TW202134597A - 整合的反射儀或橢偏儀 - Google Patents

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Abstract

一種與處理工具整合的反射儀或橢偏儀，包括：源模組，所述源模組經配置以產生輸入束；和第一鏡，所述第一鏡佈置為接收輸入束。第一鏡經配置以使輸入束準直和將輸入束導向孔板。孔板具有至少兩個孔。至少兩個孔中的一個佈置為從輸入束的一部分限定測量束，並且至少兩個孔中的一個佈置為從輸入束的一部分限定參考束。光學元件佈置在參考束的光路內並且在測量束的光路外。光學元件經配置以將參考束導向第三鏡。第二鏡佈置為接收測量束和將測量束通過視窗聚焦並且聚焦至樣本的表面上。視窗形成處理工具的腔室的部分，並且樣本設置在腔室內。測量束的至少一部分作為反射束從樣本的表面反射。第二鏡佈置為接收反射束和將反射束導向光學元件。光學元件經配置以將反射束導向第三鏡。第三鏡佈置為接收參考束和反射束並且將參考束和反射束聚焦至收集平面上。

Description

整合的反射儀或橢偏儀
本申請案要求於2019年11月1日提交的美國非臨時申請案第16/672,233號的優先權，出於所有目的，該申請的全部內容通過引用的方式全部併入本文。
本文描述的實施方式總體上涉及反射儀或橢偏儀（ellipsometer），並且更特定地涉及與處理工具整合的緊湊型反射儀或橢偏儀。
半導體製造製程控制需要對膜厚度和圖案臨界尺寸(critical dimension; CD)的精確測量。已將光譜反射儀或橢偏儀用於膜厚度和圖案CD測量，以提供針對製程診斷和控制的回饋。將膜厚度和圖案CD測量系統與處理工具整合在一起是合乎需要的，因為這減少了獲得結果的時間並且使得能夠執行使用獨立工具無法執行的測量。例如，可在真空腔室中通過視窗測量空氣中不穩定的膜。
半導體工業內已經存在將膜厚度和圖案CD測量工具（計量工具）與處理工具整合在一起的趨勢，以提供較快的回饋和額外的能力。然而，已經證明，將某些計量工具（諸如光學計量工具）與處理工具整合在一起是具有挑戰的。空間和佔地面積的限制導致光學性能折損。光源和光譜儀通常太大且重以至於不能在整合的計量系統中使用，而較小且較輕的部件通常穩定性較差且對環境變數更加敏感。沒有隔振平臺（vibration isolation platform）和精密運動系統使得難以實現高解析度測量。溫度波動也會引起測量漂移。真空腔室中的測量視窗必須足夠厚以覆蓋大的面積，並且這趨向於降低光點（spot）品質和限制工作距離。
因此，需要一種反射儀或橢偏儀來解決將計量工具與處理工具整合在一起的上述挑戰，尤其是針對圖案化樣本的膜厚度和CD測量。
本文描述的實施方式提供緊湊型反射儀和橢偏儀，所述緊湊型反射儀和橢偏儀可與處理工具整合並且可提供精確的測量。緊湊型反射儀或橢偏儀可耦接至處理工具並且經配置以測量設置在處理工具的腔室（例如，真空腔室）內的樣本的性質（例如，膜厚度或圖案CD）。
根據一實施方式，例如，與處理工具整合的反射儀或橢偏儀包括：源模組，所述源模組經配置以產生寬頻輸入束；和照明光纖，所述照明光纖佈置為接收寬頻輸入束並且經配置以為寬頻輸入束提供光路。第一鏡佈置為接收來自照明光纖的寬頻輸入束。第一鏡經配置以使寬頻輸入束準直和將寬頻輸入束導向孔板。孔板具有至少兩個孔，至少兩個孔中的一個佈置為從寬頻輸入束限定測量束，並且至少兩個孔中的一個佈置為從寬頻輸入束限定參考束。棱鏡佈置在參考束的光路內並且在測量束的光路外。棱鏡經配置以將參考束導向第三鏡。第二鏡佈置為接收測量束並且將測量束通過視窗聚焦並且聚焦至樣本的表面上。視窗形成處理工具的腔室的部分，並且樣本設置在腔室內。透鏡佈置在第二鏡與視窗之間。透鏡經配置以補償在測量束上由視窗引入的像差。第二鏡以某個角度將測量束聚焦至樣本的表面上，使得測量束的至少一部分作為反射束從樣本的表面反射。與測量束相比，反射束通過視窗和透鏡的不同部分。第二鏡佈置為接收反射束，並且第二鏡經配置以使反射束準直和將反射束導向棱鏡。棱鏡佈置在反射束的光路內且經配置以將反射束導向第三鏡。第三鏡佈置為接收參考束和反射束並且將參考束和反射束聚焦至收集光纖上。收集光纖佈置為接收參考束和反射束並且為參考束和反射束提供光路。檢測模組佈置為接收來自收集光纖的參考束和反射束。檢測模組經配置以提供參考束和反射束的光譜分析。
在一實施方式中，第一鏡、第二鏡和第三鏡各為90°離軸抛物面鏡。
在另一實施方式中，佈置為限定參考束的至少兩個孔中的一個孔小於佈置為限定測量束的至少兩個孔中的一個孔。
在另一實施方式中，與處理工具整合的反射儀或橢偏儀還包括衰減濾光器（attenuation filter），所述衰減濾光器佈置在參考束的光路內以減小參考束的強度。
在另一實施方式中，與處理工具整合的反射儀或橢偏儀還包括旋轉輪（spinning wheel），所述旋轉輪佈置在孔板的下游。旋轉輪可具有交替的縫（slot），用於允許參考束和測量束順序通過旋轉輪。
在另一實施方式中，孔板具有兩個孔。
在另一實施方式中，孔板的至少兩個孔各具有橢圓形形狀。
在另一實施方式中，將參考束和反射束聚焦至收集光纖上的相同光點上。
在另一實施方式中，照明光纖的輸出端、樣本的表面和收集光纖的輸入端各自提供共軛平面。
在另一實施方式中，透鏡是減弱由視窗引入的像差的正透鏡。
在另一實施方式中，與處理工具整合的反射儀或橢偏儀還包括第一偏振元件，所述第一偏振元件佈置在孔板與棱鏡之間。第一偏振元件經配置以基於偏振對測量束和參考束進行過濾。第二偏振元件佈置在棱鏡與第三鏡之間。第二偏振元件經配置以基於偏振對參考束和反射束進行過濾。可通過旋轉台控制一個或兩個偏振器，可在許多不同偏振角（3個或更多個）處實施測量以得到兩個正交偏振的反射率和兩個正交偏振之間的相位差。來自這樣的測量的額外資訊（與反射率的單個測量參數相比）可改善測量靈敏度並且最小化因傳入晶圓圖案變化而引起的測量誤差。第一折疊鏡佈置在棱鏡與第二鏡之間。第一折疊鏡和第二鏡具有垂直的入射平面。第一折疊鏡經配置以接收來自偏振元件的測量束和將測量束提供至第二鏡。第一折疊鏡還經配置以接收來自第二鏡的反射束和將反射束提供至棱鏡。第二折疊鏡佈置在棱鏡與第三鏡之間。第二折疊鏡和第三鏡具有垂直的入射平面。第二折疊鏡經配置以接收來自棱鏡的參考束和反射束並且將參考束和反射束提供至第三鏡。
在另一實施方式中，檢測模組是經配置以執行圖案CD測量的光譜反射儀或橢偏儀。
在另一實施方式中，檢測模組是經配置以執行對圖案化樣本的膜厚度測量的光譜反射儀或橢偏儀。
在又一實施方式中，檢測模組經配置以在沒有明確地測量膜厚度或圖案CD的情況下執行製程偏移檢測。
根據另一實施方式，與處理工具整合的反射儀或橢偏儀包括：源模組，所述源模組經配置以產生輸入束；和第一鏡，所述第一鏡佈置為接收輸入束。第一鏡經配置以使輸入束準直和將輸入束導向孔板。孔板具有至少兩個孔。至少兩個孔中的一個孔佈置為從輸入束的一部分限定測量束，並且至少兩個孔中的一個孔佈置為從輸入束的一部分限定參考束。光學元件佈置在參考束的光路內並且在測量束的光路外。光學元件經配置以將參考束導向第三鏡。第二鏡佈置為接收測量束和將測量束通過視窗聚焦並且聚焦至樣本的表面上。視窗形成處理工具的腔室的部分，並且樣本設置在腔室內。透鏡佈置在第二鏡與視窗之間。透鏡經配置以補償由視窗引入測量束中的像差。測量束的至少一部分作為反射束從樣本的表面反射。透鏡和第二鏡佈置為接收反射束，並且第二鏡經配置以使反射束準直和將反射束導向光學元件。光學元件經配置以將反射束導向第三鏡。第三鏡佈置為接收參考束和反射束並且將參考束和反射束聚焦至收集平面上。檢測模組佈置為接收參考束和反射束。檢測模組經配置以提供參考束和反射束的光譜分析。
在一實施方式中，輸入束是寬頻輸入束。
在另一實施方式中，孔板具有四個孔，並且四個孔中的兩個佈置為從輸入束的部分限定測量束，並且四個孔中的兩個佈置為從輸入束的部分限定參考束。光學元件經配置以將參考束導向第三鏡。第二光學元件經配置以將測量束聚焦至樣本的表面上，並且測量束的至少部分作為反射束從樣本的表面反射。第二鏡經配置以使反射束準直和將反射束導向光學元件。光學元件經配置以將反射束導向第三鏡。第三鏡佈置為接收參考束和反射束。與處理工具整合的反射儀或橢偏儀還包括第二光學元件，所述第二光學元件佈置為接收來自第三鏡的參考束和反射束。第二光學元件經配置以將參考束中的一個參考束和反射束中的一個反射束引導至第一收集平面，並且將另一參考束和另一反射束引導至第二收集平面，第二收集平面與第一收集平面不同。
在另一實施方式中，反射儀或橢偏儀還包括旋轉輪，所述旋轉輪佈置在孔板的下游。旋轉輪具有交替的縫，用於允許參考束和測量束順序通過旋轉輪。
在另一實施方式中，收集平面包括對光纖的輸入，用於將參考束和反射束傳輸至檢測模組。
在又一實施方式中，檢測模組是同時檢測測量束和參考束的雙通道光譜儀。測量束和參考束在第三鏡之後由棱鏡分離並且被引導至兩個獨立的接收光纖上。兩個獨立的接收光纖連接至雙通道光譜儀的兩個輸入通道。在這樣的配置中，可省去用於在參考束與測量束之間切換的機械擋板。
實施方式還針對操作所描述的系統的方法。所述方法可通過硬體部件、通過適當軟體程式設計的電腦、通過兩者的任何組合或者以任何其他方式來執行。此外，實施方式包括用於執行系統的每個功能的方法特徵。
進一步的態樣、優點和特徵由權利要求書、說明書和附圖而顯而易見。
在下文詳細描述中，闡述了眾多具體細節以便提供對本文描述的實施方式的透徹理解。然而，應理解，可在沒有這些具體細節的情況下實踐各種實施方式。在其他情況下，未詳細描述眾所周知的方法、程式和部件，以免模糊所描述的特徵。
將詳細參考各種實施方式，在附圖中示出其中的一個或多個實例。每個實例是通過解釋的方式提供的，並不意味著限制。此外，作為一個實施方式的部分而圖示或描述的特徵可在其他實施方式上使用或與其他實施方式結合使用，以產生更進一步的實施方式。描述旨在包括這些修改和變化。
本文所指的「樣品」或「樣本」包括但不限於半導體晶圓、半導體工件、光刻掩模、平板顯示基板和其他工件，諸如存儲盤和類似物。根據可與本文所描述的其他實施方式結合的一些實施方式，這些系統和方法經配置以用於或應用於反射測量法（reflectometry）或橢圓偏振測量法（ellipsometry）應用。
本文描述的實施方式總體上涉及反射儀和橢偏儀。根據一實施方式，例如，反射儀或橢偏儀可與處理工具整合在一起，並且在一些實施方式中，處理工具可包括用於處理樣本的真空腔室。反射儀或橢偏儀可提供通過處理腔室的視窗的測量束，以測量設置在腔室內的樣本。反射儀或橢偏儀包括光學元件，所述光學元件佈置為且經配置以提供緊湊型系統，所述緊湊型系統提供精確的測量。
圖1是根據實施方式的與處理工具整合的反射儀或橢偏儀的簡化截面圖。這一實例提供小光點（spot）反射儀或橢偏儀設計的光學佈局。輸入輻射由源模組102提供，所述源模組經配置以產生寬頻輸入束104。寬頻輸入束104可包括例如輻射，所述輻射具有在約190 nm至約800 nm和/或約800 nm至約1700 nm和/或約190 nm至約1700 nm範圍內的波長。源模組102可包括照明光纖，所述照明光纖佈置為接收寬頻輸入束104並且經配置以為寬頻輸入束104提供光路。在一實施方式中，照明光纖可包括多模光纖，所述多模光纖具有在約10 μm至約600 μm之間的核心直徑（core diameter）。當使用照明光纖將寬頻輸入束104中繼至測量頭時，可將輻射源遠程放置。這可使反射儀或橢偏儀的光學頭的尺寸和重量最小化。
寬頻輸入束104由第一鏡106準直，所述第一鏡將寬頻輸入束104引導至孔板108。第一鏡可為例如離軸抛物面鏡、球面鏡和非球面鏡，或類似物。在此實例中，孔板108具有兩個孔，一個孔用於限定與實線箭頭關聯的測量束110，一個孔用於限定與虛線關聯的參考束112。測量束110和參考束112分離約1 mm至約3 mm的小距離。測量束110與參考束112之間的線與第一鏡106和第二鏡118的光軸對準。第二鏡118可為例如離軸抛物面鏡、球面鏡、球面鏡與平面鏡的組合、非球面鏡或類似物。
將測量束110和參考束112引導至切換機構113，諸如遮光器擋板（flag shutter）或旋轉輪（參看圖7a至圖7b）。切換機構113一次僅允許一個束（測量束110或者參考束112）通過。這允許及時分離束，以便在反射儀或橢偏儀上進行單獨分析。通過將測量光譜歸一化到參考光譜，可減弱光源和光譜儀回應兩者的漂移。
光學元件114佈置在參考束112的光路內以朝向第三鏡132反射參考束。第三鏡132可為例如離軸抛物面鏡、球面鏡和非球面鏡，或類似物。光學元件114可包括棱鏡或兩個半鏡或經配置以反射輻射的其他元件。測量束110不由光學元件114反射，而是由第二鏡118接收，並且被通過視窗122聚焦並且聚焦至樣本124的表面上。視窗122形成處理工具的腔室的部分，並且樣本124設置在腔室內。視窗122是此實例中所示的腔室或處理工具的唯一部分。
對於測量束110的較大光點尺寸（例如，大於約100 μm）和較薄視窗（例如，小於幾毫米），在測量束110上由窗口122引入的像差的影響可忽略不計。然而，對於較小光點尺寸和/或較厚視窗，由視窗122引入的像差的影響變得更加明顯，並且可能需要校正。可使用透鏡120來補償在測量束110上由窗口122引入的像差。可針對窗口122的特定厚度來優化透鏡120的兩個表面曲率以減弱窗口122的像差。
圖2a是圖示在沒有補償透鏡的情況下由視窗引入測量束中的像差的簡化圖。此圖示出像差是依賴於波長的並且阻止測量束聚焦成樣本上的小光點。圖2b是圖示根據實施方式的使用透鏡120補償像差的簡化圖。此圖示出透鏡120允許測量束在200 nm至1100 nm的波長範圍內聚焦成樣本上的小光點。窗口122將較長波長的焦點移位至較短焦距並且將較短波長的焦點移位至較長焦距。具有正確表面曲率的凹凸透鏡（meniscus lens）具有相反的效果，它將較短波長的焦點移位至較短焦距，而將較長波長的焦點移位至較長焦距。因此，透鏡120可用於減弱由窗口122引起的像差。可根據已知技術確定透鏡的表面曲率以補償像差。可使用多於一個的透鏡來校正由視窗122引起的像差，其中透鏡的表面曲率相應地塑形。例如，一個平凸透鏡和一個平凹透鏡可經配置以提供與單個凹凸透鏡相同的效果。
測量束110以約5°的小角度入射在樣本124上，使得測量束的反射部分由第二鏡118接收。在這個實例中，測量束110的反射部分形成與虛線關聯的反射束126。由於測量束110以小角度入射在樣本上，與測量束110相比較，反射束126通過視窗122的不同部分，並且由第二鏡118的不同部分接收。第二鏡118使反射束126準直並且將反射束126導向光學元件114。
在一實施方式中，參考束112和反射束126沿相同光軸傳播，因為每個束在相對的方向上朝向光學元件114行進。光學元件114佈置在反射束126的光路內並且經配置以將反射束126導向第三鏡132。參考束112和反射束126可沿光學元件114與第三鏡132之間的平行路徑傳播。第一鏡106、第二鏡118和第三鏡132中的至少一個可為90°離軸抛物面鏡，以與低角度離軸抛物面鏡或雙球面鏡設計相比增加工作距離。
第三鏡132佈置為接收參考束112和反射束126並且將參考束112和反射束126聚焦至檢測模組134處的檢測平面上。檢測模組134可包括以各種波長範圍操作的光譜儀、以相同波長範圍操作的雙通道光譜儀、組合兩個不同波長範圍的雙通道光譜儀、接受來自多個光學模組的輸入的多通道光譜儀，或者收集光纖可佈置在檢測平面處以接收參考束112和反射束126。在收集平面處參考束112和反射束126兩者的光點尺寸可為近似相同的尺寸並且可重疊。由於切換機構113，一次僅參考束112或反射束126中的一個將入射在檢測平面上。
收集光纖可用於提供到檢測模組134的光路。檢測模組134測量光的光譜。參考束112和反射束126的光點尺寸可大體上小於收集光纖核心（core），以最大化光效率並且改善光學對準和機械漂移的公差。
圖3是根據實施方式的偏振反射儀或橢偏儀的簡化立體圖。偏振反射儀或橢偏儀可提供改善的測量圖案化樣本的靈敏度。偏振反射儀或橢偏儀可例如通過將偏振器（例如，偏振器309和330）***束路徑中來實現。
在圖3所示的實例中，輸入輻射由源模組302提供，所述源模組經配置以產生輸入束304。輸入束304由第一鏡306準直，所述第一鏡將寬頻輸入束304引導至孔板308。在這個實例中，孔板308具有兩個孔，一個孔用於限定測量束310，一個孔用於限定參考束312。測量束310和參考束312通過偏振器309。偏振器309經配置以基於偏振對測量束310和參考束312進行過濾。光學元件314佈置在參考束312的光路內以將參考束312朝向第二折疊鏡（fold mirror）328反射。
測量束310不由光學元件314反射，而是由第一折疊鏡316接收，並且被引導至第二鏡318。第二鏡318將測量束310聚焦至樣本324的表面上。如上文關於圖1所示的實例所描述的，測量束310可通過處理腔室的視窗聚焦，並且可使用透鏡來補償任何像差。
測量束的反射部分形成由第二鏡318準直的反射束326。反射束326由第一折疊鏡316接收並且被導向光學元件314。光學元件314佈置在反射束326的光路內並且經配置以將反射束導向第二折疊鏡328。第二折疊鏡328將參考束312和反射束326引導通過偏振器330並且引導至第三鏡332。第三鏡332經配置以將參考束312和反射束326聚焦至檢測模組334處的檢測平面上。檢測模組334可包括佈置在檢測平面處的反射儀、橢偏儀或收集光纖，以接收參考束312和反射束326。
由於相對於入射平面的兩個獨立正交偏振之間的相移差，鏡以大角度反射（諸如第二鏡318以90°角反射）可改變測量束310的偏振狀態。偏振狀態的變化可通過具有垂直入射平面的後續反射來補償，使得第一反射的P偏振變為第二反射的S偏振，並且第一反射的S偏振變為第二反射的P偏振。第二反射的P偏振和S偏振的反轉減弱第一反射的P偏振和S偏振之間的相移差，使得恢復原始的偏振狀態。
圖4是示出根據實施方式的用於減弱偏振加擾效應的入射平面的簡化立體圖。在此圖中，交叉平面折疊鏡（cross-plane fold mirror）用於減弱偏振狀態的變化。將此擴展到圖3的實例，第一折疊鏡316和第二鏡318具有垂直的入射平面以減弱測量束310的偏振狀態的變化，光學元件314和第二折疊鏡328具有垂直的入射平面以減弱參考束312和反射束326的偏振狀態的變化。偏振器309與偏振器330之間的光路外部的偏振狀態對測量沒有影響，因此可忽略由第一鏡306和第三鏡332引起的偏振狀態變化。這保護所有三個束（測量束310、參考束312和反射束326）的偏振狀態。被保護的偏振使得有可能通過旋轉偏振器309、330中的一個或多個來測量例如橢偏儀信號。
圖5是根據實施方式的擴展波長範圍反射儀或橢偏儀的簡化立體圖。這一實例組合具有兩個不同波長範圍的兩個反射儀或橢偏儀。僅作為實例，一個反射儀或橢偏儀可測量約190 nm與約800 nm之間的波長範圍，而另一反射儀或橢偏儀可測量約800 nm與約1700 nm之間的波長範圍。
圖5所示的實例在以下方面類似於圖3所示的實例：圖5所示的實例包括用於產生輸入束504的源模組502，用於使輸入束504準直的第一鏡506和孔板508。這個實例不同之處在於，孔板508限定測量束510a、510b和參考束512a、512b。測量束510a、510b和參考束512a、512b通過偏振器509。光學元件514將參考束512a、512b導向第二折疊鏡528。
測量束510a、510b由第一折疊鏡516接收並且被引導至第二鏡518，在第二鏡518處將測量束510a、510b聚焦至樣本524的表面上。如前所示，測量束510a、510b可通過處理腔室的視窗聚焦，並且可使用透鏡來補償任何像差。
測量束510a、510b的反射部分形成反射束526a、526b，所述反射束由第二鏡518準直並且由第一折疊鏡516導向光學元件514。光學元件514將反射束526a、526b導向第二折疊鏡528。第二折疊鏡528將參考束512a、512b和反射束526a、526b通過偏振器530引導至第三鏡532。第三鏡532經配置以將參考束中的一個（例如，參考束512a）和反射束中的一個（例如，反射束526a）聚焦至在第一檢測模組534a處的檢測平面上。第三鏡532還經配置以將參考束中的一個（例如，參考束512b）和反射束中的一個（例如，反射束526b）聚焦至在第二檢測模組534b處的檢測平面上。第一檢測模組534a包括光譜儀，所述光譜儀經配置以測量第一波長範圍（例如，在約190 nm與約800 nm之間），並且第二檢測模組534b包括反射儀，所述反射儀經配置以測量第二波長範圍（例如，在約800 nm與約1700 nm之間）。第一檢測模組534a和第二檢測模組534b還可包括兩個光纖，所述光纖連接至組合兩個波長範圍的單個雙通道光譜儀。
圖6a至圖6d是根據一些實施方式的孔板的簡化平面圖。如這些實例所示，限定參考束和測量束的孔可存在變化。在圖6a中，孔板608a包括兩個相似圓圈610a、612a，所述圓圈限定具有相似形狀和尺寸的兩個束。在一些實施方式中，可使用諸如中性密度(neutral density; ND)濾光片的衰減濾光器來將參考束的強度減小到與反射束相似的水準。取決於樣本的圖案和材料，一些樣本的反射可為低的。平衡參考束和反射束的強度可利用反射儀或橢偏儀的整個動態範圍以最大化信噪比(signal-to-noise ratio; SNR)。
如圖6b中所示，孔的尺寸也可用於控制參考束和測量束的相對強度。在這個實例中，用於參考束的孔612b小於用於測量束的孔610b。孔之間的間隔可通過在束之間具有空間分離的機械公差來確定。
在圖6c中，孔610c、612c是橢圓形。這可幫助保持束之間的分離，同時允許更多輻射通過以改善總體輻射效率。
圖6d示出孔板608d，所述孔板包括四個孔610i、610ii、612i、612ii。類似於圖5中所示的實施方式，孔板608d可與多個反射儀或橢偏儀系統一起使用。具有其他形狀和尺寸的孔以及不同數量的孔的孔板可與本文描述的各種實施方式一起使用。
圖7a包括示出根據實施方式的參考束和測量束的交替阻擋的簡化時序圖。參考束與測量束之間的快速切換可改善反射儀或橢偏儀SNR，尤其是在動態環境中，諸如在溫度可迅速變化的處理工具中。僅作為實例，如圖7b中所示，可通過旋轉輪來控制參考束與測量束之間的切換。旋轉輪具有交替的縫，用於允許參考束和測量束通過。控制器可檢測輪上開口的位置和將觸發信號發送至反射儀或橢偏儀，以使束切換與資料獲取同步。
圖8是根據實施方式的流程圖，所述流程圖提供使用與處理工具整合的反射儀或橢偏儀執行膜厚度或圖案CD測量的方法。所述方法包括：產生寬頻輸入束(802)；使用第一鏡使寬頻輸入束準直(804)；使用孔板從寬頻輸入束限定測量束(806)；和使用孔板從寬頻輸入束限定參考束(808)。使用第二鏡將測量束通過視窗聚焦並且聚焦至樣本的表面上(810)。視窗形成處理工具的腔室的部分，並且樣本設置在腔室內。
所述方法還包括：補償在測量束上由窗口引入的像差(812)；在第二鏡處接收來自樣本的表面的反射束(814)；使用第二鏡使反射束準直(816)；和將參考束和反射束導向第三鏡(818)。使用第三鏡將參考束和反射束聚焦至收集光纖上(820)。
所述方法還包括：將參考束和反射束傳輸至檢測模組(822)；和使用檢測模組提供對參考束和反射束的光譜分析(824)。
應理解，圖8所示的特定步驟提供根據實施方式的用於執行反射測量法或橢圓偏振測量法測量的特定方法。根據替代實施方式，也可執行步驟的其他順序。例如，替代實施方式可以不同次序執行以上概述的步驟。此外，圖8所示的單個步驟可包括可以各種循序執行的多個子步驟。此外，取決於特定應用，可添加或刪除附加步驟。
儘管前述內容針對特定實施方式，但可在不脫離本揭示內容的基本範圍的情況下設計出其他和進一步的實施方式，並且本揭示內容的範圍由所附權利要求書確定。
102:源模組 104:寬頻輸入束 106:第一鏡 108:孔板 110:測量束 112:參考束 113:切換機構 114:光學元件 118:第二鏡 120:透鏡 122:視窗 124:樣本 126:反射束 132:第三鏡 134:檢測模組 302:源模組 304:輸入束 306:第一鏡 308:孔板 309:偏振器 310:測量束 312:參考束 314:光學元件 316:第一折疊鏡 318:第二鏡 324:樣本 326:反射束 328:第二折疊鏡 330:偏振器 332:第三鏡 334:檢測模組 502:源模組 504:輸入束 506:第一鏡 508:孔板 509:偏振器 510a:測量束 510b:測量束 512a:參考束 512b:參考束 514:光學元件 516:第一折疊鏡 518:第二鏡 524:樣本 526a:反射束 526b:反射束 528:第二折疊鏡 530:偏振器 532:第三鏡 534a:第一檢測模組 534b:第二檢測模組 608a:孔板 608d:孔板 610a:圓圈 610b:孔 610c:孔 610i:孔 610ii:孔 612a:圓圈 612b:孔 612c:孔 612i:孔 612ii:孔 802:步驟 804:步驟 806:步驟 808:步驟 810:步驟 812:步驟 814:步驟 816:步驟 818:步驟 820:步驟 822:步驟 824:步驟
通過參考以下詳細描述和附圖，可最好地理解本文描述的關於組織和操作方法的各種實施方式及其特徵和優點，在附圖中：
圖1是根據實施方式的與處理工具整合的反射儀的簡化截面圖；
圖2a是圖示由處理腔室的視窗引入測量束中的像差的簡化圖，而圖2b是圖示根據實施方式的像差補償的簡化圖；
圖3是根據實施方式的偏振反射儀或橢偏儀的簡化立體圖；
圖4是示出根據實施方式的用於減弱偏振加擾效應的入射平面的簡化立體圖；
圖5是根據實施方式的擴展波長範圍反射儀或橢偏儀的簡化立體圖；
圖6a至圖6d是根據一些實施方式的孔板的簡化平面圖；
圖7a提供示出參考束和測量束的交替阻擋的簡化時序圖，而圖7b是根據實施方式的具有用於允許參考束和測量束順序通過的交替縫的旋轉輪的簡化平面圖；並且
圖8是根據實施方式的流程圖，所述流程圖提供使用與處理工具整合的反射儀或橢偏儀執行膜厚度或圖案CD測量的方法。
應理解，為了圖示的簡單和清楚起見，附圖中所示的元件不一定按比例繪製。例如，為了清楚起見，一些元件的尺寸可能相對於其他元件被誇大。此外，在認為適當的情況下，可在附圖之間重複附圖標記以指示相應或相似元件。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
102:源模組
104:寬頻輸入束
106:第一鏡
108:孔板
110:測量束
112:參考束
113:切換機構
114:光學元件
118:第二鏡
120:透鏡
122:視窗
124:樣本
126:反射束
132:第三鏡
134:檢測模組

Claims (20)

  1. 一種與一處理工具整合的一反射儀或橢偏儀，包括： 一源模組，經配置以產生一寬頻輸入束； 一照明光纖，佈置為接收該寬頻輸入束並且經配置以為該寬頻輸入束提供一光路； 一第一鏡，佈置為接收來自該照明光纖的該寬頻輸入束，該第一鏡經配置以使該寬頻輸入束準直和將該寬頻輸入束導向一孔板； 該孔板，具有至少兩個孔，該至少兩個孔中的一個佈置為從該寬頻輸入束限定一測量束，並且該至少兩個孔中的一個佈置為從該寬頻輸入束限定一參考束； 一棱鏡，佈置在該參考束的一光路內並且在該測量束的一光路外，該棱鏡經配置以將該參考束導向一第三鏡； 一第二鏡，佈置為接收該測量束和將該測量束通過一視窗聚焦並且聚焦至一樣本的一表面上，該視窗形成該處理工具的一腔室的部分，並且該樣本設置在該腔室內； 一透鏡，佈置在該第二鏡與該視窗之間，該透鏡經配置以補償在該測量束上由該視窗引入的像差，其中該第二鏡以某個角度將該測量束聚焦至該樣本的該表面上，使得該測量束的至少一部分作為反射束從該樣本的該表面反射，並且與該測量束相比較，該反射束通過該視窗和該透鏡的不同部分，並且其中該第二鏡佈置為接收該反射束，並且該第二鏡經配置以使該反射束準直和將該反射束導向該棱鏡，該棱鏡佈置在該反射束的一光路內並且經配置以將該反射束導向該第三鏡； 該第三鏡，佈置為接收該參考束和該反射束並且將該參考束和該反射束聚焦至一收集光纖上； 該收集光纖，佈置為接收該參考束和該反射束並且為該參考束和該反射束提供光路；和 一檢測模組，佈置為接收來自該收集光纖的該參考束和該反射束，該檢測模組經配置以提供對該參考束和該反射束的光譜分析。
  2. 如請求項1所述的與處理工具整合的反射儀或橢偏儀，其中該第一鏡、該第二鏡和該第三鏡各為90°離軸抛物面鏡。
  3. 如請求項1所述的與處理工具整合的反射儀或橢偏儀，其中佈置為限定該參考束的該至少兩個孔中的該一個小於佈置為限定該測量束的該至少兩個孔中的該一個。
  4. 如請求項1所述的與處理工具整合的反射儀或橢偏儀，進一步包括一衰減濾光器，該衰減濾光器佈置在該參考束的該光路內以減小該參考束的一強度。
  5. 如請求項1所述的與處理工具整合的反射儀或橢偏儀，進一步包括一旋轉輪，該旋轉輪佈置在該孔板的下游，該旋轉輪具有交替的縫，用於允許該參考束和該測量束通過該旋轉輪。
  6. 如請求項1所述的與處理工具整合的反射儀或橢偏儀，其中該孔板具有兩個孔。
  7. 如請求項1所述的與處理工具整合的反射儀或橢偏儀，其中該孔板的該至少兩個孔各自具有一橢圓形形狀。
  8. 如請求項1所述的與處理工具整合的反射儀或橢偏儀，其中將該參考束和該反射束聚焦至該收集光纖上的同一光點上。
  9. 如請求項1所述的與處理工具整合的反射儀或橢偏儀，其中該照明光纖的一輸出端、該樣本的該表面和該收集光纖的輸入端各自提供一共軛平面。
  10. 如請求項1所述的與處理工具整合的反射儀或橢偏儀，其中該透鏡是減弱由該視窗引入的該像差的一正透鏡。
  11. 如請求項1所述的與處理工具整合的反射儀或橢偏儀，進一步包括： 一第一偏振元件，佈置在該孔板與該棱鏡之間，該第一偏振元件經配置以基於偏振對該測量束和該參考束進行過濾； 一第二偏振元件，佈置在該棱鏡與該第三鏡之間，該第二偏振元件經配置以基於偏振對該參考束和該反射束進行過濾； 一第一折疊鏡，佈置在該棱鏡與該第二鏡之間，該第一折疊鏡和該第二鏡具有垂直的入射平面，該第一折疊鏡經配置以接收來自該偏振元件的該測量束和將該測量束提供至該第二鏡，該第一折疊鏡還經配置以接收來自該第二鏡的該反射束和將該反射束提供至該棱鏡；和 一第二折疊鏡，佈置在該棱鏡與該第三鏡之間，該第二折疊鏡和該第三鏡具有垂直的入射平面，該第二折疊鏡經配置以接收來自該棱鏡的該參考束和該反射束並且將該參考束和該反射束提供至該第三鏡。
  12. 如請求項1所述的與處理工具整合的反射儀或橢偏儀，其中該檢測模組是小光點反射儀，該小光點反射儀經配置以執行圖案臨界尺寸(CD)測量和膜厚度測量。
  13. 如請求項1所述的與處理工具整合的反射儀或橢偏儀，其中該檢測模組是小光點橢偏儀，該小光點橢偏儀經配置以執行圖案臨界尺寸(CD)測量和膜厚度測量。
  14. 如請求項1所述的與處理工具整合的反射儀或橢偏儀，其中該檢測模組經配置以在沒有明確地測量膜厚度或圖案臨界尺寸(CD)的情況下執行製程偏移檢測。
  15. 一種與一處理工具整合的反射儀或橢偏儀，包括： 一源模組，經配置以產生一輸入束； 一第一鏡，佈置為接收該輸入束，該第一鏡經配置以使該輸入束準直和將該輸入束導向一孔板； 該孔板，具有至少兩個孔，該至少兩個孔中的一個佈置為從該輸入束的一部分限定一測量束，並且該至少兩個孔中的一個佈置為從該輸入束的一部分限定一參考束； 一光學元件，佈置在該參考束的一光路內並且在該測量束的一光路外，該光學元件經配置以將該參考束導向一第三鏡； 一第二鏡，佈置為接收該測量束和將該測量束通過一視窗聚焦並且聚焦至一樣本的一表面上，該視窗形成該處理工具的一腔室的部分，並且該樣本設置在該腔室內； 一透鏡，佈置在該第二鏡與該視窗之間，該透鏡經配置以補償由該視窗引入該測量束中的像差，其中該測量束的至少一部分作為一反射束從該樣本的該表面反射，並且其中該透鏡和該第二鏡佈置為接收該反射束，並且該第二鏡經配置以使該反射束準直和將該反射束導向該光學元件，該光學元件經配置以將該反射束導向該第三鏡； 該第三鏡，佈置為接收該參考束和該反射束並且將該參考束和該反射束聚焦至一收集平面上；和 一檢測模組，佈置為接收該參考束和該反射束，該檢測模組經配置以提供對該參考束和該反射束的光譜分析。
  16. 如請求項15所述的與處理工具整合的反射儀或橢偏儀，其中該輸入束是一寬頻輸入束。
  17. 如請求項15所述的與處理工具整合的反射儀或橢偏儀，其中該孔板具有四個孔，並且該四個孔中的兩個佈置為從該輸入束的部分限定測量束，並且該四個孔中的兩個佈置為從該輸入束的部分限定參考束， 其中該光學元件經配置以將該參考束導向該第三鏡， 其中該第二鏡經配置以將該測量束聚焦至該樣本的該表面上，並且該測量束的至少部分作為反射束從該樣本的該表面反射， 其中該第二鏡經配置以使該反射束準直和將該反射束導向該光學元件， 其中該光學元件經配置以將該反射束導向該第三鏡， 其中該第三鏡佈置為接收該參考束和該反射束，並且 其中與該處理工具整合的該反射儀或橢偏儀進一步包括一第二光學元件，該第二光學元件佈置為接收來自該第三鏡的該參考束和該反射束，該第二光學元件經配置以將該參考束中的一個和該反射束中的一個引導至一第一收集平面，並且將另一參考束和另一反射束引導至一第二收集平面，該第二收集平面與該第一收集平面不同。
  18. 如請求項15所述的與處理工具整合的反射儀或橢偏儀，進一步包括一旋轉輪，該旋轉輪佈置在該孔板的下游，該旋轉輪具有交替的縫，用於允許該參考束和該測量束通過該旋轉輪。
  19. 如請求項15所述的與處理工具整合的反射儀或橢偏儀，其中該收集平面包括對光纖的一輸入，用於將該參考束和該反射束傳輸至一檢測模組。
  20. 一種使用與一處理工具整合的一反射儀或橢偏儀執行反射測量法或橢圓偏振測量法測量的方法，該方法包括以下步驟： 產生一寬頻輸入束； 使用一第一鏡使該寬頻輸入束準直； 使用一孔板從該寬頻輸入束限定一測量束； 使用該孔板從該寬頻輸入束限定一參考束； 使用一第二鏡將該測量束通過一視窗聚焦並且聚焦至一樣本的一表面上，該視窗形成該處理工具的一腔室的部分，並且該樣本設置在該腔室內； 補償在該測量束上由該窗口引入的像差； 在該第二鏡處接收來自該樣本的該表面的一反射束； 使用該第二鏡使該反射束準直； 將該參考束和該反射束導向一第三鏡； 使用該第三鏡將該參考束和該反射束聚焦至一收集光纖上； 將該參考束和該反射束傳輸至該反射儀或橢偏儀；和 使用該反射儀或橢偏儀提供對該參考束和該反射束的光譜分析。
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