本发明专利技术贯注于一种用于根据外差光学信号获取高精确的相位偏移信息的自参考外差反射计系统和方法，不用一个参考晶片来校正。该自参考外差反射计在外差反射（ＨＲ）模式和自参考（ＳＲ）模式之间快速转换，其中在ＨＲ模式使用了包括以ω和ω＋Δω的分离角频率极化的ｓ和ｐ极化光束分量的ＨＲ光束，在ＳＲ模式使用了包括以ω和ω＋Δω的分离角频率极化的ｐ极化光束分量的ＳＲ光束。当两个测量快速连续的进行时，假设检测器中的温度感应噪声对两个测量是相同的。从ＨＲ光束中产生一个测量相位偏移δ↓［Ｒｅｆ／ｆｉｌｍ］，从ＳＲ光束中产生一个参考相位偏移δ↓［Ｒｅｆ／Ｓｕｂ］。从ＨＲ光束的差拍信号产生的测量相位偏移δ↓［Ｒｅｆ／ｆｉｌｍ］用于薄膜厚度测量。ＳＲ光束是ｐ极化的，不会从薄膜表面产生显著的反射，并且不会携带任何属于薄膜的相位信息。从ＳＲ光束的差拍信号产生的参考相位偏移δ↓［Ｒｅｆ／Ｓｕｂ］等同于使用参考样本得到的信息。然后从测量相位偏移δ↓［Ｒｅｆ／ｆｉｌｍ］和与温度造成的相位偏移无关的参考相位偏移δ↓［Ｒｅｆ／Ｓｕｂ］得到薄膜相位偏移信息。从薄膜相位偏移信息计算得到薄膜厚度。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】 相关申请的交叉引用本申请是2005年9月27日提出的、名称为"自相关外差反射计及 其实现方法"的美国专利申请No.11/237，225的后续申请。本申请涉及 2005年7月10日提交、名称为"使用外差反射计和光栅干涉测量法 监控薄膜厚度的方法"的共同提交美国专利申请No.11/066，933，和 2005年2月25日提交、名称为"用于监控薄膜厚度的外差反射计及 其实现方法"的共同提交美国专利申请No.11/066，933， 二者都由本申 请的代理人代理。上述申请的全部内容在此引作参考。
技术介绍
本专利技术涉及反射计。更具体地讲，本专利技术涉及通过外差反射计在 反射分离频率信号中测量相移获得厚度信息的反射计系统和方法。进 一步，本专利技术涉及使用外差反射计的外差信号测量感光衬底上形成的 薄或极薄薄膜的厚度的方法和系统。尤其地，本专利技术涉及用来监控薄 膜厚度的补偿检测器漂移的自相关外差反射计。另夕卜，本专利技术涉及补 偿在光测量元件中产生的寄生噪声的外差反射计。本专利技术也涉及现场 监控薄膜厚度的外差反射计。由于在芯片制造中对极精确公差的要求提高，在处理期间必须非 常仔细地控制随后层的物理特性来获得对于大部分应用来说满意的 结果。广泛地定义，干涉仪涉及波的相互作用的测量，例如光波。干 涉仪工作原理是相位相同的两个相干波会相互增强而相位相反的两 个波会相互削弱。 一个现有技术监控系统利用干涉仪在表面轮廓中测量变化，从中可以推断特征高度信息。Hongzhi Zhao等人的文章"A Practical Heterodyne Surface Interferometer with Automatic Focusing"(自动聚焦的实用外差表面干涉计)发表于2000年的SPIE Proceedings第4231巻第301页，其全部内容在此引作参考，公开了 一个检测参考外差信号和测量信号之间相位差的干涉仪。可以从测量 中推断出与表面上的明显亮点相关的高度信息。虽然参考信号和测量 信号可以通过在不同路径上传播的光束产生，这是共同路径干涉计 (common path interferometer)。 这种方法有时称为公共轴线 (common-axis)方法或者垂直轴线(normal画axis)方法,因为入射和反 射光束占用到达目标位置的公共路径或轴线，该路径或轴线垂直于待 检查的平面。现有技术公共路径干涉计的一个缺点是，根据参考信号大尺寸照 明区的平均高度计算高度信息。因此，结果的准确度受到表面粗糙程 度的不利影响。现有技术^^共路径方法的另一个局限是，不对薄膜层 的实际厚度参数进行测量或者计算。监测薄膜厚度的其它尝试通过光源的频率调制获得外差作用。授 予Zhang的名称为"Method of Measuring the Thickness of a Transparent Material"(用于测量透明材料厚度的方法)的美国专利 No. 5657124和授予Zhang等人的名称为"Process and Device for Measuring the Thickness of a Transparent Material Using a Modulated Frequency Light Source"(使用调制频率光源的测量透明 材料厚度的方法和设备)的美国专利No. 6215556公开了这样的设备， 其全部内容在此引作参考。。关于这些设备，具有调制频率的极化光 束被定向到目标表面并且根据两条射线检测外差干涉信号， 一条由目 标的顶面反射，而第二条由目标的底面反射。通过比较外差干涉信号 和光源的线性调制强度，根据每调制周期中差拍的数量确定厚度。这些类型设备的原理性缺陷是，由于通过光源的频率调制获得外差，其 带宽限制了可测量的最薄薄膜。其它外差干涉计才艮据两个单独的光束获得外差信号， 一个光束处于第一频率和极化而第二光束处于第二频率和极化。授予Haruna等 人的名称为 "Method and Apparatus for Simultaneously Interferometrically Measuring Optical Characteristics in a Noncontact Manner"(以非接触方式同步干涉测量光学特性的方法和 装置)的美国专利No. 6172752和授予Aiyer的名称为"Heterodyne Thickness Monitoring System"(外差式厚度监测系统)的美国专利No. 6261152公开了这种干涉计，通过引用将其整体结合到此。其全部内 容在此引作参考。图l是外差式厚度监测装置的示意图，其中一对频率分离、正交 极化光束在被混合以及外差之前传播于分离的光学路径中，如现有技 术通常所知的伴随化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing, CMP)装置使用的。从而，外差厚度监测系统IOO通常包括CMP装 置、晶片IIO和测量光学组件。晶片110包括衬底112和薄膜114。测量光学组件通常包括用于检测和测量反射光束光学频率中多普 勒偏移的各种部件，包括激光源140、光束分离器(beam splitter, BS)144、极化光束分离器(PBS)146、光束四分之一波板(quarter-wave plate)148、光束反射器152、光束四分之一波板150、混频极化器 (mixing polarizer)143、光电检测器147、混频极化器145、光电检测 器149以及电连接到光电检测器147和149的输出的信号处理组件 154。运行中，激光二极管140发射的光束具有第一波长的第一线性极 化光分量102以及第二波长的、和第一极化分量正交极化的第二线性 极化分量103。第一和第二极化分量102和103共线传播到BS 144，两种分量的一部分在此如光束114和115所示反射到混频极化器145， 然后如光束116和117所示达到检测器149,在此产生信号/2。极化分量102和103的发射部分如光束104和105所示传播到PBS 146。在PBS 146，分量104沿着如光束106所示的笫一传播路径并 且经过参考四分之一波板148达到反射器152，以及如光束122(正交 极化于光束106)所示后向反射经过四分之一波板148，在此其在PBS 146反射到达混频极化器143并且如光束124所示到达检测器147。来自分量105的第二极化分量沿着分离于第一路径的如光束120 所示的传输路径并且定向正交于第一极化分量104，因而从PBS 146 反射、如光束109所示经过四分之一波板150并且传播到光学透明可 旋转基板115。光束109在后表面可旋转基板115、衬底112和薄膜 114顶面之间的分界面经历部分反射，从而分别产生部分反射光束 111S、 111T和111B。每个反射光束109S、 109T和109B后向传播经 过四分之一波板150,如光束113S、 113T和113B所示传输经过 PBS146并且和光束122共线传输到混频极化器145，如光束124、 115S、 115T和115B所示，然后在光电检测器147检测为信号/2。重 要的是，/2产生自以一定光本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种测量厚度参数的方法，包括： 测量一个外差相位偏移，包括： 接收一个分离频率、双极化光束； 从所述分离频率、双极化光束检测一个参考信号； 传播所述分离频率、双极化光束到一个目标； 从所述目标接收一个反射分离频 率、双极化光束； 从所述反射的分离频率、双极化光束检测一个测量信号；和 测量所述参考信号和所述反射的分离频率、双极化光束的所述测量信号之间的一个相位差值； 测量一个自参考相位偏移，包括： 接收一个分离频率、ｐ极化光束 ； 从所述分离频率、ｐ极化光束检测一个参考信号； 传播所述分离频率、ｐ极化光束到一个目标； 从所述目标接收一个反射分离频率、ｐ极化光束； 从所述反射的分离频率、ｐ极化光束检测一个第二测量信号；和 测量所述参考信 号和所述分离频率、ｐ极化光束的所述测量信号之间的一个自参考相位差值； 用所述自参考相位差值校正所述目标的相位差值。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：阿兰阿南斯艾，
申请(专利权)人：真实仪器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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