TWI531779B - 具有多個入射角及／或方位角之光學計量裝置及方法 - Google Patents

具有多個入射角及／或方位角之光學計量裝置及方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI531779B
TWI531779B TW103139438A TW103139438A TWI531779B TW I531779 B TWI531779 B TW I531779B TW 103139438 A TW103139438 A TW 103139438A TW 103139438 A TW103139438 A TW 103139438A TW I531779 B TWI531779 B TW I531779B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
sample
light
optical
angles
incident
Prior art date
Application number
TW103139438A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201522902A (zh
Inventor
莊 劉
緒方 李
Original Assignee
耐諾股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 耐諾股份有限公司 filed Critical 耐諾股份有限公司
Publication of TW201522902A publication Critical patent/TW201522902A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI531779B publication Critical patent/TWI531779B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/245—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using a plurality of fixed, simultaneously operating transducers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211—Ellipsometry
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70605—Workpiece metrology
    • G03F7/70616—Monitoring the printed patterns
    • G03F7/70625—Dimensions, e.g. line width, critical dimension [CD], profile, sidewall angle or edge roughness
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70605—Workpiece metrology
    • G03F7/70616—Monitoring the printed patterns
    • G03F7/70633—Overlay, i.e. relative alignment between patterns printed by separate exposures in different layers, or in the same layer in multiple exposures or stitching
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211—Ellipsometry
    • G01N2021/213—Spectrometric ellipsometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211—Ellipsometry
    • G01N2021/214—Variangle incidence arrangement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N2021/4704—Angular selective
    • G01N2021/4711—Multiangle measurement

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

具有多個入射角及/或方位角之光學計量裝置及方法
本發明係關於一種光學計量，且更特定言之，本發明係關於一種具有多個入射角及/或方位角之光學計量。
半導體產業以及其他複雜奈米技術程序產業在程序控制中需要非常嚴格容限。隨著晶片之尺寸不斷縮小，容限要求亦變得日益嚴格。相應地，期望量測非常小尺寸(例如約數奈米)之新的更精確方式。就此尺度而言，典型顯微術(諸如光學顯微術或掃描電子顯微術)不適合於獲得所要精確度或進行亦為所要之快速非侵入式量測。
已提出光學計量技術作為一解決方案。光學計量技術之基本原理為自一目標反射及/或散射光且量測所得光。所接收之信號可僅基於來自樣本之光之反射率或由樣本導致之光之偏振態變化(Psi,Delta)。光可經模型化以擷取經照射樣本之幾何形狀或其他所要參數。
隨著半導體裝置之嚴格尺寸之持續縮小及產業朝向3D裝置結構發展，用於量測裝置結構參數之光學計量歸因於缺少參數敏感度或強參數相關性而面臨越來越多的挑戰。因此，可期望光學計量之持續改良。
一種光學計量裝置同時偵測具有多個入射角(AOI)及/或多個方位角之光以判定一樣本之至少一參數。計量裝置使用具有一大數值孔徑(例如，0.2至0.9)之一光學系統使光聚焦在樣本上。藉由使自樣本反射之光行進穿過一光瞳板中之複數個光瞳而同時選擇具有多個AOI及/或多個方位角之多個通道。例如，使用一或多個分光光度計偵測由複數個光瞳產生之細光束以產生多個AOI及/或多個方位角之資料。接著，可處理多個AOI及/或多個方位角之資料以判定樣本之至少一參數，諸如輪廓參數或疊對誤差。
在一實施方案中，一種光學計量裝置包含：一光源，其產生一光束；一光學系統，其使光束聚焦成一樣本上之一光點，該光學系統具有範圍自0.2至0.9之一數值孔徑；一光瞳板，其具有同時接收與樣本相互作用之後之光束的複數個光瞳，其中光束之一部分作為一細光束行進穿過複數個光瞳之各者，該複數個光瞳經配置以產生呈複數個入射角及方位角之至少一者之細光束；至少一偵測器，其經定位以接收細光束；及一處理器，其經耦合以自至少一偵測器接收複數個入射角及方位角之至少一者之資料，該處理器經組態以基於複數個入射角及方位角之至少一者之資料判定樣本之至少一參數。
在一實施方案中，一種方法包含：產生一光束；使用具有範圍自0.2至0.9之一數值孔徑的一光學系統使光束聚焦為入射在一樣本上之一光點上；藉由在光束與樣本相互作用之後，使光束行進穿過一光瞳板中之複數個光瞳而同時選擇具有不同入射角及不同方位角之至少一者之多個通道以產生具有不同入射角及不同方位角之至少一者之複數個細光束；偵測複數個細光束以產生不同入射角及不同方位角之至少一者之資料；及處理不同入射角及不同方位角之至少一者之資料以判定樣本之至少一參數。
在一實施方案中，一種光學計量裝置包含：一光源，其產生一 光束；一光學系統，其使光束聚焦成一樣本上之一光點，該光學系統具有範圍自0.2至0.9之一數值孔徑；一通道選擇器，其經組態以接收與樣本相互作用之後之光束且同時選擇具有不同入射角及不同方位角之至少一者之多個通道；至少一偵測器，其經定位以偵測多個通道以產生不同入射角及不同方位角之至少一者之資料；及一處理器，其經耦合以自至少一偵測器接收資料，該處理器經組態以基於不同入射角及不同方位角之至少一者之資料判定樣本之至少一參數。
100‧‧‧光學計量裝置
101‧‧‧樣本
102‧‧‧光源
104‧‧‧準直光束
106‧‧‧光學系統/單透鏡
108‧‧‧偏光器狀態控制器/偏光狀態控制器
110‧‧‧集光光學系統/單折射透鏡
112‧‧‧光瞳板
112’‧‧‧光瞳板
112”‧‧‧光瞳板
112'''‧‧‧光瞳板
114‧‧‧光瞳
114’‧‧‧光瞳
114”‧‧‧光瞳
114'''‧‧‧光瞳
116‧‧‧細光束
116A‧‧‧細光束
116B‧‧‧細光束
116C‧‧‧細光束
117A‧‧‧折疊式鏡
117B‧‧‧折疊式鏡
118‧‧‧偏光狀態分析器
120‧‧‧偵測器
120A‧‧‧偵測器
120B‧‧‧偵測器
120C‧‧‧偵測器
130‧‧‧電腦
132‧‧‧處理器
134‧‧‧記憶體
138‧‧‧顯示器
140‧‧‧輸入裝置
142‧‧‧非暫時性電腦可用媒體/電腦可讀儲存媒體
144‧‧‧通信埠
206‧‧‧反射光學系統/聚焦光學系統
207‧‧‧鏡
208‧‧‧鏡
210‧‧‧反射光學系統/集光光學系統
211‧‧‧鏡
212‧‧‧鏡
300‧‧‧垂直入射光學計量裝置
302‧‧‧光源
305‧‧‧光束分離器
306‧‧‧透鏡
308‧‧‧偏光器狀態控制器
312‧‧‧光瞳板
320‧‧‧偵測器
422‧‧‧透鏡
424‧‧‧單獨分光光度計系統
426‧‧‧反射元件
427‧‧‧反射元件
428‧‧‧波長散射元件
430‧‧‧CCD陣列
602‧‧‧步驟
604‧‧‧步驟
606‧‧‧步驟
608‧‧‧步驟
610‧‧‧步驟
OA‧‧‧光軸
圖1A及圖1B圖解說明一光學計量裝置之一側視圖及俯視圖，該光學計量裝置藉由同時選擇具有不同入射角及/或不同方位角之多個通道而量測樣本之一或多個參數。
圖2、圖3、圖4及圖5圖解說明一通道選擇器之不同實施例，該通道選擇器為具有經配置以選擇不同入射角及/或不同方位角之複數個光瞳的一光瞳板之形式。
圖6係使用具有通道選擇器之一反射光學系統的一光學計量裝置之一部分之一側視圖。
圖7係圖解說明能夠同時選擇多個通道的一垂直入射光學計量裝置之一側視圖。
圖8係一光學計量裝置之一側視圖，該光學計量裝置類似於圖1A中所示之光學計量裝置且使用複數個單獨偵測器。
圖9圖解說明複數個偵測器之一組態。
圖10圖解說明具有複數個分光光度計的一單個偵測器之一組態。
圖11圖解說明具有一單個分光光度計及一二維CCD陣列之一單個偵測器之一組態。
圖12係使用一光學計量裝置的一方法之一流程圖，該光學計量 裝置能夠同時選擇具有不同AOI及/或不同方位角之多個通道以判定一樣本之一特性。
圖1A圖解說明一光學計量裝置100之一側視圖，該光學計量裝置100使用複數個入射角(AOI)來量測樣本101之一或多個參數。計量裝置100包含一光源102，該光源102產生沿一光軸(圖解說明為線OA)之一經準直光束104。線OA與晶圓法線之間的角度可在(例如)自10度至75度之範圍中。光源102可係產生複數個波長之一寬頻光源(例如，一氙弧燈、一氘燈、一雷射驅動光源等)，且可用以產生具有190nm至3500nm之一範圍之光。然而，若期望，則光源102可產生一單波長或多個離散波長。光束104使用光學系統106(圖解說明為一單透鏡106，但可使用多透鏡)聚焦成樣本101上之一光點。此外，儘管圖1A圖解說明一折射光學系統之使用，然而可使用一反射光學系統或折射及反射光學系統之一組合。光學系統106具有一大數值孔徑(NA)，例如，該數值孔徑範圍可自0.2至0.9，其對應於光束23°至128°之一全錐角。計量裝置100可包含一偏光器狀態控制器108，光束104在入射在(例如)位於光源102與光學系統106之間的樣本101上之前行進穿過該偏光器狀態控制器108。偏光狀態控制器108可包含一偏光器，及(若需要)一補償器，其等之任一者或兩者係可旋轉的。
在集光側上，即在光束104入射在樣本101上且與樣本101相互作用之後，用集光光學系統110(再次圖解說明為一單折射透鏡110)準直光束104，但可使用多個透鏡(反射及/或折射)。一多通道選擇器用於收集多個AOI及/或方位角資料。多通道選擇器可係(例如)一光瞳板112，該光瞳板112包含經配置以選擇所要通道(例如，多個入射角)之複數個光瞳114。藉由行進穿過光瞳114之經準直光束104之一部分選擇通道以針對各通道形成一單獨細光束116。各細光束116(即，選定 通道)對應於一不同小圓錐角之入射及反射光。圖1A藉由樣本101與光瞳板112之間之虛線圖解說明對應於各細光束116之圓錐角。如圖1A中所圖解說明，藉由一或多個偵測器120(其可係一分光計)偵測對應於不同入射角之細光束116。若需要，可使用多個偵測器，例如藉由一不同偵測器偵測各細光束116。若需要，可將一偏光狀態分析器118提供在集光側，例如，在樣本101與偵測器120之間。
圖1B圖解說明光學計量裝置100之一俯視圖且類似於圖1A，但圖解說明使用複數個方位角量測樣本101之光學計量裝置100。因此，若需要，計量裝置100之光瞳板112可包含複數個光瞳，該複數個光瞳經配置以同時選擇對應於複數個AOI(如圖1A中所圖解說明)及複數個方位角(如圖1B中所圖解說明)之通道。若需要，AOI之數目及方位角之數目可經組態為相同或不同。然而，若需要，光瞳板112可經組態以將選定改變限制於僅多個AOI或僅方位角。
一或多個偵測器120同時偵測對應於選定通道之各細光束。因此，一或多個偵測器120產生對應於各選定AOI及/或各選定方位角之複數個資料組。一或多個偵測器120經耦合以將複數個資料組提供至一電腦130，該電腦130包含一處理器132(其具有記憶體134)以及一使用者介面(其包含例如一顯示器138及輸入裝置140)。具有所體現之電腦可讀程式碼之一非暫時性電腦可用媒體142可由電腦130使用以導致處理器控制計量裝置100及執行包含本文中描述之分析之功能。用於自動實施【實施方式】中所描述之一或多個動作之資料結構及軟體程式碼可由一般技術者根據本揭示內容而實施，且(例如)被儲存於一電腦可讀儲存媒體142上，該電腦可讀儲存媒體142可為可儲存供諸如處理器132之一電腦系統使用之程式碼及/或資料之任何裝置及媒體。電腦可用媒體142可係(但不限於)磁性及光學儲存裝置，諸如硬碟機、磁帶、光碟及DVD(數位多功能光碟或數位視訊光碟)。一通信埠144 亦可用於接收用於程式化電腦130以執行本文中所描述功能之任一或多者之指令，且可表示諸如至網際網路或任何其他電腦網路之任何類型之通信連接。此外，本文中描述之功能可完全或部分體現於一特殊應用積體電路(ASIC)或一可程式化邏輯裝置(PLD)之電路內，且該等功能可以一電腦可理解之描述符語言體現，該描述符語言可用於建立如本文中所描述般操作之一ASIC或PLD。
圖2藉由實例圖解說明圖1A及圖1B中圖解說明之光瞳板112之一平面圖，該光瞳板112包含經組態以同時選擇複數個AOI及複數個方位角之複數個光瞳114。圖3藉由實例圖解說明光瞳板112’之另一實例之一平面圖，該光瞳板112’包含經組態以同時選擇複數個AOI之複數個光瞳114’。圖4圖解說明光瞳板112”之另一實施例之一平面圖，該光瞳板112”包含經組態以同時選擇複數個方位角之複數個光瞳114”。如圖2、圖3及圖4中所圖解說明，光瞳板112經組態以同時選擇三個AOI及/或三個方位角。然而，若需要，可選擇額外AOI及/或方位角。圖5藉由實例圖解說明光瞳板112'''之另一實施例之一平面圖，該光瞳板112'''包含足以同時選擇五個AOI及不同AOI處之不同數目之方位角(例如，中心AOI位置(AOIcenter)處之五個方位角，及+1及-1 AOI位置(AOI+1及AOI-1))處之三個方位角，及+2及-2 AOI位置(AOI+2及AOI-2)處之一方位角)之數個光瞳114'''。若需要，可使用此等光瞳之一子組或額外光瞳114可包含在光瞳板中，(例如)具有與各AOI相關聯之多個方位角。
如上文論述，可使用一反射光學系統使光束聚焦成樣本101上之一光點。圖6藉由實例圖解說明光學計量裝置100中的光束路徑之一部分，其中使用包含鏡207及208之一反射光學系統206使光束104聚焦至樣本101上。使用包含鏡211及212之反射光學系統210準直與樣本101相互作用之後且在光瞳板112之前之光束104。類似於上文關於圖1A 論述之光學系統106及110，聚焦光學系統206及集光光學系統210具有(例如)範圍自0.2至0.9或(在另一實施例中)具有大於23°之一全錐角之一大的NA。因此，應了解可使用任何類型之聚焦及集光光學系統。
此外，儘管圖1A及圖1B圖解說明使用傾斜入射光量測複數個AOI及方位角之光學計量裝置100，然而亦可使用垂直入射光。圖7藉由實例圖解說明一垂直入射光學計量裝置300(其可係(例如)一反射計)，其包含用作為一多通道選擇器之一光瞳板312。光學計量裝置300包含一光源302，該光源302產生沿一光軸(圖解說明為線OA)之一經準直光束304。如上文所論述，光源302可係一寬頻光源。光束304行進穿過一偏光器狀態控制器308，該偏光器狀態控制器308可係一偏光器。一光束分離器305將光束304之至少一部分朝樣本101及一透鏡306或一系列透鏡引導，其中一大的NA使光聚焦在樣本101上。自樣本反射之光由透鏡306接收，該透鏡306準直該光且該經準直光由該光束分離器305接收。光束分離器305將反射光之至少一部分引導至光瞳板312，該光瞳板312包含經配置以選擇所要通道(例如，多個入射角)之複數個光瞳314。如圖7中所圖解說明，光學計量裝置300之光軸OA垂直入射在樣本101上，且因此儘管有使用光瞳板312量測多個入射角之能力，光學計量裝置300仍被稱作為一垂直入射光學計量裝置。光瞳板312中之各光瞳314使經準直光束304之一部分穿過以形成一細光束316。各細光束316對應於一不同小圓錐角之入射及反射光。圖7中藉由樣本101與光瞳板114之間的虛線圖解說明對應於各細光束316之圓錐角。藉由一或多個偵測器320偵測對應於不同入射角之細光束。
如上文參考圖1A所論述，可藉由一或多個偵測器120偵測對應於不同入射角之細光束116。圖8係光學計量裝置100之一側視圖，其類似於圖1A中所示之光學計量裝置(相同指示元件係相同的)但包含複數個偵測器120A、120B及120C。如圖8中所圖解說明，各偵測器 120A、120B及120C同時偵測一不同細光束116。複數個偵測器120A、120B及120C可將其各自資料提供至圖1A中所示之電腦130。
圖9圖解說明用於使用複數個偵測器120A、120B及120C偵測複數個細光束116之一組態。如所圖解說明，光束104之部分行進穿過光瞳板112之光瞳114以產生細光束116A、116B及116C。細光束116B係由偵測器120B接收，而細光束116A及116C可在分別由偵測器120A及120C接收之前入射在折疊式鏡117A及117B上。
圖10圖解說明用於偵測複數個細光束116之另一組態。圖10圖解說明包含複數個分光光度計系統之一單個偵測器120，該分光光度計系統包含單獨CCD陣列。如所圖解說明，可使用一透鏡422將細光束116聚焦在偵測器120中之孔徑上。各細光束116係由一單獨分光光度計系統424接收，該單獨分光光度計系統424被圖解說明為具有數個反射元件426及427、波長散射元件428及一CCD陣列430。因此，各CCD陣列330自一不同細光束116接收光譜，使得可使用提供至電腦130(在圖1A中展示)之所得資料快速且有效地處理藉由細光束116表示之各通道。
圖11圖解說明用於偵測複數個細光束116之另一組態。圖11圖解說明包含一單個偵測器120，該單個偵測器120包含具有一單個二維CCD陣列之一單個分光光度計系統。如所圖解說明，可使用數個透鏡522使細光束116聚焦在偵測器120中之孔徑上。一分光光度計系統524包含(例如)一透鏡526、一波長散射元件528及一二維CCD陣列530。如圖11中所圖解說明，各細光束116同時被CCD陣列530接收且所得資料被提供至電腦130(在圖1A中展示)。
圖12係使用一光學計量裝置的一方法之一流程圖，該光學計量裝置能夠同時選擇具有不同AOI及/或不同方位角之多個通道以判定一樣本之一特性。如所圖解說明，光學計量裝置產生一光束(602)，該 光束可係一寬頻光或單波長。使用具有範圍自0.2至0.9之一數值孔徑的一光學系統使光束聚焦為入射在一樣本上之一光點上。藉由實例，光學系統可具有一數值孔徑，該數值孔徑產生具有大於23°之一全錐角之光。同時選擇多個通道；藉由在光束與樣本相互作用之後，使光束行進穿過一光瞳板中之複數個光瞳，而使該多個通道具有不同入射角及不同方位角之至少一者(606)。因此，產生複數個細光束，其等具有不同入射角及不同方位角之至少一者。若需要，可使用第一數個光瞳產生呈複數個入射角之細光束，且可使用第二複數個光瞳產生呈複數個方位角之細光束。偵測複數個細光束以產生不同入射角及不同方位角之至少一者之資料(608)。例如，可使用單獨偵測器或具有單獨分光光度計系統之一單個偵測器或具有一二維CCD陣列之一單個分光光度計系統偵測細光束。接著，可處理不同入射角及不同方位角之至少一者之資料以判定樣本之至少一參數，該參數接著可儲存在記憶體134(圖1A)或其他儲存器中。例如，可處理不同入射角及不同方位角之至少一者之資料以判定樣本之輪廓參數及疊對誤差之至少一者。光可傾斜入射在樣本上，且光束在光束與樣本相互作用之後且在同時選擇多個通道之前被準直。或者，光之光軸可垂直入射在樣本上。光學計量裝置可係一橢圓偏光計或一反射計，且可在光束入射在樣本上之前使該光束偏光且可在光束與樣本相互作用之後，使用一偏光器分析該光束。
分析由光學計量裝置100獲得之計量資料之程序可(例如)根據經量測之參數或若干參數之類型及樣本之組態而改變。在一實施例中，例如，樣本可包含一繞射結構，其中藉由自各入射角及/或方位角之該繞射結構偵測零階繞射而獲得光學計量資料。然而，若期望，則亦可偵測額外階(例如±1階)之繞射。可分析呈原始資料格式或其他經轉換或經變換格式(例如線性組合、主分量等等)之光學計量資料。樣本 結構可包含二維線或三維結構。繞射結構之輪廓參數可(例如)包含線、孔或島狀物之一形狀、該繞射結構之線寬或線長、高度及壁角，及疊對位移。或者，該等參數可(例如)係樣本上之一或多個薄膜之一光學指數及薄膜厚度之至少一者。或者，可分析計量資料以判定疊對誤差，例如其中樣本101包含疊對結構。
在一實施例中，光學計量資料之分析可使用即時迴歸，其中藉由即時計算比較量測資料與所計算資料且藉由一非線性迴歸方法判定參數，該非線性迴歸方法係最小化量測資料與所計算資料之間的均方誤差(MSE)之一最佳化程序。即時計算可包含嚴格耦合波分析(RCWA)法、有限元素法、有限差分法及機器學習法。在另一實施例中，可藉由一資料庫或函數庫方法完成光學計量資料之分析。可比較光學計量資料與包含複數個函數之一資料庫或函數庫，其中該等函數之各者對應於樣本之一或多個參數及光學計量資料，該一或多個參數及該光學計量資料可經組合或單獨地與參考資料庫或函數庫比較。
可存在資料分析中判定參數之不同方式。在一情況中，在單步驟分析中判定全部參數，其中同時分析全部計量資料。在另一情況中，可使用多個步驟之分析，且對於各步驟，可由部分資料組判定部分參數。資料分析亦可包含針對不同計量資料組使用不同權重以增強參數敏感度或減弱參數相關性。
雖然已為指導目的而結合特定實施例圖解說明本揭示內容，但本發明不限於此。可在不脫離本發明之範疇之情況下進行實施例之各種調適、修改及組合。因此，隨附申請專利範圍之精神及範疇不應受限於先前描述。
100‧‧‧光學計量裝置
101‧‧‧樣本
102‧‧‧光源
104‧‧‧經準直光束
106‧‧‧光學系統/單透鏡
108‧‧‧偏光器狀態控制器/偏光狀態控制器
110‧‧‧集光光學系統/單折射透鏡
112‧‧‧光瞳板
114‧‧‧光瞳
116‧‧‧細光束
118‧‧‧偏光狀態分析器
120‧‧‧偵測器
130‧‧‧電腦
132‧‧‧處理器
134‧‧‧記憶體
138‧‧‧顯示器
140‧‧‧輸入裝置
142‧‧‧非暫時性電腦可用媒體/電腦可讀儲存媒體
144‧‧‧通信埠
OA‧‧‧光軸

Claims (29)

  1. 一種光學計量裝置，其包括：一光源，其產生一光束；一光學系統，其使該光束聚焦成一樣本上之一光點，該光學系統具有範圍自0.2至0.9之一數值孔徑；一光瞳板，其具有同時接收與該樣本相互作用之後之該光束之複數個光瞳，其中該光束之一部分作為一細光束行進穿過該複數個光瞳之各者，該複數個光瞳經配置以產生呈複數個入射角及方位角之至少一者之細光束；至少一偵測器，其經定位以接收該等細光束；及一處理器，其經耦合以自該至少一偵測器接收該複數個入射角及方位角之至少一者之資料，該處理器經組態以基於該複數個入射角及方位角之至少一者之該資料判定該樣本之至少一參數。
  2. 如請求項1之光學計量裝置，其中該光學系統產生具有一全錐角之光，該全錐角係至少23°。
  3. 如請求項1之光學計量裝置，其進一步包括一偏光器狀態控制器，該光束在入射在該樣本上之前行進穿過該偏光器狀態控制器。
  4. 如請求項1之光學計量裝置，其進一步包括一偏光狀態分析器，該光束之至少一部分在入射在該樣本上之後行進穿過該偏光狀態分析器。
  5. 如請求項1之光學計量裝置，其中該光束傾斜入射在該樣本上。
  6. 如請求項5之光學計量裝置，其進一步包括接收與該樣本相互作用之後之該光束之一第二光學系統，該第二光學系統位於該樣 本與該光瞳板之間。
  7. 如請求項1之光學計量裝置，其中該光束之一光軸垂直入射在該樣本上，其中該光束在與該樣本相互作用之後往回行進穿過該光學系統，該光學計量裝置進一步包括光學定位在該光學系統與該光瞳板之間之一光束分離器。
  8. 如請求項1之光學計量裝置，其中該複數個光瞳包括用以產生呈複數個入射角之細光束之第一複數個光瞳及用以產生呈複數個方位角之細光束之第二複數個光瞳。
  9. 如請求項1之光學計量裝置，其中該至少一偵測器包括接收該複數個細光束之複數個單獨偵測器。
  10. 如請求項1之光學計量裝置，其中該至少一偵測器包括具有接收該複數個細光束之複數個分光光度計系統的一單個偵測器。
  11. 如請求項1之光學計量裝置，其中該至少一偵測器包括具有一分光光度計系統的一單個偵測器，該分光光度計系統具有同時接收該複數個細光束之一二維CCD陣列。
  12. 如請求項1之光學計量裝置，其中該樣本之該至少一參數包括輪廓參數及疊對誤差之至少一者。
  13. 一種光學計量方法，其包括：產生一光束；使用具有範圍自0.2至0.9之一數值孔徑之一光學系統使該光束聚焦為入射在一樣本上之一光點上；同時選擇多個通道，藉由在該光束與該樣本相互作用之後，使該光束行進穿過一光瞳板中之複數個光瞳而使該多個通道具有不同入射角及不同方位角之至少一者，以產生具有不同入射角及不同方位角之該至少一者之複數個細光束；偵測該複數個細光束以產生不同入射角及不同方位角之該至 少一者之資料；及處理不同入射角及不同方位角之該至少一者之該資料以判定該樣本之至少一參數。
  14. 如請求項13之方法，其中該光學系統產生具有一全錐角之光，該全錐角係至少23°。
  15. 如請求項13之方法，其進一步包括在該光束入射在該樣本上之前使該光束偏光。
  16. 如請求項13之方法，其進一步包括使用一偏光器分析與該樣本相互作用之後之該光束。
  17. 如請求項13之方法，其中使該光束聚焦為傾斜入射在該樣本上。
  18. 如請求項17之方法，其進一步包括在該光束與該樣本相互作用之後且在同時選擇多個通道之前準直該光束。
  19. 如請求項13之方法，其中該光束之一光軸垂直入射在該樣本上。
  20. 如請求項13之方法，其中該複數個光瞳包括用以產生呈複數個入射角之細光束之第一複數個光瞳及用以產生呈複數個方位角之細光束之第二複數個光瞳。
  21. 如請求項13之方法，其中偵測該複數個細光束以產生資料包括：使用一單獨偵測器偵測各細光束。
  22. 如請求項13之方法，其中偵測該複數個細光束以產生資料包括：使用一單個偵測器中之一單獨分光光度計系統偵測各細光束。
  23. 如請求項13之方法，其中偵測該複數個細光束以產生資料包括：使用一單個偵測器中具有一二維CCD陣列之一單個分光光度計系統同時偵測各細光束。
  24. 如請求項13之方法，其中該樣本之至少一參數包括輪廓參數及疊對誤差之至少一者。
  25. 一種光學計量裝置，其包括：一光源，其產生一光束；一光學系統，其使該光束聚焦成一樣本上之一光點，該光學系統具有範圍自0.2至0.9之一數值孔徑；一通道選擇器，其經組態以接收與該樣本相互作用之後之該光束且同時選擇具有不同入射角及不同方位角之至少一者的多個通道；至少一偵測器，其經定位以偵測該多個通道以產生不同入射角及不同方位角之該至少一者之資料；及一處理器，其經耦合以自該至少一偵測器接收該資料，該處理器經組態以基於不同入射角及不同方位角之該至少一者之該資料判定該樣本之至少一參數。
  26. 如請求項25之光學計量裝置，其中該光學系統產生具有一全錐角之光，該全錐角係至少23°。
  27. 如請求項25之光學計量裝置，其中該光學計量裝置係一橢圓偏光計及一垂直入射反射計之一者。
  28. 如請求項25之光學計量裝置，其中該通道選擇器包括：第一複數個光瞳，其等經配置以發射具有複數個入射角之光；及第二複數個光瞳，其等經配置以發射具有複數個方位角之光。
  29. 如請求項25之光學計量裝置，其中該樣本之該至少一參數包括輪廓參數及疊對誤差之至少一者。
TW103139438A 2013-12-04 2014-11-13 具有多個入射角及／或方位角之光學計量裝置及方法 TWI531779B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/097,005 US9115987B2 (en) 2013-12-04 2013-12-04 Optical metrology with multiple angles of incidence and/or azimuth angles

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201522902A TW201522902A (zh) 2015-06-16
TWI531779B true TWI531779B (zh) 2016-05-01

Family

ID=52232390

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103139438A TWI531779B (zh) 2013-12-04 2014-11-13 具有多個入射角及／或方位角之光學計量裝置及方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9115987B2 (zh)
TW (1) TWI531779B (zh)
WO (1) WO2015084543A1 (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016124345A1 (en) * 2015-02-04 2016-08-11 Asml Netherlands B.V. Metrology method, metrology apparatus and device manufacturing method
US10545104B2 (en) * 2015-04-28 2020-01-28 Kla-Tencor Corporation Computationally efficient X-ray based overlay measurement
CN105403514B (zh) * 2015-11-25 2018-09-18 福州大学 一种多波长入射单发椭偏测量方法
US9921104B2 (en) * 2016-06-11 2018-03-20 Kla-Tencor Corporation Simultaneous multi-angle spectroscopy
CN106052573B (zh) * 2016-07-26 2019-04-16 中国电子科技集团公司第十三研究所 校准椭偏仪的膜厚样片、检验样片及其检验方法
TWI689721B (zh) * 2017-02-17 2020-04-01 特銓股份有限公司 基於利用光學技術掃描透明板材表面污染之方法及其系統
CN108801930B (zh) * 2018-05-30 2020-09-08 华中科技大学 一种高时间分辨率的穆勒矩阵椭偏测量装置与方法
US10746530B2 (en) * 2018-12-07 2020-08-18 Onto Innovation Inc. Optical metrology device for measuring samples having thin or thick films
US11035790B2 (en) * 2018-12-31 2021-06-15 Industrial Cooperation Foundation Chonbuk National University Inspection apparatus and inspection method
US11043239B2 (en) 2019-03-20 2021-06-22 Kla Corporation Magneto-optic Kerr effect metrology systems
US11162897B2 (en) 2019-05-15 2021-11-02 Onto Innovation Inc. Optical metrology device using numerical aperture reduction
US20200398493A1 (en) * 2019-06-19 2020-12-24 Avana Technologies, Inc. Systems and methods for 3d printing using a correction layer
US11346768B1 (en) * 2020-12-02 2022-05-31 Onto Innovation Inc. Vortex polarimeter

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10507833A (ja) 1994-10-21 1998-07-28 サーマ−ウェイブ・インク 分光偏光解析装置
EP0979398B1 (en) 1996-06-04 2012-01-04 KLA-Tencor Corporation Optical scanning system for surface inspection
US5889593A (en) 1997-02-26 1999-03-30 Kla Instruments Corporation Optical system and method for angle-dependent reflection or transmission measurement
US6859278B1 (en) 2001-01-16 2005-02-22 J.A. Woollam Co. Inc. Multi-AOI-system for easy changing angles-of-incidence in ellipsometer, polarimeter and reflectometer systems
JP2001004534A (ja) 1999-06-16 2001-01-12 Nec Corp 薄膜分子配向評価法及び評価装置並びに記録媒体
DE10021378A1 (de) * 2000-05-02 2001-11-08 Leica Microsystems Optische Messanordnung mit einem Ellipsometer
US6798512B2 (en) 2001-08-09 2004-09-28 Therma-Wave, Inc. Multiple beam ellipsometer
US7046376B2 (en) 2002-07-05 2006-05-16 Therma-Wave, Inc. Overlay targets with isolated, critical-dimension features and apparatus to measure overlay
US7068363B2 (en) 2003-06-06 2006-06-27 Kla-Tencor Technologies Corp. Systems for inspection of patterned or unpatterned wafers and other specimen
US7483133B2 (en) 2004-12-09 2009-01-27 Kla-Tencor Technologies Corporation. Multiple angle of incidence spectroscopic scatterometer system
FR2880129B1 (fr) 2004-12-24 2007-04-20 Ecole Polytechnique Etablissem Caracterisation metrologique de circuits de microelectronique
US7345825B2 (en) * 2005-06-30 2008-03-18 Kla-Tencor Technologies Corporation Beam delivery system for laser dark-field illumination in a catadioptric optical system
US7561282B1 (en) 2006-03-27 2009-07-14 Kla-Tencor Technologies Corporation Techniques for determining overlay and critical dimension using a single metrology tool
US7463369B2 (en) * 2006-03-29 2008-12-09 Kla-Tencor Technologies Corp. Systems and methods for measuring one or more characteristics of patterned features on a specimen
WO2008013909A2 (en) * 2006-07-27 2008-01-31 Rudolph Technologies, Inc. Multiple measurement techniques including focused beam scatterometry for characterization of samples
US8040511B1 (en) 2008-01-29 2011-10-18 Kla-Tencor Corporation Azimuth angle measurement
US8456639B2 (en) * 2011-07-01 2013-06-04 Kla-Tencor Corporation Measurement of critical dimension
US9952140B2 (en) * 2012-05-29 2018-04-24 Kla-Tencor Corporation Small spot size spectroscopic ellipsometer

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015084543A1 (en) 2015-06-11
TW201522902A (zh) 2015-06-16
US20150153165A1 (en) 2015-06-04
US9115987B2 (en) 2015-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI531779B (zh) 具有多個入射角及／或方位角之光學計量裝置及方法
TWI659204B (zh) 光譜光束分佈度量
TWI703415B (zh) 度量系統及方法
TWI477758B (zh) 離散偏光排列角散射儀、一散射儀之光學子系統及散射量測方法
US8009292B2 (en) Single polarizer focused-beam ellipsometer
US9921104B2 (en) Simultaneous multi-angle spectroscopy
TW201734417A (zh) 用於擴展之紅外線光譜橢偏量測之系統及方法
JP2020500289A (ja) 高アスペクト比構造測定のための赤外分光反射計
US11137350B2 (en) Mid-infrared spectroscopy for measurement of high aspect ratio structures
TWI811832B (zh) 能夠判定樣本之特性的光學計量裝置以及使用光學計量裝置特徵化樣本之方法
JP2021518565A (ja) 瞬時的エリプソメータ又は光波散乱計及び関連する測定方法
JP5698863B2 (ja) 屈折率を測定する方法及び装置
KR20210130841A (ko) 자기 광학 커 효과 계측 시스템
TW201245898A (en) Parallel acquisition of spectra for diffraction based overlay
JP4823289B2 (ja) 反射式散乱計
TW201344148A (zh) 雙入射角及方位角光學測量
TW202107215A (zh) 使用數值孔徑減量之光學度量衡裝置
CN115176125A (zh) 经接合晶片的叠对计量
CN110307807B (zh) 基于doe的入射光束角度标定装置及方法
JP2010025876A (ja) 微小距離測定方法および微小距離測定装置
KR102592710B1 (ko) 광계측 디바이스를 위한 포커스 시스템