CN110062952B - 同时多重角度光谱 - Google Patents

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Abstract

本文呈现用于在入射角AOI、方位角或两者的宽范围内执行半导体结构的同时光谱测量的方法及***。在不同传感器区域上方以高处理量同时测量包含入射角、方位角或两者的两个或两个以上子范围的光谱。根据AOI、方位角或两者的每一子范围的波长来跨一或多个检测器的不同光敏区域线性分散收集光。每一不同光敏区域布置于所述一或多个检测器上以对AOI、方位角或两者的每一不同范围执行单独光谱测量。以此方式，以高信噪比同时检测AOI、方位角或两者的宽范围。此方法实现以高处理量、高精确度及高准确性来高处理量测量高纵横比结构。

Description

同时多重角度光谱
相关申请案的交叉参考
本专利申请案依据35U.S.C.§119主张2016年6月11日申请的标题为“用于同时多重角度光谱的光学器件(Optics for Simultaneous Multi-angle Spectroscopy)”的序列号为62/348,870的美国临时专利申请案的优先权，所述申请案的标的物的全文以引用的方式并入本文中。
技术领域
所描述的实施例涉及度量***及方法，且更特定来说，所描述的实施例涉及用于半导体结构的改进测量的方法及***。
背景技术
通常通过应用于样本的一系列处理步骤来制造例如逻辑及存储器装置的半导体装置。通过这些处理步骤来形成半导体装置的各种特征及多个结构层级。举例来说，光刻尤其是涉及在半导体晶片上产生图案的一个半导体制造工艺。半导体制造工艺的额外实例包含(但不限于)化学机械抛光、蚀刻、沉积及离子植入。多个半导体装置可被制造于单个半导体晶片上且接着被分离成个别半导体装置。
在半导体制造工艺期间的各种步骤中使用度量过程来检测晶片上的缺陷以提升良率。光学度量技术提供高处理量且无样品破坏的可能性。通常使用包含散射测量及反射测量实施方案及相关联分析算法的基于光学度量的许多技术来特性化纳米级结构的临界尺寸、膜厚度、组成、重叠及其它参数。
以多个角度执行的测量产生具有较好准确性及精确度的信息。在一个实例中，光谱椭偏测量(SE)及光谱反射测量(SR)***跨照明波长的宽光谱执行同时测量。然而，许多现有SR及SE***每次获取以一个入射角(AOI)的测量信号。当需要多个AOI来准确地特性化样品时，这限制了此***的处理量。
在一个实例中，购自美国内布拉斯加州林肯市的J.A.伍拉姆公司(J.A.WoollamCo.,Lincoln,Nebraska(USA))的多重角度SE仪器包含用于使受测量样本、光学***的元件或两者旋转以按不同AOI值按顺序执行测量的机构。在另一实例中，购自美国加利福尼亚州米尔皮塔斯市的科磊公司(KLA-Tencor Corp.,Milpitas,California(USA))的多重角度SE仪器采用同时捕获所有受关注的AOI且不移动光学***的样本或重要部分的高数值孔径(NA)光学***。
在此实例中，集光光瞳含有由样本反射的全角度范围。取决于***的NA，全角度范围可在从非常小(举例来说，经准直)到非常大(举例来说，大于5度)的范围内。在现有度量***中，不使用全角度范围内的反射光来执行测量，这是因为与过多入射角相关联的测量信号信息在检测器处被集成。由此造成的信号保真度损失限制测量信号的有效性。为缓解此效应，将测量AOI的范围限制为经光谱测量的每一标称AOI±几度。
在购自科磊公司的多重角度SE仪器中，采用机械快门来循序测量一或多个AOI子范围内的光谱。在此实例中，在受关注的全波长范围内使用大NA来照射样本且由***光学器件收集反射光。集光光瞳含有所有受关注的角度，但采用机械快门或光束挡块来阻挡所有收集光(从其收集光的AOI的选定范围除外)。此选定范围保持不受阻挡且由测量传感器测量。在此方法中，使光学器件维持呈固定配置且利用机械快门或掩模来实现AOI选择。以不同AOI的循序光谱测量导致延长的晶片曝光及总测量时间。此外，表现于晶片上的时间相依效应可由循序测量捕获且负面地影响测量结果。
总的来说，特征大小的不断减小及结构特征的不断增加的深度对光学度量***提出高难度要求。光学度量***必须以高处理量满足日益复杂目标的高精确度及高准确性要求以保持成本效益。在此背景中，数据收集的速度及入射角的范围已成为光学度量***的设计中的重要因素。因此，期望得到克服这些限制的改进度量***及方法。
发明内容
本文呈现用于在入射角、方位角或两者的宽范围内执行半导体结构的同时光谱测量的方法及***。在不同传感器区域上方使用相同对准条件以高处理量同时测量包含入射角、方位角或两者的两个或两个以上子范围的光谱。以此方式，跨所有测量波长一致地校正例如波长误差的机器误差。根据AOI、方位角或两者的每一子范围的波长来跨一或多个检测器的不同光敏区域线性分散收集光。每一不同光敏区域布置于所述一或多个检测器上以执行AOI、方位角或两者的每一不同范围的单独光谱测量。以此方式，以高信噪比同时检测AOI、方位角或两者的宽范围。这些特征个别或组合地实现以高处理量、高精确度及高准确性来高处理量测量高纵横比结构(例如具有一微米或更大的深度的结构)。
一方面，光瞳分段及分散装置经配置以将测量光瞳的图像分段为两个或两个以上光瞳分段且在不同空间传感器区域上方将所述两个或两个以上光瞳分段分散到一或多个检测器上。每一光瞳分段包含与多个入射角、多个方位角或其组合的不同子范围相关联的信号信息。
以此方式，测量光瞳中的两个或两个以上角分段经空间分散使得与每一角分段相关联的测量光谱彼此空间偏移。此允许由多个不同检测器、多区检测器或其组合进行同时检测。在此方法中，使整个测量光瞳同时成像以因此避免循序测量的限制。
另一方面，将微调聚焦传感器(FFS)集成到检测子***中以在测量期间提供聚焦误差校正的测量输入。
另一方面，本文所描述的度量***采用在单个检测器封装上的不同位置处组合不同***的多区红外线检测器。检测器经配置以取决于入射位置而传送具有不同敏感性的数据的连续光谱。根据波长来跨检测器的表面线性分散收集光。每一不同光敏区域布置于检测器上以感测入射波长的不同范围。以此方式，由单个检测器以高信噪比检测红外线波长的宽范围。
另一方面，光瞳分段及分散装置在度量***内是可动态地重新配置的。在一些实施例中，多个光栅分段中的每一者可在位置、定向或两者方面移动。
另一方面，光瞳分段及分散装置在度量***内是可更换的。以此方式，适当光瞳分段及分散装置可经选择且定位于集光器件路径中以用于特定测量应用。
另一方面，基于受测量目标的性质来调整照明场大小以优化所得测量准确性及速度。
上文是概述且因此必然存在细节的简化、概括及省略，因此，所属领域的技术人员应了解，发明内容仅供说明且绝非意在限制。将在本文所阐述的非限制性详细描述中明白本文所描述的装置及/或过程的其它方面、发明特征及优点。
附图说明
图1描绘用于在入射角、方位角或两者的宽范围内执行半导体结构的同时光谱测量的示范性度量***100。
图2描绘度量***100的测量光瞳图像145的平面中的掩模141。
图3描绘度量***100的测量光瞳图像145的平面中的掩模143。
图4描绘图1中所描绘的光瞳分段及分散装置150及检测器子***160的另一说明图。
图5描绘另一实施例中的光瞳分段及分散装置151及检测器子***162的说明图。
图6描绘另一实施例中的光瞳分段及分散装置152及检测器子***164的说明图。
图7描绘另一实施例中的光瞳分段及分散装置153及检测器子***166的说明图。
图8描绘多区红外线检测器180的说明图。
图9说明四个可用砷化铟镓(InGaAs)传感器的典型光敏性曲线。
图10描绘经受到被测量的结构中的低光穿透的示范性高纵横比反及NAND结构300。
图11说明本文所描述的至少一个新颖方面中的在入射角、方位角或两者的宽范围内执行一或多个结构的同时光谱测量的方法200。
具体实施方式
现将详细参考本发明的背景实例及一些实施例，附图中说明本发明的实例。
本文呈现用于在入射角、方位角或两者的宽范围内执行半导体结构的同时光谱测量的方法及***。在不同传感器区域上方以使用相同对准条件以高处理量同时测量包含入射角、方位角或两者的两个或两个以上子范围的光谱。以此方式，跨所有测量波长一致地校正例如波长误差的机器误差。根据AOI、方位角或两者的每一子范围的波长来跨一或多个检测器的不同光敏区域线性分散收集光。每一不同光敏区域布置于所述一或多个检测器上以执行AOI、方位角或两者的每一不同范围的单独光谱测量。以此方式，以高信噪比同时检测AOI、方位角或两者的宽范围。这些特征个别或组合地实现以高处理量、高精确度及高准确性来高处理量测量高纵横比结构(例如具有一微米或更大的深度的结构)。
图1描绘用于在入射角、方位角或两者的宽范围内执行半导体结构的同时光谱测量的示范性度量***100。在一些实例中，一或多个结构包含至少一个高纵横比(HAR)结构或至少一个大横向尺寸结构。如图1中所描绘，度量***100经配置为宽带光谱椭偏计。然而，一般来说，度量***100可经配置为光谱反射计、散射计、椭偏计或其任何组合。
度量***100包含产生入射于晶片120上的束照明光117的照明源110。在一些实施例中，照明源110是发射紫外光谱、可见光谱及红外光谱中的照明光的宽带照明源。在一个实施例中，照明源110是激光持续等离子体(LSP)光源(又称为激光驱动等离子体源)。LSP光源的泵激激光可为连续波或脉冲式的。激光驱动等离子体源可跨从150纳米到2000纳米的整个波长范围产生比氙气灯显著更多的光子。照明源110可为单个光源或多个宽带或离散波长光源的组合。由照明源110产生的光包含从紫外线到红外线的连续光谱或连续光谱的部分(例如真空紫外线到中红外线)。一般来说，照明光源110可包含超连续谱激光源、红外线氦-氖激光源、弧光灯或任何其它合适光源。
另一方面，照明光量是包含跨越至少500纳米的波长范围的宽带照明光。在一个实例中，宽带照明光包含低于250纳米的波长及高于750纳米的波长。一般来说，宽带照明光包含120纳米到3,000纳米之间的波长。在一些实施例中，可采用包含超过3,000纳米的波长的宽带照明光。
如图1中所描绘，度量***100包含经配置以将照明光117导引到形成于晶片120上的一或多个结构的照明子***。照明子***经展示为包含光源110、一或多个光学滤波器111、偏光组件112、场光阑113、孔径光阑114及照明光学器件115。使用一或多个光学滤波器111来控制来自照明子***的光水平、光谱输出或两者。在一些实例中，采用一或多个多区滤波器作为光学滤波器111。偏光组件112产生离开照明子***的所要偏光状态。在一些实施例中，偏光组件是偏光器、补偿器或两者，且可包含任何合适市售偏光组件。偏光组件可为固定的，可旋转到不同固定位置，或可连续旋转。尽管图1中所描绘的照明子***包含一个偏光组件，但照明子***可包含一个以上偏光组件。场光阑113控制照明子***的视场(FOV)且可包含任何合适市售场光阑。孔径光阑114控制照明子***的数值孔径(NA)且可包含任何合适市售孔径光阑。导引来自照明源110的光穿过照明光学器件115以将其聚焦于晶片120上的一或多个结构(图1中未展示)上。照明子***可包含光谱椭偏测量、反射测量及散射测量技术中已知的光学滤波器111、偏光组件112、场光阑113、孔径光阑114及照明光学器件115的任何类型及布置。
如图1中所描绘，随着照明光117的光束从照明源110传播到晶片120，光束穿过光学滤波器111、偏光组件112、场光阑113、孔径光阑114及照明光学器件115。光束117照射测量点116上方的晶片120的部分。
在一些实例中，投射到晶片120的表面上的照明光117的量的光束大小小于样本的表面上所测量的测量目标的大小。王(Wang)等人的第2013/0114085号美国专利公开申请案中详细描述示范性光束成形技术，所述申请案的全文以引用的方式并入本文中。
度量***100还包含经配置以收集由一或多个结构与入射照明光束117之间的相互作用产生的光的集光子***。由集光器件122从测量点116收集束一收集光127。收集光127穿过集光子***的集光孔径光阑123、偏光元件124及场光阑125。
集光器件122包含用于从形成于晶片120上的一或多个结构收集光的任何合适光学元件。集光孔径光阑123控制集光器件子***的NA。偏光元件124分析所要偏光状态。偏光元件124是偏光器或补偿器。偏光元件124可为固定的，可旋转到不同固定位置，或可连续旋转。尽管图1中所描绘的集光子***包含一个偏光元件，但集光子***可包含一个以上偏光元件。集光场光阑125控制集光子***的FOV。集光子***从晶片120采集光且导引光穿过集光器件122及偏光元件124以将其聚焦于集光场光阑125上。在一些实施例中，使用集光场光阑125作为检测子***的光谱计的光谱计狭缝。然而，集光场光阑125可定位于检测子***的光谱计的光谱计狭缝126处或其附近。
集光子***可包含光谱椭偏测量、反射测量及散射测量技术中已知的集光器件122、孔径光阑123、偏光元件124及场光阑125的任何类型及布置。
在图1所描绘的实施例中，集光子***将光导引到检测子***的一或多个光谱计。检测子***响应于从由照明子***照射的一或多个结构收集的光而产生输出。
如图1中所描绘，Z轴经定向成法向于晶片120的表面。X轴及Y轴与晶片120的表面共面且因此垂直于Z轴。类似地，X'轴及Y'轴与晶片120的表面共面且因此垂直于Z轴。X'轴及Y'轴相对于X轴及Y轴旋转方位角AZ。方位角指定到晶片120的光传送围绕Z轴的定向。照明光117的光束的主光线118及收集光127的光束的主光线121界定入射面。X'轴与入射面对准且Y'轴正交于入射面。以此方式，入射面位于X'Z平面中。照明光117的光束以相对于Z轴的入射角α入射于晶片120的表面上且位于入射面内。
一方面，光瞳分段及分散装置经配置以将测量光瞳的图像分段为两个或两个以上光瞳分段且在不同空间传感器区域上方将所述两个或两个以上光瞳分段分散到一或多个检测器上。每一光瞳分段包含与多个入射角、多个方位角或其组合的不同子范围相关联的信号信息。在一些实施例中，光瞳分段及分散装置定位于度量***的孔径光阑处或其附近或定位于度量***的孔径光阑的共轭处或其附近。
以此方式，测量光瞳中的两个或两个以上角分段经空间分散使得与每一角分段相关联的测量光谱彼此空间偏移。此允许由多个不同检测器、多区检测器或其组合进行同时进行检测。在此方法中，使整个测量光瞳同时成像以因此避免循序测量的限制。
测量光瞳(即，集光光瞳)通常定位于集光透镜122处或其附近。测量光瞳包含由晶片120反射的全角度范围。全角度范围取决于光学设计的NA，但其可从非常小(举例来说，经准直)变化到非常大(举例来说，大于5度)。如果将全角度范围内的所有反射光聚集于一个测量光谱中，那么测量信号通常经受保真度损失，这是因为过多角度被集成于测量信号中。先前的常见做法是：在特定测量期间将特定测量光谱的角范围限制为考虑中的标称入射角±几度。
如本文所描述，测量光瞳的图像经角度及波长分离以同时产生多个光谱，每一分段对应于不同标称角及围绕所述标称角的角度子范围。所产生的光谱彼此空间分离且由一或多个检测器(例如分离检测器、多区检测器或其组合)单独检测。
在图1所描绘的实施例中，收集光127穿过光谱计狭缝126且入射于光瞳分段及分散装置150上。在图1所描绘的实施例中，光瞳分段及分散装置包含多个反射光栅。以彼此不同的角度设置每一反射光栅。在检测器子***160的表面处使从每一光栅朝向检测器子***160分散的光空间分离。
图2描绘度量***100的测量光瞳图像145。如图2中所描绘，测量光瞳图像145包含跨图像的一个方向所分散的入射角信息及跨图像的另一方向的方位角信息。图2还描绘测量光瞳145的图像平面中的掩模141。如图2中所描绘，掩模141遮蔽图像的部分，从而使三个光瞳分段142A到142C可用于传输。这些光瞳分段中的每一者包含相同方位角信息但不同入射角信息。以此方式，掩模141将测量光瞳145的图像再分为各自与入射角的不同范围相关联的不同分段。
图3描绘度量***100的测量光瞳图像145的另一说明图。如图3中所描绘，测量光瞳图像145包含跨图像的一个方向所分散的入射角信息及跨图像的另一方向的方位角信息。图3描绘测量光瞳145的图像平面中的掩模143。如图3中所描绘，掩模143遮蔽图像的部分，从而使三个光瞳分段144A到144C可用于传输。这些光瞳分段中的每一者包含相同AOI信息但不同方位角信息。以此方式，掩模143将测量光瞳145的图像再分为各自与方位角的不同范围相关联的不同分段。
将测量光瞳145的描绘图像分段为三个分段。然而，一般来说，可在本专利文献的范围内考虑任何数目个不同分段。此外，图2及3说明沿AOI及方位角方向的分段实例。然而，一般来说，可在本专利文献的范围内考虑沿测量光瞳的图像平面中的任何方向的测量光瞳的分段。以此方式，每一分段可包含不同AOI及方位角信息。在一个实例中，可在图像平面中采用两个掩模141及143来将测量光瞳再分为各自具有不同AOI及方位角信息的九个不同分段。在另一实例中，可使掩模141或掩模143在图像平面内旋转以捕获大量不同的AOI及方位角信息。
图2及3描绘定位于光瞳分段及分散装置之前的度量***100的测量光瞳的图像平面中的掩模的说明图。掩模界定用于单独及同时测量的角信息的分段。此掩模可有利地实现测量光瞳在入射于光瞳分段及分散装置上之前的精确再分。然而，一般来说，本文所描述的光瞳分段及分散技术无需定位于测量光瞳的图像平面中的掩模。当不采用掩模时，分段及分散装置将通过基于收集光束入射到分段及分散装置上的位置将入射光束的不同部分导引到检测器子***的不同区域来使测量光瞳分段。因而，可以适合于使测量光瞳以所要方式分段的任何方式布置光瞳分段及分散装置。
图4描绘图1中所描绘的光瞳分段及分散装置150及检测器子***160的另一说明图。如图4中所描绘，光瞳分段及分散装置150定位于度量***100的测量光瞳的图像平面140处或其附近。在图像平面140处，收集光束127包含沿一个方向分散的方位角信息及沿另一方向分散的入射角信息。光瞳分段及分散装置150包含三个反射光栅分段150A到150C。如图4中所描绘，入射于每一分段上的收集光127的部分包含相同方位角信息但不同入射角信息。在此实施例中，三个反射光栅分段对应于图2中所说明的三个光瞳图像分段。通过将光瞳分段及分散装置定位于测量光瞳的图像平面处或其附近，具有不同角信息的光瞳分段经空间区分且被单独分散到检测器子***的不同传感器区域上。
在图4所描绘的实施例中，使每一反射光栅分段以彼此不同的角度定向。举例来说，反射光栅分段150B经定向于图像平面140中，反射光栅分段150A以相对于图像平面140的角度θ2定向，且反射光栅分段150C以相对于图像平面140的角度θ1定向。如图4中所说明，不同定向引起每一分段沿不同方向分散入射光。
在图4所描绘的实施例中，使反射光栅分段150C围绕轴线A1倾斜角度θ1，轴线A1位于图像平面140内且沿平行于反射光栅分段150A到150C的光栅结构的闪耀方向的方向延伸。类似地，使反射光栅分段150A围绕轴线A2倾斜角度θ2，轴线A2位于图像平面140内且沿平行于反射光栅分段150A到150C的光栅结构的闪耀方向的方向延伸。在此配置中，由反射光栅分段150A分散的测量光谱161A入射于检测器160A上，由反射光栅分段150B分散的测量光谱161B入射于检测器160B上，且由反射光栅分段150C分散的测量光谱161C入射于检测器160C上。如图4中所描绘，检测器子***160包含三个检测器160A到160C，其各沿正交于波长分散方向的方向彼此上下叠置。角度θ1及θ2的量值确定检测器处的空间移位的量值。
光瞳分段及分散装置150的衍射光栅根据沿相应二维检测器的一个维度(即，图4中所标注的相应检测器的波长分散方向)的波长来线性分散一阶衍射光。每一衍射光栅分段引起沿波长分散方向投射到每一对应检测器的表面上的两个不同波长光之间的空间分离。
在一个实例中，检测器子***160的检测器是对紫外光及可见光(例如具有190纳米到860纳米之间的波长的光)敏感的电荷耦合装置(CCD)。在其它实例中，检测器子***160的检测器中的一或多者是对红外光(例如具有950纳米到2500纳米之间的波长的光)敏感的光检测器阵列(PDA)。然而，一般来说，可考虑其它二维检测器技术(例如位置敏感检测器(PSD)、红外线检测器、光电检测器等等)。每一检测器将入射光转换为指示入射光的光谱强度的电信号。一般来说，检测器子***160产生指示检测器子***160的每一检测器上同时所检测的光的输出信号170。
如图1中所描绘，检测子***经布置使得收集光同时传播到度量***100的所有检测器。度量***100还包含经配置以接收检测信号170的运算***130且基于测量信号来确定测量结构的受关注参数171的值的估计。通过同时收集与不同角数据相关联的光谱来减少测量时间且利用相同对准条件来测量所有光谱。此允许更容易地校正波长误差，这是因为可将共同校正应用于所有光谱数据集。
图5描绘另一实施例中的光瞳分段及分散装置151及检测器子***162的说明图。如图5中所描绘，光瞳分段及分散装置151定位于度量***100的测量光瞳的图像平面140处或其附近。在此实施例中，光瞳分段及分散装置151包含三个反射光栅分段151A到151C。如图5中所描绘，入射于每一分段上的收集光127的部分包含相同方位角信息但不同入射角信息。在此实施例中，三个反射光栅分段对应于图2中所说明的三个光瞳图像分段。
在图5所描绘的实施例中，使每一反射光栅分段以彼此不同的角度定向。举例来说，反射光栅分段151B经定向于图像平面140中，反射光栅分段151A以相对于图像平面140的角度φ1定向，且反射光栅分段151C以相对于图像平面140的角度φ2定向。如图5中所说明，不同定向引起每一分段沿不同方向分散入射光。
在图5所描绘的实施例中，使反射光栅分段151C围绕轴线B倾斜角度φ2，轴线B位于图像平面140内且沿垂直于反射光栅分段151A到151C的光栅结构的闪耀方向的方向延伸。类似地，使反射光栅分段151A围绕轴线B倾斜角度φ1。在此配置中，由反射光栅分段151A分散的测量光谱163A入射于检测器162A上，由反射光栅分段151B分散的测量光谱163B入射于检测器162B上，且由反射光栅分段151C分散的测量光谱163C入射于检测器162C上。如图5中所描绘，检测器子***162包含三个检测器162A到162C，其各自经安置成平行于波长分散方向彼此相邻。角度φ1及φ2的量值确定检测器处的空间移位的量值。
图6描绘另一实施例中的光瞳分段及分散装置152及检测器子***164的说明图。如图6中所描绘，光瞳分段及分散装置152定位于度量***100的测量光瞳的图像平面140处或其附近。在此实施例中，光瞳分段及分散装置152包含三个反射光栅分段152A到152C。如图6中所描绘，入射于每一分段上的收集光127的部分包含相同入射角信息但不同方位角信息。在此实施例中，三个反射光栅分段对应于图3中所说明的三个光瞳图像分段。
在图6所描绘的实施例中，使每一反射光栅分段以彼此不同的角度定向。举例来说，反射光栅分段152B经定向于图像平面140中，反射光栅分段152A以相对于图像平面140的角度α1定向，且反射光栅分段152C以相对于图像平面140的角度α2定向。如图6中所说明，不同定向引起每一分段沿不同方向分散入射光。
在图6所描绘的实施例中，使反射光栅分段152C围绕轴线C2倾斜角度α2，轴线C2位于图像平面140内且沿平行于反射光栅分段152A到152C的光栅结构的闪耀方向的方向延伸。类似地，使反射光栅分段152A围绕轴线C1倾斜角度α1。在此配置中，由反射光栅分段152A分散的测量光谱165A入射于检测器164A上，由反射光栅分段152B分散的测量光谱165B入射于检测器164B上，且由反射光栅分段152C分散的测量光谱165C入射于检测器164C上。如图6中所描绘，检测器子***164包含三个检测器164A到164C，其各自经安置成平行于波长分散方向彼此相邻。角度α1及α2的量值确定检测器处的空间移位的量值。
图7描绘另一实施例中的光瞳分段及分散装置153及检测器子***166的说明图。如图7中所描绘，光瞳分段及分散装置153定位于度量***100的测量光瞳的图像平面140处或其附近。在此实施例中，光瞳分段及分散装置153包含三个反射光栅分段153A到153C。如图7中所描绘，入射于每一分段上的收集光127的部分包含相同入射角信息但不同方位角信息。在此实施例中，三个反射光栅分段对应于图3中所说明的三个光瞳图像分段。
在图7所描绘的实施例中，使每一反射光栅分段以彼此不同的角度定向。举例来说，反射光栅分段153B经定向于图像平面140中，反射光栅分段153A以相对于图像平面140的角度β2定向，且反射光栅分段153C以相对于图像平面140的角度β1定向。如图7中所说明，不同定向引起每一分段沿不同方向分散入射光。
在图7所描绘的实施例中，使反射光栅分段153C围绕轴线D倾斜角度β1，轴线D位于图像平面140内且沿垂直于反射光栅分段153A到153C的光栅结构的闪耀方向的方向延伸。类似地，使反射光栅分段153A围绕轴线D倾斜角度β1。在此配置中，由反射光栅分段153A分散的测量光谱167A入射于检测器166A上，由反射光栅分段153B分散的测量光谱167B入射于检测器166B上，且由反射光栅分段153C分散的测量光谱167C入射于检测器166C上。如图7中所描绘，检测器子***166包含三个检测器166A到166C，其各自经安置成垂直于波长分散方向彼此相邻。角度β1及β2的量值确定检测器处的空间移位的量值。
在参考图4到7所描述的实施例中，每一相应检测器子***的检测器元件是布置成堆叠布置(举例来说，彼此上下叠置或首尾相连)的分离检测器。然而，一般来说，检测器元件可以任何合适方式布置以从由光瞳分段及分散装置产生的相应光瞳分段接收分散光。另外，在一些实施例中，多个检测器元件经配置以从不同波长带内的特定光瞳分段接收光。在一个实施例中，由电荷耦合装置(CCD)传感器在包含紫外线波长的波长带中及由光检测器阵列(PDA)在包含红外线波长的波长带中检测从特定光瞳分段分散的测量光谱。一般来说，可采用检测元件的任何合适组合来检测从由光瞳分段及分散装置产生的任何特定光瞳分段分散的测量光谱。
在一些实施例中，检测器子***包含在单个检测器封装上的不同位置处组合不同***的多区红外线检测器。所述检测器经配置以取决于入射位置而传送具有不同敏感性的数据的连续光谱。
图9说明可用砷化铟镓(InGaAs)传感器的典型光敏性曲线。如图9中所描绘，可用InGaAs传感器中没有一个传感器能够提供跨从1微米到2.5微米的波长带的足够光敏性。因此，可用传感器仅能够在窄波带内个别地感测。
一方面，将各自在不同波带中敏感的多个传感器芯片组合为单个检测器封装。在本文所描述的度量***中又实施此多区检测器。
图8描绘从四个不同波带导出以制成多区红外线检测器180的四个传感器芯片180A到180D。四个传感器芯片包含各自展现不同光敏特性的不同材料组合物。如图9中所描绘，传感器芯片180A在波带A内展现高敏感性，传感器芯片180B在波带B内展现高敏感性，传感器芯片180C在波带C内展现高敏感性，且传感器芯片180D在波带D内展现高敏感性。并入检测器180的度量***经配置以将波带A内的波长分散到传感器芯片180A上，将波带B内的波长分散到传感器芯片180B上，将波带C内的波长分散到传感器芯片180C上，且将波带D内的波长分散到传感器芯片180D上。以此方式，由单个检测器实现包含波带A到D的聚集波带内的高光敏性(即，高SNR)。
在一些实例中，多区检测器包含对不同光谱区域具有敏感性的InGaAs传感器，所述不同光谱区域集合于单个传感器封装中以产生覆盖从750纳米到3,000纳米或更大的波长的单个连续光谱。
一般来说，可沿多区检测器的波长分散方向集合任何数目个个别传感器，使得可从检测器导出连续光谱。然而，在多区检测器(例如检测器180)中通常采用两个到四个个别传感器。
通过非限制性实例来提供图4到7中所描绘的光瞳分段及分散装置的实施例。尽管所说明的实施例包含三个不同反射光栅分段，但一般来说，可在本专利文献的范围内考虑一个以上的任何数目个不同分段。另外，对于所有光栅元件，每一光栅元件与测量光瞳图像平面之间的定向角可为相同或不同的。以此方式，倾斜角经配置以实现同时测量光谱之间的所要分离。在一些实施例中，光瞳分段相对于平行于闪耀方向的轴线及相对于垂直于闪耀方向的轴线倾斜。
此外，不同分段的形状及布置不受限于图4到7中所提供的说明图。可在本专利文献的范围内考虑分段的任何数目个不同形状及布置。在一些实例中，分段经布置使得每一分段包含不同AOI及方位角信息。在一个实例中，跨测量光瞳布置光栅分段的二维阵列。在另一实例中，光栅分段的一维或二维阵列以相对于测量光瞳的入射角或方位角的分散方向的倾斜角定向。在一个实例中，光栅分段的一维阵列经定向成斜穿测量光瞳以按所要方式混合角信息。
尽管所说明的实施例包含反射光栅分段，但可在本专利文献的范围内考虑其它分散元件。在一些实施例中，采用透射光栅元件来分散入射光。在另一实例中，采用分段棱镜光学器件来分散入射光。在一些实施例中，光栅或棱镜元件的定向确定来自每一光瞳分段的光的分散方向。然而，在一些其它实施例中，采用反射镜元件来将由光栅或棱镜元件分散的光导引到不同检测器元件。
在一些实施例中，每一光栅分段具有相同周期及反射功能。然而，在一些其它实施例中，光栅分段中的一或多者包含不同光栅周期及反射功能。以此方式，针对不同光瞳分段产生不同分散特性。此方法可有利地优化信号电平或传感器设计以满足测量***要求。
在一些实施例中，采用循序光栅布置来分散每一光瞳分段的不同波带。在一个实施例中，反射光栅分段以+1/-1衍射阶分散紫外光且以零衍射阶反射红外光。随后，由后续光栅元件分散经反射的红外光。
另一方面，光瞳分段及分散装置在度量***100内是可动态地重新配置的。在一些实施例中，多个光栅分段中的每一者可在位置、定向或两者方面移动。由运算***130控制光栅分段中的每一者的位置、定向或两者。运算***130将控制信号传送到可动态地重新配置的光瞳分段及分散装置。作为响应，光瞳分段及分散装置调整光瞳分段中的一或多者的位置、定向或两者以选择关于测量光瞳的所要角信息且将对应光谱分散到适当检测器元件。
在一些实施例中，可动态地重新配置的光瞳分段及分散装置包含反射或透射光栅元件的微机电(MEMS)阵列，其经配置以将包含不同角信息的光分散到不同检测器元件。
另一方面，光瞳分段及分散装置在度量***100内是可更换的。以此方式，适当光瞳分段及分散装置可经选择且定位于集光器件路径中以用于特定测量应用。
在图1所描绘的实施例中，光瞳分段及分散装置包含多个反射光栅分段。然而，除光瞳分段之外，光瞳分段及分散装置还可经配置以将入射光再分为不同波长带，沿不同方向传播不同波长带，且以任何合适方式将波长带中的一者的光分散到一或多个检测器上。在一些实例中，采用分束元件来将收集光束127再分为不同波长带且采用分离反射光栅结构来使测量光瞳在每一波长带中分段。
在图4到7所描绘的实施例中，采用反射光栅，这是因为其展现达到+/-1阶的高衍射效率。通过采用反射光栅来避免分束元件(例如二向色分束元件)固有的损失。
另一方面，将微调聚焦传感器(FFS)集成到检测子***中以在测量期间提供聚焦误差校正的测量输入。在一些实施例中，将以零衍射阶从反射光栅分段中的一或多者衍射的光导引到微调聚焦传感器。在一些实施例中，FFS是光二极管阵列。将由FFS(未展示)产生的输出传送到运算***130。运算***130基于FFS的输出来确定晶片120的聚焦位置(z位置)的变化。将晶片120的聚焦位置的任何所要变化传送到晶片定位***(未展示)，所述晶片定位***据此调整晶片120的z位置。
另一方面，照明场光阑大小经选择以基于受测量目标的性质来优化所得测量准确性及速度。
另一方面，照明场光阑大小经调整以基于受测量目标的性质来优化所得测量准确性及速度。
在一些实例中，照明场光阑大小经调整以实现所要光谱分辨率。在一些实例中，照明场光阑大小经调整以增加光处理量且实现缩短的测量时间。
在图1所描绘的实施例中，运算***130经配置以接收指示由检测器子***160检测的光谱响应的信号170。运算***130进一步经配置以确定传送到可编程照明场光阑113的控制信号119。可编程照明场光阑113接收控制信号119且调整照明孔径的大小以实现所要照明场大小。
在一些实例中，照明场光阑经调整以优化上文所描述的测量准确性及速度。在另一实例中，照明场光阑经调整以防止由光谱计狭缝所致的图像削波及测量结果的对应降级。以此方式，照明场大小经调整使得测量目标的图像底填光谱计狭缝。在一个实例中，照明场光阑经调整使得照明光学器件的偏光器狭缝的投影底填度量***的光谱计狭缝。
图11说明至少一个新颖方面中的执行光谱测量的方法200。方法200适合于由本发明的度量***(例如图1中所说明的度量***100)实施。一方面，应意识到，可经由运算***130的一或多个处理器或任何其它通用运算***执行的预先编程算法来实施方法200的数据处理框。在本文中应意识到，度量***100的特定结构方面不表示限制，而是应被解释为仅供说明。
在框201中，以多个入射角、多个方位角或其组合将来自照明源的宽带照明光量导引到受测量样本的表面上的测量点。
在框202中，从样本的表面上的测量点收集光量且在测量光瞳平面处或其附近产生测量光瞳图像。
在框203中，将测量光瞳图像分段为两个或两个以上光瞳分段且将所述两个或两个以上光瞳分段分散到不同空间区域上方的一或多个检测器上。每一光瞳分段包含与多个入射角、多个方位角或其组合的不同子范围相关联的信号信息。
在框204中，同时检测与两个或两个以上光瞳分段相关联的测量光谱。
可如本文所描述那样配置的示范性测量技术包含(但不限于)光谱椭偏测量(SE)(其包含穆勒(Mueller)矩阵椭偏测量(MMSE)、旋转偏光器SE(RPSE)、旋转偏光器、旋转补偿器SE(RPRC)、旋转补偿器、旋转补偿器SE(RCRC))、光谱反射测量(SR)(其包含偏光SR、未偏光SR)、光谱散射测量、散射测量重叠、光束轮廓反射测量、经角度分辨及偏光分辨的光束轮廓椭偏测量、单个或多重离散波长椭偏测量等等。一般来说，可个别地或以任何组合考虑包含测量信号中的角信息的宽范围的任何度量技术。举例来说，可个别地或以任何组合考虑适用于半导体结构的特性的任何SR或SE技术(其包含基于图像的度量技术)。
在另一实施例中，***100包含一或多个运算***130，其用于基于根据本文所描述的方法所收集的光谱测量数据来执行实际装置结构的测量。一或多个运算***130可通信地耦合到光谱计。一方面，一或多个运算***130经配置以接收与样本120的结构的测量相关联的测量数据170。
应意识到，可由单个计算机***130或(替代地)多个计算机***130实施本发明中所描述的一或多个步骤。此外，***100的不同子***可包含合适用于实施本文所描述的步骤的至少一部分的计算机***。因此，以上描述不应被解释为对本发明的限制，而是仅为说明。
另外，计算机***130可以所属领域中已知的任何方式通信地耦合到光谱计。举例来说，一或多个运算***130可耦合到与光谱计相关联的运算***。在另一实例中，光谱计可由耦合到计算机***130的单个计算机***直接控制。
度量***100的计算机***130可经配置以通过可包含有线及/或无线部分的传输媒体来从***的子***(例如光谱计及其类似者)接收及/或获取数据或信息。以此方式，传输媒体可充当计算机***130与***100的其它子***之间的数据链路。
度量***100的计算机***130可经配置以通过可包含有线及/或无线部分的传输媒体来从其它***接收及/或获取数据或信息(例如测量结果、模型化输入、模型化结果、参考测量结果等等)。以此方式，传输媒体可充当计算机***130与其它***(例如板载存储器度量***100、外部存储器或其它外部***)之间的数据链路。举例来说，运算***130可经配置以经由数据链路来从存储媒体(即，存储器132或外部存储器)接收测量数据。举例来说，使用本文所描述的光谱计来获得的光谱结果可存储于永久或半永久存储器装置(例如存储器132或外部存储器)中。就此来说，可从板载存储器或外部存储器***导入光谱结果。此外，计算机***130可经由传输媒体来将数据发送到其它***。举例来说，可传送由计算机***130确定的测量模型或估计参数值171且将其存储于外部存储器中。就此来说，可将测量结果导出到另一***。
运算***130可包含(但不限于)个人计算机***、大型计算机***、工作站、图像计算机、并行处理器或所属领域中已知的任何其它装置。一般来说，术语“运算***”可经广义界定以涵盖具有一或多个处理器(其执行来自存储器媒体的指令)的任何装置。
可通过传输媒体(例如导线、电缆或无线传输链路)来传输实施方法(例如本文所描述的方法)的程序指令134。举例来说，如图1中所说明，存储于存储器132中的程序指令134通过总线133来传输到处理器131。程序指令134存储于计算机可读媒体(例如存储器132)中。示范性计算机可读媒体包含只读存储器、随机存取存储器、磁盘或光盘或磁带。
在一些实例中，将测量模型实施为购自美国加利福尼亚州米尔皮塔斯市的科磊公司的
Figure BDA0001951635440000151
光学临界尺寸度量***的元件。以此方式，产生模型且准备在由***收集光谱之后立即使用所述模型。
在一些其它实例中，举例来说，由实施购自美国加利福尼亚州米尔皮塔斯市的科磊公司的
Figure BDA0001951635440000152
软件的运算***脱机实施测量模型。可并入所得训练模型作为可由执行测量的度量***存取的
Figure BDA0001951635440000153
链接库的元件。
另一方面，将用于本文所描述的半导体装置的光谱度量的方法及***应用于高纵横比(HAR)结构、大横向尺寸结构或两者的测量。所描述的实施例实现由各种半导体制造商(例如三星公司(Samsung Inc.)(韩国)、海力士(SK Hynix Inc.)(韩国)、东芝公司(Toshiba Corporation)(日本)及美光科技公司(Micron Technology,Inc.)(美国)等等)制造的半导体装置(其包含三维NAND结构(例如垂直NAND(V-NAND)结构)、动态随机存取存储器结构(DRAM)等等)的光学临界尺寸(CD)、膜及组合物度量。这些复杂装置经受到被测量的结构中的低光穿透。图10描绘经受到被测量的结构中的低光穿透的示范性高纵横比NAND结构300。具有宽带能力及AOI、方位角或两者的宽范围的光谱椭偏计(其具有本文所描述的同时光谱带检测)合适用于测量这些高纵横比结构。HAR结构通常包含用于促进HAR的蚀刻工艺的硬掩模层。如本文所描述，术语“HAR结构”是指以超过10:1且可高达100:1或更高的纵横比为特征的任何结构。
另一方面，可使用本文所描述的测量结果来将主动反馈提供到工艺工具(例如光刻工具、蚀刻工具、沉积工具等等)。举例来说，可将基于本文所描述的测量方法来确定的测量参数值传送到光刻工具以调整光刻***而实现所要输出。以类似方式，可在测量模型中包含蚀刻参数(例如蚀刻时间、扩散性等等)或沉积参数(例如时间、浓度等等)以将主动反馈分别提供到蚀刻工具或沉积工具。在一些实例中，可将基于测量装置参数值及训练测量模型所确定的对工艺参数的校正传送到光刻工具、蚀刻工具或沉积工具。
如本文所描述，术语“临界尺寸”包含结构的任何临界尺寸(例如底部临界尺寸、中间临界尺寸、顶部临界尺寸、侧壁角、光栅高度等等)、任何两个或两个以上结构之间的临界尺寸(例如两个结构之间的距离)及两个或两个以上结构之间的位移(例如重叠光栅结构之间的重叠位移等等)。结构可包含三维结构、图案化结构、重叠结构等等。
如本文所描述，术语“临界尺寸应用”或“临界尺寸测量应用”包含任何临界尺寸测量。
如本文所描述，术语“度量***”包含在任何方面中至少部分用于特性化样本的任何***，其包含例如临界尺寸度量、重叠度量、聚焦/剂量度量及组合物度量的测量应用。然而，此类技术术语不限制本文所描述的术语“度量***”的范围。另外，度量***100可经配置以用于测量图案化晶片及/或未图案化晶片。度量***可经配置为LED检验工具、边缘检验工具、背面检验工具、宏观检验工具或多模式检验工具(其涉及同时来自一或多个平台的数据)及受益于基于临界尺寸数据来校准***参数的任何其它度量或检验工具。
本文描述可用于测量任何半导体处理工具(例如检验***或光刻***)内的样本的半导体测量***的各种实施例。术语“样本”在本文中用于是指代晶片、主光罩或可通过所属领域中已知的方法来处理(举例来说，印刷或缺陷检验)的任何其它样品。
如本文所使用，术语“晶片”一般是指由半导体或非半导体材料形成的衬底。实例包含(但不限于)单晶硅、砷化镓及磷化铟。此类衬底可常见于及/或被处理于半导体制造设施中。在一些情况中，晶片可仅包含衬底(即，裸晶片)。替代地，晶片可包含形成于衬底上的一或多个不同材料层。可“图案化”或“未图案化”形成于晶片上的一或多个层。举例来说，晶片可包含具有可重复图案特征的多个裸片。
“主光罩”可为主光罩制造工艺的任何阶段中的主光罩或可或可不经释放以用于半导体制造设施中的完成主光罩。主光罩或“掩模”一般经定义为具有形成于其上且经配置成图案的大体上不透明区域的大体上透明衬底。衬底可包含(例如)例如非晶SiO2的玻璃材料。主光罩可在光刻工艺的曝光步骤期间安置于经光致抗蚀剂覆盖的晶片上方，使得可将主光罩上的图案转印到光致抗蚀剂。
可图案化或未图案化形成于晶片上的一或多个层。举例来说，晶片可包含各自具有可重复图案特征的多个裸片。此类材料层的形成及处理可最终导致完成装置。许多不同类型的装置可形成于晶片上，且本文所使用的术语“晶片”希望涵盖其上制造所属领域中已知的任何类型的装置的晶片。
在一或多个示范性实施例中，可在硬件、软件、固件或其任何组合中实施所描述的功能。如果在软件中实施，那么功能可作为一或多个指令或编码存储于计算机可读媒体上或作为一或多个指令或编码通过计算机可读媒体传输。计算机可读媒体包含计算机存储媒体及通信媒体两者，其包含促进计算机程序从一个位置转移到另一位置的任何媒体。存储媒体可为可由通用或专用计算机存取的任何可用媒体。举例来说且不限于，此类计算机可读媒体可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置或可用于携载或存储呈指令或数据结构形式的所要程序代码构件且可由通用或专用计算机或通用或专用处理器存取的任何其它媒体。此外，任何连接被适当地称为计算机可读媒体。举例来说，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或无线技术(例如红外线、无线电及微波)来从网站、服务器或其它远程源传输软件，那么同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或无线技术(例如红外线、无线电及微波)包含于媒体的定义中。如本文所使用，磁盘及光盘包含压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘及蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘利用激光来光学地再现数据。上述的组合也应包含于计算机可读媒体的范围内。
尽管上文已出于指导的目的而描述某些特定实施例，但本专利文献的教示具有一般适用性且不受限于上述特定实施例。因此，可在不背离权利要求书中所阐述的本发明的范围的情况下实践所描述的实施例的各种特征的各种修改、调适及组合。

Claims (19)

1.一种度量***，其包括：
一或多个照明源，其经配置以产生宽带照明光量；
照明光学子***，其经配置以按多个入射角、多个方位角或其组合将来自所述照明源的所述照明光量导引到受测量的样本的表面上的测量点；
集光子***，其经配置以从所述样本的所述表面上的所述测量点收集经收集的光量，所述集光子***具有测量光瞳；
一或多个检测器，其各自具有对入射光敏感的平坦二维表面；及
光瞳分段及分散装置，其经配置以将所述测量光瞳的图像分段为两个或两个以上光瞳分段且将所述两个或两个以上光瞳分段分散到不同空间区域上方的所述一或多个检测器上，其中每一光瞳分段包含与所述多个入射角、所述多个方位角或其组合的不同子范围相关联的信号信息；
其中所述光瞳分段及分散装置包括：
第一衍射元件，其在所述测量光瞳的图像平面处或所述图像平面附近具有定位于所述集光子***的光学路径中的入射面，其中第一光瞳分段是入射于所述第一衍射元件的所述入射面上的经收集的光的部分；及
第二衍射元件，其在所述测量光瞳的所述图像平面处或所述图像平面附近具有定位于所述集光子***的所述光学路径中的入射面，其中第二光瞳分段是入射于所述第二衍射元件的所述入射面上的所述经收集的光的部分，其中所述第一衍射元件的所述入射面的法线经定向成相对于所述第二衍射元件的所述入射面的法线成第一角度。
2.根据权利要求1所述的度量***，其中所述第一衍射元件及所述第二衍射元件中的每一者是反射光栅结构、透射光栅结构或分散棱镜结构。
3.根据权利要求2所述的度量***，其中与所述第一衍射元件与所述第二衍射元件之间的所述第一角度相关联的轴线角经定向成平行于所述第一衍射元件的闪耀方向。
4.根据权利要求2所述的度量***，其中与所述第一衍射元件与所述第二衍射元件之间的所述第一角度相关联的轴线角经定向成垂直于所述第一衍射元件的闪耀方向。
5.根据权利要求2所述的度量***，其中与所述第一衍射元件与所述第二衍射元件之间的所述第一角度相关联的轴线角经定向成相对于所述第一衍射元件的闪耀方向成倾斜角。
6.根据权利要求1所述的度量***，其中所述光瞳分段及分散装置进一步包括：
第三衍射元件，其在所述测量光瞳的所述图像平面附近具有定位于所述集光子***的所述光学路径中的入射面，其中第三光瞳分段是入射于所述第三衍射元件的所述入射面上的所述收集光的部分，其中所述第一衍射元件的所述入射面的法线经定向成相对于所述第三衍射元件的所述入射面的法线成第二角度。
7.根据权利要求6所述的度量***，其中与所述第一衍射元件与所述第三衍射元件之间的所述第二角度相关联的轴线角在量值上等于与所述第一衍射元件与所述第二衍射元件之间的所述第一角度相关联的所述轴线角且在方向上和与所述第一衍射元件与所述第二衍射元件之间的所述第一角度相关联的所述轴线角相反。
8.根据权利要求2所述的度量***，其中所述第一衍射元件的光栅节距不同于所述第二衍射元件的光栅节距。
9.根据权利要求1所述的度量***，其中所述光瞳分段及分散装置在所述度量***内是可配置的，可与另一光瞳分段及分散装置互换，或两者。
10.根据权利要求1所述的度量***，其中所述一或多个检测器中的第一者包含各自具有不同光敏性的两个或两个以上不同表面区域，其中所述两个或两个以上不同表面区域与跨所述一或多个检测器中的所述第一者的表面的波长分散方向对准。
11.根据权利要求1所述的度量***，其中所述一或多个检测器中的第二者测量背景噪声。
12.根据权利要求1所述的度量***，其中所述宽带照明光量包含波长范围，所述波长范围包含红外波长、可见波长及紫外波长。
13.根据权利要求1所述的度量***，其中所述度量***经配置为光谱椭偏计、光谱反射计或其组合。
14.根据权利要求1所述的度量***，其进一步包括：
运算***，其经配置以基于所述一或多个检测器的输出的分析来产生所述受测量的样本的受关注参数的估计值。
15.一种度量***，其包括：
照明光学子***，其经配置以按多个入射角、多个方位角或其组合将来自照明源的宽带照明光量导引到受测量的样本的表面上的测量点；
集光子***，其经配置以从所述样本的所述表面上的所述测量点收集经收集的光量，所述集光子***具有测量光瞳；
一或多个检测器，其各自具有对入射光敏感的平坦二维表面；
第一衍射元件，其在所述测量光瞳的图像平面附近具有定位于所述集光子***的光学路径中的入射面，其中第一光瞳分段是入射于所述第一衍射元件的所述入射面上的经收集的光的部分，其中所述第一衍射元件将所述第一光瞳分段分散于所述一或多个检测器的第一光敏区域上方；及
第二衍射元件，其在所述测量光瞳的所述图像平面附近具有定位于所述集光子***的所述光学路径中的入射面，其中第二光瞳分段是入射于所述第二衍射元件的所述入射面上的所述经收集的光的部分，其中所述第二衍射元件将所述第二光瞳分段分散于所述一或多个检测器的第二光敏区域上方，所述第二光敏区域在空间上不同于所述第一光敏区域，且其中所述第一衍射元件的所述入射面的法线经定向成相对于所述第二衍射元件的所述入射面的法线成第一角度。
16.根据权利要求15所述的度量***，其中所述第一衍射元件及所述第二衍射元件中的每一者是反射光栅结构、透射光栅结构或分散棱镜结构。
17.根据权利要求15所述的度量***，其中所述一或多个检测器中的第一者包含各自具有不同光敏性的两个或两个以上不同表面区域，其中所述两个或两个以上不同表面区域与跨所述一或多个检测器中的所述第一者的表面的波长分散方向对准。
18.一种方法，其包括：
以多个入射角、多个方位角或其组合将来自照明源的宽带照明光量导引到受测量的样本的表面上的测量点；
从所述样本的所述表面上的所述测量点收集经收集的光量且在测量光瞳平面处或所述测量光瞳平面附近产生测量光瞳图像；
将所述测量光瞳图像分段为两个或两个以上光瞳分段且将所述两个或两个以上光瞳分段分散到不同空间区域上方的一或多个检测器上，其中每一光瞳分段包含与所述多个入射角、所述多个方位角或其组合的不同子范围相关联的信号信息；及
同时检测与所述两个或两个以上光瞳分段相关联的测量光谱；
其中所述两个或两个以上光瞳分段中的第一者的所述分段及分散涉及在所述测量光瞳的图像平面附近具有定位于集光子***的光学路径中的入射面的第一衍射元件，且其中所述两个或两个以上光瞳分段中的第二者的所述分段及分散涉及在所述测量光瞳的所述图像平面附近具有定位于所述集光子***的所述光学路径中的入射面的第二衍射元件，其中所述第一衍射元件的所述入射面的法线经定向成相对于所述第二衍射元件的所述入射面的法线成第一角度。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述受测量的样本是三维NAND结构或动态随机存取存储器结构。
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