VUV光学器件的非接触式热测量制造技术

本文中描述了用于以长波长红外光对光学元件执行非接触式温度测量的方法及系统。所述受测量光学元件对长波长红外光展现出低发射率，且通常对长波长红外光具有高反射性或高度透射性。在一个方面中，在长波长IR波长下具有高发射率、低反射率及低透射率的材料涂层被安置在计量或检验系统的一或多个光学元件的选定部分上方。材料涂层的位置在由所述计量或检验系统用于对样本执行测量的主要测量光的直接光学路径外部。以单个IR相机对IR透明光学元件的前后表面执行温度测量。通过主要测量光束的光学路径中的多个光学元件执行温度测量。

Non-contact thermal measurement of VUV optical devices

A method and system for non-contact temperature measurement of optical elements using long wavelength red light are described. The measured optical elements exhibit low emissivity for long wavelength red external light, and are usually highly reflective or highly transmissive for long wavelength red external light. In one aspect, material coatings with high emissivity, low reflectivity and low transmittance at long wavelength IR wavelengths are placed above the selected parts of one or more optical elements of the metering or inspection system. The location of the material coating is outside the direct optical path of the main measuring light carried out by the metering or inspection system for measuring the sample. A single IR camera is used to perform temperature measurement on the front and rear surfaces of the IR transparent optical elements. The temperature measurement is performed by measuring a plurality of optical elements in the optical path of the beam.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】VUV光学器件的非接触式热测量相关申请案的交叉参考本专利申请案根据35U.S.C.§119要求2015年11月30日提交的标题为“用于VUV光学组件的非接触式温度测量(NonContactTemperatureMeasurementsforVUVOpticComponents)”的第62/261,292号美国临时专利申请案，其主题通过引用并入本文中。
所描述的实施例涉及用于显微镜的光学计量及检验系统，且更具体地涉及与在真空紫外波长下操作的照明源及光学系统有关的光学计量及检验系统。
技术介绍
例如逻辑及存储器装置等半导体装置通常通过应用于样本的一系列处理步骤来制造。通过这些处理步骤形成半导体装置的各种特征及多个结构层级。例如，光刻等是涉及在半导体晶片上产生图案的一种半导体制造工艺。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。可在单个半导体晶片上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，在多个步骤使用检验及计量工艺来检测晶片上的缺陷。光学计量技术提供了高产率的潜在性而没有样品损坏的风险。许多基于光学计量的技术(包含散射测量及反射计实施方案及相关联的分析算法)通常用于将纳米尺度结构的临界尺寸、膜厚度、成分、覆盖层及其它参数特征化。为了对现代半导体结构(包括高纵横比结构)执行高产率测量，必须采用范围广泛的照明波长，所述范围从真空紫外(VUV)波长到红外(IR)波长。类似地，当检验例如半导体晶片等镜面或准镜面表面时，可使用明场(BF)及暗场(DF)模态，这两者均执行图案化的晶片检验及缺陷检查。在BF检验系统中，收集光学器件经定位使得收集光学器件捕获被受检验表面镜面反射的大部分光。在DF检验系统中，收集光学器件定位在镜面反射光的路径外部，使得收集光学器件捕获被受检验表面上的物体(例如晶片表面上的微电路图案或污染物)散射的光。可行的检验系统、特别是BF检验系统需要高辐射照明及高数值孔径(NA)以最大化系统的缺陷灵敏度。目前的晶片检验及计量系统通常采用包含VUV源等宽范围照明源，例如激光维持等离子体。激光维持等离子体是在温度低于激光等离子体的工作气体包围的高压灯泡中产生的。激光维持等离子体可获得显著的辐射率改善。当使用连续波长或脉冲泵源时，这些等离子体中的原子及离子发射会在所有光谱区域产生波长，包含短于200nm的波长。准分子发射也可被布置在激光维持等离子体中以用于171nm的波长发射(例如，氙准分子发射)。因此，高压灯泡中的简单气体混合物能够在深紫外(DUV)波长下以足够的辐射率及平均功率维持波长覆盖以例如支持高产率、高分辨率BF晶片检验。大功率照明源的可用性对用于将大功率辐射收集及聚焦到受测量样本上的光学组件造成了重大负担。污染及吸收问题可能会导致光学组件故障。监测现代计量及检验系统中光学组件的热特性对于确保工具性能及可靠性至关重要。在一些实例中，与光学组件机械接触放置的传感器(例如，热电偶)测量温度。在一些情况下，接触式温度测量很容易实施，但是接触式热测量具有许多明显的局限性。例如，将传感器直接机械附接到光学元件可能非常困难且可能潜在地损坏光学器件本身。即使附接到光学元件，由于光学元件的热传导性差，它可能会展示不正确的温度。热电偶导线本身具有较高的热传导率且可能改变接触点的温度。另外，接触式传感器可吸收及散射系统中的光。因此，接触式传感器的物理存在也会改变触点处的温度及光学系统的温度。在许多情况下，由于清洁度要求、光学对准灵敏度等，敏感光学系统内部不可能安装接触式传感器。这些问题在VUV系统等中表现出来。接触式热测量仅测量触点处的温度。通常，这不是光学组件本身，而是与感兴趣的光学组件的温度非常不同的光学安装件。通常，在光学元件外围的一或两个点处的温度测量不能提供足够的信息来重新创建感兴趣的完整温度分布。通常，对总温度分布或光场中心的峰值温度的精确估计是优选的。在其它一些实例中，通过热成像来测量温度。热成像不需要将传感器定位到光学元件上。因此，在许多应用中，对光学元件的热成像是优选的。通常，通过以一或多个校准的IR相机对目标物体成像来执行基于热成像的温度测量。然而，基于热成像的温度测量也受到显著限制。例如，热成像仪是昂贵的，且需要大量的集成工作来实现准确结果。另外，基于热量的温度测量需要被测量物体的清晰视图，且这在许多光学系统中很难或不可能实现。而且，在许多情况下，光学组件本身会透射或反射IR，且因此它们对于IR相机是不可见的。包含VUV透明材料(例如氟化镁、氟化钙及氟化锂)及VUV反射材料(例如，金属镜)的VUV光学组件就是这种情况。总之，特征大小不断缩小且结构特征深度不断增加对光学计量系统提出了很高的要求。光学计量系统必须满足日益复杂的高产率目标的高精度及精度要求以保持成本效益。在这种情况下，必须采用大功率光学系统，且在操作期间监测光学组件的热特性变得越来越重要。在许多实例中，不可能执行这些测量。因此，需要改善的系统及方法来克服这些限制。
技术实现思路
本文中描述了用于以长波长红外光(例如，8微米到15微米)对光学元件执行非接触温度测量的方法及系统。测量中的所述光学元件对长波长红外光展现出低发射率，且通常对长波长红外光具有高反射性或高度透射性。在一个方面中，在长波长IR波长下具有高发射率、低反射率及低透射率的材料涂层被安置在计量或检验系统的一或多个光学元件的选定部分上方。材料涂层的位置在由所述计量或检验系统用于对样本执行测量的主要测量光的直接光学路径外部。通过在位于主要测量光的直接光学路径外部的区域上用IR发射材料涂覆光学元件，减少了主要测量光与IR发射材料之间的相互作用。在一些实施例中，进行温度测量的光学元件对于IR是透明的。在这些实施例中，所述IR透明光学组件的部分涂覆有IR发射材料以实现热成像。在一些其它实施例中，所述光学元件对IR具有反射性。在这些实施例中，所述IR发射光学组件的部分涂覆有IR发射材料以实现热成像。在一些其它实施例中，对于长IR红外波长具有高发射率的材料位于光学元件的中心处，以使得当所述光学系统包含将主要测量光引导离开所述光学元件的中心部分的遮蔽时能够对光学元件进行热成像。在进一步方面中，以单个IR相机对IR透明光学元件的前后表面执行基于IR成像的温度测量。在另一方面中，通过光学系统中的另一光学元件来对光学元件执行基于IR成像的温度测量。如果光学元件对于IR照明是透明或反射的，那么可通过主要测量光束的光学路径中的多个光学元件来执行测量，前提是涂覆有IR发射材料的测量点在IR相机的视场中不会彼此遮蔽。在另一方面中，通过调整经测量温度来消除由于二次反射引起的所述IR发射材料的寄生加热的影响。在另一方面中，一或多个光学元件的形状及IR发射材料涂层在光学元件上的位置经优化以最小化入射在IR发射材料涂层上的杂散主要测量光的量。在另一方面中，基于所收集的热图像来估计由IR相机成像的一或多个光学元件的温度分布。在另一方面中，基于所收集的热图像来估计由IR相机成像的每一光学元件吸收的主要测量光的总量。在另一方面中，基于所收集的热图像来估计由IR相机成像的每一光学元件的透射效率。在另一方面中，基于所收集的热图像来估计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设备，其包括：第一光学元件，其被安置在基于光学的测量系统的一定量的主要测量光的光学路径中，其中所述一定量的主要测量光在所述第一光学元件的第一部分上入射在所述第一光学元件上，其中所述第一光学元件由在8微米到15微米范围内的长波长红外波长下具有低发射率的材料构成；在所述长波长红外波长下具有高发射率的第一量的材料，其在所述第一光学元件的与所述第一光学元件的第一区域分离的第二部分上安置在所述第一光学元件上；及红外相机系统，其经配置以利用具有在8微米到15微米范围内的波长的长波红外光来对所述第一光学元件执行基于IR的温度测量，其中所述第一光学元件的所述第二部分处于所述红外相机系统的视场中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.30 US 62/261,292;2016.11.23 US 15/360,7221.一种设备，其包括：第一光学元件，其被安置在基于光学的测量系统的一定量的主要测量光的光学路径中，其中所述一定量的主要测量光在所述第一光学元件的第一部分上入射在所述第一光学元件上，其中所述第一光学元件由在8微米到15微米范围内的长波长红外波长下具有低发射率的材料构成；在所述长波长红外波长下具有高发射率的第一量的材料，其在所述第一光学元件的与所述第一光学元件的第一区域分离的第二部分上安置在所述第一光学元件上；及红外相机系统，其经配置以利用具有在8微米到15微米范围内的波长的长波红外光来对所述第一光学元件执行基于IR的温度测量，其中所述第一光学元件的所述第二部分处于所述红外相机系统的视场中。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一光学元件大致上透射或大致上反射具有在8微米到15微米范围内的波长的长波红外光。3.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括：第二光学元件，其被安置在所述一定量的主要测量光的所述光学路径中，其中所述一定量的主要测量光在所述第二光学元件的第一部分上入射在所述第二光学元件上，其中所述第二光学元件由在8微米到15微米范围内的长波长红外波长下具有低发射率的材料构成；在所述长波长红外波长下具有高发射率的第二量的材料，其在所述第二光学元件的与所述第二光学元件的第一区域分离的第二部分上安置在所述第二光学元件上，其中所述第二光学元件的所述第二部分位于所述红外相机系统的所述视场中，且其中所述红外相机系统进一步经配置以利用所述长波长红外光对所述第二光学元件执行IR温度测量。4.根据权利要求3所述的设备，其中所述长波长红外光通过所述第一光学元件透射到所述第二光学元件的所述第二部分。5.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一光学元件的所述第二部分包含所述第一光学元件的未处于所述一定量的主要测量光的所述光学路径中的前表面的部分及所述第一光学元件的未处于所述一定量的主要测量光的所述光学路径中的后表面的部分。6.根据权利要求1所述的设备，其中在所述长波长红外波长下具有高发射率的所述材料是氧化物材料。7.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一光学元件的形状经优化以最小化来自入射在所述第一光学元件的所述第二部分上的所述主要测量光的杂散光的量。8.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括：计算系统，其经配置以基于由所述红外相机系统执行的所述基于IR的温度测量来估计所述一定量的主要测量光的强度。9.一种测量系统，其包括：照明源，其经配置以产生一定量的主要照明光；照明光学器件子系统，其经配置以将所述主要照明光投射到样本的表面上，所述照明光学器件子系统包含：第一光学元件，其被安置在所述一定量的主要测量光的光学路径中，其中所述一定量的主要测量光在所述第一光学元件的第一部分上入射在所述第一光学元件上，其中所述第一光学元件由在8微米到15微米范围内的长波长红外波长下具有低发射率的材料构成；在所述长波长红外波长下具有高发射率的第一量的材料，...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·谢梅利宁，I·贝泽尔，K·P·格罗斯，
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