【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请案的交叉参考本申请案主张以下美国临时专利申请案的优先权：(i)大卫·Y·王(DavidY.Wang)等人在2013年1月14日申请的标题为《多重入射角半导体计量系统(MultipleAngleofIncidenceSemiconductorMetrologySystem)》的第61/752,202号美国临时专利申请案，及(ii)大卫·Y·王(DavidY.Wang)等人在2013年9月16日申请的标题为《多重入射角半导体计量系统及方法(MultipleAngleofIncidenceSemiconductorMetrologySystemandMethods)》的第61/878,561号美国临时专利申请案。出于全部目的将这些申请案以全文引用的方式并入本文中。
本专利技术大体上涉及半导体计量系统的领域。更特定来说，本专利技术涉及椭圆偏光测量、反射测量及散射测量系统。
技术介绍
随着对于不断缩小的半导体装置的需求持续增加，对于经改进半导体晶片计量系统的需求也将增加。半导体装置(例如逻辑及存储器装置)的制造通常包含使用大量半导体制造工艺来处理半导体晶片以形成半导体装置的多种特征及多个层级。可在单个半导体晶片上按布置制造多个半导体装置且接着将所述多个半导体装置分离成个别半导体装置。在半导体制造工艺期间的多种步骤处使用计量过程以监测且控制一或多个半导体层工艺。举例来说，使用计量过程以测量晶片的一或多个特性，例如在工艺步骤期间...
【技术保护点】
一种用于执行半导体样品的计量的椭圆偏光计设备，其包括：照明光学器件模块，其用于提供处于可在从真空紫外线VUV波长到红外线IR波长的范围内选择的多个波长的照明光束且以多个入射角AOI及/或方位角AZ将所述照明光束引导朝向所述样品；收集光学器件模块，其用于收集处于多个离散AOI及/或AZ范围的从所述样品发出的输出光束且将此输出光束引导到检测器模块，其中所述离散范围经一次一个地收集且所述输出光束响应于所述样品上的所述照明光束，其中所述照明光学器件模块包含用于产生所述照明光束的多个偏光状态的偏光产生光学元件，所述收集光学器件模块包含用于分析所述输出光束的所述偏光状态的偏光分析光学元件，其中所述照明光学器件模块及收集光学器件模块包含所述偏光产生光学元件与所述偏光分析光学元件之间的反射光学元件；检测模块，其用于接收且检测处于所述离散AOI及/或AZ范围及所述偏光状态的来自所述样品的所述输出光束且基于处于所述离散AOI及/或AZ范围及所述偏光状态的所述输出光束产生多个信号；以及一或多个控制器，其各自经配置以控制以下操作中的一或多者：选择波长范围；针对所述输出光束的收集选择所述离散AOI及/或AZ范围...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.16 US 61/878,561;2013.10.01 US 14/043,7831.一种用于执行半导体样品的计量的椭圆偏光计设备，其包括：
照明光学器件模块，其用于提供处于可在从真空紫外线VUV波长到红外线IR
波长的范围内选择的多个波长的照明光束且以多个入射角AOI及/或方位角AZ将
所述照明光束引导朝向所述样品；
收集光学器件模块，其用于收集处于多个离散AOI及/或AZ范围的从所述样品
发出的输出光束且将此输出光束引导到检测器模块，其中所述离散范围经一次一个
地收集且所述输出光束响应于所述样品上的所述照明光束，
其中所述照明光学器件模块包含用于产生所述照明光束的多个偏光状态的偏光
产生光学元件，所述收集光学器件模块包含用于分析所述输出光束的所述偏光状态
的偏光分析光学元件，
其中所述照明光学器件模块及收集光学器件模块包含所述偏光产生光学元件与
所述偏光分析光学元件之间的反射光学元件；
检测模块，其用于接收且检测处于所述离散AOI及/或AZ范围及所述偏光状态
的来自所述样品的所述输出光束且基于处于所述离散AOI及/或AZ范围及所述偏
光状态的所述输出光束产生多个信号；以及
一或多个控制器，其各自经配置以控制以下操作中的一或多者：选择波长范围；
针对所述输出光束的收集选择所述离散AOI及/或AZ范围中的一或多者；选择所
述偏光状态；及分析处于所述离散AOI及/或AZ范围及所述偏光状态的所述信号
以确定所述样品的特性。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述离散AOI及/或AZ范围彼此空间分离。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述波长范围介于约150nm到约2000nm之间。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述照明光学器件模块包含用于产生所述照明光
束的一或多个光源，所述一或多个光源包含至少一个激光维持等离子光源LSP。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述LSP源产生处于等于或大于约0.1
W/nm/cm2/sr的峰值亮度的所述照明光束。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述照明光学器件模块包含用于提供处于与由所
述收集光学器件模块收集且检测的所述离散AOI及/或AZ范围实质上相同的离散
AOI及/或AZ范围中的每一者的所述照明光束的多个固定光圈或可移动光圈。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述照明光学器件模块包含用于一次一个地提供
处于所述离散AOI及/或AZ范围中的每一者的所述照明光束的多个固定光圈及在
每一固定光圈上方的快门。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述照明光学器件模块进一步经配置以同时提供
处于实质上包含如由所述收集光学器件模块一次一个地收集且检测的所述离散
AOI及/或AZ范围的AOI及/或AZ范围的所述照明光束。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述收集光学器件模块包含用于一次一个地收集
处于所述离散AOI及/或AZ范围中的每一者的所述输出光束的多个固定光圈及在
每一固定光圈上方的快门。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述收集光学器件模块包含用于一次一个地收集
处于所述离散AOI及/或AZ范围中的每一者的所述输出光束的可移动光圈或具有
在每一固定光圈上方的快门的多个静止光圈。
11.根据权利要求1所述的设备，其中所述AOI或AZ的离散子组各自经分离至少0.1°。
12.根据权利要求1所述的设备，其中所述离散AOI及/或AZ范围包含大于约60°的
AOI。
13.根据权利要求1所述的设备，其中所述离散AOI及/或AZ范围包含从0到360度
的多个离散AZ范围，所述设备进一步包括用于使所述样品旋转以获得在0度与360
度之间的所述离散AZ范围的定位机构。
14.根据权利要求1所述的设备，其中所述偏光产生光学元件包含在所述照明光学器件
模块中的偏光器及第一补偿器，且所述偏光分析光学元件包含在所述收集光学器件
\t模块中的第二补偿器及分析器，其中选择所述偏光状态包含：使所述偏光器、第一
及第二补偿器及分析器中的任何一或多者旋转或保持静止。
15.根据权利要求1所述的设备，其中所述偏光产生光学元件包括偏光器及分析器，其
中选择所述偏光状态包含：使所述偏光器旋转且保持所述分析器静止。
16.根据权利要求15所述的设备，其中所述偏光分析光学元件进一步包括收集补偿器，
且其中选择所述偏光状态进一步包含：使所述收集补偿器旋转。
17.根据权利要求16所述的设备，其中所述照明光学器件模块包含用于针对每一离散
AOI及/或AZ范围使所述样品上的目标上方的焦点的点扩散函数最小化的切趾器。
18.根据权利要求16所述的设备，其中所述偏光产生光学元件进一步包括照明补偿器，
且其中选择所述偏光状态进一步包含：使所述照明补偿器旋转。
19.根据权利要求1所述的设备，其中所述偏光产生光学元件包括偏光器及照明补偿器
且所述偏光分析光学元件包括分析器，且其中选择所述偏光状态包含：使所述照明
补偿器旋转且保持所述偏光器及所述分析器静止。
20.根据权利要求19所述的设备，其中所述偏光分析光学元件进一步包括收集补偿器，
且其中选择所述偏光状态进一步包含：使所述收集补偿器旋转。
21.根据权利要求1所述的设备，其中所述偏光产生光学元件包括偏光器且所述偏光分
析光学元件包括分析器，且其中选择所述偏光状态保持所述偏光器静止且使所述分
析器旋转。
22.根据权利要求1所述的设备，其中所述样品为半导体晶片上的一或多个目标。
23.根据权利要求1所述的设备，照明光学器件模块进一步包括用于针对所述离散AOI
及/或AZ范围中的每一者整形所述照明光束且控制在所述样品上的目标处的焦点
的所述点扩散函数的一或多个光束整形光学元件。
24.根据权利要求23所述的设备，其中所述一或多个光束整形元件包括多个切趾器，
所述切趾器各自拥有不可经重新配置的光学功能，且所述设备进一步包括用于将所
述切趾器中的经选择者移动到共轭于所述照明光束的光瞳的平面中或附近的定位
机构，其中所述切趾器提供对应于全部所述离散AOI及/或AZ范围的预定义照明
轮廓，且其中所述控制器进一步经配置以导致所述定位机构移动所述切趾器中的经
选择者。
25.根据权利要求23所述的设备，其中所述一或多个光束整形元件包括位于共轭于所
述照明光束的光瞳的平面处或附近的可动态调整切趾器，其中所述可动态调整切趾
器可配置以提供对应于全部所述离散AOI及/或AZ范围的预定义照明轮廓，且其
中所述控制器进一步经配置以调整所述可动态调整切趾器。
26.根据权利要求23所述的设备，其中所述一或多个光束整形元件经配置以将由所述
样品上的所述照明光束引起的在距照明光点的中心的预定义距离处的辐照度减小
成小于在所述照明光点的所述中心处的峰值辐照度的预定义值。
27.根据权利要求1所述的设备，其中所述收集光学器件模块包括位于或可移动到在共
轭于收集光瞳的平面处或附近的位置的一或多个切趾器，其中所述切趾器提供对应
于全部所述离散AOI及/或AZ范围的预定义收集轮廓。
28.根据权利要求1所述的设备，其中所述照明光学器件模块包括：
第一离轴抛物面OAP镜，以及
第一平移镜，所述第一平移镜可移动以在多个位置处接收所述照明光束以将所述
照明光束引导到第一OAP镜上的多个位置，使得所述第一OAP以所述离散AOI
及/或AZ范围将所述照明光束一次一个地反射到所述样品，
且其中所述收集光学器件模块包括：
检测器，
第二OAP，以及
第二平移镜，所述第二平移镜可移动以在多个位置处接收所述输出光束以将所述
输出光束引导到所述第二OAP镜上的多个位置，使得所述第二OAP将处于所述离
散AOI及/或AZ范围的所述输出光束一次一个地反射到所述检测器。
29.根据权利要求1所述的设备，其中
所述照明光学器件模块包括：
光束分裂器；
离轴抛物面OAP镜，以及
平移镜，其可移动以经由所述光束分裂器在所述平移镜的多个平移位置处接收
所述照明光束以便将所述照明光束引导到所述OAP镜上的多个对应位置，使得
所述OAP以所述离散AOI及/或AZ范围将所述照明光束一次一个地反射到所述
样品，
且其中所述收集光学器件模块包括：
所述光束分裂器，
所述OAP，
所述平移镜，以及
球面镜，所述球面镜用于将所述输出光束往回反射朝向所述样品以导致第二输
出光束从样品发出以从所述OAP上的所述对应位置反射且接着在所述多个平移
位置处从所述平移镜反射朝向所述光束分裂器且到所述检测器，以便一次一个地
收集处于所述离散AOI及/或AZ范围的所述第二输出光束。
30.根据权利要求1所述的设备，其中所述收集光学器件模块进一步可配置以通过以一
或多个AOI照明且在一或多个不同AOI下收集而从离开所述样品的所述照明光束
收集零阶光用于明视场计量且从离开所述样品的所述照明光束收集非零阶光用于
暗视场计量。
31.根据权利要求1所述的设备，其中所述收集光学器件模块收集与从所述样品反射的
所述照明AOI(AZ)相同的AOI(AZ)。
32.根据权利要求1所述的设备，其中所述收集光学器件模块收集不同于从所述样品反
射的所述照明AOI(AZ)的AOI(AZ)。
33.根据权利要求1所述的设备，其中所述收集光学器件模块含有用于将光分散到光谱
中的分散元件。
34.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备的照明光瞳及收集...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴维·Y·王，克劳斯·伏罗克，劳伦斯·D·罗特，桑卡·克里许南，乔汉斯·D·迪·维尔，卡塔林·飞利浦，格雷戈里·布雷迪，穆沙米尔·阿蓝，安德烈·谢卡格罗瓦，
申请(专利权)人：科磊股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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