[发明专利]在对图案化样本的计量测量中使用的测量系统

说明书

呈现了在对图案化样本的计量测量中使用的测量系统。该系统包括：至少一个光源设备，被配置为生成宽带光，至少一个检测设备，被配置为提供检测光的光谱信息，以及光学系统。光学系统至少包括倾斜通道系统，其用于将光源生成的入射光沿着倾斜照明通道引导到样本要定位在的测量平面上，并将从样本镜面反射的宽带光沿着收集通道引导到检测设备。光学系统进一步包括干涉测量单元，其包括分束/合束设备和参考反射器设备。分束/合束设备容纳于照明通道和收集通道中并且将在照明通道中传播的光划分为在样本路径中传播的样本光束和在参考路径中传播的参考光束，并将反射参考路径和反射样本路径组合到收集通道中从而在检测平面上形成光谱干涉图案。

本申请是PCT申请号为PCT/IL2016/050428、申请日为2016年04月21日、发明名称为“用于样本测量的光学系统和方法”的PCT申请的中国国家阶段申请的分案申请，该中国国家阶段申请进入国家阶段日为2018年12月12日、国家申请号为201680086703.8。

技术领域

本发明通常在光学测量系统的领域，并且涉及用于测量各种样本的光学系统和方法。本发明具体用于图案化结构(诸如，半导体晶片)中的计量测量。

背景技术

半导体技术的持续进展需要制造越来越小的器件。这种发展必须伴随有计量能力的并行改进，以便监视与控制制造过程。

在过去的几十年里，光学临界尺寸(OCD)计量由于其极度敏感度、精确度、灵活性和速度而在半导体制造过程中具有关键作用。为了提供计量能力的足够的改进，OCD工具已经历大范围的改进和精进，并且现在可以提供极精确的宽带光谱测量和极高生产量。

除了提供基本工具特性的过程之外，可以提高OCD性能的另一地方就是使所测量信息多样化。普遍测量的光学性能是针对不同入射角、方位角、偏振和波长的反射率。此外，可以通过(例如)进行椭偏测量得到反射的TE与TM偏振分量之间的相对相位。

传统的光学晶片计量工具依靠光谱反射法和/或椭偏测量法。然而，从样本散射的电磁场还包含光谱相位信息，其非常有利于从测量中提取进一步的或更精确的信息。这个量描述了入射与反射的电磁波之间的相对相位。通常，该相位针对不同的波长、入射角\方位角和偏振具有不同的值。

由于不能在光频率下直接得到相位，必须使用干涉效应(通常用干涉仪观察的)，并且从干涉效应恢复编码相位信息。大部分干涉仪由重新组合以形成干涉条纹的分离光路组成。将路径的一个臂保持为参考，并且另一个与样本相互作用。然后来自这两个分量的干涉信号用于提取光谱相位，这是因为由样本引起的相变引起重新组合的光束的条纹图案的可以测量的变化。

在许多情况下，以倾斜角度对样本执行光学晶片计量测量是有利的。根据晶片堆叠和图案类型，以倾斜角度进行的测量可以提供提高从测量中提取的信息的质量的附加信息。该推理还带到了干涉测量上。与提供关于s和p偏振的相对相位的椭圆偏振相位相比，干涉测量提供相对于良好表征的参考镜的相位，并且还提供相对于入射光的原始相位的从样本返回的光的绝对相位值或相位变化。

在传统计量工具中，倾斜测量方案通常在单独的照明和收集目标集合彼此相对的明场配置中实现使得收集目标对准以从样本接收镜面反射。这在图1中示意性地示出。

发明内容

本领域中存在对优化光谱和干涉测量两者的需求，从而增加有关测量的样本的信息量。

本发明提供一种新颖的光学系统，该系统利用光谱干涉仪的倾斜测量方案。本发明的光学系统可以用于图案化样本(例如，半导体晶片)的计量测量，以及利用倾斜配置的(相位灵敏的)显微镜中。