TWI452283B

TWI452283B - 校準一獲得反射率資料之系統的方法及校準一反射計之方法

Info

Publication number: TWI452283B
Application number: TW096115902A
Authority: TW
Inventors: Phillip Walsh; Dale A Harrison
Original assignee: Jordan Valley Semiconductors
Priority date: 2006-05-05
Filing date: 2007-05-04
Publication date: 2014-09-11
Also published as: TW200809180A

Description

校準一獲得反射率資料之系統的方法及校準一反射計之方法

本發明係關於光學計量學領域。更明確地說，本發明提供一種方法，藉由該方法可精確校準反射率資料。在一實施例中，本發明提供一種方法，藉由該方法可精確校準寬頻真空紫外(VUV)反射率資料。另外，本發明亦提供一種方法，藉由該方法可執行高度精確的薄膜量測。

光學反射量測技術由於其非接觸、非破壞性且通常高通量的性質已長期應用於半導體製造工業中之過程控制應用中。此等工具中的大多數在光譜區的某部分中操作，該光譜區跨越深紫外波長及近紅外波長(DUV－NIR通常為200－1000 nm)。朝較薄層的推近及複雜新材料的引入已挑戰此等儀器之靈敏度。結果，此已迫使努力研發使用較短波長(在200 nm以下)之光學反射量測儀器，於其中可實現對材料特性之微小改變的較大靈敏度。在美國申請案第10/668,642號(於2003年9月23日申請)中描述一種執行此等量測之方法，該申請案揭示用於真空紫外(VUV)反射計之系統及方法，其揭示內容以引用方式併入本文中。

為了自反射量測資料獲得有意義的定量結果，需要正規化或校準經量測之反射率值以便產生絕對反射光譜。在DUV－NIR區中的較長波長處，傳統上已利用各種技術完成此。

歸因於絕對反射計系統之複雜性，商用反射計通常量測經反射之強度，按照已知的絕對反射率標準對該強度予以校準。在DUV－NIR波長範圍中，因為在此波長範圍內光學特性為熟知的且反射率相當穩定，所以通常利用矽晶圓(其具有原生SiO₂ 層)。

對於不同儀器，精密校準步驟不同，但是本質上，通常所量測之數量為其中，I_r 為自樣本反射且由偵測器量測到之強度，且I₀ 為入射強度。I₀ 通常未知。另外，I₀ 將由於環境變化、由環境變化引起之光學系統偏移及光源之強度輪廓偏移而隨時間流逝變化。在任何給定時間處，由校準程序確定I₀ ：其中I_cal 為校準標準之經量測強度，且R_cal 為校準標準之假設反射率。若已知關於校準樣本之足夠資訊，例如，光學特性、表面粗糙度等，則可利用標準薄膜模型產生R_cal 。利用此I₀ 經由方程式1執行、校準後續量測。

在通常實施時，此程序假設I_cal 之變化僅是由於以上所述之環境或燈強度變化，且不是由於校準標準本身的變化。實際上，利用以上方法通常不可偵測校準標準隨時間流逝之變化，因為此等變化被簡單地"校準掉"。顯然，隨時間流逝，所有後續反射率量測之精確性及穩定性高度取決於用以產生R_cal 之假設的精確性以及校準樣本本身的穩定性。

一些校準技術涉及併入有移動面鏡之複雜光學配置。在美國專利第4,368,983號(及併入本文中之參考文獻)中提供此等方法之實例，該專利描述利用多程反射計來量測樣本之絕對反射率的裝置及方法。

雖然此等方法提供獲得經校準之反射率資料之方法，但是其通常遭受耗時之事實，涉及相當多的機械運動且不能容易地整合於適合供半導體製造環境中利用的系統中。此外，許多此等方法經設計以供單一波長反射計中利用，其中結合波長選擇預單色器利用單一波長偵測器。

理想地，將需要提供一種技術，藉由該技術可同時快速且簡單地且以使其本身適合供半導體製造環境中利用之方式校準寬頻反射量測資料。

美國專利第RE 34,783提出一種校準方法，其中描述一種方法，該方法包括：自絕對反射率為熟知之校準樣本量測反射率，用絕對值除經量測值以獲得一系統效率係數，及接著，在不改變照明或光學器件之情況下量測未知材料之反射率且將該係數應用於經量測值以獲得其絕對值。

實務上，單晶矽晶圓常用作校準樣本，因為其易於獲得、在製造上可控制且在DUV－NIR區中的光學特性已經良好特徵化。此方法在~250 nm以上的波長處相當好地工作，在該波長處單晶矽之反射率既穩定又可預測。

在較短波長(<250 nm)處，單晶矽晶圓之反射率既不穩定又不可預測。存在於晶圓上之自然(或"原生")形成之二氧化矽層的厚度的微小變化可顯著影響經量測之反射率。另外，已知超薄濕氣層及/或烴層(在文獻中有時稱作空浮分子污染物或AMC)將被吸附至表面上，進一步修改在此光譜區中之樣本反射率。由於在VUV計量工具中的重複利用，污染物膜亦可產生於校準樣本上。此等膜之存在及生長會改變校準標準之反射率。結果，將單晶矽晶圓在<250 nm的波長處之反射率視作"已知"特性通常是不合理的。

美國專利第5,798,837號中提出一種克服此問題之方法，該專利描述一種光學量測系統，該光學量測系統包括一參考橢圓偏光計(ellipsometer)及至少一非接觸光學量測設備，諸如反射計。參考橢圓偏光計用來確定校準樣本之光學特性。接著，藉由將來自光學量測設備之經量測光學特性與來自參考橢圓偏光計之經確定光學特性相比較來校準光學量測設備。

將單獨的參考橢圓偏光計整合於光學量測系統中以便校準第一光學量測設備是既複雜又昂貴的。此外，若參考橢圓偏光計要產生精確結果，則必須恰當對準並校準參考橢圓偏光計本身。

其後，將非常需要研發一種方法，該方法快速且精確地校準來自以<250 nm的波長操作之光學反射計之寬頻資料而不會有與將第二參考儀器併入系統中相關聯的複雜性及費用。

另外，若此方法特別使精確校準在包含VUV光譜區之波長處之反射量測資料成為可能，則其將為有利的，其中第三方檢定標準之特性之小的不確定性可導致相當大的誤差。若此方法能夠獨立確定此等標準之特性以便減少或完全消除其採購及維護需要，則其將更為理想。

除了提供一種使精確校準反射量測工具成為可能的技術之外，需要提供一種技術，藉由該技術，可執行高度精確之薄膜量測。在寬範圍之薄膜應用中利用光學反射率量測。通常，利用數學模型記錄並隨後分析樣本之絕對反射率，以便確定物理特性之種類。

通常，當定量指標(通常被稱作"適合度"參數)達到特定值時，認為分析完成。不幸的是，利用習知"適合度"參數可達到之量測精確性有限。因此，其後，將需要研發更靈敏的"適合度"量測以便在薄膜量測中可獲得較高精確性等級。

本發明之一實施例提供一種方法，藉由該方法，可快速且精確地校準VUV反射率資料。在一實施例中，該方法使同時校準涵蓋寬範圍波長之反射率資料成為可能。另外，該技術以非常適合供半導體製造環境中利用的方式操作。

該方法可為獨立的，因為其可能不需要利用第二參考儀器。其可提供一種方法，藉由該方法可自動驗證校準結果以使得將減少及/或完全消除對第三方檢定標準之利用。

在一實施例中，技術包括使用一標準("校準")樣本，即使標準樣本由於標準樣本特性的微小變化而在感興趣的波長處展示出顯著的反射率變化，該樣本仍允許在該等波長中的校準。因此，即使在預期將碰到在使用者感興趣之波長區中傳統上顯著的校準誤差的情況下，仍可達成校準。關於此點，技術可利用某一校準誤差量的存在，該校準誤差量可被稱作校準誤差函數。

在另一實施例中，校準過程可包括一種技術，該技術使用第一樣本及第二樣本。第一樣本可包括感興趣之光譜區中作為樣本特性變化之函數之顯著的反射率變化且第二樣本在同一光譜區中可具有相對無特點的反射光譜。第一樣本可視作標準或校準樣本，且第二樣本可視作參考樣本。在一實施例中，光譜區可包括VUV光譜區。

在另一實施例中，提供一種校準技術，其中標準或校準樣本可具有相對未知之特性，例外情況為：可假設在感興趣之光譜區中具有顯著校準誤差函數。因此，若可假設標準樣本由於樣本特性變化而展示出急劇的反射率變化，則無需已知標準樣本之確切特性。

在本發明之另一實施例中，提供一種技術，藉由該技術可執行非常精確的薄膜量測。該方法可為數學擬合演算法提供更靈敏的"適合度"指標，該指標對原始資料中存在的雜訊較不敏感。擬合程序可為光譜驅動擬合程序而不是僅依賴於振幅驅動程序(其通常併入有差異計算)。在此實施例中，藉由使用急劇、窄的光譜特點之存在可獲得該等量測。

在一實施例中，藉由光譜驅動擬合程序(其使用被量測樣本之預期反射光譜與被量測樣本之實際反射光譜的比率)獲得該等量測。因此，本文所提供之技術使用該等值之比率而不是基於預期值與實際值之間的差異。該等技術在含有急劇光譜特點(例如，對於薄膜樣本通常在VUV區中展示出的急劇特點)之光譜區中尤其有用。因此，提供一種資料收斂技術，其可有利地使用所揭示材料之吸收邊緣效應。以此方式，有利地使用急劇光譜特點(例如，由干涉或吸收效應引起的光譜特點)以更好確定指示實際量測值之資料最小值。

在另一實施例中，資料縮減技術可使用兩步驟方法。在此實施例中，諸如振幅驅動擬合程序之低解析度步驟可首先用於提供"粗略"量測。接著，諸如光譜驅動擬合程序之有利地使用急劇光譜特點之存在的高解析度步驟可用於提供"精細"量測。在一實施例中，藉由利用以差異為基礎的技術(如在"卡方"優點函數中)，低解析度步驟可獲得粗略量測值。高解析度步驟可為光譜驅動步驟，其包括在最初由低解析度技術識別之感興趣之區中的以比率為基礎的技術。

在另一實施例中，提供一種反射計校準技術，該技術可包括在校準過程中利用兩個校準樣本。另外，即使在校準樣本中之至少一或多者的實際特性與假設特性之間存在變化的情況下，該技術仍允許校準。另外，該技術使用來自第一校準樣本之量測與來自第二校準樣本之量測的比率來確定校準樣本中之至少一者的實際特性。接著，可使用已確定之實際特性來輔助校準反射計。

在利用兩個校準樣本之另一實例中，可使用自第一校準樣本發射之強度與自第二校準樣本反射之強度的比率。樣本可在所要波長處展示出相對不同的反射特性。在此技術中，接著，可認為每一樣本之反射率資料已自另一者相對去耦合，且可計算校準樣本中之一或多者的實際特性。接著，可使用已確定之實際特性來輔助校準反射計。

在另一實施例中，提供一種校準一獲得反射率資料之系統的方法。該方法可包括自第一校準樣本獲得反射率資料及自第二校準樣本獲得反射率資料，其中第一校準樣本及第二校準樣本中之至少一者的確切特性可不同於校準樣本之假設特性，且其中第一校準樣本與第二校準樣本之反射特性不同。該方法可進一步包括使用一基於自第一校準樣本獲得之資料與自第二校準樣本獲得之資料的比率以便輔助校準該系統。

在又一實施例中，揭示一種校準一反射計之方法。該方法可包括提供第一校準樣本及第二校準樣本，其中第一校準樣本與第二校準樣本之反射特性不同。該方法進一步包括自第一校準樣本收集第一組資料且自第二校準樣本收集第二組資料。該方法亦包括使用第一組資料之至少一部分與第二組資料之至少一部分的比率來確定第一校準樣本及第二校準樣本中之至少一者的特性，以使得可校準來自未知樣本的反射率資料。

在另一實施例中，揭示一種校準一反射計之方法，其中該反射計在包括深紫外(DUV)波長以下之至少一些波長的波長處操作。該方法可包括提供第一校準樣本及第二校準樣本，其中第一校準樣本及第二校準樣本之反射特性不同。該方法進一步包括自第一校準樣本收集第一組資料，該第一組資料包括對於DUV波長以下之波長收集的至少一些強度資料。該方法亦包括自第二校準樣本收集第二組資料，該第二組資料包括對於DUV波長以下之波長收集的至少一些強度資料。另外，該方法可包括使用一基於第一組資料與第二組資料之比率來確定第一校準樣本及第二校準樣本中之至少一者的反射率，以在包括至少一些DUV波長的波長處輔助校準該反射計。

在又一實施例中，揭示一種分析反射計資料之方法。該方法可包括提供第一反射計樣本及至少一第二反射計樣本，其中第一校準樣本之光學回應特性及第二校準樣本之光學回應特性不同。該方法可進一步包括自第一反射計樣本收集第一組光學回應資料及自第二反射計樣本收集第二組光學回應資料。該方法進一步包括藉由以獨立於在收集第一組光學回應資料及第二組光學回應資料時所使用的入射反射計強度之方式使用第一組光學回應資料及第二組光學回應資料來確定第一反射計樣本及第二反射計樣本中之至少一者的至少一特性。

在審閱以下描述及相關聯之圖式之後，可實現對本發明之優點之性質的進一步理解。

在圖1之流程圖102中大致提出通常使用標準樣本來校準反射計之方式。如圖中顯而易見，校準過程中第一步驟104是假設對標準樣本之反射特性的認識。掌握此資訊後，在步驟106中可將自樣本反射之光強度記錄為波長的函數且校準反射計。隨後，接著可在步驟108中用設備完全確定未知樣本之反射率。

在圖2之流程圖202中概述此校準程序之更詳細描述，其中呈現在計算未知樣本之絕對反射率時所涉及的數學關係。圖2說明校準程序之流程圖202。在第一步驟204中，假設對標準樣本之反射特性的認識。接著，在步驟206中，記錄標準樣本之強度。接下來，在步驟208中，利用對標準樣本之假設反射特性的認識來計算源強度輪廓。在步驟210中，記錄未知樣本之強度。接著，如步驟212中展示，可計算未知樣本之反射率。接著，可根據步驟214之方程式表示未知樣本的反射率。檢查該過程之最後步驟，顯然未知樣本之經量測反射率與校準樣本之假設反射率成正比例。因此，若假設反射率不精確，則後果為經量測之反射率亦將不精確。

單晶矽晶圓已長期用作在DUV－NIR中操作之反射計的校準標準。單晶矽晶圓已證明其係理智的選擇，因為其為普遍存在的、在製造上可控制且在此光譜區中在光學上經良好特徵化。實務上，利用菲涅耳方程式(Fresnel Equation)及對原生二氧化矽表面層之光學特性及厚度以及對矽本身之光學特性的假設認識來計算矽晶圓的假設反射特性。

當用於校準在比約250 nm長之波長處操作的反射計時，矽晶圓良好工作，因為關於其物理特性之基本假設在此波長區中對誤差相對不靈敏。換言之，晶圓表面上原生氧化物層之假設厚度的誤差不會顯著影響樣本之預期反射率且因此不會消極影響校準過程之精確性。

在圖3中進一步說明此點，圖3中呈現具有自10變化至30之SiO₂ 厚度之一系列SiO₂ /Si樣本的經計算反射光譜。舉例而言，反射光譜302說明具有10的SiO₂ 層之Si樣本，而反射光譜304說明具有30的SiO₂ 層之Si樣本。雖然在250 nm以上光譜之間的差異相當小，但是其在較短波長處變得非常顯著。因此，若假設原生氧化物層之厚度為10且其實際為20，則在低於250 nm之波長處將引入相當大的校準誤差。

圖4更好地說明此等誤差之效應。此圖中描繪對應於反射光譜對之比率的一系列曲線。每一對中的第一光譜對應於自具有"假設"原生氧化物厚度(其自10變化至30)的SiO₂ /Si樣本預期之光譜，而每一對中的第二光譜對應於具有20之"實際"原生氧化物厚度的SiO₂ /Si樣本。因此，圖4之曲線302對應於10假設原生氧化物厚度之反射光譜與20原生氧化物厚度之反射光譜的比率。類似地，圖4之曲線304對應於15假設原生氧化物厚度之反射光譜與20原生氧化物厚度之反射光譜的比率。以類似方式，曲線306、308及310分別說明20、25及30之假設原生氧化物厚度與20之原生氧化物厚度之反射光譜的比率。在此意義上，該比率基本上被視作對校準誤差的量測，此處稱作校準誤差函數(CEF)。CEF越接近一，與校準相關聯之誤差越低。如曲線306所示，在"假設"厚度等於20之"實際"厚度之情況下，CEF在所有波長處等於一，且校準完全精確。在"假設"厚度為25(僅5誤差)之情況下，CEF在短波長處達到大於1.3之值，而在250 nm以上的波長處維持小於1.002之值。此表示在VUV中誤差大於30%且在較長波長處誤差小於~0.2%。因此，雖然在大於250 nm之波長處矽晶圓容易用於校準反射計，但是其不會提供在VUV中精確校準反射計之實用方式。

另外，通常已知原生SiO₂ /Si系統在正常的製造或實驗室環境中將產生超薄(~1 nm或更小)的有機烴層。另外，在VUV工具的操作期間，有機材料可累積在膜表面上。藉由在酸中清洗此類型之污染物層或甚至利用VUV源本身，可移除此類型之污染物層。然而，波動的有機層在工具利用期間可使VUV區中之反射特性顯著波動。

由於在典型製造環境中存在基於矽氧烷之化合物，另一誤差源係在曝露於VUV輻射之表面上基於聚矽氧之污染物的累積。此"經烘烤"層更難移除。隨時間流逝，此污染物層累積在原生SiO₂ /Si標準樣本之表面上，從而使標準樣本之絕對反射率(尤其是在VUV區中)減小。此意謂總是在假設原生SiO₂ /Si結構的情況下產生R_cal 的校準程序在VUV中常會產生錯誤結果。

此等變化通常會影響每一量測且對VUV反射率資料之可靠性有顯著影響。需要一種區別校準標準本身中發生之變化與由系統變化引起之I₀ 變化且在此等變化發生時校正絕對校準程序的方法。

本發明之實施例提供一種解決此等問題之替代方法。圖5中所描繪之流程圖502對過程中所包括的步驟提供全面綜述。自該圖顯而易見，該技術要求利用兩個樣本，一標準樣本及一參考樣本。選擇標準樣本以使得預期其在某光譜區內展示出顯著的且在光譜上急劇的CEF。另一方面，選擇參考樣本以使得預期其在同一光譜區上展示出相對無特點的反射光譜。

該過程之前兩個步驟504及506實際上與圖1之習知方法中所描述的步驟相同。亦即，假設對標準樣本特性的認識，接著，將自樣本反射之光強度記錄為波長函數且利用其來校準反射計。此時，如步驟508所描述，利用經校準之反射計來量測參考樣本且確定其反射率。一旦已完成此，便在步驟510中經由評估參考樣本之經量測反射特性及CEF來確定標準樣本之"實際"特性。掌握對標準樣本之"實際"特性之認識後，接著可在步驟512中精確重新校準反射計，藉此在該過程之第二步驟中移除由與標準樣本之"假設"特性相關聯之誤差引起的不精確性。如步驟514中所示，一旦已重新校準儀器，便可精確確定未知樣本之絕對反射率。

在一實施例中，校準技術視對標準樣本之選擇而定。如上文所論述，標準需要在反射計之某光譜區內展示出顯著且在光譜上急劇的CEF光譜。在很大程度上，樣本之光學性質將指定此能力。具體言之，由標準樣本產生之CEF信號預期會在對應於包含該標準樣本之材料的一或多者的光學吸收邊緣附近增加。在此光譜區中，樣本特性的小變化可在經反射信號中產生顯著變化且因此產生大的CEF影響。其後，反射計因此需要具有足夠的光譜解析度才能確保偵測到並解決CEF信號之急劇特點。

在經設計以校準VUV反射計之本發明之較佳實施例中，標準樣本包含沈積於矽基板上之相對厚(~10000)的SiO₂ 層。圖6呈現此標準之CEF曲線，其中對於9990、10000及10010之"假設"SiO₂ 厚度，繪製三對反射光譜的比率。如自圖表顯而易見，對應於9990假設之光譜602及對應於10010假設之光譜604皆展示出實質的且在光譜上急劇的CEF特點(在"假設"厚度等於10000之"實際"厚度的情況下，CEF在所有波長處等於一)。實際上，圖中之資料指示10的誤差(僅表示千分之一份)在VUV反射率結果中將引入大於200%之不精確性。

與圖4中所呈現之20的SiO₂ /Si樣本之CEF曲線(在圖4中，比250 nm長之波長處的CEF值顯示很少誤差(由於即使假設厚度與實際厚度不同，CEF仍全部接近一的事實)相反，當假設厚度與實際厚度不同時，圖6中所繪製之10000的SiO₂ /Si樣本之CEF值實際上在所有波長處展示出可量測的誤差。然而，重要的是注意CEF中的最急劇且最強烈的特點再次發生在VUV中(其係此區中存在SiO₂ 吸收邊緣的直接結果)。

雖然10000的SiO₂ /Si樣本為本發明提供例示性標準，但是由於該樣本由於"假設"厚度的小誤差而產生之顯著CEF信號，熟習此項技術者將顯而易見許多其他樣本亦可同樣起作用。通常，可使用由於"假設"厚度或某其他假設樣本特性的小誤差而產生顯著CEF信號的任何樣本。

如本揭示案之範疇內所定義，CEF基本上為標準(或"校準")樣本之"假設"反射光譜與"實際"反射光譜的比率。若關於標準樣本之假設完全精確，則CEF在所有波長處假設值為一。相反，若該等假設在某程度上有缺陷，則CEF將展示出大於或小於一之值。假設的不精確性越大，CEF值偏離一越多。

雖然CEF清楚提供對校準精確性之靈敏指標，但是其本身為不可觀察的。因此，一使用CEF之態樣係利用參考樣本來使CEF特點明顯。因為在初始校準之後對樣本執行的所有量測實際上為被研究之樣本之CEF與"實際"反射光譜的乘積，所以如此。因此，若量測具有大體上平滑且無特點之反射光譜之參考樣本，且若CEF不等於一，則在自參考樣本記錄之反射光譜中CEF的強烈、急劇的特點將非常明顯。因此，即使先前沒有對參考樣本之"實際"反射特性的詳細認識(除非參考樣本在感興趣之光譜區中相對無特點)，有可能容易地評估CEF之特徵，且因此測得關於標準樣本特性之初始假設的精確性。

雖然具有大體上平滑且無特點之反射光譜之任何樣本可用作參考樣本，但是特別好適合的選擇可為寬頻VUV面鏡，如由美國Acton Research公司製造的具有#1200塗層之寬頻VUV面鏡。圖7中呈現此類型面鏡之典型反射光譜702。如自該圖顯而易見，此寬頻面鏡將整個VUV區中之高反射率與非常無特點的光譜相組合。自圖7可注意到，參考樣本在諸如VUV之光譜區(其中標準樣本可展示出顯著的CEF)中不會展示出急劇特點。用於參考樣本之樣本無需提供在不同樣本之間為一致的反射光譜。舉例而言，來自同一製造商的具有同一塗層之同一類型寬頻VUV面鏡在不同面鏡之間可展示絕對反射率的差異。然而，若為任何給定面鏡提供相對平滑且無特點的反射光譜(至少在感興趣之光譜範圍中)，則面鏡可適合用作參考樣本。此外，即使參考樣本(諸如，以上所述之面鏡)隨時間流逝展示出絕對反射率變化，樣本仍適合作為參考樣本。因此，製造參考樣本之可重複性及隨時間流逝的特性變化不如所要光譜範圍中樣本之無特點特性重要。

熟習此項技術者將認識到，在諸如VUV之感興趣光譜區中相對無特點的一類型樣本為在樣本上具有原生氧化物之矽樣本。當與具有諸如1000的SiO₂ /Si之厚氧化物的矽樣本相比時，此等樣本相對無特點。因此，如本文所描述，在一替代性實施例中，標準樣本可為1000的SiO₂ /Si樣本且參考樣本可為具有原生氧化物層之矽樣本。

因此，提供一種技術，該技術包括使用一標準樣本，即使該標準樣本由於標準樣本特性的微小變化而在感興趣之波長處展示出顯著的反射率變化，該標準樣本仍允許在該等波長中進行校準。即使在預期將在使用者感興趣之波長區中碰到傳統上顯著的校準誤差的情況下，仍可達成校準。關於此點，該技術可利用某一校準誤差量的存在，該校準誤差量可被稱作校準誤差函數。

因此，校準過程可包括一種技術，該技術使用第一樣本及第二樣本。第一樣本可包括在感興趣之光譜區中作為樣本特性變化之函數的顯著反射率變化，且第二樣本在同一光譜區內可具有相對無特點的反射光譜。第一樣本可視作標準樣本或校準樣本，且第二樣本可視作參考樣本。藉由首先利用標準樣本來校準系統且接著量測參考樣本，可假設自參考樣本觀察到之反射率的任何急劇變化是關於校準樣本之假設的不精確性的函數。掌握此認識後，接著可重新校準系統。

另外，校準技術可使用一標準樣本，該標準樣本可具有相對未知的特性，其中例外情況為可假設準樣本在感興趣之光譜區中具有顯著的校準誤差函數。因此，若可假設標準樣本由於樣本特性變化而展示出急劇的反射率變化，則無需已知標準樣本之確切特性。

在參考樣本量測可用於評估校準過程之結果之前，需要以數學方式建構一種根據CEF與參考樣本反射光譜之耦合而可量化地評估CEF的方法。在本發明之一實施例中，通常以以下方式完成此。

首先，計算經量測反射光譜之導數。此用以減少CEF與參考樣本之"實際"反射光譜之間的耦合且更強調"急劇"的反射率結構(可能是CEF的貢獻)而不是強調(自參考樣本預期的)緩慢變化之特點。接下來，計算導數之絕對值且對所得函數積分。需在積分之前得到導數之絕對值，以便積極地獲取函數之正值及負值且避免抵消由參考樣本反射光譜引起的對導數的貢獻。在完成積分後，可定量地評估初始校準程序之結果。

以此方式，可將積分值反饋給一演算法，該演算法迭代地調整關於標準樣本特性之初始假設、重新計算CEF且重新確定積分值，以期最小化其值。當已達成最小值時，已確定標準樣本之"實際"特性且因此已確定其"實際"反射率。此時，可精確校準反射計且執行對未知樣本的量測。

在審閱圖8至圖11中所所呈現之資料之後，可實現對此方法中所涉及之步驟的進一步理解。圖8介紹在利用10010的"假設"厚度來校準10000的SiO₂ /Si標準樣本之後，對適當參考樣本執行之量測的結果。參考樣本(其經調整以用於校準)之經量測光譜中顯而易見之急劇結構為校準過程期間引入之10誤差的結果。圖8所示之信號802為自參考樣本獲得之經量測光譜。此信號為參考樣本之反射率與由不精確校準引起之CEF光譜的乘積。在該過程中，此時CEF信號與參考樣本反射率信號基本上耦合，且顯而易見主要存在於VUV中較短波長處。在本實例中，因為CEF信號主要存在於VUV區中且在此同一區中參考反射率實質上無特點，所以此會發生。

在圖9中呈現此光譜之導數。不足為奇，CEF/參考反射率乘積導數信號902之主體仍駐留於光譜之VUV區中。接著，在積分之前計算跡線之絕對值，其最終產生對校準精確性之定量量測。接著，將此積分和傳回給一迭代程序，該迭代程序調整標準樣本之"假設"厚度且重新計算CEF/參考反射率乘積積分，直至最小化此值。

對於10000的SiO₂ /Si標準樣本(有或無雜訊添加至系統)，圖10之靈敏度曲線呈現作為"假設"厚度之函數的CEF/參考反射率乘積積分的值。曲線1002說明包括0.5%的雜訊成份之存在的CEF/參考反射率乘積積分的值，而曲線1004展示無雜訊之資料。自對資料之檢查顯而易見，即使原始反射率資料中存在0.5%的雜訊成份，積分對SiO₂ 層之"假設"厚度的小誤差仍非常靈敏。不用說，當"假設"厚度值匹配標準樣本之"實際"厚度時，達成CEF/參考反射率乘積積分的最小值。在迭代過程完成後，標準樣本之"實際"特性得以確定且儀器得以精確校準。此時，如圖11中所說明，CEF函數在所有波長處假設為值一，且對參考樣本之後續量測產生其真實的反射光譜1102。

在圖12之流程圖1202中概述此校準程序的例示性詳細描述，其中呈現在計算未知樣本之絕對反射率時所涉及的數學關係。如圖12之步驟1204所示，首先利用對預期會在給定光譜區中展示出顯著校準誤差特點之標準樣本的假設認識來計算標準樣本的假設反射率。在步驟1206中記錄來自標準樣本之強度。在步驟1208中，利用標準樣本之假設反射率來計算源強度輪廓。接著，在步驟1210中記錄來自預期會在同一光譜區中展示出實質上平滑之反射特性之參考樣本的強度。接下來，在步驟1212中計算參考樣本之反射率。接著，可根據步驟1214之方程式表示參考樣本之反射率。接著可在步驟1216中計算參考樣本反射光譜之導數的絕對值。接下來，在步驟1218中計算導數絕對值之積分。接下來，在步驟1220中執行對關於標準樣本特性之假設的迭代調整且重新計算標準樣本之假設反射率。自步驟1220傳回控制至步驟1214，直至最小化積分值且因此在自步驟1220進行至步驟1222過程中獲得標準樣本之實際特性。在步驟1222中，利用標準樣本之實際反射率來計算源強度輪廓。接著，在步驟1224中記錄未知樣本之強度。最後，可根據步驟1226之方程式計算並表示未知樣本的反射率。

熟習此項技術者將認識到，存在許多其他方法用於以此方式量化CEF信號以使其可用於反饋回給迭代程序，迭代程序經設計以經由調整標準樣本之"假設"特性而最小化其值。另外，雖然以上論述已將標準樣本之厚度視作將於校準過程期間予以精確確定之"假設"特性，但是熟習此項技術者將進一步瞭解，標準樣本之許多其他特性亦可被視作"假設"特性且以相同方式予以確定。此等特性可包括(但不限於)複折射率、組合物、孔隙率及表面或界面粗糙度。在校準程序期間，可獨立確定此等特性，或在一些實例中，可同時確定此等特性以及其他特性。

在某些情況下，可執行額外的數學步驟以增強校準程序之效能。在自參考樣本所記錄之經量測反射率資料中存在顯著雜訊時，有利之舉可為在得到原始資料的導數之前或之後過濾原始資料。雖然先前技術中存在許多適當的平滑化濾波器，但是Savitzky－Golay濾波器特別適合此應用，因為其通常保留原始資料中光譜特點之寬度及位置。另外，在一些情況下，限制波長範圍(在該波長範圍內執行積分)從而進一步強調CEF信號之貢獻經證明為有益的。

熟習此項技術者將顯而易見，本發明容易地有助於許多實施模式。一種特別有利的方法將是，將參考樣本整合於反射計中以致可不費力地使用參考樣本。在美國申請案第10/668,644號(在2003年9月23日申請，其揭示真空紫外參考反射計)及美國申請案第10/909,126號(在2004年7月30日申請)中詳細描述此方法，該等揭示案以引用方式併入本文中。在圖12A中說明結合上述先前申請之美國申請案中所描述的系統利用本文所提供之校準技術的實例。圖12A提供如參考美國申請案第10/909,126(2004年7月30日申請)號中的圖34更詳細描述的寬頻反射計系統3400。系統3400可視需要包括多個源3201、3203及3302以及對應之多個光譜儀3214、3216及3304。內翻式面鏡FM－1至FM－4及對應視窗W－3至W－6可用於選擇各種源及光譜儀。如圖所示，面鏡M－1至M－5用於引導射束。樣本3206可定位在樣本射束3210中。亦提供參考射束3212。提供射束分離器BS且擋板S－1及S－2選擇使用哪個射束。在環境密封腔室3202及3204中可包括各種光學器件及樣本，以致可獲得在VUV頻寬中之量測。

如圖12A中所展示，提供樣本射束(或通道)3210以自樣本3206獲得量測。提供參考射束(或通道)3212以參考該系統。通常，參考射束經組態以提供指示環境或其他系統條件之機制。參考射束可經組態以提供與樣本射束之射束長度及環境條件類似的射束路徑，然而，參考射束不會遇到樣本3206。在用本文所描述之校準技術操作的情況下，可將標準樣本置放於圖12A之樣本3206位置處。然而，單獨的參考樣本無需被置放在樣本3206位置處(雖然可使用對被置放在樣本3206位置處的單獨參考樣本的此種利用)。實情為，整個參考射束3212路徑可被視作"參考樣本"。舉例而言，射束分離器BS、面鏡M－4、視窗W－2及面鏡M－5(亦即，樣本路徑與參考路徑之間不同的元件)之累積效果可被視作一起形成"參考樣本"。若光學元件之組合效應在感興趣之光譜範圍中提供相對平滑的無特點之反射光譜，則通常可獲得對參考樣本之整個射束路徑的此種利用。將認識到，熟習此項技術者將瞭解使用校準技術之許多其他方法且本文所描述之校準技術不限於本文所參考的機械組態。雖然未圖示，但是反射計系統3400可包括處理器、電腦、其他電子器件及/或軟體，其用於根據本文所提供之校準技術來校準該系統。處理器、電腦、其他電子器件及/或軟體可與反射計光學硬體一體式建構或可為單獨的獨立單元，該單元與反射計光學硬體一起形成經組態以允許校準之反射計系統。

本發明提供許多優點。一優點為其提供一種技術，藉由該技術，根據與市售薄膜標準樣本相關聯之不確定性可能太大而不能使利用習知方法精確校準成為可能的事實，可精確校準VUV反射量測資料。結果，可完全消除反射計工具使用者購買、維護並重新校準昂貴的標準樣本的需要。

此外，本發明允許在對標準樣本或參考樣本之確切特性無先前認識的情況下達成非常精確的校準結果。此能力特別有用，因為實際上可預期所有樣本均會經歷作為時間之函數的微小特性變化(由於自然生長機制或污染物)。

雖然本發明特別適合校準VUV反射量測資料之目的，但是本發明亦可用於校準來自其他光譜區之反射量測資料。在此等實例中，使用其他標準樣本(可預期該等其他標準樣本在感興趣之光譜區中會產生顯著的CEF信號)可為有利的。

本發明之另一優點為其不需要利用次級參考儀器，藉此極大降低系統成本及複雜性。

一旦已自經校準之反射計記錄反射率資料，便通常發送該反射率資料至處理器單元，隨後在處理器單元處經由分析演算法縮減該資料。此等演算法通常將樣本之諸如反射率之光學資料與樣本之其他特性(如膜厚度、複折射率、組合物、孔隙率、表面或界面粗糙度等)相聯繫，接著可量測及/或監控該等特性。

通常利用某種形式之菲涅耳方程式結合一或多個模型描述包含樣本之材料的光學特性來完成資料縮減。不管在縮減資料集時利用的特定模式如何，較大目標一般是利用數學表達式來描述經量測資料以致可經由迭代最佳化過程獲得與樣本特性(如以上所論述)相關之某些參數。亦即，將經量測資料集與利用一視與樣本性質相關的一組參數而定的表達式計算出的資料集相比較。藉由迭代地調整參數值直至在兩個資料集之間達成充分一致時，最小化經量測資料集與經計算資料集之間的差異。通常根據"適合度"(GOF)參數來量化此差異。

先前技術中存在眾多用於計算GOF之數學表達式。大多數此等技術在某種程度上基於對經量測光譜與經計算光譜之間的差異的確定。雖然此等方法通常可適用且在參數空間中合理地定位絕對最小值之一般區，但是其通常在收斂時在彼最小值處展示出缺點，特別是在經量測資料中的雜訊位準增加的情況下。

如對於10000的SiO₂ /Si測試樣本所計算，圖13呈現先前技術GOF表達式(熟習此項技術者已知其為"卡方"優點函數)之靈敏度曲線1302。顯而易見，此標準優點函數提供一種定位膜"實際"厚度之一般區的有效方式，因為其展示出具有經良好定義之最小值的相對平滑的線形狀。然而，在更仔細檢查時，可見在最小值附近函數之靈敏度顯著降級。圖14中更好地說明此點，圖14呈現在經量測反射率資料中存在1%的雜訊的情況下圖13之靈敏度曲線1302之展開圖1402。

在檢查圖14中之資料時顯而易見，駐留於原始反射率資料中之1%的雜訊會顯著減小優點函數使最小化程序能夠收斂於測試樣本之"實際"厚度上的能力。因此，需要研發一種在程序已大致定位在答案的附近時便確定"實際"厚度之優良方法。

本發明之另一較佳實施例提供此能力。亦即，該實施例提供高度靈敏的收斂量測，該量測可結合適當的最小化程序利用，以有效縮減經量測反射率資料，從而產生展示比較高精確性等級、接著可僅利用習知技術來達到之結果。雖然本發明經設計成結合傳統優點函數利用，但是本發明在一些實例中完全代替此等方法之利用。

在圖15之流程圖1502中呈現本文所描述之資料縮減技術之一實施例的一般綜述，其中呈現在與使用反射計來量測未知樣本相關聯的迭代資料擬合程序中所涉及的數學關係。過程中的第一步驟1504是利用經精確校準之反射計來獲得未知樣本的絕對反射光譜。在步驟1506中，一旦已記錄此光譜，便利用關於樣本物理特性之初始假設來計算樣本之"預期"反射特性。在掌握此等兩個光譜後，如步驟1508之方程式所示，確定"預期"光譜與"經量測"光譜之比率。

本文中稱作量測誤差函數(MEF)之此比率本質上與先前所論述之CEF類似。雖然兩個函數係關於"假設"資料集與"實際"資料集之比率，但是MEF稍微更易於評估，因為其未與參考樣本之反射率耦合。亦即，在最小化期間，經由檢查參考樣本反射光譜來評估CEF，而經由檢查未知樣本本身的反射率來評估MEF。

在MEF(或反射光譜比率)可用於評估最小化程序的結果之前，必須再次建構適合的優點函數。在先前CEF所採取之方法之後，流程圖1502中下一步驟是如步驟1510中所示計算MEF之導數之絕對值。此用以強調MEF中急劇的光譜特點，該等光譜特點主要由包含未知樣本之一或多種材料的吸收邊緣附近的波長引起。此時，如步驟1512中所示，計算導數之絕對值且接著對所得函數進行積分。如之前一樣，需要在積分之前得到導數之絕對值，以便積極地獲取正值及負值。一旦完成積分，便有可能定量地評估縮減過程之結果。更明確地說，如步驟1514所示，可發生調整關於未知樣本之特性的假設及重新計算未知樣本之預期反射光譜的迭代過程。在重新計算預期反射光譜之後，控制再次轉至步驟1508且重複步驟1508－1514，直至最小化積分值，此時確定已獲得未知樣本之實際特性且控制轉至步驟1516，在步驟1516中提供未知樣本之實際特性作為輸出。

注意，此技術對"假設"反射光譜與"經量測"反射光譜之間的固定偏移不靈敏。亦即，其不能有效用於縮減自包含極薄的膜(亦即，足夠薄而不會引起顯著的干涉效應)之樣本收集到之長波長反射量測資料，因為此等資料集不可能含有由此方法獲得之急劇光譜特點。幸運的是，在VUV區中，實際上所有薄膜樣本在其反射光譜中展示出某種形式的急劇結構，該結構由干涉或吸收效應引起。

為了更好地證明此方法之效能相對於習知卡方方法之效能的優越性，圖16呈現對於圖14之同一10000的SiO₂ /Si測試樣本利用本發明之實施例計算出之展開靈敏度曲線1602。比較此等兩個圖中之結果，其展示：本發明受存在於原始反射率資料中1%的雜訊位準的影響比卡方方法所受的影響小。此證實：本發明為最佳化程序提供對擬合最小值及因此對膜之"實際"厚度的更有效量測。此改良的效能證明：至少當"假設"厚度值大體在"實際"厚度附近時，本發明能夠比利用習知方法可能達成的結果更精確且可重複的結果。

對較大參數空間之研究證明在一些情況下最佳結合先前技術方法使用本發明的原因。在檢查圖17後，其原因變得顯而易見，圖17呈現在較寬之"假設"厚度值範圍內繪製之利用本發明對於10000的SiO₂ /Si樣本計算出的靈敏度曲線1702。雖然在"實際"厚度處之MEF積分值可清楚地與在所有其他"假設"厚度處之積分值區分，但是MEF積分之線形狀的急劇特點使其在計算上難以擬合。因此，更有效之舉是利用基於卡方之優點函數開始搜尋最小值，然後一旦達成明顯收斂，便轉變並利用本發明繼續搜尋"實際"最小值。在此理念上，本發明之利用表示反射計操作之高解析度模式。

在其他情況下，可認識到本發明提供之益處而無需亦使用習知之卡方方法。此一情況下之實例為在經量測反射率資料中存在1%的雜訊的情況下量測100的SiO₂ /Si樣本。在此情況下，本發明之全域搜尋效能與標準卡方方法之效能相當。圖18中所呈現之靈敏度曲線比較提供其證據。如圖18所示，比較標準卡方方法之靈敏度曲線1802與使用根據本發明之MEF技術的靈敏度曲線1804。雖然兩個函數展示出相對平滑的線形狀，但是注意到，反射率資料中1%的雜訊之影響在卡方結果中已顯而易見。

圖19及圖20呈現分別利用本發明之MEF技術(圖19之靈敏度曲線1902)及卡方方法(圖20之靈敏度曲線2002)計算出的覆蓋100的SiO₂ /Si樣本之"實際"厚度附近的4區之展開靈敏度曲線。對此等兩個圖的比較證明在此情況下本發明之有利效能。

因此，藉由使用擬合程序可獲得資料量測，該擬合程序包括為光譜驅動擬合程序之程序的至少一部分而不是僅依賴於振幅驅動程序(其通常併入差異計算)。更明確地說，藉由使用急劇、窄的光譜特點之存在可獲得該等量測。在使用光譜驅動程序之實施例中，被量測之樣本之預期反射光譜與被量測之樣本之實際反射光譜的比率。本文所提供之技術使用預期值與實際值的比率而不是基於預期值與實際值之間的差異。此比率之導數可用於強調急劇光譜特點。

此等光譜驅動技術在含有急劇光譜特點(例如，薄膜樣本通常在VUV區中展示出的急劇特點)之光譜區中尤其有用。因此，提供一種收斂技術，其可有利地使用所揭示材料之吸收邊緣效應。以此方式，有利地使用急劇光譜特點(例如，其由干涉或吸收效應引起)以更能確定指示實際量測值的資料最小值。本揭示案中所呈現的優點函數可因此由被量測之材料之吸收特性予以驅動，其中強調由於樣本特性的小的變化而包含大的吸收(吸收邊緣)變化之區域。

資料縮減技術可使用兩步驟方法。在此種實施例中，可首先利用諸如振幅驅動擬合程序之低解析度步驟來提供"粗略"量測。接著，可利用諸如光譜驅動擬合程序之有利地使用急劇光譜特點之存在的高解析度步驟來接著提供"精細"量測。在用於此技術之一方法中，藉由利用基於差異之技術(諸如"卡方"優點函數中)，可使用低解析度方法來獲得大略量測值，且接著藉由在該低解析度技術最初識別的重點區中使用基於光譜驅動比率之技術可獲得對實際量測值的更精確確定。

本文所提供之技術可視作對於存在急劇光譜特點之區動態加權結果。舉例而言，關於VUV範圍中存在之急劇光譜邊緣，可將此等技術視作應用一加權函數，該加權函數極力強調VUV而對DUV及較長波長資料(其中對於給定樣本，可能無法預期急劇光譜特點)蓄意忽視。另外，可加權該過程以致可僅包括可經合理預期含有有用資訊的經量測資料。此加權方法可為動態的，因為在每一迭代之後可重複決策過程(應考慮哪一經量測資料)。

雖然本文所呈現之實例已使用該技術以有助於精確量測膜厚度，但是熟習此項技術者將顯而易見，在量測其他材料特性(其包括但不限於複折射率、組合物、孔隙率、表面或界面粗糙度等)時可同樣使用本發明之其他較佳實施例。另外，雖然本文所提供之實例已特定地處理對SiO₂ /Si樣本之量測，但是顯而易見，可同樣利用所描述方法來量測許多其他類型之樣本。舉例而言，當分析更複雜的薄膜堆疊時可使用本文所提供之技術。此等堆疊之實例包括基板上之薄膜SiO₂ /SiN堆疊或基板上之薄膜SiN/SiO₂ /SiN堆疊。

如先前所論述，本發明所提供之高靈敏度等級主要由以下事實引起：當在包含此等樣本之材料中的一或多者的光學吸收邊緣附近時，本發明使用伴隨樣本特性之小變化的反射信號之實質變化。雖然此等特點通常位於VUV光譜區中，但是由於被研究之樣本之物理特性的微小變化而在MEF中預期有實質上急劇的特點的情況下，在較長波長處通常可應用該技術。

熟習此項技術者將認識到，存在用於以此方式量化MEF信號以便使其可用於反饋給迭代程序的許多其他方法，該迭代程序經設計以經由調整經量測樣本之"假設"特性而最小化其值。此外，亦將容易明白，在一些情況下，可執行額外的數學步驟以增強量測程序之效能。

將認識到，如上所述，提供一種校準技術，該技術可包括在校準過程中利用兩個校準樣本。另外，即使在校準樣本中之至少一者的實際特性與假設特性之間存在變化，該技術仍允許校準。另外，上述技術包括一種校準技術，其中使用來自第一校準樣本之經反射強度量測與來自第二校準樣本之經反射強度量測的比率(舉例而言，如圖12中所示之I_ref /I_cal )。

即使在校準樣本及系統變化及偏移中可存在變化的條件下，仍可以各種方式使用多個校準樣本及自該等樣本反射之強度之比率來達成校準。舉例而言，如上所述，利用兩個校準樣本，其中第一校準樣本在感興趣波長中具有急劇光譜特點且第二樣本與第一樣本相比在感興趣波長區中相對無特點。在使用兩個校準樣本的另一實例中，可使用自第一校準樣本反射之強度與自第二校準樣本反射之強度的比率，其中兩個校準樣本中的任一者需要為相對無特點。在此實施例中，如以下更詳細描述，僅需要樣本在所要波長處之反射特性相對不同。在此技術中，接著可認為每一樣本之反射率資料已自另一者相對去耦合。以上參考第一樣本及相對無特點之第二樣本所描述的技術為使用反射特性相對不同的兩個校準樣本的一實例，然而，如以下所描述，可使用無一校準樣本需為光譜無特點的技術。

更明確地說，即使在無絕對反射率校準的情況下，仍可經由經量測強度來量測來自兩個樣本之反射率的比率，因為若在彼此短時間內自每一樣本量測強度，則環境或儀器偏移不會起顯著作用，因此，方程式3由以下事實引起：在兩次量測期間，入射強度I₀ 不會改變。利用標準薄膜回歸分析可分析此比率以提取由單一樣本之絕對反射率確定的相同膜參數(n、k、厚度、界面粗糙度等)。然而，與單一強度之情況不同，不同量測之間經量測比率的變化係由於樣本本身的變化，而不是環境或燈偏移。因此，可以不同時間間隔量測方程式3之比率以獨立於I₀ 的變化確定樣本的變化。接著，此資料可用於校準反射計且確定I₀ 。

為了獲得對此等技術之更好理解，可關於校準樣本變化是由於變化的氧化物厚度或由於污染物層(藉由假設SiO₂ 光學特性予以充分描述)的假設展示一實例。將認識到，本文所描述之實例校準樣本僅經提供以輔助理解所揭示技術且可使用其他校準樣本及厚度。

因此，為了提供對校準技術之例示性描述，可利用裸Si校準樣本結合1000的SiO₂ /Si校準樣本來建構經修改之校準程序。藉由量測兩個樣本之強度，可分析強度之比率以提取兩個樣本之氧化物厚度。可將對於裸Si校準樣本所確定之厚度反饋至方程式2之校準程序中以得到更精確的絕對反射率。

圖21A、圖21B、圖22A及圖22B展示原生SiO₂ /Si校準樣本(樣本1，對應於R₁ )與標稱的1000的SiO₂ /Si校準樣本(樣本2，對應於R₂ )之間的模擬反射率比率的比較。圖21A及圖21B展示增加原生SiO₂ 厚度對比率R₂ /R₁ 的效應。如圖21A所展示，對於高達1000 nm之波長提供反射率比率R₂ /R₁ ，而圖21B為對於100 nm與400 nm之間的波長之同一比率的展開圖。在圖21A及圖21B中，分別在曲線2106、2104及2102中對於10、20及30的SiO₂ 展示原生氧化物的變化對樣本1(R₁ )之影響的曲線。增加原生SiO₂ 厚度之主要效應是增加VUV中的比率，因為反射率R₁ 減小。

與之相比，增加1000的SiO₂ 厚度之效應是改變針對較長波長之干涉最大值及最小值。更明確地說，圖22A及圖22B對於恆定樣本1(20的原生氧化物)說明樣本2(1000的SiO₂ /Si、1010的SiO₂ /Si及1020的SiO₂ /Si)之變化的效應。更明確地說，曲線2202、2204及2206分別展示樣本2(1000的SiO₂ /Si、1010的SiO₂ /Si及1020的SiO₂ /Si)之變化的影響(圖22A展示自100－400 nm波長之展開圖)。因此，可認為兩個樣本之厚度(一樣本厚且一樣本薄)已去耦合，且可自對比率量測之標準分析提取每一者之厚度。此外，可在不利用絕對反射率標準之情況下自比率資料提取此等厚度。因為不管系統或燈偏移如何此比率均相同(假設相當快速、連續地量測強度或樣本1及樣本2)，所以隨時間流逝在比率中觀察到的差異將對應於實際樣本之變化。圖21及圖22說明，若所述樣本特性為SiO₂ 厚度，則可確定每一樣本上之厚度變化量。接著，以此方式在樣本2上偵測到的原生氧化物層之厚度可用於利用彼樣本改良絕對校準之品質。

注意，若校準樣本之一者確實保持恆定，則可直接自比率變化推斷其他樣本之反射率變化。然而，實務上，用於校準樣本偏移之機制通常是污染物層在兩個樣本上的累積，因此，通常將不是此種情況。

本文所描述之技術提供一種校準技術，即使污染物層不僅為生長氧化物層(其包括，例如，有機污染物或基於矽之污染物)，仍可使用此技術。對於以上所述之Si校準樣本，可足以說明生長污染物會減小絕對反射率的事實，因此對污染物之精密描述並非確實必要。然而，最精確的校準模型可包括兩個樣本上之不同的污染物層。

相對反射率量測可用於確定對校準樣本上之污染物層累積的更好光學描述，且將資訊併入校準程序中。在以上實例中的膜結構可為樣本1之污染物層/原生SiO₂ /Si及樣本2之污染物層/1000的SiO₂ /Si，在相對反射率量測期間確定污染物層厚度。此將不僅產生更穩定的絕對反射率校準，而且首先產生更精確的絕對反射率。

在圖23A及圖23B中提供對污染物層累積對於不同的污染物量可能如何影響反射率比率的說明。膜結構為樣本1之污染物層/10的SiO₂ /Si及樣本2之污染物層/1000的SiO₂ /Si。圖23A分別在曲線2302、2304及2306中展示對於10、20及30之三個不同污染物層厚度的R₂ /R₁ 比較。可注意，因為污染物層光學特性實際上不同於SiO₂ 之光學特性，所以性質自圖21及圖22所示之性質去耦合。換言之，可同時自單一比率量測確定所有三個參數：原生氧化物厚度、厚氧化物厚度及污染物層厚度。如前所述，所確定之厚度可反饋至方程式2之校準程序中。明顯地，在此情況下，若預期會變化的僅是污染物層，則任一或兩個氧化物厚度可固定至某先前確定值。另外，藉由假設相同量的污染物層累積在兩個樣本上來約束分析可能是合理的。

通常，只要樣本的反射特性充分不同(因此，對於所有波長，比率不是正好為1)，此類型量測可用於分析樣本而不會影響不確定之校準標準。舉例而言，相對反射率量測可用於在與所觀察比率更一致之VUV區中獲得對SiO₂ 之經修改光學描述。

在以上所述之實例中，兩個樣本由同一材料形成(矽上之原生SiO₂ 及矽上之厚SiO₂ )。對於兩個樣本利用同一材料之優點可為：同一污染物可產生於兩個樣本之表面上。利用具有不同表面之樣本可引超產生之污染物膜的差異，使污染物層更難以特徵化。然而，將認識到，可在樣本具有不同材料的情況下使用本文所描述之技術。

另外，注意，以上所述之實例提供一種技術，其中確定樣本1(原生氧化物樣本)之特徵且接著利用彼資料作為校準標準。然而，或者可確定樣本2之特徵且利用彼資料作為校準標準。在一實施例中，對於校準樣本利用較厚的SiO₂ 樣本可為更有利的，因為任何剩餘誤差更可能在SiO₂ 干涉極值附近以假影形式顯示出來。通常，膜結構可為任何結構，對於此等結構，已知足夠資訊而能夠建構模型比率，且樣本之任一者可用於進一步校準。

如此項技術中已知，可以任何數目之多種方式建構校準樣本：樣本1及樣本2。在一實施例中，兩個樣本各自可形成於同一基板上。舉例而言，圖24說明反射計系統中校準程序之可能的機械實施例，其中不同厚度之兩個氧化物襯墊(諸如，以上實例中之樣本1及樣本2)作為襯墊1及襯墊2形成於半導體晶圓上或安裝於半導體晶圓夾盤上。然而，本文所描述之技術不限於所提供之概念之任何特定機械實施例。

如上所述之技術因此提供兩個校準樣本，該等校準樣本用於自具有相對不同的反射特性之兩個樣本提供相對反射率比率R₂ /R₁ 。使用此技術，隨時間流逝可發生校準標準的變化，同時仍提供精確校準。可以多種方式實施此等技術。參考圖25及圖26描述例示性校準流程，然而，將認識到，可使用其他步驟及流程，同時仍利用本文所描述之技術。

如圖25所示，提供一種例示性技術，其中假設第一校準樣本之原始反射率正確且接著形成第一校準樣本之反射率與第二校準樣本之反射率之間的比率，從而校準反射計。更明確地說，在步驟2502中，利用對校準樣本1之假設認識(預期校準樣本1在給定光譜區中會展示出實質的校準誤差特點)來計算樣本1之假設反射率。接著，在步驟2504中，記錄標準樣本1之強度。接著，在步驟2506中，利用校準樣本1之假設反射率計算源強度輪廓。在步驟2508中，記錄校準樣本2(預期在同一光譜區內會展示出實質上不同於校準樣本1之反射特性的樣本)之強度。接著，在步驟2510處計算校準樣本2之反射率。接著，在步驟2512中將校準樣本1之反射率與校準樣本2之反射率的比率表示為一比率。接著，如步驟2514所示，將用於校準樣本1及校準樣本2之假設模型建構成、表示成一反射率比率。在步驟2516中，可利用回歸演算法及優點函數來迭代地調整關於校準樣本1及校準樣本2之特性的假設且重新計算假設模型反射率，直至計算出的反射率比率與模型比率之反射率之間的差異最小化且因此獲得樣本1及樣本2之"實際"特性。接著，在步驟2518中，利用校準樣本1之"實際"反射率重新計算源強度輪廓。在步驟2520中，接著可記錄未知樣本之強度，且在步驟2522中，如所示地表示未知樣本之計算出的反射率。

圖26中展示另一例示性校準流程圖。如圖26所示，可使用簡化的過程，其中可利用來自兩個樣本之強度直接形成反射率比率(與圖25之技術相比，在圖25之技術中，自對該等樣本之一者的假設認識計算同一樣本的假設反射率)。如圖26中所示，在步驟2601中，記錄校準樣本1之強度。在步驟2603中，記錄校準樣本2(預期在同一光譜區內會展示出實質上不同於校準樣本1之反射特性的樣本)之強度。接著，如步驟2605所示，基於自樣本1及樣本2記錄之強度表示校準樣本1及校準樣本2之反射率的比率。接著，如步驟2614中所示，可將用於校準樣本1及校準樣本2之假設模型建構成、表示成一反射率比率。在步驟2616中，可利用回歸演算法及優點函數來迭代地調整關於校準樣本1及校準樣本2之特性的假設且重新計算假設模型反射率，直至計算出的反射率比率與模型比率之反射率之間的差異最小化且因此獲得樣本1及樣本2之"實際"特性。接著，在步驟2618中，利用校準樣本1之"實際"反射率重新計算源強度輪廓。在步驟2620中，接著可記錄未知樣本之強度，且在步驟2622中，如所示地表示未知樣本計算出的反射率。

應指出，在分析或以其他方式論述方程式3中的比率時，藉由首先計算來自標準薄膜模型(參看，例如H.G.Tompkins and W.A.McGahan,Spectroscopic Ellipsometry and Reflectometry：A User's Guide ,John Wiley and Sons,new York,(1999)，用於計算個別反射率之方法)之個別樣本之R₁ 及R₂ 來計算比率係便利的。然而，應顯而易見，可易於重新表述薄膜模型以將其直接應用於為在數學上及概念上等效的比率I₁ /I₂ 。

圖27提供對圖23及圖26中所描述之概念之進一步說明。圖27展示用於自兩個校準樣本提取氧化物及污染物層厚度的反射率比率擬合，一校準樣本具有薄氧化物(樣本1)且一校準樣本具有較厚~1000的氧化物(樣本2)。每一樣本之表面亦具有在VUV反射計中利用期間累積起來的少量污染物層。自兩個校準樣本收集經反射強度且經反射強度用於形成經量測反射率比率。建構模型比率，且允許氧化物及污染物層厚度在回歸分析期間變化，該回歸分析最小化經計算比率與經量測比率之間的誤差。對於此分析，認為Si、SiO₂ 及污染物層之光學特性是已知且固定的(自對反射率比率之先前分析確定SiO₂ 及污染物光學特性，且圖23A及圖23B中所利用之光學特性稍微不同)。在經計算比率與經量測比率之間提供最佳擬合之最佳化厚度對於厚氧化物樣本為6.06的污染物及1052.0的SiO₂ 且對於薄氧化物樣本為9.49的污染物及18.62的SiO₂ 。此時，認為兩個樣本之絕對反射率已知，且最佳化參數可與每一層之光學特性及標準薄膜模型一起用來計算任一樣本之反射率。若藉由計算R₁ 及R₂ 在最佳化期間計算模型比率，則在擬合過程結束時可獲得最佳化樣本1及2之反射率而無需進一步計算。與具有相同SiO₂ 厚度但不具有污染物之膜的反射率相比，在圖28A及圖28B中對於樣本1展示且在圖28C及圖28D中對於樣本2展示由圖27的分析引起之薄SiO₂ 樣本及厚SiO₂ 樣本之反射率(曲線2802及2806具有污染物，且曲線2804及2808不具有污染物)。如所示，圖28B為圖28A之曲線之一部分的展開版本。類似地，圖28D為圖28C之曲線之一部分的展開版本。自該等圖顯而易見，隨著即使少量污染物累積，反射率可顯著變化，尤其在DUV波長以下之區中。若氧化物樣本之一者被用於在假設恆定反射率的情況下校準I₀ ，則在DUV以下的區中之誤差將為顯著的。隨著更多污染物產生於樣本上，此效應甚至更大。在圖27所說明分析結束時，樣本之經量測強度的任一者可與來自圖28之適當(具有污染物)反射率一起用來確定源強度輪廓。眾所熟知，薄的中間層存在於SiO₂ /Si系統之SiO₂ 膜與Si基板之間。此中間層可包括於膜模型中，且將改良校準程序之穩定性以及增強經校準反射率之精確性。存在許多用於模型化該界面之可能性。最簡單的係接近利用薄SiO層或非晶SiO₂ 與非晶Si光學特性之有效介質模型組合的中間層的效應。此系統比不具有界面之SiO₂ /Si系統更複雜，且藉由分析未污染的校準樣本之比率來預特徵化SiO₂ 及中間層厚度將為可行的。接著，校準程序將用於確定污染物層(隨著其累積)之特性，其中認為SiO₂ 及界面特性全部已知且其厚度及光學特性在比率分析期間是固定的。藉由自新樣本烘焙掉或清洗掉空浮分子污染物(AMC)，或在極端情況下中藉由化學蝕刻(其亦將移除一些SiO₂ 材料)，可獲得未受污染的樣本。除了中間層之外，超薄氧化物(其包括形成於矽上之原生氧化物)有可能具有不同於較厚熱生長氧化物之光學特性。反射率模型中亦可考慮此以在利用SiO₂ /Si校準樣本時進一步改良校準精確性。

用於分析反射率比率之便利的回歸程序為W.H.Press、S.A.Teukolsky、W.T.Vetterling及B.P.Flannery所著的Numerical Recipes in C：The Art of Scientific Computing，第二版 (Cambridge University出版社(Cambridge,MA：1992))中所描述之熟知Levenberg－Marquardt演算法，然而，將認識到此項技術中已知之任何數目種方法可用於最佳化或以其他方式提取膜參數。在一些情況下，回歸演算法及膜模型甚至可能為不必要的，因為有時有可能自反射率比率的變化更直接地推斷校準樣本中之一或多者的反射率變化。

所描述方法無需限於兩個校準樣本，且可推廣為包括多個校準樣本。舉例而言，第三樣本(樣本3)可為厚(例如，3000A)的氟化鎂MgF₂ /Si樣本，且同時分析比率R2/R1及R3/R1以對樣本1(樣本1及樣本2可具有與圖27中實例類似的膜結構)之各種層提供進一步約束。在進行校準以確定I₀ 期間，將在時間標度內量測樣本1、2及3之強度，其中I₀ 大致恆定，對於經量測資料形成比率R2/R1及R3/R1，且回歸分析用於同時提取所有三個樣本之膜及污染物層的厚度。換言之，該回歸藉由最佳化經計算比率中所利用的參數來同時最小化經量測的R2/R1及R3/R1與經計算的R2/R1及R3/R1之間的誤差。在實現此概念之一過程中，分析可對多個樣本分析使用Levenberg－Marquardt程序之常見推廣，在該情況下，非線性卡方優點函數可被寫成：其中下標i及j係指入射條件(通常為波長)，且N21及N31為對於每一比率所包括之資料點的總數目。多個比率通常將涵蓋相同的光譜範圍且由相同數目個經量測資料點組成，但是不嚴格要求此。通常，每一比率可涵蓋不同的光譜範圍且比率不必完全由相同數目個經量測資料點組成。在方程式4中，σ _i 及σ _j 為對經量測反射率比率之經估計的不確定性，其可取決於入射條件。因為樣本1之特性為兩個比率所共有，所以同時分析通常基本上藉由減小可導致經量測比率之可能的參數組的數目而在用於確定樣本1特性之擬合程序中提供額外約束。接著，利用樣本1之經最佳化參數來計算實際絕對反射率Rcal＝R1，接著利用該反射率來計算I0＝I1/Rcal。對樣本1之額外約束可輔助確定可同時存在於樣本1上之多種類型污染物的厚度，或輔助解決不均勻的污染物層。比率R3/R2亦可添加至分析。此概念可延伸至由標稱材料之任何組合組成的多個樣本。

圖29A至圖29L說明先前實例之樣本1、2及3上之污染物層累積的效應。圖29A至圖29L中之模擬對於SiO₂ 、Si及污染物層利用與圖27、圖28A及圖28B中相同的光學特性，且自可用文獻獲得MgF₂ 光學特性。圖29A及圖29B分別將樣本3與樣本1之比率(每一樣本上具有10、20及30的污染物)說明為曲線2902、2904及2906(圖29B為圖29A之一部分的展開版本)。圖29C及圖29D分別將樣本2與樣本1之比率(每一樣本上具有10、20及30的污染物)說明為曲線2908、2910及2912(圖29D為圖29C之一部分的展開版本)。圖29E及圖29F分別將樣本2與樣本1之比率(該等樣本僅展示樣本1上10、20及30的污染物累積之效應)說明為曲線2914、2916及2918(圖29F為圖29E之一部分的展開版本)。圖29G及圖29H分別將樣本2與樣本1之比率(該等樣本僅展示樣本2上10、20及30的污染物累積之效應)說明為曲線2920、2922及2924(圖29H為圖29G之一部分的展開版本)。圖29I及圖29J分別將樣本3與樣本1之比率(該等樣本僅展示樣本1上10、20及30的污染物累積之效應)說明為曲線2926、2928及2930(圖29J為圖29I之一部分的展開版本)。圖29K及圖29L分別將樣本3與樣本1之比率(該等樣本僅展示樣本3上10、20及30的污染物累積之效應)說明為曲線2932、2934及2936(圖29L為圖29K之一部分的展開版本)。圖29A至圖29L中之模擬展示，污染物累積影響不同比率之不同光譜區。樣本1上之污染物累積之效應傾向於在DUV以下的區中及DUV區中增加比率，而較厚膜上之累積的效應傾向於增加干涉振幅。具有不同的較厚膜(SiO₂ 及MgF₂ )有助於進一步約束可導致類似比率之可能的膜結構。來自對此等比率之分析的組合效應同時是對被確定的各種參數之去耦合。圖29A至圖29L說明一實例，但是如上所述，在多個樣本的情況下甚至更微小的去耦合是可能的，其(例如)允許對多種類型污染物膜的更精確之同時確定。

論述一種方法，藉由該方法導出對於污染物層(諸如，圖23A及圖23B中所利用之污染物層)假設之光學特性。可執行此等步驟以獲得SiO₂ 及中間層之開始厚度以及污染物層之光學特性。經確定之光學特性可用於改良校準程序之品質(實際上藉由利用類似程序來確定對於圖23A及圖23B以及圖27中之模擬假設之污染物光學特性)。另外，一旦確定此等特性，校準樣本之比率便可用於在校準期間確定污染物層之厚度，其中認為所有其他預定特性(諸如SiO₂ 及界面厚度及光學特性以及污染物光學特性)是已知且固定的。

利用反射率比率來預特徵化污染物光學特性，例示性分析可為：1自薄SiO₂ 及1k SiO₂ 樣本移除空浮分子污染物(AMC)。舉例而言，利用熱板、VUV預曝光、化學預清洗、蝕刻移除及預生長原生SiO₂ 層或此等技術之某組合。

2記錄樣本之強度比率I₂ /I₁ (且因此記錄反射率比率R₂ /R₁ )。分析反射率比率以預定厚氧化物層及原生氧化物層之厚度。在對兩個樣本之分析中可包括SiO₂ /Si中間層。在分析期間，任何被視為已知的特性(諸如，Si及SiO₂ 光學特性)將是固定的。

3允許AMC或VUV誘發的污染物在樣本上累積。當樣本儲存於環境中時，AMC將自然產生。當在VUV光學計量工具中重複量測樣本時，VUV污染物可隨時間流逝累積。

4在污染物累積之後量測樣本。利用具有可調整光學特性之分散模型來分析新的反射率比率以確定污染物層之厚度及光學特性。利用先前確定(且現在固定)之厚及薄SiO₂ 以及中間層特性，可約束分析。另外，可在污染物生長的各階段收集比率資料以提供多個比率，每一比率具有不同的污染物厚度(多樣本分析)，但是另外具有共同的污染物光學特性。或者，若不能利用相同的污染物光學特性來擬合全部多個樣本，則可在假設不均勻污染物層、粗糙界面或表面等的情況下模型化額外複雜性。

5分析之結果為污染物層之厚度及污染物層之光學特性的表或分散。

6在隨後校準程序期間，分析反射率比率以確定樣本上一(或多種)類型之污染物的厚度，接著可利用該等厚度來導出該等樣本中之至少一者的反射率。在校準程序期間，通常將使污染物層之光學特性固定，從而減少未知參數的數目。

應瞭解，雖然此係一種在比率量測中用於預特徵化已知數量的方法，但是其並非唯一的方式。詳言之，替代的計量學技術可用於確定界面厚度或獲得對標稱膜之更好的光學描述(例如，SiO₂ 、MgF₂ 、Si或甚至污染物光學特性)。在適用時，可自文獻獲得光學參數。在預特徵化期間確定之參數在校準程序期間通常將保持固定，其通常將僅確定預期會變化的彼等參數。初始樣本之特定膜結構無需限於SiO₂ /Si結構。可推廣該程序且在眾多樣本而不是僅兩個樣本上誘發污染物生長。

亦可指出，關於分析反射率比率，在一些情況下，當分母反射率接近零時，比率可變得不定。實務上，此條件將為顯而易見的，因為比率將傾向於變得非常大。在此等情況下，發生此情況之光譜區可脫離該分析，或改為在彼等區中分析反比率。

因為通常自比率分析確定所有校準樣本之絕對反射率，且對樣本之任一者的校準原則上將產生相同I₀ ，所以無需利用僅有的一樣本對於整個量測波長範圍校準I₀ 。舉例而言，樣本1可用於對於一光譜區確定I₀ ，而樣本2用於校準第二光譜區。

鑒於此描述，熟習此項技術者將明白本發明之另外修改及替代實施例。因此，此描述將僅被視作說明性的且係為了教示熟習此項技術者執行本發明之方式。將瞭解，本文所展示且描述之本發明的形式將被視作目前較佳實施例。在受益於本發明之此描述之後，熟習此項技術者將明白，等效元件可替換本文所說明並描述之元件且本發明之某些特點可獨立於其他特點之使用予以使用。

102．．．流程圖

202．．．流程圖

302．．．反射光譜

304．．．反射光譜

306．．．曲線

308．．．曲線

310．．．曲線

502．．．流程圖

602．．．光譜

604．．．光譜

702．．．反射光譜

802．．．信號

902．．．CEF/參考反射率乘積導數信號

1002．．．曲線

1004．．．曲線

1102．．．反射光譜

1202．．．流程圖

1302．．．靈敏度曲線

1402．．．展開圖

1502．．．流程圖

1602．．．靈敏度曲線

1702．．．靈敏度曲線

1802．．．靈敏度曲線

1804．．．靈敏度曲線

1902．．．靈敏度曲線

2002．．．靈敏度曲線

2102．．．曲線

2104．．．曲線

2106．．．曲線

2202．．．曲線

2204．．．曲線

2206．．．曲線

2302．．．曲線

2304．．．曲線

2306．．．曲線

2802．．．曲線

2804．．．曲線

2806．．．曲線

2808．．．曲線

2902．．．曲線

2904．．．曲線

2906．．．曲線

2908．．．曲線

2910．．．曲線

2912．．．曲線

2914．．．曲線

2916．．．曲線

2918．．．曲線

2920．．．曲線

2922．．．曲線

2924．．．曲線

2926．．．曲線

2928．．．曲線

2930．．．曲線

2932．．．曲線

2934．．．曲線

2936．．．曲線

3201．．．源

3202．．．環境密封腔室

3203．．．源

3204．．．環境密封腔室

3206．．．樣本

3210．．．樣本射束

3212．．．參考射束

3214．．．光譜儀

3216．．．光譜儀

3302．．．源

3304．．．光譜儀

3400．．．寬頻反射計系統

BS．．．射束分離器

FM－1~FM－4．．．內翻式面鏡

M－1~M－9．．．面鏡

S－1~S2．．．擋板

W1~W6．．．視窗

圖1說明用於反射計之先前技術校準及量測流程圖。

圖2說明用於反射計之先前技術詳細校準及量測流程圖。

圖3說明來自超薄SiO₂ /Si樣本之反射光譜。

圖4說明對於一系列假設厚度產生之20的SiO₂ /Si樣本的校準誤差光譜。

圖5說明根據本發明之一實施例之例示性校準及量測流程圖。

圖6說明對於一系列假設厚度產生之10000的SiO₂ /Si樣本的校準誤差光譜。

圖7說明由Acton Research公司製造之寬頻VUV面鏡(#1200)之反射光譜。

圖8說明參考樣本反射光譜與自任意參考樣本之量測獲得之10000的SiO₂ /Si樣本之校準誤差函數的乘積。

圖9說明對於10010假設厚度產生之10000的SiO₂ /Si樣本的校準誤差函數之導數。

圖10說明利用10000的SiO₂ /Si標準樣本之校準誤差函數積分所計算的靈敏度曲線。

圖11說明校準程序中所利用之參考樣本的反射率。

圖12說明根據本發明之一實施例之例示性詳細校準及量測流程圖。

圖12A說明可使用本發明之校準概念的例示性反射計系統。

圖13說明利用10000的SiO₂ /Si樣本之標準先前技術優點函數所計算的靈敏度曲線。

圖14說明在經量測之反射率資料上存在1%雜訊的情況下利用10000的SiO₂ /Si樣本之標準先前技術優點函數所計算的展開靈敏度曲線。

圖15說明根據本發明之一實施例之例示性詳細量測流程圖。

圖16說明在經量測之反射率資料上存在1%雜訊的情況下利用10000的SiO₂ /Si樣本之MEF積分所計算的展開靈敏度曲線。

圖17說明利用10000的SiO₂ /Si樣本之MEF積分所計算的靈敏度曲線。

圖18說明利用100的SiO₂ /Si樣本之MEF積分與標準先前技術優點函數所計算的靈敏度曲線的比較。

圖19說明在經量測之反射率資料上存在1%雜訊的情況下利用100的SiO₂ /Si樣本之MEF積分所計算的展開靈敏度曲線。

圖20說明在經量測之反射率資料上存在1%雜訊的情況下利用100的SiO₂ /Si樣本之標準先前技術優點函數所計算的展開靈敏度曲線。

圖21A及圖21B說明兩個校準樣本之相對反射率比率的曲線，其中較薄氧化物在該等樣本之一者上變化。

圖22A及圖22B說明兩個校準樣本之相對反射率的曲線，其中較厚氧化物在該等樣本之一者上變化。

圖23A及圖23B說明具有不同厚度的污染物層之兩個校準樣本之相對反射率的曲線。

圖24說明兩個校準樣本之例示性機械實施例。

圖25說明使用兩個校準樣本之反射率比率來校準反射計量測的例示性技術之流程圖。

圖26說明使用兩個校準樣本之反射率比率來校準反射計量測的例示性技術之另一流程圖。

圖27說明自兩個校準樣本擬合之反射率比率之結果的曲線，一校準樣本具有薄氧化物且一校準樣本具有較厚氧化物。

圖28A至圖28D說明污染物層反射率對薄氧化物樣本及厚氧化物樣本之反射率的影響的曲線。

圖29A至圖29L說明具有污染物層累積之各種樣本之反射率比率的曲線。

(無元件符號說明)

Claims

一種校準一獲得反射率資料之系統的方法，其包含：自一第一校準樣本獲得反射率資料，自一第二校準樣本獲得反射率資料，其中該第一校準樣本及該第二校準樣本中之至少一者的若干確切特性可與該等校準樣本之若干假設特性不同，且其中該第一校準樣本與該第二校準樣本之反射特性不同；及使用一基於自該第一校準樣本獲得之資料與自該第二校準樣本獲得之資料的比率，以便輔助校準該系統。
如請求項1之方法，其中自該第一校準樣本收集第一組反射率資料，該第一校準樣本在一需要校準之第一波長範圍中具有一校準誤差函數，且自該第二校準樣本收集第二組反射率資料，該第二校準樣本與標準樣本相比在該第一波長範圍中具有較少光譜特點。
如請求項2之方法，其中與該第二校準樣本上之一較薄氧化物相比，該第一校準樣本具有一較厚氧化物。
如請求項3之方法，其中該第一校準樣本包含一SiO₂ /Si結構且該第二校準樣本包含一SiO₂ /Si結構。
如請求項4之方法，其中該第二校準樣本上之該較薄氧化物為一原生氧化物膜。
如請求項1之方法，其中來自該第一校準樣本之該反射率資料已自來自該第二校準樣本之該反射率資料去耦合。
如請求項6之方法，其中與該第二校準樣本上之一較薄氧化物相比，該第一校準樣本具有一較厚氧化物。
如請求項6之方法，其中該第二校準樣本上之該較薄氧化物為一原生氧化物。
如請求項8之方法，其中該第一校準樣本包含一SiO₂ /Si結構且該第二校準樣本包含一SiO₂ /Si結構。
如請求項1之方法，其中與該第二校準樣本上之一較薄氧化物相比，該第一校準樣本具有一較厚氧化物。
如請求項10之方法，其中該第一校準樣本包含一SiO₂ /Si結構且該第二校準樣本包含一SiO₂ /Si結構。
如請求項10之方法，其中該第二校準樣本為一光譜上無特點的參考樣本。
如請求項10之方法，其中該第一校準樣本及該第二校準樣本之該等反射特性已自彼此去耦合，以致可基於該第一校準樣本及該第二校準樣本之所獲得的反射強度資料計算該第一校準樣本及該第二校準樣本中之至少一者的若干實際物理特性。
如請求項1之方法，其中該使用步驟進一步包含：組態一校準程序以使用來自該第一校準樣本之第一組反射率資料且至少部分地基於該第一組反射率資料而提供對該系統之一第一校準；及組態該校準程序以使用來自該第二校準樣本之第二組反射率資料，該第二組反射率資料具有比該第一組反射率資料少的特點。
如請求項1之方法，其中自該第一校準樣本獲得之該資料為強度資料，且自該第二校準樣本獲得之該資料為強度資料。
如請求項15之方法，其中自該第一校準樣本之強度資料及該第二校準樣本之強度資料獲得一反射率比率。
如請求項16之方法，其中經由利用該反射率比率獲得一源強度輪廓且藉由利用該源強度輪廓來校準一未知樣本之反射率。
一種校準一反射計之方法，其包含：提供一第一校準樣本及一第二校準樣本，其中該第一校準樣本及該第二校準樣本之反射特性不同；自該第一校準樣本收集第一組資料；自該第二校準樣本收集第二組資料；及使用該第一組資料之至少一部分與該第二組資料之至少一部分的一比率來確定該第一校準樣本與該第二校準樣本中之至少一者的一特性，以使得可校準來自一未知樣本的反射率資料。
如請求項18之方法，其中自該第一校準樣本獲得之該第一組資料包括強度資料且自該第二校準樣本獲得之該第二組資料包括強度資料。
如請求項19之方法，其中自該第一校準樣本之該強度資料及該第二校準樣本之該強度資料獲得一反射率比率。
如請求項20之方法，其中經由利用該反射率比率獲得一源強度輪廓且其中藉由利用該源強度輪廓來校準一未知樣本之反射率。
如請求項20之方法，其中預期該第一校準樣本及該第二校準樣本中之至少一者會展示出自其若干假設物理特性的若干變化。
如請求項22之方法，其中可為該第一校準樣本及該第二校準樣本中之至少一者獲得一實際反射率，預期該至少一者會展示出自其若干假設物理特性的若干變化。
如請求項23之方法，其中經由利用該實際反射率獲得一源強度輪廓且其中藉由利用該源強度輪廓來校準一未知樣本之反射率。
如請求項18之方法，其中預期該第一校準樣本及該第二校準樣本中之至少一者會展示出自其若干假設物理特性的若干變化。
如請求項25之方法，其中預期該第一校準樣本及該第二校準樣本兩者之該等假設物理特性會有若干變化。
如請求項25之方法，其中使用該第一校準樣本及該第二校準樣本的該至少一者的一假設反射率來計算一初始源強度輪廓，預期該至少一者會展示出自其若干假設物理特性的若干變化。
如請求項27之方法，其中使用該第一校準樣本及該第二校準樣本的該至少一者的一經計算實際反射率來計算一經重新計算之源強度輪廓，預期該至少一者會展示出自其若干假設物理特性的若干變化。
如請求項18之方法，其中來自該第一校準樣本之該第一組資料已自來自該第二校準樣本之該第二組資料去耦合。
如請求項18之方法，其中與該第二校準樣本上之一較薄氧化物相比，該第一校準樣本具有一較厚氧化物。
如請求項30之方法，其中該第一校準樣本包含一SiO₂ /Si結構且該第二校準樣本包含一SiO₂ /Si結構。
如請求項31之方法，其中該第二校準樣本上之該較薄氧化物為一原生氧化物。
一種校準一反射計之方法，其中該反射計在包括深紫外(DUV)波長以下之至少一些波長的波長處操作，該方法包含：提供一第一校準樣本及一第二校準樣本，其中該第一校準樣本及該第二校準樣本之若干反射特性不同；自一第一校準樣本收集第一組資料，該第一組資料包括對於在DUV波長以下之波長收集的至少一些強度資料；自該第二校準樣本收集第二組資料，該第二組資料包括對於在DUV波長以下之波長收集的至少一些強度資料；及使用一基於該第一組資料與該第二組資料之比率來確定該第一校準樣本及該第二校準樣本中之至少一者的一反射率，以便輔助在包括至少一些DUV波長的波長處校準該反射計。
如請求項33之方法，其中該第一校準樣本及該第二校準樣本之該等反射特性已自彼此去耦合，以致可基於該第一校準樣本及該第二校準樣本之已獲得的強度資料來計算該第一校準樣本及該二校準樣本中之至少一者的若干實際物理特性。
如請求項33之方法，其中：該比率係基於自該第一校準樣本獲得之強度與自該第二校準樣本獲得之強度的一比率，經由利用該比率獲得一源強度輪廓，且藉由利用該源強度輪廓來校準一未知樣本之反射率。
如請求項33之方法，其中：使用該第一校準樣本之一假設反射率及該第一組資料來計算一初始源強度輪廓，使用該第二組資料及該初始源強度輪廓來獲得該第二校準樣本之一反射率，利用該第一校準樣本之假設反射率與該第二校準樣本之該已獲得之反射率的一比率來確定該第一校準樣本之一實際特性，且使用該第一校準樣本之一反射率來獲得一經重新計算之源強度輪廓，該反射率係基於該經確定之實際特性。
如請求項36之方法，其中該第一校準樣本之該實際特性為一材料厚度。
如請求項33之方法，其中自該第一校準樣本之該強度資料及該第二校準樣本之該強度資料獲得一反射率比率。
如請求項38之方法，其中經由利用該反射率比率獲得一源強度輪廓且其中藉由利用該源強度輪廓來校準一未知樣本之反射率。
如請求項38之方法，其中預期該第一校準樣本及該第二校準樣本中之至少一者會展示出自其若干假設物理特性的若干變化。
如請求項40之方法，其中可為該第一校準樣本及該第二校準樣本中之至少一者獲得一實際反射率，預期該至少一者會展示出自其若干假設物理特性的若干變化。
如請求項41之方法，其中經由利用該實際反射率獲得一源強度輪廓且其中藉由利用該源強度輪廓來校準一未知樣本之反射率。
如請求項33之方法，其中預期該第一校準樣本及該第二校準樣本中之至少一者會展示出自其若干假設物理特性的若干變化。
如請求項33之方法，其中與該第二校準樣本上之一較薄氧化物相比，該第一校準樣本具有一較厚氧化物。
如請求項44之方法，其中該第一校準樣本包含一SiO₂ /Si結構且該第二校準樣本包含一SiO₂ /Si結構。
如請求項45之方法，其中該第二校準樣本上之該較薄氧化物為一原生氧化物。
一種校準一反射計之方法，其包含：提供三個或三個以上的校準樣本，其中該等校準樣本之反射特性彼此不同；自該等校準樣本之每一者收集一組經量測資料；及使用獨立於源強度I₀ 之該經量測資料的一組合來確定該等校準樣本中之至少一者的一特性以使得可校準來自一未知樣本之反射率資料。
如請求項47之方法，其中該等校準樣本中之一或多者具有一或多個污染物層，其中經由分析該經量測資料之該組合而確定該等污染物層之一或多個特性。
如請求項47之方法，其中自該等校準樣本收集之該資料包括強度資料。
如請求項49之方法，其中自該等校準樣本之該強度資料獲得一或多個反射率比率。
如請求項50之方法，其中該等校準樣本中之一或多者具有一或多個污染物層，其中經由分析該等反射率比率中之一或多者而確定該等污染物層之一或多個特性。
如請求項50之方法，其中經由利用該等反射率比率獲得一源強度輪廓且其中藉由利用該源強度輪廓來校準一未知樣本之反射率。
如請求項52之方法，其中藉由首先利用薄膜模型及一回歸分析來分析該等反射率比率以調整該等校準樣本中之一或多者的一或多個特性而獲得該源強度輪廓，且其中該分析之一結果用於導出該等校準樣本中之一或多者的一絕對反射率，其中該絕對反射率用於經由I₀ =I_cal /R_cal 獲得該源強度輪廓，其中藉由利用該經確定之源強度輪廓經由R=I_r /I₀ 來校準一未知樣本之一反射率。
如請求項49之方法，其中預期該等校準樣本中之至少一者會展示出自其若干假設物理特性的若干變化。
如請求項54之方法，其中可為該等校準樣本中之至少一者獲得一實際反射率，預期該至少一者會展示出自其若干假設物理特性的若干變化。
如請求項55之方法，其中經由利用該實際反射率獲得一源強度輪廓且其中藉由利用該源強度輪廓來校準一未知樣本之反射率。
如請求項47之方法，其中預期該等校準樣本中之至少一者會展示出自其若干假設物理特性的若干變化。
如請求項57之方法，其中預期所有該等校準樣本之該等假設物理特性會有若干變化。
如請求項57之方法，其中使用若干校準樣本的該至少一者的一假設反射率來計算一初始源強度輪廓，預期該至少一者會展示出自其若干假設物理特性的若干變化。
如請求項59之方法，其中使用該至少一校準樣本的一經計算之實際反射率來計算一經重新計算之源強度輪廓，預期該至少一校準樣本會展示出自其若干假設物理特性的若干變化。
如請求項47之方法，其中以一去耦合待確定之該等參數的效應之方式組合來自該等校準樣本之該等資料。
如請求項47之方法，其中該等三個或三個以上的校準樣本包含一具有一較薄膜之第一校準樣本、一具有一第一較厚膜之第二校準樣本及一具有一第二較厚膜之第三校準樣本，該第一較厚膜及該第二較厚膜為不同的膜。
如請求項62之方法，其中該第一校準樣本包含一薄SiO₂ 膜，該第二校準樣本包含一較厚SiO₂ 膜，該第三校準樣本則包含一較厚MgF₂ 膜。
如請求項63之方法，其中該第一校準樣本上之該薄SiO₂ 膜為一原生氧化物。
如請求項64之方法，其中將一或多個污染物層明確地模型化成該等校準樣本中之一或多者的部分，其中經由利用經量測資料之該組合而確定該等污染物層之一或多個特性。
如請求項65之方法，其中將一SiO₂ /Si介面層明確地模型化成該等校準樣本中之一或多者的部分。
如請求項66之方法，其中該SiO₂ /Si介面層厚度經預特徵化且在該校準期間保持固定。
如請求項65之方法，其中將一MgF₂ /Si介面層明確地模型化成該等校準樣本之部分。
如請求項68之方法，其中該MgF₂ /Si介面層厚度經預特徵化且在該校準期間保持固定。
如請求項47之方法，其中該等校準樣本中之一或多者具有一或多個污染物層，其中經由分析該經量測資料之該組合而確定該等污染物層之一或多個特性。
如請求項47之方法，其中自該等校準樣本收集之該資料包括強度資料。
如請求項71之方法，其中自該等校準樣本之該強度資料獲得一或多個反射率比率。
如請求項72之方法，其中該等校準樣本中之一或多者具有一或多個污染物層，其中經由分析該等反射率比率中之一或多者而確定該等污染物層之一或多個特性。
如請求項72之方法，其中經由利用該等反射率比率獲得一源強度輪廓且其中藉由利用該源強度輪廓來校準一未知樣本之反射率。
如請求項74之方法，其中藉由首先利用薄膜模型及一回歸分析來分析該等反射率比率以調整該等校準樣本中之一或多者的一或多個特性而獲得該源強度輪廓，且其中該分析之一結果用於導出該等校準樣本中之一或多者的一絕對反射率，其中該絕對反射率用於經由I₀ =I_cal /R_cal 獲得該源強度輪廓，其中藉由利用該經確定之源強度輪廓經由R=I_r /I₀ 來校準一未知樣本之一反射率。
如請求項72之方法，其中預期該等校準樣本中之至少一者會展示出自其若干假設物理特性的若干變化。
如請求項76之方法，其中可為該等校準樣本中之至少一者獲得一實際反射率，預期該至少一者會展示出自其若干假設物理特性的若干變化。
如請求項77之方法，其中經由利用該實際反射率獲得一源強度輪廓且其中藉由利用該源強度輪廓來校準一未知樣本之反射率。
如請求項47之方法，其中預期該等校準樣本中之至少一者會展示出自其若干假設物理特性的若干變化。
如請求項79之方法，其中預期所有該等校準樣本之該等假設物理特性會有若干變化。
如請求項79之方法，其中使用若干校準樣本之該至少一者的一假設反射率來計算一初始源強度輪廓，預期該至少一者會展示出自其若干假設物理特性的若干變化。
如請求項81之方法，其中使用該至少一校準樣本的一經計算之實際反射率來計算一經重新計算之源強度輪廓，預期該至少一校準樣本會展示出自其若干假設物理特性的若干變化。
如請求項47之方法，其中以一去耦合待確定之該等參數之效應的方式組合來自該等校準樣本之該等資料。
一種校準一反射計之方法，其中該反射計在包括在深紫外(DUV)波長以下之至少一些波長的波長處操作，該方法包含：提供複數個校準樣本，其中至少一些該等校準樣本之反射特性為不同的；自該等校準樣本收集資料組，其包括對於在DUV波長以下之波長收集的至少一些強度資料；及使用該等資料組的一獨立於一源強度I₀ 之組合來確定該等校準樣本中之至少一者的一反射率以輔助在包括在DUV波長以下之至少一些波長處校準該反射計。
如請求項84之方法，其中該等校準樣本中之一或多者具有一或多個污染物層，其中經由分析若干資料組之該組合而確定該等污染物層之一或多個特性。
如請求項84之方法，其中該等校準樣本之若干反射特性已自彼此去耦合以致可基於該等校準樣本之該等已獲得之強度資料來計算該等校準樣本中之至少一者的若干實際物理特性。
如請求項84之方法，其中：該等資料組之該組合包含自該等校準樣本獲得之若干強度的若干比率，經由利用該等比率獲得一源強度輪廓，及藉由利用該源強度輪廓來校準一未知樣本之反射率。
如請求項84之方法，其中：使用該等校準樣本之一第一校準樣本的一假設反射率及對應之資料組來計算一初始源強度輪廓，藉由使用對應之資料組及該初始源強度輪廓來獲得其他校準樣本中之一或多者的一反射率，利用該第一校準樣本之假設反射率與該等其他校準樣本中之一或多者的該已獲得之反射率之一比率來確定該第一校準樣本之一實際特性，及使用該第一校準樣本之一反射率來獲得一經重新計算之源強度輪廓，該反射率係基於該經確定之實際特性。
如請求項88之方法，其中該第一校準樣本之該實際特性為一材料厚度。
如請求項84之方法，其中自該等校準樣本之該等強度資料獲得若干反射率比率。
如請求項90之方法，其中該等校準樣本中之一或多者具有一或多個污染物層，其中經由分析該反射率比率而確定該等污染物層之一或多個特性。
如請求項90之方法，其中經由利用該等反射率比率獲得一源強度輪廓且其中藉由利用該源強度輪廓來校準一未知樣本之反射率。
如請求項90之方法，其中預期該等校準樣本中之一或多者會展示出自其若干假設物理特性的若干變化。
如請求項93之方法，其中可為該或該等校準樣本獲得一實際反射率，預期該或該等校準樣本會展示出自其若干假設物理特性的若干變化。
如請求項94之方法，其中經由利用該實際反射率獲得一源強度輪廓且其中藉由利用該源強度輪廓來校準一未知樣本之反射率。
如請求項84之方法，其中預期該等校準樣本中之一或多者會展示出自其若干假設物理特性的若干變化。
如請求項84之方法，其中提供三個或三個以上的校準樣本。
如請求項97之方法，其中該等三個或三個以上的校準樣本包含一具有一較薄膜之第一校準樣本、一具有一第一較厚膜之第二校準樣本及一具有一第二較厚膜之第三校準樣本，該第一較厚膜及該第二較厚膜為不同的膜。
如請求項98之方法，其中該第一校準樣本包含一薄SiO₂ 膜，該第二校準樣本包含一較厚SiO₂ 膜，且該第三校準樣本包含一較厚MgF₂ 膜。
如請求項99之方法，其中該第一校準樣本上之該薄SiO₂ 膜為一原生氧化物。
如請求項100之方法，其中將一或多個污染物層明確地模型化成該等校準樣本之三者或三者以上的部分，其中經由利用該等資料組之該組合而確定該等污染物層之一或多個特性。
如請求項101之方法，其中將一SiO₂ /Si介面層明確地模型化成該等校準樣本中之一或多者的部分。
如請求項102之方法，其中該SiO₂ /Si介面層厚度經預特徵化且在該校準期間保持固定。
如請求項101之方法，其中將一MgF₂ /Si介面層明確地模型化成該等校準樣本之部分。
如請求項104之方法，其中該MgF₂ /Si介面層厚度經預特徵化且在該校準期間保持固定。
如請求項84之方法，其中該等校準樣本中之一或多者具有一或多個污染物層，其中經由分析若干資料組之該組合而確定該等污染物層之一或多個特性。
如請求項84之方法，其中該等校準樣本之反射特性已自彼此去耦合以致可基於該等校準樣本之該等已獲得的強度資料來計算該等校準樣本中之至少一者的若干實際物理特性。
如請求項84之方法，其中：該等資料組之該組合包含自該等校準樣本獲得之若干強度比率，經由利用該等比率獲得一源強度輪廓，及藉由利用該源強度輪廓來校準一未知樣本之反射率。
如請求項84之方法，其中：使用該等校準樣本之一第一校準樣本的一假設反射率及該對應之資料組來計算一初始源強度輪廓，藉由使用該對應之資料組及該初始源強度輪廓來獲得該等其他校準樣本中之一或多者的一反射率，利用該第一校準樣本之假設反射率與該等其他校準樣本中之一或多者的該已獲得之反射率之一比率來確定該第一校準樣本之一實際特性，及使用該第一校準樣本之一反射率獲得一經重新計算之源強度輪廓，該反射率係基於該經確定之實際特性。
如請求項109之方法，其中該第一校準樣本之該實際特性為一材料厚度。
如請求項84之方法，其中自該等校準樣本之該等強度資料獲得若干反射率比率。
如請求項111之方法，其中該等校準樣本中之一或多者具有一或多個污染物層，其中經由分析該反射率比率而確定該等污染物層之一或多個特性。
如請求項111之方法，其中經由利用該等反射率比率獲得一源強度輪廓且其中藉由利用該源強度輪廓來校準一未知樣本之反射率。
如請求項111之方法，其中預期該等校準樣本中之一或多者會展示出自其若干假設物理特性的若干變化。
如請求項114之方法，其中可為該或該等校準樣本獲得一實際反射率，預期該或該等校準樣本會展示出自其若干假設物理特性的若干變化。
如請求項115之方法，其中經由利用該實際反射率獲得一源強度輪廓且其中藉由利用該源強度輪廓來校準一未知樣本之反射率。
如請求項84之方法，其中預期該等校準樣本中之一或多者會展示出自其若干假設物理特性的若干變化。