射功能。依此方式，針對不同光瞳分段產生不同分散特性。此方法可有利地最佳化信號位準或感測器設計以滿足量測系統要求。 在一些實施例中，採用一循序光柵配置來分散各光瞳分段之不同波帶。在一實施例中，一反射光柵分段依+1/-1繞射階分散紫外光且依零繞射階反射紅外光。隨後，由一後續光柵元件分散經反射之紅外光。 在另一態樣中，光瞳分段及分散裝置在度量系統100內係可動態地重新組態的。在一些實施例中，多個光柵分段之各者可位置、定向或兩者移動。由運算系統130控制光柵分段之各者之位置、定向或兩者。運算系統130將控制信號傳送至一可動態地重新組態之光瞳分段及分散裝置。作為回應，光瞳分段及分散裝置調整光瞳分段之一或多者之一位置、定向或兩者以選擇關於量測光瞳之所要角資訊且將對應光譜分散至適當偵測器元件。 在一些實施例中，一可動態地重新組態之光瞳分段及分散裝置包含反射或透射光柵元件之一微機電(MEMS)陣列，其經組態以將包含不同角資訊之光分散至不同偵測器元件。 在另一態樣中，光瞳分段及分散裝置在度量系統100內係可更換的。依此方式，一適當光瞳分段及分散裝置可經選擇且定位於集光器件路徑中以用於一特定量測應用。 在圖1所描繪之實施例中，光瞳分段及分散裝置包含多個反射光柵分段。然而，除光瞳分段之外，光瞳分段及分散裝置亦可經組態以將入射光再分為不同波長帶，沿不同方向傳播不同波長帶，且依任何適合方式將波長帶之一者之光分散至一或多個偵測器上。在一些實例中，採用一分束元件來將收集光束127再分為不同波長帶且採用分離反射光柵結構來使量測光瞳在各波長帶中分段。 在圖4至圖7所描繪之實施例中，採用一反射光柵，此係因為其展現達到+/-1階之高繞射效率。藉由採用一反射光柵來避免分束元件(諸如二向色分束元件)固有之損失。 在另一態樣中，將一微調聚焦感測器(FFS)整合至偵測子系統中以在量測期間提供聚焦誤差校正之量測輸入。在一些實施例中，將依零繞射階自反射光柵分段之一或多者繞射之光導引至一微調聚焦感測器。在一些實施例中，FFS係一光二極體陣列。將由FFS (圖中未展示)產生之輸出傳送至運算系統130。運算系統130基於FFS之輸出來判定晶圓120之聚焦位置(z位置)之變化。將晶圓120之聚焦位置之任何所要變化傳送至一晶圓定位系統(圖中未展示)，該晶圓定位系統據此調整晶圓120之z位置。 在另一態樣中，照明場光闌大小經選擇以基於受量測目標之性質來最佳化所得量測準確性及速度。 在另一態樣中，照明場光闌大小經調整以基於受量測目標之性質來最佳化所得量測準確性及速度。 在一些實例中，照明場光闌大小經調整以達成所要光譜解析度。在一些實例中，照明場光闌大小經調整以增加光通量且達成一縮短之量測時間。 在圖1所描繪之實施例中，運算系統130經組態以接收指示由偵測器子系統160偵測之光譜回應的信號170。運算系統130進一步經組態以判定傳送至可程式化照明場光闌113之控制信號119。可程式化照明場光闌113接收控制信號119且調整照明孔徑之大小以達成所要照明場大小。 在一些實例中，照明場光闌經調整以最佳化上文所描述之量測準確性及速度。在另一實例中，照明場光闌經調整以防止由光譜計狹縫所致之影像削波及量測結果之對應降級。依此方式，照明場大小經調整使得量測目標之影像底填光譜計狹縫。在一實例中，照明場光闌經調整使得照明光學器件之偏光器狹縫之投影底填度量系統之光譜計狹縫。 圖11繪示至少一新穎態樣中之執行光譜量測之一方法200。方法200適合於由本發明之一度量系統(諸如圖1中所繪示之度量系統100)實施。在一態樣中，應意識到，可經由運算系統130之一或多個處理器或任何其他通用運算系統執行之一預先程式化演算法來實施方法200之資料處理區塊。在本文中應意識到，度量系統100之特定結構態樣不表示限制，而是應被解譯為僅供說明。 在區塊201中，依多個入射角、多個方位角或其等之一組合將來自一照明源之一寬頻照明光量導引至一受量測樣本之一表面上之一量測點。 在區塊202中，自樣本之表面上之量測點收集一光量且在一量測光瞳平面處或其附近產生一量測光瞳影像。 在區塊203中，將量測光瞳影像分段為兩個或兩個以上光瞳分段且將該兩個或兩個以上光瞳分段分散至不同空間區域上方之一或多個偵測器上。各光瞳分段包含與多個入射角、多個方位角或其等之一組合之不同子範圍相關聯的信號資訊。 在區塊204中，同時偵測與兩個或兩個以上光瞳分段相關聯之量測光譜。 可如本文所描述般組態之例示性量測技術包含(但不限於)光譜橢偏量測(SE)(其包含穆勒(Mueller)矩陣橢偏量測(MMSE)、旋轉偏光器SE (RPSE)、旋轉偏光器、旋轉補償器SE (RPRC)、旋轉補償器、旋轉補償器SE (RCRC))、光譜反射量測(SR)(其包含偏光SR、未偏光SR)、光譜散射量測、散射量測重疊、光束輪廓反射量測、經角度解析及偏光解析之光束輪廓橢偏量測、單一或多重離散波長橢偏量測等等。一般而言，可個別地或依任何組合考量包含量測信號中之角資訊之一寬範圍的任何度量技術。例如，可個別地或依任何組合考量適用於半導體結構之特性的任何SR或SE技術(其包含基於影像之度量技術)。 在另一實施例中，系統100包含一或多個運算系統130，其用於基於根據本文所描述之方法所收集之光譜量測資料來執行實際裝置結構之量測。一或多個運算系統130可通信地耦合至光譜計。在一態樣中，一或多個運算系統130經組態以接收與樣本120之結構之量測相關聯的量測資料170。 應意識到，可由一單一電腦系統130或替代地，多個電腦系統130實施本發明中所描述之一或多個步驟。再者，系統100之不同子系統可包含適合用於實施本文所描述之步驟之至少一部分的一電腦系統。因此，以上描述不應被解譯為對本發明之一限制，而是僅為一說明。 另外，電腦系統130可依此項技術中已知之任何方式通信地耦合至光譜計。例如，一或多個運算系統130可耦合至與光譜計相關聯之運算系統。在另一實例中，光譜計可由耦合至電腦系統130之一單一電腦系統直接控制。 度量系統100之電腦系統130可經組態以藉由可包含有線及/或無線部分之一傳輸介質來自系統之子系統(例如光譜計及其類似者)接收及/或獲取資料或資訊。依此方式，傳輸介質可充當電腦系統130與系統100之其他子系統之間之一資料鏈路。 度量系統100之電腦系統130可經組態以藉由可包含有線及/或無線部分之一傳輸介質來自其他系統接收及/或獲取資料或資訊(例如量測結果、模型化輸入、模型化結果、參考量測結果等等)。依此方式，傳輸介質可充當電腦系統130與其他系統(例如板載記憶體度量系統100、外部記憶體或其他外部系統)之間之一資料鏈路。例如，運算系統130可經組態以經由一資料鏈路來自一儲存媒體(即，記憶體132或一外部記憶體)接收量測資料。例如，使用本文所描述之光譜計來獲得之光譜結果可儲存於一永久或半永久記憶體裝置(例如記憶體132或一外部記憶體)中。就此而言，可自板載記憶體或一外部記憶體系統輸入光譜結果。再者，電腦系統130可經由一傳輸介質來將資料發送至其他系統。例如，可傳送由電腦系統130判定之一量測模型或一估計參數值171且將其儲存於一外部記憶體中。就此而言，可將量測結果輸出至另一系統。 運算系統130可包含(但不限於)一個人電腦系統、大型電腦系統、工作站、影像電腦、並行處理器或此項技術中已知之任何其他裝置。一般而言，術語「運算系統」可經廣義界定以涵蓋具有一或多個處理器(其執行來自一記憶體媒體之指令)之任何裝置。 可通過一傳輸介質(諸如一導線、電纜或無線傳輸鏈路)來傳輸實施方法(諸如本文所描述之方法)之程式指令134。例如，如圖1中所繪示，儲存於記憶體132中之程式指令134通過匯流排133來傳輸至處理器131。程式指令134儲存於一電腦可讀媒體(例如記憶體132)中。例示性電腦可讀媒體包含唯讀記憶體、一隨機存取記憶體、一磁碟或光碟或一磁帶。 在一些實例中，將量測模型實施為購自KLA-Tencor Corporation, Milpitas, California, USA之一SpectraShape®光學臨界尺寸度量系統之一元件。依此方式，產生模型且準備在由系統收集光譜之後即時使用模型。 在一些其他實例中，例如，由實施購自KLA-Tencor Corporation, Milpitas, California, USA之AcuShape®軟體的一運算系統離線實施量測模型。可併入所得訓練模型作為可由執行量測之一度量系統存取之一AcuShape®程式庫之一元件。 在另一態樣中，將用於本文所描述之半導體裝置之光譜度量的方法及系統應用於高縱橫比(HAR)結構、大橫向尺寸結構或兩者之量測。所描述之實施例實現由各種半導體製造商(諸如Samsung Inc. (韓國)、SK Hynix Inc. (韓國)、Toshiba Corporation (日本)及Micron Technology, Inc. (美國)等等)製造之半導體裝置(其包含三維NAND結構(諸如垂直NAND (V-NAND)結構)、動態隨機存取記憶體結構(DRAM)等等)之光學臨界尺寸(CD)、膜及組合物度量。此等複雜裝置經受至被量測之(若干)結構中之低光穿透。圖10描繪經受至被量測之(若干)結構中之低光穿透的一例示性高縱橫比NAND結構300。具有寬頻能力及AOI、方位角或兩者之寬範圍的一光譜橢偏計(其具有本文所描述之同時光譜帶偵測)適合用於量測此等高縱橫比結構。HAR結構通常包含用於促進HAR之蝕刻程序的硬遮罩層。如本文所描述，術語「HAR結構」係指以超過10:1且可高達100:1或更高之一縱橫比為特徵之任何結構。 在又一態樣中，可使用本文所描述之量測結果來將主動反饋提供至一處理工具(例如微影工具、蝕刻工具、沈積工具等等)。例如，可將基於本文所描述之量測方法來判定之量測參數值傳送至一微影工具以調整微影系統而達成一所要輸出。依一類似方式，可在一量測模型中包含蝕刻參數(例如蝕刻時間、擴散性等等)或沈積參數(例如時間、濃度等等)以將主動反饋分別提供至蝕刻工具或沈積工具。在一些實例中，可將基於量測裝置參數值及一訓練量測模型所判定之程序參數之校正傳送至一微影工具、蝕刻工具或沈積工具。 如本文所描述，術語「臨界尺寸」包含一結構之任何臨界尺寸(例如底部臨界尺寸、中間臨界尺寸、頂部臨界尺寸、側壁角、光柵高度等等)、任何兩個或兩個以上結構之間之一臨界尺寸(例如兩個結構之間之距離)及兩個或兩個以上結構之間之一位移(例如重疊光柵結構之間之重疊位移等等)。結構可包含三維結構、圖案化結構、重疊結構等等。 如本文所描述，術語「臨界尺寸應用」或「臨界尺寸量測應用」包含任何臨界尺寸量測。 如本文所描述，術語「度量系統」包含在任何態樣中至少部分用於特性化一樣本之任何系統，其包含諸如臨界尺寸度量、重疊度量、聚焦/劑量度量及組合物度量之量測應用。然而，此等技術術語不限制本文所描述之術語「度量系統」之範疇。另外，度量系統100可經組態以用於量測圖案化晶圓及/或未圖案化晶圓。度量系統可經組態為一LED檢測工具、邊緣檢測工具、背面檢測工具、宏觀檢測工具或多模式檢測工具(其涉及同時來自一或多個平台之資料)及基於臨界尺寸資料來受益於系統參數之校準的任何其他度量或檢測工具。 本文描述可用於量測任何半導體處理工具(例如一檢測系統或一微影系統)內之一樣本之一半導體量測系統之各種實施例。術語「樣本」在本文中用於係指一晶圓、一倍縮光罩或可藉由此項技術中已知之方法來處理(例如，印刷或缺陷檢測)之任何其他取樣。 如本文所使用，術語「晶圓」一般係指由一半導體或非半導體材料形成之基板。實例包含(但不限於)單晶矽、砷化鎵及磷化銦。此等基板可常見於及/或被處理於半導體製造設施中。在一些情況中，一晶圓可僅包含基板(即，裸晶圓)。替代地，一晶圓可包含形成於一基板上之一或多個不同材料層。可「圖案化」或「未圖案化」形成於一晶圓上之一或多個層。例如，一晶圓可包含具有可重複圖案特徵之複數個晶粒。 一「倍縮光罩」可為一倍縮光罩製程之任何階段中之一倍縮光罩或可或可不經釋放以用於一半導體製造設施中之一完成倍縮光罩。一倍縮光罩或一「遮罩」一般經定義為具有形成於其上且經組態成一圖案之實質上不透明區域的一實質上透明基板。基板可包含(例如)諸如非晶SiO2 之一玻璃材料。一倍縮光罩可在一微影程序之一曝露步驟期間安置於一經光阻劑覆蓋之晶圓上方，使得可將倍光罩上之圖案轉印至光阻劑。 可圖案化或未圖案化形成於一晶圓上之一或多個層。例如，一晶圓可包含各具有可重複圖案特徵之複數個晶粒。此等材料層之形成及處理可最終導致完成裝置。諸多不同類型之裝置可形成於一晶圓上，且本文所使用之術語「晶圓」意欲涵蓋其上製造此項技術中已知之任何類型之裝置的一晶圓。 在一或多個例示性實施例中，可在硬體、軟體、韌體或其等之任何組合中實施所描述之功能。若在軟體中實施，則功能可儲存於一電腦可讀媒體上或作為一或多個指令或編碼通過一電腦可讀媒體傳輸。電腦可讀媒體包含電腦儲存媒體及通信媒體兩者，其包含促進一電腦程式自一位置轉移至另一位置之任何媒體。一儲存媒體可為可由一通用或專用電腦存取之任何可用媒體。舉例而言且不限於，此等電腦可讀媒體可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光碟儲存器、磁碟儲存器或其他磁性儲存裝置或可用於攜載或儲存呈指令或資料結構形式之所要程式碼構件且可由一通用或專用電腦或一通用或專用處理器存取之任何其他媒體。再者，任何連接被適當地稱為一電腦可讀媒體。例如，若使用一同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數位用戶線(DSL)或無線技術(諸如紅外線、無線電及微波)來自一網站、伺服器或其他遠端源傳輸軟體，則同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL或無線技術(諸如紅外線、無線電及微波)包含於媒體之定義中。如本文所使用，磁碟及光碟包含壓縮光碟(CD)、雷射光碟、光碟、數位多功能光碟(DVD)、軟碟及藍光光碟，其中磁碟通常磁性地複製資料，而光碟利用雷射來光學地複製資料。上述之組合亦應包含於電腦可讀媒體之範疇內。 儘管上文已出於教學之目的而描述某些特定實施例，但本專利文件之教示具有一般實用性且不受限於上述特定實施例。據此，可在不背離申請專利範圍中所闡述之本發明之範疇的情況下實踐所描述之實施例之各種特徵之各種修改、調適及組合。
100‧‧‧度量系統110‧‧‧照明源111‧‧‧光學濾波器112‧‧‧偏光組件113‧‧‧場光闌114‧‧‧孔徑光闌115‧‧‧照明光學器件116‧‧‧量測點117‧‧‧照明光118‧‧‧主光線119‧‧‧控制信號120‧‧‧晶圓/樣本121‧‧‧主光線122‧‧‧集光器件/集光透鏡123‧‧‧集光孔徑光闌124‧‧‧偏光元件125‧‧‧場光闌126‧‧‧光譜計狹縫127‧‧‧收集光130‧‧‧運算系統/電腦系統131‧‧‧處理器132‧‧‧記憶體133‧‧‧匯流排134‧‧‧程式指令140‧‧‧影像平面141‧‧‧遮罩142A至142C‧‧‧光瞳分段143‧‧‧遮罩144A至144C‧‧‧光瞳分段145‧‧‧量測光瞳影像150‧‧‧光瞳分段及分散裝置150A至150C‧‧‧反射光柵分段151‧‧‧光瞳分段及分散裝置151A至151C‧‧‧反射光柵分段152‧‧‧光瞳分段及分散裝置152A至152C‧‧‧反射光柵分段153‧‧‧光瞳分段及分散裝置153A至153C‧‧‧反射光柵分段160‧‧‧偵測器子系統160A至160C‧‧‧偵測器161B‧‧‧量測光譜161C‧‧‧量測光譜162‧‧‧偵測器子系統162A至162C‧‧‧偵測器163A‧‧‧量測光譜163B‧‧‧量測光譜163C‧‧‧量測光譜164‧‧‧偵測器子系統164A至164C‧‧‧偵測器165A‧‧‧量測光譜165B‧‧‧量測光譜165C‧‧‧量測光譜166‧‧‧偵測器子系統166A至166C‧‧‧偵測器167A‧‧‧量測光譜167B‧‧‧量測光譜167C‧‧‧量測光譜170‧‧‧輸出信號/量測資料171‧‧‧受關注參數/估計參數值180‧‧‧多區紅外線偵測器180A至180D‧‧‧感測器晶片200‧‧‧方法201‧‧‧區塊202‧‧‧區塊203‧‧‧區塊204‧‧‧區塊300‧‧‧高縱橫比反及(NAND)結構AZ‧‧‧方位角A1‧‧‧軸線A2‧‧‧軸線B‧‧‧軸線C1‧‧‧軸線C2‧‧‧軸線D‧‧‧軸線α‧‧‧入射角α1‧‧‧角度α2‧‧‧角度β1‧‧‧角度β2‧‧‧角度θ1‧‧‧角度θ2‧‧‧角度φ1‧‧‧角度φ2‧‧‧角度
圖1描繪用於在入射角、方位角或兩者之一寬範圍內執行半導體結構之同時光譜量測的一例示性度量系統100。 圖2描繪度量系統100之一量測光瞳影像145之平面中之一遮罩141。 圖3描繪度量系統100之一量測光瞳影像145之平面中之一遮罩143。 圖4描繪圖1中所描繪之光瞳分段及分散裝置150及偵測器子系統160之另一說明圖。 圖5描繪另一實施例中之一光瞳分段及分散裝置151及偵測器子系統162之一說明圖。 圖6描繪又一實施例中之一光瞳分段及分散裝置152及偵測器子系統164之一說明圖。 圖7描繪另一實施例中之一光瞳分段及分散裝置153及偵測器子系統166之一說明圖。 圖8描繪一多區紅外線偵測器180之一說明圖。 圖9繪示四個可用砷化銦鎵(InGaAs)感測器之典型光敏性曲線。 圖10描繪經受至被量測之(若干)結構中之低光穿透的一例示性高縱橫比反及(NAND)結構300。 圖11繪示本文所描述之至少一新穎態樣中之在入射角、方位角或兩者之一寬範圍內執行一或多個結構之同時光譜量測的一方法200。
100‧‧‧度量系統
110‧‧‧照明源
111‧‧‧光學濾波器
112‧‧‧偏光組件
113‧‧‧場光闌
114‧‧‧孔徑光闌
115‧‧‧照明光學器件
116‧‧‧量測點
117‧‧‧照明光
118‧‧‧主光線
119‧‧‧控制信號
120‧‧‧晶圓/樣本
121‧‧‧主光線
122‧‧‧集光器件/集光透鏡
123‧‧‧集光孔徑光闌
124‧‧‧偏光元件
125‧‧‧場光闌
126‧‧‧光譜計狹縫
127‧‧‧收集光
130‧‧‧運算系統/電腦系統
131‧‧‧處理器
132‧‧‧記憶體
133‧‧‧匯流排
134‧‧‧程式指令
150‧‧‧光瞳分段及分散裝置
160‧‧‧偵測器子系統
170‧‧‧輸出信號/量測資料
171‧‧‧受關注參數/估計參數值
AZ‧‧‧方位角
α‧‧‧入射角

Claims (21)

  1. 一種度量系統，其包括：一或多個照明源，其等經組態以產生一寬頻照明光量；一照明光學子系統，其經組態以依多個入射角、多個方位角或其等之一組合將來自該照明源之該照明光量導引至受量測之一樣本之一表面上之一量測點；一集光子系統，其經組態以自該樣本之該表面上之該量測點收集一收集光量，該集光子系統具有一量測光瞳；一或多個偵測器，其等各具有對入射光敏感之一平坦二維表面；及一光瞳分段及分散裝置，其經組態以將該量測光瞳之一影像分段為兩個或兩個以上光瞳分段且將該兩個或兩個以上光瞳分段分散至不同空間區域上方之該一或多個偵測器上，其中各光瞳分段包含與該多個入射角、該多個方位角或其等之一組合之不同子範圍相關聯的信號資訊。
  2. 如請求項1之度量系統，其中該光瞳分段及分散裝置包括：一第一繞射元件，其在該量測光瞳之一影像平面處或該影像平面附近具有定位於該集光子系統之一光學路徑中之一入射面，其中一第一光瞳分段係入射於該第一繞射元件之該入射面上之該收集光之一部分；及一第二繞射元件，其在該量測光瞳之該影像平面處或該影像平面附近具有定位於該集光子系統之該光學路徑中之一入射面，其中一第二光瞳分段係入射於該第二繞射元件之該入射面上之該收集光之一部分，其中該第一繞射元件之該入射面之一法線經定向成相對於該第二繞射元件之該入 射面之一法線成一第一角度。
  3. 如請求項2之度量系統，其中該第一繞射元件及該第二繞射元件之各者係一反射光柵結構、一透射光柵結構或一分散稜鏡結構。
  4. 如請求項3之度量系統，其中與該第一繞射元件與該第二繞射元件之間之該第一角度相關聯之一軸線角經定向成平行於該第一繞射元件之一炫耀方向。
  5. 如請求項3之度量系統，其中與該第一繞射元件與該第二繞射元件之間之該第一角度相關聯之一軸線角經定向成垂直於該第一繞射元件之一炫耀方向。
  6. 如請求項3之度量系統，其中與該第一繞射元件與該第二繞射元件之間之該第一角度相關聯之一軸線角經定向成相對於該第一繞射元件之一炫耀方向成一傾斜角。
  7. 如請求項2之度量系統，其中該光瞳分段及分散裝置進一步包括：一第三繞射元件，其在該量測光瞳之該影像平面附近具有定位於該集光子系統之該光學路徑中之一入射面，其中一第三光瞳分段係入射於該第三繞射元件之該入射面上之該收集光之一部分，其中該第一繞射元件之該入射面之一法線經定向成相對於該第三繞射元件之該入射面之一法線成一第二角度。
  8. 如請求項7之度量系統，其中與該第一繞射元件與該第三繞射元件之間之該第二角度相關聯之一軸線角在量值上等於與該第一繞射元件與該第二繞射元件之間之該第一角度相關聯之該軸線角且在方向上相反於與該第一繞射元件與該第二繞射元件之間之該第一角度相關聯之該軸線角。
  9. 如請求項3之度量系統，其中該第一繞射元件之一光柵節距不同於該第二繞射元件之一光柵節距。
  10. 如請求項1之度量系統，其中該光瞳分段及分散裝置在該度量系統內係可組態的，可與另一光瞳分段及分散裝置互換，或兩者。
  11. 如請求項1之度量系統，其中該一或多個偵測器之一第一偵測器包含各具有不同光敏性之兩個或兩個以上不同表面區域，其中該兩個或兩個以上不同表面區域與跨該第一偵測器之表面之一波長分散方向對準。
  12. 如請求項1之度量系統，其中該一或多個偵測器之一第二者量測背景雜訊。
  13. 如請求項1之度量系統，其中該寬頻照明光量包含一波長範圍，該波長範圍包含紅外波長、可見波長及紫外波長。
  14. 如請求項1之度量系統，其中該度量系統經組態為一光譜橢偏計、一 光譜反射計或其等之一組合。
  15. 如請求項1之度量系統，其進一步包括：一運算系統，其經組態以基於該一或多個偵測器之輸出之一分析來產生該受量測樣本之一受關注參數之一估計值。
  16. 一種度量系統，其包括：一照明光學子系統，其經組態以依多個入射角、多個方位角或其等之一組合將來自一照明源之寬頻照明光量導引至受量測之一樣本之一表面上之一量測點；一集光子系統，其經組態以自該樣本之該表面上之該量測點收集一收集光量，該集光子系統具有一量測光瞳；一或多個偵測器，其等各具有對入射光敏感之一平坦二維表面；一第一繞射元件，其在該量測光瞳之一影像平面附近具有定位於該集光子系統之一光學路徑中之一入射面，其中一第一光瞳分段係入射於該第一繞射元件之該入射面上之該收集光之一部分，其中該第一繞射元件將該第一光瞳分段分散於該一或多個偵測器之一第一光敏區域上方；及一第二繞射元件，其在該量測光瞳之該影像平面附近具有定位於該集光子系統之該光學路徑中之一入射面，其中一第二光瞳分段係入射於該第二繞射元件之該入射面上之該收集光之一部分，其中該第二繞射元件將該第二光瞳分段分散於該一或多個偵測器之一第二光敏區域上方，該第二光敏區域在空間上不同於該第一光敏區域，且其中該第一繞射元件之該入射面之一法線經定向成相對於該第二繞射元件之該入射面之一法線成一第 一角度。
  17. 如請求項16之度量系統，其中該第一繞射元件及該第二繞射元件之各者係一反射光柵結構、一透射光柵結構或一分散稜鏡結構。
  18. 如請求項16之度量系統，其中該一或多個偵測器之一第一偵測器包含各具有不同光敏性之兩個或兩個以上不同表面區域，其中該兩個或兩個以上不同表面區域與跨該第一偵測器之表面之一波長分散方向對準。
  19. 一種用於半導體結構之改良量測之方法，其包括：依多個入射角、多個方位角或其等之一組合將來自一照明源之一寬頻照明光量導引至受量測之一樣本之一表面上之一量測點；自該樣本之該表面上之該量測點收集一收集光量且在一量測光瞳平面處或該量測光瞳平面附近產生一量測光瞳影像；將該量測光瞳影像分段為兩個或兩個以上光瞳分段且將該兩個或兩個以上光瞳分段分散至不同空間區域上方之一或多個偵測器上，其中各光瞳分段包含與該多個入射角、該多個方位角或其等之一組合之不同子範圍相關聯的信號資訊；及同時偵測與該兩個或兩個以上光瞳分段相關聯之量測光譜。
  20. 如請求項19之方法，其中該兩個或兩個以上光瞳分段之一第一者之該分段及分散涉及在該量測光瞳之一影像平面附近具有定位於該集光子系統之一光學路徑中之一入射面的一第一繞射元件，且其中該兩個或兩個以 上光瞳分段之一第二者之該分段及分散涉及在該量測光瞳之該影像平面附近具有定位於該集光子系統之該光學路徑中之一入射面的一第二繞射元件，其中該第一繞射元件之該入射面之一法線經定向成相對於該第二繞射元件之該入射面之一法線成一第一角度。
  21. 如請求項19之方法，其中該受量測樣本係一三維反及(NAND)結構或一動態隨機存取記憶體結構。
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