[发明专利]宽带及宽视场角补偿器

说明书

相关申请案的交叉参考

本专利申请案依据35U.S.C.§119主张于2013年8月23日提出申请的标题为“宽带及宽视场角补偿器(Broadband and Wide Field Angle Compensator)”的序列号为61/869,065的美国临时专利申请案的优先权，所述申请案的标的物以引用方式并入本文中。

技术领域

所描述实施例涉及光学计量系统，且更特定来说涉及包含可旋转补偿器元件的系统。

背景技术

通常通过适用于样品的一系列处理步骤制作例如逻辑及存储器装置的半导体装置。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。举例来说，除其它之外，光刻也是涉及在半导体晶片上产生图案的一种半导体制作过程。导体制作过程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作多个半导体装置，且接着将所述多个半导体装置分离成个别半导体装置。

在半导体制造过程期间在各个步骤处使用光学计量过程来检测晶片上的缺陷以促进较高合格率。光学计量技术提供高吞吐量而不具有样本损毁的危险的可能性。若干种基于光学计量的技术(包含椭圆偏振测量、散射测量及反射测量实施方案)及相关联分析算法共同用于表征临界尺寸、膜厚度、组成及纳米尺度结构的其它参数。

随着装置(例如，逻辑及存储器装置)朝较小纳米尺度尺寸进展，表征变得更困难。并入有复杂三维几何结构及具有迥异物理性质的材料的装置加剧表征困难度。

长期以来，光学椭圆偏振测量一直被认为是提供对半导体及其它材料、表面状况、层组成及厚度以及上覆氧化物层的准确表征的有效的非破坏性测量技术。特定来说，已证明，椭圆偏振测量对评估沉积于半导体或金属衬底上的薄膜的厚度、结晶性、组成及折射率特性有用。

椭圆偏振计用具有已知偏振状态的光束探测样本。所述光束以非法向入射从样本的表面反射。在反射之后，光束的偏振状态取决于样本的性质而即刻被修改。通过准确地测量经反射光束的偏振状态且将其与原始偏振状态比较，可确定样本的各种性质。

在光谱椭圆偏振测量中，或者在每一新波长下改变探测波长且重复椭圆偏振测量，或者探测光束含有多个波长且用光谱分辨率检测经反射光束。光谱椭圆偏振测量对于表征以堆叠层形成的多材料样本为有利的。取决于光的材料及波长的不同深度穿透及光谱响应提供关于样本的额外信息，所述信息不可从单个波长椭圆偏振计获得。

已提出许多配置来测量在反射之后即刻发生的偏振状态的改变。在一种类型的椭圆偏振计中，仅使用两个光学元件：偏振器及分析器，其中的一者保持固定且另一者保持旋转。此椭圆偏振计(通常被称为旋转-偏振器或旋转-分析器椭圆偏振计)被称作“不完整”旋光计，这是因为其对圆偏振分量的旋向性(handedness)不敏感且当正被分析的光几乎完全地线偏振或拥有去偏振分量时展现较差性能。

通过包含放置于偏振器与分析器之间的旋转补偿器来减小旋转-偏振器及旋转-分析器椭圆偏振计的限制。可将补偿器放置于样本与偏振器之间，或样本与分析器之间。补偿器为光学组件，其相对于平行于其快轴偏振的光而延迟平行于其慢轴偏振的光。所述延迟与沿着两个方向的折射率差及板的厚度成比例。

补偿器最容易实施于经高度准直光束中。透射穿过补偿器的经高度准直光束获取跨越其波前的均匀延迟。此均匀性通常为分析的简单性所要的。存在用于与经高度准直光束一起使用的各种补偿器设计。以实例方式，在由加利福尼亚州(California)(美国)苗必达市(Milpitas)的科磊公司(KLA-Tencor Corporation)制造的光束轮廓椭圆偏振计(BPE)的OP2xxx-OP9000模型族中使用复合零级波板。所述波板为空气间隔的经抗反射涂布的石英双板。在由加利福尼亚州(美国)苗必达市的科磊公司制造的光谱椭圆偏振计(SE)的OP5xxx-OP7xxx模型族中也使用复合零级波板。此波板为空气间隔的氟化镁(MgF₂)双板。在另一实例中，MgF₂单板用于由加利福尼亚州(美国)苗必达市的科磊公司制造的光谱椭圆偏振计的OP9000族中。所有这些实例采用相对厚(大约一毫米)波板，所述波板适合于与经高度准直光一起使用但通常不适合于未经准直光。